未来广播电视技术中5G技术的应用

李剑锋

【摘要】将广播电视运用5G技术进行传输，把传输数据的速度提高上来，让电视信号变得更加稳定。本文简要论述了5G技术的发展历程还有其关键原理、应用范围，对于在超高清制播过程中5G技术的应用，做了详细介绍，包括信息的采集、5G背包还有具体传输要求等，特别是5G+VR的具体制播流程，详实的呈现了电视制播中5G技术与4K的结合应用。

【关键词】广播电视技术;5G技术;应用

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2020.22.008

由于我们国家5G基站的陆续开通，广播电视也在国家工信部实行700MHz解绑后，正式开启了5G时代，在我们国家4K电视传输测试中，5G技术的运用取得的进步很大。如何把广播电视节目传入移动终端中是一个关键性问题。5G技术是借助传统技术逐步发展起来的，基于4G引入无限技术进行补充，让解决方案变得更加全面。在未来把5G技术融入生活中的每一个领域，让用户体验到光纤的速度，连接千亿设备的强大能力，把网络的能效给一次性提升百倍以上。5G有助于构筑数字化的经济社会，它能引领各行业经济进入一个新的发展阶段。到2030年预计带动产出总值可以达到6.3万亿元，带动的间接贡献也能达到10.6万亿元的总产出。

1. 5G技术简述

5G技术是移动通信方面的第五代技术，与以前的3G，4G差异很大，其本质区别是基本特征是否受限于时空，5G技术能实现光带化发展目标，且绿色节能。5G技术的容量很高，而且延时比较低，我们国家工业在高科技，尤其是人工智能技术等带动下，开始体验5G网络，5G网的性能十分突出，时延特别短。5G技术的继续发展能提升我们国家的网络效率，5G技术所需成本投入并没有比4G高出太多。5G网络更能够贴近用户真实的服务需求，最有代表性的一种网络服务能力就是移动边缘的计算。虚拟化功能在5G技术网络中应用形成的网络切片，是其关键性特征，能够就近为移动用户实施业务计算，让网络从一种接入管道变成了信息化服务。华为在2018年时率先通过了由IMT-2020组织发起的第三阶段5G技术核心网研发的网络系统功能测试。这种非独立的5G网络系统测试对5G商用部署的快速实现具有非凡意义。

2. 5G与4K的结合

媒体行业对时效性方面的要求较高，其中以新聞报道为最，特别是距离远、数据量大的信息传输，对于电视传输业务而言，真的是说不出的痛。直到无线通信技术为我们开启了如今的5G时代，5G技术带来的宽带网络特别稳定，既可以百兆上行，还能千兆下行，有了5G专用网络，让超高清视频的快速、大量、稳定传输不再是梦想，让高清的直播跟素材回传成为现实。

3. 视频的制播

高清视频已具有了4K到8K的分辨率，50以上的帧率，至少10比特的图像采样率，并开始采用逐行扫描方式，早就导致数据量一下子变得很大，因此对其传输网络当中的环境要求也变得更高。按H.265编码的话，4K视频对于传输码率方面的要求是至少也要达到25Mbps，但是不能超过40Mbps，要是4K HDR的话，对码率要求更高，通常在45Mbps到60Mbps之间。如果是8K视的，所要求的传输码率必然会更高，这样的数据量至少要100Mbps。同时对带宽要求也会相应提高。5G技术的传输能力，完全可以实现对4K、8K音频内容的稳定传输。按5G应用实际，参照总台的相关规范要求，对超高清4K视音频数据的具体参数提出表1所示要求。5G网络在采集、编制、播放各方面，提供了制播节目所需的各项处理、承载能力。在利用5G+4K制播节目时，5G技术的“采”跟超高清音视频制播的“采集回传”相对应，5G技术的“编”跟超高清视音频素材的“云端制作”相对应，5G技术的“播”也就是节目音视频信号的播出。图1给出了整个流程，前端的是4K/8K摄像机，负责拍摄素材，后面的3GSDI负责把它传给5G编码专用的推流设备，把它处理成传输协议里面要求的那种IP数据流。再借助各种渠道把它传给5G基站，现在大多是选择5GCPE方式。由于5G手机的功能日趋完善，选择5G手机来执行发送指令也愈发的常见了。还有一种方式是把视频数据通过5G集成模组里面的编码推流设备，往5G基站传输。现在的背包基本都具有这些功能，这样一来，移动传输就很容易实现，不再需要铺设线缆，操作方式也特别的灵活。

5G基站把收到的视音频信号经核心网络，传往系统的直播中心，视音频数据存储在直播中心，由中心负责向各个显示终端分发，发送视频的方式可以有很多种。在此期间，云端设备可以运用预先安装的视频编制软件，完成对素材的云制作。选择桌面应用软件来对素材做编辑、包装处理，制再经由5G网络分发给各类终端。由于5G技术越来越成熟，背包也变得轻便了许多，功能也趋于完善，续航能力也在不断增强。因此在对拍摄信号回传的时候，大多会用5G背包设备。背包里面不但有信号采集、编码、分录还集成了输出设备，处理起音视频信号来即快捷又简便。前端信号先由背包做预处理，通过编码后，生成的数字信号，能够符合5G传输要求的标准，再借助无线终端提供的接口进入，这样一来外部传输就结束了。为安全起见，背包还集成了加密功能跟纠错功能，这样一来，接收到的数据就能够保持完整性。选择5G网络对高清视频进行传输时，如果码率不同，对链路要求，包括上下行的时延、带宽等等。当码率=40Mbps，上行链路带宽至少要达到60Mbps;当码率=60Mbps，上行链路的带宽至少要达到80Mbps。且下行链路带宽至少要有200Mbps。在终端跟中心服务器之间做往返传输时，其（Round-Trip Time）峰值被限制在40ms以内，相应的时延抖动一定要控制在80ms以内，要是选择了无纠错协议（UDP）的话，那么丢包率就得是0;若选择的是有纠错协议（RTP/SRT/RIST）的话，那么丢包率要求在1%以内。从现阶段音视频节目的制播流程来看，5G技术在整个流程各个环节都发挥着相当重要的作用。而这些功能的实现，全都是靠5G网络对数据的超强处理能力、同时上、下行的快速、稳定的传输能力。特别是在数据采集环节跟数据传输环节，5G更是起到了突出的作用，现场采集到基带信号后，先由编码器做压缩处理，所得结果再按UDP、SRT、RTP、RIST、RTMP协议要求封装起来，这样输出的数据流就可以在5G网络当中传输。所谓的现场制作就是把转播车设在现场，借助5G网络把采集到的超高清音视频信号压缩后传给转播车，直接在转播车上按设置的机位来做调度处理，接下来再传到中心播出;而远程制作，现场只需要采集信号即可，不需要做任何处理，然后借助5G网络把音视频信号传回电视台，再进行调度解码、制作，然后播出。两者的主要差别就是制作在哪里完成，可按实际情况，还有制播系统的复杂程度决定选择节目以哪种方式来制作。

5G技术现在已开始在多种节目特别是超高清节目制播中应用。2018年的春晚就啟用了5G网络，来实时传输超高清视频节目。从分会场现场摄取4K信号用5G网络实时回传，再把城市景观用5G网络传到分会场设置的导播机房里面，两路信号在分会场设置的导播机房中的屏幕实时放出来。5G在电视台的应用自此拉开帷幕，并活跃于各类重大活动的直播中，譬如2019年春晚、两会还有“一带一路”高峰论坛等，给观众们带来直播内容，质量迈入了更高的层次。同时，下一届的奥运会、冬奥会也会选择8K的方式实现现场拍摄，以多路回传的形式来实现直播，到那个时候，单节目带宽就能有100Mbps，应用5G技术后，再制播8K音视频节目，其空间十分可观。

4. 5G+VR全景制播

在演唱会、晚会还有赛事等大型直播活动中，VR制作的应用十分普遍，VR全景制播有了5G技术的大力支撑，获得了飞快发展。图2就是VR全景制播的具体流程，由摄像机采集各处的平面图像，并借助缝合服务器，将其合成没有任何畸变的球形画面。再由编码服务器把它压缩一下，做好编码，把它变成符合传输协议的视频流，再由5G终端接到CPE设备上，借助5G网络发给远程系统继续制作。此时也可在云端展开云制作，对节目的图文进行包装。在导播切换中心当中，可以切换的5G信号流机位可不是只有一路，多路信号都可以收录，也能够监看，并能通过5G网络往各平台分发，在不同的新媒体当中播放出来。在VR制播过程中，其选择的框架方案一般来说以NDI（Network Device Interface）协议居多，以确保系统内所有设备能够互联互通，同时确保画质超高清、低时延。需要多路直播时，所有信号都支持NDI协议，并在交换机端同步输入输出。由前端传过来的5G信号触发IP矩阵，实施协议封装之后，还要转码，接下来再传输出去。在制作2019年的春晚节目时，分会场在采集和传输超高清VR信号时，用的就是5G+VR系统，以5G技术实时拼合现场信号，并向北京演播室回传，全方位的给观众呈现一个精彩春晚。

5. 结语

我们国家的5G广播系统当中5G技术的运用，有效的促进了移动业务与高清视频业务的快速发展，通过原本广播电视资源的整合利用，打造出具有特色的5G系统。由于我们国家VR/AR等技术的迅猛发展，沉浸式视频、高质量投屏都成了热点，运营商也转而运营起综合视频业务，现阶段这些目标单靠运营商恐怕不能够实现。网络通信应用5G技术后其传输速度也会大幅度提高，能够承载的视频也会更加的丰富，在5G时代引领下广播电视也能够发展得更好。

参考文献：

[1]李琦.5G技术在未来电视广播技术中的应用[J].传媒论坛，2020（6）：70+72.

[2]赵义.5G技术在未来电视广播技术中的应用[J].黑龙江科学，2019（18）：78-79.

[3]欧文飞.5G在未来电视广播技术应用的思考[J].记者摇篮，2019（9）：41-42.