5G 4K/8K超高清直播方案探究

李 俊

（马鞍山广播电视台，安徽 马鞍山 243000）

0 引 言

随着技术的发展，用户对媒体信息传播的诉求已经由原来简单的信息传播转变为以良好的体验感获取有关的信息内容。在这种以体验感为重要关注点的信息传递环境下，是否能为用户提供高清的内容，直接影响到用户对媒体的体验感评价，进而影响到媒体的影响力。正因如此，近年来，越来越多的媒体开始关注超高清直播模式，而这进一步促使国家层面的4K/8K超高清直播产业的发展。例如，中国超高清视频产业联盟于2020年发布国内首个《5G+8K超高清国产化白皮书》，系统地梳理了5G+8K超高清端到端产业链的国产化状况，为产业链环节的国产制造创新和产业协同提供了方向参考；IMT-2020（5G）推进组发布的《5G应用创新发展白皮书》则明确提出了基于5G网络的4K采集、5G传输、VR制作分发等媒体应用的生产流程和技术要求。对于视听类媒体而言，应当更多关注的是如何将5G技术更好地融入到现有的直播业务中，通过技术赋能4K/8K超高清直播方案的实现，而这需要进行相关的研究与探索。

1 5G 4K/8K超高清直播的可行性分析

5G 4K/8K超高清直播之所以成为目前国家和行业重点推动实施的技术目标，主要是因为该直播标准所对应的技术条件已然具备，即5G技术为4K/8K超高清直播内容的制作与传播提供了相应的技术支持[1]。结合实际来看，5G 4K/8K超高清直播的可行性主要体现在以下几方面。

1.1 5G技术满足超高清直播的技术要求

5G技术指的是第五代移动互联网通信技术。5G技术与4G技术的性能对比如表1所示。通过表1可以看出，与4G技术相比，5G技术具有高数据传输速率、低延迟的优势。并且，5G技术的连接数量最高可达每平方公里100万个。表2是结合《中央广播电视总台4K超高清电视节目制播技术规范》《中央广播电视总台8K超高清电视节目制播技术要求（暂行）》的相关内容梳理的4K/8K超高清音视频制作的相关参数。对于表2列举的4K/8K超高清音视频参数要求，5G技术的网络传输性能完全能够达到，这也使得5G能够成为4K/8K超高清直播的重要实现技术手段[2]。同时，近年来我国各运营商普遍加强5G基础设施建设，5G基站的覆盖面持续扩大，这也使得大量的网络用户可以借助5G技术进行4K/8K超高清直播尝试。

表1 4G技术与5G技术的性能对比

表2 4K/8K超高清音视频制作基本参数

1.2 用户对4K/8K超高清直播的需求持续增加

直播是近年来互联网媒体兴起的重要业态。与传统以广电媒体为主导的节目直播不同，当前的直播已经突破了单独的媒体及其节目范围，延伸到了普通的网络用户群体中。尤其是诸如直播带货等新的以直播为媒介进行的产品营销行为的拓展，促使超高清直播逐渐成为网络用户普遍需要的网络功能。在这样的背景下，开发基于5G技术的4K/8K超高清直播，就成为媒体尤其是网络媒体领域重点开发的业务和功能。在这种庞大需求的驱动下，开展 5G 4K/8K超高清直播，拥有市场发展的现实空间[3]。

2 5G 4K/8K超高清直播的构建策略

总体来说，5G 4K/8K超高清直播主要由采编系统、传输系统、播出系统及监测系统等构成，不同系统分别对应不同的超高清直播业务内容和功能，这些系统共同协作，才能够真正实现超高清制播的实际功能[4]。下面分别对这几个系统的构建方式进行分析。

2.1 超高清采编系统的构建

超高清采编系统是在原有采编系统的基础上进行的技术升级和功能改造，其重点是将5G技术部署到直播信息的采编端口，借助4K/8K超高清摄像机的设置实现超高清音视频信息的采集[5]。除了采集直播信息以外，5G 4K/8K超高清直播中的超高清采编系统还具有高质量的音视频编码功能，这样可以确保通过5G网络传输的直播信息的品质不会因为网络的不确定性而发生变化。

在高质量音视频编码方面，5G 4K/8K超高清直播主要遵循图1所示的模式。

图1 5G 4K/8K超高清直播中的音视频编码模式

在实际的超高清音视频编码过程中，为确保编码后的音视频信息在经过超高清传输后能够保证超高清的品质，技术方案会重点对编码协议进行优化，赋予编码以下几方面的能力：第一，具备提供4K/8K节目编码处理的能力；第二，提供对25/30/50/60帧视频的处理能力；第三，能够提供对HDR内容的处理功能，并且支持诸如HLG、HDR等标准的实现；第四，能够通过升级的方式支持对100/120帧内容的处理；第五，提供包括H.264、H.265、Dolby AC3、Dolby AC4音频编码能力。具备以上几种特性的超高清编码技术能够满足超高清采编在音视频信息编码方面的质量和数量要求。

2.2 超高清传输系统的构建

5G 4K/8K超高清直播对信息传输的要求比较高，这既体现在传输的质量方面，也体现在传输安全性、可靠性要求方面。而5G技术的应用，赋予了超高清传输更大的上行带宽，使系统能够更好地满足用户在移动网络环境下的4K/8K超高清直播需求。考虑到当前5G基站部署和5G网络覆盖方面的情况，在网络带宽缺乏足够保证的情况下，仍然需要将数据的码率压缩到50 Mb·s-1左右，尽量避免传输过程中出现带宽溢的情况，保证音视频传输的质量[6]。同时，考虑到传输协议不同对音视频传输质量的影响，在实际的传输协议选择时，要从可靠性的角度进行考虑。5G环境下不同传输协议的相关属性如表3所示，可以看出，在5G技术环境下，SRT协议具有更高的可靠性和更低的时延，且安全性方面也比较好，是相对比较好的传输协议选择方案。并且在音视频安全性保障方面，SRT协议可以为AES-128/256加密标准提供技术支持，使超高清信息的传输具有更强的安全技术保障。

表3 5G环境下不同传输协议的相关属性

2.3 超高清播出系统的构建

超高清播出系统在功能上主要包括音视频内容的收录、编转码以及超高清音视频内容的播出。换而言之，超高清播出系统主要解决的是如何将接收到的经过加密处理的超高清音视频信息转化为可视听的超高清音视频内容。该系统通常包括5G内容接收、5G内容加工分发、5G内容编排等功能模块。其中，5G内容接收是借助相应的内容收录系统，对通过5G技术传输的音视频编码信息接收、存储于自动的工作流引擎之中，并通过该引擎对音视频信息进行转码，形成统一的高保真视频格式，进行音视频的存储；5G内容加工分发主要是通过5G频道播出工程等具有音视频内容播出前加工处理功能的数据库，对音视频内容进行编排，并根据内容将其分发到不同的超高清4K/8K播放频道；5G内容编排是根据用户不同的超高清直播内容参数设置，对音视频信息进行频道内部的编排，使原本分散、孤立的频道内容形成具有一定顺序的节目清单，并通过最终的播出频道进行超高清直播内容的播出[7]。

2.4 超高清监测系统的构建

考虑到目前5G技术在性能、覆盖面等方面仍然存在一定的不足，难以保证4K/8K超高清直播全程的稳定性和安全性，因此，在超高清直播方案实施中，还需要构建面向超高清直播过程的超高清监测系统，对5G 4K/8K超高清直播内容的进度和状况进行动态、实时的监测，确保及时响应和解决直播中出现的问题。在内容监测方面，超高清监测系统主要对直播画面的质量和音视频流的质量指标进行监测。其中，在直播画面质量监测方面，主要通过云端或者终端的直播频道进行解码和预处理，并对最终输出的单路矩阵组合画面进行动态监测，以便及时发现诸如黑屏、静帧、静音、马赛克等画面质量问题并加以解决；在音视频流的质量指标监测方面，主要通过一系列量化的指标数据对超高清直播过程中的各种参数进行分析，并通过模型预测潜在的可能发生的直播质量问题，确保超高清直播的质量和效果。

3 结 语

开发基于5G技术的4K/8K超高清直播，是5G技术应用过程中媒体行业发展的重点方向，而这主要取决于5G技术本身具有的通信性能以及市场上对超高清直播的普遍需求。考虑到当前5G技术应用的实际情况，为确保超高清直播方案的顺利实施，相关主体要从超高清内容采编、超高清内容传输、超高清内容播出以及超高清内容播出监测等方面进行细节化的分析和技术实现路径探讨，以确保5G 4K/8K超高清直播目标的顺利实现。