5G 在廣播電視工程領域的應用實踐

白 薇，馬海銘，王虹娟

（1.重慶廣播電視技術中心，重慶 400000；2.水利部海河水利委員會海河下游管理局水文水資源管理中心，天津 300061；3.長白朝鮮族自治縣電視轉播臺，吉林 白山 134400）

0 引言

隨著數字技術的迅速發展，廣播電視工程領域正經歷著前所未有的變革。5G、4K/8K 分辨率、虛擬現實（Virtual Reality，VR）以及人工智能（Artificial Intelligence，AI）等新興技術的嶄露頭角，給廣播電視行業帶來了機遇和挑戰。這些技術的融合，為觀眾提供了更高質量的內容、互動性的體驗及個性化的服務。本文旨在深入研究5G+4K/8K+AI、5G+4K/8K+VR 以及5G 智慧電臺在廣播電視工程領域的應用，探討其影響和前景，為未來的廣播電視工程提供參考。

1 5G 概述

1.1 5G 的基本原理和關鍵特性

5G 是第五代移動通信標準，以更高的帶寬、更低的延遲和更大的連接性為特征，核心技術包括高頻毫米波段的頻譜利用、大規模多入多出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術、更高效的信號編碼和調制以及網絡切片技術[1]。這些技術的結合使5G 具有出色的性能，能夠支持更多設備同時連接，實現更快速的數據傳輸，提供低延遲的服務，并實現高度可定制化的網絡。5G 的關鍵特性包括超高速數據傳輸，適用于物聯網（Internet of Things，IoT），更可靠的通信、更低的能耗以及對大規模高密度連接的支持。這些特性為各種應用領域（包括廣播電視工程）提供了前所未有的機會，以滿足未來社會的通信需求[2]。

1.2 5G 網絡的架構和性能

5G 網絡的架構和性能是實現其高速、低延遲、大容量通信的關鍵因素。5G 網絡采用了分層的架構，包括核心網絡（Core Network）和邊緣網絡（Edge Network），以更好地滿足不同應用的需求。5G 核心網絡引入了網絡切片技術，允許不同服務和應用之間的物理和邏輯隔離，提高了網絡的靈活性和可定制性。5G 邊緣計算使數據在網絡邊緣處理，減少了傳輸延遲，支持實時應用。5G 網絡性能顯著提高，具有更高的帶寬、更低的延遲和更高的可靠性，使得其適用于高負荷應用如8K 視頻傳輸、虛擬現實、遠程醫療和自動駕駛等。5G 網絡還支持大規模連接，連接數目可達百萬級，滿足物聯網的需求。5G 網絡的架構和性能使其成為未來通信和創新應用的基礎，推動了廣播電視工程等領域的發展[3]。

2 5G 在廣播電視工程領域的應用實踐

2.1 5G+4K/8K+AI 在廣播電視工程領域的應用

2019 年8 月20 日，在第二十八屆北京國際廣播電影電視展覽會（BIRTV2019）的主題報告會上，中央廣播電視總臺公布了5G+4K/8K+AI 的應用實踐戰略布局。經過4 年的發展與應用，5G+4K/8K+AI 戰略在廣播電視工程融合制播、超高清直播等方面取得一系列成果。5G+4K/8K+AI 戰略結合了5G、4K/8K 分辨率的高清圖像以及AI 技術。如AI 語音技術、AI 圖像文字特征提取技術和AI 視頻增強技術與5G+4K/8K 在廣播電視領域的應用結合，開創了多個創新領域，改進了內容創作、傳輸和觀眾體驗。5G 的高速帶寬和低延遲特性使得實時語音識別和合成成為可能，意味著廣播電視可以自動轉錄和翻譯內容，提供更廣泛的字幕服務，使內容可訪問性更高。AI 圖像文字特征提取技術幫助廣播電視從圖像中提取文本信息，如新聞標題、廣告標語等。5G 網絡的高帶寬可用于實時傳輸高質量視頻，AI 視頻增強技術可改善視頻質量，去除噪音、增強圖像細節和顏色，以及實時調整內容以適應觀眾的設備和網絡速度[4]。

以2022 年北京冬奧會為例，5G+4K/8K+AI 戰略發揮了關鍵性的作用。世界首個高鐵5G 超高清奧運演播室、“獵豹”超高速4K 軌道攝像機、大眾日報虛擬主持人“齊小魯”、超高清AI 時間切片系統等應用，助力科技冬奧建設。咪咕平臺在冬奧會期間利用“5G+4K/8K”超高清直播技術，對冬奧會7個大項、15 個分項、109 個小項賽事進行超高清實時直播。中央廣播電視總臺完成開閉幕式、速度滑冰、自由式滑雪/單板滑雪大跳臺等賽事的4K/8K公共信號制作與花樣滑冰/短道速滑賽事8K 信號轉播工作，由2 輛A 級4K/8K 超高清轉播車完成視音頻、通話、控制和TALLY 信號統一調度工作，以4K 高動態范圍（High Dynamic Range，HDR）超高清格式制作，開閉幕式8K 公共信號制作，速度滑冰和自由式滑雪/單板滑雪大跳臺8K 公共信號制作，花樣滑冰/短道速滑賽事8K 信號轉播，冬奧節目總時長達200 多小時。此外，中央廣播電視總臺自研超高清AI 時間切片系統、央視頻AI 手語翻譯官“聆語”、央視頻“AI 智能剪輯”系統等也投入冬奧會賽事直播與轉播活動。利用超高清AI 時間切片系統，通過人工智能深度學習算法、視覺暫留技術、圖形學、圖像學及自動化控制技術等實現滑雪運動員技術動作與視頻背景的分離，在15 s 時間內完成技術動作剝離運算與時間切片包裝渲染工作。AI 手語翻譯官“聆語”在冬奧會期間為聽障人士提供冬奧賽事解說服務，掌握詞匯和語句總量超過160 萬，期間提供超過320 萬人次的手語服務，100%覆蓋金牌賽事。“AI 智能剪輯”系統主要負責冬奧會相關賽事短視頻的剪輯制作工作，可自動識別運動員動作、比賽類型與賽場反應，根據比賽類型、運動員比賽成績等自動生成相關的視頻集錦。“5G+4K/8K+AI”戰略格局的應用，實現了“科技冬奧”“8K 看奧運”，為觀眾帶來超高清、沉浸式的冬奧會觀賽體驗[5]。

2.2 5G+4K/8K+VR 在廣播電視工程領域的應用

通過結合5G、高分辨率4K/8K 視頻和虛擬現實技術，廣播電視行業能夠實現以下應用。

（1）超高清VR 體驗。4K/8K 視頻提供了極高的視覺質量，使VR 體驗更加逼真。觀眾可以參與虛擬直播活動、體育賽事和文化演出，仿佛置身其中。

（2）實時VR 流媒體。5G 的高速帶寬和低延遲支持實時VR 流媒體，讓觀眾能夠即時觀看虛擬現實內容，無須等待下載。

（3）互動廣播。VR 為觀眾提供互動性，觀眾自由選擇觀看角度，參與節目，甚至與虛擬主持人互動。

以2020 年5 月愛奇藝奇遇VR 聯合新華社打造的“VR 視角全景云端游珠峰”為例，通過5G+4K+VR 全景直播形式向觀眾呈現珠穆朗瑪峰的高度測量工作。此次直播活動使用了愛奇藝奇遇VR 一體機作為硬件設備，讓觀眾能夠沉浸式體驗珠穆朗瑪峰的壯美景象。愛奇藝奇遇VR 一體機具備4K 高分辨率、360°全景自由視角，通過5G 基站與4K+VR 超高清直播技術，保障5G 信號和4K、VR 超高清畫面的穩定流暢傳輸，為觀眾帶來一場云游珠峰的奇妙體驗。

以2021 年“4K 音樂現場——超清廣州·唱響白云”5G+4K/8K+VR 云直播演唱會為例，由4K 花園、新媒股份、廣東音樂之聲聯合主辦，通過5G+4K/8K+VR 等多種技術形式云直播活動。活動現場配備了多機位8K VR 攝像機，完成8K 畫面采集、錄制與直播工作。演唱會現場設置了200 多個觀眾席位，通過5G VR 云平臺帶給觀眾VR 端直播體驗，通過5G+4K/8K+VR 技術結合，實現了多屏深度互動，為觀眾提供橫屏、豎屏的多種觀看體驗，滿足線上線下用戶的深度實時互動需求[6]。

2.3 5G 智慧電臺在廣播電視工程領域的應用

2020 年3 月，5G 智慧電臺項目組成立。5G 智慧電臺是人工智能生產內容（Artificial Intelligence Generated Content，AIGC）的初代產品，由5G 高新視頻多場景應用國家廣播電視總局重點實驗室智慧音頻研究中心自主研發的人工智能編播系統和全天候廣播節目集成，實現對現有廣播系統的優化升級，并充分融合人工智能、大數據、區塊鏈等新一代信息技術，極大地提升廣播電臺節目生產效率。當前，5G 智慧電臺已升級至iMango 4.0 系統，由AI技術、內容、系統3 部分組成，其中語音合成系統與語音編輯系統是其核心，為廣播電臺提供私家車、音樂、資訊等不同類型的廣播電臺節目制作，提供天氣、路況、本地新聞、本地資訊4 項在地服務。5G智慧電臺使用區塊鏈技術為音頻內容提供數據交換的隱私保護、歸屬權確認、權限管理和數據定責等服務，運用人工智能服務提供智能抓取、智能播報、智能編排、一鍵生成、智能監控及AI 主播等服務；運用云技術提供云端分發服務，“中央廚房”每天通過云端將節目音頻分發至不同用戶。5G 智慧電臺目前已簽約服務全國29 個省、直轄市、自治區的900 余家廣播電臺。

5G 智慧電臺在廣播電視工程領域的應用創新了廣播節目制播的新形態，在廣播節目制作領域，為聽眾提供了豐富多樣的廣播節目內容，如黨史黨建板塊、語言板塊、音樂板塊、芒果綜藝自制板塊以及劇集板塊等。在廣播節目播報領域，5G 智慧電臺擁有多個超真實的專業人聲庫，AI 主播有AI 路況主播慧佳、智捷、超哥、小晴，AI新聞主播有慧琳、智文、慧嘉、智云、慧蕓、智凱，AI 天氣主播有陳誠、王冊冊、小昭、慧喬、智軒、易天、董曉，AI 音樂串詞主播有劉曼、楊景、王佳、林琪、拜拜、楊陽、嘻芮。5G 智慧電臺運用AI 抓取主流官方媒體新聞內容，在AI 語音合成技術支持下將新聞文字內容轉換成音頻，再根據不同的新聞內容由相應的AI 主播完成播報工作。

3 結語

在5G、4K/8K 分辨率以及人工智能等技術的持續創新與融合下，廣播電視工程正迎來前所未有的發展機遇。這一綜合應用為觀眾提供了更高質量、更互動性和更個性化的體驗，同時提高了制作效率。這些新技術將繼續塑造廣播電視的未來，為觀眾和內容創作者帶來更多機遇和創新。