5G+超高清視頻在廣播電視領域的應用

李一峰

（重慶廣播電視技術中心涪陵轉播臺，重慶 408000）

0 引 言

隨著信息技術的迅猛發展，5G技術和超高清視頻作為兩大前沿技術備受矚目。本文旨在深入探討5G+超高清視頻在體育、綜藝和新聞節目中的應用，展示其創新潛力，為廣播電視行業的數字化升級和未來發展提供新的思路和啟示。

1 5G技術概述

1.1 5G技術的基本原理和特點

5G技術是第五代移動通信技術，其基本原理是在高頻段實現大帶寬、高速率和低延遲。5G采用了更高的頻率資源、大規模天線陣列技術以及多用戶多輸入多輸出（Multiple Input Multiple Output，MIMO）技術來提高網絡容量和性能。5G的主要特點包括：更高的傳輸速率，支持更豐富的多媒體應用；更低的時延，提供實時交互和更高效的服務；更多的設備連接，支持物聯網的快速發展；更高的網絡能量效率，降低能耗。此外，5G還引入了網絡切片技術，使得網絡能夠根據應用需求按需分配資源，滿足不同業務的多樣化需求[1]。

1.2 5G網絡架構與功能

5G網絡架構是一種靈活的分層結構，主要由核心網絡和無線接入網絡組成。核心網絡采用云計算和虛擬化技術，具有高度靈活性和可擴展性，包含多個功能模塊，如用戶面和控制面分離、網絡切片、邊緣計算等，以滿足多樣化的業務需求[2]。無線接入網絡包括基站和傳輸網，支持多頻段和多載波技術，實現更廣闊的覆蓋和更高的容量。

5G網絡功能強大，除了提供高速數據傳輸和低時延，還支持大規模連接物聯網設備，支持網絡切片和邊緣計算，為不同行業提供定制化的網絡服務。同時，5G網絡還具備高度安全性，采用加密和認證技術來保護用戶數據和隱私。這些優勢使得5G網絡成為連接智能設備和數字化應用的關鍵基礎設施，推動了智能城市、智能工廠等新興應用的發展。

1.3 5G在廣播電視領域的應用前景

5G在廣播電視領域的應用前景廣闊。其高速率、低時延和大連接特性將帶來多重變革[3]。首先，5G技術將使超高清視頻實時傳輸成為可能，提升觀眾觀影體驗。其次，5G網絡支持更多用戶同時在線觀看，促進個性化內容推薦和互動式體驗。此外，5G網絡還可推動虛擬現實（Virtual Reality，VR）和增強現實（Augmented Reality，AR）技術的應用，為廣播電視節目增添更多交互性。5G還將促進直播業務的發展，支持高質量、多角度的實時直播節目。最后，5G與邊緣計算結合，可實現內容在邊緣節點的快速處理和分發，提高服務質量。

2 超高清視頻技術概述

2.1 超高清視頻的定義和特點

超高清視頻（Ultra High Definition，UHD）是一種高質量的視頻格式，具有較高的分辨率和更真實的色彩表現。常見的超高清視頻分辨率為3 840×2 160像素（4K UHD）或7 680×4 320像素（8K UHD），相比于傳統高清視頻，它們具有更多的像素，呈現出更清晰、更細膩的圖像細節。超高清視頻還采用高動態范圍（High Dynamic Range，HDR）技術，拓展了視覺表現范圍，增強了明暗細節，使畫面更加真實、生動[4]。此外，超高清視頻還支持更高的幀率，如60 f·s-1或120 f·s-1，讓動態畫面更加流暢。

2.2 超高清視頻編解碼技術

超高清視頻編解碼技術是對超高清視頻進行壓縮和解壓縮的關鍵技術。編碼是將原始視頻數據壓縮成較小的文件大小以減少存儲和傳輸成本，而解碼則是將壓縮后的數據還原為高質量的超高清視頻。目前，常用的超高清視頻編解碼標準包括H.265/HEVC和VP9。這些編碼技術采用復雜的算法和預測模型，以降低碼率、提高壓縮效率，并支持高動態范圍和更高的色彩深度。

2.3 超高清視頻傳輸與存儲技術

超高清視頻傳輸與存儲技術是實現高質量視頻傳輸和存儲的關鍵[5]。對于傳輸，超高清視頻文件較大，需要高帶寬和穩定網絡支持，常見的傳輸方式包括光纖網絡、5G網絡和高速以太網，以確保高速、流暢的視頻傳輸體驗。同時，可以使用自適應比特率傳輸技術，根據網絡狀況自動調整視頻質量，確保在不穩定網絡環境下也能獲得良好的觀看效果。對于存儲，超高清視頻文件體積巨大，需要大容量的存儲設備，如硬盤、固態硬盤等。

3 5G+超高清視頻在廣播電視領域的應用

3.1 5G+超高清視頻在體育節目中的應用

5G+超高清視頻在體育節目中的應用呈現出豐富的創新潛力。首先，5G網絡的高速率和低時延使得觀眾能夠實時觀看高清、流暢的比賽畫面，增強了觀看體驗[6]。超高清視頻技術的高分辨率和HDR技術帶來更真實、細膩的畫面，使觀眾能更清晰地觀察比賽細節。其次，5G技術支持多角度拍攝和實時切換，觀眾可自由選擇觀看不同視角，增加了互動性。再次，5G還能實現AR和VR技術的應用，將觀眾沉浸到比賽場景中，提供身臨其境的感覺。最后，5G網絡切片技術為重要體育賽事提供專用網絡資源，確保高質量傳輸。

綜上所述，5G+超高清視頻在體育節目中的應用將帶來更豐富、互動性更強、觀看體驗更優的新視聽享受，推動體育節目向數字化和智能化方向發展。2022年冬奧會是5G+超高清視頻在體育節目中應用的典型案例。中央廣播電視總臺（以下簡稱總臺）以5G+4K/8K+AI技術為基礎，打造科技冬奧，高鐵5G超高清奧運演播室、5G背包、“獵豹”超高速4K軌道攝像機等被廣泛應用于冬奧會節目制作與轉播中。在北京冬奧會花滑和短道速滑8K轉播節目中，總臺CCTV-8K頻道運用5G技術、8K超高清畫面賽事轉播技術、三維聲沉浸式聲音技術打造超高清、臨場感、沉浸式的觀看體驗。8K+5.1.4轉播車系統負責制作和收錄5.1.4三維聲、5.1環繞聲和下混立體聲信號，通過5G背包支持后方新聞演播室主持人與前方外場記者視頻連線的業務場景，通過5G網絡全面覆蓋北京、延慶、張家口三個冬奧賽區，確保冬奧會演播室系統運行穩定、播出安全。

3.2 5G+超高清視頻在綜藝節目中的應用

5G+超高清視頻在綜藝節目中的應用，為這一領域帶來了獨特的創新和發展機遇。首先，5G網絡的高速率和低時延使得綜藝節目可以實時傳輸高清畫面，觀眾能夠更流暢地觀看直播和點播，提升了觀看體驗。超高清視頻技術的高分辨率和HDR技術增強了畫面細節和色彩表現，提高了視覺感受，使觀眾沉浸于綜藝節目的內容。其次，5G技術支持多攝像機拍攝和實時切換，增加了綜藝節目的趣味性和視覺效果，豐富了內容呈現方式。觀眾可以自由選擇不同視角，增強了互動性。綜合而言，5G+超高清視頻在綜藝節目中的應用將推動節目創新，提升觀眾體驗，為綜藝節目產業的數字化升級和發展帶來新的機遇。5G+超高清視頻在綜藝節目中有廣泛的應用，以總臺春節聯歡晚會（以下簡稱春晚）為例，在總臺實施“5G+4K/8K+AI”戰略布局后，2021，2022，2023年的春晚在技術應用方面取得新突破，5G+超高清視頻在總臺春晚的應用為觀眾帶來超高清、沉浸式、云端視覺盛宴。以2021年春晚為例，在“5G+4K/8K+AI”戰略布局指導下，2021年春晚帶給觀眾一場云端視覺盛宴。2021年，春晚節目《牛起來》依托5G技術實現內地演員關曉彤、王一博在北京春晚現場的演出直播與香港演員劉德華在香港完成的云錄制，通過4K/8K超高清視頻技術實現演員們在春晚舞臺的跨時空“同臺演繹”。以2020年春晚為例，在2021年春晚臺成功經驗的基礎上，4K/8K、5G、AI、虛擬現實等技術在2022年春晚舞臺上綻放光芒，舞蹈詩劇《只此青綠》節目融合4K/8K、5G、XR、全息掃描等技術勾勒出宋朝的青綠山水，帶給用戶沉浸式、超高清的節目觀看體驗。以2023年春晚為例，大量運用5G、4K/8K、AI、XR等新技術，首次實現“8K超高清+三維菁彩聲”春晚直播，首次使用國內自主研發的8K超高清攝像機參與春晚攝制，5G云連線技術搭建從云端到現場的橋梁，讓春晚舞臺現場內外同唱一首歌，為觀眾帶來奇妙、震撼的視聽感受。

3.3 5G+超高清視頻在新聞節目中的應用

5G+超高清視頻在新聞節目中的應用，將為新聞行業帶來深刻的變革。首先，5G網絡的高速率和低時延使得新聞報道可以實時傳輸高清視頻，記者能夠快速將現場新聞實況直播到觀眾面前，增強了新聞報道的時效性和實時性。超高清視頻技術的高分辨率和HDR技術提高了畫面質量，使觀眾更清晰地看到細節，提升了新聞報道的視覺感受。其次，5G技術支持多攝像機拍攝和實時切換，讓觀眾從不同角度了解事件現場，提供更全面的報道。此外，5G還可結合AR技術，為新聞節目增加虛擬元素，更生動地展現新聞內容。5G網絡切片技術可確保重要新聞節目擁有專用網絡資源，保障高質量傳輸。以2023年全國兩會新聞報道為例，中國聯通圓滿完成2023年全國兩會通信服務保障工作，優化網絡覆蓋，支持“5G+4K”“5G+VR”業務及多點、多地多路、多鏡視頻直播和新聞報道的需求。除此之外，5G+超高清視頻在黨的二十大、北京2022年冬奧會和冬殘奧會、中華人民共和國成立70周年及中國共產黨成立100周年慶?；顒拥刃侣劵顒又杏袕V泛的應用，極大地提升新聞直播、轉播的流暢度、清晰度，帶給觀眾超高清、沉浸式、臨場感的新聞觀看體驗。

4 結 語

通過對5G技術和超高清視頻在廣播電視領域的應用研究發現，5G與超高清視頻的融合，將推動廣播電視行業的創新與發展，提升用戶體驗和觀看效果。5G的高速率和低時延使得超高清視頻實時傳輸成為可能，為體育、綜藝和新聞節目帶來更豐富的內容呈現方式。