超高清视频在广播电视工程中的应用

摘要：超高清视频内容的供给能力决定着超高清视频产业的未来发展。该文总结了超高清视频在广播电视工程中的特点，分析了超高清视频在广播电视工程中的意义，并围绕超高清视频在广播电视工程中的具体应用实践展开了探讨。

关键词：超高清视频；广播电视工程；数字电视

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.09.046

中图分类号：TN 948.1 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）09-0-03

The Application of Ultra High Definition Video in Broadcasting and Television Engineering

QIAO Jiang

（Penglai District Integrated Media Center， Yantai City， Yantai 265600， China）

Abstract： The supply capacity of ultra-high definition video content determines the future development of the ultra-high definition video industry. The article summarizes the characteristics of ultra-high definition video in broadcasting and television engineering， analyzes the significance of ultra-high definition video in broadcasting and television engineering， and explores the specific application practice of ultra-high definition video in broadcasting and television engineering.

Keywords： ultra high definition video; broadcasting and television engineering; digital television

0 引言

从模拟到数字，从单声道到立体声，广播电视工程随着时间的推移，现已在多个方面实现了质的飞跃。超高清视频是当前以及未来广播电视工程发展的主要方向之一，其具有更加细腻清晰的图像质量，色彩丰富度进一步提升，能够满足人们愈发多元化的观赏需求。但当前超高清视频技术还未得到全面普及，在推广应用中还存在着信号采集制作、信源压缩编码与传输信道编码等方面的技术壁垒，对此，广播电视行业要加强协同，合力攻关，着力解决广播电视超高清视频全面普及应用中遇到的各种问题，为我国视听产业的发展提供技术支持[1]。

1 ; 超高清视频在广播电视工程中应用的意义

1.1 优化超高清视频编码结构

对于广播电视工程中的超高清视频，必须特别关注视频编码结构的优化调整，以确保其发挥最佳性能。超高清视频的压缩率会受到超高清电视编码不同组合方式的直接影响，因此为了提升超高清全媒体播放系统的整体性能，必须要保证超高清电视编码技术的灵活性。为了保证超高清电视系统中各个帧之间保持良好的连续性和一致性，需要对每个高清视频信号进行准确高效的分析与计算，把握其对应的数据特征。同时还要将各个单元结构块进行合理划分与组合，以确保这些单元结构块保持相对的稳定性。

1.2 核对超高清视频帧内预测编码

视频信号帧内预测编码技术包含高效率视频编码技术与传统的H.264编码技术，这两种编码方式都采用了运动矢量块匹配算法进行图像分割处理，并根据像素之间的相关性来确定下一宏块位置信息。相较于H.264编码技术，HEVC即高效率编码技术在帧内预测编码方面呈现出更为突出的优越性。HEVC能够预测35种帧内编码，而H.264编码技术仅有27种帧内预测编码。帧内预测可以减少视频数据块之间冗余信息的干扰，提高视频图像质量。

1.3 整合超高清电视平台服务架构

在推进超高清电视技术的研发和应用时，应特别注重构建和整合超高清电视平台的服务架构，提高服务质量和用户体验。可建立以IP城域网为核心的高清电视平台以及基于云计算平台的超高清电视节目制作与播出系统，实现超高清电视信号传输到用户端的功能。此外，还需要对节目素材、设备设施和系统环境以及用户终端等进行相应的配置，并通过各种技术手段来实现与超高清电视相关的功能开发和应用。

2 基于广电工程的超高清视频技术系统架构设计

基于广电工程的超高清视频技术系统架构设计通常包含三层结构，即传输层、处理层和应用层。传输层是超高清视频技术系统的底层，负责视频信号的传输和接收。该层面对的主要问题是传输带宽和传输速率。针对这一问题，可以通过多路复用和信道码率自适应等技术实现带宽的最大化利用和传输速率的优化。处理层是超高清视频技术系统的核心层，负责视频信号的处理和编解码。该层面对的主要问题是视频编码的复杂度和对处理器的要求。一些高效的视频编码算法和编解码器的应用，可以有效地降低视频传输时的数据量和带宽需求，提高系统的实时性能。应用层是超高清视频技术系统的最上层，负责视频信号的展示和应用。该层面对的主要问题是视频显示的质量和用户体验。通过应用广泛、便利的播放器软件和硬件设备，可以实现高质量的视频播放和用户友好的操作界面[2]。

5G时代，超高清视频技术的应用需求日益增加，而基于广电工程的超高清视频技术系统架构设计需要满足以下要求：①带宽需求：超高清视频的分辨率和比特率都比传统视频更高，因此传输带宽也需要更高。超高清视频技术系统设计需要将5G技术的高速数据传输能力充分利用，提供高速低延迟的视频数据传输。②存储需求：超高清视频比传统视频占用更多的存储空间，因此，超高清视频技术系统设计需要采用更高效的数据压缩模式和存储技术，以提高可用存储空间。③超高清视频拍摄和处理需求：超高清视频的拍摄和处理技术要求更高，需要使用更高分辨率的设备和更强大的计算能力。因此，超高清视频技术系统设计需具备高性能的视频采集和处理能力。

基于以上需求，超高清视频技术系统架构设计应该采取以下步骤：①基于5G技术和高效压缩技术，构建高带宽、高压缩比的视频传输方案。采用HEVC等高效压缩技术可以提高视频传输效率，为超高清视频的长距离传输提供技术保障。②采用高速存储格式，提高可用存储空间。③使用基于GPU和FPGA的加速技术，提高视频编解码和图像处理能力。GPU加速技术可以提高视频编解码能力和图像处理能力，从而提高系统的整体运行效率。④采用云原生和容器化技术，使系统具备更强的可扩展性。采用容器化技术可以快速实现系统的部署和管理，同时可以更好地实现资源共享和负载均衡。⑤支持多种操作系统和开放接口，以满足不同应用场景和需求。

3 基于广电工程的超高清视频技术应用案例分析

随着社会的不断发展，国家现代化相关的技术也在不断地进步，由此研发出的智能化设备也在不断地进行更新迭代。广播电视工程在发展的过程中，将先进的5G技术运用其中，可以进一步提升广播电视工程运行的稳定性，提高运行效率，带给用户更为舒适的体验。将5G技术和4K超高清进行有机融合，不但能够使用户在观看广播电视的时候，获得和以往大不相同的体验，并且能够有效推进相关广电技术的创新，提高其发展的动力。目前很多省份都已经实现了5G网络的全覆盖。广电企业为了进一步地减小直播时画面的清晰度低、因为网络问题而出现卡顿延迟等问题的概率，正在积极使用4K超清技术，将所拍摄到的画面通过相关的技术转化为4K视频，随后再通过编码器传输到5G网络当中，从而进一步地提升电视节目播出的稳定性与高质量。国家也积极举办相关的5G超高清论坛技术交流，促进广播电视行业向着更为专业化的方向发展，延伸出更多的使用场景。由此可知，超高清视频技术能够很好地促进产业升级，其具备的特征能够更好地解决传统网络移动性差等问题，其无线化的特点能降低相关材料消耗，提升使用体验感，解决延时问题[3]。

北京冬奥会开幕式的超高清视频传输就是一个典型的基于广电工程的超高清视频技术应用案例。北京冬奥会开幕式是一个高规格、高标准的综合性大型活动，对视频传输的技术和设备有极高的要求。为了满足4K超高清视频直播的需求，北京冬奥会采用了先将4K信号在转播中心进行编码，再通过10 Gbps网络传输到主会场，最终由主会场投影仪直接播出的方案。该方案的优势在于，通过将4K信号在转播中心进行编码，可以降低传输时的数据量，并且可以保证传输过程中视频信号的质量。同时，通过10 Gbps网络传输的方式，可以满足超高清视频传输的带宽需求，并且具有较高的实时性能。最终，通过主会场投影仪直接播出，确保了观众看到的画面质量完美，并且具有高度的真实感和沉浸感。这一方案的成功应用，充分证明了超高清视频技术在广电领域的应用潜力和价值。除此之外，超高清视频技术已经被广泛应用于各个领域。①体育赛事直播。超高清视频技术在体育赛事直播中应用较为广泛，例如，2018年俄罗斯世界杯足球赛中就采用了4K超高清视频技术进行直播。这种技术可以使观众获得更加真实、逼真的赛事场景，增强观赛体验。②影视制作。超高清视频技术在影视制作中的应用也越来越普遍，例如，Netflix制作的影片《罗曼诺夫家族》就采用了8K超高清视频技术拍摄，使得画面更加细腻、逼真，提高了影片的观赏性。③航空航天领域。超高清视频技术在航空航天领域同样得到了广泛应用。例如，NASA利用超高清视频技术对宇宙空间进行探测和观测，获取了更加精准、高清的观测数据。④电影院。超高清视频技术在电影院的应用也越来越受到重视。例如，IMAX影院就采用了12K超高清视频技术，为观众提供了更加震撼、逼真的观影体验。

4 面向未来的超高清视频技术

4.1 超高清视频技术与虚拟现实技术的结合

超高清视频技术与虚拟现实技术相结合，可以实现更加逼真的三维视觉效果，使观众感到身临其境。超高清视频技术可以提供更加细腻、真实的图像细节，同时，虚拟现实技术也可以为观众提供沉浸式、互动式的体验。例如，通过VR眼镜观看超高清视频，感受更加逼真的视觉效果。超高清视频技术与虚拟现实技术结合的具体应用包括影视制作、游戏开发和教育等领域。例如，在影视制作领域，超高清技术可以提供更加生动逼真的画面效果，与虚拟现实技术结合可以让观众感受到更加身临其境的影视体验。在游戏开发领域，结合超高清技术和虚拟现实技术可以实现更加逼真的游戏场景和角色动作表现，让玩家有更加切身的游戏体验。在教育领域，超高清技术和虚拟现实技术的结合为教师提供更加生动的教学材料和方式，使学生更加容易理解和掌握知识。

4.2 基于机器学习的超高清视频智能分析技术研究

在超高清视频技术发展的过程中，如何获取和处理更加准确、高质量的视频数据，是一个重要的研究问题。基于机器学习的超高清视频智能分析技术可以自动收集并处理视频数据，以获取更加高质量的数据。具体而言，机器学习技术可以通过对视频数据的自动分析，提高视频的解析度和质量，减少视频传输过程中的数据丢失和损毁。此外，机器学习还可以自动分析视频内容，提取出视频中的有用信息，为实现更加高级别的视频编码、解码和分析提供更加准确的数据基础。

4.3 超高清视频3D重构技术研究

超高清视频3D重构技术是一种基于计算机视觉技术的新型图像处理技术。该技术利用计算机算法对超高清视频图像进行处理和重构，以产生逼真的三维效果。具体而言，超高清视频3D重构技术通过对图像进行多层次的分析和处理，提取出图像中的关键点、线条等，从而建立精细的三维图像。该技术可被应用于3D电影制作、虚拟现实游戏、医疗图像处理等领域。

4.4 超高清视频智能识别

在转播重大体育赛事、节日晚会、重大会议和商用付费节目等方面，超高清视频智能识别技术的应用不会因为某些用户的硬件缺陷而影响用户的收看体验。此外，对于运营人员而言，在原有的频道表和授权规则基础上，可为用户提供更加全面的技术服务，使用户对广播电视服务的满意度得以提升，增强用户黏性和市场竞争能力，为超高清视频的商业化运营提供技术保障。

4.5 开发新的功能

在当前短视频飞速发展的潮流之中，很多观众都喜欢对节目进行二次创作，但是当前的广播电视对于视频进行实时的缓存下载方面有所欠缺，使得观众在对节目进行二次创作时，只能利用计算机或者是其他相关的设备将视频下载之后，再进行加工。而这不仅会打消一部分观众对于二次创作的积极性，烦琐的步骤和程序也会使得对节目二次创造的门槛进一步提升。未来广播电视系统可以提供相关视频直接进行下载的功能，并可以直接传输到制作视频的设备当中。这一过程能大大地简化之前烦琐的流程，进一步降低对节目进行二次创作的门槛，使得观众对于电视节目的热情进一步增加。

5 结束语

超高清视频具有更加细腻清晰的图像质量，色彩丰富度进一步提升，能够满足用户愈发多元化的观赏需求。在广播电视工程中应用超高清视频开发与制作技术，能够促进传统广播电视行业向数字时代转型升级，为广大人民群众提供更加优质新型的广播电视服务。

参考文献

[1] 李劲璞．超高清视频在广播电视工程中的应用[J]．电视技术，2022，46（10）：211-213．

[2] 杨玉洁，李丹．极致影像、极致体验——中国8K超高清视频技术创新引领世界超高清发展[J]．影视制作，2022，28（9）：13-24．

[3] 成强．8K超高清视频：5G时代传统电视业的转型新路径[J]．当代电视，2022（8）：97-100．