5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)在廣播電視工程中的應(yīng)用

林洪義，常 賢，王桂蘭

（1.汶上縣融媒體中心（廣播電視臺(tái)），山東 濟(jì)寧 272501；2.內(nèi)蒙古呼和浩特市和林格爾縣融媒體中心，內(nèi)蒙古 呼和浩特 011500；3.奈曼旗工業(yè)和信息化局，內(nèi)蒙古 通遼 028300）

0 引 言

2019年8月，中央廣播電視總臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱總臺(tái)）公布“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略布局，以互動(dòng)視頻、沉浸式視頻、8K VR、云游戲等為代表的更高格式、更新應(yīng)用場(chǎng)景的高新視頻應(yīng)用實(shí)踐成為行業(yè)發(fā)展重點(diǎn)。經(jīng)過(guò)三年多的發(fā)展，中央廣播電視總臺(tái)及各地方電視臺(tái)在“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略推進(jìn)下取得了一系列研究成果，如5G+8K移動(dòng)直播、5G+4K/8K遠(yuǎn)程制作、5G+4K/8K超高清電視演播廳以及5G+4K/8K移動(dòng)傳輸系統(tǒng)等，推動(dòng)了廣播電視行業(yè)智慧化、超高清、多終端發(fā)展，創(chuàng)新超高清廣播電視生產(chǎn)流程。

1 5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 5G

5G即第五代移動(dòng)通信技術(shù)。我國(guó)于2019年開(kāi)始5G商用。5G憑借其人、機(jī)、物、系統(tǒng)的萬(wàn)物互聯(lián)能力，在諸多行業(yè)得以融合應(yīng)用。5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景包括增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、超高可靠低時(shí)延通信、海量機(jī)器類通信[1]。在廣播電視行業(yè)，5G技術(shù)也有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。截止到2022年11月末，我國(guó)5G基站總數(shù)達(dá)228.7萬(wàn)個(gè)，占移動(dòng)基站總數(shù)的21.1%，5G通信能力大幅度增加。5G+融媒體應(yīng)用、5G+高新視頻、5G+云+AI、5G+4K/8K+AI等新技術(shù)與新應(yīng)用在廣播電視工程領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[2]。

1.2 8K

視頻技術(shù)經(jīng)歷了模擬、標(biāo)清、高清、超高清的發(fā)展階段，8K（7 680×4 320）超高清視頻在技術(shù)系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備、創(chuàng)新應(yīng)用等方面不斷發(fā)展。中央廣播電視總臺(tái)CCTV-8K超高清頻道于2022年1月24日正式開(kāi)播，并在多地車站建設(shè)8K超高清大屏，播放總臺(tái)8K超高清頻道節(jié)目。在“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略支持下，我國(guó)8K超高清電視在制作、播出、傳輸、呈現(xiàn)等方面實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同發(fā)展[3]。

1.3 視頻采集制作

我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)在視頻采集制作領(lǐng)域取得突破性進(jìn)展，攝像機(jī)、監(jiān)視器、切換臺(tái)、5G背包等超高清視頻采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化。在視頻采集領(lǐng)域，如廣州扳手、卓曜等企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)出8K攝像機(jī)，最高分辨率可達(dá)8 192×5 460，京東方、康維訊等企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)8K監(jiān)視器，索貝聯(lián)合華為推出5G超高清制播解決方案，高駿、當(dāng)虹科技、數(shù)碼視訊等企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)5G+4K/8K超高清背包。視頻制作領(lǐng)域主要有編輯類產(chǎn)品、包裝類產(chǎn)品及收錄系統(tǒng)。編輯類產(chǎn)品方面，中科大洋、索貝、新奧特、當(dāng)虹科技等國(guó)內(nèi)企業(yè)紛紛推出8K編輯產(chǎn)品，如中科大洋D3-Edit非線性編輯系統(tǒng)、新奧特喜瑪拉雅8K超高清非線性編輯系統(tǒng)、索貝EditMax11.5.0非編系統(tǒng)、當(dāng)虹科技Arcvideo MediaFactory8K快編內(nèi)容生產(chǎn)系統(tǒng)等。包裝類產(chǎn)品有新奧特8K超高清圖文包裝系統(tǒng)、中科大洋D3-Crystal水晶三維包裝合成系統(tǒng)。收錄系統(tǒng)有當(dāng)虹科技Arcvideo收錄系統(tǒng)、索貝Ingest Matchless收錄系統(tǒng)及中科大洋攬?jiān)?K/8K收錄系統(tǒng)等[4]。

1.4 編碼設(shè)備

編碼設(shè)備對(duì)5G+8K移動(dòng)直播而言非常重要。超高清編碼設(shè)備的技術(shù)核心是數(shù)字信號(hào)無(wú)損/低損耗傳輸。我國(guó)超高清編碼設(shè)備在編碼標(biāo)準(zhǔn)、編解碼產(chǎn)品架構(gòu)、編解碼器等研發(fā)生產(chǎn)方面取得突破。在編碼標(biāo)準(zhǔn)方面，國(guó)際上超高清視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)以HEVC、VVC、AV1為代表，國(guó)內(nèi)4K/8K超高清編碼以AVS2和AVS3編碼標(biāo)準(zhǔn)為代表，8K編碼標(biāo)準(zhǔn)以HEVC和AVS3為主，代表企業(yè)有當(dāng)虹科技、柯維新、數(shù)碼視訊等。其中，當(dāng)虹科技8K AVS3編碼標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)內(nèi)最早商用落地的案例。在編解碼產(chǎn)品架構(gòu)方面，主要有嵌入式架構(gòu)、通用服務(wù)器兩種。嵌入式超高清視頻編解碼產(chǎn)品不支持AVS2/AVS3標(biāo)準(zhǔn)，以HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)為主，代表企業(yè)有數(shù)碼視訊、NTT、愛(ài)立信。通用服務(wù)器超高清視頻編解碼產(chǎn)品的代表企業(yè)有當(dāng)虹科技、數(shù)碼視訊、Ateme等。超高清編解碼器本土化發(fā)展迅速，在硬件平臺(tái)、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、應(yīng)用軟件等方面實(shí)現(xiàn)了本土化研發(fā)與生產(chǎn)，產(chǎn)品有當(dāng)虹科技的8K AVS3編碼器等[5]。

1.5 核心元器件

5G+8K移動(dòng)直播所使用的核心元器件包括感光器件、存儲(chǔ)芯片、編解碼芯片、圖像芯片以及處理器芯片等。在核心元器件領(lǐng)域，國(guó)外產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)明顯，國(guó)內(nèi)核心元器件研發(fā)生產(chǎn)水平也在大幅度提升。以芯片為例，CMOS、CPU、GPU、編解碼芯片、存儲(chǔ)芯片、終端顯示芯片等依舊以國(guó)外為主，我國(guó)企業(yè)也在逐漸擴(kuò)大市場(chǎng)份額。韋爾豪威公司推出OV64A圖像傳感器，華為海思推出了自主研發(fā)的中央處理器（CPU），上海海思推出了全系列8K終端芯片[6]。

2 5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)在廣播電視工程領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)在新聞節(jié)目中的應(yīng)用

5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)在新聞節(jié)目中有廣泛的應(yīng)用。以2020年新華社5G+8K+衛(wèi)星兩會(huì)五地聯(lián)動(dòng)直播報(bào)道為例，其實(shí)現(xiàn)了8K、5G、衛(wèi)星廣播電視傳輸多種技術(shù)的融合應(yīng)用。系統(tǒng)主要分為前端采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸及終端呈現(xiàn)。前端8K信號(hào)源實(shí)時(shí)采集編碼，主要由索尼8K訊道機(jī)、夏普8K攝像機(jī)、“5G+8K”背包、“5G+8K”轉(zhuǎn)播車等完成信號(hào)采集與節(jié)目編輯工作。網(wǎng)絡(luò)傳輸部分基于“衛(wèi)星+8K”“5G+8K”等傳輸技術(shù)，實(shí)現(xiàn)8K視頻編碼碼流傳輸直播。終端呈現(xiàn)方面采用康佳OLED 75英寸A3Q電視及88英寸的OLED 8K電視，確保畫面清晰流暢、色彩鮮艷[7]。

以2022年世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)烏鎮(zhèn)峰會(huì)為例，當(dāng)虹科技為世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)提供5G+8K移動(dòng)直播解決方案，提供在線直播轉(zhuǎn)碼和離線收錄服務(wù)，通過(guò)當(dāng)虹科技8K AVS3編解碼器完成數(shù)字視頻信號(hào)到網(wǎng)絡(luò)IP數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換及傳輸。此外，當(dāng)虹科技還提供了離線收錄解決方案，生成超高清會(huì)議錄像，為現(xiàn)場(chǎng)新聞媒體提供影像資料。以中國(guó)共產(chǎn)黨成立100周年慶祝活動(dòng)為例，直播技術(shù)團(tuán)隊(duì)以5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合8K超高清轉(zhuǎn)播車、數(shù)字?jǐn)z影機(jī)，向觀眾直播呈現(xiàn)具有“歷史感、厚重感”的超高清直播畫面。

2.2 5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)在體育節(jié)目中的應(yīng)用

以2020中國(guó)足球超級(jí)聯(lián)賽（以下簡(jiǎn)稱中超）決賽為例，其運(yùn)用5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)開(kāi)展8K超高清電視直播，確保了中超聯(lián)賽決賽超高清直播信號(hào)采集、制作、調(diào)制、傳輸、終端解碼和顯示各環(huán)節(jié)的穩(wěn)定。蘇州奧體中心現(xiàn)場(chǎng)配置4路8K訊道，采用AVS2、HEVC兩種編解碼相結(jié)合方式完成8K視頻信號(hào)的編碼工作。通過(guò)8K攝像機(jī)、8K監(jiān)視器、8K錄像機(jī)、8K編碼器、IPQAM調(diào)制器、有線電視傳輸網(wǎng)、8K機(jī)頂盒、8K電視機(jī)等完成中超聯(lián)賽決賽8K超高清直播信號(hào)傳輸鏈路構(gòu)建。5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)在體育節(jié)目中的典型應(yīng)用是2022年冬奧會(huì)。在中央廣播電視總臺(tái)“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略支持下，科技冬奧堅(jiān)持“思想+藝術(shù)+技術(shù)”融合矩陣傳播理念。在信號(hào)制作方面，通過(guò)兩輛國(guó)產(chǎn)4K/8K超高清轉(zhuǎn)播車完成4K/8K超高清格式制作，通過(guò)總臺(tái)自主研發(fā)的8K AVS3視頻編碼器，進(jìn)行冬奧會(huì)8K超高清電視IP集成分發(fā)。依托“百城千屏”戰(zhàn)略、高鐵5G超高清移動(dòng)直播演播室，實(shí)現(xiàn)8K看冬奧，這也是全球首次8K技術(shù)在體育賽事直播中的規(guī)模化應(yīng)用案例。

2.3 5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)在大型晚會(huì)節(jié)目中的應(yīng)用

在大型晚會(huì)節(jié)目中，5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)也有較為廣泛的應(yīng)用。以2021年總臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)（以下簡(jiǎn)稱春晚）為例，在“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略支持下，5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)得以應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)央視春晚的一體化制作、多渠道分發(fā)、多終端呈現(xiàn)、全媒體傳播。在5G背包、超高清在線直播編轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)、8K超高清大屏、8K電視機(jī)等支持下，直播技術(shù)團(tuán)隊(duì)為觀眾帶來(lái)一場(chǎng)超高清、高度臨場(chǎng)感的視覺(jué)盛宴，并在8K超高清試驗(yàn)頻道直播。以2022年央視春晚為例，直播技術(shù)團(tuán)隊(duì)在5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)基礎(chǔ)上又融合了混合現(xiàn)實(shí)（Mixed Reality，MR）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）、全息掃描、8K裸眼3D等技術(shù)，為觀眾帶來(lái)具有豐富審美層次的視覺(jué)盛宴。以國(guó)家大劇院《繁華眾聲》線上直播為例，其采用5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)，實(shí)現(xiàn)8K電視、5G手機(jī)多終端超高清播放，充分運(yùn)用8K超高清網(wǎng)絡(luò)云分發(fā)、5G+8K轉(zhuǎn)播車、8K攝像機(jī)等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了8K直播點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)媒體同步超高清直播。

3 結(jié) 語(yǔ)

5G、8K、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，深刻影響了廣播電視發(fā)展格局。我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展迅速，視頻生產(chǎn)、網(wǎng)絡(luò)傳輸、終端呈現(xiàn)、核心元器件、平臺(tái)服務(wù)等方面的自主研發(fā)與生產(chǎn)能力不斷提升。在總臺(tái)“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略支持下，5G+8K移動(dòng)直播技術(shù)在新聞節(jié)目、綜藝晚會(huì)、體育比賽等領(lǐng)域有越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，推動(dòng)廣播電視向超高清、沉浸感、臨場(chǎng)感等方面發(fā)展。