5G技术在4K电视节目制播中的应用与实践.pdf

2023 年 6 月景5G技术在4K电视节目制播中的应用与实践峥（大连新闻传媒集团，辽宁 大连 116021）【摘要】在 5G 技术快速发展的背景下袁电视技术发生了质的改变袁逐渐形成 4K/8K 超高清视频袁促进了高清视频行业的发展遥 主要围绕 4K 电视节目袁概述 5G 技术以及重要应用技术袁分析 4K 电视节目制作技术标准尧制播模式袁探讨具体的 4K 电视节目制播应用要点袁以期促进视频业务融合袁实现电视节目的创新发展遥【关键词】VR 制播系统曰网络切片曰超高清模式曰数据分流【中图分类号】TN929.5【文献标识码】A【文章编号】1006-4222（2023）06-0169-030 引言当前，信息技术以及通信技术实现了全面覆盖，给人们的生活带来了极大的便利，广播电视领域对人们的生活形成了诸多影响。5G 技术属于新时代的通信技术，在时延、互联性方面等具有明显优势，在电视节目制播中应用，有效提升了画面质量，达到了快速、稳定传输 4K 信号的目的。1 5G 技术以及 4K 电视节目概述1.1 5G 以及关键技术5G 技术指的是当前通信发展中的第五代技术，其不仅带宽高，在时延方面也具有较大的优势，数据的传输效率更加优良，明显高于以前的蜂窝技术，最高速率达到了 10 Gbit/s，网络延迟可低至 1 ms。5G技术的网络容量大，是先前设备连接密度的 100 倍，与长期演进技术（LTE）相比，频谱效率足足提升了10 倍。5G 技术使用边缘计算，能够为 4K 超高清视频提供技术支持。网络切片、边缘计算在 5G 技术中发挥着重要作用，网络切片属于新型组网模式，可以依照需求进行组网1。通信运营商利用物理网络进行分离操作，得到不同的虚拟逻辑网络，不同网络切片之间相互隔离。在 4K 超高清视频业务中，使用网络切片技术（图 1），基于视频传输环节，制定合理的网络参数，并配备独立的网络带宽，顺应高带宽等需求，提升视频信号传输的可靠性.在虚拟现实（VR）或者增强现实（AR）中，为了满足低延时、高吞吐量的要求，借助网络切片技术为用户提供网络保障。边缘计算比较贴近用户的网络边缘端，实行本地业务处理，为用户提供计算功能，在经过本地操作后，达到数据分流效果，缓解时延问题。边缘计算靠近网络边缘侧，离数据源头更近，融合了数据计算、存储等能力。1.2 4K 电视节目制作标准以 2021 年为例，统计全国广播电视行业的具体数据。2021 年，全国高清电视频道的数量达到了985个，4K 超高清电视频道为 8 个，无论是广播电视总台还是省级台，基本实现了高清化应用。新闻资讯类、综艺益智类、专题服务类电视节目高清超高清制作比例分别为 62.3%、59.4%、55.7%。4K 超高清视频、音频的制作标准如表 1 所示。1.3 4K 电视节目制播模式围绕电视制播模式来看，主要分为两种，分别是4K 伴随 HD 制播形式，和原创混合现实制作形式。以序号参数参数值1幅型比16:92分辨率3 840伊2 160（有效像素数）3帧率50 Hz4扫描模式逐行5量化10 bit/8 bit6声道支持 16 声道 PCM 音频7色域BT.2020表 1 4K 超高清视频尧音频的制作标准图 1 网络切片技术终端无线子切片承载子切片核心网子切片网络切片第三方应用专题综述1692023 年 6 月纪录片 飞向月球 为例（图 2），中央电视台提出了清晰的制作思路，引进并安置 4K 摄像头，基于 4K 超高清拍摄制作，采用原创混合现实的形式，借助数字特效摄影棚，同时加入了虚拟现实等多项高效处理技术，完成场景制作。为了增强整体视觉效果，展开了细致的包装工作2。后期利用虚拟引擎，辅助渲染方式完成编辑工作，通过功能强大的实时渲染软件，添加高质量的灯光、动画效果，适当加入音频声效，将合成技术投入应用，配合后期精剪呈现连续镜头，最终实现 4K 实时特效镜头的成品级输出。关于 4K 伴随 HD 制播形式，早在 2017 年的春节联欢晚会录制时替换掉了以前的高清设备，使用了 4K 讯道摄像机等，但是此种方式的后期编辑比较麻烦，节目的制作经历较长时间。在 2019 年，春节联欢晚会第一次应用 4K 超高清形式直播，整个过程使用 HDR 高动态图像模式，结合 5.1 环绕声技术，同时运用编码压缩技术，在整体链路中设置了多备份的信号路由，实现高清晰度、高动态范围的视觉呈现，提升了观众的视听体验。2 5G 技术支持下 4K 电视节目制播的实践应用2.1 5G+4K 超高清视频制播的应用（1）对于超高清视频，其分辨率有了明显提升，达到了 4K、8K 水平，帧率也超过了 50 帧，图像采样达到了 10 bit，扫描方式也变得更加高效，推行逐行扫描的形式。超高清视频数据量大，对网络能力提出较高要求。例如，应用 H.265 编码，对于 4K 超高清视频，其传输码率在 25 Mbit/s40 Mbit/s。对于 8K 视音频形式，其传输码率需求水平会更高，超过了 100 Mbit/s。因此，当大量数据需要传输时，要认真改进传输带宽，在理论角度来看，5G 技术投入应用，能够支持4K、8K 超高清视音频均衡传输。在视频采集回传、素材云端制作、节目播出等环节中应用 5G 技术，改善了节目制播效果，不仅获得了优质的承载能力，同时也形成了强大的网络处理能力。使用 4K 或 8K 摄像机拍摄素材，通过编码推流设备将原始数据流转换为IP 数据流。可通过两种途径发送到 5G 基站：淤通过5G 用户驻地设备将视频数据转发给 5G 基站。于通过集成 5G 模组的编码推流设备将视频数据转发给5G 基站3。当视频数据到达 5G 基站之后，通过核心网传输到直播中心，再将视频数据传送到视频播放、存储及分发端，并通过多种方式发给视频显示终端设备。在这个过程中，在云端针对收到的视频素材进行制作，安装视频编辑制作的软件，完成素材调用、编辑、包装等，完成制作后，通过 5G 网络分发不同的内容到达各类终端。随着技术发展，5G 设备越发轻便小巧，功能更加丰富，续航能力较强，具有信号采集、分录等应用设备，通过前端设备采集信号，经过背包设备，进行编码压缩操作，简化了信号处理工作。根据 5G 技术的传输要求，生成符合要求的信号流，传输至相应的服务器，以供制作平台进行后期节目的生产制作。在背包中，可以为数据添加加密功能，在传输阶段设置错误纠正处理功能，保证数据的完整性。（2）将 5G 技术应用于目前的电视节目制播，不仅在节目制作中有较大优势，在音视频数据的采集传输等方面也有不可忽视的作用，尤其体现在上下行带宽能力方面。数据传输过程中离不开 5G 技术的支持，针对接收到的音视频数据，编码器会对其进行数字化压缩操作，应用专项的协议，如安全可靠传输协议（secure reliable transport,SRT）、可靠的互联网流传输协议（internet stream transport,RIST），从而完成封装处理，输出 IP 数据流，为 5G 网络传输提供方便。此种应用方式不受限制，能依据距离的长短划分场景，可分为现场制作和远程制作。现场制作在直播现场安排转播车，可根据现场的机位情况进行调整，通过前端获取音视频信号，经过压缩处理之后，通过5G 网络传输到达转播车，制作结束之后，无须进行其他流程直接发送至电视台播出。远程制作在收到现场信号之后，无须进行其他处理，将采集到的信号图 2 纪录片叶飞向月球曳专题综述1702023 年 6 月直接进行网络传输，实现音视频信号的回传，到达电视台再进行解码，经过制作后播出。例如，在 2019 年的春节联欢晚会应用 5G 技术，借助 5G 网络，将春节联欢晚会分会场的 4K 超高清信号回传到总台，同时将总台拍摄的 4K 超高清城市景观信号经过 5G 网络传送至分会场，实现了超高清信号的实时传输。5G技术在春节联欢晚会、全国两会、运动赛事等多项重大宣传报道活动中广泛应用，实现了 4K 超高清信号的高效传输，提升了观众的视觉体验。2.2 5G+VR 全景视频制播VR 被广泛应用于演唱会、赛事直播等多种场景中，在 5G 技术的带动下，VR 全景制播在短时间内发展起来。VR 全景制播利用 VR 全景摄像机，实现全方位图像采集工作，应用缝合软件处理其中的拼接缝。对拼接缝合流程的信号进行深度处理，应用编码服务器进行压缩编码工作，使视频流与传输协议达到高度匹配的效果，最终应用 5G 用户驻地设备进行发送，利用 5G 网络实现高效传输处理，从而准确、高效传至远程制作系统。如果有多路信号流，需要利用导播切换中心，实现机位切换，通过 5G 网络传输信号，实现电视节目内容的分发，到达新媒体发布平台并开始播出。深入探究 VR 制播整体框架方案，发现网络设备接口（NDI）协议的应用频率比较高，有助于维护系统中各个设备，并充分发挥互通作用，保证传输信号的保真度，确保能够获取更高品质的信号。直播有多路信号，需要利用交换机端，实现输入、输出，都允许NDI 协议。以 2019 年的春节联欢晚会制作过程为例，在分会场处，使用 5G、VR 直播系统，能采集到超高清 VR 信号，汇集现场的信号，准确完成拼接缝合，依据网络条件来执行传输工作，高效传递到北京演播室，让观众看到全面、清晰的春节联欢晚会场景4。3 4K 电视节目制播技术的应用趋势3.1 电视节目内容制播智能化从超高清电视节目的制作中可以看出，需要耗费较多时间、成本，这也让 4K 电视节目的发展受到约束。在 5G 技术的发展下，需要不断创新生产内容，根据时代发展需要引进智能技术，打造具有新意的电视节目，丰富节目内容、形态，改变内容制播模式，使其趋于智能化方向发展。在 4K 超高清频道融入智能化技术，对后期的编制系统深度开发，形成完善的超高清技术，整体生产流程逐渐实现自动化，在大数据技术的支持下，了解观众的需求，生产出有价值的内容，保证观众能获得高水平的电视节目内容。电视基带信号发生了变化，提升到了 50 Gbit/s，同时，建立云资源库，促进电视节目制播、传输等顺利进行。随着 IP 传输距离逐渐延长，推行了 IP 形式的融合制播架构，大幅降低应用成本。3.2 信号传输先进化在超高清电视技术出现之后，产生了大规模的视频数据，电视节目的分辨率大幅提高，帧频也发生了正向改变，这带动了电视节目的压缩编码技术出现变化，产生更加先进的编码技术，让编码过程更加高效，推动电视节目传输效率不断提升。为了更加贴近超高清电视业务的开展需求，卫星、有线等各项技术将实现融合发展。有线电视要联系自身状态，实现网络的双向改造，深入探究信道传输技术。当前，移动交互广播电视技术结合 5G 技术，可以助力电视信号传播网络发展，更好地匹配超高清视频业务，保证信号在稳定条件下进行传输5。4 结语在超高清电视节目的制播中，有效应用 5G 技术，让人们看到不一样的节目场景，在广播电视领域对人们产生了积极的影响作用改进广播电视领域的应用技术，发挥 5G 通信技术的优势，改变先前的视频制播方式，在 4K 电视节目制播环节中实现多种技术的融合，提升观众的视听体验。参考文献1 栾卫东.5G 技术在 4K 电视节目直播领域的应用J.电视技术，2022，46（11）：141-143.2 张杨菁.虚拟植入技术在电视节目制作中的应用分析J.中国传媒科技，2022（2）：134-136.3 周洪萍，段永良，陈图元.浅谈 5G 技术在 4K 电视直播系统中的应用J.广播电视信息，2021，28（11）：36-38.4 李岩，潘波.中央广播电视总台 4K 超高清电视节目制播系列技术规范关键技术介绍J.现代电视技术，2021（4）：129-131.5 鲁楠.5G 技术在 4K 电视节目制播中的应用J.环球首映.2021（2）：198.作者简介院景峥（1986），男，汉族，天津人，硕士研究生，工程师，研究方向为电视工程。专题综述171