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5G通信技术传输超高清视频的研究

发布时间：2021-06-08T14:52:27.997Z 来源：《基层建设》2021年第4期 作者： 周治

[导读] 摘要：随着5G技术的发展，该技术已应用到诸多领域中。

中国电信股份有限公司襄阳分公司 湖北襄阳 441000

摘要：随着5G技术的发展，该技术已应用到诸多领域中。5G网络时延低、传输带宽大，各种关键技术都可以满足超高清视频传输的技

术指标。如何利用不同运营商的5G网络来实现高清晰度图像处理和超高清视频的传输，以及哪种传输方案更有优势，将是本文关注的重

点。

关键词：5G通信技术；通信传输；超高清视频

1超高清视频行业发展概述

在超高清视频行业领域，90年代初，设备都是有线视频传输设备，信号是模拟视频信号，而且所有设备都是进口的，我们生产不了成

像设备摄像机等，直到90年代后期，我们才开始组装视频传输设备、摄像机等，但图像处理芯片全是进口的。有很多场合没有网络，没有

Wi-Fi，但要监控，要远程监看，有线数字高清和Wi-Fi无线数字高清都做不到了，这时4G无线高清数字摄像机走进超高清视频行业的舞

台，4G无线高清数字摄像机的出现解决了无网络、无Wi-Fi，甚至加上太阳能可以解决无电的情况下，实现远程监控，它提供了完美的解决

方案，但由于4G自身的缺点，带宽低、速度慢、目前还做不到无偿使用，因此现阶段它仅用于一些特殊的领域，没有大规模的发展和普

及，因此它目前只是在打基础，为迎接5G的到来积累经验，而5G的出现将解决4G的所有问题，5G无线数字摄像机不仅能取代4G，而且随

着科技的发展，也会取代有线数字高清摄像机，并向其他行业融合发展。形成一个万物互联的5G时代。5G在传统的超高清视频行业系统中

的应用，虽然5G数字高清摄像机现在还没有出现，但不会多久，随着5G的普及和发展，5G数字高清摄像机机会爆发式的增长，由于5G优

势，它会和数字高清摄像机完美融合，解决了有线数字高清摄像机施工难、造价高、视频信号有延迟的难题，也解决了Wi-n无线摄像机稳

定性差、容易掉线、图像延迟等问题，更是对4G无线数字摄像机的大提升，5G的带宽速率完美的实现了高清数字视频信号的传输，将来的

超高清视频行业领域的发展方向是5G无线高清摄像机云存储云计算的大数据时代。安装极其简单，一台5G无线数字高清摄像机自带独一无

二的二维码，插上电源，摄像机自动和云存储的平台联通，高清数字信号自动储存，通过云计算把人、车、物等等各类信息自动分类，形

成大数据，供人们检索使用。只要一部手机，或其他有关设备，扫一扫摄像机上的二维码，云服务上的所有摄像机所储存的各类信息一目

了然。

2 我国5G网传输超高清视频方案

2.1传输架构

2.1.1整体设计

超高清视频经存储设备传输出来，编码器对收到的超高清视频进行压缩编码，再对图像进行一系列处理形成1380bit左右的数据包，

CPE（华为5G无线终端接入设备）接收数据包并形成数据流，通过5G基站多输入多输出发射通道发送，将其上传到各自运营商的核心网。

接收端的5GCPE将核心网下行的数据包接收，转发到解码器。根据编码器选择的编码方式解码，发送到终端进行显示。

2.1.2前端设计

要选择符合我国4K超高清视频标准（空间分辨率为3840×2160，帧率为50p、量化深度10bit、色域BT.2020、HDR标准/HLG）的摄像机

来采集视频，并根据超高清视频清晰度、应用场景及制作成本等选择适合的编码方式[2]。例如，电视广播和光碟存储，比较适合采用

HEVC编码方式，而且因为4K和8K超高清视频HEVC都可以进行压缩处理，所以不需要考虑清晰度对编码方式的影响；移动设备的标准浏

览器中的超高清视频可以选择VP9编码方式；如果是场景视频，选择AVS2编码方式可以很好地进行压缩编码。选择不同的编码方式，编码

之后输出的码流是不一样的。5GCPE接收数据包采用UDP（不可靠传输协议）协议将其利用5G基站的天线发射出去。

2.1.3线路设计

（1）广电5G网传输线路。广电5G基站接收来自5GCPE的数据包，传输到基站天线。5G基站天线具有64个发射通道和64个接收通道，

利用这64个发射通道广播发送到广电的大塔和小塔。大塔进行信号调制后，将数据包利用IP多播数据传输到多个发射机，发射机将大塔广

播业务数据广播发射形成大塔外场发射信号。小塔将接收到的小塔广播业务数据包进行基带信号处理和射频信号处理，然后经过发射机形

成小塔外场发射信号。大塔外场发射信号和小塔外场发射信号分别利用最有优势的广电5G通信网和广播网，基本协同和增强协同上传到广

电5G核心网。（2）电信运营商。5G网传输线路电信运营商5G基站接收来自5GCPE的数据包，传输到基站天线[2]。5G基站发送原理及链路

相似，数据包在RRU（射频拉远单元）中完成中频信号到射频信号的变化，再进行功率放大和滤波，然后通过基站发射通道用天线发射出

去，到达BBU（室内基带处理单元）。在BBU中，对射频信号进行基带处理，通过电信运营商的汇聚机房和核心机房上传到各自的核心

网。

2.1.4终端设计显示

终端上要选择支持4K或8K超高清视频，在本方案中选择4K超高清电视机和5G手机。5GCPE接收来自核心网的数据包，并传输到解码

器运用对应的解码方式解码，形成超高清视频数据包，再广播发送到4K超高清电视机和5G手机。

2.2 网络性能

（1）时延。5G网络的时延主要有3部分，空口接入时延和承载网时延约各占总时延的四分之一，核心网时延约占二分之一，所以降低

时延主要是降低空口接入时延和承载网时延。在空口传输、承载网传输和核心网上的节点上设置专业的5G测试设备，专门用来实时监测各

节点传输时延。（2）传输速率。通过5G手机终端，可以在5G手机开启实时网速监测，在通知栏观察实时传输速率。传输速率大于40Mbps

就可以正常传输[3]。（3）丢包。若4K超高清电视机或者5G手机显示端没有出现花屏现象，则说明没有丢包；若出现花屏现象，则说明传

输过程中出现丢包现象，此方案设计不合理，需增加新的技术以提高传输速率。

2.3组网特点

（1）传输速率。广电网络的带宽约为100MHz，700MHz频段覆盖时，网络边缘速率为上行5Mbps、下行20Mbps，在需要高速率的场景

下增加4.9GHz频段的热点覆盖，4.9GHz边缘速率为上行5Mbps、下行50Mbps。中国移动5G频段号为n41，频率范围为2515~2675MHz，此频

率带宽为160MHz；另一个频段号为n79，频率范围为4800~4900MHz，此频率带宽为100MHz。中国电信和中国联通频率范围为

3500~3600MHz，此频率带宽为100MHz。4K视频传输速率最高40Mbps，8K视频传输速率为100Mbps，四大运营商的传输网络下行峰值

20Gbps、上行峰值10Gbps，可以满足超高清视频要求的传输速率[4]。（2）时延。不论是中国广电5G网还是电信运营商的5G网，不论是独

立组网还是非独立组网，都采用了边缘计算、网络切片、新型帧结构等技术，使得5G网络时延低于1ms，数据包在整合时可以顺利解码，

完成超高清图像处理和应用。电信运营商在原本时延低的基础上又采用FlexE技术和M-OTN（面向移动承载优化的OTN）技术来降低时延。

（3）丢包率。电信运营商采用SR（分段路由技术）、高精度时间技术等，都可以提高稳定性和可靠性。5G网络建设中采用的大规模多输

入多输出技术也可以提高可靠性。广电5G网络中大塔小塔联合组网架构，从理论上可以使传输过程中不出现丢包现象，而且在通信过程中

还有SRT协议强大纠错，从而使得超高清视频传输不会发生花屏现象。

结语：

总之，5G通信技术满足了超高清视频传输对时延、带宽、传输速率、丢包率的要求，在传输过程中应用各项技术降低时延，使得路由

转发变得更为简单，传输速率达到超高清视频传输的最大要求，不会出现数据包传输不及时的情况。在SRT协议下保证了传输效率，即使

在用网高峰期也不会出现抢占带宽的问题，即便出现数据包丢失，也可以利用强大的纠错能力完成数据包的恢复。

参考文献：

[1]齐翼，尹利.4K超高清视频采集传输在5G平台的应用[J].现代电视技术，2019（04）：102-103.

[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（04）：4-7.

[3]蔡玮莎.5G时代8K超高清视频发展展望[J].广东通信技术，2019，39（01）：69-70+79.

[4]李洁，林鹏，王宇，张沛，朱常波.5G网络视频业务承载与发展分析[J].邮电设计技术，2018（11）：86-92.