5G在廣播電視工程中的應(yīng)用

張伯陽(yáng)

（固安縣融媒體中心，河北 廊坊 065500）

0 引言

隨著科技不斷創(chuàng)新升級(jí)，各行各業(yè)都在尋求新的發(fā)展模式。在此背景下，5G應(yīng)用領(lǐng)域逐漸延伸，特別是在廣播電視工程領(lǐng)域。一方面，5G正在推動(dòng)廣播電視不斷開辟全新的應(yīng)用領(lǐng)域，廣播電視節(jié)目的呈現(xiàn)方式愈加豐富，一系列技術(shù)革新為用戶提供多樣化觀看方式。另一方面，廣播電視工程利用5G高傳輸速率、低延遲等特點(diǎn)，既可以保證視頻以原始質(zhì)量進(jìn)行傳輸，又可以提高信號(hào)傳輸速率，通過清晰逼真的畫質(zhì)與實(shí)時(shí)互動(dòng)為用戶帶來(lái)沉浸式體驗(yàn)。由此可見，5G與廣播電視的融合發(fā)展十分必要。

1 5G概述

5G是最新一代無(wú)線通信技術(shù)，具有高速數(shù)據(jù)傳輸、低延遲等特點(diǎn)。5G采用新型空口接口及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過毫米波、亞6 GHz等頻譜資源實(shí)現(xiàn)全頻接入，可以靈活管理頻譜，不僅能夠傳輸海量數(shù)據(jù)，還可提供多樣化服務(wù)。5G還采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）等技術(shù)[1]，支持云管理功能、資源集中分配功能及服務(wù)自動(dòng)化功能，從而降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)復(fù)雜度。SDN可以分離網(wǎng)絡(luò)控制層與數(shù)據(jù)層，達(dá)到動(dòng)態(tài)配置網(wǎng)絡(luò)效果；網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化可以利用虛擬方式將網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用到通用服務(wù)器，使得網(wǎng)絡(luò)功能可以達(dá)到快速部署及彈性延展效果，用以高效網(wǎng)絡(luò)管理與運(yùn)維。

2 5G在廣播電視工程中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

2.1 提高節(jié)目質(zhì)量

傳統(tǒng)廣播電視信號(hào)傳輸需要經(jīng)過壓縮處理，可能造成不同程度的畫質(zhì)受損。5G利用高頻譜效率及高頻段優(yōu)勢(shì)避免出現(xiàn)畫面失真現(xiàn)象，其高效傳輸性及穩(wěn)定性保障原始視頻超高清傳送，可以清晰看到視頻細(xì)節(jié)，增強(qiáng)直播賽事、節(jié)目轉(zhuǎn)播等觀看效果。5G可以將通信延遲時(shí)間降低到毫秒級(jí)別[2]，減少視頻播放的卡頓次數(shù)，增強(qiáng)超高清視頻的流暢度。因此，利用5G可以減小傳輸時(shí)畫質(zhì)受損概率、縮短通信延遲時(shí)間，從而提高節(jié)目質(zhì)量。

2.2 降低流量成本

廣播電視行業(yè)傳輸4K/8K超高清畫質(zhì)的視頻時(shí)需要大量通信流量，視頻傳輸時(shí)間越長(zhǎng)，流量消耗越大。傳統(tǒng)4G通信技術(shù)的傳輸速率均值為71 Mb·s-1，而5G傳輸速率的均值可以達(dá)到1.4 Gb·s-1，是4G通信技術(shù)傳輸速率的20倍。因此，利用5G可以加快視頻傳輸速度，減少流量消耗，從而降低流量成本。

3 5G在廣播電視工程中的應(yīng)用

3.1 基于5G的廣播電視轉(zhuǎn)播

通過5G可以進(jìn)行廣播電視超高清傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程分會(huì)場(chǎng)轉(zhuǎn)播。與傳統(tǒng)4G視頻傳輸相比，5G視頻傳輸具有高寬帶、低延時(shí)等優(yōu)勢(shì)，為4K/8K超高清視頻傳輸提供技術(shù)支持，可以無(wú)線傳輸視頻信號(hào)，不必鋪設(shè)線纜，增加了視頻轉(zhuǎn)播的穩(wěn)定性與靈活性。

以中央廣播電視總臺(tái)春節(jié)聯(lián)歡晚會(huì)首次應(yīng)用4K+5G超高清視頻進(jìn)行深圳分會(huì)場(chǎng)轉(zhuǎn)播為例，節(jié)目部門根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際需求搭建基于5G的信息采集傳輸平臺(tái)，具體運(yùn)作流程如圖1所示。

圖1 5G采集傳輸平臺(tái)

工作人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需求架設(shè)兩臺(tái)4K攝像機(jī)，分別拍攝大全景及側(cè)面全景。4K攝像機(jī)采集素材后經(jīng)過編碼器自動(dòng)編碼，通過無(wú)線轉(zhuǎn)換設(shè)備接入5G網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)解碼器解碼后由本地專線傳輸至深圳會(huì)場(chǎng)轉(zhuǎn)播車，最終經(jīng)過衛(wèi)星與光纜回傳至北京總部。此次素材信息傳輸過程采用本地編解碼，優(yōu)勢(shì)在于網(wǎng)絡(luò)路由簡(jiǎn)單，極大程度地縮短信息延遲時(shí)間。5G采集傳輸平臺(tái)自動(dòng)對(duì)攝像機(jī)、編碼器、解碼器硬件進(jìn)行備份，同時(shí)傳輸主路及備路素材信息至轉(zhuǎn)播車，以保證5G采集傳輸鏈路的安全、穩(wěn)定，保障4K超高清視頻信號(hào)的高質(zhì)量回傳。

3.2 基于5G的智慧電臺(tái)

5G智慧電臺(tái)是由智能音頻研究中心自主研發(fā)的人工智能編播系統(tǒng)，通過智能抓取、智能編排及智能播報(bào)等，可以一鍵式自動(dòng)生成新聞、音樂、天氣等節(jié)目，無(wú)須主持人及編導(dǎo)，僅需要5 min即可生成一套24 h播出的電臺(tái)節(jié)目?，F(xiàn)如今，5G智慧電臺(tái)已升級(jí)至iMango 4.0系統(tǒng)[3]。該系統(tǒng)中，語(yǔ)音合成系統(tǒng)和語(yǔ)音編輯系統(tǒng)占主導(dǎo)地位，為廣播電臺(tái)持續(xù)提供不同類型的節(jié)目。系統(tǒng)利用大數(shù)據(jù)算法獲取用戶需求偏好，通過云技術(shù)為用戶提供個(gè)性化節(jié)目。5G智慧電臺(tái)充分利用人工智能、5G、區(qū)塊鏈等新型技術(shù)，對(duì)現(xiàn)有廣播電視平臺(tái)進(jìn)行跨越式升級(jí)，極大地提升節(jié)目制作效率。

5G智慧電臺(tái)包含黨史黨建、音樂、綜藝等多個(gè)板塊。用戶輸入相關(guān)文字，5G智慧電臺(tái)就會(huì)自動(dòng)生成虛擬主播語(yǔ)音播報(bào)節(jié)目，可廣泛應(yīng)用于新聞推送、緊急天氣播報(bào)等服務(wù)。例如，2022年北京冬奧會(huì)開幕前，張家口廣播電視臺(tái)利用5G智慧電臺(tái)實(shí)時(shí)傳播冬奧會(huì)資訊，全套20個(gè)時(shí)段持續(xù)傳播新聞播報(bào)。2021年河南暴雨造成洪澇災(zāi)害期間，5G智慧電臺(tái)及時(shí)發(fā)布抗洪救災(zāi)措施，與百度地圖、氣象局合力推送路況天氣等消息，積極強(qiáng)化應(yīng)急服務(wù)能力，持續(xù)助力當(dāng)?shù)乜购榫葹?zāi)。5G智慧電臺(tái)還發(fā)起“創(chuàng)作者計(jì)劃”活動(dòng)，集合200多家電臺(tái)共創(chuàng)《紅色講解員》節(jié)目，各廣播電臺(tái)可以相互借鑒制作方式，揚(yáng)長(zhǎng)避短。5G智慧電臺(tái)有助于廣播電視行業(yè)提升工作效率，加快緊急事件推送速度。

3.3 基于5G+4K/8K+VR/AR的直播模式應(yīng)用

基于5G的虛擬現(xiàn)實(shí)（Virtual Reality，VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality，AR）直播模式為廣播電視直播領(lǐng)域帶來(lái)技術(shù)性變革[4]。5G使得VR/AR廣播電視直播更加流暢、多元化。觀眾可以自由選擇觀看角度，直觀感受現(xiàn)場(chǎng)氛圍，通過與直播人員云互動(dòng)，觀看虛擬現(xiàn)實(shí)內(nèi)容等，為觀眾帶來(lái)前所未有的沉浸感與互動(dòng)性，提高觀眾的參與感、體驗(yàn)感。

2019年，5G首次投入到商業(yè)使用中。以2019年第28屆金雞百花電影節(jié)為例，此次直播活動(dòng)是金雞百花電影節(jié)第一次運(yùn)用5G+4K+VR/AR技術(shù)，通過2+N全景多視角、72 h不間斷直播，為觀眾創(chuàng)造一場(chǎng)全新的視覺盛宴。依托5G，直播畫質(zhì)更精細(xì)、流暢和真實(shí)；寬色域、高色深和三維全景聲讓畫面色彩更豐富，使聲音更具空間感、方位感。5G+4K+VR/AR技術(shù)的運(yùn)用使得觀眾耳目一新，更是直播模式的創(chuàng)新，為廣播電視的多元化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

3.4 基于5G+4K/8K+AI的融合應(yīng)用

5G+4K/8K+AI戰(zhàn)略經(jīng)過多年發(fā)展與應(yīng)用，已在融合制播、融合直播等方面取得一系列成果。利用5G高速傳播信號(hào)的優(yōu)勢(shì)、4K/8K分辨率的高清圖像及人工智能（Artificial Intelligence，AI）技術(shù)，廣播電視行業(yè)的發(fā)展更加智能化。如AI語(yǔ)音技術(shù)、AI圖像文字合成等技術(shù)，為廣播電視行業(yè)帶來(lái)極大便利。利用5G可以實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別語(yǔ)音、智能文字提取、AI視頻增強(qiáng)等[5]。智能識(shí)別語(yǔ)音可以將語(yǔ)音自動(dòng)轉(zhuǎn)換成字幕，節(jié)省人工成本與時(shí)間，提供更加完善的字幕服務(wù)；智能文字提取可以幫助廣播電視從圖像中提取關(guān)鍵文字信息，提高工作效率；AI視頻增強(qiáng)技術(shù)可以提升視頻質(zhì)量，去除視頻噪音、強(qiáng)化圖像顏色、實(shí)時(shí)調(diào)整視頻清晰度用以適配網(wǎng)絡(luò)，提升視頻播放流暢度。

以2022年北京冬奧會(huì)為例，中央廣播電視總臺(tái)通過自研的AI時(shí)間切片系統(tǒng)、AI手語(yǔ)翻譯、AI智能剪輯等技術(shù)為觀眾帶來(lái)全新的體育比賽觀看模式。利用AI時(shí)間切片系統(tǒng)、人工智能算法及圖像學(xué)等技術(shù)，可以在極短時(shí)間內(nèi)完成技術(shù)動(dòng)作的剝離運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)滑雪運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作與視頻背景的分離。AI智能剪輯可自動(dòng)識(shí)別運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)動(dòng)作、比賽項(xiàng)目、現(xiàn)場(chǎng)觀眾反應(yīng)，根據(jù)比賽項(xiàng)目及成績(jī)自動(dòng)生成短視頻。AI手語(yǔ)翻譯官積極聆聽現(xiàn)場(chǎng)賽事情況，實(shí)時(shí)為聽障人士解說(shuō)賽事，期間為聽障人士提供手語(yǔ)服務(wù)總計(jì)300多萬(wàn)次，切實(shí)提升聽障人士的參與感?；?G，廣播電視行業(yè)可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)升級(jí)，從而提供更加人性化的服務(wù)。

4 結(jié)語(yǔ)

5G與廣播電視工程融合是時(shí)代發(fā)展的必然要求。5G作為廣播電視發(fā)展的關(guān)鍵一環(huán)，對(duì)廣播電視工程的技術(shù)升級(jí)創(chuàng)新具有重要意義。超高清轉(zhuǎn)播、5G智慧電臺(tái)、5G+VR/AR/AI等技術(shù)融合，充分展示了5G的潛力。未來(lái)，廣播電視工程相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)積極探索5G與廣播電視行業(yè)的新型融合方式，持續(xù)為廣播電視開創(chuàng)更多前沿服務(wù)和多樣化內(nèi)容，引領(lǐng)廣播電視行業(yè)朝著更加智能化、人性化方向不斷邁進(jìn)。