孫斐然

（蘇州市吳江區(qū)融媒體中心 江蘇省蘇州市 215200）

數(shù)字化革命是把超高清視頻技術(shù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與5G技術(shù)進行結(jié)合的一場革命，該革命會對所有行業(yè)與政府的信息化發(fā)展有很大的推動作用，并和國家戰(zhàn)略中的“建設(shè)數(shù)字中國”是思想是相同的。由于超大連接、超低時延與超高網(wǎng)速對5G的推動，就會被普遍使用到所有行業(yè)中，可以使業(yè)務場景中要求比較苛刻的部分得到滿足，比如超高清直播、工廠自動化、應急指揮等。由于超高清與5G的相結(jié)合，就可以更好的實施國家戰(zhàn)略內(nèi)的“建設(shè)數(shù)字中國”。

由于要對高并發(fā)圖像進行處理時的帶寬方面有要求，能夠?qū)π阅苓M行擴展的是協(xié)同架構(gòu)，且是分機式的?，F(xiàn)在將光纖網(wǎng)絡當做分布式處理架構(gòu)最關(guān)鍵的通信傳輸介質(zhì)，且是物理的，由于有線傳輸所具有的局限性，就對移動視頻之后的發(fā)展產(chǎn)生制約。所以，急需把5G技術(shù)與超高清視頻融合，就要對處理架構(gòu)進行研究，并且處理架構(gòu)是使用于較大分辨率的大屏顯示系統(tǒng)內(nèi)的視頻。

在本文中，對5G和超高清視屏的融合的使用時不少主要技術(shù)進行了研究，對顯示、傳輸、處理多并發(fā)超高清視頻等技術(shù)難題進行了解決，對面對其分布式超高處理系統(tǒng)進行了建立，使二者融合的不斷發(fā)展得到推進。

1 以5G網(wǎng)絡為基礎(chǔ)的分布式系統(tǒng)架構(gòu)

在計算機的桌面中，總線式架構(gòu)使用到其超高清圖像中，并且優(yōu)勢比較多，可是，仍有瓶頸存在于海量信號源的并發(fā)中，對系統(tǒng)性能的正常發(fā)揮產(chǎn)生影響。對分布式并發(fā)處理架構(gòu)進行處理的技術(shù)是多節(jié)點與壓縮編碼技術(shù)，可以對有關(guān)瓶頸進行緩解，可是依然要對系統(tǒng)本身所具有的延時網(wǎng)絡與其導致的問題進行克服。所以，要同步顯示與實時處理超高清圖像，且超高清圖像是在海量信號進行接入的過程中獲得的，還要改進現(xiàn)在的處理架構(gòu)，就能使條件比較嚴格時更好的對監(jiān)控場景進行指揮的有關(guān)業(yè)務的使用得到滿足。

雖然，5G宏站已經(jīng)被我國三個最大的運營在很多城市中進行了部署，可是依然有一些痛點存在，比如較低的并發(fā)速率、較差的5G信號，且是室內(nèi)的，這樣就不能使室內(nèi)的4K/8K超高清在5G傳輸?shù)馁|(zhì)量等方面的有關(guān)要求得到滿足。在本文中，所用的方案是室內(nèi)的5G小基站與其5G微基站二者混合，且是宏微的異構(gòu)協(xié)同的，該方案能夠把以5G無線通信網(wǎng)絡為基礎(chǔ)的處理超高清視頻的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的最核心技術(shù)等方面的問題進行打破，既能使網(wǎng)絡質(zhì)量的低時延、大寬帶、室內(nèi)的4K/8K超高清等有關(guān)要求得到滿足，還能使室外的移動5G宏站可以不間斷連接。圖1就是其系統(tǒng)架構(gòu)圖。

圖1：以5G無線網(wǎng)絡傳輸為基礎(chǔ)的超高清視頻系統(tǒng)框架圖

2 核心技術(shù)

在系統(tǒng)中，最核心的技術(shù)就是優(yōu)化超高清視頻對編解碼算法的開展與其5G網(wǎng)絡低延時、大寬帶傳輸?shù)腝oS的質(zhì)量方面的保障。

2.1 優(yōu)化超高清視頻對編解碼算法的開展

由于要持續(xù)普及電子消費方面的設(shè)備，所以促進了超高清視頻的發(fā)展，就數(shù)字視頻在壓縮方面的性能的要求就更深了一層，所以，就要急需以視頻編解碼的最新標準來優(yōu)化其算法?，F(xiàn)在，在視頻編解碼傳輸系統(tǒng)中最具代表性的系統(tǒng)包括了顯示、解碼、傳輸、編碼及采集。

壓縮編解碼所具有的壓縮率和圖像質(zhì)量有很大的關(guān)聯(lián)。拼接超高清顯示墻系統(tǒng)中有2種來源構(gòu)成了其圖像，第一種為影像視頻、監(jiān)控攝像頭視頻，二者中最主要的就是運動視頻，第二種為超高清的信號源，此種最主要的就是計算機的桌面。在計算機的桌面中最主要的是視頻畫面，該畫面主要是文字與圖標，并且都是靜態(tài)的，和運動視頻是不一樣的。若運動畫面發(fā)生損傷，就會嚴重影響圖像的質(zhì)量，所以要對編碼引擎對視頻源方面的問題進行解決且是動態(tài)的。

2.2 超高清視頻5G網(wǎng)絡低延時、大寬帶傳輸QoS的質(zhì)量方面的保障

就5G無線網(wǎng)絡而言，4K/8K超高清視頻有關(guān)其穩(wěn)定傳輸與寬帶容量方面的要求非常嚴格。當無線網(wǎng)絡有比較復雜的環(huán)境與同時有不少用戶在線時，怎樣對其有關(guān)業(yè)務進行保證，是5G超高清視頻系統(tǒng)一定要進行解決的最主要問題。

當對4K/8K超高清視頻進行傳輸時，經(jīng)常會有很多原因造成資源緊缺、網(wǎng)絡質(zhì)量不高等問題產(chǎn)生。固有超高清編解碼算法就是對網(wǎng)絡質(zhì)量的檢測是靜態(tài)的，且是由接收端來實現(xiàn)的，這樣就會有不能快速響應控制、較長的檢測期限等狀況出現(xiàn)。經(jīng)過以5G網(wǎng)絡開放的能力平臺為基礎(chǔ)來對吞吐量、小區(qū)負荷、其信道質(zhì)量進行監(jiān)測，調(diào)整編解碼算法，且是動態(tài)的、閉環(huán)的、快速的，能夠提高超高清解碼算法的速度、傳輸?shù)臏蚀_度與效率。

3 設(shè)計系統(tǒng)

3.1 基于內(nèi)容感知并行切片的像素管道編解碼技術(shù)

關(guān)于現(xiàn)在編解碼傳輸系統(tǒng)中存在的延時方面的問題，把處理方法提出來了，該方法是以并行內(nèi)容感知的切片為基礎(chǔ)的拉流與其像素管道編解碼技術(shù)，可以讓4K/8K超高清編解碼的傳輸是超低延時。經(jīng)過感知與分布圖像的內(nèi)容、色彩及判斷前后幀的內(nèi)容，就會并行切片其幀數(shù)據(jù)。

3.1.1 幀序列化的流程

就4K/8K信號源而言，是以行掃描為基礎(chǔ)來對圖像進行輸出的，采集圖像的組件在對行進行采集之后且行數(shù)是N行預設(shè)的，就可以馬上輸送到編碼組來編碼。經(jīng)過感知圖像的內(nèi)容、分布圖像的色彩與前后幀內(nèi)容，就能對畫面進行判斷，判斷其是來源中的哪一種，就是視頻畫面主要是文字與圖表，且都是靜態(tài)的，明確要不要把對幀圖像進行緩存的步驟去除，把引入幀緩存方面的延時降低，最快速度把圖像傳輸?shù)骄幋a組來編碼。

3.1.2 編碼的過程

在編碼圖像片時可以使用編碼組，若1個片有N行，那么1幀圖像且是4K的能夠系列化的圖像片是2160/N個。因為編碼的過程所需要的時間比較多，由于要使編碼的速度加快，就可以把很多編碼引擎引入到計算機制中，所有圖像片都被平均的輸送到很多編碼引擎中，就會有與之對應的編碼幀序列產(chǎn)生。

3.1.3 解碼的過程

在編碼數(shù)據(jù)且是序列化被編碼組件所生成之后，就會被網(wǎng)絡傳輸傳輸至編碼組件中。在推流傳輸中最具有帶表性的就是傳輸數(shù)據(jù)被發(fā)送端發(fā)送到接收端，且是主動的，由于接收端和發(fā)送端的處理是不同步的，在接收端無法及時處理時，那么發(fā)送端就不會馬上傳輸，而是先進行緩存，然后在試著發(fā)送，延時引入就是進行緩存。與之相反，在接收端可以及時處理時，因為發(fā)送端沒有準備好數(shù)據(jù)，那么接收端此時就比較空閑。所以，拉流傳輸機制的引入，接收端在處理時的節(jié)拍是固定的，發(fā)送端會按時接收心跳包，促進二者的處理能夠同步，使緩存為零的傳輸?shù)靡詫崿F(xiàn)。圖像有關(guān)數(shù)據(jù)的恢復、解碼編碼數(shù)據(jù)的是解碼組件。該過程內(nèi)，圖像幀的數(shù)量是1個，但是序列化的圖像片的數(shù)量是多個，把很多解碼引擎進行引入來計算，很多編碼數(shù)據(jù)會被平均的輸送到相應解碼引擎中，圖2就是其解碼過程。

圖2：并行切片化解碼過程圖

3.2 簡述雙流傳輸?shù)淖赃m應與雙流編解碼技術(shù)

由于視頻源信號的類型不同，若要對其適應，且是動態(tài)的，就把雙流編解碼與雙流傳輸自適應兩個技術(shù)提出來了。這兩個編碼引擎A、B分別使H.265/HEVC編碼、管道像素編碼得以實現(xiàn)。H.265/HEVC編碼被編碼引擎A給實現(xiàn)之后，其信號就會被傳輸，可以當做管控端預覽信號；編碼引起B(yǎng)可以使以管道像素編碼為基礎(chǔ)得以實現(xiàn)，在傳輸之后，可以當做管控端遠程控制4K/8K信號源。就渲染過程而言，可以當做圖像幀在被圖像片進行組裝之后，在傳輸至顯示設(shè)備中。此處理過程的實施，關(guān)注的是若圖像片在傳輸至顯示設(shè)備中，且不經(jīng)過別的設(shè)備，因為有抖動出現(xiàn)在傳輸中，就會有撕裂出現(xiàn)在圖像中。

3.3 以5G無線鏈路感知為基礎(chǔ)的新型調(diào)整超高清編解碼自適應的算法

關(guān)于存在于4K超高清視頻進行傳輸中的不良原因而導致資源緊缺、較差的網(wǎng)絡質(zhì)量等，把以5G無線鏈路感知為基礎(chǔ)的新型調(diào)整超高清編解碼自適應的算法給提出來了。下面就是詳細判斷得以實現(xiàn)的措施。

無線網(wǎng)絡信息的能力開放被5G網(wǎng)絡所提供，能力開放信息包括吞吐量、小區(qū)負荷、無線信道的質(zhì)量等，和AI人工智能分析技術(shù)相結(jié)合，就能使QoS業(yè)務自用戶級、流級及報文級的粒度更細、更有保證，把新型網(wǎng)絡能力進行了提供。該平臺能夠使5G能力開放API網(wǎng)關(guān)與5G無線能力開放服務等功能得以實現(xiàn)。

（1）功能一：5G無線能力開放服務。對測量其承載信道的質(zhì)量的事件、事件的修改/刪除/建立的承載進行支持，由事件取代小區(qū)；對超高清顯示系統(tǒng)訂閱發(fā)布無線能力事件，且是相應的，對相應訂閱的取消是支持的。

（2）功能二：5G能力開放API網(wǎng)關(guān)。該網(wǎng)關(guān)會鑒權(quán)與認證調(diào)用服務的人，可以對統(tǒng)計調(diào)用API的次數(shù)進行支持。

圖3是其交互架構(gòu)圖。

圖3：超高清顯示系統(tǒng)與5G網(wǎng)絡能力開放平臺交互系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從圖3可以知道，該交互流程的步驟有4個。

（1）由于無線資源管理模塊存在于5G基站中，該模塊能夠?qū)τ嘘P(guān)信息進行采集且是周期性的，所采集的信息包括吞吐量、小區(qū)負荷、無線信道質(zhì)量等，OAM操作維護管理模塊會把所采集的信息上報到5G網(wǎng)絡能力開放平臺中。

（2）無線能力信息會被5G基站進行上報，并上報到5G網(wǎng)絡能力開放平臺中，該平臺會把信息直接儲存至數(shù)據(jù)庫內(nèi)，調(diào)用接口被能力開放API網(wǎng)關(guān)給提供出來，且是對外的。

（3）通過4K/8K超高清編解碼算法模塊，無線能力開放服務會被5G網(wǎng)絡能力開放平臺所訂閱，基于所訂閱的有關(guān)信息，能力開放API網(wǎng)關(guān)把信息直接上報至該模塊中。

（4）該模塊和5G網(wǎng)絡能力開放平臺對網(wǎng)絡狀況進行的反饋相結(jié)合來對調(diào)整決策的自適應。

4 4K超高清電視技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 技術(shù)參數(shù)的多元化發(fā)展

在4K超高清電視技術(shù)的應用和發(fā)展中，技術(shù)指標呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢，還可以根據(jù)具體的多媒體音視頻轉(zhuǎn)播業(yè)務等多種應用場景，對4K和8K超高清技術(shù)進行適當?shù)呐渲?，可以讓觀眾有一種身臨其境的感覺。在各種技術(shù)指標不斷發(fā)展的過程中，可以全面地評價和分析視頻、音頻的特定播放品質(zhì)和傳輸效率，從而豐富和擴展節(jié)目與觀眾的互動交流方式，提升觀眾的使用樂趣。在進行各種關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的研制時，應盡可能地避免采用低幀率、左聲道等技術(shù)，以免對觀眾和聽眾的感受造成不良影響。隨著各種技術(shù)參數(shù)的多樣化發(fā)展，技術(shù)人員和管理者可以針對不同的業(yè)務應用場景，提高音頻、視頻數(shù)據(jù)的處理與分析的質(zhì)量。技術(shù)指標的多樣化，也反映了我國廣播電視技術(shù)行業(yè)的發(fā)展正走上高速健康發(fā)展的新局面。

4.2 內(nèi)容制作的智能化發(fā)展

內(nèi)容制作也向著智能化的方向邁進，它還可以針對不同行業(yè)的不同應用和不同的平臺，對4K超高清電視的生產(chǎn)和包裝技術(shù)進行定制，以滿足不同城市和城市網(wǎng)絡的實時語音和圖像通訊對傳輸?shù)囊蟆Ｌ貏e是在大數(shù)據(jù)和云計算技術(shù)盛行的今天，通過廣泛的應用人工智能技術(shù)，可以極大地提高廣電媒體的工作效率和管理效率，同時也可以對節(jié)目音頻播放的海量的數(shù)據(jù)進行收集，并通過統(tǒng)計分析工具對數(shù)據(jù)進行分析與統(tǒng)計，把特定的點播流量轉(zhuǎn)化為相應的商業(yè)評價指標。通過內(nèi)容制作的智能化發(fā)展模式，可以將云計算平臺與融媒介技術(shù)實現(xiàn)有機結(jié)合，實現(xiàn)對4K超高清技術(shù)精確運用的商業(yè)數(shù)據(jù)進行業(yè)務集成和數(shù)據(jù)分析。在數(shù)字化的時代背景下，媒體制作人與編導人員也可以迅速地學習各種智能技術(shù)及 AI技術(shù)的運用技巧。

4.3 穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡傳輸模式

它的網(wǎng)絡傳輸方式非常穩(wěn)定高效，通過和各項電視媒體業(yè)務需求的匹配，可以滿足各種高清電視的操作請求，也可以通過云技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的創(chuàng)新，逐漸形成一個完整的融媒體服務平臺。在開發(fā)和應用5G網(wǎng)絡通信技術(shù)資源時，要開發(fā)出一種穩(wěn)定、有效的網(wǎng)絡傳送方式，同時還可以有效地利用現(xiàn)有的帶寬資源，并對其核心業(yè)務的表現(xiàn)方式進行精細的管理和分析?；诜€(wěn)定、高效的網(wǎng)絡傳輸方式，4K超高清視頻技術(shù)與媒體平臺均能準確地判斷、識別、分析現(xiàn)有網(wǎng)絡帶寬資源的使用情況，并及時了解有關(guān)服務要求和系統(tǒng)管理要求，快速進行響應。合理地規(guī)劃網(wǎng)絡頻率，不僅有助于發(fā)展和推廣超高清電視技術(shù)，而且可以為5G時代的5G技術(shù)開辟一條新的發(fā)展之路。

5 結(jié)束語

現(xiàn)在，我國所擁有的4K/8K超高清顯示應用體驗平臺中并不包括多路超高清與5G無線通信并發(fā)處理。在本文中，經(jīng)過建立4K/8K超高清顯示系統(tǒng)處理架構(gòu)且是使用了5G無線通信網(wǎng)絡，關(guān)于多路并發(fā)超高清視頻中的有關(guān)要求，如同步性、超低延時等，選取的處理節(jié)點是分布式、分層級的，來進行相應業(yè)務，促進多屏之間的實時顯示與同步顯示。以5G網(wǎng)絡能力開放平臺為基礎(chǔ)，按照所監(jiān)測的信息，如吞吐量、小區(qū)負荷、無線信道質(zhì)量，來優(yōu)化編解碼算法的調(diào)整且是動態(tài)的，把視頻業(yè)務所具有的感知提高。

通過5G和4K超高清視頻技術(shù)結(jié)合的使用，可以盡可能把視頻范疇的分析與響應能力提高，5G可以把網(wǎng)絡傳輸過程中的缺點進行解決，4K/8K可以把體驗表現(xiàn)出來，把二者相結(jié)合，可以在視頻范疇中有很大變革。