5G技术在4K电视节目直播领域的应用

栾卫东

（济宁广播电视台，山东 济宁 272000）

0 引 言

中国信息通信研究院《2021年5G应用创新发展白皮书》明确提出5G与行业的融合会经历预热、起步、成长、规模发展四个阶段。当前，我国5G应用还处于发展初期阶段。5G商用三年以来，在我国多个行业和领域的应用场景正在不断落地，5G赋能效果也不断显现。2021年，《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》出台，结合5G应用现状及趋势提出了面向信息消费、实体经济、民生服务三大领域15个行业的5G应用。5G+融合媒体典型场景和成效包括三大方面。第一，5G即时摄影、瞬时导播、实时投屏。超高清视频是媒体发展的重要方向，超高清直播现场演示包括采集、制作、展示三个方面，5G技术的应用，解决了传统模式上运算耗时、信号延时等问题，达到即时摄影、瞬时导播、实时投屏。第二，5G+VR+8K全场景、超高清直播。元宇宙的火爆推动了虚拟现实（Virtual Reality，VR）产业的发展，8K VR视频对网络宽带要求更高，依托5G千兆网优势，全景直播制播得以发展，能够实现4K设备观看8K直播，为用户带来高品质视听体验。第三，5G+融合媒体应用推广路径。在5G技术支持下，大数据、人工智能、交互技术的融合应用不断深入，推动了影音书漫多媒体内容的沉浸式、交互性发展。

1 5G及4K技术简介

1.1 5G简介及关键技术

5G即第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology），国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITU）定义5G三大类应用场景，分别是增强型移动宽带（enhance Mobile Broad Band，eMBB）、超高可靠低时延通信（ultra Reliable Low Latency Communication，uRLLC）和海量机器类通信（massive Machine Type Communication，mMTC）。5G技术凭借高速率、低时延、大连接优势，能够满足4K、8K超高清视频网络传输需求[1]。5G关键技术中，网络切片和边缘计算技术对4K电视节目直播有重要的影响。网络切片是一种可按需组网的方式。在超高清视频直播领域，网络切片技术的应用能够保证超高清视频独占网络宽带配置，满足超高清直播高宽带、低时延需求。网络切片技术也支持VR和增强现实（Augmented Reality，AR）业务，能够提升用户的沉浸式体验。边缘计算是指在靠近物或数据源头一侧，就近提供最近端服务。结合5G技术，可以将大部分电视业务部署在边缘云侧，提供网络处理、数据计算、存储及应用等功能，丰富电视业务应用模式。

1.2 4K超高清视频技术

4K技术即4K超高清视频技术。2020年5月，国家广播电视总局科技司发布《4K超高清电视节目制作技术实施指南（2020版）》，国家广播电视总局陆续发布了关于4K超高清视频技术的一系列标准，明确规定4K超高清电视节目视频技术参数，解决了4K超高清视频多种技术参数的配置问题，有助于电视台、有线电视、卫星电视、IPTV、互联网电视4K超高清电视直播和点播业务的开展[2]。与高清画面对比，4K技术有明显的优势。4K视频分辨率更高，具备更加清晰细腻的画质，色域上比高清画面色彩范围更广，鲜艳度、层次感、细节都更加接近真实画面颜色，能带给用户更加优质的视觉体验。4K技术支持高动态范围（High Dynamic Range，HDR）高质量格式，能够推动4K HDR节目制播实践的发展，提升画面整体亮度、对比度及图画细节还原能力。

2 4K制作+5G传输系统架构

2.1 4K制作标准

2021年全国广播电视行业统计公报显示，截至2021年底，全国有高清电视频道985个，4K超高清电视频道8个，8K超高清电视频道1个，中央广播电视总台与省级台基本实现电视频道高清化，新闻资讯类电视节目高清超高清制作比例62.3%，专题服务类55.7%，综艺益智类59.4%，高清和超高清用户1.09亿户，同比增长7.92%[3]。根据《4K超高清电视节目制作技术实施指南（2020版）》要求，4K超高清视频、音频制作标准如表1所示。

表1 4K超高清视频、音频制作标准

2.2 4K+5G视音频系统

5G技术已经应用到电视节目采、编、播各个环节，为节目直播提供了网络处理与承载支持。5G技术的应用，推动了电视直播技术的发展。4K+5G视音频系统包括视频系统与音频系统。视频系统中，4K摄像机负责画面采集，通过转播车跳线盘传输至交换机；交换机完成视频数据的分发传输，录像机完成设备画面、PGM信号等记录工作，视频监看系统完成IP信号转换成SDI信号，最终传输到视频监看设备。音频系统主要完成现场扩声调音台混音、5.1环绕声制作等工作，主要设备包括音频交换机、主备调音台、现场麦克风及音频信号处理器等[4]。

2.3 4K+5G传输系统架构

5G能够提供稳定百兆上行、千兆下行的网络带宽，解决了超高清视频大量数据传输问题，实现4K超高清信号直播以及素材回传。4K+5G传输系统架构是电视节目4K HDR实时直播运作的传输保障。4K+5G传输分为现场制作与远程制作两种模式。现场制作主要通过转播车完成直播现场的信号处理工作，5G CPE设备传输视频画面、音频数据，通过转播车完成机位调度与制作工作，最后回传电视台播出。远程制作能够实现云端制作，依托5G高速率、低时延、大连接优势，通过5G CPE、5G基站，将所有数据回传至电视台，解码后完成相应的制作并直播播放[5]。

3 5G技术在4K电视节目直播领域的应用案例

3.1 4K+5G视频直播在体育赛事领域的应用

4K+5G视频直播目前在体育赛事领域有广泛的应用。早在2018年，俄罗斯世界杯的赛事直播就通过4K+5G+VR技术为观众呈现了全景、全方位观赛体验，通过超高速摄影机实现多机位捕捉运动员细节。5G技术使直播更加流畅，4K技术为观众提供了细腻清晰的画质体验，VR技术能够为观众带来全景式观赛体验[6]。2022年，北京冬奥会支持全4K HDR信号制作，在开闭幕式、花样滑冰、短道速滑、滑雪大跳台等环节进行4K/8K+5G+VR直播，为观众营造超临场感的观赛氛围，充分捕捉运动员高难度、优美、细腻的技术动作，并为观众带来全场景沉浸式直播观赛体验。

3.2 4K+5G视频直播在大型晚会领域的应用

4K+5G视频直播在大型晚会领域有广泛的应用。2020年第十四届咪咕汇是全球首个使用5G+4K/8K+AR+VR+云直播技术的文艺盛典。中国移动5G切片首次端到端助力8K超高清直播大型商用，全球首辆8K+5G超高清视频全业务转播车投入使用，实现5G+4K/8K端到端制作与多机位直播，并且全面升级AR、全息影像技术，为观众带来9大视角、子弹时间、自由视角等“超级现场”的直播体验与观感。2022年，春节联欢晚会通过4K+5G+AR+XR等新技术赋能，带给观众极具沉浸感的直播视听体验。例如，舞蹈诗剧《只此青绿》通过4K+5G+XR+全息扫描将《千里江山图》呈现在舞台上，营造了宋朝青山绿水的氛围，带给观众身临其境般的感受；少儿舞蹈《星星梦》通过5G+4K/8K+XR+AR技术，运用720度穹顶屏幕，让演员与观众仿佛置身于梦幻、绚烂的星空。国家大剧院也多次开展舞台艺术5G+4K/8K直播，如2019年原创民族舞剧《天路》5G+4K直播，2020“华彩秋韵”音乐会5G+4K/8K直播等。4K+5G视频直播在大型晚会领域的应用让高水平舞台表演艺术以更真实、更清晰、更具沉浸感的形式呈现，带给观众具有超临场感的视听盛宴。

4 结 语

随着5G技术的不断发展，将其应用于4K电视直播系统，会深刻改变传统电视直播模式，不断提升电视直播节目制作水平，推动4K+5G+VR+XR+AR等新技术的融合发展。在这个视频直播盛行的时代，4K+5G能够被广泛应用于音乐会、博物展览、大型演出、体育赛事、游戏赛事直播领域，通过超高清视频与5G技术赋予直播更具临场感、沉浸感、真实感、新鲜感的视听体验。