超高清視頻在廣播電視工程中的應(yīng)用

摘要：超高清視頻內(nèi)容的供給能力決定著超高清視頻產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展。該文總結(jié)了超高清視頻在廣播電視工程中的特點(diǎn)，分析了超高清視頻在廣播電視工程中的意義，并圍繞超高清視頻在廣播電視工程中的具體應(yīng)用實(shí)踐展開了探討。

關(guān)鍵詞：超高清視頻；廣播電視工程；數(shù)字電視

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.046

中圖分類號：TN 948.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）09-0-03

The Application of Ultra High Definition Video in Broadcasting and Television Engineering

QIAO Jiang

（Penglai District Integrated Media Center， Yantai City， Yantai 265600， China）

Abstract： The supply capacity of ultra-high definition video content determines the future development of the ultra-high definition video industry. The article summarizes the characteristics of ultra-high definition video in broadcasting and television engineering， analyzes the significance of ultra-high definition video in broadcasting and television engineering， and explores the specific application practice of ultra-high definition video in broadcasting and television engineering.

Keywords： ultra high definition video; broadcasting and television engineering; digital television

0 引言

從模擬到數(shù)字，從單聲道到立體聲，廣播電視工程隨著時間的推移，現(xiàn)已在多個方面實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。超高清視頻是當(dāng)前以及未來廣播電視工程發(fā)展的主要方向之一，其具有更加細(xì)膩清晰的圖像質(zhì)量，色彩豐富度進(jìn)一步提升，能夠滿足人們愈發(fā)多元化的觀賞需求。但當(dāng)前超高清視頻技術(shù)還未得到全面普及，在推廣應(yīng)用中還存在著信號采集制作、信源壓縮編碼與傳輸信道編碼等方面的技術(shù)壁壘，對此，廣播電視行業(yè)要加強(qiáng)協(xié)同，合力攻關(guān)，著力解決廣播電視超高清視頻全面普及應(yīng)用中遇到的各種問題，為我國視聽產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供技術(shù)支持[1]。

1?; 超高清視頻在廣播電視工程中應(yīng)用的意義

1.1 優(yōu)化超高清視頻編碼結(jié)構(gòu)

對于廣播電視工程中的超高清視頻，必須特別關(guān)注視頻編碼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，以確保其發(fā)揮最佳性能。超高清視頻的壓縮率會受到超高清電視編碼不同組合方式的直接影響，因此為了提升超高清全媒體播放系統(tǒng)的整體性能，必須要保證超高清電視編碼技術(shù)的靈活性。為了保證超高清電視系統(tǒng)中各個幀之間保持良好的連續(xù)性和一致性，需要對每個高清視頻信號進(jìn)行準(zhǔn)確高效的分析與計算，把握其對應(yīng)的數(shù)據(jù)特征。同時還要將各個單元結(jié)構(gòu)塊進(jìn)行合理劃分與組合，以確保這些單元結(jié)構(gòu)塊保持相對的穩(wěn)定性。

1.2 核對超高清視頻幀內(nèi)預(yù)測編碼

視頻信號幀內(nèi)預(yù)測編碼技術(shù)包含高效率視頻編碼技術(shù)與傳統(tǒng)的H.264編碼技術(shù)，這兩種編碼方式都采用了運(yùn)動矢量塊匹配算法進(jìn)行圖像分割處理，并根據(jù)像素之間的相關(guān)性來確定下一宏塊位置信息。相較于H.264編碼技術(shù)，HEVC即高效率編碼技術(shù)在幀內(nèi)預(yù)測編碼方面呈現(xiàn)出更為突出的優(yōu)越性。HEVC能夠預(yù)測35種幀內(nèi)編碼，而H.264編碼技術(shù)僅有27種幀內(nèi)預(yù)測編碼。幀內(nèi)預(yù)測可以減少視頻數(shù)據(jù)塊之間冗余信息的干擾，提高視頻圖像質(zhì)量。

1.3 整合超高清電視平臺服務(wù)架構(gòu)

在推進(jìn)超高清電視技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用時，應(yīng)特別注重構(gòu)建和整合超高清電視平臺的服務(wù)架構(gòu)，提高服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)?？山⒁訧P城域網(wǎng)為核心的高清電視平臺以及基于云計算平臺的超高清電視節(jié)目制作與播出系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)超高清電視信號傳輸?shù)接脩舳说墓δ?。此外，還需要對節(jié)目素材、設(shè)備設(shè)施和系統(tǒng)環(huán)境以及用戶終端等進(jìn)行相應(yīng)的配置，并通過各種技術(shù)手段來實(shí)現(xiàn)與超高清電視相關(guān)的功能開發(fā)和應(yīng)用。

2 基于廣電工程的超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計

基于廣電工程的超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計通常包含三層結(jié)構(gòu)，即傳輸層、處理層和應(yīng)用層。傳輸層是超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)的底層，負(fù)責(zé)視頻信號的傳輸和接收。該層面對的主要問題是傳輸帶寬和傳輸速率。針對這一問題，可以通過多路復(fù)用和信道碼率自適應(yīng)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)帶寬的最大化利用和傳輸速率的優(yōu)化。處理層是超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)的核心層，負(fù)責(zé)視頻信號的處理和編解碼。該層面對的主要問題是視頻編碼的復(fù)雜度和對處理器的要求。一些高效的視頻編碼算法和編解碼器的應(yīng)用，可以有效地降低視頻傳輸時的數(shù)據(jù)量和帶寬需求，提高系統(tǒng)的實(shí)時性能。應(yīng)用層是超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)的最上層，負(fù)責(zé)視頻信號的展示和應(yīng)用。該層面對的主要問題是視頻顯示的質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。通過應(yīng)用廣泛、便利的播放器軟件和硬件設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的視頻播放和用戶友好的操作界面[2]。

5G時代，超高清視頻技術(shù)的應(yīng)用需求日益增加，而基于廣電工程的超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計需要滿足以下要求：①帶寬需求：超高清視頻的分辨率和比特率都比傳統(tǒng)視頻更高，因此傳輸帶寬也需要更高。超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計需要將5G技術(shù)的高速數(shù)據(jù)傳輸能力充分利用，提供高速低延遲的視頻數(shù)據(jù)傳輸。②存儲需求：超高清視頻比傳統(tǒng)視頻占用更多的存儲空間，因此，超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計需要采用更高效的數(shù)據(jù)壓縮模式和存儲技術(shù)，以提高可用存儲空間。③超高清視頻拍攝和處理需求：超高清視頻的拍攝和處理技術(shù)要求更高，需要使用更高分辨率的設(shè)備和更強(qiáng)大的計算能力。因此，超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計需具備高性能的視頻采集和處理能力。

基于以上需求，超高清視頻技術(shù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計應(yīng)該采取以下步驟：①基于5G技術(shù)和高效壓縮技術(shù)，構(gòu)建高帶寬、高壓縮比的視頻傳輸方案。采用HEVC等高效壓縮技術(shù)可以提高視頻傳輸效率，為超高清視頻的長距離傳輸提供技術(shù)保障。②采用高速存儲格式，提高可用存儲空間。③使用基于GPU和FPGA的加速技術(shù)，提高視頻編解碼和圖像處理能力。GPU加速技術(shù)可以提高視頻編解碼能力和圖像處理能力，從而提高系統(tǒng)的整體運(yùn)行效率。④采用云原生和容器化技術(shù)，使系統(tǒng)具備更強(qiáng)的可擴(kuò)展性。采用容器化技術(shù)可以快速實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的部署和管理，同時可以更好地實(shí)現(xiàn)資源共享和負(fù)載均衡。⑤支持多種操作系統(tǒng)和開放接口，以滿足不同應(yīng)用場景和需求。

3 基于廣電工程的超高清視頻技術(shù)應(yīng)用案例分析

隨著社會的不斷發(fā)展，國家現(xiàn)代化相關(guān)的技術(shù)也在不斷地進(jìn)步，由此研發(fā)出的智能化設(shè)備也在不斷地進(jìn)行更新迭代。廣播電視工程在發(fā)展的過程中，將先進(jìn)的5G技術(shù)運(yùn)用其中，可以進(jìn)一步提升廣播電視工程運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高運(yùn)行效率，帶給用戶更為舒適的體驗(yàn)。將5G技術(shù)和4K超高清進(jìn)行有機(jī)融合，不但能夠使用戶在觀看廣播電視的時候，獲得和以往大不相同的體驗(yàn)，并且能夠有效推進(jìn)相關(guān)廣電技術(shù)的創(chuàng)新，提高其發(fā)展的動力。目前很多省份都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋。廣電企業(yè)為了進(jìn)一步地減小直播時畫面的清晰度低、因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)問題而出現(xiàn)卡頓延遲等問題的概率，正在積極使用4K超清技術(shù)，將所拍攝到的畫面通過相關(guān)的技術(shù)轉(zhuǎn)化為4K視頻，隨后再通過編碼器傳輸?shù)?G網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，從而進(jìn)一步地提升電視節(jié)目播出的穩(wěn)定性與高質(zhì)量。國家也積極舉辦相關(guān)的5G超高清論壇技術(shù)交流，促進(jìn)廣播電視行業(yè)向著更為專業(yè)化的方向發(fā)展，延伸出更多的使用場景。由此可知，超高清視頻技術(shù)能夠很好地促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級，其具備的特征能夠更好地解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)移動性差等問題，其無線化的特點(diǎn)能降低相關(guān)材料消耗，提升使用體驗(yàn)感，解決延時問題[3]。

北京冬奧會開幕式的超高清視頻傳輸就是一個典型的基于廣電工程的超高清視頻技術(shù)應(yīng)用案例。北京冬奧會開幕式是一個高規(guī)格、高標(biāo)準(zhǔn)的綜合性大型活動，對視頻傳輸?shù)募夹g(shù)和設(shè)備有極高的要求。為了滿足4K超高清視頻直播的需求，北京冬奧會采用了先將4K信號在轉(zhuǎn)播中心進(jìn)行編碼，再通過10 Gbps網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街鲿?，最終由主會場投影儀直接播出的方案。該方案的優(yōu)勢在于，通過將4K信號在轉(zhuǎn)播中心進(jìn)行編碼，可以降低傳輸時的數(shù)據(jù)量，并且可以保證傳輸過程中視頻信號的質(zhì)量。同時，通過10 Gbps網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆绞?，可以滿足超高清視頻傳輸?shù)膸捫枨?，并且具有較高的實(shí)時性能。最終，通過主會場投影儀直接播出，確保了觀眾看到的畫面質(zhì)量完美，并且具有高度的真實(shí)感和沉浸感。這一方案的成功應(yīng)用，充分證明了超高清視頻技術(shù)在廣電領(lǐng)域的應(yīng)用潛力和價值。除此之外，超高清視頻技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。①體育賽事直播。超高清視頻技術(shù)在體育賽事直播中應(yīng)用較為廣泛，例如，2018年俄羅斯世界杯足球賽中就采用了4K超高清視頻技術(shù)進(jìn)行直播。這種技術(shù)可以使觀眾獲得更加真實(shí)、逼真的賽事場景，增強(qiáng)觀賽體驗(yàn)。②影視制作。超高清視頻技術(shù)在影視制作中的應(yīng)用也越來越普遍，例如，Netflix制作的影片《羅曼諾夫家族》就采用了8K超高清視頻技術(shù)拍攝，使得畫面更加細(xì)膩、逼真，提高了影片的觀賞性。③航空航天領(lǐng)域。超高清視頻技術(shù)在航空航天領(lǐng)域同樣得到了廣泛應(yīng)用。例如，NASA利用超高清視頻技術(shù)對宇宙空間進(jìn)行探測和觀測，獲取了更加精準(zhǔn)、高清的觀測數(shù)據(jù)。④電影院。超高清視頻技術(shù)在電影院的應(yīng)用也越來越受到重視。例如，IMAX影院就采用了12K超高清視頻技術(shù)，為觀眾提供了更加震撼、逼真的觀影體驗(yàn)。

4 面向未來的超高清視頻技術(shù)

4.1 超高清視頻技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合

超高清視頻技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)更加逼真的三維視覺效果，使觀眾感到身臨其境。超高清視頻技術(shù)可以提供更加細(xì)膩、真實(shí)的圖像細(xì)節(jié)，同時，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)也可以為觀眾提供沉浸式、互動式的體驗(yàn)。例如，通過VR眼鏡觀看超高清視頻，感受更加逼真的視覺效果。超高清視頻技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合的具體應(yīng)用包括影視制作、游戲開發(fā)和教育等領(lǐng)域。例如，在影視制作領(lǐng)域，超高清技術(shù)可以提供更加生動逼真的畫面效果，與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)結(jié)合可以讓觀眾感受到更加身臨其境的影視體驗(yàn)。在游戲開發(fā)領(lǐng)域，結(jié)合超高清技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更加逼真的游戲場景和角色動作表現(xiàn)，讓玩家有更加切身的游戲體驗(yàn)。在教育領(lǐng)域，超高清技術(shù)和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合為教師提供更加生動的教學(xué)材料和方式，使學(xué)生更加容易理解和掌握知識。

4.2 基于機(jī)器學(xué)習(xí)的超高清視頻智能分析技術(shù)研究

在超高清視頻技術(shù)發(fā)展的過程中，如何獲取和處理更加準(zhǔn)確、高質(zhì)量的視頻數(shù)據(jù)，是一個重要的研究問題?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)的超高清視頻智能分析技術(shù)可以自動收集并處理視頻數(shù)據(jù)，以獲取更加高質(zhì)量的數(shù)據(jù)。具體而言，機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)可以通過對視頻數(shù)據(jù)的自動分析，提高視頻的解析度和質(zhì)量，減少視頻傳輸過程中的數(shù)據(jù)丟失和損毀。此外，機(jī)器學(xué)習(xí)還可以自動分析視頻內(nèi)容，提取出視頻中的有用信息，為實(shí)現(xiàn)更加高級別的視頻編碼、解碼和分析提供更加準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

4.3 超高清視頻3D重構(gòu)技術(shù)研究

超高清視頻3D重構(gòu)技術(shù)是一種基于計算機(jī)視覺技術(shù)的新型圖像處理技術(shù)。該技術(shù)利用計算機(jī)算法對超高清視頻圖像進(jìn)行處理和重構(gòu)，以產(chǎn)生逼真的三維效果。具體而言，超高清視頻3D重構(gòu)技術(shù)通過對圖像進(jìn)行多層次的分析和處理，提取出圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)、線條等，從而建立精細(xì)的三維圖像。該技術(shù)可被應(yīng)用于3D電影制作、虛擬現(xiàn)實(shí)游戲、醫(yī)療圖像處理等領(lǐng)域。

4.4 超高清視頻智能識別

在轉(zhuǎn)播重大體育賽事、節(jié)日晚會、重大會議和商用付費(fèi)節(jié)目等方面，超高清視頻智能識別技術(shù)的應(yīng)用不會因?yàn)槟承┯脩舻挠布毕荻绊懹脩舻氖湛大w驗(yàn)。此外，對于運(yùn)營人員而言，在原有的頻道表和授權(quán)規(guī)則基礎(chǔ)上，可為用戶提供更加全面的技術(shù)服務(wù)，使用戶對廣播電視服務(wù)的滿意度得以提升，增強(qiáng)用戶黏性和市場競爭能力，為超高清視頻的商業(yè)化運(yùn)營提供技術(shù)保障。

4.5 開發(fā)新的功能

在當(dāng)前短視頻飛速發(fā)展的潮流之中，很多觀眾都喜歡對節(jié)目進(jìn)行二次創(chuàng)作，但是當(dāng)前的廣播電視對于視頻進(jìn)行實(shí)時的緩存下載方面有所欠缺，使得觀眾在對節(jié)目進(jìn)行二次創(chuàng)作時，只能利用計算機(jī)或者是其他相關(guān)的設(shè)備將視頻下載之后，再進(jìn)行加工。而這不僅會打消一部分觀眾對于二次創(chuàng)作的積極性，煩瑣的步驟和程序也會使得對節(jié)目二次創(chuàng)造的門檻進(jìn)一步提升。未來廣播電視系統(tǒng)可以提供相關(guān)視頻直接進(jìn)行下載的功能，并可以直接傳輸?shù)街谱饕曨l的設(shè)備當(dāng)中。這一過程能大大地簡化之前煩瑣的流程，進(jìn)一步降低對節(jié)目進(jìn)行二次創(chuàng)作的門檻，使得觀眾對于電視節(jié)目的熱情進(jìn)一步增加。

5 結(jié)束語

超高清視頻具有更加細(xì)膩清晰的圖像質(zhì)量，色彩豐富度進(jìn)一步提升，能夠滿足用戶愈發(fā)多元化的觀賞需求。在廣播電視工程中應(yīng)用超高清視頻開發(fā)與制作技術(shù)，能夠促進(jìn)傳統(tǒng)廣播電視行業(yè)向數(shù)字時代轉(zhuǎn)型升級，為廣大人民群眾提供更加優(yōu)質(zhì)新型的廣播電視服務(wù)。

參考文獻(xiàn)

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