5GNR技術在電視外場直播制作中的應用探析

中圖分類號：TN929.5；TN948.13文獻標識碼：A文章編號：1004-9436（2025）16-0143-03

近年來，隨著互聯網的普及、人工智能的廣泛應用，5GNR被越來越多地應用到各個行業。以5GNR技術為起點，信息云處理和數據IP化等方法逐漸被應用到體育比賽的直播中。在“互聯網 +^; ”大環境下，5GNR技術的迅速普及推動數字社會與智能廣播同步構建，并逐漸滲透到廣電行業的每一個環節，對信息傳播體系的構建與發展產生了深刻影響。

5G新無線通信技術（NR）是一種新型的5G無線接入方式。與4G相比，其頻譜利用率更高、時延更小。5G核無干擾（NR）通信建立在OFDM基礎上，采用全新的OFDM調制方式，實現寬帶（ 400MHz ）、提升高頻支撐能力，并利用新的框架來降低傳輸延遲。5GNR框架的構建方式靈活，能夠滿足各種頻段和應用場合的需要[1]。

1電視外場直播制作中的技術需求

1.1視頻源獲取的需求

在現場直播中，首先要解決的是采集到的圖像信息，它對整個生產過程的圖像品質有著重要影響。首先，在5G網絡中，要實現對圖像的無線獲取，必須使獲取的終端（包括現場相機等）與5G網絡高速通信，構建高速無線聯通，以保證其在5G中的實時傳播[2]。5G 網絡對無線訪問速度要求為每秒數吉比特，且訪問時延必須在毫秒級，以滿足現場相機等終端的高品質無線訪問需求。其次，針對不同的數據來源，所需的網絡性能參數不盡相同。例如，直播中的主持人拍攝視頻對延遲很敏感，因此，對端到端的傳輸延遲要求很高，一般不超過20毫秒。在傳統的遠程采訪設備中，為確保圖像的傳輸品質，必須在一定程度上滿足一定的碼率要求[3]。最后，野外有眾多運動收集場景，因此必須確保運動中的連續業務，以防止視頻長期中斷。

1.2 編輯制作的需求

在現場直播中，為保證畫面的連續性，必須對多個采集來源進行剪切處理，并進行多幀合成。這對后期處理和延遲控制等方面提出了新的需求。首先，在現場實況轉播過程中，對海量的HD信號進行同步加工。一項典型運動項目的野外拍攝中，往往會有數百個視頻信號，這些視頻信號在編碼格式、碼率和色彩空間等方面都有很大差異[4]。在此基礎上，對其進行轉碼、調色等預處理，使之成為一個完整的節目，再加入多種過渡特效，使圖像更加生動；同時，要能夠在任何一個信號來源之間轉換，而不會有任何延遲。其次，現場導演要對相機進行遙控操作，對鏡頭幀進行調整、選取等，因此對視頻資源采集與導演設備的實時、無時延雙向互動提出了要求[5]。最后，一些后期的編輯工作必須在野外進行，所以要實現對手機終端的遠程配置，高效采集和傳輸數據。在此背景下，需要高速率、可靠性強的無線通信系統，為手機用戶提供高質量、低延遲的視頻內容。

1.3傳輸播出的需求

現場直播的最終階段是向電視廣播傳輸，在此過程中面臨高帶寬、低延遲、強可靠三個問題。現場直播要求高速率的圖像數據，通常要求 10Mb?s^-1 的帶寬，用于 1080P 的高清圖像。而4K、8K高清視頻則需要數十乃至數百 M/s 的數據流，這對網絡帶寬提出了更高要求。

由于現場的視頻傳輸過程對延時非常敏感，一般從攝像機到節目的回放過程都要在一秒之內完成，因此對傳輸系統的編、傳、譯等各個環節的實時性提出了非常高的要求。稍有延遲就會造成聲音與畫面不同步，甚至畫面中斷。

由于是線上轉播，因此對傳送系統的連接機制、抗干擾性能等提出了更高要求，以保證在惡劣的電磁條件下仍能夠正常工作。

25GNR技術在電視外場直播中的應用

2.1無線設備接入NR網絡與網絡切片

5GNR無線接入技術為現場實時轉播提供了高速率、低時延、無線接入的支撐。5GNR網絡能為包括攝像頭在內的所有圖像獲取裝置，實現吉比級/s的超高速無線訪問，完全能夠實現對高清晰和超高清視頻信號的實時傳送。5G核可通過多載波融合，將多個寬帶組載波捆綁在一起，實現大容量（ 400MHz ）的寬帶接入，從而實現對原始圖像的高清晰度傳送。另外，本文提出一種基于無核網絡的新型網絡架構，該架構能夠實現 125μs 的超短幀長壓縮方式，極大地減少網絡訪問的延遲。基于該方法，對控制平面延遲進行最優設計，可以降低從獲取到網絡訪問到云端的時間延遲。

5GNR基于5G無線接人的多個業務場景，將其分為多個子塊，并對其進行個性化的QoS配置。例如，當主播連線時延較小時，網絡切片可以設定極小的端到端延時。在對壓縮品質要求較高的情況下，采用網絡切片技術能夠確保壓縮速率。5GNR在野外環境下利用多輸入多輸出（MIMO）多天線實現一種全新的波束賦形。該方法能夠通過調節波束方向擴大對移動終端的無線覆蓋，從而保證在高速運動環境中視頻信源的傳輸品質。

2.2多接入邊緣計算

由于現場轉播過程中存在較大的時延等問題，因此需要對其進行快速剪輯。多接入邊緣計算（MEC）是5G體系結構中最常用的一種，與無線頻譜資源有很好的協同效應。由于低延遲、高速率的無線訪問特性，移動邊緣計算成為5G網絡的重要補充，能夠有效解決5G網絡中的時延問題。

MEC通過將遠程中央云向靠近站點的邊緣計算資源遷移，降低了數據傳輸的延遲，使數據采集更加符合實際應用的要求。MEC服務器能夠被配置在離野外較近的攝影場地附近，并且能夠快速地將數據來源連接到移動計算中心，從而降低網絡延時，不需要向遠程云服務器發送數據。在此基礎上，采用GPU、FPGA等硬件器件對其進行快速優化，提高視頻編碼、多路合成等過程的性能，從而提高視頻編碼、多通道合成等性能。與傳統的中央云端系統相比，邊緣移動計算具有較大的帶寬和較強的靈活性，能極大地縮短終端對終端的編輯過程。MEC和中央云也不是絕對的矛盾，MEC的服務端負責解析歷史緩存，將一些復雜的建模任務移交給中心云來完成。在此基礎上，對邊緣與云端協作AI模式進行學習與推斷，并通過邊緣側收集到的信息對模型進行修正，使AI的判定更接近特定的情景，使野外的編輯工作更加自動化和智能化。

2.3高速傳輸、演播室低延遲與保證QoS

5GNR具有超強的無線傳送性能，能夠有效提高現場的信號帶寬、降低延遲以及增強可靠性。首先，5G核無源接入的多載波融合可以實現百千兆赫茲的超寬帶傳輸，并利用新型的調制和壓縮方法實現千兆比特/s的超高速率。5GNR對多路 100MHz 的分組載波進行擴充，使其能夠支撐 400MHz 的帶寬，大大超越了4G的極限。其次，5GNR具有256QAM（每個碼元可調8bits）的調制能力，顯著優于4G64QAM;同時，基于LDPC、偏振碼等新型信道編碼技術，有望實現20Gb?s^-1 的實際無線信號處理，從而實現實際應用場景下的超高清（UHD）視頻數據的快速傳輸。5G中的擴展式移動寬帶（eMBB）服務切片還能為視頻提供專用的高QoS帶寬資源保證。最后，5GNR無線通信系統能夠實現超短的終端傳輸時延，并通過更多的用戶平面函數（UPF）配置于接入邊界，從而實現對視頻服務中的用戶平面信息的快速響應，規避通過核心網進行多路轉發所帶來的時延。最終，5GNR能夠通過片層QoS保證，為用戶在5G中實現更好的資源分配。在保障碼率（GBR）的條件下，視頻信源的采集與發送能夠實現可靠的頻譜資源分配。通過低時延的網絡切片技術，實對重要視頻流量的快速訪問。

35G賦能外場直播

3.15G引領綜合顯示技術革新

8K分辨率為 7680×4320 ，具有超高分辨率，色彩豐富，遠超4K。在技術上，5G可顯著提高8K超高清視頻的傳輸效能，拓展其空間范圍，從而為8K超高清終端顯示提供良好的技術支撐。

虛擬現實（VR）技術作為一種新型集成化的智能化展示方式，主要用于滿足沉浸式、觸摸式互動等特殊需求。考慮到運動比賽的真實環境以及觀眾對現場環境的特定需求，現場的實時互動要求越來越高，信號傳輸領域的核心技術也亟待升級。目前，5G技術正逐漸深人直播的方方面面，有效克服了早期VR體驗時延和不穩定等問題，用戶體驗更好。

3.25GNR助推通信機制升級

位交錯碼調制（BICM）通過連續部署多個星座坐標，增強了空域多樣性，并與正向糾刪碼（FEC）相融合，改善了接收機的譯碼性能，從而增強了信號的抗噪性。依據星座轉動機理，通過增加網絡中的節點或元件，使其在多個位置上交叉，以獲取更大的空間多樣性，從而增加系統容量。

在CATV中，采用Ethernet協議訪問（EOC）是一種新型無線通信方式。這種方法可以很好地與無線臺網連接起來，從而實現對數據的無線傳送。通過對媒體的特殊訪問、環境變換等手段，推動有關技術規范的實施，也就是將未被破壞的信號發送給最終的用戶，并盡可能利用最優的方法調節終端接入。

3.3“ 5G+ 數字集群”優化資源調度效率

利用Oracle公司的數據采集系統，實現對地面數字電視網絡的微波傳輸。在此基礎上，根據數字化微波的特點，對已有的數據庫進行聚類優化，并將各個數據終端以子系統形式連接起來，從而構成一個具有控制能力的系統簇。該系統采用分區控制和集中控制相結合的方式，在每一個地域范圍內實現資源共享。采用Web平臺、JSP等開發環境、Docker型多架構配置，采用數字鑰匙對云計算中的數據進行分級保存。

4實踐探索與分析

4.1技術路線

針對實際應用中存在的困難，提出以太網無源光網絡（EPON）與局域網（LAN）相結合的解決方案。該方案將波分復用（WDM）、“光纖到樓”（FTTB）等多種信號的復用技術結合起來，可以在單根光纖上實現雙向傳輸。在EPON+LAN 技術中，上行信道主要負責廣播信號的傳輸，而下行鏈路與時間分割多路復用（TDM）的數據信號傳送信道相對應。在組建FTTB時，可以將多個組件分開，其中光線路終端（OLT）光網元（ONU）等組件能與當地LAN的客戶要求相連接，并且能與多個EPON接入端口以及對應的數據信號接口連接，是一條具有普適性的技術路線。

4.2實施步驟

在采用多業務傳送平臺（MSTP）傳輸信號時，不需對其進行多個層次的轉換，而是通過對分組的透明處理，將其與同步數字體系（SDH）設備關聯，然后通過多個信道傳輸節點進行第二次轉發。根據增加的多通道模組，估計其所涵蓋的面積，以達到長距離、大面積的信號覆蓋。

針對目前缺少真實的網絡節點以及比賽現場的工作分配不明確等問題，本項目擬通過增大任務終端數目和逐漸調節智能裝置數目的方法，在網絡結構上降低分層，最后達到100% 的數據傳送覆蓋率。

5結語

5GNR是實現現場視頻采集、編輯制作以及信號傳輸的關鍵。5G無線接人的高峰值速率與低延遲特性，結合邊緣計算與網絡切片等核心技術，有望為視頻流的高品質、低延遲的多信源視頻獲取與即時剪輯生成奠定基礎。當前，5G網絡仍然處于構建階段，要實現5G在現場的實際應用，還有待更多的商業化應用與技術儲備。NR生態圈的逐漸完善，將為電視節自提供更多的內容生產方式，促進其創新發展。

參考文獻：

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[3］袁迪凱.5G技術背景下電視新聞的實踐運用［J］.采寫編，2023（11）：116-118.

[4」徐博源，夏治平，楊方正，等.用于地面電視廣播的5GNRMBMS物理層技術跟蹤研究［J］.廣播與電視技術，2021，48（3）：87-92.

[5］尹志寧.廣播電視與NR系統的共存分析［J］.電信工程技術與標準化，2022，35（3）：33-38.