［關(guān)鍵詞］5G 通信技術(shù)；超高清；視頻

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

近幾年來，隨著我國科學技術(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。在信息傳播的過程中，視頻傳輸是常見的一種形式。在5G通信技術(shù)廣泛應用的新時期，用戶對視頻傳輸也提出了更高的要求，超高清視頻的類型從4K 逐漸升級成了8K，這種超高清視頻的分辨率更高，能夠為用戶帶來更加優(yōu)良的觀看體驗。超高清視頻傳輸?shù)倪^程中涉及的信息量更多，數(shù)據(jù)更加繁雜，應用4G 通信技術(shù)不但耗時較久，并且時效性較低。5G通信技術(shù)在信息方面的承載力更強，傳輸速率更高，在進行視頻傳輸?shù)倪^程中能夠?qū)崿F(xiàn)超高清視頻的傳輸，對推動我國視頻傳輸行業(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

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)絡的最高速度可達20 Gbps，高速率也為大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實等技術(shù)帶來了更大的發(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)絡的延遲時間在30～50 ms），這更好地滿足了需要實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩喾N場景，如超高清視頻傳輸、無人駕駛、遠程醫(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)應用了大規(guī)模多輸入多輸出技術(shù)，能夠在同一時間為多個用戶提供音頻及視頻的傳輸服務，期間應用了毫米波技術(shù)，可大幅提升頻譜的利用率。

2"5G通信技術(shù)應用背景下超高清視頻傳輸?shù)膬?yōu)勢

2.1加快了超高清視頻傳輸?shù)乃俣?/p>

超高清視頻傳輸過程中涉及的數(shù)據(jù)量比較大，在進行視頻傳輸?shù)倪^程中如果網(wǎng)絡速率未能滿足傳輸需求，則會導致視頻傳輸效率降低。在新時期，超高清視頻傳輸行業(yè)迎來了極大的發(fā)展空間，行業(yè)規(guī)模逐漸擴大，越來越多的企業(yè)對超高清視頻的傳輸提出了更高的要求，企業(yè)在運營過程中需要通過超高清視頻傳輸完成工作內(nèi)容。5G 通信技術(shù)的應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，應用5G 通信技術(shù)后，信息傳輸?shù)乃俣雀?，在進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，下載和上傳的速度也更快，延遲率更低，實現(xiàn)了信息的實時交互及迅速響應。

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程中，要求視頻具備較高的分辨率和清晰度，這對通信技術(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，應用的過程中網(wǎng)絡流量及存儲空間也更大，這也在一定程度上為超高清視頻傳輸打好了重要基礎。以往應用4G 網(wǎng)絡通信技術(shù)進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，網(wǎng)絡通信技術(shù)缺乏穩(wěn)定性，導致超高清視頻傳輸過程中的局限性較強，部分超高清視頻傳輸?shù)倪^程中內(nèi)容被壓縮，導致畫面的清晰度降低，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，且可在同一個時間段進行多個超高清視頻的傳輸，實現(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程中傳輸中斷、視頻被壓縮等現(xiàn)象的出現(xiàn)。

2.3促進了企業(yè)之間的深度合作

在進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中應用5G 通信技術(shù)，也在一定程度上推動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，促進了通信企業(yè)與高清視頻應用企業(yè)間的合作，使得通信企業(yè)與超高清視頻應用企業(yè)之間互相依賴，互相推動，體現(xiàn)出了雙贏的發(fā)展特征。對于超高清視頻應用企業(yè)而言，應用5G 通信技術(shù)進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)量及時效性。站在通信企業(yè)的角度上來看，通過建設5G 通信基站、應用5G 通信技術(shù)，能夠為超高清視頻傳輸企業(yè)提供高質(zhì)量的視頻傳輸服務，但也在一定程度上增加了通信企業(yè)的經(jīng)濟收益。所以通信企業(yè)與超高清視頻應用企業(yè)之間的有效合作實現(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)的應用是促進超高清視頻傳輸?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準，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)的應用有效增加了超高清視頻傳輸過程中的壓縮比，并且還創(chuàng)建了一個新的視頻壓縮標準，即H.264/MPEG–4AVC技術(shù)標準。在超高清視頻傳輸?shù)倪^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，應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、預測單元及變換單元可進行分離，能夠?qū)Τ咔逡曨l傳輸中的各個環(huán)節(jié)進行靈活處理，從而能夠?qū)Ψ弦曨l圖像的紋理進行更加準確的劃分。H.265/HAVC 技術(shù)的塊結(jié)構(gòu)更加靈活，自適應性更強，在超高清視頻傳輸?shù)倪^程中可根據(jù)運動補償塊的大小對幀間編碼進行相應調(diào)整，如會根據(jù)針對預測殘差的特對變化塊的大小進行調(diào)整，既能夠?qū)崿F(xiàn)更多圖像細節(jié)的畫保存，還能發(fā)揮出能量集中的效果。

3.2"5G網(wǎng)絡組網(wǎng)電信運營商技術(shù)

5G網(wǎng)絡組網(wǎng)模式下，5G網(wǎng)絡與4G網(wǎng)絡完全獨立。在這種情況下，5G網(wǎng)絡的帶寬更大、時延更低，能夠完成多種業(yè)務的超鏈接。在網(wǎng)速方面，5G網(wǎng)絡的峰值速率是4G 網(wǎng)絡峰值速度的20倍，而體驗速率是4G 網(wǎng)絡體驗速率的10倍以上。在進行超高清視頻傳輸時，用戶發(fā)送指令到接收指令之間的時間更短。在進行深入的分析后發(fā)現(xiàn)，5G組網(wǎng)模式下電信運營商技術(shù)可以提供時間毫秒級的業(yè)務，在時延方面，4G網(wǎng)絡技術(shù)的時延一般為10ms，而5G網(wǎng)絡技術(shù)的時延則低至0.1倍，即5G網(wǎng)絡技術(shù)的時延只有1 ms。在超高清視頻傳輸中，也會用到5G 網(wǎng)絡組網(wǎng)模式下的電信運營商技術(shù)，如遠程手術(shù)、自動駕駛及工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，充分利用5G 網(wǎng)絡技術(shù)所具備的低時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，5G 通信技術(shù)的應用還能夠為城市中進行4K/8K 超高清視頻的傳輸提供可靠的信號。各運營商結(jié)合自身實際情況建立了總臺5G媒體應用實驗室，開展了超高清視頻傳輸及移動編輯、4K/8KVR 視頻的直播制作、4K/8K 超高清視頻移動編輯等[2]。

3.3"5G通信技術(shù)超高清視頻整體設計技術(shù)

5G通信技術(shù)進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，應用整體設計技術(shù)，滿足用戶對節(jié)目質(zhì)量方面的新要求。如以5G通信技術(shù)為基礎，可實現(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)其畫質(zhì)標準更高，圖像分辨率高達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程中的每一個細節(jié)，視聽體驗更加逼真。在5G通信技術(shù)的協(xié)助下，媒體行業(yè)的發(fā)展更加自動化和智能化，如近兩年來誕生的LiveTouch 錄播服務器系統(tǒng)，這個系統(tǒng)集成了先進的硬件和軟件，為超高清視頻的設計及制作提供了重要的保障。LiveTouch 錄播服務器系統(tǒng)對視頻及信息的存儲能力和處理能力更強，能夠支持多種信號的輸入和輸出，節(jié)目畫質(zhì)更加清晰，網(wǎng)絡連接方式更加靈活，可選擇更加靈活的網(wǎng)絡連接方式進行超高清視頻中相關(guān)素材的采集、存儲、編碼及解碼，視頻整體設計水平更高。應用5G 通信技術(shù)進行超高清視頻傳輸，下載速度可達7.5 Gbps，上傳速度可達3.0 Gbps[3]。

3.4"5G通信技術(shù)傳輸超高清視頻分布設計技術(shù)

應用5G通信技術(shù)進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中也應用到了4G網(wǎng)絡通信技術(shù)、WiFi、H.265/VP9、AI 等先進技術(shù)，這些技術(shù)的應用都在一定程度上促進了5G 通信技術(shù)下4K/8K 超高清視頻傳輸目標的實現(xiàn)，并且這些技術(shù)被應用到了多種場景。如應用5G調(diào)制解調(diào)器平臺中的芯訊通SIM8200EA–M25G模組，應用高驍龍X55解決了調(diào)制解調(diào)器及射頻系統(tǒng)等運行過程中遇到的問題。應用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計技術(shù)應用于醫(yī)療領(lǐng)域，既保證了畫面的精準度，還實現(xiàn)了遠程醫(yī)療方面的需求。應用5G 通信技術(shù)傳輸超高清視頻分布設計的過程中，可應用7 nm制程工藝，促進5G 星空口TDD 運行模式、FDD運行模式、NSA/SA 模式、6GHz 及毫米波等技術(shù)應用，以及視頻傳輸提供技術(shù)保障。應用5G 通信技術(shù)進行超高清視頻傳輸時可應用AI 技術(shù)對相關(guān)功能進行擴展，如可完成人臉識別、語音識別、病理庫數(shù)據(jù)對比、圖像對比、智能定位及智能駕駛等。

3.5像素管道編碼和解碼技術(shù)

應用5G通信技術(shù)進行超高清視頻傳輸?shù)倪^程中，可能會出現(xiàn)編解碼傳輸系統(tǒng)延時，應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 超清視頻的低延時傳輸。其通過感知圖像內(nèi)容、合理分布圖像色彩、科學判斷視頻內(nèi)容的前幀和后幀，可以將超高清視頻分解成多個視頻片段，然后對每一個視頻片段進行編碼和解碼。對4K/8K 信號源輸出的圖像進行掃描，應用圖像采集組件進行編碼，期間通過對圖像內(nèi)容進行感知、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，以此來減少幀緩存造成的視頻傳輸延時，然后利用編碼組件對圖像進行編碼。編碼時，將N行為假定為一個片，將一幀圖像通過序列轉(zhuǎn)化為2160/N個圖像片，應用多個編碼引擎對多個圖像片進行編碼引擎，產(chǎn)生相應的編碼幀序列。

一般情況下，像素管道編碼完成后，編碼組件就會生成對應的序列化編碼數(shù)據(jù)，這些編碼數(shù)據(jù)通過5G網(wǎng)絡進行傳輸，然后再被送至解碼組件進行解碼。推流傳輸是發(fā)送端向接收端進行數(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)送端會根據(jù)數(shù)據(jù)量的進行緩存，再嘗試發(fā)送，在此過程中延時性較高。而如果接收端能夠?qū)ο嚓P(guān)數(shù)據(jù)進行快速處理，對發(fā)送端的數(shù)據(jù)進行合理的接收并處理，有可能會導致數(shù)據(jù)接收端處于空閑狀態(tài)。針對此種情況，可應用拉流傳輸機制，讓接收端以一種固定的時鐘節(jié)拍對發(fā)送端的數(shù)據(jù)進行處理，促進發(fā)送端與接收端在數(shù)據(jù)處理方面的同步進行，這樣一來，在超高清視頻傳輸?shù)倪^程中也就實現(xiàn)了零緩存?zhèn)鬏?。解碼組件在對編碼數(shù)據(jù)進行解碼后，會將相關(guān)數(shù)據(jù)恢復至原來的圖像內(nèi)容。

4結(jié)束語

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)被廣泛應用在多個行業(yè)，有效提高了超高清視頻傳輸?shù)男?，相關(guān)技術(shù)人員要加強對5G通信技術(shù)的學習，掌握其應用要點，促進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)應用水平的同時，促進超高清視頻傳輸質(zhì)量的提升。