5G在广播电视技术领域的应用分析

2021-04-10郑建颖

电视技术 2021年9期

郑建颖

（云南广播电视台，云南昆明 650000）

0 引言

纵观广播电视行业发展历程可以发现，科学技术始终贯穿其中，为行业的发展提供着源源不竭的动力。从20世纪50年代开始，我国成立首家电视台，以黑白色彩为特征的电视节目走入民众生活，至20世纪90年代，卫星技术迅猛发展，电视台数量激增，卫星频道逐步开设。到21世纪，有线数字电视、智能电视等技术不断涌现，与互联网、大数据的结合日益紧密。5G技术也登上时代舞台，为广播电视技术的发展、智慧广电的建成提供了新的思路与方向。

1 5G基本特征概述

伴随现代通信理念的发展，光纤、互联网等载体的通信功能逐渐被发掘，3G、4G技术持续更新，第五代移动通信技术也初见雏形，成为改善生活品质，推动社会变革的重要推手。从国际视角来看，5G被置于全人类财富层面，国际标准化组织还为5G技术定义了三大应用场景。首先是大规模物联网业务（Massive Machine Type Communication，mMTC），在人机关联基础之上增添物物关联，为远程监控、消防建设等提供了新思路；其次是高可靠低时延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC），可见于无人驾驶、工业自动化等领域，主要意义在于提升响应速度，促进自动化控制；最后是增强型移动宽带（Enhance Mobile Broadband，eMBB）[1]，传输速率最高可达 10 Gb·s-1，能够满足超高分辨率画面的传输需求，攻克当前数据传送难题，对广播电视领域的发展进步有非凡意义。在提升速率、改善画面质量的同时，5G技术还具有以下特征，可以为广播电视技术的发展提供动力和支撑。

（1）泛在网。与传统网络相比，5G的覆盖广度、深度都有所提升，基于弗里斯传输方程分析，功率、天线等因素之间是存在一定关联的，5G技术改变了传统中高频段信号传输的方式，在相关因素的选择上更加优质，因此即使在基站建设较少的地区，也能满足数据往来需求，在地下室、地下车库等场景中也有较高的适用性，不会有明显的区域限制，有助于提升移动广播电视的使用体验。

（2）低延时。延时是网络电视、广播中较难克服的问题，诸如网络波动、信号干扰等因素，均会使信号传输出现延时情况，降低观看、使用体验。而5G技术充分挖掘了低频谱资源，通道占用率较低，采用双重双工模式，可根据实际情况对频分、时分双工进行选用，信号通达性大为提升，其绕射能力也缓解了信息损耗问题，最佳状态下，网络延时可降至1 ms，适用性极高。

2 5G在广播电视技术领域的具体应用

2.1 人工智能+5G技术

人工智能是近年来广受关注的热点话题，主要通过编程、网络等技术，赋予机器以人的行为模式，增强人机交互性。在广播电视领域，该技术主要体现为“智慧广电”理念的发展，比如语音播报、电视语音控制、新闻智能采编等[2]。伴随着5G技术的进步，人工智能与网络结合愈发紧密，扩展应用渠道也愈发多样，当前主要有以下几种表现。

（1）应用人工智能技术，可以根据实际情况构造出虚拟化的人物，再与虚拟动画实现融合，便可以为广大观众提供各种虚拟化的网络角色和虚拟的主持人，为观众呈现出生动、形象、充满活力的视觉效果。

（2）人工智能技术可以完善智能化媒资管理系统，利用环境背景、图像及语音等基本内容，实现语音和视频朝向文字化和标签化的方向发展，在一定程度上提高了编目工作的质量和效率，有效减少人力资源和物力资源的消耗。

（3）人工智能技术还能增强电视广播与用户的互动性，改变过去单向观看、聆听的模式，通过对话机器人、虚拟小助手等的设计，让交流、沟通变为可能，同时也为广大用户提供多方位、动态化、实时性的信息查询、获取服务。

2.2 VR+5G技术

VR技术是在计算机科技基础上衍生而来的，交互性特征较为明显，能够增强使用者的三维沉浸体验。与VR技术相比，3D技术在广播电视领域的知名度似乎更高，但二者有着本质上的区别。3D技术主要借助偏振片使光线发生特定路线的折射，从而让画面看起来更加立体和直观。当前，尽管3D电视技术已经初具成果，但应用效果仍旧有待考量。VR技术则更倾向于互动，通过佩戴VR设备，主体可以在真实场景中，将摇摆、旋转等动作实时转化到虚拟世界，提升二者的匹配度，VR体验一般是全封闭的，使用期间无法看到外界情况。VR技术具有如此优质的性能，当前却无法在广播电视领域得到大面积推广，这与网络限制有很大关联。用户在应用VR技术时，往往需要通过设备与云端建立联系，但当前使用的4G网络理论速率可达10～100 Mb·s-1，平均实际测速却只有75 Mb·s-1，连接效果难以保障，而5G网络速率可达10 Gb·s-1，能够满足实时性、大体量数据信息的交互，能够为VR技术在广播电视领域的融合、推广提供保障。

2.3 开发广播业务

广播是较为传统的信息传送方式，具有传播快、范围广的特征，无线电波、导线等是其主要信号传送介质，车载广播、网络广播等都是当前较为常见的应用形式。广播与5G技术结合，可以在保障经济性能的前提下，实现传输网络无缝覆盖，推动广播业务面的扩展。广播与5G技术结合主要有以下扩展方向。

（1）应急广播。应急广播的播报对象主要为突发公共事件，该类事件通常具有突发性、破坏性特征，自然灾害、流行疾病等都是较为常见的类型。当前的应急广播传输方式具有一定局限，即使手机、电视、互联网等方式多管齐下，也很难保证面面俱到。部分信息闭塞、经济发展落后地区，或者留守老人等群体，很难及时、主动获取相关资讯[3]，同时灾害发生的过程中，还有可能出现中断信号的情况。此时就可以借助5G广播进行宣传，告知民众防护、撤离要点，降低突发公共事件造成的人员伤亡和财产损失。

（2）乡村教育。教育资源均等化是民生建设的重要任务，也是智慧广电发展进程中必须承担的社会使命。广播作为低成本传输方式，与5G技术结合，可以提升信息传输速率，为教育资源匮乏地区带去优质课程、先进理念，从而促进我国平均教育水平的提升。

（3）社区服务。在社会公共服务层面，社区扮演着重要的主体角色，通过5G+广播的模式，可以为通知下达、活动组织提供有益渠道，从而提升社区治理水平，优化服务质量。

2.4 提升制播效率

从广播电视运营角度来看，节目的制作和播出是两个关键环节。现阶段对制播业务的讨论还集中在制播分离理念上，但不管是独立制片还是栏目承包，都存在一定弊端，制播效果很难保障。在5G技术背景下，素材的采集、编制乃至播放、传输，都将迎来跨越式的变革。“高新视频”概念的衍生就极具代表意义。其中“高”主要是指高格式，融合4K/8K、VR等技术的视频格式，可以有效提升视频帧率，赋予其更佳的动态效果；“新”则主要指新概念，既包含新颖的影像、语言，也包含创新式的应用场景。通过5G渠道，电视台可以扩大素材收集范围，并结合大数据技术，挖掘信息与受众兴趣之间的关联度，实现视频内容的优化编排，再借助5G技术完成转播，为多屏多视角直播、多路直播回传[4]等应用的实现创造条件。同时，由于5G技术具有空中接口、高传输速率等特征，还可以用于建设轻量级演播室，减少传统演播中复杂的设施配备，实现自由画面转换，增强制播灵活性，现场连线也会更加稳定、安全，内容制作人甚至可以将移动终端作为基点，完成超高清素材的编排。在内容审核方面，5G技术同样可以打破时空限制，以高帧率、低延迟的优势，支撑起远程审核工作，缩减审核流程，实现效率优化。

2.5 开发电视业务

基于5G技术的优势，广播电视不同项目和业务都可以在应用ITU-R技术的基础上融入5G技术。5G技术与广播电视技术的融合，可以开发出各种各样以5G技术为标准的相关工作形态，并构建出以5G技术为主体的广播业务和组播业务。比如网联无人机直播，在航拍器上装设全景摄像头，通过5G网络将全景视频传输至服务器，再通过服务器实现信息下发，有助于扩展传统电视视野，提供全新服务体验。

2.6 FPGA技术

FPGA全称为现场可编程逻辑门阵列，简单来讲就是一种半定制的集成电路，当前主要用于电子通信、航空航天等领域。与传统芯片不同，FPGA电路设计并不是既定、刻板的，企业主体可根据使用需求对芯片进行二次编程，使之更加符合运行实际。在现有数字电视系统中，TS流是主要的图像、视频传输载体，运行过程中以信源编码端为基点发送TS码流，完整呈现电视节目，因此解码端性能、带宽都是较为关键的优化因素，比如在720P技术中，逐行扫描格式对HD串行数字接口的速率要求已经达到1.5 Gb·s-1，解码量非常之大。而5G技术的出现使得低频段频谱资源得到有效利用，带宽大幅提升，为大体量数据的传输提供了渠道，FPGA的引入也使得灵活、高效的解码成为可能。在两者深入融合、协同进步的基础上，3D电视将不再遥远，1 080 P超广播模式也将更加成熟和完备[5]，有助于推动广播电视技术的跨越式发展。

2.7 移动视频

广播电视在现阶段的发展方向主要是移动视频。保障移动视频技术的灵活使用，就可以实现移动视频的各项性能。将移动视频与5G技术有效融合在一起，可以在一定程度上提升信息数据的传播速度，避免出现信号不佳、视频卡顿等不良状况，为用户提供更优质的技术服务。

3 5G在广播电视技术领域的应用趋势

3.1 开发新功能

现阶段，很多用户在观看节目的过程中会针对节目进行二次加工，比如截图、截取视频或制作动态图片等。由于广播电视还没有突出这方面的功能，导致很多观众会通过手机或电脑等设备进行视频的加工[5]。因此需要考虑其他功能的开发，为用户提供视频方面的多方面功能，让用户可以根据自己的意愿选择视频下载或截取等，并将想要储存的视频资源上传至个人设备或云盘中，借此吸引更多的观众。