王健

【摘要】隨著科技的不斷發(fā)展，電視的畫質(zhì)也在逐步提高。從初期的黑白電視、彩色電視再到高清電視，人們對電視畫質(zhì)的需求不斷提高。本文詳細探討了電視通訊技術(shù)發(fā)展的重要趨勢——5G通訊設(shè)備與4K電視技術(shù)的整合，就4K電視技術(shù)和5G通訊設(shè)備的基礎(chǔ)特性、市場應用以及4K電視技術(shù)和5G通訊設(shè)備對廣電全面數(shù)字化的影響進行了分析，探索了4K電視技術(shù)與5G通訊設(shè)備的整合可能帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)和市場機遇。

【關(guān)鍵詞】4K電視 ；TVU One直播設(shè)備；5G網(wǎng)絡；4K＋5G案例

中圖分類號：TN92? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.11.005

現(xiàn)在，4K電視（UHDTV，超高清電視）已經(jīng)逐漸進入人們的視線。4K電視的畫面清晰度是高清電視的4倍，這也意味著其對傳輸和處理能力的需求是高清電視的4倍。因此，4K電視技術(shù)的發(fā)展和普及，尤其是在視頻數(shù)據(jù)的傳輸和處理上面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)。而5G指的是第五代移動通信技術(shù)，5G技術(shù)的出現(xiàn)，使得數(shù)據(jù)傳輸速度得到了前所未有的提升。它不僅可以提供比4G網(wǎng)絡更高的下載和上傳速度，還能支持更多設(shè)備同時連接，其高速度、大容量和低時延的特性，被視為支持4K電視技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。與此同時，TVU One 5G FHD/UHD （以下簡稱5G直播背包）作為一個將視頻數(shù)據(jù)實時轉(zhuǎn)換為IP流并通過5G網(wǎng)絡進行傳輸?shù)脑O(shè)備，其在4K電視技術(shù)的應用中也顯示出了巨大的潛力。本文分析了4K電視技術(shù)和5G通訊設(shè)備的優(yōu)勢，并結(jié)合國內(nèi)電視臺在新聞實踐中的具體運用，闡述了二者融合給受眾帶來的新聞體驗，最后對未來發(fā)展提出了合理的想象。

1. 超高清（4K）技術(shù)與TVU One 5G直播背包的技術(shù)原理

1.1 4K電視的技術(shù)特點和需求

現(xiàn)如今4K電視技術(shù)已經(jīng)成為了未來發(fā)展的趨勢，簡單地說，4K電視又稱為超高清電視（UHDTV），就是一種分辨率的數(shù)值，從技術(shù)層面上來說，超高清（Ultra High Definition）其實是從4K數(shù)字標準衍生出的概念。標準的4K分辨率可以達到4096×2160像素，而超高清則要稍低一些，分辨率為3840×2160像素，是高清電視（1920×1080）分辨率的4倍[1]。雖然不能讓所有人在短時期內(nèi)立刻明白4K的原理，但是通過簡單的說法就是，4K意味著在屏幕上帶來了更多的像素點。原來1920×1080高清的像素點大約是200萬，而4K則達到了800萬，更多的像素點意味著更多的信息和更清晰的畫面，讓整個視覺效果看起來更高級、更逼真的視覺體驗，極大地豐富了畫面細節(jié)，使得觀眾仿佛身臨其境。而且，4K電視還支持高動態(tài)范圍（HDR）和廣色域（WCG），能夠提供更深的黑色和更亮的白色以及更豐富的顏色。

然而，這種高清晰度和豐富的色彩也帶來了巨大的數(shù)據(jù)傳輸和處理需求。例如，一秒鐘的4K視頻，其數(shù)據(jù)量就可能達到幾十MB，遠高于高清視頻。而且，由于4K電視的高分辨率和豐富色彩，對視頻編碼和解碼技術(shù)的要求也更高。因此，要實現(xiàn)4K電視的實時播放和傳輸，需要有足夠的數(shù)據(jù)傳輸帶寬和處理能力。

1.2 TVU One 5G直播背包的技術(shù)原理和優(yōu)點

隨著5G網(wǎng)絡的普及和成熟，更多的場景，例如遠程醫(yī)療、無人駕駛、智能家居等，都有可能成為網(wǎng)絡聚合推流設(shè)備的應用領(lǐng)域。在這些場景中，多網(wǎng)聚合路由設(shè)備不僅可以提供高質(zhì)量的視頻傳輸，還可以支持實時、互動等需求，使得用戶可以在任何時間、任何地點，享受到超高清的視覺體驗。在此基礎(chǔ)上，多網(wǎng)聚合路由設(shè)備的技術(shù)也將不斷提高，包括更高效的編碼技術(shù)、更智能的網(wǎng)絡調(diào)度等，都將進一步提升用戶的觀看體驗。

TVU One 5G直播背包是一款專業(yè)的直播視頻流解決方案，符合央視 4K 超高清電視技術(shù)標準，支持主流運營商5G網(wǎng)絡，內(nèi)置6個調(diào)制解調(diào)器，外加4個USB Modem接口；1路Wi-Fi，1路以太網(wǎng)共12個通道同時并行傳輸。 支持對4K 50/60P 的視頻進行10bit處理的能力；支持 HDR HLG/PQ，WCG BT.2020和4∶2∶0 10比特量化，采用專利視頻傳輸技術(shù)Inverse StatMux Plus （IS+） 及前向糾錯技術(shù)，實現(xiàn)多鏈路捆綁傳輸采用SMART VBR智能動態(tài)編碼，可動態(tài)管理碼率以快速適應帶寬波動支持H.264和H.265（HEVC）壓縮編碼支持多達8聲道輸入；超低延時，最低可達0.5秒，最多支持聚合12路網(wǎng)絡連接，包括3G/4G/5G移動網(wǎng)絡、微波、衛(wèi)星、Wi-Fi、BGAN和以太網(wǎng)，采用AES加密，極大提高了視頻傳輸安全性。即使帶寬突然丟失50%，傳輸依然穩(wěn)定流暢。電視臺演播室和現(xiàn)場工作人員無延時溝通，同時具備視音頻發(fā)送功能。相比于傳統(tǒng)的有線傳輸方式，5G背包具有移動性強、布線簡單、能適應各種環(huán)境等優(yōu)點。更重要的是，5G背包能夠支持大量的4K視頻數(shù)據(jù)傳輸，滿足4K電視的傳輸需求。

2. TVU One 5G直播背包在4K電視技術(shù)中的應用與挑戰(zhàn)

2.1 TVU One 5G直播背包的應用

由于5G背包的上述優(yōu)點，使其在4K電視中有著廣泛的應用前景。首先，TVU One 5G直播背包可以作為一種新型的電視信號傳輸設(shè)備，將電視臺的信號實時傳輸?shù)接脩舻碾娨暽?。其次?G背包也可以應用在視頻制作和播放設(shè)備中，實現(xiàn)視頻的實時編碼和傳輸[2]。最后，5G背包還可以應用在家庭網(wǎng)絡中，通過連接互聯(lián)網(wǎng)，實現(xiàn)家庭內(nèi)多臺設(shè)備的視頻共享和傳輸?？偟膩碚f，5G背包的技術(shù)優(yōu)勢和應用前景，使其在4K電視的發(fā)展中起著重要的推動作用。然而，如何充分利用這些優(yōu)勢以及如何解決在實際應用中可能遇到的問題，仍然是我們需要進一步研究和解決的問題。

2.2 TVU One 5G直播背包在4K電視中的技術(shù)挑戰(zhàn)

2.2.1 5G網(wǎng)絡覆蓋的問題

5G網(wǎng)絡是實現(xiàn)4K電視與TVU One 5G直播背包結(jié)合的關(guān)鍵。5G網(wǎng)絡雖然帶來了許多的改變和進步，但同時也面臨著一些挑戰(zhàn)。當前5G網(wǎng)絡的覆蓋范圍仍存在局限性。部分偏遠地區(qū)和室內(nèi)環(huán)境，如地下停車場、電梯間等，5G信號覆蓋不全，甚至無法覆蓋。這種情況直接限制了TVU One 5G直播背包在4K電視傳輸中的應用，降低了用戶體驗。

2.2.2 5G網(wǎng)絡的穩(wěn)定性問題

5G網(wǎng)絡在提供高帶寬、大容量傳輸?shù)耐瑫r，網(wǎng)絡穩(wěn)定性是另一個關(guān)鍵問題。由于5G采用的是更高頻段的無線信號，其對環(huán)境干擾的敏感度較高，這可能會導致網(wǎng)絡傳輸中斷或者丟包現(xiàn)象，影響4K電視的連續(xù)播放，帶來卡頓、延遲等問題[3]。

2.2.3 4K電視中的數(shù)據(jù)傳輸問題

4K電視由于其高分辨率和豐富色彩，導致其視頻數(shù)據(jù)量巨大，對網(wǎng)絡傳輸帶寬和數(shù)據(jù)處理能力提出了更高要求。當前的視頻編碼技術(shù)雖然可以一定程度上減少4K視頻數(shù)據(jù)的大小，但在保證畫質(zhì)的前提下，其數(shù)據(jù)量仍然非常龐大。如何在有限的網(wǎng)絡帶寬中，有效傳輸大量4K視頻數(shù)據(jù)，是5G背包需要解決的技術(shù)難題。

以上三個挑戰(zhàn)構(gòu)成了5G背包在4K電視中的主要技術(shù)瓶頸，解決這些挑戰(zhàn)，將有助于推動4K電視和5G背包的廣泛應用。

3. 優(yōu)化TVU One 5G直播背包在4K電視中的應用案例

媒體行業(yè)特別是新聞報道對時效性要求較高，尤其是遠距離、大數(shù)據(jù)量的傳輸，一直是電視業(yè)務傳輸?shù)耐袋c。隨著無線通信技術(shù)進入5G時代，5G網(wǎng)絡可提供穩(wěn)定的百兆上行、千兆下行的網(wǎng)絡帶寬，從而實現(xiàn)基于5G專用網(wǎng)絡的4K超高清信號直播以及素材回傳，解決了超高清視頻大數(shù)據(jù)量的傳輸難題。

3.1 提高5G網(wǎng)絡的覆蓋范圍和穩(wěn)定性

為了解決5G網(wǎng)絡覆蓋問題，相關(guān)部門和企業(yè)應當從基站建設(shè)和信號優(yōu)化兩方面入手。一方面，加快5G基站的建設(shè)，特別是在偏遠地區(qū)和室內(nèi)環(huán)境，增設(shè)微型基站或信號放大器，確保5G網(wǎng)絡的廣泛覆蓋。另一方面，進行信號優(yōu)化工作，如智能調(diào)度、信號干擾管理等，保證5G網(wǎng)絡的穩(wěn)定性[4]。例如：中央電視臺作為中國最大的電視傳播平臺，已經(jīng)積極探索和實踐5G+4K技術(shù)。在2023年春節(jié)聯(lián)歡晚會的制作和轉(zhuǎn)播中，中央電視臺使用了TVU One 5G直播背包進行4K直播轉(zhuǎn)播，使得全球觀眾能在家中以超高清的畫質(zhì)欣賞到這一視覺盛宴。除了春晚，在2022年的全國兩會期間，中央電視臺利用5G+4K技術(shù)進行了全程直播。這次的直播技術(shù)運用了5G網(wǎng)絡的高速和低延遲特性，以及4K超高清技術(shù)，使得直播畫面更加流暢和清晰，極大地提升了觀眾的觀看體驗。

3.2 使用先進的視頻編碼技術(shù)減少4K視頻的數(shù)據(jù)負載

為了有效處理大量的4K視頻數(shù)據(jù)，應當使用更先進的視頻編碼技術(shù)。例如，HEVC（高效視頻編碼）和VVC（視頻多樣性編碼）等編碼技術(shù)，可以在保證畫質(zhì)的前提下，顯著減少視頻數(shù)據(jù)的大小。此外，還可以通過智能化的視頻質(zhì)量調(diào)控，如AI質(zhì)量增強等技術(shù)，進一步優(yōu)化4K視頻的數(shù)據(jù)傳輸。例如：深圳衛(wèi)視5G+4K的新聞直播車是中國廣電行業(yè)首款5G+4K新聞直播車，由深圳衛(wèi)視與華為聯(lián)合研發(fā)。這款新聞直播車采用了智能化的操作系統(tǒng)，可以實現(xiàn)遠程控制和自動化操作，配備了4K超高清攝像設(shè)備，利用5G網(wǎng)絡技術(shù)，可以在任何地點進行現(xiàn)場直播，滿足了新聞報道的靈活性需求。這款新聞直播車的研發(fā)成功，標志著中國廣電行業(yè)在5G+4K技術(shù)應用方面取得了重要突破，對于推動行業(yè)技術(shù)進步、提升新聞報道質(zhì)量具有重要意義。

3.3 利用邊緣計算降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t

在保證5G網(wǎng)絡的高帶寬和大容量傳輸?shù)耐瑫r，降低數(shù)據(jù)傳輸延遲是另一個關(guān)鍵。這就需要借助于邊緣計算技術(shù)，將一部分數(shù)據(jù)處理任務放在網(wǎng)絡邊緣執(zhí)行，從而減少數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡中的傳輸距離，降低傳輸延遲，保證4K電視的流暢播放[5]。例如：上海東方衛(wèi)視在2021年的春晚上，首次嘗試使用5G+4K技術(shù)進行直播。他們利用5G網(wǎng)絡的高帶寬和低延遲特性，實現(xiàn)了4K超高清視頻的實時傳輸。他們在現(xiàn)場設(shè)置了多個5G基站，通過5G網(wǎng)絡將4K攝像機拍攝的視頻實時傳輸?shù)街谱鬈?，然后通過衛(wèi)星或光纖網(wǎng)絡傳輸?shù)诫娨暸_進行播出。這種方式不僅可以實現(xiàn)高清晰度的視頻傳輸，還可以大大減少傳輸過程中的延遲，使得現(xiàn)場的直播效果更加流暢。此外，他們還利用5G網(wǎng)絡的高速特性，實現(xiàn)了多角度、多視點的實時切換，為觀眾提供了更豐富的視覺體驗。例如，他們可以在舞臺上、觀眾席、后臺等多個地方設(shè)置攝像機，然后通過5G網(wǎng)絡將這些攝像機的視頻實時傳輸?shù)街谱鬈?，由導演根?jù)節(jié)目的需要進行實時切換。上海東方衛(wèi)視通過5G+4K技術(shù)，實現(xiàn)了高清晰度、低延遲、多視點的直播效果，為觀眾提供了全新的觀看體驗。這一成功的應用案例，充分展示了5G+4K技術(shù)在電視直播領(lǐng)域的應用潛力。

3.4 5G+4K技術(shù)在寧夏廣播電視臺中的應用

目前多家電視臺以在“5G+4K”中進行了實踐和探索。寧夏廣播電視臺結(jié)合5G+4K的廣電發(fā)展趨勢，多檔自辦欄目及直播節(jié)目充分利用5G網(wǎng)絡帶來的大帶寬、低延時特性，再輔以智能自適應可變碼率、前向糾錯、多網(wǎng)聚合等領(lǐng)先技術(shù)，使用了TVU One 5G直播背包進行實時直播報道。拿我臺公共頻道的一檔民生類欄目《今日寧夏》為例，該欄目每日上午直播3小時左右，使用多套TVU One 5G直播背包，由記者從區(qū)內(nèi)各地市直播現(xiàn)場，將拍攝的新聞事件通過5G背包實時進行編碼傳輸發(fā)射，臺內(nèi)演播室通過TVU Transceiver接收機進行數(shù)據(jù)整合，將接收到的現(xiàn)場信號分配到演播室的各視音頻設(shè)備，由導播進行調(diào)用，實現(xiàn)與演播室主持人無縫連線互動采訪。

通過對這些主流電視臺的5G+4K應用案例的研究，我可以看出，隨著5G+4K技術(shù)的相互協(xié)同發(fā)展，更多的廣播電視臺都要實現(xiàn)升級轉(zhuǎn)型[6]。具體可以從以下幾個方面進行著手：4K超高清制播云平臺；4K超高清融媒體制作系統(tǒng)；4K超高清融媒體演播室；智慧媒資系統(tǒng)；4K超高清融媒體轉(zhuǎn)播車；4K超高清播出系統(tǒng)；廣播制作播出系統(tǒng)；信息安全等級保護系統(tǒng)。總之，隨著科技的不斷發(fā)展，人民群眾對文化內(nèi)容的消費需求在不斷提高，對視聽生活的質(zhì)量要求也在不斷提升，有了更高、更新、更多的期待，5G通訊設(shè)備和4K電視技術(shù)將會得到更廣泛的應用。

4. 結(jié)束語

超高清電視制播融合5G技術(shù)，不但降低了超高清視頻的制作成本，還提高了創(chuàng)作效率和內(nèi)容質(zhì)量，給用戶帶來全新的觀看體驗。本文探討了TVU One 5G直播背包與4K電視技術(shù)的結(jié)合應用，并對存在的問題提出了相應的優(yōu)化策略，認為可以從提高5G網(wǎng)絡的覆蓋范圍和穩(wěn)定性、使用先進的視頻編碼技術(shù)減少4K視頻的數(shù)據(jù)負載、利用邊緣計算降低數(shù)據(jù)傳輸?shù)难舆t等方面入手，針對TVU One 5G直播背包在4K電視中的技術(shù)挑戰(zhàn)進行優(yōu)化，顯著改善視頻播放質(zhì)量和用戶體驗，對于推動4K電視技術(shù)的發(fā)展和普及具有重要意義。當前國內(nèi)一些電視臺將二者運用到新聞生產(chǎn)中，得到了很好的效果，大大提高了新聞產(chǎn)品的品質(zhì)和受眾的體驗感，未來4K電視技術(shù)與5G設(shè)備在廣播電視中還有更廣闊的應用前景。

參考文獻：

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