［關(guān)鍵詞］5G 通信技術(shù)；超高清；視頻

［中圖分類號(hào)］TN919.8 ［文獻(xiàn)標(biāo)志碼］A ［文章編號(hào)］2095–6487（2024）11–0045–03

近幾年來(lái)，隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷發(fā)展，信息傳播技術(shù)也得到了提升，在一定程度上優(yōu)化了信息傳播的方式，使得信息傳播的方式表現(xiàn)出了多元化特征。在信息傳播的過(guò)程中，視頻傳輸是常見(jiàn)的一種形式。在5G通信技術(shù)廣泛應(yīng)用的新時(shí)期，用戶對(duì)視頻傳輸也提出了更高的要求，超高清視頻的類型從4K 逐漸升級(jí)成了8K，這種超高清視頻的分辨率更高，能夠?yàn)橛脩魩?lái)更加優(yōu)良的觀看體驗(yàn)。超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中涉及的信息量更多，數(shù)據(jù)更加繁雜，應(yīng)用4G 通信技術(shù)不但耗時(shí)較久，并且時(shí)效性較低。5G通信技術(shù)在信息方面的承載力更強(qiáng)，傳輸速率更高，在進(jìn)行視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中能夠?qū)崿F(xiàn)超高清視頻的傳輸，對(duì)推動(dòng)我國(guó)視頻傳輸行業(yè)的發(fā)展發(fā)揮出了重要作用[1]。

1"5G通信技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

在數(shù)據(jù)傳輸速度方面，與4G通信技術(shù)相比，5G通信技術(shù)的傳輸速度更快。目前，5G 網(wǎng)絡(luò)的最高速度可達(dá)20 Gbps，高速率也為大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù)帶來(lái)了更大的發(fā)展空間。在延遲性方面，5G 通信技術(shù)的延遲性更低，目前已低至1 ms（4G網(wǎng)絡(luò)的延遲時(shí)間在30～50 ms），這更好地滿足了需要實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喾N場(chǎng)景，如超高清視頻傳輸、無(wú)人駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療及在線游戲等。5G 通信技術(shù)覆蓋范圍更廣，此種技術(shù)應(yīng)用了大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)，能夠在同一時(shí)間為多個(gè)用戶提供音頻及視頻的傳輸服務(wù)，期間應(yīng)用了毫米波技術(shù)，可大幅提升頻譜的利用率。

2"5G通信技術(shù)應(yīng)用背景下超高清視頻傳輸?shù)膬?yōu)勢(shì)

2.1加快了超高清視頻傳輸?shù)乃俣?/p>

超高清視頻傳輸過(guò)程中涉及的數(shù)據(jù)量比較大，在進(jìn)行視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中如果網(wǎng)絡(luò)速率未能滿足傳輸需求，則會(huì)導(dǎo)致視頻傳輸效率降低。在新時(shí)期，超高清視頻傳輸行業(yè)迎來(lái)了極大的發(fā)展空間，行業(yè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大，越來(lái)越多的企業(yè)對(duì)超高清視頻的傳輸提出了更高的要求，企業(yè)在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要通過(guò)超高清視頻傳輸完成工作內(nèi)容。5G 通信技術(shù)的應(yīng)用則可以有效提高超高清視頻的傳輸效率，相比較4G 通信技術(shù)而言，5G 通信技術(shù)的傳輸速度快了幾十倍甚至上百倍，應(yīng)用5G 通信技術(shù)后，信息傳輸?shù)乃俣雀?，在進(jìn)行超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中，下載和上傳的速度也更快，延遲率更低，實(shí)現(xiàn)了信息的實(shí)時(shí)交互及迅速響應(yīng)。

2.2提高了超高清視頻的傳輸質(zhì)量

在傳輸超高清視頻的過(guò)程中，要求視頻具備較高的分辨率和清晰度，這對(duì)通信技術(shù)方面的要求也更高。5G通信技術(shù)所具備的傳輸碼率更高，應(yīng)用的過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)流量及存儲(chǔ)空間也更大，這也在一定程度上為超高清視頻傳輸打好了重要基礎(chǔ)。以往應(yīng)用4G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)進(jìn)行超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)缺乏穩(wěn)定性，導(dǎo)致超高清視頻傳輸過(guò)程中的局限性較強(qiáng)，部分超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中內(nèi)容被壓縮，導(dǎo)致畫(huà)面的清晰度降低，影響了超高清視頻傳輸?shù)男省?G 通信技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)流量的支持下，則有效地提高了超高清視頻的傳輸質(zhì)量及效率，且可在同一個(gè)時(shí)間段進(jìn)行多個(gè)超高清視頻的傳輸，實(shí)現(xiàn)超高清視頻傳輸?shù)亩鄻踊?，不但保證了超高清視頻的傳輸效率，并且還極大地減少了超高清視頻傳輸過(guò)程中傳輸中斷、視頻被壓縮等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3促進(jìn)了企業(yè)之間的深度合作

在進(jìn)行超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中應(yīng)用5G 通信技術(shù)，也在一定程度上推動(dòng)超高清視頻向其他行業(yè)中的滲入，加速了超高清行業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了通信企業(yè)與高清視頻應(yīng)用企業(yè)間的合作，使得通信企業(yè)與超高清視頻應(yīng)用企業(yè)之間互相依賴，互相推動(dòng)，體現(xiàn)出了雙贏的發(fā)展特征。對(duì)于超高清視頻應(yīng)用企業(yè)而言，應(yīng)用5G 通信技術(shù)進(jìn)行超高清視頻的傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)超高清視頻的快速傳輸，保證超高清視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量及時(shí)效性。站在通信企業(yè)的角度上來(lái)看，通過(guò)建設(shè)5G 通信基站、應(yīng)用5G 通信技術(shù)，能夠?yàn)槌咔逡曨l傳輸企業(yè)提供高質(zhì)量的視頻傳輸服務(wù)，但也在一定程度上增加了通信企業(yè)的經(jīng)濟(jì)收益。所以通信企業(yè)與超高清視頻應(yīng)用企業(yè)之間的有效合作實(shí)現(xiàn)了二者雙贏的局面。

3"5G通信技術(shù)在超高清視頻傳輸中的應(yīng)用

3.1高效率視頻編碼技術(shù)

高效率視頻編碼技術(shù)的應(yīng)用是促進(jìn)超高清視頻傳輸?shù)闹饕夹g(shù)之一， 也被稱之為H.265 和MPEG–Hpart2，高效率視頻編碼也是一種視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，與AVC 技術(shù)相比較而言，在相同的視頻質(zhì)量水平下，高效視頻編碼技術(shù)所提供的數(shù)據(jù)壓縮比增加了兩倍之多，超高清視頻傳輸質(zhì)量更高。此種技術(shù)目前可支持分辨率為8 192×4 320 的超高清視頻的傳輸，也包括8K 超高清視頻的傳輸。高效率視頻編碼技術(shù)的應(yīng)用有效增加了超高清視頻傳輸過(guò)程中的壓縮比，并且還創(chuàng)建了一個(gè)新的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，即H.264/MPEG–4AVC技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。在超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中，可以帶給受眾一種平滑、連續(xù)的感受。超高清視頻傳輸中，將視頻的幀率控制在了25～30 fps，視頻編碼與視頻亮度及色度分量的要求更相符。近兩年來(lái)，應(yīng)用于超高清視頻傳輸中的一種新技術(shù)，即H.265/HAVC技術(shù)，其分辨率更高，目前已經(jīng)支持8K 超高清視頻的傳輸，這種技術(shù)的編碼結(jié)構(gòu)更加靈活，以往H.264/HAVC 技術(shù)宏塊只有16×16，而H.265/HAVC 技術(shù)的宏塊為64×64，能夠?qū)Ψ直媛矢叩母咔逡曨l進(jìn)行壓縮，編碼結(jié)構(gòu)的靈活性使得編碼效率更高，如其中的編碼單元、預(yù)測(cè)單元及變換單元可進(jìn)行分離，能夠?qū)Τ咔逡曨l傳輸中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行靈活處理，從而能夠?qū)Ψ弦曨l圖像的紋理進(jìn)行更加準(zhǔn)確的劃分。H.265/HAVC 技術(shù)的塊結(jié)構(gòu)更加靈活，自適應(yīng)性更強(qiáng)，在超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中可根據(jù)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償塊的大小對(duì)幀間編碼進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，如會(huì)根據(jù)針對(duì)預(yù)測(cè)殘差的特對(duì)變化塊的大小進(jìn)行調(diào)整，既能夠?qū)崿F(xiàn)更多圖像細(xì)節(jié)的畫(huà)保存，還能發(fā)揮出能量集中的效果。

3.2"5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)電信運(yùn)營(yíng)商技術(shù)

5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模式下，5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)完全獨(dú)立。在這種情況下，5G網(wǎng)絡(luò)的帶寬更大、時(shí)延更低，能夠完成多種業(yè)務(wù)的超鏈接。在網(wǎng)速方面，5G網(wǎng)絡(luò)的峰值速率是4G 網(wǎng)絡(luò)峰值速度的20倍，而體驗(yàn)速率是4G 網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)速率的10倍以上。在進(jìn)行超高清視頻傳輸時(shí)，用戶發(fā)送指令到接收指令之間的時(shí)間更短。在進(jìn)行深入的分析后發(fā)現(xiàn)，5G組網(wǎng)模式下電信運(yùn)營(yíng)商技術(shù)可以提供時(shí)間毫秒級(jí)的業(yè)務(wù)，在時(shí)延方面，4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的時(shí)延一般為10ms，而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的時(shí)延則低至0.1倍，即5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的時(shí)延只有1 ms。在超高清視頻傳輸中，也會(huì)用到5G 網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)模式下的電信運(yùn)營(yíng)商技術(shù)，如遠(yuǎn)程手術(shù)、自動(dòng)駕駛及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，充分利用5G 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所具備的低時(shí)延特征完成了超高清視頻傳輸，支持4K/8K 等超高清音頻及視頻節(jié)目的直播與傳輸。同時(shí)，5G 通信技術(shù)的應(yīng)用還能夠?yàn)槌鞘兄羞M(jìn)行4K/8K 超高清視頻的傳輸提供可靠的信號(hào)。各運(yùn)營(yíng)商結(jié)合自身實(shí)際情況建立了總臺(tái)5G媒體應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室，開(kāi)展了超高清視頻傳輸及移動(dòng)編輯、4K/8KVR 視頻的直播制作、4K/8K 超高清視頻移動(dòng)編輯等[2]。

3.3"5G通信技術(shù)超高清視頻整體設(shè)計(jì)技術(shù)

5G通信技術(shù)進(jìn)行超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中，應(yīng)用整體設(shè)計(jì)技術(shù)，滿足用戶對(duì)節(jié)目質(zhì)量方面的新要求。如以5G通信技術(shù)為基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)4K 超高清視頻技術(shù)傳輸，為演播室節(jié)目制作提供了重要的方向。4K技術(shù)其畫(huà)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)更高，圖像分辨率高達(dá)3840×2160像素，這一像素是傳統(tǒng)高清技術(shù)圖像像素的4倍，用戶能夠清晰地看到視頻過(guò)程中的每一個(gè)細(xì)節(jié)，視聽(tīng)體驗(yàn)更加逼真。在5G通信技術(shù)的協(xié)助下，媒體行業(yè)的發(fā)展更加自動(dòng)化和智能化，如近兩年來(lái)誕生的LiveTouch 錄播服務(wù)器系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)集成了先進(jìn)的硬件和軟件，為超高清視頻的設(shè)計(jì)及制作提供了重要的保障。LiveTouch 錄播服務(wù)器系統(tǒng)對(duì)視頻及信息的存儲(chǔ)能力和處理能力更強(qiáng)，能夠支持多種信號(hào)的輸入和輸出，節(jié)目畫(huà)質(zhì)更加清晰，網(wǎng)絡(luò)連接方式更加靈活，可選擇更加靈活的網(wǎng)絡(luò)連接方式進(jìn)行超高清視頻中相關(guān)素材的采集、存儲(chǔ)、編碼及解碼，視頻整體設(shè)計(jì)水平更高。應(yīng)用5G 通信技術(shù)進(jìn)行超高清視頻傳輸，下載速度可達(dá)7.5 Gbps，上傳速度可達(dá)3.0 Gbps[3]。

3.4"5G通信技術(shù)傳輸超高清視頻分布設(shè)計(jì)技術(shù)

應(yīng)用5G通信技術(shù)進(jìn)行超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中也應(yīng)用到了4G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、WiFi、H.265/VP9、AI 等先進(jìn)技術(shù)，這些技術(shù)的應(yīng)用都在一定程度上促進(jìn)了5G 通信技術(shù)下4K/8K 超高清視頻傳輸目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，并且這些技術(shù)被應(yīng)用到了多種場(chǎng)景。如應(yīng)用5G調(diào)制解調(diào)器平臺(tái)中的芯訊通SIM8200EA–M25G模組，應(yīng)用高驍龍X55解決了調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)等運(yùn)行過(guò)程中遇到的問(wèn)題。應(yīng)用5G 通信技術(shù)，充分發(fā)揮出了容量更高、顏值更低、覆蓋范圍更廣的特性，促進(jìn)4K/8K 超高清視頻傳輸、制作等。如將5G通信技術(shù)傳輸超高清視頻分布設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域，既保證了畫(huà)面的精準(zhǔn)度，還實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程醫(yī)療方面的需求。應(yīng)用5G 通信技術(shù)傳輸超高清視頻分布設(shè)計(jì)的過(guò)程中，可應(yīng)用7 nm制程工藝，促進(jìn)5G 星空口TDD 運(yùn)行模式、FDD運(yùn)行模式、NSA/SA 模式、6GHz 及毫米波等技術(shù)應(yīng)用，以及視頻傳輸提供技術(shù)保障。應(yīng)用5G 通信技術(shù)進(jìn)行超高清視頻傳輸時(shí)可應(yīng)用AI 技術(shù)對(duì)相關(guān)功能進(jìn)行擴(kuò)展，如可完成人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、病理庫(kù)數(shù)據(jù)對(duì)比、圖像對(duì)比、智能定位及智能駕駛等。

3.5像素管道編碼和解碼技術(shù)

應(yīng)用5G通信技術(shù)進(jìn)行超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)編解碼傳輸系統(tǒng)延時(shí)，應(yīng)用像素管道編碼和解碼技術(shù)，這是一種基于內(nèi)容感知并行切片的處理技術(shù)，可加速4K/8K 超清視頻的低延時(shí)傳輸。其通過(guò)感知圖像內(nèi)容、合理分布圖像色彩、科學(xué)判斷視頻內(nèi)容的前幀和后幀，可以將超高清視頻分解成多個(gè)視頻片段，然后對(duì)每一個(gè)視頻片段進(jìn)行編碼和解碼。對(duì)4K/8K 信號(hào)源輸出的圖像進(jìn)行掃描，應(yīng)用圖像采集組件進(jìn)行編碼，期間通過(guò)對(duì)圖像內(nèi)容進(jìn)行感知、分析圖像色彩、判斷圖像內(nèi)容，采用一種靜態(tài)圖表結(jié)合文字的視頻方式，以此來(lái)減少幀緩存造成的視頻傳輸延時(shí)，然后利用編碼組件對(duì)圖像進(jìn)行編碼。編碼時(shí)，將N行為假定為一個(gè)片，將一幀圖像通過(guò)序列轉(zhuǎn)化為2160/N個(gè)圖像片，應(yīng)用多個(gè)編碼引擎對(duì)多個(gè)圖像片進(jìn)行編碼引擎，產(chǎn)生相應(yīng)的編碼幀序列。

一般情況下，像素管道編碼完成后，編碼組件就會(huì)生成對(duì)應(yīng)的序列化編碼數(shù)據(jù)，這些編碼數(shù)據(jù)通過(guò)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，然后再被送至解碼組件進(jìn)行解碼。推流傳輸是發(fā)送端向接收端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)發(fā)送端和數(shù)據(jù)接收端一般是異步進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的，但是如果發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)比較多，發(fā)送端會(huì)根據(jù)數(shù)據(jù)量的進(jìn)行緩存，再嘗試發(fā)送，在此過(guò)程中延時(shí)性較高。而如果接收端能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行快速處理，對(duì)發(fā)送端的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的接收并處理，有可能會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)接收端處于空閑狀態(tài)。針對(duì)此種情況，可應(yīng)用拉流傳輸機(jī)制，讓接收端以一種固定的時(shí)鐘節(jié)拍對(duì)發(fā)送端的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，促進(jìn)發(fā)送端與接收端在數(shù)據(jù)處理方面的同步進(jìn)行，這樣一來(lái)，在超高清視頻傳輸?shù)倪^(guò)程中也就實(shí)現(xiàn)了零緩存?zhèn)鬏?。解碼組件在對(duì)編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼后，會(huì)將相關(guān)數(shù)據(jù)恢復(fù)至原來(lái)的圖像內(nèi)容。

4結(jié)束語(yǔ)

5G通信技術(shù)與超高清視頻傳輸密不可分。5G通信技術(shù)目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在多個(gè)行業(yè)，有效提高了超高清視頻傳輸?shù)男?，相關(guān)技術(shù)人員要加強(qiáng)對(duì)5G通信技術(shù)的學(xué)習(xí)，掌握其應(yīng)用要點(diǎn)，促進(jìn)5G通信技術(shù)與超高清視頻傳輸?shù)乃俣?，在提?G通信技術(shù)應(yīng)用水平的同時(shí)，促進(jìn)超高清視頻傳輸質(zhì)量的提升。