5G+超高清视频在广播电视领域的应用

2023-11-20李一峰

电视技术 2023年8期

关键词：高速率时延广播电视

李一峰

（重庆广播电视技术中心涪陵转播台，重庆 408000）

0 引言

随着信息技术的迅猛发展，5G技术和超高清视频作为两大前沿技术备受瞩目。本文旨在深入探讨5G+超高清视频在体育、综艺和新闻节目中的应用，展示其创新潜力，为广播电视行业的数字化升级和未来发展提供新的思路和启示。

1 5G技术概述

1.1 5G技术的基本原理和特点

5G技术是第五代移动通信技术，其基本原理是在高频段实现大带宽、高速率和低延迟。5G采用了更高的频率资源、大规模天线阵列技术以及多用户多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术来提高网络容量和性能。5G的主要特点包括：更高的传输速率，支持更丰富的多媒体应用；更低的时延，提供实时交互和更高效的服务；更多的设备连接，支持物联网的快速发展；更高的网络能量效率，降低能耗。此外，5G还引入了网络切片技术，使得网络能够根据应用需求按需分配资源，满足不同业务的多样化需求[1]。

1.2 5G网络架构与功能

5G网络架构是一种灵活的分层结构，主要由核心网络和无线接入网络组成。核心网络采用云计算和虚拟化技术，具有高度灵活性和可扩展性，包含多个功能模块，如用户面和控制面分离、网络切片、边缘计算等，以满足多样化的业务需求[2]。无线接入网络包括基站和传输网，支持多频段和多载波技术，实现更广阔的覆盖和更高的容量。

5G网络功能强大，除了提供高速数据传输和低时延，还支持大规模连接物联网设备，支持网络切片和边缘计算，为不同行业提供定制化的网络服务。同时，5G网络还具备高度安全性，采用加密和认证技术来保护用户数据和隐私。这些优势使得5G网络成为连接智能设备和数字化应用的关键基础设施，推动了智能城市、智能工厂等新兴应用的发展。

1.3 5G在广播电视领域的应用前景

5G在广播电视领域的应用前景广阔。其高速率、低时延和大连接特性将带来多重变革[3]。首先，5G技术将使超高清视频实时传输成为可能，提升观众观影体验。其次，5G网络支持更多用户同时在线观看，促进个性化内容推荐和互动式体验。此外，5G网络还可推动虚拟现实（Virtual Reality，VR）和增强现实（Augmented Reality，AR）技术的应用，为广播电视节目增添更多交互性。5G还将促进直播业务的发展，支持高质量、多角度的实时直播节目。最后，5G与边缘计算结合，可实现内容在边缘节点的快速处理和分发，提高服务质量。

2 超高清视频技术概述

2.1 超高清视频的定义和特点

超高清视频（Ultra High Definition，UHD）是一种高质量的视频格式，具有较高的分辨率和更真实的色彩表现。常见的超高清视频分辨率为3 840×2 160像素（4K UHD）或7 680×4 320像素（8K UHD），相比于传统高清视频，它们具有更多的像素，呈现出更清晰、更细腻的图像细节。超高清视频还采用高动态范围（High Dynamic Range，HDR）技术，拓展了视觉表现范围，增强了明暗细节，使画面更加真实、生动[4]。此外，超高清视频还支持更高的帧率，如60 f·s-1或120 f·s-1，让动态画面更加流畅。

2.2 超高清视频编解码技术

超高清视频编解码技术是对超高清视频进行压缩和解压缩的关键技术。编码是将原始视频数据压缩成较小的文件大小以减少存储和传输成本，而解码则是将压缩后的数据还原为高质量的超高清视频。目前，常用的超高清视频编解码标准包括H.265/HEVC和VP9。这些编码技术采用复杂的算法和预测模型，以降低码率、提高压缩效率，并支持高动态范围和更高的色彩深度。

2.3 超高清视频传输与存储技术

超高清视频传输与存储技术是实现高质量视频传输和存储的关键[5]。对于传输，超高清视频文件较大，需要高带宽和稳定网络支持，常见的传输方式包括光纤网络、5G网络和高速以太网，以确保高速、流畅的视频传输体验。同时，可以使用自适应比特率传输技术，根据网络状况自动调整视频质量，确保在不稳定网络环境下也能获得良好的观看效果。对于存储，超高清视频文件体积巨大，需要大容量的存储设备，如硬盘、固态硬盘等。

3 5G+超高清视频在广播电视领域的应用

3.1 5G+超高清视频在体育节目中的应用

5G+超高清视频在体育节目中的应用呈现出丰富的创新潜力。首先，5G网络的高速率和低时延使得观众能够实时观看高清、流畅的比赛画面，增强了观看体验[6]。超高清视频技术的高分辨率和HDR技术带来更真实、细腻的画面，使观众能更清晰地观察比赛细节。其次，5G技术支持多角度拍摄和实时切换，观众可自由选择观看不同视角，增加了互动性。再次，5G还能实现AR和VR技术的应用，将观众沉浸到比赛场景中，提供身临其境的感觉。最后，5G网络切片技术为重要体育赛事提供专用网络资源，确保高质量传输。

综上所述，5G+超高清视频在体育节目中的应用将带来更丰富、互动性更强、观看体验更优的新视听享受，推动体育节目向数字化和智能化方向发展。2022年冬奥会是5G+超高清视频在体育节目中应用的典型案例。中央广播电视总台（以下简称总台）以5G+4K/8K+AI技术为基础，打造科技冬奥，高铁5G超高清奥运演播室、5G背包、“猎豹”超高速4K轨道摄像机等被广泛应用于冬奥会节目制作与转播中。在北京冬奥会花滑和短道速滑8K转播节目中，总台CCTV-8K频道运用5G技术、8K超高清画面赛事转播技术、三维声沉浸式声音技术打造超高清、临场感、沉浸式的观看体验。8K+5.1.4转播车系统负责制作和收录5.1.4三维声、5.1环绕声和下混立体声信号，通过5G背包支持后方新闻演播室主持人与前方外场记者视频连线的业务场景，通过5G网络全面覆盖北京、延庆、张家口三个冬奥赛区，确保冬奥会演播室系统运行稳定、播出安全。

3.2 5G+超高清视频在综艺节目中的应用

5G+超高清视频在综艺节目中的应用，为这一领域带来了独特的创新和发展机遇。首先，5G网络的高速率和低时延使得综艺节目可以实时传输高清画面，观众能够更流畅地观看直播和点播，提升了观看体验。超高清视频技术的高分辨率和HDR技术增强了画面细节和色彩表现，提高了视觉感受，使观众沉浸于综艺节目的内容。其次，5G技术支持多摄像机拍摄和实时切换，增加了综艺节目的趣味性和视觉效果，丰富了内容呈现方式。观众可以自由选择不同视角，增强了互动性。综合而言，5G+超高清视频在综艺节目中的应用将推动节目创新，提升观众体验，为综艺节目产业的数字化升级和发展带来新的机遇。5G+超高清视频在综艺节目中有广泛的应用，以总台春节联欢晚会（以下简称春晚）为例，在总台实施“5G+4K/8K+AI”战略布局后，2021，2022，2023年的春晚在技术应用方面取得新突破，5G+超高清视频在总台春晚的应用为观众带来超高清、沉浸式、云端视觉盛宴。以2021年春晚为例，在“5G+4K/8K+AI”战略布局指导下，2021年春晚带给观众一场云端视觉盛宴。2021年，春晚节目《牛起来》依托5G技术实现内地演员关晓彤、王一博在北京春晚现场的演出直播与香港演员刘德华在香港完成的云录制，通过4K/8K超高清视频技术实现演员们在春晚舞台的跨时空“同台演绎”。以2020年春晚为例，在2021年春晚台成功经验的基础上，4K/8K、5G、AI、虚拟现实等技术在2022年春晚舞台上绽放光芒，舞蹈诗剧《只此青绿》节目融合4K/8K、5G、XR、全息扫描等技术勾勒出宋朝的青绿山水，带给用户沉浸式、超高清的节目观看体验。以2023年春晚为例，大量运用5G、4K/8K、AI、XR等新技术，首次实现“8K超高清+三维菁彩声”春晚直播，首次使用国内自主研发的8K超高清摄像机参与春晚摄制，5G云连线技术搭建从云端到现场的桥梁，让春晚舞台现场内外同唱一首歌，为观众带来奇妙、震撼的视听感受。

3.3 5G+超高清视频在新闻节目中的应用

5G+超高清视频在新闻节目中的应用，将为新闻行业带来深刻的变革。首先，5G网络的高速率和低时延使得新闻报道可以实时传输高清视频，记者能够快速将现场新闻实况直播到观众面前，增强了新闻报道的时效性和实时性。超高清视频技术的高分辨率和HDR技术提高了画面质量，使观众更清晰地看到细节，提升了新闻报道的视觉感受。其次，5G技术支持多摄像机拍摄和实时切换，让观众从不同角度了解事件现场，提供更全面的报道。此外，5G还可结合AR技术，为新闻节目增加虚拟元素，更生动地展现新闻内容。5G网络切片技术可确保重要新闻节目拥有专用网络资源，保障高质量传输。以2023年全国两会新闻报道为例，中国联通圆满完成2023年全国两会通信服务保障工作，优化网络覆盖，支持“5G+4K”“5G+VR”业务及多点、多地多路、多镜视频直播和新闻报道的需求。除此之外，5G+超高清视频在党的二十大、北京2022年冬奥会和冬残奥会、中华人民共和国成立70周年及中国共产党成立100周年庆祝活动等新闻活动中有广泛的应用，极大地提升新闻直播、转播的流畅度、清晰度，带给观众超高清、沉浸式、临场感的新闻观看体验。