基于5G+4K/8K的電視媒體制播體系研究

霍其峰

（沈陽廣播電視臺，遼寧 沈陽 110000）

0 引 言

5G、云計算、4K/8K超高清、VR/AR以及物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的集成創(chuàng)新和應(yīng)用創(chuàng)新，推動了媒體融合發(fā)展和智慧廣電建設(shè)。截至2022年10月，我國除港澳臺地區(qū)以外，完成31個省區(qū)市廣電5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)全覆蓋。國家廣播電視總局發(fā)布《關(guān)于進一步加快推進高清超高清電視發(fā)展的意見》，明確提出加快推進高清超高清電視制播能力建設(shè)。截至2022年3月，全國地級及以上播出機構(gòu)經(jīng)批準(zhǔn)開辦的高清電視頻道有1 015個，4K/8K超高清電視頻道10個，超高清發(fā)展空間廣闊。本文基于5G、4K/8K超高清視頻的發(fā)展現(xiàn)狀，探索5G+4K/8K的電視媒體制播體系，促進智慧廣電建設(shè)。

1 5G及4K/8K超高清視頻

1.1 5G技術(shù)發(fā)展歷程

5G即第五代移動通信技術(shù)。5G技術(shù)經(jīng)歷了標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)、技術(shù)試驗、標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布、正式商用、基礎(chǔ)部署及場景深化等發(fā)展階段。2013年4月，工業(yè)和信息化部、發(fā)展改革委、科技部共同支持成立IMT-2020（5G）推進組，并積極與國際組織開展合作，共同推進5G國際標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展。2014年5月，日本電信營運商NTT DoCoMo與多家廠商共同合作開展5G網(wǎng)絡(luò)測試。2016年1月，中國5G技術(shù)研發(fā)試驗正式啟動，2017年11月，正式啟動5G技術(shù)研發(fā)試驗第三階段工作。2017年12月，5G NR首發(fā)版本正式凍結(jié)并發(fā)布。2018年6月，3GPP 5G NR標(biāo)準(zhǔn)SA發(fā)布。2018年12月，中國電信、中國移動、中國聯(lián)通獲得5G系統(tǒng)中低頻段試驗頻率使用許可[1]。2019年6月，工業(yè)和信息化部正式向中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、中國廣電發(fā)放5G商用牌照。截至2022年8月末，我國5G基站總數(shù)達210.2萬個，占移動基站總數(shù)的19.8%。5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)加速落地，基礎(chǔ)設(shè)施穩(wěn)步部署，應(yīng)用場景不斷深化[2]。

1.2 4K/8K超高清視頻關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備

4K（3 840×2 160像素）或8K（7 680×4 320像素）超高清視頻具備高幀率、高位深、廣色域及高動態(tài)范圍等特點，帶動了芯片、內(nèi)容制播、顯示及傳輸?shù)犬a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，促進廣播電視行業(yè)的迭代升級。超高清視頻關(guān)鍵技術(shù)包括視頻處理、音頻處理、傳輸處理及顯示處理等方面。超高清視頻內(nèi)容傳輸技術(shù)包括地面?zhèn)鬏敗⑿l(wèi)星傳輸、有線與光纖傳輸以及網(wǎng)絡(luò)傳輸。超高清視頻終端設(shè)備及核心元器件產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，如核心元器件、面板市場、芯片市場、鏡頭市場、8K視頻以及4K超高清應(yīng)用設(shè)備等。4K/8K超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域的應(yīng)用，正在向增強臨場感、強化紀(jì)實感、注重社交性方向發(fā)展。

1.3 5G+4K/8K高新視頻新業(yè)態(tài)

《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽“十四五”科技發(fā)展規(guī)劃》明確提出積極打造高新視頻新業(yè)態(tài)，培育孵化5G+4K/8K+AI、沉浸式視頻等更高技術(shù)格式、更新應(yīng)用場景、更美視聽體驗高新視頻新業(yè)態(tài)。中央廣播電視總臺、中國電信等紛紛推出“5G+4K/8K”戰(zhàn)略，并在節(jié)目制播、直播轉(zhuǎn)播、8K超高清電視公共服務(wù)平臺建設(shè)等領(lǐng)域取得一系列成果。中央廣播電視總臺5G+4K/8K超高清制播示范平臺建設(shè)目前已完成1—6期招標(biāo)工作，這也為各地開展5G+4K/8K超高清制播提供了示范?；?G+4K/8K的電視媒體制播體系包括前端設(shè)備、超高清制作系統(tǒng)、IP化播出、超高清收錄以及便攜直播等。

2 基于5G+4K/8K的電視媒體制播體系

2.1 5G+4K/8K的前端制播設(shè)備應(yīng)用

5G+4K/8K是高新視頻的新業(yè)態(tài)，前端制播設(shè)備是5G+4K/8K超高清電視制播發(fā)展的基礎(chǔ)。我國4K/8K超高清產(chǎn)業(yè)發(fā)展取得顯著成績，8K攝像機、5G+8K超高清重載云臺監(jiān)控攝像機、8K超高清攝錄一體機、8K監(jiān)視器以及5G+4K/8K超高清背包等前端設(shè)備本土化率大幅提升。國內(nèi)自主研發(fā)設(shè)計的首臺“5G+8K”全業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)播車投入使用，目前已開展多次5G+8K、衛(wèi)星、IPTV、光纖互聯(lián)網(wǎng)全鏈路轉(zhuǎn)播活動，如2019年籃球世界杯、中網(wǎng)、冬奧測試賽，2020年中國大劇院“華彩秋韻”首場音樂會，2020年第十四屆咪咕匯音樂盛典，2021年全國兩會“8K+5G+新立方演播室”等。前端制播設(shè)備的發(fā)展，推動了我國5G+4K/8K超高清視頻在廣播電視領(lǐng)域戶外、室內(nèi)、專業(yè)三大場景的應(yīng)用[3]。

2.2 5G+4K/8K的超高清制作系統(tǒng)

5G+4K/8K制播技術(shù)逐步成熟，在拍攝、制作流程、節(jié)目質(zhì)量控制及播控等方面不斷提升?；?G+4K/8K的超高清制作系統(tǒng)能夠完成全流程、高效率、智能化、網(wǎng)絡(luò)化的節(jié)目制作。超高清電視節(jié)目制作需要滿足高分辨率、高幀率、高量化精度、廣色域、高動態(tài)范圍以及環(huán)繞聲音頻等要求。以大洋4K/8K超高清制作系統(tǒng)為例，其具備編輯、混音、調(diào)色、合成等制作功能，融入5G、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，由超高清非編、智慧審片、超高清打包中心、三維包裝合成、顏色分級與調(diào)色以及音頻工作站等模塊組成，提升了超高清電視節(jié)目制作效率[4]。

5G+4K/8K超高清視頻在廣播電視節(jié)目領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷深化。以北京冬奧會轉(zhuǎn)播為例，中央廣播電視總臺踐行“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略，運用AI時間切片系統(tǒng)、“獵豹”系統(tǒng)、魚竿攝像機、4K超高清特種攝像設(shè)備、AR虛擬植入技術(shù)以及沉浸式音頻制作，帶給觀眾超高清、全景沉浸式視聽體驗；設(shè)置《大咖陪你看》《一起看冬奧》《C位看冬奧》《前方高能》等欄目，助力“百城千屏”和“科技冬奧”。

以中央廣播電視總臺2021年春節(jié)聯(lián)歡晚會為例，在“5G+4K/8K+AI”戰(zhàn)略指導(dǎo)下，節(jié)目實現(xiàn)超高清一體化協(xié)同制作，通過多渠道協(xié)同分發(fā)，最終實現(xiàn)多終端互動呈現(xiàn)與全媒體精準(zhǔn)傳播。節(jié)目利用“云錄制+云互動”方式實現(xiàn)觀眾與演員的隔空互動，以創(chuàng)意表演《牛起來》、周杰倫演唱歌曲《莫吉托》、意大利歌手安德烈·波切利演唱歌曲《我的太陽》《抱緊我》為例，這些節(jié)目通過云技術(shù)實現(xiàn)不同地區(qū)的演員跨時空共同出現(xiàn)在春晚舞臺，帶給觀眾云端視聽盛宴。2021年，春節(jié)聯(lián)歡晚會首次實現(xiàn)8K超高清試驗頻道直播。中央廣播電視總臺聯(lián)合四大通信運營商，在全國30多個8K超高清大屏以及8K電視機同步播放，帶給觀眾超高清、沉浸式、智能化的視聽體驗。

2.3 5G+4K/8K的IP化播出

各廣播電視臺積極落實4K先行，兼顧8K發(fā)展計劃，5G及4K/8K超高清時代的到來，給傳統(tǒng)廣播電視臺播出系統(tǒng)帶來一定的影響。5G高速率、大帶寬、低時延、網(wǎng)絡(luò)切片及邊緣計算等技術(shù)能夠滿足4K/8K超高清視頻的性能需求[5]。廣播電視播出業(yè)務(wù)的IP化、虛擬化、云化具備強大的信號承載力，系統(tǒng)拓展性較強，基于5G+4K/8K的IP化播出系統(tǒng)成為諸多廣播電視臺的選擇。基于5G+4K/8K的IP化播出系統(tǒng)包括播出業(yè)務(wù)平臺、信號處理平臺及監(jiān)看處理平臺等。4K/8K超高清視頻的發(fā)展，對廣播電視臺傳輸與播出提出更高的要求，IP技術(shù)能夠支持多個超高清播出系統(tǒng)。以廣東廣播電視臺為例，2020年建成SDI+IP混合播出系統(tǒng)，保證了超高清廣播電視節(jié)目的順利播出。

2.4 5G+4K/8K的超高清收錄

基于5G+4K/8K的超高清收錄系統(tǒng)具備超高集成度、穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)多路4K/8K信號的多碼率穩(wěn)定收錄，向全面IP化發(fā)展，能夠滿足廣播電視節(jié)目錄制、體育賽事、大型文藝晚會等多場景的超高清、多機位同步錄制。系統(tǒng)包括集中管理、邊采邊編、多通道組合錄制等模塊。超高清收錄系統(tǒng)能夠通過網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一管理演播室現(xiàn)場各類信號，對于一些時效性要求較高的節(jié)目，如果采用傳統(tǒng)的錄制完成后制作流程，會錯過最佳播放時間。超高清收錄系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)邊采邊編，錄制與編輯同時進行。超高清收錄系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)多通道組合錄制，如演播室收錄、移動收錄、云收錄等。多通道收錄包括控制單元、收錄單元和存儲單元，收錄設(shè)備一般有嵌入式收錄設(shè)備、服務(wù)器式收錄系統(tǒng)，具備多路信號同步采集、兼容多種非編文件格式錄制特點，支持多種存儲介質(zhì)、支持文件自動分段、支持音頻的加嵌，能夠有效提高后期制作效率。

2.5 5G+4K/8K的便攜直播

基于5G+4K/8K的便攜直播以5G+4K/8K超高清背包為核心，結(jié)合超高清聚合網(wǎng)關(guān)、4K/8K視頻矩陣、4K/8K解碼器等配套設(shè)備。以5G+4K/8K超高清便攜式背包為載體，將直播現(xiàn)場信號超高清編碼、加密，通過5G鏈路將信號傳輸至5G+4K/8K的超高清制作平臺，完成后續(xù)節(jié)目的生產(chǎn)制作?；?G+4K/8K的便攜直播能夠充分發(fā)揮5G無線傳輸技術(shù)的移動性優(yōu)勢，滿足多種移動狀態(tài)下的4K/8K超高清直播傳輸需求。5G+4K/8K超高清背包適用更多移動直播與特殊場景。5G+4K/8K便攜直播能夠帶給觀眾節(jié)目制作級的4K/8K直播內(nèi)容，借助5G高速率、大容量、低時延等特點，能夠有效保證傳輸可靠性，實現(xiàn)多地直播互動、云直播傳輸?shù)葓鼍皯?yīng)用。5G+4K/8K便攜直播便于移動素材拍攝采集，滿足超高清素材編碼回傳、賽事直播、經(jīng)典時刻抓拍等，帶給用戶多視角直播體驗。5G+4K/8K便攜直播目前被廣泛應(yīng)用于廣播電視領(lǐng)域，如咪咕視頻第十四屆咪咕匯，作為全球首個5G+4K/8K+云直播技術(shù)的文藝盛典，是5G+8K超高清直播第一次大型商用，采用“1+1+N直播”的模式，帶給觀眾高色域、高清晰度、高亮度、高對比度的視覺盛宴。

3 結(jié) 語

5G+4K/8K超高清產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，為人們呈現(xiàn)出更真實、更清晰、更具沉浸感的體育賽事、舞臺表演與大型互動現(xiàn)場。5G+4K/8K超高清視頻的發(fā)展也推動了電視媒體制播體系的迭代升級，基于5G+4K/8K前端制播設(shè)備、超高清制作、IP化播出、超高清收錄及便攜直播發(fā)展迅速，推動了4K/8K超高清電視節(jié)目產(chǎn)能提升，也為觀眾帶來高質(zhì)量的4K/8K超高清電視節(jié)目視聽體驗。