5G技術(shù)在4K電視節(jié)目直播中的應(yīng)用

張有瑞

（吉林廣播電視臺(tái) 吉林 長(zhǎng)春 130000）

1 引言

信息技術(shù)以及移動(dòng)通信技術(shù)的全面發(fā)展，對(duì)人們的日常生活產(chǎn)生很大影響。對(duì)人們?nèi)粘Ｉ町a(chǎn)生影響的廣播電視領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)信息視頻化之后，超清、智能、移動(dòng)化等技術(shù)成為電視領(lǐng)域發(fā)展的基礎(chǔ)。5G是全新一代移動(dòng)通信技術(shù)，主要優(yōu)勢(shì)就是帶寬非常寬、時(shí)延非常低，通過(guò)應(yīng)用必要的音視頻采集和回傳技術(shù)的應(yīng)用，讓各項(xiàng)工作開(kāi)展順利有效進(jìn)行，大幅提高畫面質(zhì)量水平，尤其是應(yīng)用5G技術(shù)之后，使得4K信號(hào)傳輸更加穩(wěn)定和高速，讓節(jié)目的質(zhì)量得到了很大提升。

2 5G簡(jiǎn)介及關(guān)鍵技術(shù)

5G就是第五代通信技術(shù)，其最為明顯的特點(diǎn)為帶寬大、低時(shí)延、輸入量大等，數(shù)據(jù)傳輸效率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出蜂窩技術(shù)，最高速度能夠達(dá)到10 Gbps；網(wǎng)絡(luò)時(shí)延有效降低，可以實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)運(yùn)行；網(wǎng)絡(luò)容量非常巨大，可以有效提升連接密度，甚至可以達(dá)到以往技術(shù)的百倍以上，頻率效率較之LTE提升10倍以上；還可以有效使用相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)切片與邊緣計(jì)算機(jī)技術(shù)，任何高清項(xiàng)目都能夠快速傳播和應(yīng)用。當(dāng)前所使用的5G技術(shù)被大量應(yīng)用到實(shí)踐中，實(shí)現(xiàn)超高清視頻傳輸利用，并且聯(lián)合物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用[1]。

5G技術(shù)應(yīng)用的主要領(lǐng)域就是網(wǎng)絡(luò)切片、邊緣計(jì)算，能夠按照實(shí)際使用的需要進(jìn)行各項(xiàng)組網(wǎng)和運(yùn)行，保證系統(tǒng)運(yùn)行的效果和質(zhì)量。運(yùn)營(yíng)商按照實(shí)際運(yùn)行的需要構(gòu)建出必要的虛擬邏輯網(wǎng)絡(luò)，就可以進(jìn)行無(wú)線與核心網(wǎng)隔離處理。對(duì)于超高清直播的運(yùn)行中，網(wǎng)絡(luò)切片能夠保證各項(xiàng)傳輸數(shù)據(jù)更具穩(wěn)定性，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行也會(huì)更加的高效，增大網(wǎng)絡(luò)帶寬，不會(huì)產(chǎn)生任何運(yùn)行的問(wèn)題，直播信號(hào)傳輸穩(wěn)定、高效，不會(huì)出現(xiàn)中斷或者故障問(wèn)題。將5G技術(shù)應(yīng)用到VR或者AR領(lǐng)域內(nèi)，可以實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、高吞吐量，可以讓用戶應(yīng)用的數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行滿足系統(tǒng)的要求，延時(shí)會(huì)大幅減少，提高業(yè)務(wù)運(yùn)行效果[2]。

邊緣計(jì)算通過(guò)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)用戶邊緣側(cè)的全面的信息計(jì)算和應(yīng)用，經(jīng)過(guò)必要處理后，可以有效降低時(shí)延，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分流和應(yīng)用。因?yàn)檫吘売?jì)算的方式是從網(wǎng)絡(luò)邊緣演變而形成的，充分利用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)融合、計(jì)算與使用。利用5G技術(shù)，發(fā)揮出優(yōu)勢(shì)，保證業(yè)務(wù)在邊緣云側(cè)有效進(jìn)行，電視領(lǐng)域的運(yùn)行模式也會(huì)更加廣泛[3]。

3 5G與4K節(jié)目制播的結(jié)合應(yīng)用

媒體行業(yè)與其他行業(yè)有著非常重要的區(qū)別，尤其是新聞傳播，對(duì)于時(shí)效性的要求是很高的，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸和利用，所以數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟环€(wěn)定性會(huì)給新聞?lì)I(lǐng)域發(fā)展帶來(lái)不良影響。無(wú)線通信的全面發(fā)展和進(jìn)步，人們已經(jīng)開(kāi)始應(yīng)用5G技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)傳輸速度非常快，以5G網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)運(yùn)行的4K超高清信號(hào)直播與素材回傳，全面地解決超高清數(shù)據(jù)傳輸量大的問(wèn)題[4]。

3.1 5G+4 K超高清視頻制播介紹

時(shí)代發(fā)展和進(jìn)步，視頻的質(zhì)量已經(jīng)發(fā)展到4K甚至8 K，幀率超過(guò)50幀，開(kāi)始逐步轉(zhuǎn)化成為逐行掃描的方法，所以造成系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)量是非常大的，數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的要求也在逐步提升。而8 K音視頻運(yùn)行的傳輸碼率的要求更高，甚至能夠超過(guò)100 Mbps。因此，要想實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)量較大的傳輸需要，針對(duì)傳輸帶寬方面的要求也會(huì)更高。分析理論參數(shù)，5G能夠達(dá)到超高清視頻制播的標(biāo)準(zhǔn)和要求，并且信號(hào)運(yùn)行更加穩(wěn)定和安全。

5G技術(shù)可以應(yīng)用到電視節(jié)目的采、編、播的各個(gè)環(huán)節(jié)中，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)傳輸和處理能力的提升。采主要是超高清音視頻采集回傳，編則是在超高清音視頻中實(shí)現(xiàn)云端制作，播則是進(jìn)行穩(wěn)定的超高清視頻播出。圖1即為5G技術(shù)應(yīng)用到節(jié)目直播的流程。目前的5G手機(jī)全面應(yīng)用，通過(guò)5G手機(jī)發(fā)送音視頻也成為普遍的方式。還有一種就是應(yīng)用集成5G模組來(lái)實(shí)現(xiàn)，其編碼推流設(shè)備將視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)?G基站。當(dāng)前很多背包都有以上的各項(xiàng)功能，讓傳輸更加順暢，也不會(huì)受到線路限制，方式更加靈活方便[5]。

圖1 超高清視頻制播網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G基站把接收之后的音視頻數(shù)據(jù)信息利用核心網(wǎng)傳輸?shù)街辈ブ行模鶕?jù)實(shí)際需要進(jìn)行存儲(chǔ)和分發(fā)，結(jié)合需要傳輸?shù)揭曨l顯示終端設(shè)備。這個(gè)應(yīng)用之下，通過(guò)云端設(shè)施能夠有效開(kāi)展音視頻系統(tǒng)的制作，利用軟件直接編輯相關(guān)的文件，使素材得到有效應(yīng)用，在制作完成后，通過(guò)5G快速傳輸?shù)浇K端設(shè)備中。前端攝像機(jī)拍攝相關(guān)的信息后，傳輸?shù)皆O(shè)備上，應(yīng)用5G背包是比較常見(jiàn)的方式。分析圖2可以發(fā)現(xiàn)，技術(shù)的高速發(fā)展和進(jìn)步，5G背包已經(jīng)逐步向輕便的方向轉(zhuǎn)變，功能性在不斷提升，續(xù)航能力提高。背包內(nèi)有采集、編碼、分錄、輸出等相應(yīng)的設(shè)備，信號(hào)處理有效地組織落實(shí)。前端拍攝環(huán)節(jié)，基帶信號(hào)利用背包就能夠做好各項(xiàng)壓縮作業(yè)處理，經(jīng)過(guò)必要編碼可以使其變化為可以利用5G傳輸?shù)男盘?hào)，然后傳輸?shù)浇K端設(shè)備中。為了使得數(shù)據(jù)達(dá)到安全性的要求，對(duì)于背包進(jìn)行加密處理，及時(shí)糾錯(cuò)，達(dá)到數(shù)據(jù)完整性標(biāo)準(zhǔn)[6]。

圖2 5G背包

分析目前媒體直播流程，發(fā)現(xiàn)5G應(yīng)用到電視節(jié)目制作的采集、生產(chǎn)、分發(fā)等環(huán)節(jié)作用明顯。這說(shuō)明5G網(wǎng)絡(luò)處理能力是其他技術(shù)所無(wú)法比擬的，尤其是5G網(wǎng)絡(luò)的上行、下行帶寬能力與低延時(shí)能力。5G網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力非常高，采集之后獲取基帶信號(hào)，編碼器實(shí)現(xiàn)數(shù)字化壓縮處理，然后以不同網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進(jìn)行數(shù)字封裝，最終都會(huì)形成IP協(xié)議數(shù)據(jù)流，再進(jìn)行5G傳輸。這一模式的應(yīng)用，根據(jù)不同距離分為遠(yuǎn)程操作和現(xiàn)場(chǎng)制作。現(xiàn)場(chǎng)制作就是利用轉(zhuǎn)播車直接實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的直播，前端采集信息壓縮處理后通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)絺鞑ボ嚿希偻ㄟ^(guò)傳播車進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)機(jī)位信號(hào)的調(diào)度，再次回傳到電視臺(tái)完成節(jié)目播出。遠(yuǎn)程制作對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)收集到的全部信號(hào)不進(jìn)行任何加工，只是采集之后就利用5G網(wǎng)絡(luò)傳輸，音視頻信號(hào)傳輸?shù)诫娨暸_(tái)解碼，制作結(jié)束后，直接播放。兩者差異就是制作環(huán)節(jié)不同，節(jié)目播出的實(shí)際情況和復(fù)雜性都會(huì)影響播出方式[7]。

3.2 5G+VR全景視頻制播介紹

現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，VR制作演唱會(huì)、大型晚會(huì)、賽事等直播已經(jīng)全面應(yīng)用，5G技術(shù)的引領(lǐng)之下，VR全景直播速度發(fā)展非常快，具體的流程可見(jiàn)圖3。前端VR相機(jī)通過(guò)各個(gè)機(jī)位采集現(xiàn)場(chǎng)的圖像信息，利用縫合服務(wù)器進(jìn)行拼縫處理之后成為沒(méi)有畸變的球形畫面。編碼服務(wù)器經(jīng)過(guò)拼縫縫合后形成的信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼的處理，讓其成為可以用于傳輸?shù)腎P化視頻流，然后經(jīng)過(guò)5G終端穿入設(shè)備CPE發(fā)送至5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)竭h(yuǎn)程制作系統(tǒng)內(nèi)。在云端進(jìn)行制作，完成各項(xiàng)圖文包裝性工作。多路5G信號(hào)流經(jīng)過(guò)導(dǎo)播切換中心實(shí)現(xiàn)機(jī)位轉(zhuǎn)換，經(jīng)過(guò)收錄與監(jiān)看，然后再通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)蕉鄠€(gè)媒體平臺(tái)中發(fā)布，把節(jié)目分發(fā)達(dá)到各個(gè)新媒體端播放出去[7]。

圖3 VR全景視頻制播流程

在VR直播環(huán)節(jié)中，框架方案主要應(yīng)用NDI協(xié)議實(shí)現(xiàn)，從而使得系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)設(shè)備達(dá)到聯(lián)通的效果，還能夠提高畫質(zhì)的清晰度，并且降低時(shí)延。多路信號(hào)直播環(huán)節(jié)，各個(gè)信號(hào)通過(guò)交換機(jī)輸入輸出，并且都能夠通過(guò)NDI協(xié)議實(shí)現(xiàn)。其中，前端回傳是把5G信號(hào)傳輸?shù)絀P矩陣中，利用矩陣連接設(shè)備實(shí)現(xiàn)NDI協(xié)議封裝。比如2019年春晚制作環(huán)節(jié)，分會(huì)場(chǎng)利用5G+VR直播系統(tǒng)完成了超高清VR信號(hào)的采集和傳輸，和春晚現(xiàn)場(chǎng)的畫面實(shí)時(shí)連接，傳輸?shù)奖本┭莶ナ覂?nèi)，讓觀眾觀看到更加豐富多彩且質(zhì)量高的春晚節(jié)目[8]。

4 結(jié)語(yǔ)

超高清電視直播中有了5G技術(shù)的加持，使得電視制作成本下降，內(nèi)容質(zhì)量以及用戶的觀看體驗(yàn)得到了很大提升。未來(lái)還要加大力度研發(fā)新技術(shù)，讓切片技術(shù)在復(fù)雜運(yùn)行環(huán)境中有更加穩(wěn)定的帶寬，邊緣計(jì)算技術(shù)也能夠滿足低時(shí)延的要求，從而可以使得電視媒體節(jié)目直播質(zhì)量得到提升，讓新媒體與廣播電視行業(yè)更好融合和發(fā)展。