5G 4K/8K超高清直播方案探究

李 俊

（馬鞍山廣播電視臺，安徽 馬鞍山 243000）

0 引 言

隨著技術的發展，用戶對媒體信息傳播的訴求已經由原來簡單的信息傳播轉變為以良好的體驗感獲取有關的信息內容。在這種以體驗感為重要關注點的信息傳遞環境下，是否能為用戶提供高清的內容，直接影響到用戶對媒體的體驗感評價，進而影響到媒體的影響力。正因如此，近年來，越來越多的媒體開始關注超高清直播模式，而這進一步促使國家層面的4K/8K超高清直播產業的發展。例如，中國超高清視頻產業聯盟于2020年發布國內首個《5G+8K超高清國產化白皮書》，系統地梳理了5G+8K超高清端到端產業鏈的國產化狀況，為產業鏈環節的國產制造創新和產業協同提供了方向參考；IMT-2020（5G）推進組發布的《5G應用創新發展白皮書》則明確提出了基于5G網絡的4K采集、5G傳輸、VR制作分發等媒體應用的生產流程和技術要求。對于視聽類媒體而言，應當更多關注的是如何將5G技術更好地融入到現有的直播業務中，通過技術賦能4K/8K超高清直播方案的實現，而這需要進行相關的研究與探索。

1 5G 4K/8K超高清直播的可行性分析

5G 4K/8K超高清直播之所以成為目前國家和行業重點推動實施的技術目標，主要是因為該直播標準所對應的技術條件已然具備，即5G技術為4K/8K超高清直播內容的制作與傳播提供了相應的技術支持[1]。結合實際來看，5G 4K/8K超高清直播的可行性主要體現在以下幾方面。

1.1 5G技術滿足超高清直播的技術要求

5G技術指的是第五代移動互聯網通信技術。5G技術與4G技術的性能對比如表1所示。通過表1可以看出，與4G技術相比，5G技術具有高數據傳輸速率、低延遲的優勢。并且，5G技術的連接數量最高可達每平方公里100萬個。表2是結合《中央廣播電視總臺4K超高清電視節目制播技術規范》《中央廣播電視總臺8K超高清電視節目制播技術要求（暫行）》的相關內容梳理的4K/8K超高清音視頻制作的相關參數。對于表2列舉的4K/8K超高清音視頻參數要求，5G技術的網絡傳輸性能完全能夠達到，這也使得5G能夠成為4K/8K超高清直播的重要實現技術手段[2]。同時，近年來我國各運營商普遍加強5G基礎設施建設，5G基站的覆蓋面持續擴大，這也使得大量的網絡用戶可以借助5G技術進行4K/8K超高清直播嘗試。

表1 4G技術與5G技術的性能對比

表2 4K/8K超高清音視頻制作基本參數

1.2 用戶對4K/8K超高清直播的需求持續增加

直播是近年來互聯網媒體興起的重要業態。與傳統以廣電媒體為主導的節目直播不同，當前的直播已經突破了單獨的媒體及其節目范圍，延伸到了普通的網絡用戶群體中。尤其是諸如直播帶貨等新的以直播為媒介進行的產品營銷行為的拓展，促使超高清直播逐漸成為網絡用戶普遍需要的網絡功能。在這樣的背景下，開發基于5G技術的4K/8K超高清直播，就成為媒體尤其是網絡媒體領域重點開發的業務和功能。在這種龐大需求的驅動下，開展 5G 4K/8K超高清直播，擁有市場發展的現實空間[3]。

2 5G 4K/8K超高清直播的構建策略

總體來說，5G 4K/8K超高清直播主要由采編系統、傳輸系統、播出系統及監測系統等構成，不同系統分別對應不同的超高清直播業務內容和功能，這些系統共同協作，才能夠真正實現超高清制播的實際功能[4]。下面分別對這幾個系統的構建方式進行分析。

2.1 超高清采編系統的構建

超高清采編系統是在原有采編系統的基礎上進行的技術升級和功能改造，其重點是將5G技術部署到直播信息的采編端口，借助4K/8K超高清攝像機的設置實現超高清音視頻信息的采集[5]。除了采集直播信息以外，5G 4K/8K超高清直播中的超高清采編系統還具有高質量的音視頻編碼功能，這樣可以確保通過5G網絡傳輸的直播信息的品質不會因為網絡的不確定性而發生變化。

在高質量音視頻編碼方面，5G 4K/8K超高清直播主要遵循圖1所示的模式。

圖1 5G 4K/8K超高清直播中的音視頻編碼模式

在實際的超高清音視頻編碼過程中，為確保編碼后的音視頻信息在經過超高清傳輸后能夠保證超高清的品質，技術方案會重點對編碼協議進行優化，賦予編碼以下幾方面的能力：第一，具備提供4K/8K節目編碼處理的能力；第二，提供對25/30/50/60幀視頻的處理能力；第三，能夠提供對HDR內容的處理功能，并且支持諸如HLG、HDR等標準的實現；第四，能夠通過升級的方式支持對100/120幀內容的處理；第五，提供包括H.264、H.265、Dolby AC3、Dolby AC4音頻編碼能力。具備以上幾種特性的超高清編碼技術能夠滿足超高清采編在音視頻信息編碼方面的質量和數量要求。

2.2 超高清傳輸系統的構建

5G 4K/8K超高清直播對信息傳輸的要求比較高，這既體現在傳輸的質量方面，也體現在傳輸安全性、可靠性要求方面。而5G技術的應用，賦予了超高清傳輸更大的上行帶寬，使系統能夠更好地滿足用戶在移動網絡環境下的4K/8K超高清直播需求。考慮到當前5G基站部署和5G網絡覆蓋方面的情況，在網絡帶寬缺乏足夠保證的情況下，仍然需要將數據的碼率壓縮到50 Mb·s-1左右，盡量避免傳輸過程中出現帶寬溢的情況，保證音視頻傳輸的質量[6]。同時，考慮到傳輸協議不同對音視頻傳輸質量的影響，在實際的傳輸協議選擇時，要從可靠性的角度進行考慮。5G環境下不同傳輸協議的相關屬性如表3所示，可以看出，在5G技術環境下，SRT協議具有更高的可靠性和更低的時延，且安全性方面也比較好，是相對比較好的傳輸協議選擇方案。并且在音視頻安全性保障方面，SRT協議可以為AES-128/256加密標準提供技術支持，使超高清信息的傳輸具有更強的安全技術保障。

表3 5G環境下不同傳輸協議的相關屬性

2.3 超高清播出系統的構建

超高清播出系統在功能上主要包括音視頻內容的收錄、編轉碼以及超高清音視頻內容的播出。換而言之，超高清播出系統主要解決的是如何將接收到的經過加密處理的超高清音視頻信息轉化為可視聽的超高清音視頻內容。該系統通常包括5G內容接收、5G內容加工分發、5G內容編排等功能模塊。其中，5G內容接收是借助相應的內容收錄系統，對通過5G技術傳輸的音視頻編碼信息接收、存儲于自動的工作流引擎之中，并通過該引擎對音視頻信息進行轉碼，形成統一的高保真視頻格式，進行音視頻的存儲；5G內容加工分發主要是通過5G頻道播出工程等具有音視頻內容播出前加工處理功能的數據庫，對音視頻內容進行編排，并根據內容將其分發到不同的超高清4K/8K播放頻道；5G內容編排是根據用戶不同的超高清直播內容參數設置，對音視頻信息進行頻道內部的編排，使原本分散、孤立的頻道內容形成具有一定順序的節目清單，并通過最終的播出頻道進行超高清直播內容的播出[7]。

2.4 超高清監測系統的構建

考慮到目前5G技術在性能、覆蓋面等方面仍然存在一定的不足，難以保證4K/8K超高清直播全程的穩定性和安全性，因此，在超高清直播方案實施中，還需要構建面向超高清直播過程的超高清監測系統，對5G 4K/8K超高清直播內容的進度和狀況進行動態、實時的監測，確保及時響應和解決直播中出現的問題。在內容監測方面，超高清監測系統主要對直播畫面的質量和音視頻流的質量指標進行監測。其中，在直播畫面質量監測方面，主要通過云端或者終端的直播頻道進行解碼和預處理，并對最終輸出的單路矩陣組合畫面進行動態監測，以便及時發現諸如黑屏、靜幀、靜音、馬賽克等畫面質量問題并加以解決；在音視頻流的質量指標監測方面，主要通過一系列量化的指標數據對超高清直播過程中的各種參數進行分析，并通過模型預測潛在的可能發生的直播質量問題，確保超高清直播的質量和效果。

3 結 語

開發基于5G技術的4K/8K超高清直播，是5G技術應用過程中媒體行業發展的重點方向，而這主要取決于5G技術本身具有的通信性能以及市場上對超高清直播的普遍需求。考慮到當前5G技術應用的實際情況，為確保超高清直播方案的順利實施，相關主體要從超高清內容采編、超高清內容傳輸、超高清內容播出以及超高清內容播出監測等方面進行細節化的分析和技術實現路徑探討，以確保5G 4K/8K超高清直播目標的順利實現。