5G通信技術(shù)傳輸超高清視頻探討

范幸坡

（作者單位：河南省無線傳輸發(fā)射中心）

在我國科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)上，信息的傳播形式越來越多樣化，視頻也成為信息傳播的主要形式之一。在用戶對視頻要求不斷提升的情況下，誕生了4K、8K等超高清視頻類型，這類視頻有著較高的分辨率，能夠給予用戶良好的觀看體驗(yàn)。但是，這類超高清視頻在體現(xiàn)顯示效果優(yōu)勢的同時(shí)也存在著信息量大、數(shù)據(jù)大的劣勢，應(yīng)用3G、4G通信網(wǎng)絡(luò)需要花費(fèi)大量的時(shí)間進(jìn)行視頻信息數(shù)據(jù)的上傳與處理，降低了信息傳播的時(shí)效性。在5G時(shí)代到來以后，5G通信技術(shù)憑借信息承載能力更強(qiáng)、速率更高的優(yōu)勢，能夠更快地傳輸超高清視頻內(nèi)容，有效推動(dòng)了超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

1 5G通信技術(shù)背景下超高清視頻產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 超高清視頻的傳輸速度得到有效的提升

由于超高清視頻的數(shù)據(jù)量較大，在傳輸?shù)倪^程中受到網(wǎng)絡(luò)速率的影響會(huì)出現(xiàn)傳輸效率較低的狀況，這非常不利于高清視頻的高效傳播。在新時(shí)代，超高清產(chǎn)業(yè)規(guī)模越來越大，應(yīng)用超高清視頻的企業(yè)越來越多，需要進(jìn)行超高清視頻傳輸?shù)墓ぷ鲀?nèi)容越來越多，應(yīng)用5G通信技術(shù)能夠有效提升超高清視頻的傳輸效率。5G網(wǎng)絡(luò)速度比4G快幾十倍甚至上百倍，從理論數(shù)據(jù)上可以了解到，在5G通信技術(shù)的支持下，信息的傳播效率能夠達(dá)到每8秒1G，這樣的傳播效率能夠充分滿足超高清視頻的傳輸需求，讓大容量、大數(shù)據(jù)量的超高清視頻在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速傳輸[1]。

1.2 超高清視頻的傳輸質(zhì)量得到充分的保障

超高清視頻有更高的分辨率和清晰度，對傳輸碼率的要求更高，只有充足的網(wǎng)絡(luò)流量和儲(chǔ)存空間才能夠充分保障超高清視頻的完整傳輸。雖然在4G網(wǎng)絡(luò)的支持下，超高清視頻也能夠緩慢傳輸，但是，4G網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性和傳輸局限，會(huì)在超高清視頻傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)過度壓縮或是部分畫面清晰度降低的狀況，影響超高清技術(shù)的應(yīng)用效果。在5G通信技術(shù)的支持下，這一狀況的發(fā)生概率大大降低，5G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)流量支持的傳輸效率更高，能夠同時(shí)進(jìn)行多樣化數(shù)據(jù)的傳輸，在傳輸效率得到保障的情況下，不容易出現(xiàn)傳輸中斷或是信息壓縮的現(xiàn)象，讓超高清視頻的傳輸質(zhì)量得到充分的保障。

1.3 高清視頻應(yīng)用企業(yè)與通信企業(yè)深度合作

在超高清視頻誕生以后，5G通信技術(shù)的應(yīng)用，推動(dòng)了超高清視頻在諸多行業(yè)中的應(yīng)用，為超高清產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，通信企業(yè)與高清視頻應(yīng)用企業(yè)的深度合作也實(shí)現(xiàn)了二者的互相推動(dòng)，打造了雙贏的發(fā)展局面。首先，對于高清視頻應(yīng)用企業(yè)來說，在傳輸高清視頻的過程中，5G技術(shù)是必須應(yīng)用的現(xiàn)代化技術(shù)之一，因?yàn)橹挥袘?yīng)用5G技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)超高清視頻的快速傳輸，保障超高清視頻傳輸?shù)臅r(shí)效和質(zhì)量，推動(dòng)高清視頻應(yīng)用行業(yè)的發(fā)展。比如：在公安、消防行業(yè)中，5G通信技術(shù)的應(yīng)用能夠讓高分辨率的8K視頻加載在無人機(jī)上參與輔助偵查工作；在醫(yī)療行業(yè)中遇到較難攻克的醫(yī)療問題時(shí)，會(huì)開啟遠(yuǎn)程醫(yī)療工作，運(yùn)用5G通信技術(shù)傳輸超高清視頻，能夠讓遠(yuǎn)程醫(yī)療的限制性降低，緩解醫(yī)療資源分配不均的問題。其次，對于通信企業(yè)來說，5G通信基站的建設(shè)、應(yīng)用都需要有充足的資金支持，用戶的應(yīng)用能夠?yàn)橥ㄐ牌髽I(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟(jì)收益，傳輸超高清視頻的過程中需要應(yīng)用到5G通信技術(shù)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流量費(fèi)用為通信企業(yè)帶來了更多的用戶與更大的經(jīng)濟(jì)效益。二者的合作，能達(dá)到共贏的局面[2]。

2 利用5G通信技術(shù)制作與傳輸超高清視頻的優(yōu)勢

5G通信技術(shù)應(yīng)用為超高清視頻的制作與傳輸提供了較大的便捷性，其不僅能夠支撐超高清視頻的快速傳輸，還能夠在制作超高清視頻的過程中得到更好的展示效果，推動(dòng)了超高清視頻產(chǎn)業(yè)的良好發(fā)展。5G通信技術(shù)的優(yōu)勢可以從網(wǎng)絡(luò)能力、平臺(tái)能力以及差異化承載能力上得以展現(xiàn)，下文便是從這三方面入手，對5G通信技術(shù)制作與傳輸超高清視頻的優(yōu)勢進(jìn)行具體分析。

2.1 網(wǎng)絡(luò)能力方面

相較于4G通信技術(shù)來說，5G通信技術(shù)最為明顯的升級就是網(wǎng)絡(luò)能力得到了較大程度的提升，其具有大連接、低時(shí)延、高帶寬的特性，有較快的視頻傳輸速度，更大的數(shù)據(jù)承載量也讓超高清視頻的傳輸有更高的保障。根據(jù)4G通信技術(shù)的應(yīng)用情況可以了解到，4G通信技術(shù)及4GWi-Fi網(wǎng)絡(luò)都會(huì)受到網(wǎng)絡(luò)能力的限制，數(shù)據(jù)的傳輸速度較低。但是在應(yīng)用5G通信技術(shù)以后，這一現(xiàn)象得到了有效的改善，5G通信技術(shù)能夠?qū)⒊咔逡曨l內(nèi)容轉(zhuǎn)化為數(shù)字化數(shù)據(jù)，通過5G移動(dòng)通信或是5GWi-Fi將數(shù)據(jù)傳輸?shù)娇蛻艚K端設(shè)備（Customer Premise Equipment, CPE），轉(zhuǎn)接至5G基站。除此之外，還能夠通過5G模組將數(shù)據(jù)集成于編碼設(shè)備之中，然后通過編碼設(shè)備將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G基站。5G的核心網(wǎng)絡(luò)和承載網(wǎng)絡(luò)得到了改進(jìn)，其應(yīng)用葉脊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（Spineleaf）的新型承載方式，加強(qiáng)了5G網(wǎng)絡(luò)的承載能力，在面臨超高清視頻的超大數(shù)據(jù)量時(shí)也能夠做到快速傳輸。5G通信技術(shù)能夠根據(jù)傳輸內(nèi)容的特性進(jìn)行傳輸模式的自主切換，無論是獨(dú)立組網(wǎng)還是非獨(dú)立組網(wǎng)模式，都能夠應(yīng)用于超高清視頻的高速傳輸[3]。

2.2 平臺(tái)能力方面

在新時(shí)代，大眾的生活水平得到了顯著的提升，在基礎(chǔ)信息需求得到充分保障的前提下，越來越多的人對信息接收體驗(yàn)感有了更高的要求，超高清視頻的誕生讓視頻的呈現(xiàn)效果得到了顯著的提升。但是，在超高清視頻制作與分發(fā)的過程中，依舊需要應(yīng)用內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network, CDN）來進(jìn)行內(nèi)容的獲取，解決Internet網(wǎng)絡(luò)擁擠的狀況，提高用戶訪問的響應(yīng)速度，優(yōu)化超高清視頻的畫面內(nèi)容，讓超高清視頻在傳輸過程中不掉幀、不卡頓、不黑屏，給予大眾良好的視覺體驗(yàn)。無論是對于互聯(lián)網(wǎng)電視業(yè)務(wù)，還是對于傳統(tǒng)媒體業(yè)務(wù)來說，CDN、視鏡像技術(shù)等都是超高清視頻獲取、分發(fā)過程中必須應(yīng)用的技術(shù)內(nèi)容。超高清視頻需要有80 Mbps以上的帶寬，5G通信技術(shù)的應(yīng)用能夠讓CDN流媒體服務(wù)器的應(yīng)用效果得到保障，充分體現(xiàn)其處理能力強(qiáng)、時(shí)延低的特性。在進(jìn)行CDN選擇和網(wǎng)絡(luò)部署的時(shí)候，超高清視頻的制作方與傳輸方需要對CDN廠商進(jìn)行嚴(yán)格的篩選，合理進(jìn)行CDN節(jié)點(diǎn)的部署，減少超高清視頻的中轉(zhuǎn)傳輸環(huán)節(jié)，使內(nèi)容傳輸更快、更穩(wěn)定[4]。

另外，在超高清視頻制作需要應(yīng)用到計(jì)算技術(shù)，其中邊緣計(jì)算技術(shù)就是不可忽視的關(guān)鍵技術(shù)之一。移動(dòng)邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing, MEC）能夠?qū)⒂?jì)算控制能力下沉至邊緣側(cè)，滿足超高清視頻用戶的就近服務(wù)需求，在區(qū)域云和核心云一體化的組網(wǎng)模式下，高清視頻的素材質(zhì)量得到了更高的保障。CDN技術(shù)與MEC部署的結(jié)合應(yīng)用能夠減少超高清視頻制作、傳輸過程中對網(wǎng)絡(luò)及寬帶的占用，大大降低超高清視頻傳輸和加載過程中的時(shí)延。

2.3 差異化承載方面

5G通信網(wǎng)絡(luò)在傳輸超高清視頻的過程中能夠做到差異化承載主要依靠網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，這一技術(shù)的應(yīng)用能夠在一個(gè)物理平臺(tái)上對核心網(wǎng)、無線網(wǎng)與承載網(wǎng)實(shí)行虛擬化、互相隔離管理，提高網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分配承載的合理性。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization, NFV）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SoftwareDefinedNetwork, SDN）、靈活以太網(wǎng)（Flexible Ethernet,FlexE）、虛擬化技術(shù)等都是網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)中的關(guān)鍵推動(dòng)要素，其能夠在超高清視頻傳輸?shù)倪^程中低延時(shí)地進(jìn)行切片，將切片協(xié)同回傳。

3 利用5G通信技術(shù)傳輸超高清視頻帶來的影響

3.1 推動(dòng)科學(xué)技術(shù)的創(chuàng)新

對于現(xiàn)代化社會(huì)來說，5G通信技術(shù)和超高清視頻拍攝、傳輸技術(shù)都是基礎(chǔ)的現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，5G通信技術(shù)自身具備低能耗、低時(shí)延、廣覆蓋、高可靠、高傳輸?shù)奶匦?，對這項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行深入應(yīng)用能夠有效推動(dòng)超高清視頻行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。在現(xiàn)代化社會(huì)中，超高清視頻的生產(chǎn)與傳輸會(huì)應(yīng)用到虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality, VR）技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality,AR）技術(shù)、H5制作技術(shù)、5G通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)等多樣化的技術(shù)，這些技術(shù)的融合推動(dòng)當(dāng)今社會(huì)如今智能化時(shí)代，也讓媒體信息的傳播變得更加便捷、快速，讓所有需要進(jìn)行視覺展示的內(nèi)容都有更高的清晰度。

首先，利用5G通信技術(shù)傳輸超高清視頻能夠給予媒體更大的創(chuàng)新空間。例如，媒體在制作節(jié)目的過程中可以積極應(yīng)用VR、AR技術(shù)來創(chuàng)設(shè)虛擬化的節(jié)目錄制場景，增強(qiáng)虛擬化物品的現(xiàn)實(shí)感，使節(jié)目的形式和視覺效果都得到升級，給予大眾更好的觀看體驗(yàn)。在應(yīng)用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行節(jié)目制作的過程中，5G通信技術(shù)的低時(shí)延特性，能夠幫助VR、AR產(chǎn)品降低“運(yùn)動(dòng)到成像時(shí)延”，將其控制在20 ms之內(nèi)。除此之外，在應(yīng)用5G通信技術(shù)傳輸VR、AR畫面的時(shí)候，呈現(xiàn)出來的畫質(zhì)與分辨率更好，視頻效果更佳。

其次，有了基礎(chǔ)視頻技術(shù)和通信技術(shù)的支持，視頻制作企業(yè)也能夠應(yīng)用人工智能技術(shù)來進(jìn)行視頻的制作和傳輸，通過特定的算法來進(jìn)行視頻的智能處理，減少視頻制作過程中的人力資源耗費(fèi)，避免出現(xiàn)視頻制作參與人數(shù)過多、傳輸中轉(zhuǎn)次數(shù)過多造成的畫面質(zhì)量下降現(xiàn)象，為良好的畫面呈現(xiàn)效果提供更高的保障。

3.2 加速媒體的融合

媒體是人民群眾獲取信息、資訊的主要渠道，無論是新媒體還是傳統(tǒng)媒體，在制作內(nèi)容的過程中都避免不了視頻的應(yīng)用，通過應(yīng)用超高清視頻能夠有效提高內(nèi)容呈現(xiàn)效果。在5G技術(shù)和超高清視頻的融合應(yīng)用下，媒體之間的距離越來越近，形成了媒體大融合的景象，這為傳統(tǒng)媒體的創(chuàng)新發(fā)展指明了道路，促進(jìn)了融媒體技術(shù)的誕生和應(yīng)用。媒體在進(jìn)行內(nèi)容生產(chǎn)的時(shí)候需要考慮到4K高清視頻與5G通信技術(shù)的融合，深入應(yīng)用移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、電子終端、應(yīng)用程序（Application, App）來增加呈現(xiàn)渠道，提升視頻內(nèi)容的影響力。

對于傳統(tǒng)媒體來說，傳統(tǒng)的內(nèi)容生產(chǎn)和信息傳播模式存在著局限性，受眾分流也會(huì)造成受眾數(shù)量銳減，不利于媒體自身的可持續(xù)化發(fā)展。在拓展移動(dòng)終端類型和App應(yīng)用的過程中，在5G通信技術(shù)的支持下超高清視頻得到快速的傳輸，支持各個(gè)媒體之間的超高清視頻內(nèi)容互通，加強(qiáng)了各個(gè)媒體之間信息交流，加速了媒體的融合發(fā)展[5]。傳統(tǒng)媒體能夠用5G通信技術(shù)來獲取新媒體平臺(tái)中超高清視頻信息，為傳統(tǒng)媒體的內(nèi)容制作提供更多的素材，豐富了傳統(tǒng)媒體的新聞內(nèi)容呈現(xiàn)方式，拓展了傳統(tǒng)媒體與新媒體之間的信息交流渠道，打破了傳統(tǒng)媒體與新媒體之間的壁壘。

3.3 提高視頻用戶的觀看體驗(yàn)

應(yīng)用5G技術(shù)進(jìn)行超高清視頻的傳輸能夠有效提高視頻用戶的觀看體驗(yàn)，其中體驗(yàn)感最為明顯的就是各大媒體的受眾，媒體傳遞的視頻內(nèi)容受眾范圍最廣，其他的超高清視頻行業(yè)則不同，其他行業(yè)對視頻的觀看用戶有一定的要求，只有用戶有某種特定的身份或是在某種條件下，才能觀看超高清視頻。

首先，從傳媒行業(yè)的角度上來說，無論是傳統(tǒng)媒體還是新媒體，其在進(jìn)行素材拍攝的時(shí)候都會(huì)應(yīng)用分辨率更高、拍攝效果更好的設(shè)備，以此來提高素材的質(zhì)量，讓視頻的制作效果得到保障。現(xiàn)代社會(huì)中有不少的節(jié)目會(huì)采用直播的形式，其對網(wǎng)絡(luò)時(shí)延性的要求較高，5G技術(shù)的低時(shí)延特性能夠大大增強(qiáng)直播的呈現(xiàn)效果。

其次，需要進(jìn)行超高清視頻傳輸?shù)男袠I(yè)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止傳媒行業(yè)，在軍事領(lǐng)域、安防工作、醫(yī)療健康行業(yè)等都會(huì)應(yīng)用到超高清視頻，其能夠讓拍攝內(nèi)容的展示效果得到保障。并且，這些行業(yè)對視頻的實(shí)時(shí)性都有一定的要求，5G通信技術(shù)的信息承載量較大，能對接多個(gè)傳播端口，在一定程度上降低了視頻拍攝與瀏覽存在的時(shí)差，保障視頻信息呈現(xiàn)的及時(shí)性，讓觀看視頻的工作人員對拍攝情況有更加清晰的認(rèn)知，提高工作人員的視頻觀看體驗(yàn)。

4 結(jié)語

5G技術(shù)和超高清視頻在諸多行業(yè)中都得到了深入應(yīng)用，不僅僅是傳媒行業(yè)，還包括安防監(jiān)控行業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)行業(yè)、醫(yī)療健康行業(yè)等，5G通信技術(shù)的應(yīng)用讓超高清視頻的傳輸效率得到了顯著的提升。視頻的傳播對信息的傳遞有著重要作用，在超清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展的過程中，國家給予了方向指導(dǎo)和政策支持。在利用5G通信技術(shù)傳輸超高清視頻的過程中，技術(shù)人員需要對其中應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究，確保技術(shù)作用的充分發(fā)揮，保障超高清視頻的高質(zhì)量傳輸。