基于5G 的演播室信号直播与制作

蔡 顶

（郑州广播电视台，河南 郑州 450018）

0 引言

在现代电视技术领域，随着5G 网络的快速发展与广泛部署，其对演播室信号直播与制作的影响及其潜在应用已成为研究的焦点。5G 以其显著的高带宽、低延迟和广覆盖特性，为电视信号的采集、传输和处理提供了新的可能性，预示着传统电视制作和播出模式的根本性变革。在此背景下，深入探究5G 在演播室环境中的应用，不仅是技术创新的需要，更是应对日益增长的高清、4K/8K、虚拟现实（Virtual Reality，VR）/增强现实（Augmented Reality，AR）内容直播需求的必然趋势。通过高速的5G 网络，电视台能够实现高效的视频内容云存储和云处理，使得视频编辑、后期制作等环节更加灵活和高效。

1 基于5G 演播室信号直播的优越性

5G 网络以其高数据吞吐率、低延迟特性和高可靠性，为电视直播带来了前所未有的技术优势。特别是在高清、超高清（Ultra High Definition，UHD）视频传输方面，5G 能够支持更高分辨率和更高帧率的视频内容，显著提升直播质量。5G 网络的高带宽和低延迟特性对于减少信号传输过程中的延时和图像卡顿现象具有重要意义，对于直播中的实时互动和高质量视觉体验尤为关键。5G 网络的另一个显著优势在于其网络切片功能，能够为电视直播提供定制化的网络服务。通过网络切片技术，可以确保关键的直播信号传输在网络资源分配上获得优先级，从而提高传输的可靠性和稳定性。这一点对于体育赛事、大型活动等高流量直播场景尤为重要[1]。此外，5G 对于提升演播室内部的无线信号连接也具有重要意义。利用5G 网络，演播室可以实现更灵活的摄像机布局和移动性，大大提高工作效率和创意表现力。

2 基于5G 的演播室直播信号传输技术

2.1 前端系统

5G 信号回传系统前端架构包括电子现场制作（Electronic Field Production，EFP）、5G 聚合设备、5G 核心网、防火墙、基于视频输出板卡的接收服务器以及融合平台制作共6 个环节，如图1 所示。具体来说，EFP 是演播室直播信号传输的源头，通过4K/8K 摄像机和高保真音频设备等采集设备捕捉高清晰度视频和音频信号，将信号编码成适合5G 传输的数据格式，确保信号在传输过程中的实时性和稳定性。这些信号被传输至5G 聚合设备。5G 聚合设备支持多频段、多协议的信号处理，可通过高效的信号压缩与解压缩技术实现对大容量数据的快速传输。5G 聚合设备基于多输入多输出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技术，可增强直播信号的覆盖范围和穿透力，显著提高信号的传输效率和可靠性。经5G 聚合设备处理后，信号进入5G 核心网，经过传输系统的枢纽。5G 核心网具有高带宽和低延迟的特性，可确保前端到后端的数据传输高效且稳定。5G 核心网基于软件定义网络（Software Defined Network，SDN）和网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）技术，可实现灵活的网络资源调度和优化，进一步提高传输效率。安全性是直播信号传输不可忽视的重要方面，所以信号在传输至接收服务器前必须经过严格的防火墙检测。防火墙能有效防止分布式拒绝服务（Distributed Denial of Service，DDoS）和其他网络威胁，保证信号传输的安全性。最后，信号被传输至基于视频输出板卡的接收服务器。服务器采用高性能的视频解码技术确保接收到的信号质量无损失，对信号进行必要的编辑和调整以适应后续的融合平台制作需求。基于5G 的演播室直播信号传输技术的前端系统可高效整合EFP、5G 聚合设备、核心网、防火墙和接收服务器等关键技术环节，提高直播信号的传输效率和质量，确保传输过程的高度安全性和可靠性。

图1 5G 信号回传系统前端架构

2.2 自动转码系统

自动转码系统能够实时地将原始信号转换为适合不同分辨率、带宽和设备要求的格式，同时保证传输的高效性和信号的完整性。考虑到5G 网络的高数据传输能力，自动转码系统必须具备处理高分辨率视频流的能力，如4K 或8K 视频信号。这要求转码系统拥有强大的计算能力和高效的编解码算法，以确保在不降低视频质量的前提下实现高速的信号处理。转码系统需要支持多种编解码标准，如H.264、H.265/HEVC 等，以适应不同终端和播放平台的需求。自动转码系统的设计还要考虑到网络环境的多变性，应结合设计要求进行优化[2]。由于5G网络覆盖和质量可能受到地理位置和环境因素的影响，转码系统需能够动态调整编码参数，如比特率、帧率等，以适应网络条件的变化。这意味着转码系统需要具备智能感知网络状态的能力，并能够根据网络带宽的实时变化自动优化视频流的质量。在自动转码过程中，音频信号的处理也是不可忽视的一个方面。与视频信号类似，音频信号需要被转码为适合不同播放环境的格式，同时保持音质的清晰度和同步性[3]。因此，自动转码系统应支持多种音频编码格式，如AAC、Dolby Digital 等，并能够实现音视频的无缝同步。自动转码系统还需考虑用户体验。例如，转码后的视频流应适应不同大小和分辨率的显示设备，从大屏电视到智能手机屏幕，保证不同设备上的观看体验。

3 5G 在演播室信号直播及制作中的应用

3.1 LIVE 模式

LIVE 模式即实时直播模式，是5G 在演播室信号直播及制作的重要应用。LIVE 直播信号传输架构主要包括拍摄现场、LIVE 演播室和播放端3 层操作，覆盖了从信号采集到播放的全过程，如图2所示。

图2 LIVE 直播信号传输架构

在拍摄现场，利用高质量的摄像设备进行信号的初步采集。摄像设备能够捕捉高分辨率的视频内容，通过切换台进行初步的信号选择和混合，将信号传输至5G 聚合背包。5G 聚合背包能将不同来源的信号进行有效融合，并通过5G 网络进行高效传输。实时消息传输协议（Real Time Messaging Protocol，RTMP）编码器对信号进行编码，为后续的网络传输做好准备。在LIVE 演播室中，信号被5G 接收服务器接收。服务器直接与拍摄现场的5G聚合背包相连，保证信号的实时性和完整性。随后信号经过RTMP 解码器解码还原为高质量的视频信号。RTMP 编码器将信号再次编码以适应不同播放平台的需求。收录系统对信号进行备份和存储，为后续的编辑和回放提供支持。信号中控负责对各类信号进行调度和控制，确保直播顺利进行、画面符合预期。在播放端，信号被分发至移动端、PC 端和电视端等不同终端设备。这些终端设备通过解码和渲染将信号转换为观众可以直接观看的视频内容。在这个过程中，5G 的高带宽和低延迟特性确保了播放的流畅性和高清晰度，为观众提供了卓越的观看体验。

3.2 S&F 模式

S&F 模式是一种结合了实时直播和后期制作的工作流程，利用5G 的高带宽和低延迟特性，实现了在直播信号采集的同时进行快速的内容编辑和传输，从而在直播结束后迅速推出精编辑内容。在S&F 模式下，首先，对于直播信号的采集，5G 提供了更加灵活和高效的解决方案。与传统的有线或4G 网络相比，5G 的高速数据传输能力使得可以在无须大量物理线缆的情况下快速部署摄像设备，并实时传输高质量的视频信号。这对于那些需要迅速搭建和拆卸设备的现场直播特别重要，比如突发新闻事件或户外体育赛事。在S&F 模式中，5G 支持更加高效的视频信号处理[4]。在直播过程中，通过5G 网络，可以将采集到的原始视频信号实时传输到远程的制作中心或云服务器。在这里，视频信号可以立即进行快速编辑，包括剪辑、添加图形和文字、音频同步等。这种工作流程极大地缩短了从直播到内容发布的时间间隔，使得观众可以在直播结束后不久就观看到经过精心制作的内容，并满足观众的视觉体验要求[5]。在S&F 模式的实现过程中，5G的低延迟特性发挥了关键作用。这种低延迟保证了从现场到制作中心的信号传输几乎无时间差，使得远程制作团队能够实时监控和编辑直播内容。

4 结语

5G 网络的高带宽和低延迟特性，使得AR/VR 内容的实时传输和互动体验得到显著提升，不仅为观众提供了沉浸式的观看体验，也为电视节目制作带来了新的创意空间和表现形式。因此，5G 在演播室信号直播与制作中的应用不仅是一项技术革新，更是电视行业迎合新媒体趋势、拓展创新内容形式的重要途径。对5G 在演播室信号直播与制作中的研究，有助于提升现有电视制作和播出的技术水平，为电视行业的未来发展提供了新的方向和可能性。从高效的视频传输到新媒体内容的创新应用，5G 网络技术的深入研究和应用，推动了电视技术进步和媒体产业发展。