【摘要】隨著超高清視頻技術(shù)的快速發(fā)展，用戶對(duì)視覺(jué)體驗(yàn)的需求不斷提升，但超高清視頻傳輸所需的巨大帶寬給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了挑戰(zhàn)。本文探討了窄帶高清技術(shù)在超高清視頻場(chǎng)景中的應(yīng)用前景，介紹了基本原理和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，分析了其在衛(wèi)星傳輸、地面?zhèn)鬏?、視音頻增強(qiáng)和體育賽事等場(chǎng)景的應(yīng)用，還探討了其在超高清視頻領(lǐng)域的創(chuàng)新策略，為提升視頻傳輸效率提供了新的思路。

【關(guān)鍵詞】窄帶高清技術(shù)；超高清視頻；視音頻增強(qiáng)；智能編碼優(yōu)化

中圖分類號(hào)：TN949" " " " " " " " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " " " " " " " " " " " " DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.20.008

隨著超高清視頻技術(shù)的迅速發(fā)展，用戶對(duì)視覺(jué)體驗(yàn)的需求不斷提升。然而超高清視頻傳輸所需的巨大帶寬給現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。在此背景下，窄帶高清技術(shù)作為一種創(chuàng)新解決方案，引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注[1]。本文旨在探討窄帶高清技術(shù)在超高清視頻場(chǎng)景中的應(yīng)用前景，分析其核心原理、技術(shù)優(yōu)勢(shì)。結(jié)合相關(guān)技術(shù)實(shí)踐，深入研究窄帶高清技術(shù)在超高清視頻場(chǎng)景的應(yīng)用，以期為提升視頻傳輸效率、優(yōu)化用戶體驗(yàn)提供新的思路，推動(dòng)超高清視頻產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

1. 窄帶高清技術(shù)概述

1.1 窄帶高清技術(shù)的原理

窄帶高清技術(shù)的原理是通過(guò)創(chuàng)新的編碼和傳輸方法，在有限帶寬條件下實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量視頻傳輸。該技術(shù)采用智能分層編碼，將視頻內(nèi)容分為包含主要信息的基礎(chǔ)層和包含細(xì)節(jié)及高頻信息的增強(qiáng)層。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)自適應(yīng)比特率分配機(jī)制，根據(jù)視頻內(nèi)容復(fù)雜度和網(wǎng)絡(luò)狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整各層的數(shù)據(jù)分配[2]。為進(jìn)一步提高壓縮效率，窄帶高清技術(shù)結(jié)合了先進(jìn)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)和深度學(xué)習(xí)算法，實(shí)現(xiàn)更高效的數(shù)據(jù)壓縮。該技術(shù)還利用人眼視覺(jué)特性進(jìn)行感知優(yōu)化，在保證主觀質(zhì)量的同時(shí)減少數(shù)據(jù)量。在傳輸過(guò)程中，窄帶高清技術(shù)采用智能傳輸策略，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況和終端設(shè)備能力靈活選擇傳輸基礎(chǔ)層或增強(qiáng)層數(shù)據(jù)，確保視頻的流暢播放。通過(guò)綜合應(yīng)用這些技術(shù)，能夠在較低帶寬下傳輸高質(zhì)量視頻，為超高清視頻的普及應(yīng)用提供支撐。

1.2 窄帶高清在超高清視頻場(chǎng)景的技術(shù)價(jià)值

音視頻高清體驗(yàn)已成為大趨勢(shì)，隨著視頻拍攝和視頻播放顯示設(shè)備的軟/硬件配置和性能不斷升級(jí)，消費(fèi)者對(duì)于視頻畫質(zhì)的要求越來(lái)越高：從360p到720p再到1080p，現(xiàn)在正全面躍升至4K，并且8K的腳步正在逼近。窄帶高清正在成為超高清視頻場(chǎng)景的核心技術(shù)之一，其原因主要包括以下兩點(diǎn)。

第一，高畫質(zhì)4K內(nèi)容源并不總是可以輕易獲取，視頻從采集到衛(wèi)星傳輸再到最終分發(fā)到終端消費(fèi)者播放觀看，中間要經(jīng)歷復(fù)雜的視頻處理和傳輸鏈路，每一個(gè)處理環(huán)節(jié)均會(huì)對(duì)源畫質(zhì)造成不同程度的損傷。因此，在最后一個(gè)處理環(huán)節(jié)實(shí)施智能畫質(zhì)增強(qiáng)技術(shù)，可修復(fù)前序處理環(huán)節(jié)引入的畫質(zhì)損傷。

第二，央媒及多省電視臺(tái)大力投入超高清頻道的建設(shè)，內(nèi)容從原先的1080p升級(jí)到4K，將會(huì)給傳輸鏈路帶來(lái)巨大的壓力，窄帶高清技術(shù)可在保障畫質(zhì)的情況下盡量提高壓縮率、降低傳輸帶寬，有助于降低傳輸系統(tǒng)壓力。

1.3 窄帶高清技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

窄帶高清技術(shù)在超高清視頻應(yīng)用領(lǐng)域具有顯著優(yōu)勢(shì)，為行業(yè)發(fā)展提供了新的可能性。具有卓越的帶寬利用效率，通過(guò)智能分層編碼和自適應(yīng)比特率分配，該技術(shù)能在有限帶寬條件下傳輸高質(zhì)量視頻，緩解了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的壓力。窄帶高清技術(shù)具備強(qiáng)大的適應(yīng)性，能夠根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和終端設(shè)備能力靈活調(diào)整傳輸策略，確保用戶在各種條件下都能獲得流暢的觀看體驗(yàn)。該技術(shù)在視頻質(zhì)量和壓縮效率之間取得了平衡，通過(guò)感知優(yōu)化和先進(jìn)的編碼算法，在降低數(shù)據(jù)量的同時(shí)保證了視頻的主觀質(zhì)量。窄帶高清技術(shù)還具有較強(qiáng)的兼容性，可與現(xiàn)有的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)和傳輸系統(tǒng)無(wú)縫集成，降低了部署成本。這項(xiàng)技術(shù)為超高清視頻的普及應(yīng)用鋪平了道路，廣泛傳播4K、8K等高分辨率內(nèi)容，推動(dòng)視頻產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí)。

2. 窄帶高清技術(shù)在超高清視頻領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景

2.1 衛(wèi)星傳輸場(chǎng)景

在衛(wèi)星傳輸場(chǎng)景中，窄帶高清技術(shù)展現(xiàn)出獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和巨大的應(yīng)用潛力。衛(wèi)星通信面臨帶寬受限、信號(hào)易受干擾等挑戰(zhàn)，而窄帶高清技術(shù)能夠緩解這些問(wèn)題。通過(guò)智能分層編碼和自適應(yīng)比特率分配，該技術(shù)可以在有限的衛(wèi)星帶寬內(nèi)傳輸高質(zhì)量的超高清視頻信號(hào)。在天氣惡劣或信號(hào)受干擾的情況下，窄帶高清技術(shù)能夠優(yōu)先保證基礎(chǔ)層的傳輸，保證基本的畫面質(zhì)量，根據(jù)信道條件動(dòng)態(tài)調(diào)整增強(qiáng)層的傳輸策略。這種靈活性使得衛(wèi)星電視服務(wù)提供商能夠在不同地理位置和氣候條件下為用戶提供穩(wěn)定的超高清視頻服務(wù)。窄帶高清技術(shù)的高壓縮效率也降低了衛(wèi)星傳輸成本，可以通過(guò)現(xiàn)有衛(wèi)星資源傳輸更多超高清頻道，提高了衛(wèi)星資源利用率，為廣播電視行業(yè)提供了更多節(jié)目制作和傳輸?shù)目赡苄?，推?dòng)了衛(wèi)星傳輸領(lǐng)域的技術(shù)革新和服務(wù)升級(jí)。

2.2 地面?zhèn)鬏攬?chǎng)景

在地面?zhèn)鬏攬?chǎng)景中，窄帶高清技術(shù)為超高清視頻的廣泛應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。與衛(wèi)星傳輸相比，地面網(wǎng)絡(luò)雖然總體帶寬更大，但面臨的挑戰(zhàn)更為復(fù)雜。在城市密集區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)擁塞常導(dǎo)致視頻流傳輸質(zhì)量下降；而在偏遠(yuǎn)地區(qū)，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不足則限制了高質(zhì)量視頻的傳輸。窄帶高清技術(shù)通過(guò)其自適應(yīng)編碼和智能傳輸策略，能夠有效應(yīng)對(duì)這些問(wèn)題。在網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，該技術(shù)可以迅速調(diào)整視頻流的比特率，確?；井嬞|(zhì)的同時(shí)盡可能傳輸更多細(xì)節(jié)信息。對(duì)于網(wǎng)絡(luò)條件較差的地區(qū)，窄帶高清技術(shù)能夠在極低帶寬下仍然提供清晰的視頻畫面。這一特性使得超高清視頻服務(wù)能夠覆蓋更廣泛的地理區(qū)域，縮小了城鄉(xiāng)數(shù)字鴻溝。在5G網(wǎng)絡(luò)逐步普及的背景下，窄帶高清技術(shù)與新一代移動(dòng)通信技術(shù)的結(jié)合，為移動(dòng)端超高清視頻流媒體、虛擬現(xiàn)實(shí)等新興應(yīng)用提供了技術(shù)支撐，推動(dòng)了地面?zhèn)鬏斁W(wǎng)絡(luò)的升級(jí)和創(chuàng)新。

2.3 視音頻增強(qiáng)場(chǎng)景

由于傳輸鏈路帶寬限制、編輯/剪輯二次創(chuàng)作及版權(quán)限制等因素，源視頻會(huì)經(jīng)歷多次編碼壓縮，因此視頻生產(chǎn)中主要的畫質(zhì)損傷來(lái)源于編碼壓縮失真。為了解決這類畫質(zhì)損失問(wèn)題，窄帶高清技術(shù)涵蓋去壓縮失真和超分辨率重建。去壓縮失真主要解決編碼壓縮導(dǎo)致的塊效應(yīng)，邊緣毛刺和細(xì)節(jié)丟失/模糊問(wèn)題；超分辨率重建可以消除處理鏈路可能引入的空間分辨率降采樣，并提升畫面整體銳度和清晰度。同時(shí)，基于音頻增強(qiáng)技術(shù)，利用較簡(jiǎn)單的設(shè)備實(shí)現(xiàn)類似于家庭影院的環(huán)繞效果，可大幅提升觀看視聽(tīng)體驗(yàn)[3]。

2.4 體育賽事場(chǎng)景

窄帶高清技術(shù)在體育賽事直播中的應(yīng)用展現(xiàn)了獨(dú)特價(jià)值。以基于互聯(lián)網(wǎng)的體育賽事直播場(chǎng)景為例，窄帶高清技術(shù)能夠有效解決多個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。首先，體育賽事直播面臨畫面快速切換和強(qiáng)烈運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，通常需要高碼率流來(lái)保證畫質(zhì)。然而高碼率直播流在傳輸中容易受網(wǎng)絡(luò)波動(dòng)影響，導(dǎo)致卡頓和延遲。窄帶高清技術(shù)允許使用較低碼率的源流，在保證直播穩(wěn)定性的同時(shí)，通過(guò)智能編碼優(yōu)化和畫質(zhì)修復(fù)，提供高質(zhì)量的觀賽體驗(yàn)[4]。其次，窄帶高清技術(shù)能夠有效處理低碼率流帶來(lái)的畫面模糊和失真問(wèn)題?？梢悦黠@提升球衣文字、邊界線以及場(chǎng)地紋理等關(guān)鍵元素的清晰度，大幅改善觀看體驗(yàn)。再次，窄帶高清技術(shù)能夠解決體育賽事的“去交錯(cuò)處理”殘留問(wèn)題。由于原始信號(hào)通常采用隔行掃描，在處理劇烈運(yùn)動(dòng)畫面時(shí)容易產(chǎn)生殘留噪聲，窄帶高清技術(shù)通過(guò)先進(jìn)的算法能夠有效去除這些殘留，提供更清晰流暢的畫面。最后，窄帶高清技術(shù)還針對(duì)體育賽事場(chǎng)景進(jìn)行了特殊優(yōu)化。以籃球比賽為例，它可以對(duì)籃球場(chǎng)景的特有元素（如球衣數(shù)字、籃網(wǎng)、邊界線等）實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)修復(fù)，同時(shí)通過(guò)智能的時(shí)域連續(xù)性處理，確保動(dòng)態(tài)畫面的一致性，避免出現(xiàn)閃爍等影響觀看體驗(yàn)的問(wèn)題。

3. 窄帶高清技術(shù)在超高清視頻場(chǎng)景應(yīng)用中的創(chuàng)新

針對(duì)技術(shù)、應(yīng)用和市場(chǎng)層面的挑戰(zhàn)，在超高清視頻場(chǎng)景應(yīng)用窄帶高清技術(shù)時(shí)，可以采取以下創(chuàng)新策略。

3.1 技術(shù)創(chuàng)新策略

3.1.1 智能編碼優(yōu)化

智能編碼優(yōu)化是利用人工智能技術(shù)來(lái)提高視頻編碼效率和質(zhì)量的創(chuàng)新策略。這種方法通過(guò)開(kāi)發(fā)先進(jìn)的深度學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻內(nèi)容特征的自動(dòng)識(shí)別和分析，為不同類型的視頻內(nèi)容定制最優(yōu)的編碼參數(shù)和策略。具體來(lái)說(shuō)，智能編碼優(yōu)化系統(tǒng)能夠識(shí)別多個(gè)關(guān)鍵特征。①場(chǎng)景復(fù)雜度。系統(tǒng)會(huì)評(píng)估畫面中物體、背景和紋理的復(fù)雜程度，為復(fù)雜場(chǎng)景分配更多的比特資源。②運(yùn)動(dòng)信息。系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)畫面中的運(yùn)動(dòng)程度和類型，對(duì)高速運(yùn)動(dòng)區(qū)域采用更精細(xì)的編碼策略。③紋理細(xì)節(jié)。系統(tǒng)可以分析畫面中的紋理特征，在保留重要細(xì)節(jié)的同時(shí)，對(duì)可忽略的紋理進(jìn)行更高效的壓縮[5]。④智能編碼還可以識(shí)別多種內(nèi)容類型，比如電影、體育賽事、新聞或動(dòng)畫等，針對(duì)不同類型采用專門優(yōu)化的編碼方案。⑤系統(tǒng)還會(huì)評(píng)估畫面中不同區(qū)域?qū)θ搜鄹兄闹匾潭龋瑢?duì)重要區(qū)域分配更多編碼資源。通過(guò)這種智能化的編碼方式，系統(tǒng)可以在保證甚至提升視頻主觀質(zhì)量的同時(shí)，顯著提高壓縮效率，降低了帶寬需求，在有限的網(wǎng)絡(luò)條件下傳輸高質(zhì)量的視頻內(nèi)容。智能編碼優(yōu)化還能動(dòng)態(tài)調(diào)整網(wǎng)絡(luò)狀況，實(shí)時(shí)調(diào)整編碼策略，確保在各種傳輸環(huán)境下都能提供最佳的視頻體驗(yàn)。

3.1.2 音視頻增強(qiáng)算法

針對(duì)終端用戶對(duì)視音頻更高品質(zhì)的需求，在窄帶高清技術(shù)中實(shí)踐了視頻增強(qiáng)和音頻增強(qiáng)。在視頻增強(qiáng)方面，通過(guò)云端轉(zhuǎn)碼實(shí)施智能畫質(zhì)增強(qiáng)技術(shù)，彌補(bǔ)前序處理環(huán)節(jié)引入的畫質(zhì)損傷，去壓縮失真主要解決編碼壓縮導(dǎo)致的塊效應(yīng)，邊緣毛刺和細(xì)節(jié)丟失/模糊問(wèn)題；超分辨率重建可以消除處理鏈路可能引入的空間分辨率降采樣，并提升畫面整體銳度和清晰度；同時(shí)通過(guò)模型計(jì)算生成的紋理自然，與原始畫面沒(méi)有違和，針對(duì)影視劇、綜藝、賽事、動(dòng)畫片等不同視頻類型場(chǎng)景提供模型定制優(yōu)化。音頻增強(qiáng)方面，研發(fā)了聲道分析/音量歸一/人聲增強(qiáng)/虛擬環(huán)繞等算法，使更廣泛的影視音頻得到增強(qiáng)，將多聲道音頻映射到左右聲道，使聽(tīng)眾可以在普通耳機(jī)或外放上感受到從四面八方傳來(lái)的聲音，給用戶帶來(lái)更具沉浸感、更飽滿，有層次感和方向感的影院級(jí)聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。

3.1.3 邊緣計(jì)算協(xié)同

邊緣計(jì)算是一種分布式計(jì)算架構(gòu)，將數(shù)據(jù)處理和分析任務(wù)從中心化的數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，即更靠近數(shù)據(jù)源或用戶的地方。這一策略利用分布式計(jì)算資源，將部分視頻處理和編碼任務(wù)從中心服務(wù)器轉(zhuǎn)移到網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)。通過(guò)在靠近用戶的位置部署輕量級(jí)但高效的處理單元，可以顯著減少數(shù)據(jù)傳輸延遲，提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。邊緣節(jié)點(diǎn)可以執(zhí)行實(shí)時(shí)的視頻分析、編碼優(yōu)化和內(nèi)容緩存等任務(wù)，減輕中心服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。協(xié)同處理模式適合需要低延遲的應(yīng)用場(chǎng)景，比如直播和交互式視頻服務(wù)。邊緣計(jì)算根據(jù)本地網(wǎng)絡(luò)條件和用戶需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整視頻質(zhì)量，完成更精細(xì)的資源分配，為用戶帶來(lái)更好的體驗(yàn)。

3.2 應(yīng)用創(chuàng)新策略

3.2.1 場(chǎng)景自適應(yīng)傳輸

場(chǎng)景自適應(yīng)傳輸是一種先進(jìn)的視頻傳輸技術(shù)，能夠根據(jù)觀看場(chǎng)景的不同需求，動(dòng)態(tài)調(diào)整視頻的編碼、傳輸和顯示參數(shù)。結(jié)合這一策略，開(kāi)發(fā)智能場(chǎng)景識(shí)別系統(tǒng)，實(shí)時(shí)分析當(dāng)前的視頻內(nèi)容類型和應(yīng)用環(huán)境。例如，系統(tǒng)可以區(qū)分體育賽事、新聞直播、電影點(diǎn)播或視頻會(huì)議等不同場(chǎng)景，根據(jù)每種場(chǎng)景的特定需求，自動(dòng)調(diào)整傳輸參數(shù)。在體育直播中，系統(tǒng)優(yōu)先保證動(dòng)作細(xì)節(jié)，增加幀率和運(yùn)動(dòng)區(qū)域的編碼比特率。而在新聞直播中，注重人物面部表情的清晰度，對(duì)靜態(tài)背景區(qū)域采用更高的壓縮比。對(duì)于電影點(diǎn)播，更注重整體畫面質(zhì)量和色彩還原度。

3.2.2 跨平臺(tái)兼容框架

跨平臺(tái)兼容框架是一種用來(lái)確保軟件或應(yīng)用程序能夠在不同的操作系統(tǒng)、設(shè)備和平臺(tái)之間無(wú)縫運(yùn)行的技術(shù)架構(gòu)。跨平臺(tái)兼容框架是窄帶高清技術(shù)在超高清視頻應(yīng)用中的重要?jiǎng)?chuàng)新策略，旨在解決技術(shù)在不同設(shè)備和操作系統(tǒng)間的適配問(wèn)題。這一框架的核心是創(chuàng)建一個(gè)統(tǒng)一的、靈活的技術(shù)架構(gòu)，使窄帶高清技術(shù)能夠無(wú)縫運(yùn)行于各種終端設(shè)備，包括智能電視、個(gè)人電腦、移動(dòng)設(shè)備，甚至嵌入式系統(tǒng)。

該框架首先設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的API接口，使開(kāi)發(fā)者能夠輕松集成窄帶高清技術(shù)，而無(wú)需深入了解底層實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)。通過(guò)模塊化設(shè)計(jì)，將編碼、解碼、傳輸?shù)裙δ苣K化，便于在不同平臺(tái)上靈活組合和優(yōu)化?？蚣苓€包含自適應(yīng)渲染功能，能根據(jù)設(shè)備的顯示能力自動(dòng)調(diào)整視頻輸出參數(shù)，確保在不同分辨率和刷新率的屏幕上呈現(xiàn)最佳效果。

為充分發(fā)揮硬件性能，框架針對(duì)不同平臺(tái)的特性，比如GPU或?qū)Ｓ靡曨l處理芯片，提供了優(yōu)化的硬件加速方案?？缙脚_(tái)編譯工具的引入，簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)者在多平臺(tái)上的部署工作?？蚣苤械闹虚g件層，可以處理不同操作系統(tǒng)間的差異，提供統(tǒng)一的底層功能接口。性能優(yōu)化是框架的另一特性，針對(duì)不同平臺(tái)特性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)的性能優(yōu)化，比如內(nèi)存管理和線程調(diào)度。

4. 結(jié)束語(yǔ)

窄帶高清技術(shù)在超高清視頻場(chǎng)景的應(yīng)用中展現(xiàn)出巨大潛力，為行業(yè)發(fā)展注入了新的活力。通過(guò)智能編碼優(yōu)化、視音頻增強(qiáng)、邊緣計(jì)算協(xié)同等技術(shù)創(chuàng)新，以及場(chǎng)景自適應(yīng)傳輸、跨平臺(tái)兼容框架等應(yīng)用創(chuàng)新，該技術(shù)有效解決了帶寬限制和設(shè)備兼容性等關(guān)鍵挑戰(zhàn)。盡管仍面臨多方面挑戰(zhàn)，但窄帶高清技術(shù)的持續(xù)創(chuàng)新為解決這些問(wèn)題提供了有效的解決方案。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的普及和新興應(yīng)用場(chǎng)景的出現(xiàn)，窄帶高清技術(shù)將在超高清視頻傳輸和應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈各方的協(xié)作與創(chuàng)新，窄帶高清技術(shù)有望推動(dòng)超高清視頻產(chǎn)業(yè)邁向新的發(fā)展高度，為用戶帶來(lái)更豐富、高質(zhì)量的視頻體驗(yàn)。

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