5G通信技術傳輸超高清視頻的相關研究

司武旭

（遼寧郵電規劃設計院有限公司，遼寧 沈陽 110000）

引言

5G遠程傳輸能夠實現8K視頻傳輸最高在320 Mb/s速率中進行，在整體技術發展環境上具有顯著優勢。隨著國內5G商用牌照的正式發放，我國正式進入5G商用元年。與4G網絡相比，5G的下載速度最高可以提升10倍，這意味著用戶可以在極短時間內完成超高清電影的下載，在線觀看超高清視頻也不會出現卡頓。5G網絡將會為新的產品和服務提供數據互聯支持，能夠實現沉浸感更強的VR和AR體驗、遠程醫療、自動駕駛、遠程偵察等。伴隨5G網絡的普及，將會讓人們體驗到更為立體、真實、華麗的視聽盛宴，能夠讓生活方式更加便利。

1 5G通信技術傳輸超高清視頻發展現狀

5G網絡的低時延、高速率、大接入和切片技術的專網技術，為整個超高清電視的應用提供了極好的技術支撐，成為人們使用網絡的首選。5G通信技術傳輸超高清視頻，作為5G新媒體平臺建設后的一個重要突破，在實踐中被廣泛應用。5G通信技術的發展，讓高分辨率的8K視頻能夠應用在無人機上，能夠幫助公安、消防、醫療領域應用，能夠輔助偵察，能夠進行石油管道的巡檢，能夠進行遠程醫療。5G通信技術傳輸超高清視頻的發展，保證遠程醫療廣泛應用成為現實，極大便捷了患者求醫，同時能夠在一定程度上緩解醫療資源分配不均的問題。隨著通信基礎設施以及5G技術的發展，醫院之間已經可以通過網絡連接，共同參與會診，或由醫師遠程進行診斷和治療指導[1]。保證視頻在320兆速率，5G的基站、終端，能夠對網絡傳輸各方面進行全方位、端到端的支持，確保實現高清畫質的“5G+8K”的傳輸的需要。在互聯網商業模式的推動下，還出現了一批以小程序、網站、APP為載體的相關產品，5G通信技術在超高清視頻傳輸中的成功應用為整個媒體生產方式的轉變做非常好的嘗試，能夠把萬物之間通過網絡技術而無限的融合、延伸，對整個世界產生巨大的影響。

2 傳輸超高清視頻5G通信技術的具體實踐方案

2.1 高效率視頻編碼技術

傳輸超高清視頻要注意使用高效率的視頻編碼技術。高效率視頻編碼技術作為H.264/MPEG-4 AVC中的擴展概念。ITU-T視頻編碼專家組（VCEG）保證大量面向壓縮的增強，創建新的視頻壓縮標準（H.264/MPEG-4 AVC標準），人眼產生平滑連續的感受，視頻的幀率必須保證超過25～30 fps，做到視頻編碼能夠達到視頻亮度和色度分量要求，把握3個色彩基本分量，每秒播放的幀的數目叫做fps是幀率的單位。H.265/HEVC做到在模塊間引入新編碼技術（變換量化、幀內預測、去方塊濾波、幀間預測、樣點自適應補償），能夠通過比較視頻幀的不同部分來找到冗余的區域，包括單幀和后續幀，使用簡潔明了的代碼代替最初像素，替換原始的冗余區域。ACS技術能夠實現視頻的對角掃描、水平掃描、垂直掃描，保障超高清視頻應用；SAO技術在視頻編碼中的應用，產生GOP類型有兩種，既開放式和封閉式。GOP開放式類型中，首位GOP中的第一個幀內編碼圖像為IDR圖像，后續GOP中的第一個幀內編碼圖像為non-IDR圖像，即后面GOP中的這件編碼圖像可以越過NON-IDR圖像，使用前一個GOP中已編碼圖像做參考圖像。GOP封閉式類型中，GOP以IDR圖像開始，各個GOP之間獨立編解碼，每個GOP又被劃為多個片（slice）,片與片之間進行獨立編解碼[2-3]。其主要目的之一是在數據丟失情況下進行重新同步，每個片由一個或多個片段組成。通過高效率視頻編碼技術的應用，保證超高清視頻技術的應用效率。

2.2 5G網絡組網電信運營商應用方案

保證超高清視頻傳輸的穩定性，應當建立5G網絡組網與電信運營商合作的模式，促進中國移動、中國電信、中國聯通和大型移動公司之間的合作，推進5G合作建設框架協議的正式簽署。制定5G網絡組網發展合作規劃，建立5G媒體應用實驗室，在傳輸超高清視頻中做到，打造5G視頻傳輸相關應用常態化的測試、監測和展示平臺，確保5G專項技術能夠支持4K/8K超高清音、視頻節目回傳和直播。同步實現5G技術能夠提供給城市4K/8K超高清的視頻信號。應當設立總臺5G媒體應用實驗室，保證其能夠正常投入使用，做到初步完成實驗室規劃設計和系統準備，支持開展基于5G網絡的4K/8K超高清視頻傳輸、4K/8KVR直播制作、4K/8K視頻移動編輯以及4K/8K頻道手機投屏等多項應用實驗。如表1所示。

表1 5G網絡組網電信運營商應用方案

2.3 5G通信技術傳輸超高清視頻整體設計

5G通信技術傳輸超高清視頻整體設計，基于5G網絡的操控體驗、高清視頻，實現光纖專線一致的體驗。在整體設計中做到，5G網絡和超高清視頻編碼、解碼技術之間的相互配合，在應用中通過解析去方塊濾波后的像素的統計特性，分清去方塊濾波和濾波，保證能夠為像素添加相應的偏移值，可以在一定程度上削弱振鈴效應。配合特色編碼技術的應用，使用編碼單元（CTU）編碼樹單元和編碼樹模塊（CTB），能夠改進幀內預測技術，使用先進的幀間預測技術RQT，基于四叉樹自適應變換的技術，從而實現超高清視頻的傳輸。在5G模式下，其可實現最高達7.5 Gbps的下載速度和最高達3Gbps的上傳速度，能夠為各類移動終端提供高能效連接，將5G能力賦予廣泛的終端類型及應用。

2.4 5G通信技術傳輸超高清視頻分布設計

5G網絡的超高清視頻傳輸中應用4G、5G、Wi-Fi 6、H.265/VP9、AI等技術，確保“5G+4K/8K”的實現，能夠應用到各種需要超高清視頻傳輸的場景中。分布設計5G通信技術，使用5G調制解調器平臺的芯訊通SIM8200EA-M2 5G模組，通過高通驍龍X55能夠提供調制解調器、射頻系統整體性解決方案，充分利用5G高容量、低時延、廣連接的特性，讓4K/8K視頻體驗達到極致，滿足遠程醫療中對畫面精準度的極高要求。基于7 nm制程工藝，能夠為5G新空口TDD和FDD運行模式、NSA/SA模式、毫米波和6 GHz以下頻段提供全面支持。在超清視頻傳輸過程中使用AI功能擴展，使用病理庫技術、圖像比對、支持人臉識別、語音識別、智能駕駛、智能定位等應用技術。

3 結語

5G技術的運用帶來更快的連接速度與前所未有的體驗。未來生活中，人們能夠根據計算機對遠程傳輸的信息進行篩選和甄別，隨著5G網絡的覆蓋，能夠通過5G超高清視頻進行遠程會診、無人機勘測、遠程手術、遠程教育，做到遠程監護、移動查房、遠程搜查、遠程急救等，更深層次地惠及生活、工作的各個方面。5G傳輸超高清視頻最新技術的應用，讓5G賦能更多的產業，能夠提高人們的生活質量、推動社會發展。