5G+8K+VR超高清视频在广播电视领域的应用分析

2023-03-21中视科华有限公司北京技术服务分公司周娟

卫星电视与宽带多媒体 2023年1期

中视科华有限公司北京技术服务分公司：周娟

5G+8K+VR超高清视频已经成为在计算机网络、智能手机后改变人们生活方式的新技术。5G+8K+VR超高清视频能够广泛地应用在各类场景中，极大地丰富了用户的感官体验，在广播电视宣传中积极使用该项技术能够有效地打造新型的宣传模式。

1.5G+8K+VR超高清视频的现实背景

在2021年东京奥运会上，日本采用了一种名为“Tokyo Victory”的半球型8K+VR超高清视觉系统，让观众不用通过VR头显就能够获得传统VR的观看感受，这套先进的超高清视觉系统应用了最先进的视听技术，给观众带来身临其境的视听体验感。我国央视也借助着2022年北京冬奥会的宣传契机，开展了5G+8K+VR的超高清技术应用。

近些年来，我国的超高清技术正在蓬勃地发展，8K超高清技术、相关的产品研发以及实际的产业化都完成了领域内的突破，技术、产品、产业之间良好应用相互协调的局面正在逐渐地产生。在技术领域实现突破的同时，国家政策领域也在提供着相应的支持，2019年我国工业和信息化部联合广电总局与中央广播电视总台发布了《超高清视频产业发展行动计划（2019--2022）》具体阐明了推动超高清视频产业快速健康发展的政策规划，提供了实际的政策相关支持。就超高清标准国际标准组织ITU及SMPTE协会也给出了明确的范围：画面帧率、观看距离、视角模式及音频标准。包括分辨率为7680×4320，像素的纵横比为1∶1，色深为12Bit，色域标准为Rec.2020，最低支持帧率为每秒120帧，每帧约3300万像素，音频为22.2声道等。我们所说的虚拟现实技术Virtual Reality简称VR是指在三维虚拟世界中模拟出视觉，视觉、听觉、触感等感官，它是在多媒体技术共同结合下产生的应用形式，是计算机软硬件技术、传感技术、机器人技术、人工智能及行为心理学等科学领域飞速发展的结晶。

要做到8K+VR制作的广播电视节目广泛传播与应用就离不开5G技术的发展。5G是对第五代移动通信技术的简称，5G网络作为一种真正意义上的融合型网络是对原有的无线接入技术的新的延伸与演进。在实际应用上即使是在高铁上运行也能够保持良好的用户上网体验，因此5G的高数据运行质量和运行密度能够支持VR虚拟现实技术，有效地缩短数据传输的延迟，更好地呈现超高清视频效果。

在实现8K+VR的超高清视频技术时，需要明确相关的5G通信网络的建设特点与基础，广播电视5G的组网结构是通过大塔与小塔之间进行联合组网，形成5G网络结构，从而实现多区域之间的5G网络覆盖，形成了新式5G通信网络技术，实现广播电视对于新的8K+VR的超高清视频技术的应用和发展。

2.5G+8K+VR超高清视频的技术建设方案

5G+8K+VR的超高清视频技术需要在5G通信技术基础上结合信息采集传输、移动云制作、VR内容制作等技术手段，并通过网络边缘计算和切片技术从而实现对8K和VR的图像视频传输。

2.1 链路模式

整个5G+8K+VR的超高清视频的技术建设方案流程主要是依照5G+8K+VR的超高清视频的制作流程展开的。在5G+8K+VR的超高清视频制作过程中，通常会使用带有8K+3D全景摄像机作为采集源，对周围进行360°或720°的全方位全景观信息高清画面采集，再通过视频拼接技术，依照实际需求来选择拼接技术模式对视频进行拼接缝合处理，然后依照三维图像映射技术将原本的全景三维图像转换成二维的平面视频，从而进行视频编码，生成8K+3D的超高清全景视频流以后再通过5G网络将视频流进行传输推送。在这个过程中负责传输功能的是5G的边缘网络，而5G的核心网络主要负责的是对高清全景视频的实时转码，最后抵达观众的观看终端。在整个技术建设生产的流程中涉及了摄影采集、视频拼接、映射转码、内容包装、视频传输等多方面环节，因此在这个过程中就需要各个运行环节之间密切合作，保证流程运行的流畅程度。

2.2 关键技术

首先是全景视频的采集，在进行5G+8K+VR超高清视频的制作时需要进行相应的全景拍摄，在进行拍摄时需要用到专业的全景摄像设备，进行3D的全景拍摄，专业的全景摄像设备会使用多目的拍摄镜头，再通过复杂的内置算法将360度全景画面以及3D效果进行高效地呈现，从而保证在后期进行视频制作时拥有更高的视频剪辑与制作效率。

其次是视频拼接技术，在将全景拍摄的视频素材进行云端的上传以后，需要进行视频的剪辑与拼接，基础的视频拼接方式主要是以变换为基础的视频拼接或以拼接线为基础的视频拼接两种。在进行视频的拼接缝合时也分为模板缝合与光线缝合两种方式，模板缝合相较于光线缝合速度更快，对于进行缝合拼接处理的设备要求也不高，但在进行模板缝合时，由于超高清视频的帧与帧之间存在着一定的差异，视频的拼接缝和区域就可能会出现重影的现象，导致整个超高清视频的画面呈现效果差，质量较低。而光线缝合方式会依照视频拼接的素材特点进行光线方面要素的调整，这就使得视频在拼接以后呈现出更好的观看效果，相应的对于素材光线的处理增加了视频的拼接缝合耗时，因此在进行视频的拼接缝合工作时要按照具体的视频制作要求来进行选择。

再次是三维图像映射与高效的编码技术。三维图像映射技术主要是用于将全景视频压缩成适合编码的平面视频，将原本的球面3D转换成二维的平面视频，5G+8K+VR中的VR视频需要广泛地使用这项技术，在目前的三维图像映射技术中有多种的主要映射方式，其中等角方块映射是其中映射质量最好的三维图像映射技术。等角方块映射技术通过建立等角方块模型，从而保障在六个映射面上各个角度的像素密度都是不变的，这样无论在哪个位置进行取样，都能够保证观看者在各个位置获取到的都是一样的视频图像质感。而高效的编码技术则是负责将映射以后的视频通过压缩格式协议进行编码后压缩传输，同时在传输过程中为了节约带宽，保证传输质量和速度，也会采用相应的与视频有关的编码方式，将原本的全景VR视频进行划分，将原本的整个视频划分成数个适应储存空间大小的子视频，将观看者视野内的内容进行高分辨率化，而视野外的则低分辨率化，之后再进行编码，同时对于观看者的视角转换也要进行分辨度的高速调整，以保证视角切换的延迟保持在30到60毫秒之间避免3D眩晕的发生。这样就不用在观看的同时保持对全部视频内容的高分辨率，缓解了解码的实际压力。

最后是对VR全视角视频传输。目前的8K+VR视频的传输码率基本保持在80到100Mbps左右，因此对于8K+VR全景视频的传输需要高带宽、低延迟的支持，而5G正好能够满足这种高带宽的要求，5G的宏站设备的传输速率能够达到1.6Gbps，误码率小于0.001%而丢包率也小于1%，自身的转换成功率和接入成功率都将近100%，传输以后可能出现的视频花屏、马赛克都不再出现，真正满足8K+VR全景视频的高质量传输。

3.广播电视5G+8K+VR的超高清视频的实际应用前景

广播电视领域通过对5G+8K+VR的超高清视频新技术的使用，将各个频道播放的内容变得更加具有真实性、趣味性，形象化地将原本虚拟的各项宣传与播报变成更具有现实性的节目效果，不光是传统的广播电视节目播放，对于电商、教育、医疗等不同领域的活动形式都能通过5G+8K+VR超高清视频来进行节目制作，具有多角度的现实应用前景。

3.1 5G+8K+VR超高清视频云端直播

在广播电视的节目播报中，人们对于体育比赛、明星的演唱会或者是电影纪录片的观看量越来越大，但是大型体育比赛、演唱会一般是在不同的城市进行，因此想要现场观看的观众就会受到时间与空间上的制约，不能够进行线下的现场观看。而5G+8K+VR的超高清视频能够对比赛、演唱会进行实时直播，通过VR虚拟现实技术进行虚拟场景的搭建，观众可以足不出户就能在线上享受到线下体育场、演唱会场的热烈氛围，获得更高的现场沉浸感。比如北京2022年冬奥会期间央视频推出了“VR”看冬奥的产品，这款产品支持8K全景赛事直播并提供超过80小时北京冬奥会现场直播和点播的沉浸式互动报道，用户通过佩戴装有央视频应用的设备便可以观看。同时5G+8K+VR的超高清视频中VR的空间音效也能够让观众在家中就体验到会场内部的铺天盖地的呐喊声，获得极强的现场感。有效地突破空间和时间对于观众不能参加线下活动的限制，为观众带来与线下相近的体验。

3.2 5G+8K+VR的超高清视频远距离漫游

人们在观看电视中播放的电影或者纪录片时，往往会产生一种想要实际参与到情节中或者是进行实地探索的想法。5G+8K+VR的超高清视频在对电影或纪录片进行播放时通过VR虚拟现实技术对场景的构建能够形成相应的剧情环境或者是现实的自然景观，观看者可以在家就体验一场紧张刺激的电影大片演出，也可以在纪录片里细致地观察自己平常没有能力或是没有时间亲自前去的自然景色风光。满足自身对于大自然秀丽景观的好奇，拓宽了观众的眼界。

3.3 5G+8K+VR的超高清视频带来的线上场景购物

目前在互联网技术的高速发展下人们对于购物大多都会选择更加便宜更加便利的线上电商购物模式，电视购物节目可以开通互动环节，通过5G+8K+VR的超高清视频对电商的产品进行拍摄建模，通过直播的方式让消费者通过VR技术穿越到网店现场，利用虚拟技术来了解商品的实际样式，以自身与商品的零距离接触感受商品的特点与优势，有效地激发出消费者的购买欲，产生更好的经济收益。

3.4 5G+8K+VR的超高清视频将教育转换为实际教学

各个电视台的教育频道可以通过5G+8K+VR技术来建设虚拟教学课堂，将传统的教育影片进行VR虚拟现实处理，通过架设虚拟实验室或者虚拟的科学环境，来将教育影片变成更加生动的虚拟操作。像是在对学生进行天文知识讲授时，可以通过相关的5G+8K+VR的超高清视频来建设宇宙天体运动的影响，学生可以通过VR设备进行观看，身临其境地感受天体运动、宇宙变化的情形，并且一些实践课程也可以通过5G+8K+VR的超高清视频现场直播来实现。比如医疗急救或者各类实验操作都可以通过超高清VR视频技术来实现，依照不同的需求来打造相应的虚拟环境，学生可以在虚拟环境中进行医疗急救、火灾逃生、模拟驾驶、实验操作等多方面的动手实践练习，提高自身的实际操作水平，丰富教育频道的节目内容，提高收视率并且达到教育视频的实际教育目的。

3.5 5G+8K+VR的超高清视频与电台音频实现双重沉浸效果

5G+8K+VR的超高清视频实现了视觉的真实感沉浸，而在广播中加入空间音频和动画CG渲染类的VR视频，那么传统的广播节目将从过去的听觉模式中脱离出来，为听众呈现出更高水准的VR音乐效果，在这种全新的VR音乐效果体验下广播电视节目实现视觉与听觉的双重沉浸，视觉效果在听觉效果的加持下画面会变得更加富有冲击力，而听觉感受也会在画面的作用下变得更加的具象，不再是虚无缥缈的，需要依靠听觉去想象的，而是实现一种全新的广播听觉体验。同时需要注意的是在进行广播节目5G+8K+VR的超高清视频制作时，要保证音乐内容与画面效果适配，才能够产生深入的视觉听觉沉浸感。

3.6 5G+8K+VR的超高清视频技术实现远程诊疗和保健

通过5G技术和VR技术开展相关的线上诊疗节目，使得线上的远程诊疗变为更加实际的可能，患者在家可以通过5G+8K+VR的超高清视频技术进行跨省甚至是跨国的远程诊疗，通过5G大码流传输，依靠8K摄像头对患者数据进行采集，宽色域和高帧数低延时的特点可以更好地观察到患处的细节，远程就可以获取病人的身体病症数据，并展开远程异地会诊，这样不仅精准地实现了到位的医疗效果，还能够缓解目前医疗技术人员水平分布不均衡的实际问题。通过这种方式不仅有效地实现科技给病人带来的生活福利，还丰富了电视频道的多样性和互动性，为传统的广播电视模式开拓了新的思路和领域。