5G+8K移动直播技术在广播电视工程中的应用

林洪义，常 贤，王桂兰

（1.汶上县融媒体中心（广播电视台），山东 济宁 272501；2.内蒙古呼和浩特市和林格尔县融媒体中心，内蒙古 呼和浩特 011500；3.奈曼旗工业和信息化局，内蒙古 通辽 028300）

0 引 言

2019年8月，中央广播电视总台（以下简称总台）公布“5G+4K/8K+AI”战略布局，以互动视频、沉浸式视频、8K VR、云游戏等为代表的更高格式、更新应用场景的高新视频应用实践成为行业发展重点。经过三年多的发展，中央广播电视总台及各地方电视台在“5G+4K/8K+AI”战略推进下取得了一系列研究成果，如5G+8K移动直播、5G+4K/8K远程制作、5G+4K/8K超高清电视演播厅以及5G+4K/8K移动传输系统等，推动了广播电视行业智慧化、超高清、多终端发展，创新超高清广播电视生产流程。

1 5G+8K移动直播技术的关键技术

1.1 5G

5G即第五代移动通信技术。我国于2019年开始5G商用。5G凭借其人、机、物、系统的万物互联能力，在诸多行业得以融合应用。5G的三大应用场景包括增强移动宽带、超高可靠低时延通信、海量机器类通信[1]。在广播电视行业，5G技术也有越来越广泛的应用。截止到2022年11月末，我国5G基站总数达228.7万个，占移动基站总数的21.1%，5G通信能力大幅度增加。5G+融媒体应用、5G+高新视频、5G+云+AI、5G+4K/8K+AI等新技术与新应用在广播电视工程领域广泛应用[2]。

1.2 8K

视频技术经历了模拟、标清、高清、超高清的发展阶段，8K（7 680×4 320）超高清视频在技术系统、关键设备、创新应用等方面不断发展。中央广播电视总台CCTV-8K超高清频道于2022年1月24日正式开播，并在多地车站建设8K超高清大屏，播放总台8K超高清频道节目。在“5G+4K/8K+AI”战略支持下，我国8K超高清电视在制作、播出、传输、呈现等方面实现全产业链协同发展[3]。

1.3 视频采集制作

我国超高清视频产业在视频采集制作领域取得突破性进展，摄像机、监视器、切换台、5G背包等超高清视频采集设备实现国产化。在视频采集领域，如广州扳手、卓曜等企业研发生产出8K摄像机，最高分辨率可达8 192×5 460，京东方、康维讯等企业研发生产8K监视器，索贝联合华为推出5G超高清制播解决方案，高骏、当虹科技、数码视讯等企业研发生产5G+4K/8K超高清背包。视频制作领域主要有编辑类产品、包装类产品及收录系统。编辑类产品方面，中科大洋、索贝、新奥特、当虹科技等国内企业纷纷推出8K编辑产品，如中科大洋D³-Edit非线性编辑系统、新奥特喜玛拉雅8K超高清非线性编辑系统、索贝EditMax11.5.0非编系统、当虹科技Arcvideo MediaFactory8K快编内容生产系统等。包装类产品有新奥特8K超高清图文包装系统、中科大洋D³-Crystal水晶三维包装合成系统。收录系统有当虹科技Arcvideo收录系统、索贝Ingest Matchless收录系统及中科大洋揽月4K/8K收录系统等[4]。

1.4 编码设备

编码设备对5G+8K移动直播而言非常重要。超高清编码设备的技术核心是数字信号无损/低损耗传输。我国超高清编码设备在编码标准、编解码产品架构、编解码器等研发生产方面取得突破。在编码标准方面，国际上超高清视频编码标准以HEVC、VVC、AV1为代表，国内4K/8K超高清编码以AVS2和AVS3编码标准为代表，8K编码标准以HEVC和AVS3为主，代表企业有当虹科技、柯维新、数码视讯等。其中，当虹科技8K AVS3编码标准是国内最早商用落地的案例。在编解码产品架构方面，主要有嵌入式架构、通用服务器两种。嵌入式超高清视频编解码产品不支持AVS2/AVS3标准，以HEVC编码标准为主，代表企业有数码视讯、NTT、爱立信。通用服务器超高清视频编解码产品的代表企业有当虹科技、数码视讯、Ateme等。超高清编解码器本土化发展迅速，在硬件平台、中央处理器（Central Processing Unit，CPU）、操作系统、数据库、应用软件等方面实现了本土化研发与生产，产品有当虹科技的8K AVS3编码器等[5]。

1.5 核心元器件

5G+8K移动直播所使用的核心元器件包括感光器件、存储芯片、编解码芯片、图像芯片以及处理器芯片等。在核心元器件领域，国外产品优势明显，国内核心元器件研发生产水平也在大幅度提升。以芯片为例，CMOS、CPU、GPU、编解码芯片、存储芯片、终端显示芯片等依旧以国外为主，我国企业也在逐渐扩大市场份额。韦尔豪威公司推出OV64A图像传感器，华为海思推出了自主研发的中央处理器（CPU），上海海思推出了全系列8K终端芯片[6]。

2 5G+8K移动直播技术在广播电视工程领域的应用

2.1 5G+8K移动直播技术在新闻节目中的应用

5G+8K移动直播技术在新闻节目中有广泛的应用。以2020年新华社5G+8K+卫星两会五地联动直播报道为例，其实现了8K、5G、卫星广播电视传输多种技术的融合应用。系统主要分为前端采集、网络传输及终端呈现。前端8K信号源实时采集编码，主要由索尼8K讯道机、夏普8K摄像机、“5G+8K”背包、“5G+8K”转播车等完成信号采集与节目编辑工作。网络传输部分基于“卫星+8K”“5G+8K”等传输技术，实现8K视频编码码流传输直播。终端呈现方面采用康佳OLED 75英寸A3Q电视及88英寸的OLED 8K电视，确保画面清晰流畅、色彩鲜艳[7]。

以2022年世界互联网大会乌镇峰会为例，当虹科技为世界互联网大会提供5G+8K移动直播解决方案，提供在线直播转码和离线收录服务，通过当虹科技8K AVS3编解码器完成数字视频信号到网络IP数据的实时转换及传输。此外，当虹科技还提供了离线收录解决方案，生成超高清会议录像，为现场新闻媒体提供影像资料。以中国共产党成立100周年庆祝活动为例，直播技术团队以5G+8K移动直播技术为基础，结合8K超高清转播车、数字摄影机，向观众直播呈现具有“历史感、厚重感”的超高清直播画面。

2.2 5G+8K移动直播技术在体育节目中的应用

以2020中国足球超级联赛（以下简称中超）决赛为例，其运用5G+8K移动直播技术开展8K超高清电视直播，确保了中超联赛决赛超高清直播信号采集、制作、调制、传输、终端解码和显示各环节的稳定。苏州奥体中心现场配置4路8K讯道，采用AVS2、HEVC两种编解码相结合方式完成8K视频信号的编码工作。通过8K摄像机、8K监视器、8K录像机、8K编码器、IPQAM调制器、有线电视传输网、8K机顶盒、8K电视机等完成中超联赛决赛8K超高清直播信号传输链路构建。5G+8K移动直播技术在体育节目中的典型应用是2022年冬奥会。在中央广播电视总台“5G+4K/8K+AI”战略支持下，科技冬奥坚持“思想+艺术+技术”融合矩阵传播理念。在信号制作方面，通过两辆国产4K/8K超高清转播车完成4K/8K超高清格式制作，通过总台自主研发的8K AVS3视频编码器，进行冬奥会8K超高清电视IP集成分发。依托“百城千屏”战略、高铁5G超高清移动直播演播室，实现8K看冬奥，这也是全球首次8K技术在体育赛事直播中的规模化应用案例。

2.3 5G+8K移动直播技术在大型晚会节目中的应用

在大型晚会节目中，5G+8K移动直播技术也有较为广泛的应用。以2021年总台春节联欢晚会（以下简称春晚）为例，在“5G+4K/8K+AI”战略支持下，5G+8K移动直播技术得以应用，实现央视春晚的一体化制作、多渠道分发、多终端呈现、全媒体传播。在5G背包、超高清在线直播编转码系统、8K超高清大屏、8K电视机等支持下，直播技术团队为观众带来一场超高清、高度临场感的视觉盛宴，并在8K超高清试验频道直播。以2022年央视春晚为例，直播技术团队在5G+8K移动直播技术基础上又融合了混合现实（Mixed Reality，MR）、增强现实（Augmented Reality，AR）、全息扫描、8K裸眼3D等技术，为观众带来具有丰富审美层次的视觉盛宴。以国家大剧院《繁华众声》线上直播为例，其采用5G+8K移动直播技术，实现8K电视、5G手机多终端超高清播放，充分运用8K超高清网络云分发、5G+8K转播车、8K摄像机等设备，实现了8K直播点与网络媒体同步超高清直播。

3 结 语

5G、8K、虚拟现实、人工智能等技术的发展，深刻影响了广播电视发展格局。我国超高清视频产业链发展迅速，视频生产、网络传输、终端呈现、核心元器件、平台服务等方面的自主研发与生产能力不断提升。在总台“5G+4K/8K+AI”战略支持下，5G+8K移动直播技术在新闻节目、综艺晚会、体育比赛等领域有越来越广泛的应用，推动广播电视向超高清、沉浸感、临场感等方面发展。