关键词：4K超高清;视频采集传输;5G平台
1 5G和4K的相关概述
1.1 4K电视的特性
4K电视分辨率能达到3840×2160，像素约830万，是高清电视的4倍，能更清晰地展现画面的每一个细节。4K电视支持多种帧率120p、60p、59.94p、50p、30p、29.97p、25p、24p和23.976p，采用逐行影像扫描方式，比之前的隔行扫描对动态影像的解析力更高。扫描频率越高，高速动态影像就越清晰，且不会产生画面抖动与边缘模糊等问题。高清晰度电视的灰阶标准为8或10bit，而4K电视灰阶为10或12bit，颜色的还原度和丰富度得到了提升。超高清电视色域国际标准（Rec.2020）覆盖了CIE 1931的75.8%，而高清电视色域国际标准（Rec.709）仅覆盖（Rec.2020）35.9%。可见，超高清电视（UHDTV）在橘色、深绿色等色彩显示范围有了较高的提升，对整个影像色彩在层次与过渡方面的增强起到了关键性作用。
1.2移动通信5G
在规模和场景、数据速率、时延等方面，5G比4G具有更大的提升。千倍单位面积容量、百倍用户体验速率的增长、几十倍峰值传输速率的增长，用户体验速率将达到1Gbps，在4G基础上提升10~100倍，而时延将降到4G的1/10或者1/5，达到ms级水平。这些都意味着良好的用户体验（例如在高铁乘车环境中），并能支持虚拟现实、自动驾驶、工业控制等时延敏感性应用[1]。
2 5G在4K传输上的优势分析
2.1 5G的高速度与低延时是4K超高清视频传输应用的基础
5G网络的无线传输速度超10Gbps，每秒下载速度可达1.25GB，是目前4G视频传输速度的几十倍，甚至可达百倍；同时5G网络的发送、传播、处理时延等均少于1毫秒，这个网络时延仅仅只是4G的十几分之一。在电视转播角度来考虑，相比于现阶段的4G传输，5G传输具备高带宽、低时延等多项技术优势，实现无线传输4K超高清视频的可能性更高。超高清视频最为显著的特征之一是数据量大、需求传输速率高，按照目前行业标准，实现4K视频传输的速率必须达到12Mbps。但现在我们广泛应用的4G网络，对于4K视频传输的高网络流量、大存储空间和低回传时延等要求，已经无法完全满足。基于5G网络高速度和低延时的基本特质，使得5G网络成为解决4K视频传输应用的有效手段。当前视频与通信技术的结合将不断升级，包括我们常见的视频监控、远程视频、大型赛事转播、直播等，而5G网络与4K视频传输的结合将成为最先实现的商业应用，二者结合也将成为广阔市场前景的基础应用。
2.2 5G的泛在网是实现4K超高清视频传输的重要保障
泛在网指的是网络无所不在，在任何时间、任何地点、任何人、任何物都能顺畅地通信，包括在网络未覆盖的遥远山区或者办公区域及家里的死角，网络都能使任何人、任何物顺利通信。5G信号传输不需要再用线缆传输，其基于无线传输，可覆盖到铺设线缆不便的区域。在未来5G信号全面覆盖后，可以在保证稳定画质的同时，提高灵活性与移动性，能有效补充传统电视的不足。
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2.3 5G的低功耗则是实现4K超高清视频传输应用的重要因素
低功耗则是联网设备在4K超高清视频传输应用中必须要解决的命题，在4K视频传输的过程中，若物联网产品因信息交换耗费大量能量，用户很难接受。而5G相比于4G，能够明显降下功耗，缩短物联网产品的充电周期，当一日一充变成一周甚至一月一充，用户体验将被大大提高。例如，智能手表通过传统的4G网，仅仅是传输基础的数据就需每天充电，这极大地降低了用户体验。而5G网络低功耗的特点势必可以补足这个缺点，进一步提高物联网产品的使用率，给用户带来高效、便捷的体验[2]。
3 5G在4K超高清视频传输的应用前景
3.1 5G+4K+音乐构建好的远程教育体验
“5G+4K+音乐”可以应用在教育行业。在远程教育的过程中，“5G+4K”可以极大提升远程教育的体验。在专业程度较高的音乐老师教学过程中，时延在超过20毫秒后，就能被感知出来，两个声音是不同步的，尽管对于普通听众这种时延是不会被感知到的。而5G低时延的特性，能够在传输4K超高清视频的同时，把时延降低到20毫秒以内。对于远程教育来说，这可以轻易达到专业级别的水准，真正能够实现现场面对面教育的良好效果。而因此节约的时间和成本，无论对学生还是老师来说，都是极其可观的。
3.2 5G+4K+AI实现万物互联改变生活
“5G+4K+AI”等同于智慧物联改变生活。以后的场景会是这样：下班了刚上回家的车，发动机发动的那一时刻，用户可以控制家里的空调进行自动制冷或自动制热，用户家里的热水器也会进行加热，电饭煲也能够自行完成煮饭。用户回到家中的时候，已经可以节省大量的时间去完成其他事情，能够更加享受下班的闲余时间。除此之外，在家庭安防领域，视频高清监控是人们广泛关注的安防部分。将5G的高速传输和毫秒级低时延技术融入视频高清监控技术中，可以提高视频传输速度和反馈速度，也能进行远程监控操作，同时还能对危险信息进行安全预警，安全性更高[3]。另外，5G的单位流量的资费费率下降，有利于推动智能安防的应用发展。
3.3 5G+4K+切片保证时效性高质量保障传回素材
5G特别重要的一点是高质量的传输，“5G+4K+切片技术”能保证直播效率极大提升。当前国内的各类新闻节目更加注重现场感、及时性，而当前户外转播车将音视频内容进行转播的方式的成本较高，也无法应对突发事件，导致电视媒体严重滞后于网络媒体。在未来，电视台以“5G+4K+切片”的发展方向，例如，在上海、北京、纽约发生热点新闻，在保证高质量的前提下，需要快速、及时地传输当时的画面，就可以通过5G网络可以提高采编播效率，提升电视内容的品质，这有利于加强主流媒体的传播影响力和公信力。
结束语
电视和5G技术融合是大势所趋，不仅能实现固移全业务发展提升广电新业务增长点，还能有效保障4K视频传输。4K+5G的技术融合不但能让广播电视频段资源重获新机，还能利用4K、5G、云技术、人工智能等高新技术构建高清及4K超高清电视与新媒体融合制作、播出和分发的技术体系。依托5G的网速，将加快传统媒体转型，促进各种多媒体之间的融合。
参考文献
[1]丁亦志,肖子玉,李邵平,等.高性能4K直播在5G网络中的应用[J].电信科学,2019,35(6):150-156.
[2]黄瑞刚,徐建新,刘冰.5G+4K超高清视频产业发展前景展望[J].电视研究,2019(4):4-7.
[3]傅力军.5G技术现状及4K over 5G业务前景[J].广播与电视技术,2018,Vol.45(6).
论文作者:韩福海
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第22期
论文发表时间:2020/4/29
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