4K+5G+AI：广电需要抓住的这一轮风口

唐秀华

【摘要】近年来随着我国超高清电视产业《白皮书》《实施指南》和《行动计划》出台，中国超高清电视发展即将迎来井喷。然而，对于仍处在高标清混合转型阶段的国内大多电视台而言，怎样看待4K+5G+AI，如何向4K+5G+AI转型仍存在不少难题。本文聚焦广电超高清发展的行业标准、现实逻辑和相关实践，提出4K+5G+AI是广电媒体崛起的必然选择。

【关键词】超高清电视 媒体云 人工智能 白皮书

2019年，被誉为4K+5G元年，标志性事件为央总台2019年春晚首次实现4K+5G直播。关于4K超高清，早在几年前，央视和部分省级台已经在制作域开始应用。去年随着央总台和广东台开播4K频道，以4K+5G+AI为特征的新技术再一次把广电业带到风口。

在政策层面，继2018年9月《中国超高清视频产业发展白皮书（2018）》和《超高清视频产业地图》发布后，今年3月，由工信部、国家广播电视总局、中央广播电视总台出台《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》。据测算，4K加上各行业的应用，总体有望带动约4万亿元的市场，超高清时代广电业即将迎来一次大的井喷。

前景虽看好，但眼下4K+5G的巨额投入相对财政并不宽裕的各级广电而言，却是一个难啃的骨头。众所周知，随着移动互联网兴起，用户大屏和小屏之争给广电媒体带来空前挑战，移动媒体市场超大占比迫使一些广电媒体经营陷入困境。当前，自上而下深度推进的媒体融合，被认为是守住舆论阵地、广电自救的关键一招，超高清电视果真能让观众回归大屏？它有哪些技术颠覆了传统电视值得我们仔细考量？如果说4K+5G+AI是下一轮机会，那它到底有哪些核心内容？给广电业将带来哪些改变？广电业会有跟上这一轮节奏

并重塑辉煌？本文拟结合CCBN2019对当前4K+5G+AI等热门话题进行探讨。

一.4K超高清电视行业标准

2018年9月，国家广电总局印发《4K超高清电视技术应用实施指南（2018版）》，明确了4K超高清电视节目制作、播出、编码、传输系统与终端的适配标准，并确定五项主要参数分别为3840×2160分辨率、50帧/秒帧率、10bit量化精度、BT.2020色域、高动态范围（HDR）等。显然，这些指标远超高标清电视的技术性能，代表下一代电视的发展方向。各指标如图所示（绿色标志为4K超高清）。

1.高分辨率

分辨率决定着图像细节的精细程度，分辨率越高，所包含的像素就越多，图像就越清晰。迄今，电视分辨率已从标清720 、高清1980 7680×4320像素（约每帧3300万像素）迭代每次升级像素就增加4倍，大数据量对记录编辑所需要的存储和带宽都相应提出更高要求。

同等观看距离条件下，4K观看视角相对2K也将近提高一倍，高分辨率和观看视角给观众带来了超宽屏的“沉浸式”观看体会。

2.高帧率

帧率FPS（Frames Per Second），即每秒播放照片的数量。高帧率（High Frame Rate/HFR），是指以每秒48帧频率拍摄电影。众所周知，电影每秒拍摄24帧，但电影镜头如果快速摇移，图像就会有抖动或者频闪，而每秒48帧就可以摆脱这些问题，动作场景也会显得更加流畅逼真。高帧率拍摄的影片能更好地表达慢动作镜头，它也具有画质更清晰、身临其境感更强等特点。

我国4K超高清電视将帧率标定为50P，采用逐行扫描完全取代隔行扫描。同理，提高帧率将有助于解决运动模糊、画面抖动等问题，从而改善运动图像的画质。

3.高比特量化

以往高标清图像量化为8bit，它表示R、G、B、Y每个通道原色具有28=256个灰阶。而4K超高清为10bit量化，表示每个通道具有210=1024个灰度级别，其精度是8bit的4倍。因此，4K超高清RGB三原色则共有10.7亿种颜色（1024×1024×1024），而普通蓝光标准支持的高标清为8bit，只有1677万种颜色。很显然，10比特量化是一次质的飞跃。以此类推，8K超高清为12比特量化，单通道灰度级别达4096个，三色通道能显示的颜色达687.2亿种，几乎接近大自然的实际颜色。

4.HDR拓展亮度动态范围

HDR全称为High-Dynamic Range（高动态范围），指图像中所包含的从“最亮”至“最暗”的比值。相比传统的SDR图像，HDR图像可以提供更高的动态范围。动态范围越大，所能表示的亮度层次越丰富。4K超高清动态范围从日光到星光，跨越了1015个数量级（约17档光圈），而人眼只能分辨105数量级的动态范围，必须通过改变瞳孔大小加以适应。可见HDR的动态范围超过了人眼。

同时，由于显示端存在向下弯曲的非线性亮度显像特性，因此在摄像端依然会考虑预先加入向上弯曲的（gamma）编码，从而保证最终亮度显像呈线性。目前，与HDR显示相关的？（gamma）值有很多，其中被多数采用的有HLG曲线。HLG的全称是Hybrid Log Gamma，它是由BBC和NHK联合开发的高动态范围HDR的一个标准。它可以在摄像机内完成HLG编码，在HLG系统中，摄像机基于传感器的响应曲线对不同的曝光环境进行信息采集，最终呈现出来的画面亮度变化是取决于曝光水平，而非经过后期处理。

5.宽色域（WCG）极大拓展彩色范围

宽色域（WCG）是（Wide Color Gamut）的缩写，即宽范围颜色的全集。国际照明委员会C I E制定了C I E1931R G B系统规定将700n m的红、46.1n m的绿和435.8nm的蓝作为三原色，后来CIE1931-xy色度图成为描述色彩范围最为常用的图表。

如下图示：

其中，BT.2020采用了比传统BT.709更宽广的色域空间，可显示高密度橘色，深绿色等，这一提升对于影像在色彩层次与过渡方面的增强起到关键作用，色域面积相对BT.709标准增加了70%。色域越大证明能显示的颜色越多。现在显示端由于有更加优秀的技术加持（IPS屏、OLED屏、QLED屏），色域可提升至90%。BT.709/BT.2020这两个标准都是国际电信联盟专门为HDTV和UHD电视（4K、8K）制定的标准。UHD电视由Rec.709标准的8bit提升至10bit或12bit，其中10bit对应4K系统，12bit则对应8K系统。

6.环绕声

4K超高清电视的声音系统为环绕声。狭义理解，普通立体声就是左右声道，跟人的左右耳听到的一样。环绕声（surround sound）与普通立体声不同，它所产生的声场（以5.1声道为例），不仅让人感受到音源的方向感，且伴有被声音所包围以及声源向四周扩散，它既增强了声音的纵深感、临场感和空间感，使视听者不仅能够感受来自前、后、左、右的声源发出的声音，还能感受到自己周围的空间，都被这些声源所产生的空间声场所包围，好像置身剧院的音响效果。

根据以上指标不难发现，4K超高清电视较前几次技术升级是完全意义上的迭代。它逼近人的视觉感知，达到或超过人眼对亮度和色彩的分辨，带给观众逼近自然的真实感受。因而4K被认为把观众拉回电视时代的神器。

二.5G网络为4K赋能

近30年，信息社会迅猛发展为公众留下这样的生活图景：1G、2G是短信时代，3G是照片时代，4G是视频时代，而即将来临的5G，则迎来虚拟现实与万物互联时代，整个世界变为一种“在线”状态。因此有种说法，4G改变生活，5G改变社会。

5G即第五代移动通信技术，被认为未来关键网络的基础设施。5G技术使手机用户的上网速率提升到4G的10-100倍，相当于光纤接入的速度；5G网络的数据流量也将是4G的1000倍。下载一部高清电影，4G需要几分钟，而5G在1秒钟内可以下载30多部电影。

当然，5G应用场景远不止此，它涵盖三大类技术：增强移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）和超可靠低时延（uRLLC）。其中，eMBB 对应3D/超高清视频等大流量高速移动宽带业务，m M T C和eMTC则是物联网的应用场景，其中m M T C主要是人与物之间的信息交互，eMTC主要体现物与物之间的通信需求。而uRLLC 对应无人驾驶、工业自动化等需要低延时高可靠连接的业务。

在广电领域，5G网络的高速率与低延时将推进广电在技术与产品层面的创新探索。高速率，指5G网络每秒可达125GB传输速度，这恰恰满足了AR和VR设备对传输速度的要求；低延时，指5G网络大大降低了延迟、卡顿的可能性，在此基础上传媒内容的质量将会大大提高，能为4K超高清电视/视频业务提供强有力的全面解决方案，比如在4K节目制播、4K电视个性化/定制化直播、4K电视直播频道传输、4K电视点播等方面都有突破。可以说，5G网络释放了智能技術应用于内容产品与模式创新的全方位想象。

作为国内4K+5G首秀应用，2019年央视春晚通过4K+5G传送实现直播。北京主会场预先布放了5G设备，观众现场互动抢红包，体验到“飞”一般的感觉。而在井冈山、长春、深圳三地分会场，摄像机和转播车之间通过高带宽、低时延的5G网络，实现4K超高清视频信号实时回传到北京主会场，不仅大大降低了远程直播成本，而且摆脱了卫星及光缆回传对摄像机位置的限制。丰富的场景设计，带给观众全景预览春晚直播厅的沉浸式视觉体验。

此外，5G网络的“大容量网络连接”，还能将每平方公里100万台的广电设备通过IP实现连接，形成“泛在网”的连接格局。5G不仅为4K时代的媒体融合赋能，还将进一步推动“众媒共生”，使广电媒体产业链不断延伸，生产力不断扩张。

三.AI智慧广电不再遥远

近几年，我国实施人工智能战略力度空前。2017年7月国务院发布了新一代人工智能发展计划（AIDP），该文件与2015年5月发布的“中国制造2025”形成了中国AI战略的核心。在传媒领域，以新华社、人民日报、央总台等为代表，持续进行AI试验，今年3月，新华社又联合搜狗公司推出全球首位AI合成女主播正式上岗，实现同款产品升级。截止目前，广电媒体在人工智能领域的研究应用，已经实现基于语音识别技术的虚拟播报、文稿唱词、内容转写，以及基于图像识别技术的虚拟人物等。可以预见，随着人工智能技术和应用深度推进，AI将成为打造智慧广电的核心内容。

人工智能应用于广电业，还有更深层的内在需要。媒体融合自2014年上升为国家战略以来，国内主流媒体进行了非常积极、全方面的尝试。广电媒体目前已进入融合发展的新阶段，以虚拟化、云计算、大数据等新一代信息化技术为支撑的融媒体云平台如雨后春笋般在全国陆续落地，并涌现出一批特点鲜明的地方融媒先锋。如何利用当前融合发展已取得的阶段性成果，进一步依托人工智能等先进技术来驱动媒体融合向着高质量、高水平阶段迈进，是媒体融合进入下半场的关键任务。另外，随着全国各地县级融媒体中心建设的全面铺开，将形成一批云上信息数据库、内容资源库，这些以融媒体指挥中心（中央厨房）和“N微N端”为标配，以新闻策采编发全流程再造为核心而开创的媒体融合实践，已从起步变为起跑、由势能转化成动能的新阶段。所有这些融媒实践，迫切需要业内高层人士重视并利用人工智能开发这些庞大的媒体数据资源库，真正让人工智能为媒体融合赋能。

人工智能技术应用于媒体融合的相关场景，涵盖云生产、云存储、云识别、云分发等链条。在云生产环节，可以催生虚拟人物，结合动画技术，用虚拟主持人或者虚拟网红人物，给观众带来全新观看体验。在云存储环节，利用人工智能进行智能化媒资管理，通过图像识别、语音识别、场景识别、内容理解等技术，将音视频内容文字化、标签化，这就可以极大程度地提高编目效率，省去了人为贴标签进行编目的环节。同时，通过提前进行相关内容的设置，智能云识别技术能够自动对海量音视频中的敏感内容进行监测排查，有助于播出前节目内容的智能化自动审核。在云分发环节，人工智能衍生出的会话机器人、虚拟智能助手等可通过自然对话，为用户提供信息咨询服务，通过自然语言互动，给用户带来极其方便的交互体验。未来，随着基于云平台的基础层、平台层和服务层的AI应用打通，实现智能编辑将成为可能。

四.把握4K+5G+AI给广电业带来的机遇

随着世界范围技术演进，4K+5G+AI为广电业带来空前的技术变革将在未来3年变为现实。其中4K超高清携五大技术优势，给人带来超过人眼感知的“沉浸式”视觉体验；5G以高速传输、低延时和宽带接入性能，能为4K开辟多场景应用；在新技术时代，AI的开发和应用将为媒体融合背景下的智慧广电掌控舆论主阵地、实现高效运作提供利器。

总体来说，4K+5G+AI时代，广电业将迎来全新的发展机遇：

1.内容生产

超过人眼感知的4K电视，致力于综艺、体育、影视剧和纪录片等精品内容生产，必将给观众带来全新的现场体验。尽早探索4K+5G研发应用，能为4K电视网络应用与产业发展创新应用模式。现在4K超高清内容的占比非常低，几乎为零，发展潜力巨大。专业媒体更应该发挥专业的特长，丰富产品内容，生产出高质量的、满足受众各方面需求的内容产品。

2.直播态

随着移动技术普及，广播通过电话、新媒体通过手机就能实现直播。现在有了5G技术加持，传统电视也能像这些媒体一样，可以随时随地通过5G实现直播。当然技术升级必将倒逼节目形态进行变革。同时，基于5G超高带宽，可以支持4K信号多路直播回传，可以灵活部署4K拍摄。这些技术和场景提升了4K内容生产效率，构建了超高清直播节目的多屏、多视角等全新视觉感受，其特征为沉浸体验+智慧空间。人们通过多屏、多模式与数字世界连接起来，营造出一种真切的环境体验。

3.点播与交互

5G将传统的线性广播电视节目延伸传输至人们的便携式移动智能终端设备，相关系统具备融合传输/分发线性电视内容、非线性电视内容、点播电视与交互式电视的能力。5G还实现了人们通过智能手机观看电视内容时的体验的重大改进，即通过使用智能手机，可以轻松地切换使用电视服务与点播或Internet服务。将智能手机作为电视机顶盒——智能手机把从5G电视广播网络所接收到的内容“投射”至大屏幕电视机。由于智能手机的创新周期要短得多，而且可以更快地为大众所使用。这样，用户就可以不用更换家里的电视机，而通过智能手机进行投屏连接（screencast connection），从而可随时随地作为移动电视机、智能遥控器、电视机顶盒等。

4.IP将催生4K制播链

5G技术与4K、8K超高清视频结合，将给内容的采、編、播、传等各环节带来革命性变化。针对4K超高清4 3G-SDI无压缩信号不利传送，而使用12G-SDI进行较高速的数据传输会增加传输介质中的损耗等问题，SMPTE定义了基于SDI（用于12G-SDI的ST-2082，2016年）和10G以太网 （SMPTE-2022-5/6） 的接口。2017年，随着制播IP化行业标准ST2022和ST2110的推出，标志着SDI制播加速向IP化制播加速转移。

SMPTE ST 2110标准不只是用IP取代SDI，它支持创建全新的利用IT协议和设备的各种应用，实现电视通信全面IP化。这意味着电视台可依赖一个公共数据中心基础设施而不是两个独立的SDI和IP交换/路由设施。近年来华为和湖南广播电视台联合发布Media Fabric 4K制播IP化解决方案白皮书。该方案可广泛部署于广播电视台的转播车、演播室、总控、收录、播出等各个场景，全面支撑广播电视台4K/8K超高清节目制播需求。它全面符合SMPTE 2110标准，顺应广电行业的IP发展方向；核心音视频处理设备SNP，面对UHD/HD的视音频信号，提供SQD/2SI/12G/3G、IP ST2110/2022-7/6信号处理和转换一站式解决等等。作为实战应用，2019年北京“一带一路5G+4K传播创新国际论坛”在现场提供了多路5G+4K视频传输展示，现场还搭建IP切换台进行实时包装制作，在会场4K大屏幕上进行直播。未来，IP制播将是传输领域的重大变革。

五.向4K+5G+AI迈进注意把握的几个原则

一直以来，有个重要现象值得深思。过去十多年，我国的高铁和5G通信实现了由跟随、同步到领跑的跨越。相比之下，曾引领舆论生态的广电业，至今仍未完成从标清到高清的演进，不仅传播力和影响力被新媒体反超，其创新力也没有起到对国民经济应有的拉动作用。当前，发达国家实施超高清战略，已经在芯片、面板、采编播和传输等产业链条呈现新一轮拉动优势。我国尽管在5G+4K+AI的技术投入和研发也走在世界前列，国内两个4K频道已经开通，但从整体行业看，实现4K+5G+AI尚有很大空间。总体看，广电业要把握对这一轮稍纵即逝的窗口期，应注意以下问题，避免重复老路：

1.推动新技术落地，尽快形成岛链

4K+5G+AI是未来3-5年传播革命的重要载体，故顶层设计应以国家战略为指引，主动融入新一轮广电科技和产业革命，借助政府和社会之力，发挥后发优势，推动新技术尽快落地。在建设中，按先岛后链，最后形成片的思路渐次打通。要科学论证，防止跟风一拥而上。这其中政府调控和投入必不可少。

2.内容为王，需在内容上持续创新

这几年传媒行业呈现各领风骚3-5年的态势，其中最主要的是内容创新。4K+5G+AI落地将形成优质内容万物互联、智能技术有序利用、媒体不断开辟新空间的格局，因此广电媒体内容创新，要与时代需要接轨，与不同行业发展接轨。内容生产和输出要彻底转换思路，用新思维拥抱新时代。

3.契合多屏市场与用户需求

移动互联时代，大屏小屏互动已成为传播生态，而4K+5G+AI将进一步加速这一需求。因此广电业要注重提高关键领域自主创新能力，改变以往核心技术掌握在商家手里的不利局面。根据多屏市场与用户需求，鼓励原创技术创新。不断根据用户需求优化传播手段，为用户提供更便捷优质的视频内容。

4.技术创新为市场带来机遇

4K+5G+AI将为广电制播链条创造更多市场入口，多样化的营商环境必将推动行业进一步发展。其中既有生产设备升级换代所形成的芯片、面板、采编播和传输的巨大市场，也有用户环节的优质内容消费，比如高标清画面上变换问题需求。把握这一轮市场机遇，广电既要克服过去自投自营的作坊式运营模式，还要加强与上下游链条和横向技术交流，制定符合自身发展的生产体系，在参与市场中不断壮大和发展主业。

5.重视打造过硬的人才队伍

最后需要说明，即使在将来强人工智能时代，新技术也永远代替不了人工。因此，广电业要在各相关业务领域建立梯级人才体系，打造过硬的人才队伍，形成适应市场的人才流和晋升通道，是迎接和抓住这一轮机遇的核心。B&P

【参考文献】

1.CCBN2019和“金帆奖”培训资料；

2.央视科技网：http：//www.cctvpro.com.cn/yskj/sy/ index.shtml；

3.SMPTE 电子工程世界网：http：//www.eeworld.com.cn/ tags/SMPTE