5G技术在4K电视节目直播中的应用

2021-10-21张有瑞

信息记录材料 2021年9期

张有瑞

（吉林广播电视台吉林长春 130000）

1 引言

信息技术以及移动通信技术的全面发展，对人们的日常生活产生很大影响。对人们日常生活产生影响的广播电视领域，实现信息视频化之后，超清、智能、移动化等技术成为电视领域发展的基础。5G是全新一代移动通信技术，主要优势就是带宽非常宽、时延非常低，通过应用必要的音视频采集和回传技术的应用，让各项工作开展顺利有效进行，大幅提高画面质量水平，尤其是应用5G技术之后，使得4K信号传输更加稳定和高速，让节目的质量得到了很大提升。

2 5G简介及关键技术

5G就是第五代通信技术，其最为明显的特点为带宽大、低时延、输入量大等，数据传输效率要远远超出蜂窝技术，最高速度能够达到10 Gbps；网络时延有效降低，可以实现毫米级运行；网络容量非常巨大，可以有效提升连接密度，甚至可以达到以往技术的百倍以上，频率效率较之LTE提升10倍以上；还可以有效使用相应的网络切片与边缘计算机技术，任何高清项目都能够快速传播和应用。当前所使用的5G技术被大量应用到实践中，实现超高清视频传输利用，并且联合物联网、工业互联网应用[1]。

5G技术应用的主要领域就是网络切片、边缘计算，能够按照实际使用的需要进行各项组网和运行，保证系统运行的效果和质量。运营商按照实际运行的需要构建出必要的虚拟逻辑网络，就可以进行无线与核心网隔离处理。对于超高清直播的运行中，网络切片能够保证各项传输数据更具稳定性，网络运行也会更加的高效，增大网络带宽，不会产生任何运行的问题，直播信号传输稳定、高效，不会出现中断或者故障问题。将5G技术应用到VR或者AR领域内，可以实现低延时、高吞吐量，可以让用户应用的数据更加稳定，网络运行满足系统的要求，延时会大幅减少，提高业务运行效果[2]。

边缘计算通过应用网络用户边缘侧的全面的信息计算和应用，经过必要处理后，可以有效降低时延，然后进行数据分流和应用。因为边缘计算的方式是从网络边缘演变而形成的，充分利用系统实现信息数据融合、计算与使用。利用5G技术，发挥出优势，保证业务在边缘云侧有效进行，电视领域的运行模式也会更加广泛[3]。

3 5G与4K节目制播的结合应用

媒体行业与其他行业有着非常重要的区别，尤其是新闻传播，对于时效性的要求是很高的，可以实现数据稳定传输和利用，所以数据传输的不稳定性会给新闻领域发展带来不良影响。无线通信的全面发展和进步，人们已经开始应用5G技术，其网络传输速度非常快，以5G网络作为基础运行的4K超高清信号直播与素材回传，全面地解决超高清数据传输量大的问题[4]。

3.1 5G+4 K超高清视频制播介绍

时代发展和进步，视频的质量已经发展到4K甚至8 K，帧率超过50帧，开始逐步转化成为逐行扫描的方法，所以造成系统运行数量是非常大的，数据传输对于网络环境的要求也在逐步提升。而8 K音视频运行的传输码率的要求更高，甚至能够超过100 Mbps。因此，要想实现数据量较大的传输需要，针对传输带宽方面的要求也会更高。分析理论参数，5G能够达到超高清视频制播的标准和要求，并且信号运行更加稳定和安全。

5G技术可以应用到电视节目的采、编、播的各个环节中，促进网络传输和处理能力的提升。采主要是超高清音视频采集回传，编则是在超高清音视频中实现云端制作，播则是进行稳定的超高清视频播出。图1即为5G技术应用到节目直播的流程。目前的5G手机全面应用，通过5G手机发送音视频也成为普遍的方式。还有一种就是应用集成5G模组来实现，其编码推流设备将视频数据传输到5G基站。当前很多背包都有以上的各项功能，让传输更加顺畅，也不会受到线路限制，方式更加灵活方便[5]。

图1 超高清视频制播网络架构

5G基站把接收之后的音视频数据信息利用核心网传输到直播中心，根据实际需要进行存储和分发，结合需要传输到视频显示终端设备。这个应用之下，通过云端设施能够有效开展音视频系统的制作，利用软件直接编辑相关的文件，使素材得到有效应用，在制作完成后，通过5G快速传输到终端设备中。前端摄像机拍摄相关的信息后，传输到设备上，应用5G背包是比较常见的方式。分析图2可以发现，技术的高速发展和进步，5G背包已经逐步向轻便的方向转变，功能性在不断提升，续航能力提高。背包内有采集、编码、分录、输出等相应的设备，信号处理有效地组织落实。前端拍摄环节，基带信号利用背包就能够做好各项压缩作业处理，经过必要编码可以使其变化为可以利用5G传输的信号，然后传输到终端设备中。为了使得数据达到安全性的要求，对于背包进行加密处理，及时纠错，达到数据完整性标准[6]。

图2 5G背包

分析目前媒体直播流程，发现5G应用到电视节目制作的采集、生产、分发等环节作用明显。这说明5G网络处理能力是其他技术所无法比拟的，尤其是5G网络的上行、下行带宽能力与低延时能力。5G网络的数据传输能力非常高，采集之后获取基带信号，编码器实现数字化压缩处理，然后以不同网络协议进行数字封装，最终都会形成IP协议数据流，再进行5G传输。这一模式的应用，根据不同距离分为远程操作和现场制作。现场制作就是利用转播车直接实现现场的直播，前端采集信息压缩处理后通过5G网络传输到传播车上，再通过传播车进行现场机位信号的调度，再次回传到电视台完成节目播出。远程制作对于现场收集到的全部信号不进行任何加工，只是采集之后就利用5G网络传输，音视频信号传输到电视台解码，制作结束后，直接播放。两者差异就是制作环节不同，节目播出的实际情况和复杂性都会影响播出方式[7]。

3.2 5G+VR全景视频制播介绍

现代科学技术的发展，VR制作演唱会、大型晚会、赛事等直播已经全面应用，5G技术的引领之下，VR全景直播速度发展非常快，具体的流程可见图3。前端VR相机通过各个机位采集现场的图像信息，利用缝合服务器进行拼缝处理之后成为没有畸变的球形画面。编码服务器经过拼缝缝合后形成的信号进行压缩编码的处理，让其成为可以用于传输的IP化视频流，然后经过5G终端穿入设备CPE发送至5G网络传输到远程制作系统内。在云端进行制作，完成各项图文包装性工作。多路5G信号流经过导播切换中心实现机位转换，经过收录与监看，然后再通过5G网络传输到多个媒体平台中发布，把节目分发达到各个新媒体端播放出去[7]。

图3 VR全景视频制播流程

在VR直播环节中，框架方案主要应用NDI协议实现，从而使得系统内各个设备达到联通的效果，还能够提高画质的清晰度，并且降低时延。多路信号直播环节，各个信号通过交换机输入输出，并且都能够通过NDI协议实现。其中，前端回传是把5G信号传输到IP矩阵中，利用矩阵连接设备实现NDI协议封装。比如2019年春晚制作环节，分会场利用5G+VR直播系统完成了超高清VR信号的采集和传输，和春晚现场的画面实时连接，传输到北京演播室内，让观众观看到更加丰富多彩且质量高的春晚节目[8]。