5G+8K移動直播技術在廣播電視工程中的應用

林洪義，常 賢，王桂蘭

（1.汶上縣融媒體中心（廣播電視臺），山東 濟寧 272501；2.內蒙古呼和浩特市和林格爾縣融媒體中心，內蒙古 呼和浩特 011500；3.奈曼旗工業和信息化局，內蒙古 通遼 028300）

0 引 言

2019年8月，中央廣播電視總臺（以下簡稱總臺）公布“5G+4K/8K+AI”戰略布局，以互動視頻、沉浸式視頻、8K VR、云游戲等為代表的更高格式、更新應用場景的高新視頻應用實踐成為行業發展重點。經過三年多的發展，中央廣播電視總臺及各地方電視臺在“5G+4K/8K+AI”戰略推進下取得了一系列研究成果，如5G+8K移動直播、5G+4K/8K遠程制作、5G+4K/8K超高清電視演播廳以及5G+4K/8K移動傳輸系統等，推動了廣播電視行業智慧化、超高清、多終端發展，創新超高清廣播電視生產流程。

1 5G+8K移動直播技術的關鍵技術

1.1 5G

5G即第五代移動通信技術。我國于2019年開始5G商用。5G憑借其人、機、物、系統的萬物互聯能力，在諸多行業得以融合應用。5G的三大應用場景包括增強移動寬帶、超高可靠低時延通信、海量機器類通信[1]。在廣播電視行業，5G技術也有越來越廣泛的應用。截止到2022年11月末，我國5G基站總數達228.7萬個，占移動基站總數的21.1%，5G通信能力大幅度增加。5G+融媒體應用、5G+高新視頻、5G+云+AI、5G+4K/8K+AI等新技術與新應用在廣播電視工程領域廣泛應用[2]。

1.2 8K

視頻技術經歷了模擬、標清、高清、超高清的發展階段，8K（7 680×4 320）超高清視頻在技術系統、關鍵設備、創新應用等方面不斷發展。中央廣播電視總臺CCTV-8K超高清頻道于2022年1月24日正式開播，并在多地車站建設8K超高清大屏，播放總臺8K超高清頻道節目。在“5G+4K/8K+AI”戰略支持下，我國8K超高清電視在制作、播出、傳輸、呈現等方面實現全產業鏈協同發展[3]。

1.3 視頻采集制作

我國超高清視頻產業在視頻采集制作領域取得突破性進展，攝像機、監視器、切換臺、5G背包等超高清視頻采集設備實現國產化。在視頻采集領域，如廣州扳手、卓曜等企業研發生產出8K攝像機，最高分辨率可達8 192×5 460，京東方、康維訊等企業研發生產8K監視器，索貝聯合華為推出5G超高清制播解決方案，高駿、當虹科技、數碼視訊等企業研發生產5G+4K/8K超高清背包。視頻制作領域主要有編輯類產品、包裝類產品及收錄系統。編輯類產品方面，中科大洋、索貝、新奧特、當虹科技等國內企業紛紛推出8K編輯產品，如中科大洋D3-Edit非線性編輯系統、新奧特喜瑪拉雅8K超高清非線性編輯系統、索貝EditMax11.5.0非編系統、當虹科技Arcvideo MediaFactory8K快編內容生產系統等。包裝類產品有新奧特8K超高清圖文包裝系統、中科大洋D3-Crystal水晶三維包裝合成系統。收錄系統有當虹科技Arcvideo收錄系統、索貝Ingest Matchless收錄系統及中科大洋攬月4K/8K收錄系統等[4]。

1.4 編碼設備

編碼設備對5G+8K移動直播而言非常重要。超高清編碼設備的技術核心是數字信號無損/低損耗傳輸。我國超高清編碼設備在編碼標準、編解碼產品架構、編解碼器等研發生產方面取得突破。在編碼標準方面，國際上超高清視頻編碼標準以HEVC、VVC、AV1為代表，國內4K/8K超高清編碼以AVS2和AVS3編碼標準為代表，8K編碼標準以HEVC和AVS3為主，代表企業有當虹科技、柯維新、數碼視訊等。其中，當虹科技8K AVS3編碼標準是國內最早商用落地的案例。在編解碼產品架構方面，主要有嵌入式架構、通用服務器兩種。嵌入式超高清視頻編解碼產品不支持AVS2/AVS3標準，以HEVC編碼標準為主，代表企業有數碼視訊、NTT、愛立信。通用服務器超高清視頻編解碼產品的代表企業有當虹科技、數碼視訊、Ateme等。超高清編解碼器本土化發展迅速，在硬件平臺、中央處理器（Central Processing Unit，CPU）、操作系統、數據庫、應用軟件等方面實現了本土化研發與生產，產品有當虹科技的8K AVS3編碼器等[5]。

1.5 核心元器件

5G+8K移動直播所使用的核心元器件包括感光器件、存儲芯片、編解碼芯片、圖像芯片以及處理器芯片等。在核心元器件領域，國外產品優勢明顯，國內核心元器件研發生產水平也在大幅度提升。以芯片為例，CMOS、CPU、GPU、編解碼芯片、存儲芯片、終端顯示芯片等依舊以國外為主，我國企業也在逐漸擴大市場份額。韋爾豪威公司推出OV64A圖像傳感器，華為海思推出了自主研發的中央處理器（CPU），上海海思推出了全系列8K終端芯片[6]。

2 5G+8K移動直播技術在廣播電視工程領域的應用

2.1 5G+8K移動直播技術在新聞節目中的應用

5G+8K移動直播技術在新聞節目中有廣泛的應用。以2020年新華社5G+8K+衛星兩會五地聯動直播報道為例，其實現了8K、5G、衛星廣播電視傳輸多種技術的融合應用。系統主要分為前端采集、網絡傳輸及終端呈現。前端8K信號源實時采集編碼，主要由索尼8K訊道機、夏普8K攝像機、“5G+8K”背包、“5G+8K”轉播車等完成信號采集與節目編輯工作。網絡傳輸部分基于“衛星+8K”“5G+8K”等傳輸技術，實現8K視頻編碼碼流傳輸直播。終端呈現方面采用康佳OLED 75英寸A3Q電視及88英寸的OLED 8K電視，確保畫面清晰流暢、色彩鮮艷[7]。

以2022年世界互聯網大會烏鎮峰會為例，當虹科技為世界互聯網大會提供5G+8K移動直播解決方案，提供在線直播轉碼和離線收錄服務，通過當虹科技8K AVS3編解碼器完成數字視頻信號到網絡IP數據的實時轉換及傳輸。此外，當虹科技還提供了離線收錄解決方案，生成超高清會議錄像，為現場新聞媒體提供影像資料。以中國共產黨成立100周年慶祝活動為例，直播技術團隊以5G+8K移動直播技術為基礎，結合8K超高清轉播車、數字攝影機，向觀眾直播呈現具有“歷史感、厚重感”的超高清直播畫面。

2.2 5G+8K移動直播技術在體育節目中的應用

以2020中國足球超級聯賽（以下簡稱中超）決賽為例，其運用5G+8K移動直播技術開展8K超高清電視直播，確保了中超聯賽決賽超高清直播信號采集、制作、調制、傳輸、終端解碼和顯示各環節的穩定。蘇州奧體中心現場配置4路8K訊道，采用AVS2、HEVC兩種編解碼相結合方式完成8K視頻信號的編碼工作。通過8K攝像機、8K監視器、8K錄像機、8K編碼器、IPQAM調制器、有線電視傳輸網、8K機頂盒、8K電視機等完成中超聯賽決賽8K超高清直播信號傳輸鏈路構建。5G+8K移動直播技術在體育節目中的典型應用是2022年冬奧會。在中央廣播電視總臺“5G+4K/8K+AI”戰略支持下，科技冬奧堅持“思想+藝術+技術”融合矩陣傳播理念。在信號制作方面，通過兩輛國產4K/8K超高清轉播車完成4K/8K超高清格式制作，通過總臺自主研發的8K AVS3視頻編碼器，進行冬奧會8K超高清電視IP集成分發。依托“百城千屏”戰略、高鐵5G超高清移動直播演播室，實現8K看冬奧，這也是全球首次8K技術在體育賽事直播中的規模化應用案例。

2.3 5G+8K移動直播技術在大型晚會節目中的應用

在大型晚會節目中，5G+8K移動直播技術也有較為廣泛的應用。以2021年總臺春節聯歡晚會（以下簡稱春晚）為例，在“5G+4K/8K+AI”戰略支持下，5G+8K移動直播技術得以應用，實現央視春晚的一體化制作、多渠道分發、多終端呈現、全媒體傳播。在5G背包、超高清在線直播編轉碼系統、8K超高清大屏、8K電視機等支持下，直播技術團隊為觀眾帶來一場超高清、高度臨場感的視覺盛宴，并在8K超高清試驗頻道直播。以2022年央視春晚為例，直播技術團隊在5G+8K移動直播技術基礎上又融合了混合現實（Mixed Reality，MR）、增強現實（Augmented Reality，AR）、全息掃描、8K裸眼3D等技術，為觀眾帶來具有豐富審美層次的視覺盛宴。以國家大劇院《繁華眾聲》線上直播為例，其采用5G+8K移動直播技術，實現8K電視、5G手機多終端超高清播放，充分運用8K超高清網絡云分發、5G+8K轉播車、8K攝像機等設備，實現了8K直播點與網絡媒體同步超高清直播。

3 結 語

5G、8K、虛擬現實、人工智能等技術的發展，深刻影響了廣播電視發展格局。我國超高清視頻產業鏈發展迅速，視頻生產、網絡傳輸、終端呈現、核心元器件、平臺服務等方面的自主研發與生產能力不斷提升。在總臺“5G+4K/8K+AI”戰略支持下，5G+8K移動直播技術在新聞節目、綜藝晚會、體育比賽等領域有越來越廣泛的應用，推動廣播電視向超高清、沉浸感、臨場感等方面發展。