5G通信技術在超高清視頻傳輸中的應用

［關鍵詞］5G 通信技術；超高清；視頻

［中圖分類號］TN919.8 ［文獻標志碼］A ［文章編號］2095–6487（2024）11–0045–03

近幾年來，隨著我國科學技術水平的不斷發(fā)展，信息傳播技術也得到了提升，在一定程度上優(yōu)化了信息傳播的方式，使得信息傳播的方式表現(xiàn)出了多元化特征。在信息傳播的過程中，視頻傳輸是常見的一種形式。在5G通信技術廣泛應用的新時期，用戶對視頻傳輸也提出了更高的要求，超高清視頻的類型從4K 逐漸升級成了8K，這種超高清視頻的分辨率更高，能夠為用戶帶來更加優(yōu)良的觀看體驗。超高清視頻傳輸?shù)倪^程中涉及的信息量更多，數(shù)據(jù)更加繁雜，應用4G 通信技術不但耗時較久，并且時效性較低。5G通信技術在信息方面的承載力更強，傳輸速率更高，在進行視頻傳輸?shù)倪^程中能夠?qū)崿F(xiàn)超高清視頻的傳輸，對推動我國視頻傳輸行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮出了重要作用[1]。

1"5G通信技術的優(yōu)點

在數(shù)據(jù)傳輸速度方面，與4G通信技術相比，5G通信技術的傳輸速度更快。目前，5G 網(wǎng)絡的最高速度可達20 Gbps，高速率也為大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實等技術帶來了更大的發(fā)展空間。在延遲性方面，5G 通信技術的延遲性更低，目前已低至1 ms（4G網(wǎng)絡的延遲時間在30～50 ms），這更好地滿足了需要實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喾N場景，如超高清視頻傳輸、無人駕駛、遠程醫(yī)療及在線游戲等。5G 通信技術覆蓋范圍更廣，此種技術應用了大規(guī)模多輸入多輸出技術，能夠在同一時間為多個用戶提供音頻及視頻的傳輸服務，期間應用了毫米波技術，可大幅提升頻譜的利用率。

2"5G通信技術應用背景下超高清視頻傳輸?shù)膬?yōu)勢

2.1加快了超高清視頻傳輸?shù)乃俣?/p>

超高清視頻傳輸過程中涉及的數(shù)據(jù)量比較大，在進行視頻傳輸?shù)倪^程中如果網(wǎng)絡速率未能滿足傳輸需求，則會導致視頻傳輸效率降低。在新時期，超高清視頻傳輸行業(yè)迎來了極大的發(fā)展空間，行業(yè)規(guī)模逐漸擴大，越來越多的企業(yè)對超高清視頻的傳輸提出了更高的要求，企業(yè)在運營過程中需要通過超高清視頻傳輸完成工作內(nèi)容。5G 通信技術的應用則可以有效提高超高清視頻的傳輸效率，相比較4G 通信技術而言，5G 通信技術的傳輸速度快了幾十倍甚至上百倍，應用5G 通信技術后，信息傳輸?shù)乃俣雀?，在進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，下載和上傳的速度也更快，延遲率更低，實現(xiàn)了信息的實時交互及迅速響應。

2.2提高了超高清視頻的傳輸質(zhì)量

在傳輸超高清視頻的過程中，要求視頻具備較高的分辨率和清晰度，這對通信技術方面的要求也更高。5G通信技術所具備的傳輸碼率更高，應用的過程中網(wǎng)絡流量及存儲空間也更大，這也在一定程度上為超高清視頻傳輸打好了重要基礎。以往應用4G 網(wǎng)絡通信技術進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，網(wǎng)絡通信技術缺乏穩(wěn)定性，導致超高清視頻傳輸過程中的局限性較強，部分超高清視頻傳輸?shù)倪^程中內(nèi)容被壓縮，導致畫面的清晰度降低，影響了超高清視頻傳輸?shù)男省?G 通信技術在網(wǎng)絡流量的支持下，則有效地提高了超高清視頻的傳輸質(zhì)量及效率，且可在同一個時間段進行多個超高清視頻的傳輸，實現(xiàn)超高清視頻傳輸?shù)亩鄻踊?，不但保證了超高清視頻的傳輸效率，并且還極大地減少了超高清視頻傳輸過程中傳輸中斷、視頻被壓縮等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3促進了企業(yè)之間的深度合作

在進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中應用5G 通信技術，也在一定程度上推動超高清視頻向其他行業(yè)中的滲入，加速了超高清行業(yè)的發(fā)展，促進了通信企業(yè)與高清視頻應用企業(yè)間的合作，使得通信企業(yè)與超高清視頻應用企業(yè)之間互相依賴，互相推動，體現(xiàn)出了雙贏的發(fā)展特征。對于超高清視頻應用企業(yè)而言，應用5G 通信技術進行超高清視頻的傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)超高清視頻的快速傳輸，保證超高清視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量及時效性。站在通信企業(yè)的角度上來看，通過建設5G 通信基站、應用5G 通信技術，能夠為超高清視頻傳輸企業(yè)提供高質(zhì)量的視頻傳輸服務，但也在一定程度上增加了通信企業(yè)的經(jīng)濟收益。所以通信企業(yè)與超高清視頻應用企業(yè)之間的有效合作實現(xiàn)了二者雙贏的局面。

3"5G通信技術在超高清視頻傳輸中的應用

3.1高效率視頻編碼技術

高效率視頻編碼技術的應用是促進超高清視頻傳輸?shù)闹饕夹g之一， 也被稱之為H.265 和MPEG–Hpart2，高效率視頻編碼也是一種視頻壓縮標準，與AVC 技術相比較而言，在相同的視頻質(zhì)量水平下，高效視頻編碼技術所提供的數(shù)據(jù)壓縮比增加了兩倍之多，超高清視頻傳輸質(zhì)量更高。此種技術目前可支持分辨率為8 192×4 320 的超高清視頻的傳輸，也包括8K 超高清視頻的傳輸。高效率視頻編碼技術的應用有效增加了超高清視頻傳輸過程中的壓縮比，并且還創(chuàng)建了一個新的視頻壓縮標準，即H.264/MPEG–4AVC技術標準。在超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，可以帶給受眾一種平滑、連續(xù)的感受。超高清視頻傳輸中，將視頻的幀率控制在了25～30 fps，視頻編碼與視頻亮度及色度分量的要求更相符。近兩年來，應用于超高清視頻傳輸中的一種新技術，即H.265/HAVC技術，其分辨率更高，目前已經(jīng)支持8K 超高清視頻的傳輸，這種技術的編碼結構更加靈活，以往H.264/HAVC 技術宏塊只有16×16，而H.265/HAVC 技術的宏塊為64×64，能夠?qū)Ψ直媛矢叩母咔逡曨l進行壓縮，編碼結構的靈活性使得編碼效率更高，如其中的編碼單元、預測單元及變換單元可進行分離，能夠?qū)Τ咔逡曨l傳輸中的各個環(huán)節(jié)進行靈活處理，從而能夠?qū)Ψ弦曨l圖像的紋理進行更加準確的劃分。H.265/HAVC 技術的塊結構更加靈活，自適應性更強，在超高清視頻傳輸?shù)倪^程中可根據(jù)運動補償塊的大小對幀間編碼進行相應調(diào)整，如會根據(jù)針對預測殘差的特對變化塊的大小進行調(diào)整，既能夠?qū)崿F(xiàn)更多圖像細節(jié)的畫保存，還能發(fā)揮出能量集中的效果。

3.2"5G網(wǎng)絡組網(wǎng)電信運營商技術

5G網(wǎng)絡組網(wǎng)模式下，5G網(wǎng)絡與4G網(wǎng)絡完全獨立。在這種情況下，5G網(wǎng)絡的帶寬更大、時延更低，能夠完成多種業(yè)務的超鏈接。在網(wǎng)速方面，5G網(wǎng)絡的峰值速率是4G 網(wǎng)絡峰值速度的20倍，而體驗速率是4G 網(wǎng)絡體驗速率的10倍以上。在進行超高清視頻傳輸時，用戶發(fā)送指令到接收指令之間的時間更短。在進行深入的分析后發(fā)現(xiàn)，5G組網(wǎng)模式下電信運營商技術可以提供時間毫秒級的業(yè)務，在時延方面，4G網(wǎng)絡技術的時延一般為10ms，而5G網(wǎng)絡技術的時延則低至0.1倍，即5G網(wǎng)絡技術的時延只有1 ms。在超高清視頻傳輸中，也會用到5G 網(wǎng)絡組網(wǎng)模式下的電信運營商技術，如遠程手術、自動駕駛及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，充分利用5G 網(wǎng)絡技術所具備的低時延特征完成了超高清視頻傳輸，支持4K/8K 等超高清音頻及視頻節(jié)目的直播與傳輸。同時，5G 通信技術的應用還能夠為城市中進行4K/8K 超高清視頻的傳輸提供可靠的信號。各運營商結合自身實際情況建立了總臺5G媒體應用實驗室，開展了超高清視頻傳輸及移動編輯、4K/8KVR 視頻的直播制作、4K/8K 超高清視頻移動編輯等[2]。

3.3"5G通信技術超高清視頻整體設計技術

5G通信技術進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，應用整體設計技術，滿足用戶對節(jié)目質(zhì)量方面的新要求。如以5G通信技術為基礎，可實現(xiàn)4K 超高清視頻技術傳輸，為演播室節(jié)目制作提供了重要的方向。4K技術其畫質(zhì)標準更高，圖像分辨率高達3840×2160像素，這一像素是傳統(tǒng)高清技術圖像像素的4倍，用戶能夠清晰地看到視頻過程中的每一個細節(jié)，視聽體驗更加逼真。在5G通信技術的協(xié)助下，媒體行業(yè)的發(fā)展更加自動化和智能化，如近兩年來誕生的LiveTouch 錄播服務器系統(tǒng)，這個系統(tǒng)集成了先進的硬件和軟件，為超高清視頻的設計及制作提供了重要的保障。LiveTouch 錄播服務器系統(tǒng)對視頻及信息的存儲能力和處理能力更強，能夠支持多種信號的輸入和輸出，節(jié)目畫質(zhì)更加清晰，網(wǎng)絡連接方式更加靈活，可選擇更加靈活的網(wǎng)絡連接方式進行超高清視頻中相關素材的采集、存儲、編碼及解碼，視頻整體設計水平更高。應用5G 通信技術進行超高清視頻傳輸，下載速度可達7.5 Gbps，上傳速度可達3.0 Gbps[3]。

3.4"5G通信技術傳輸超高清視頻分布設計技術

應用5G通信技術進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中也應用到了4G網(wǎng)絡通信技術、WiFi、H.265/VP9、AI 等先進技術，這些技術的應用都在一定程度上促進了5G 通信技術下4K/8K 超高清視頻傳輸目標的實現(xiàn)，并且這些技術被應用到了多種場景。如應用5G調(diào)制解調(diào)器平臺中的芯訊通SIM8200EA–M25G模組，應用高驍龍X55解決了調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)等運行過程中遇到的問題。應用5G 通信技術，充分發(fā)揮出了容量更高、顏值更低、覆蓋范圍更廣的特性，促進4K/8K 超高清視頻傳輸、制作等。如將5G通信技術傳輸超高清視頻分布設計技術應用于醫(yī)療領域，既保證了畫面的精準度，還實現(xiàn)了遠程醫(yī)療方面的需求。應用5G 通信技術傳輸超高清視頻分布設計的過程中，可應用7 nm制程工藝，促進5G 星空口TDD 運行模式、FDD運行模式、NSA/SA 模式、6GHz 及毫米波等技術應用，以及視頻傳輸提供技術保障。應用5G 通信技術進行超高清視頻傳輸時可應用AI 技術對相關功能進行擴展，如可完成人臉識別、語音識別、病理庫數(shù)據(jù)對比、圖像對比、智能定位及智能駕駛等。

3.5像素管道編碼和解碼技術

應用5G通信技術進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，可能會出現(xiàn)編解碼傳輸系統(tǒng)延時，應用像素管道編碼和解碼技術，這是一種基于內(nèi)容感知并行切片的處理技術，可加速4K/8K 超清視頻的低延時傳輸。其通過感知圖像內(nèi)容、合理分布圖像色彩、科學判斷視頻內(nèi)容的前幀和后幀，可以將超高清視頻分解成多個視頻片段，然后對每一個視頻片段進行編碼和解碼。對4K/8K 信號源輸出的圖像進行掃描，應用圖像采集組件進行編碼，期間通過對圖像內(nèi)容進行感知、分析圖像色彩、判斷圖像內(nèi)容，采用一種靜態(tài)圖表結合文字的視頻方式，以此來減少幀緩存造成的視頻傳輸延時，然后利用編碼組件對圖像進行編碼。編碼時，將N行為假定為一個片，將一幀圖像通過序列轉化為2160/N個圖像片，應用多個編碼引擎對多個圖像片進行編碼引擎，產(chǎn)生相應的編碼幀序列。

一般情況下，像素管道編碼完成后，編碼組件就會生成對應的序列化編碼數(shù)據(jù)，這些編碼數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡進行傳輸，然后再被送至解碼組件進行解碼。推流傳輸是發(fā)送端向接收端進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端一般是異步進行數(shù)據(jù)處理的，但是如果發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)比較多，發(fā)送端會根據(jù)數(shù)據(jù)量的進行緩存，再嘗試發(fā)送，在此過程中延時性較高。而如果接收端能夠?qū)ο嚓P數(shù)據(jù)進行快速處理，對發(fā)送端的數(shù)據(jù)進行合理的接收并處理，有可能會導致數(shù)據(jù)接收端處于空閑狀態(tài)。針對此種情況，可應用拉流傳輸機制，讓接收端以一種固定的時鐘節(jié)拍對發(fā)送端的數(shù)據(jù)進行處理，促進發(fā)送端與接收端在數(shù)據(jù)處理方面的同步進行，這樣一來，在超高清視頻傳輸?shù)倪^程中也就實現(xiàn)了零緩存?zhèn)鬏?。解碼組件在對編碼數(shù)據(jù)進行解碼后，會將相關數(shù)據(jù)恢復至原來的圖像內(nèi)容。

4結束語

5G通信技術與超高清視頻傳輸密不可分。5G通信技術目前已經(jīng)被廣泛應用在多個行業(yè)，有效提高了超高清視頻傳輸?shù)男?，相關技術人員要加強對5G通信技術的學習，掌握其應用要點，促進5G通信技術與超高清視頻傳輸?shù)乃俣?，在提?G通信技術應用水平的同時，促進超高清視頻傳輸質(zhì)量的提升。