【论文转载】4K电视技术与5G设备在广播电视中的应用

TVU One 4K 5G方案在宁夏台直播节目中的应用介绍。

编者按

科技的飞速发展正在推动4K电视技术与5G设备在广播电视领域的广泛应用,为观众呈现出前所未有的视觉盛宴。宁夏广播电视台的王健在《卫星电视与宽带多媒体》6月刊发表的论文《4K电视技术与5G设备在广播电视中的应用》中,深入探讨了这两项前沿技术的融合与发展。

作为先进传输设备的代表,TVU One 5G直播背包在4K电视技术应用中展现出巨大潜力。它通过实时将视频数据转换为IP流并利用5G网络传输,有效解决了超高清视频传输面临的信号处理和网络带宽两大挑战,大幅提升了直播节目的画面质量和观赏体验。

论文结合多家媒体的实际案例,详细分析了4K+5G技术的优势、技术挑战及未来发展趋势,为广播电视行业的数字化、超高清化转型提供了宝贵参考。在5G时代,4K电视技术与TVU等创新设备的深度融合,势必推动广播电视行业不断向更高水平迈进,为观众带来更多元化、更高品质的视听享受。

小编特此转载,以飨读者。

4K电视技术与5G设备在广播电视中的应用

宁夏广播电视台:王健

【摘要】随着科技的不断发展,电视的画质也在逐步提高。从初期的黑白电视、彩色电视再到高清电视,人们对电视画质的需求不断提高。本文详细探讨了电视通讯技术发展的重要趋势——5G通讯设备与4K电视技术的整合,就4K电视技术和5G通讯设备的基础特性、市场应用以及4K电视技术和5G通讯设备对广电全面数字化的影响进行了分析,探索了4K电视技术与5G通讯设备的整合可能带来的技术挑战和市场机遇。
【关键词】4K电视 ;TVU One直播设备;5G网络;4K+5G案例
中图分类号:TN92 文献标识码:A DOI:10.12246/j.issn.1673-0348.2024.11.005
现在,4K电视(UHDTV,超高清电视)已经逐渐进入人们的视线。4K电视的画面清晰度是高清电视的4倍,这也意味着其对传输和处理能力的需求是高清电视的4倍。因此,4K电视技术的发展和普及,尤其是在视频数据的传输和处理上面临着巨大的技术挑战。而5G指的是第五代移动通信技术,5G技术的出现,使得数据传输速度得到了前所未有的提升。它不仅可以提供比4G网络更高的下载和上传速度,还能支持更多设备同时连接,其高速度、大容量和低时延的特性,被视为支持4K电视技术发展的关键技术之一。与此同时,TVU One 5G FHD/UHD (以下简称5G直播背包)作为一个将视频数据实时转换为IP流并通过5G网络进行传输的设备,其在4K电视技术的应用中也显示出了巨大的潜力。本文分析了4K电视技术和5G通讯设备的优势,并结合国内电视台在新闻实践中的具体运用,阐述了二者融合给受众带来的新闻体验,最后对未来发展提出了合理的想象。
1. 超高清(4K)技术与TVU One 5G直播背包的技术原理
1.1 4K电视的技术特点和需求
现如今4K电视技术已经成为了未来发展的趋势,简单地说,4K电视又称为超高清电视(UHDTV),就是一种分辨率的数值,从技术层面上来说,超高清(Ultra High Definition)其实是从4K数字标准衍生出的概念。标准的4K分辨率可以达到4096×2160像素,而超高清则要稍低一些,分辨率为3840×2160像素,是高清电视(1920×1080)分辨率的4倍[1]。虽然不能让所有人在短时期内立刻明白4K的原理,但是通过简单的说法就是,4K意味着在屏幕上带来了更多的像素点。原来1920×1080高清的像素点大约是200万,而4K则达到了800万,更多的像素点意味着更多的信息和更清晰的画面,让整个视觉效果看起来更高级、更逼真的视觉体验,极大地丰富了画面细节,使得观众仿佛身临其境。而且,4K电视还支持高动态范围(HDR)和广色域(WCG),能够提供更深的黑色和更亮的白色以及更丰富的颜色。
然而,这种高清晰度和丰富的色彩也带来了巨大的数据传输和处理需求。例如,一秒钟的4K视频,其数据量就可能达到几十MB,远高于高清视频。而且,由于4K电视的高分辨率和丰富色彩,对视频编码和解码技术的要求也更高。因此,要实现4K电视的实时播放和传输,需要有足够的数据传输带宽和处理能力。
1.2 TVU One 5G直播背包的技术原理和优点
随着5G网络的普及和成熟,更多的场景,例如远程医疗、无人驾驶、智能家居等,都有可能成为网络聚合推流设备的应用领域。在这些场景中,多网聚合路由设备不仅可以提供高质量的视频传输,还可以支持实时、互动等需求,使得用户可以在任何时间、任何地点,享受到超高清的视觉体验。在此基础上,多网聚合路由设备的技术也将不断提高,包括更高效的编码技术、更智能的网络调度等,都将进一步提升用户的观看体验。
TVU One 5G直播背包是一款专业的直播视频流解决方案,符合央视 4K 超高清电视技术标准,支持主流运营商5G网络,内置6个调制解调器,外加4个USB Modem接口;1路Wi-Fi,1路以太网共12个通道同时并行传输。支持对4K 50/60P 的视频进行10bit处理的能力;支持HDR HLG/PQ,WCG BT.2020和4∶2∶0 10比特量化,采用专利(美国发明专利,专利号:US10020914B2)视频传输技术Inverse StatMux Plus (IS+) 及前向纠错技术,实现多链路捆绑传输采用SMART VBR智能动态编码,可动态管理码率以快速适应带宽波动支持H.264和H.265(HEVC)压缩编码支持多达8声道输入;超低延时,最低可达0.5秒,最多支持聚合12路网络连接,包括3G/4G/5G移动网络、微波、卫星、Wi-Fi、BGAN和以太网,采用AES加密,极大提高了视频传输安全性。即使带宽突然丢失50%,传输依然稳定流畅。电视台演播室和现场工作人员无延时沟通,同时具备视音频发送功能。相比于传统的有线传输方式,5G背包具有移动性强、布线简单、能适应各种环境等优点。更重要的是,5G背包能够支持大量的4K视频数据传输,满足4K电视的传输需求。
2. TVU One 5G直播背包在4K电视技术中的应用与挑战
2.1 TVU One 5G直播背包的应用
由于5G背包的上述优点,使其在4K电视中有着广泛的应用前景。首先,TVU One 5G直播背包可以作为一种新型的电视信号传输设备,将电视台的信号实时传输到用户的电视上。其次,5G背包也可以应用在视频制作和播放设备中,实现视频的实时编码和传输[2]。最后,5G背包还可以应用在家庭网络中,通过连接互联网,实现家庭内多台设备的视频共享和传输。总的来说,5G背包的技术优势和应用前景,使其在4K电视的发展中起着重要的推动作用。然而,如何充分利用这些优势以及如何解决在实际应用中可能遇到的问题,仍然是我们需要进一步研究和解决的问题。
2.2 TVU One 5G直播背包在4K电视中的技术挑战
2.2.1 5G网络覆盖的问题
5G网络是实现4K电视与TVU One 5G直播背包结合的关键。5G网络虽然带来了许多的改变和进步,但同时也面临着一些挑战。当前5G网络的覆盖范围仍存在局限性。部分偏远地区和室内环境,如地下停车场、电梯间等,5G信号覆盖不全,甚至无法覆盖。这种情况直接限制了TVU One 5G直播背包在4K电视传输中的应用,降低了用户体验。
2.2.2 5G网络的稳定性问题
5G网络在提供高带宽、大容量传输的同时,网络稳定性是另一个关键问题。由于5G采用的是更高频段的无线信号,其对环境干扰的敏感度较高,这可能会导致网络传输中断或者丢包现象,影响4K电视的连续播放,带来卡顿、延迟等问题[3]。
2.2.3 4K电视中的数据传输问题
4K电视由于其高分辨率和丰富色彩,导致其视频数据量巨大,对网络传输带宽和数据处理能力提出了更高要求。当前的视频编码技术虽然可以一定程度上减少4K视频数据的大小,但在保证画质的前提下,其数据量仍然非常庞大。如何在有限的网络带宽中,有效传输大量4K视频数据,是5G背包需要解决的技术难题。
以上三个挑战构成了5G背包在4K电视中的主要技术瓶颈,解决这些挑战,将有助于推动4K电视和5G背包的广泛应用。
3. 优化TVU One 5G直播背包在4K电视中的应用案例
媒体行业特别是新闻报道对时效性要求较高,尤其是远距离、大数据量的传输,一直是电视业务传输的痛点。随着无线通信技术进入5G时代,5G网络可提供稳定的百兆上行、千兆下行的网络带宽,从而实现基于5G专用网络的4K超高清信号直播以及素材回传,解决了超高清视频大数据量的传输难题。
3.1 提高5G网络的覆盖范围和稳定性
为了解决5G网络覆盖问题,相关部门和企业应当从基站建设和信号优化两方面入手。一方面,加快5G基站的建设,特别是在偏远地区和室内环境,增设微型基站或信号放大器,确保5G网络的广泛覆盖。另一方面,进行信号优化工作,如智能调度、信号干扰管理等,保证5G网络的稳定性[4]。例如:中央电视台作为中国最大的电视传播平台,已经积极探索和实践5G+4K技术。在2023年春节联欢晚会的制作和转播中,中央电视台使用了TVU One 5G直播背包进行4K直播转播,使得全球观众能在家中以超高清的画质欣赏到这一视觉盛宴。除了春晚,在2022年的全国两会期间,中央电视台利用5G+4K技术进行了全程直播。这次的直播技术运用了5G网络的高速和低延迟特性,以及4K超高清技术,使得直播画面更加流畅和清晰,极大地提升了观众的观看体验。
3.2 使用先进的视频编码技术减少4K视频的数据负载
为了有效处理大量的4K视频数据,应当使用更先进的视频编码技术。例如,HEVC(高效视频编码)和VVC(视频多样性编码)等编码技术,可以在保证画质的前提下,显著减少视频数据的大小。此外,还可以通过智能化的视频质量调控,如AI质量增强等技术,进一步优化4K视频的数据传输。例如:深圳卫视5G+4K的新闻直播车是中国广电行业首款5G+4K新闻直播车,由深圳卫视与华为联合研发。这款新闻直播车采用了智能化的操作系统,可以实现远程控制和自动化操作,配备了4K超高清摄像设备,利用5G网络技术,可以在任何地点进行现场直播,满足了新闻报道的灵活性需求。这款新闻直播车的研发成功,标志着中国广电行业在5G+4K技术应用方面取得了重要突破,对于推动行业技术进步、提升新闻报道质量具有重要意义。
3.3 利用边缘计算降低数据传输的延迟
在保证5G网络的高带宽和大容量传输的同时,降低数据传输延迟是另一个关键。这就需要借助于边缘计算技术,将一部分数据处理任务放在网络边缘执行,从而减少数据在网络中的传输距离,降低传输延迟,保证4K电视的流畅播放[5]。例如:上海东方卫视在2021年的春晚上,首次尝试使用5G+4K技术进行直播。他们利用5G网络的高带宽和低延迟特性,实现了4K超高清视频的实时传输。他们在现场设置了多个5G基站,通过5G网络将4K摄像机拍摄的视频实时传输到制作车,然后通过卫星或光纤网络传输到电视台进行播出。这种方式不仅可以实现高清晰度的视频传输,还可以大大减少传输过程中的延迟,使得现场的直播效果更加流畅。此外,他们还利用5G网络的高速特性,实现了多角度、多视点的实时切换,为观众提供了更丰富的视觉体验。例如,他们可以在舞台上、观众席、后台等多个地方设置摄像机,然后通过5G网络将这些摄像机的视频实时传输到制作车,由导演根据节目的需要进行实时切换。上海东方卫视通过5G+4K技术,实现了高清晰度、低延迟、多视点的直播效果,为观众提供了全新的观看体验。这一成功的应用案例,充分展示了5G+4K技术在电视直播领域的应用潜力。
3.4 5G+4K技术在宁夏广播电视台中的应用
目前多家电视台以在“5G+4K”中进行了实践和探索。宁夏广播电视台结合5G+4K的广电发展趋势,多档自办栏目及直播节目充分利用5G网络带来的大带宽、低延时特性,再辅以智能自适应可变码率、前向纠错、多网聚合等领先技术,使用了TVU One 5G直播背包进行实时直播报道。拿我台公共频道的一档民生类栏目《今日宁夏》为例,该栏目每日上午直播3小时左右,使用多套TVU One 5G直播背包,由记者从区内各地市直播现场,将拍摄的新闻事件通过5G背包实时进行编码传输发射,台内演播室通过TVU Transceiver接收机进行数据整合,将接收到的现场信号分配到演播室的各视音频设备,由导播进行调用,实现与演播室主持人无缝连线互动采访。
通过对这些主流电视台的5G+4K应用案例的研究,我可以看出,随着5G+4K技术的相互协同发展,更多的广播电视台都要实现升级转型[6]。具体可以从以下几个方面进行着手:4K超高清制播云平台;4K超高清融媒体制作系统;4K超高清融媒体演播室;智慧媒资系统;4K超高清融媒体转播车;4K超高清播出系统;广播制作播出系统;信息安全等级保护系统。总之,随着科技的不断发展,人民群众对文化内容的消费需求在不断提高,对视听生活的质量要求也在不断提升,有了更高、更新、更多的期待,5G通讯设备和4K电视技术将会得到更广泛的应用。
4. 结束语
超高清电视制播融合5G技术,不但降低了超高清视频的制作成本,还提高了创作效率和内容质量,给用户带来全新的观看体验。本文探讨了TVU One 5G直播背包与4K电视技术的结合应用,并对存在的问题提出了相应的优化策略,认为可以从提高5G网络的覆盖范围和稳定性、使用先进的视频编码技术减少4K视频的数据负载、利用边缘计算降低数据传输的延迟等方面入手,针对TVU One 5G直播背包在4K电视中的技术挑战进行优化,显著改善视频播放质量和用户体验,对于推动4K电视技术的发展和普及具有重要意义。当前国内一些电视台将二者运用到新闻生产中,得到了很好的效果,大大提高了新闻产品的品质和受众的体验感,未来4K电视技术与5G设备在广播电视中还有更广阔的应用前景。

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