5G+超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

李一峰

（重慶廣播電視技術(shù)中心涪陵轉(zhuǎn)播臺，重慶 408000）

0 引 言

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，5G技術(shù)和超高清視頻作為兩大前沿技術(shù)備受矚目。本文旨在深入探討5G+超高清視頻在體育、綜藝和新聞節(jié)目中的應(yīng)用，展示其創(chuàng)新潛力，為廣播電視行業(yè)的數(shù)字化升級和未來發(fā)展提供新的思路和啟示。

1 5G技術(shù)概述

1.1 5G技術(shù)的基本原理和特點

5G技術(shù)是第五代移動通信技術(shù)，其基本原理是在高頻段實現(xiàn)大帶寬、高速率和低延遲。5G采用了更高的頻率資源、大規(guī)模天線陣列技術(shù)以及多用戶多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術(shù)來提高網(wǎng)絡(luò)容量和性能。5G的主要特點包括：更高的傳輸速率，支持更豐富的多媒體應(yīng)用；更低的時延，提供實時交互和更高效的服務(wù)；更多的設(shè)備連接，支持物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展；更高的網(wǎng)絡(luò)能量效率，降低能耗。此外，5G還引入了網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，使得網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)應(yīng)用需求按需分配資源，滿足不同業(yè)務(wù)的多樣化需求[1]。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與功能

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是一種靈活的分層結(jié)構(gòu)，主要由核心網(wǎng)絡(luò)和無線接入網(wǎng)絡(luò)組成。核心網(wǎng)絡(luò)采用云計算和虛擬化技術(shù)，具有高度靈活性和可擴展性，包含多個功能模塊，如用戶面和控制面分離、網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計算等，以滿足多樣化的業(yè)務(wù)需求[2]。無線接入網(wǎng)絡(luò)包括基站和傳輸網(wǎng)，支持多頻段和多載波技術(shù)，實現(xiàn)更廣闊的覆蓋和更高的容量。

5G網(wǎng)絡(luò)功能強大，除了提供高速數(shù)據(jù)傳輸和低時延，還支持大規(guī)模連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，支持網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計算，為不同行業(yè)提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。同時，5G網(wǎng)絡(luò)還具備高度安全性，采用加密和認(rèn)證技術(shù)來保護用戶數(shù)據(jù)和隱私。這些優(yōu)勢使得5G網(wǎng)絡(luò)成為連接智能設(shè)備和數(shù)字化應(yīng)用的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，推動了智能城市、智能工廠等新興應(yīng)用的發(fā)展。

1.3 5G在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用前景

5G在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用前景廣闊。其高速率、低時延和大連接特性將帶來多重變革[3]。首先，5G技術(shù)將使超高清視頻實時傳輸成為可能，提升觀眾觀影體驗。其次，5G網(wǎng)絡(luò)支持更多用戶同時在線觀看，促進個性化內(nèi)容推薦和互動式體驗。此外，5G網(wǎng)絡(luò)還可推動虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）和增強現(xiàn)實（Augmented Reality，AR）技術(shù)的應(yīng)用，為廣播電視節(jié)目增添更多交互性。5G還將促進直播業(yè)務(wù)的發(fā)展，支持高質(zhì)量、多角度的實時直播節(jié)目。最后，5G與邊緣計算結(jié)合，可實現(xiàn)內(nèi)容在邊緣節(jié)點的快速處理和分發(fā)，提高服務(wù)質(zhì)量。

2 超高清視頻技術(shù)概述

2.1 超高清視頻的定義和特點

超高清視頻（Ultra High Definition，UHD）是一種高質(zhì)量的視頻格式，具有較高的分辨率和更真實的色彩表現(xiàn)。常見的超高清視頻分辨率為3 840×2 160像素（4K UHD）或7 680×4 320像素（8K UHD），相比于傳統(tǒng)高清視頻，它們具有更多的像素，呈現(xiàn)出更清晰、更細(xì)膩的圖像細(xì)節(jié)。超高清視頻還采用高動態(tài)范圍（High Dynamic Range，HDR）技術(shù)，拓展了視覺表現(xiàn)范圍，增強了明暗細(xì)節(jié)，使畫面更加真實、生動[4]。此外，超高清視頻還支持更高的幀率，如60 f·s-1或120 f·s-1，讓動態(tài)畫面更加流暢。

2.2 超高清視頻編解碼技術(shù)

超高清視頻編解碼技術(shù)是對超高清視頻進行壓縮和解壓縮的關(guān)鍵技術(shù)。編碼是將原始視頻數(shù)據(jù)壓縮成較小的文件大小以減少存儲和傳輸成本，而解碼則是將壓縮后的數(shù)據(jù)還原為高質(zhì)量的超高清視頻。目前，常用的超高清視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)包括H.265/HEVC和VP9。這些編碼技術(shù)采用復(fù)雜的算法和預(yù)測模型，以降低碼率、提高壓縮效率，并支持高動態(tài)范圍和更高的色彩深度。

2.3 超高清視頻傳輸與存儲技術(shù)

超高清視頻傳輸與存儲技術(shù)是實現(xiàn)高質(zhì)量視頻傳輸和存儲的關(guān)鍵[5]。對于傳輸，超高清視頻文件較大，需要高帶寬和穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)支持，常見的傳輸方式包括光纖網(wǎng)絡(luò)、5G網(wǎng)絡(luò)和高速以太網(wǎng)，以確保高速、流暢的視頻傳輸體驗。同時，可以使用自適應(yīng)比特率傳輸技術(shù)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況自動調(diào)整視頻質(zhì)量，確保在不穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下也能獲得良好的觀看效果。對于存儲，超高清視頻文件體積巨大，需要大容量的存儲設(shè)備，如硬盤、固態(tài)硬盤等。

3 5G+超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 5G+超高清視頻在體育節(jié)目中的應(yīng)用

5G+超高清視頻在體育節(jié)目中的應(yīng)用呈現(xiàn)出豐富的創(chuàng)新潛力。首先，5G網(wǎng)絡(luò)的高速率和低時延使得觀眾能夠?qū)崟r觀看高清、流暢的比賽畫面，增強了觀看體驗[6]。超高清視頻技術(shù)的高分辨率和HDR技術(shù)帶來更真實、細(xì)膩的畫面，使觀眾能更清晰地觀察比賽細(xì)節(jié)。其次，5G技術(shù)支持多角度拍攝和實時切換，觀眾可自由選擇觀看不同視角，增加了互動性。再次，5G還能實現(xiàn)AR和VR技術(shù)的應(yīng)用，將觀眾沉浸到比賽場景中，提供身臨其境的感覺。最后，5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)為重要體育賽事提供專用網(wǎng)絡(luò)資源，確保高質(zhì)量傳輸。

綜上所述，5G+超高清視頻在體育節(jié)目中的應(yīng)用將帶來更豐富、互動性更強、觀看體驗更優(yōu)的新視聽享受，推動體育節(jié)目向數(shù)字化和智能化方向發(fā)展。2022年冬奧會是5G+超高清視頻在體育節(jié)目中應(yīng)用的典型案例。中央廣播電視總臺（以下簡稱總臺）以5G+4K/8K+AI技術(shù)為基礎(chǔ)，打造科技冬奧，高鐵5G超高清奧運演播室、5G背包、“獵豹”超高速4K軌道攝像機等被廣泛應(yīng)用于冬奧會節(jié)目制作與轉(zhuǎn)播中。在北京冬奧會花滑和短道速滑8K轉(zhuǎn)播節(jié)目中，總臺CCTV-8K頻道運用5G技術(shù)、8K超高清畫面賽事轉(zhuǎn)播技術(shù)、三維聲沉浸式聲音技術(shù)打造超高清、臨場感、沉浸式的觀看體驗。8K+5.1.4轉(zhuǎn)播車系統(tǒng)負(fù)責(zé)制作和收錄5.1.4三維聲、5.1環(huán)繞聲和下混立體聲信號，通過5G背包支持后方新聞演播室主持人與前方外場記者視頻連線的業(yè)務(wù)場景，通過5G網(wǎng)絡(luò)全面覆蓋北京、延慶、張家口三個冬奧賽區(qū)，確保冬奧會演播室系統(tǒng)運行穩(wěn)定、播出安全。

3.2 5G+超高清視頻在綜藝節(jié)目中的應(yīng)用

5G+超高清視頻在綜藝節(jié)目中的應(yīng)用，為這一領(lǐng)域帶來了獨特的創(chuàng)新和發(fā)展機遇。首先，5G網(wǎng)絡(luò)的高速率和低時延使得綜藝節(jié)目可以實時傳輸高清畫面，觀眾能夠更流暢地觀看直播和點播，提升了觀看體驗。超高清視頻技術(shù)的高分辨率和HDR技術(shù)增強了畫面細(xì)節(jié)和色彩表現(xiàn)，提高了視覺感受，使觀眾沉浸于綜藝節(jié)目的內(nèi)容。其次，5G技術(shù)支持多攝像機拍攝和實時切換，增加了綜藝節(jié)目的趣味性和視覺效果，豐富了內(nèi)容呈現(xiàn)方式。觀眾可以自由選擇不同視角，增強了互動性。綜合而言，5G+超高清視頻在綜藝節(jié)目中的應(yīng)用將推動節(jié)目創(chuàng)新，提升觀眾體驗，為綜藝節(jié)目產(chǎn)業(yè)的數(shù)字化升級和發(fā)展帶來新的機遇。5G+超高清視頻在綜藝節(jié)目中有廣泛的應(yīng)用，以總臺春節(jié)聯(lián)歡晚會（以下簡稱春晚）為例，在總臺實施“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略布局后，2021，2022，2023年的春晚在技術(shù)應(yīng)用方面取得新突破，5G+超高清視頻在總臺春晚的應(yīng)用為觀眾帶來超高清、沉浸式、云端視覺盛宴。以2021年春晚為例，在“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略布局指導(dǎo)下，2021年春晚帶給觀眾一場云端視覺盛宴。2021年，春晚節(jié)目《牛起來》依托5G技術(shù)實現(xiàn)內(nèi)地演員關(guān)曉彤、王一博在北京春晚現(xiàn)場的演出直播與香港演員劉德華在香港完成的云錄制，通過4K/8K超高清視頻技術(shù)實現(xiàn)演員們在春晚舞臺的跨時空“同臺演繹”。以2020年春晚為例，在2021年春晚臺成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，4K/8K、5G、AI、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)在2022年春晚舞臺上綻放光芒，舞蹈詩劇《只此青綠》節(jié)目融合4K/8K、5G、XR、全息掃描等技術(shù)勾勒出宋朝的青綠山水，帶給用戶沉浸式、超高清的節(jié)目觀看體驗。以2023年春晚為例，大量運用5G、4K/8K、AI、XR等新技術(shù)，首次實現(xiàn)“8K超高清+三維菁彩聲”春晚直播，首次使用國內(nèi)自主研發(fā)的8K超高清攝像機參與春晚攝制，5G云連線技術(shù)搭建從云端到現(xiàn)場的橋梁，讓春晚舞臺現(xiàn)場內(nèi)外同唱一首歌，為觀眾帶來奇妙、震撼的視聽感受。

3.3 5G+超高清視頻在新聞節(jié)目中的應(yīng)用

5G+超高清視頻在新聞節(jié)目中的應(yīng)用，將為新聞行業(yè)帶來深刻的變革。首先，5G網(wǎng)絡(luò)的高速率和低時延使得新聞報道可以實時傳輸高清視頻，記者能夠快速將現(xiàn)場新聞實況直播到觀眾面前，增強了新聞報道的時效性和實時性。超高清視頻技術(shù)的高分辨率和HDR技術(shù)提高了畫面質(zhì)量，使觀眾更清晰地看到細(xì)節(jié)，提升了新聞報道的視覺感受。其次，5G技術(shù)支持多攝像機拍攝和實時切換，讓觀眾從不同角度了解事件現(xiàn)場，提供更全面的報道。此外，5G還可結(jié)合AR技術(shù)，為新聞節(jié)目增加虛擬元素，更生動地展現(xiàn)新聞內(nèi)容。5G網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可確保重要新聞節(jié)目擁有專用網(wǎng)絡(luò)資源，保障高質(zhì)量傳輸。以2023年全國兩會新聞報道為例，中國聯(lián)通圓滿完成2023年全國兩會通信服務(wù)保障工作，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)覆蓋，支持“5G+4K”“5G+VR”業(yè)務(wù)及多點、多地多路、多鏡視頻直播和新聞報道的需求。除此之外，5G+超高清視頻在黨的二十大、北京2022年冬奧會和冬殘奧會、中華人民共和國成立70周年及中國共產(chǎn)黨成立100周年慶?；顒拥刃侣劵顒又杏袕V泛的應(yīng)用，極大地提升新聞直播、轉(zhuǎn)播的流暢度、清晰度，帶給觀眾超高清、沉浸式、臨場感的新聞觀看體驗。

4 結(jié) 語

通過對5G技術(shù)和超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，5G與超高清視頻的融合，將推動廣播電視行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展，提升用戶體驗和觀看效果。5G的高速率和低時延使得超高清視頻實時傳輸成為可能，為體育、綜藝和新聞節(jié)目帶來更豐富的內(nèi)容呈現(xiàn)方式。