5G技術(shù)在4K電視節(jié)目直播領(lǐng)域的應(yīng)用

欒衛(wèi)東

（濟(jì)寧廣播電視臺(tái)，山東 濟(jì)寧 272000）

0 引 言

中國信息通信研究院《2021年5G應(yīng)用創(chuàng)新發(fā)展白皮書》明確提出5G與行業(yè)的融合會(huì)經(jīng)歷預(yù)熱、起步、成長、規(guī)模發(fā)展四個(gè)階段。當(dāng)前，我國5G應(yīng)用還處于發(fā)展初期階段。5G商用三年以來，在我國多個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景正在不斷落地，5G賦能效果也不斷顯現(xiàn)。2021年，《5G應(yīng)用“揚(yáng)帆”行動(dòng)計(jì)劃（2021-2023年）》出臺(tái)，結(jié)合5G應(yīng)用現(xiàn)狀及趨勢(shì)提出了面向信息消費(fèi)、實(shí)體經(jīng)濟(jì)、民生服務(wù)三大領(lǐng)域15個(gè)行業(yè)的5G應(yīng)用。5G+融合媒體典型場(chǎng)景和成效包括三大方面。第一，5G即時(shí)攝影、瞬時(shí)導(dǎo)播、實(shí)時(shí)投屏。超高清視頻是媒體發(fā)展的重要方向，超高清直播現(xiàn)場(chǎng)演示包括采集、制作、展示三個(gè)方面，5G技術(shù)的應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)模式上運(yùn)算耗時(shí)、信號(hào)延時(shí)等問題，達(dá)到即時(shí)攝影、瞬時(shí)導(dǎo)播、實(shí)時(shí)投屏。第二，5G+VR+8K全場(chǎng)景、超高清直播。元宇宙的火爆推動(dòng)了虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，8K VR視頻對(duì)網(wǎng)絡(luò)寬帶要求更高，依托5G千兆網(wǎng)優(yōu)勢(shì)，全景直播制播得以發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)4K設(shè)備觀看8K直播，為用戶帶來高品質(zhì)視聽體驗(yàn)。第三，5G+融合媒體應(yīng)用推廣路徑。在5G技術(shù)支持下，大數(shù)據(jù)、人工智能、交互技術(shù)的融合應(yīng)用不斷深入，推動(dòng)了影音書漫多媒體內(nèi)容的沉浸式、交互性發(fā)展。

1 5G及4K技術(shù)簡(jiǎn)介

1.1 5G簡(jiǎn)介及關(guān)鍵技術(shù)

5G即第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th Generation Mobile Communication Technology），國際電信聯(lián)盟（International Telecommunication Union，ITU）定義5G三大類應(yīng)用場(chǎng)景，分別是增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶（enhance Mobile Broad Band，eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和海量機(jī)器類通信（massive Machine Type Communication，mMTC）。5G技術(shù)憑借高速率、低時(shí)延、大連接優(yōu)勢(shì)，能夠滿足4K、8K超高清視頻網(wǎng)絡(luò)傳輸需求[1]。5G關(guān)鍵技術(shù)中，網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算技術(shù)對(duì)4K電視節(jié)目直播有重要的影響。網(wǎng)絡(luò)切片是一種可按需組網(wǎng)的方式。在超高清視頻直播領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的應(yīng)用能夠保證超高清視頻獨(dú)占網(wǎng)絡(luò)寬帶配置，滿足超高清直播高寬帶、低時(shí)延需求。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也支持VR和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）業(yè)務(wù)，能夠提升用戶的沉浸式體驗(yàn)。邊緣計(jì)算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭一側(cè)，就近提供最近端服務(wù)。結(jié)合5G技術(shù)，可以將大部分電視業(yè)務(wù)部署在邊緣云側(cè)，提供網(wǎng)絡(luò)處理、數(shù)據(jù)計(jì)算、存儲(chǔ)及應(yīng)用等功能，豐富電視業(yè)務(wù)應(yīng)用模式。

1.2 4K超高清視頻技術(shù)

4K技術(shù)即4K超高清視頻技術(shù)。2020年5月，國家廣播電視總局科技司發(fā)布《4K超高清電視節(jié)目制作技術(shù)實(shí)施指南（2020版）》，國家廣播電視總局陸續(xù)發(fā)布了關(guān)于4K超高清視頻技術(shù)的一系列標(biāo)準(zhǔn)，明確規(guī)定4K超高清電視節(jié)目視頻技術(shù)參數(shù)，解決了4K超高清視頻多種技術(shù)參數(shù)的配置問題，有助于電視臺(tái)、有線電視、衛(wèi)星電視、IPTV、互聯(lián)網(wǎng)電視4K超高清電視直播和點(diǎn)播業(yè)務(wù)的開展[2]。與高清畫面對(duì)比，4K技術(shù)有明顯的優(yōu)勢(shì)。4K視頻分辨率更高，具備更加清晰細(xì)膩的畫質(zhì)，色域上比高清畫面色彩范圍更廣，鮮艷度、層次感、細(xì)節(jié)都更加接近真實(shí)畫面顏色，能帶給用戶更加優(yōu)質(zhì)的視覺體驗(yàn)。4K技術(shù)支持高動(dòng)態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）高質(zhì)量格式，能夠推動(dòng)4K HDR節(jié)目制播實(shí)踐的發(fā)展，提升畫面整體亮度、對(duì)比度及圖畫細(xì)節(jié)還原能力。

2 4K制作+5G傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

2.1 4K制作標(biāo)準(zhǔn)

2021年全國廣播電視行業(yè)統(tǒng)計(jì)公報(bào)顯示，截至2021年底，全國有高清電視頻道985個(gè)，4K超高清電視頻道8個(gè)，8K超高清電視頻道1個(gè)，中央廣播電視總臺(tái)與省級(jí)臺(tái)基本實(shí)現(xiàn)電視頻道高清化，新聞資訊類電視節(jié)目高清超高清制作比例62.3%，專題服務(wù)類55.7%，綜藝益智類59.4%，高清和超高清用戶1.09億戶，同比增長7.92%[3]。根據(jù)《4K超高清電視節(jié)目制作技術(shù)實(shí)施指南（2020版）》要求，4K超高清視頻、音頻制作標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

表1 4K超高清視頻、音頻制作標(biāo)準(zhǔn)

2.2 4K+5G視音頻系統(tǒng)

5G技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到電視節(jié)目采、編、播各個(gè)環(huán)節(jié)，為節(jié)目直播提供了網(wǎng)絡(luò)處理與承載支持。5G技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了電視直播技術(shù)的發(fā)展。4K+5G視音頻系統(tǒng)包括視頻系統(tǒng)與音頻系統(tǒng)。視頻系統(tǒng)中，4K攝像機(jī)負(fù)責(zé)畫面采集，通過轉(zhuǎn)播車跳線盤傳輸至交換機(jī)；交換機(jī)完成視頻數(shù)據(jù)的分發(fā)傳輸，錄像機(jī)完成設(shè)備畫面、PGM信號(hào)等記錄工作，視頻監(jiān)看系統(tǒng)完成IP信號(hào)轉(zhuǎn)換成SDI信號(hào)，最終傳輸?shù)揭曨l監(jiān)看設(shè)備。音頻系統(tǒng)主要完成現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)聲調(diào)音臺(tái)混音、5.1環(huán)繞聲制作等工作，主要設(shè)備包括音頻交換機(jī)、主備調(diào)音臺(tái)、現(xiàn)場(chǎng)麥克風(fēng)及音頻信號(hào)處理器等[4]。

2.3 4K+5G傳輸系統(tǒng)架構(gòu)

5G能夠提供穩(wěn)定百兆上行、千兆下行的網(wǎng)絡(luò)帶寬，解決了超高清視頻大量數(shù)據(jù)傳輸問題，實(shí)現(xiàn)4K超高清信號(hào)直播以及素材回傳。4K+5G傳輸系統(tǒng)架構(gòu)是電視節(jié)目4K HDR實(shí)時(shí)直播運(yùn)作的傳輸保障。4K+5G傳輸分為現(xiàn)場(chǎng)制作與遠(yuǎn)程制作兩種模式?，F(xiàn)場(chǎng)制作主要通過轉(zhuǎn)播車完成直播現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)處理工作，5G CPE設(shè)備傳輸視頻畫面、音頻數(shù)據(jù)，通過轉(zhuǎn)播車完成機(jī)位調(diào)度與制作工作，最后回傳電視臺(tái)播出。遠(yuǎn)程制作能夠?qū)崿F(xiàn)云端制作，依托5G高速率、低時(shí)延、大連接優(yōu)勢(shì)，通過5G CPE、5G基站，將所有數(shù)據(jù)回傳至電視臺(tái)，解碼后完成相應(yīng)的制作并直播播放[5]。

3 5G技術(shù)在4K電視節(jié)目直播領(lǐng)域的應(yīng)用案例

3.1 4K+5G視頻直播在體育賽事領(lǐng)域的應(yīng)用

4K+5G視頻直播目前在體育賽事領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。早在2018年，俄羅斯世界杯的賽事直播就通過4K+5G+VR技術(shù)為觀眾呈現(xiàn)了全景、全方位觀賽體驗(yàn)，通過超高速攝影機(jī)實(shí)現(xiàn)多機(jī)位捕捉運(yùn)動(dòng)員細(xì)節(jié)。5G技術(shù)使直播更加流暢，4K技術(shù)為觀眾提供了細(xì)膩清晰的畫質(zhì)體驗(yàn)，VR技術(shù)能夠?yàn)橛^眾帶來全景式觀賽體驗(yàn)[6]。2022年，北京冬奧會(huì)支持全4K HDR信號(hào)制作，在開閉幕式、花樣滑冰、短道速滑、滑雪大跳臺(tái)等環(huán)節(jié)進(jìn)行4K/8K+5G+VR直播，為觀眾營造超臨場(chǎng)感的觀賽氛圍，充分捕捉運(yùn)動(dòng)員高難度、優(yōu)美、細(xì)膩的技術(shù)動(dòng)作，并為觀眾帶來全場(chǎng)景沉浸式直播觀賽體驗(yàn)。

3.2 4K+5G視頻直播在大型晚會(huì)領(lǐng)域的應(yīng)用

4K+5G視頻直播在大型晚會(huì)領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。2020年第十四屆咪咕匯是全球首個(gè)使用5G+4K/8K+AR+VR+云直播技術(shù)的文藝盛典。中國移動(dòng)5G切片首次端到端助力8K超高清直播大型商用，全球首輛8K+5G超高清視頻全業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)播車投入使用，實(shí)現(xiàn)5G+4K/8K端到端制作與多機(jī)位直播，并且全面升級(jí)AR、全息影像技術(shù)，為觀眾帶來9大視角、子彈時(shí)間、自由視角等“超級(jí)現(xiàn)場(chǎng)”的直播體驗(yàn)與觀感。2022年，春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)通過4K+5G+AR+XR等新技術(shù)賦能，帶給觀眾極具沉浸感的直播視聽體驗(yàn)。例如，舞蹈詩劇《只此青綠》通過4K+5G+XR+全息掃描將《千里江山圖》呈現(xiàn)在舞臺(tái)上，營造了宋朝青山綠水的氛圍，帶給觀眾身臨其境般的感受；少兒舞蹈《星星夢(mèng)》通過5G+4K/8K+XR+AR技術(shù)，運(yùn)用720度穹頂屏幕，讓演員與觀眾仿佛置身于夢(mèng)幻、絢爛的星空。國家大劇院也多次開展舞臺(tái)藝術(shù)5G+4K/8K直播，如2019年原創(chuàng)民族舞劇《天路》5G+4K直播，2020“華彩秋韻”音樂會(huì)5G+4K/8K直播等。4K+5G視頻直播在大型晚會(huì)領(lǐng)域的應(yīng)用讓高水平舞臺(tái)表演藝術(shù)以更真實(shí)、更清晰、更具沉浸感的形式呈現(xiàn)，帶給觀眾具有超臨場(chǎng)感的視聽盛宴。

4 結(jié) 語

隨著5G技術(shù)的不斷發(fā)展，將其應(yīng)用于4K電視直播系統(tǒng)，會(huì)深刻改變傳統(tǒng)電視直播模式，不斷提升電視直播節(jié)目制作水平，推動(dòng)4K+5G+VR+XR+AR等新技術(shù)的融合發(fā)展。在這個(gè)視頻直播盛行的時(shí)代，4K+5G能夠被廣泛應(yīng)用于音樂會(huì)、博物展覽、大型演出、體育賽事、游戲賽事直播領(lǐng)域，通過超高清視頻與5G技術(shù)賦予直播更具臨場(chǎng)感、沉浸感、真實(shí)感、新鮮感的視聽體驗(yàn)。