5G技術在4K電視節目直播領域的應用

欒衛東

（濟寧廣播電視臺，山東 濟寧 272000）

0 引 言

中國信息通信研究院《2021年5G應用創新發展白皮書》明確提出5G與行業的融合會經歷預熱、起步、成長、規模發展四個階段。當前，我國5G應用還處于發展初期階段。5G商用三年以來，在我國多個行業和領域的應用場景正在不斷落地，5G賦能效果也不斷顯現。2021年，《5G應用“揚帆”行動計劃（2021-2023年）》出臺，結合5G應用現狀及趨勢提出了面向信息消費、實體經濟、民生服務三大領域15個行業的5G應用。5G+融合媒體典型場景和成效包括三大方面。第一，5G即時攝影、瞬時導播、實時投屏。超高清視頻是媒體發展的重要方向，超高清直播現場演示包括采集、制作、展示三個方面，5G技術的應用，解決了傳統模式上運算耗時、信號延時等問題，達到即時攝影、瞬時導播、實時投屏。第二，5G+VR+8K全場景、超高清直播。元宇宙的火爆推動了虛擬現實（Virtual Reality，VR）產業的發展，8K VR視頻對網絡寬帶要求更高，依托5G千兆網優勢，全景直播制播得以發展，能夠實現4K設備觀看8K直播，為用戶帶來高品質視聽體驗。第三，5G+融合媒體應用推廣路徑。在5G技術支持下，大數據、人工智能、交互技術的融合應用不斷深入，推動了影音書漫多媒體內容的沉浸式、交互性發展。

1 5G及4K技術簡介

1.1 5G簡介及關鍵技術

5G即第五代移動通信技術（5th Generation Mobile Communication Technology），國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）定義5G三大類應用場景，分別是增強型移動寬帶（enhance Mobile Broad Band，eMBB）、超高可靠低時延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和海量機器類通信（massive Machine Type Communication，mMTC）。5G技術憑借高速率、低時延、大連接優勢，能夠滿足4K、8K超高清視頻網絡傳輸需求[1]。5G關鍵技術中，網絡切片和邊緣計算技術對4K電視節目直播有重要的影響。網絡切片是一種可按需組網的方式。在超高清視頻直播領域，網絡切片技術的應用能夠保證超高清視頻獨占網絡寬帶配置，滿足超高清直播高寬帶、低時延需求。網絡切片技術也支持VR和增強現實（Augmented Reality，AR）業務，能夠提升用戶的沉浸式體驗。邊緣計算是指在靠近物或數據源頭一側，就近提供最近端服務。結合5G技術，可以將大部分電視業務部署在邊緣云側，提供網絡處理、數據計算、存儲及應用等功能，豐富電視業務應用模式。

1.2 4K超高清視頻技術

4K技術即4K超高清視頻技術。2020年5月，國家廣播電視總局科技司發布《4K超高清電視節目制作技術實施指南（2020版）》，國家廣播電視總局陸續發布了關于4K超高清視頻技術的一系列標準，明確規定4K超高清電視節目視頻技術參數，解決了4K超高清視頻多種技術參數的配置問題，有助于電視臺、有線電視、衛星電視、IPTV、互聯網電視4K超高清電視直播和點播業務的開展[2]。與高清畫面對比，4K技術有明顯的優勢。4K視頻分辨率更高，具備更加清晰細膩的畫質，色域上比高清畫面色彩范圍更廣，鮮艷度、層次感、細節都更加接近真實畫面顏色，能帶給用戶更加優質的視覺體驗。4K技術支持高動態范圍（High Dynamic Range，HDR）高質量格式，能夠推動4K HDR節目制播實踐的發展，提升畫面整體亮度、對比度及圖畫細節還原能力。

2 4K制作+5G傳輸系統架構

2.1 4K制作標準

2021年全國廣播電視行業統計公報顯示，截至2021年底，全國有高清電視頻道985個，4K超高清電視頻道8個，8K超高清電視頻道1個，中央廣播電視總臺與省級臺基本實現電視頻道高清化，新聞資訊類電視節目高清超高清制作比例62.3%，專題服務類55.7%，綜藝益智類59.4%，高清和超高清用戶1.09億戶，同比增長7.92%[3]。根據《4K超高清電視節目制作技術實施指南（2020版）》要求，4K超高清視頻、音頻制作標準如表1所示。

表1 4K超高清視頻、音頻制作標準

2.2 4K+5G視音頻系統

5G技術已經應用到電視節目采、編、播各個環節，為節目直播提供了網絡處理與承載支持。5G技術的應用，推動了電視直播技術的發展。4K+5G視音頻系統包括視頻系統與音頻系統。視頻系統中，4K攝像機負責畫面采集，通過轉播車跳線盤傳輸至交換機；交換機完成視頻數據的分發傳輸，錄像機完成設備畫面、PGM信號等記錄工作，視頻監看系統完成IP信號轉換成SDI信號，最終傳輸到視頻監看設備。音頻系統主要完成現場擴聲調音臺混音、5.1環繞聲制作等工作，主要設備包括音頻交換機、主備調音臺、現場麥克風及音頻信號處理器等[4]。

2.3 4K+5G傳輸系統架構

5G能夠提供穩定百兆上行、千兆下行的網絡帶寬，解決了超高清視頻大量數據傳輸問題，實現4K超高清信號直播以及素材回傳。4K+5G傳輸系統架構是電視節目4K HDR實時直播運作的傳輸保障。4K+5G傳輸分為現場制作與遠程制作兩種模式。現場制作主要通過轉播車完成直播現場的信號處理工作，5G CPE設備傳輸視頻畫面、音頻數據，通過轉播車完成機位調度與制作工作，最后回傳電視臺播出。遠程制作能夠實現云端制作，依托5G高速率、低時延、大連接優勢，通過5G CPE、5G基站，將所有數據回傳至電視臺，解碼后完成相應的制作并直播播放[5]。

3 5G技術在4K電視節目直播領域的應用案例

3.1 4K+5G視頻直播在體育賽事領域的應用

4K+5G視頻直播目前在體育賽事領域有廣泛的應用。早在2018年，俄羅斯世界杯的賽事直播就通過4K+5G+VR技術為觀眾呈現了全景、全方位觀賽體驗，通過超高速攝影機實現多機位捕捉運動員細節。5G技術使直播更加流暢，4K技術為觀眾提供了細膩清晰的畫質體驗，VR技術能夠為觀眾帶來全景式觀賽體驗[6]。2022年，北京冬奧會支持全4K HDR信號制作，在開閉幕式、花樣滑冰、短道速滑、滑雪大跳臺等環節進行4K/8K+5G+VR直播，為觀眾營造超臨場感的觀賽氛圍，充分捕捉運動員高難度、優美、細膩的技術動作，并為觀眾帶來全場景沉浸式直播觀賽體驗。

3.2 4K+5G視頻直播在大型晚會領域的應用

4K+5G視頻直播在大型晚會領域有廣泛的應用。2020年第十四屆咪咕匯是全球首個使用5G+4K/8K+AR+VR+云直播技術的文藝盛典。中國移動5G切片首次端到端助力8K超高清直播大型商用，全球首輛8K+5G超高清視頻全業務轉播車投入使用，實現5G+4K/8K端到端制作與多機位直播，并且全面升級AR、全息影像技術，為觀眾帶來9大視角、子彈時間、自由視角等“超級現場”的直播體驗與觀感。2022年，春節聯歡晚會通過4K+5G+AR+XR等新技術賦能，帶給觀眾極具沉浸感的直播視聽體驗。例如，舞蹈詩劇《只此青綠》通過4K+5G+XR+全息掃描將《千里江山圖》呈現在舞臺上，營造了宋朝青山綠水的氛圍，帶給觀眾身臨其境般的感受；少兒舞蹈《星星夢》通過5G+4K/8K+XR+AR技術，運用720度穹頂屏幕，讓演員與觀眾仿佛置身于夢幻、絢爛的星空。國家大劇院也多次開展舞臺藝術5G+4K/8K直播，如2019年原創民族舞劇《天路》5G+4K直播，2020“華彩秋韻”音樂會5G+4K/8K直播等。4K+5G視頻直播在大型晚會領域的應用讓高水平舞臺表演藝術以更真實、更清晰、更具沉浸感的形式呈現，帶給觀眾具有超臨場感的視聽盛宴。

4 結 語

隨著5G技術的不斷發展，將其應用于4K電視直播系統，會深刻改變傳統電視直播模式，不斷提升電視直播節目制作水平，推動4K+5G+VR+XR+AR等新技術的融合發展。在這個視頻直播盛行的時代，4K+5G能夠被廣泛應用于音樂會、博物展覽、大型演出、體育賽事、游戲賽事直播領域，通過超高清視頻與5G技術賦予直播更具臨場感、沉浸感、真實感、新鮮感的視聽體驗。