4K电视技术与5G设备在广播电视中的应用

王健

【摘要】随着科技的不断发展，电视的画质也在逐步提高。从初期的黑白电视、彩色电视再到高清电视，人们对电视画质的需求不断提高。本文详细探讨了电视通讯技术发展的重要趋势——5G通讯设备与4K电视技术的整合，就4K电视技术和5G通讯设备的基础特性、市场应用以及4K电视技术和5G通讯设备对广电全面数字化的影响进行了分析，探索了4K电视技术与5G通讯设备的整合可能带来的技术挑战和市场机遇。

【关键词】4K电视 ；TVU One直播设备；5G网络；4K＋5G案例

中图分类号：TN92                            文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.11.005

现在，4K电视（UHDTV，超高清电视）已经逐渐进入人们的视线。4K电视的画面清晰度是高清电视的4倍，这也意味着其对传输和处理能力的需求是高清电视的4倍。因此，4K电视技术的发展和普及，尤其是在视频数据的传输和处理上面临着巨大的技术挑战。而5G指的是第五代移动通信技术，5G技术的出现，使得数据传输速度得到了前所未有的提升。它不仅可以提供比4G网络更高的下载和上传速度，还能支持更多设备同时连接，其高速度、大容量和低时延的特性，被视为支持4K电视技术发展的关键技术之一。与此同时，TVU One 5G FHD/UHD （以下简称5G直播背包）作为一个将视频数据实时转换为IP流并通过5G网络进行传输的设备，其在4K电视技术的应用中也显示出了巨大的潜力。本文分析了4K电视技术和5G通讯设备的优势，并结合国内电视台在新闻实践中的具体运用，阐述了二者融合给受众带来的新闻体验，最后对未来发展提出了合理的想象。

1. 超高清（4K）技术与TVU One 5G直播背包的技术原理

1.1 4K电视的技术特点和需求

现如今4K电视技术已经成为了未来发展的趋势，简单地说，4K电视又称为超高清电视（UHDTV），就是一种分辨率的数值，从技术层面上来说，超高清（Ultra High Definition）其实是从4K数字标准衍生出的概念。标准的4K分辨率可以达到4096×2160像素，而超高清则要稍低一些，分辨率为3840×2160像素，是高清电视（1920×1080）分辨率的4倍[1]。虽然不能让所有人在短时期内立刻明白4K的原理，但是通过简单的说法就是，4K意味着在屏幕上带来了更多的像素点。原来1920×1080高清的像素点大约是200万，而4K则达到了800万，更多的像素点意味着更多的信息和更清晰的画面，让整个视觉效果看起来更高级、更逼真的视觉体验，极大地丰富了画面细节，使得观众仿佛身临其境。而且，4K电视还支持高动态范围（HDR）和广色域（WCG），能够提供更深的黑色和更亮的白色以及更丰富的颜色。

然而，这种高清晰度和丰富的色彩也带来了巨大的数据传输和处理需求。例如，一秒钟的4K视频，其数据量就可能达到几十MB，远高于高清视频。而且，由于4K电视的高分辨率和丰富色彩，对视频编码和解码技术的要求也更高。因此，要实现4K电视的实时播放和传输，需要有足够的数据传输带宽和处理能力。

1.2 TVU One 5G直播背包的技术原理和优点

随着5G网络的普及和成熟，更多的场景，例如远程医疗、无人驾驶、智能家居等，都有可能成为网络聚合推流设备的应用领域。在这些场景中，多网聚合路由设备不仅可以提供高质量的视频传输，还可以支持实时、互动等需求，使得用户可以在任何时间、任何地点，享受到超高清的视觉体验。在此基础上，多网聚合路由设备的技术也将不断提高，包括更高效的编码技术、更智能的网络调度等，都将进一步提升用户的观看体验。

TVU One 5G直播背包是一款专业的直播视频流解决方案，符合央视 4K 超高清电视技术标准，支持主流运营商5G网络，内置6个调制解调器，外加4个USB Modem接口；1路Wi-Fi，1路以太网共12个通道同时并行传输。 支持对4K 50/60P 的视频进行10bit处理的能力；支持 HDR HLG/PQ，WCG BT.2020和4∶2∶0 10比特量化，采用专利视频传输技术Inverse StatMux Plus （IS+） 及前向纠错技术，实现多链路捆绑传输采用SMART VBR智能动态编码，可动态管理码率以快速适应带宽波动支持H.264和H.265（HEVC）压缩编码支持多达8声道输入；超低延时，最低可达0.5秒，最多支持聚合12路网络连接，包括3G/4G/5G移动网络、微波、卫星、Wi-Fi、BGAN和以太网，采用AES加密，极大提高了视频传输安全性。即使带宽突然丢失50%，传输依然稳定流畅。电视台演播室和现场工作人员无延时沟通，同时具备视音频发送功能。相比于传统的有线传输方式，5G背包具有移动性强、布线简单、能适应各种环境等优点。更重要的是，5G背包能够支持大量的4K视频数据传输，满足4K电视的传输需求。

2. TVU One 5G直播背包在4K电视技术中的应用与挑战

2.1 TVU One 5G直播背包的应用

由于5G背包的上述优点，使其在4K电视中有着广泛的应用前景。首先，TVU One 5G直播背包可以作为一种新型的电视信号传输设备，将电视台的信号实时传输到用户的电视上。其次，5G背包也可以应用在视频制作和播放设备中，实现视频的实时编码和传输[2]。最后，5G背包还可以应用在家庭网络中，通过连接互联网，实现家庭内多台设备的视频共享和传输。总的来说，5G背包的技术优势和应用前景，使其在4K电视的发展中起着重要的推动作用。然而，如何充分利用这些优势以及如何解决在实际应用中可能遇到的问题，仍然是我们需要进一步研究和解决的问题。

2.2 TVU One 5G直播背包在4K电视中的技术挑战

2.2.1 5G网络覆盖的问题

5G网络是实现4K电视与TVU One 5G直播背包结合的关键。5G网络虽然带来了许多的改变和进步，但同时也面临着一些挑战。当前5G网络的覆盖范围仍存在局限性。部分偏远地区和室内环境，如地下停车场、电梯间等，5G信号覆盖不全，甚至无法覆盖。这种情况直接限制了TVU One 5G直播背包在4K电视传输中的应用，降低了用户体验。

2.2.2 5G网络的稳定性问题

5G网络在提供高带宽、大容量传输的同时，网络稳定性是另一个关键问题。由于5G采用的是更高频段的无线信号，其对环境干扰的敏感度较高，这可能会导致网络传输中断或者丢包现象，影响4K电视的连续播放，带来卡顿、延迟等问题[3]。

2.2.3 4K电视中的数据传输问题

4K电视由于其高分辨率和丰富色彩，导致其视频数据量巨大，对网络传输带宽和数据处理能力提出了更高要求。当前的视频编码技术虽然可以一定程度上减少4K视频数据的大小，但在保证画质的前提下，其数据量仍然非常庞大。如何在有限的网络带宽中，有效传输大量4K视频数据，是5G背包需要解决的技术难题。

以上三个挑战构成了5G背包在4K电视中的主要技术瓶颈，解决这些挑战，将有助于推动4K电视和5G背包的广泛应用。

3. 优化TVU One 5G直播背包在4K电视中的应用案例

媒体行业特别是新闻报道对时效性要求较高，尤其是远距离、大数据量的传输，一直是电视业务传输的痛点。随着无线通信技术进入5G时代，5G网络可提供稳定的百兆上行、千兆下行的网络带宽，从而实现基于5G专用网络的4K超高清信号直播以及素材回传，解决了超高清视频大数据量的传输难题。

3.1 提高5G网络的覆盖范围和稳定性

为了解决5G网络覆盖问题，相关部门和企业应当从基站建设和信号优化两方面入手。一方面，加快5G基站的建设，特别是在偏远地区和室内环境，增设微型基站或信号放大器，确保5G网络的广泛覆盖。另一方面，进行信号优化工作，如智能调度、信号干扰管理等，保证5G网络的稳定性[4]。例如：中央电视台作为中国最大的电视传播平台，已经积极探索和实践5G+4K技术。在2023年春节联欢晚会的制作和转播中，中央电视台使用了TVU One 5G直播背包进行4K直播转播，使得全球观众能在家中以超高清的画质欣赏到这一视觉盛宴。除了春晚，在2022年的全国两会期间，中央电视台利用5G+4K技术进行了全程直播。这次的直播技术运用了5G网络的高速和低延迟特性，以及4K超高清技术，使得直播画面更加流畅和清晰，极大地提升了观众的观看体验。

3.2 使用先进的视频编码技术减少4K视频的数据负载

为了有效处理大量的4K视频数据，应当使用更先进的视频编码技术。例如，HEVC（高效视频编码）和VVC（视频多样性编码）等编码技术，可以在保证画质的前提下，显著减少视频数据的大小。此外，还可以通过智能化的视频质量调控，如AI质量增强等技术，进一步优化4K视频的数据传输。例如：深圳卫视5G+4K的新闻直播车是中国广电行业首款5G+4K新闻直播车，由深圳卫视与华为联合研发。这款新闻直播车采用了智能化的操作系统，可以实现远程控制和自动化操作，配备了4K超高清摄像设备，利用5G网络技术，可以在任何地点进行现场直播，满足了新闻报道的灵活性需求。这款新闻直播车的研发成功，标志着中国广电行业在5G+4K技术应用方面取得了重要突破，对于推动行业技术进步、提升新闻报道质量具有重要意义。

3.3 利用边缘计算降低数据传输的延迟

在保证5G网络的高带宽和大容量传输的同时，降低数据传输延迟是另一个关键。这就需要借助于边缘计算技术，将一部分数据处理任务放在网络边缘执行，从而减少数据在网络中的传输距离，降低传输延迟，保证4K电视的流畅播放[5]。例如：上海东方卫视在2021年的春晚上，首次尝试使用5G+4K技术进行直播。他们利用5G网络的高带宽和低延迟特性，实现了4K超高清视频的实时传输。他们在现场设置了多个5G基站，通过5G网络将4K摄像机拍摄的视频实时传输到制作车，然后通过卫星或光纤网络传输到电视台进行播出。这种方式不仅可以实现高清晰度的视频传输，还可以大大减少传输过程中的延迟，使得现场的直播效果更加流畅。此外，他们还利用5G网络的高速特性，实现了多角度、多视点的实时切换，为观众提供了更丰富的视觉体验。例如，他们可以在舞台上、观众席、后台等多个地方设置摄像机，然后通过5G网络将这些摄像机的视频实时传输到制作车，由导演根据节目的需要进行实时切换。上海东方卫视通过5G+4K技术，实现了高清晰度、低延迟、多视点的直播效果，为观众提供了全新的观看体验。这一成功的应用案例，充分展示了5G+4K技术在电视直播领域的应用潜力。

3.4 5G+4K技术在宁夏广播电视台中的应用

目前多家电视台以在“5G+4K”中进行了实践和探索。宁夏广播电视台结合5G+4K的广电发展趋势，多档自办栏目及直播节目充分利用5G网络带来的大带宽、低延时特性，再辅以智能自适应可变码率、前向纠错、多网聚合等领先技术，使用了TVU One 5G直播背包进行实时直播报道。拿我台公共频道的一档民生类栏目《今日宁夏》为例，该栏目每日上午直播3小时左右，使用多套TVU One 5G直播背包，由记者从区内各地市直播现场，将拍摄的新闻事件通过5G背包实时进行编码传输发射，台内演播室通过TVU Transceiver接收机进行数据整合，将接收到的现场信号分配到演播室的各视音频设备，由导播进行调用，实现与演播室主持人无缝连线互动采访。

通过对这些主流电视台的5G+4K应用案例的研究，我可以看出，随着5G+4K技术的相互协同发展，更多的广播电视台都要实现升级转型[6]。具体可以从以下几个方面进行着手：4K超高清制播云平台；4K超高清融媒体制作系统；4K超高清融媒体演播室；智慧媒资系统；4K超高清融媒体转播车；4K超高清播出系统；广播制作播出系统；信息安全等级保护系统。总之，随着科技的不断发展，人民群众对文化内容的消费需求在不断提高，对视听生活的质量要求也在不断提升，有了更高、更新、更多的期待，5G通讯设备和4K电视技术将会得到更广泛的应用。

4. 结束语

超高清电视制播融合5G技术，不但降低了超高清视频的制作成本，还提高了创作效率和内容质量，给用户带来全新的观看体验。本文探讨了TVU One 5G直播背包与4K电视技术的结合应用，并对存在的问题提出了相应的优化策略，认为可以从提高5G网络的覆盖范围和稳定性、使用先进的视频编码技术减少4K视频的数据负载、利用边缘计算降低数据传输的延迟等方面入手，针对TVU One 5G直播背包在4K电视中的技术挑战进行优化，显著改善视频播放质量和用户体验，对于推动4K电视技术的发展和普及具有重要意义。当前国内一些电视台将二者运用到新闻生产中，得到了很好的效果，大大提高了新闻产品的品质和受众的体验感，未来4K电视技术与5G设备在广播电视中还有更广阔的应用前景。

参考文献：

[1]张于兵，崔权毅，徐宏燕.广播电视新闻节目制播系统应用[J].电视技术，2023，47（03）：65-67.

[2]陈宇.面向超高清节目制播的IP分布式存储测试方法[J].广播电视信息，2022（11）：52-56.

[3]毕江，张宁.4K超高清电视节目制播系统建设与应用[J].现代电视技术，2021（08）：56-60.

[4]袁畅，黄倩.节目生产管理系统4K超高清制播分析[J].西部广播电视，2021，42（13）：203-205.

[5]李岩，潘波.中央广播电视总台4K超高清电视节目制播系列技术规范关键技术介绍[J].现代电视技术，2021（04）：129-131.

[6]崔巍.5G技术在4K电视节目制播中的应用[J].现代电视技术，2020（08）：121-124.