摘要：5G將驅動超高清視頻產業應用的飛躍提升

日前，中國聯通在西班牙巴塞羅那MWC-2019世界移動通信大會上召開了新媒體成果溝通會。會上，中國聯通聯合華為發布了《5G+8K技術白皮書》報告。該白皮書針對各國5G推進的大背景，對5G的規模商用、超高清視頻產業的演進進行解析，并提出相關的產業發展倡議。此外報告表示，未來5年中國超高清視頻產業技術發展將迎來戰略機遇期。

一、全球5G產業發展及超高清產業發展

隨著2018年5G的R15版本標準的凍結，面向以超高清視頻為主的eMBB業務的5G網絡開始成為5G商用基礎。截至2018年11月，有78個國家的182家運營商部署或門劃部署5G，如Verizon、韓國SKT、LGU+、KT、芬蘭Elisa等己宣布商用，43個國家的74個運營商在2019-2022年計劃商用。

在美國，Verizon發布5G內容運營策略，為用戶提供YouTube和AppleTV4K服務，Verizon將與內容提供商合作，成為一個分銷商和電視和視頻內容的聚集者。韓國SKT、KT等運營商基于在平昌冬奧會上的5G試商用，在2008年底止式為用戶提供5G服務，包括同步觀看、交互時間片段、360度虛擬現實直播、全方位視覺和5G連接巴士等服務。全球的主流運營商都己經開始商用或部署5G網絡，而超高清視頻無疑是首當其沖的主要目標業務。

近兩年美國CES各廠商展出的8K技術

“信息視頻化、視頻超高清化”已經成為全球信息產業發展的大趨勢。

從增長和規模來看，到2022年，超高清（或4K）的視頻點播IP流量將占全球IP視頻流量的22‰，超高清占視頻點播IP流量的百分比將高達35％；從技術演進來看，視頻己經從標清、高清進入4K，即將進入8K、AR/VR時代：從各互聯網領域來看，隨著網絡速率的提升、應用終端的逐步完善，家庭互聯網己經率先實現了4K的超高清化，移動互聯網和產業互聯網也在向高清化、超高清化快速演進。

近年來，中國超高清視頻產業發展擁有難得的機遇，也面臨巨大的挑戰，國家各層面均積極倡導發揮市場優勢，加大政策支撐和引導力度，加快超高清視頻技術產品創新和應用普及進程。

中國超高清視頻產業聯盟成立

2018年3月，在工業和信息化部指導下，中國超高清視頻產業聯盟由超高清視頻產品制造、視頻傳輸、內容生產、應用和服務等領域的主要企事業單位、科研院所、專業機構等發起成立，將積極搭建政產學研用緊密合作的公共服務平臺，匯聚超高清視頻產業資源和各方面力量，促進行業交流合作，培育超高清視頻新業態、新模式，助力打造國際先進的超高清視頻產業集群，推動構建中國超高清視頻產業生態體系。

二、5G+8K的應用場景

從技術角度看，5G+8K應用場景不僅局限于平面大屏，也涵蓋VR等應用場景；用戶群體角度看，5G+8K應用場景則涵蓋更多，包含直播、點播、游戲等等。

個人/家庭場景：

8K直播/點播：

8K直播/點播是指基于5G網絡，通過8KR/VR技術應用，對比賽、演唱會、重大活動等大型活動場景進行直播，或后期制作成點播節目推送給家庭/個人用戶，帶給用戶沉浸式的臨場感，未來階段，將為用戶帶來更好的視聽覺和交互體驗。

VR游戲：

VR游戲是指利用VR技術讓玩家走進虛擬的游戲世界，擁有沉浸的視聽感受，并通過身體的運動來進行游戲。云VR游戲是VR的典型應用，交互性強，沉浸感強，是最能吸引用戶的業務之一。

巨幕影院：

家庭巨幕影院，是在室內借助VR頭顯，可滿足現代人們對于看電影的需求，如私人巨幕、躍然眼前的3D影像，1080P到4K、8K的清晰度，800至1000英寸巨幕，屏幕大小自由調節等。

行業應用場景

醫療健康：

超高清視頻技術可以提供超高精細顯示，提高醫學圖片或影像的清晰度，為醫療診治提供有力技術支撐。將8K影像技術與醫療檢查結合，實現精準醫療，通過8K+5G,醫生還可以更快調取超高清圖像信息、開展遠程專家會診以及遠程手術，合理高效利用醫療資源，真正實現完善的醫療解決方案。

工業制造：

超高清視頻技術與工業物聯網結合，可以實現精細原材料識別、精密定位測量等環節，將8K技術應用于工業可視化、機器人巡檢、人機協作交互等場景，與機器視覺、人工智能結合，提高工業自動化、智能化水平。

文教娛樂：

超高清視頻除了顯著提高臨場感，與5G、VR/AR結合能帶來更真實逼真的體驗，在體育賽事、演唱會等展現出更多普通分辨率捕捉不到的細節，抓住每個精彩瞬間，有效提升視頻內容制播效率。在教育領域提供更生動的教學互動體驗和更豐富的課程內容，有效提升教育教學質量和科研能力。

視頻監控：

超高清視頻技術可以彌補低光照、大范圍、惡劣天氣等環境缺陷，真實還原各區域細節。用8K技術升級現有城市安全、反恐防暴、交通監控，結合圖像處理技術，實現區域性人臉、車輛、火災等識別，大幅提升監控安全領域的保障能力。

三、5G+8K應用技術

8K技術

8K技術是一種視頻技術系統名稱，包括前端設備、編碼壓縮、網絡傳輸、播出設備和平臺應用等方面，還要同步突破高分辨率、高幀率、高色深、寬色域、高動態范圍等多個維度技術，才能給為觀眾帶來顛覆式、更具感染力和沉浸感的臨場體驗。

8K分辨率，即7680×4320像素，是4K分辨率的4倍。從高清到4K、8K超高清，畫面每幀分辨率從1920×1080（約207萬像素）提升到3840×2160（約829萬像素）、7680×4320（約3386萬像素)。

超高清發展趨勢

中國聯通結合8K產業鏈的技術發展進程定義了3種8K類型分級，分別為入門級8K、普通8K、極致8K。

8K內容制作

1. 視頻采集

在視頻采集方面，主要涉及分率、幀率、畫幅寬高比、色彩采樣比和量化比特數等主要因素。畫幅寬高比，現在主要應用的是16：9的HD/UHD電視或者17：9的2K/4K甚至更高寬高比的寬熒幕電影；幀率的除了影響數據量之外，還會影響影像的藝術效果和最終觀看的體驗；色彩采樣比和量化比特數也是影響畫質的格式參數之一。

在專業的采、編、播系統中，攝像機作為視頻采集頭端，負責采、錄工作，主要涉及圖像處理、編碼、輸出格式、接口、存儲速率、網絡傳輸等規格。而攝像機在不同系統分類中，關注點不同主要分為：影視類、新聞類、賽事類、監控類、其他專用攝像頭等。

報告指出，在未來，8K攝像機發展仍存在部分挑戰，其發展趨勢包括：

在編碼技術配套方面，從4K到8K，數據量增大4倍，未來將需要多輸出格式滿足多種后期處理需求，RAW更適合大型復雜的后期制作，編碼預處理輸出更適合中小型普通的后期制作。

在機身小型化方面，提升亮度范圍，實現最高4000nit、最低0.001尼特。配合兩幀曝光，動態范圍高達20級，擴展色域范圍，支持Rec.2020標準，實現明亮的色彩和強烈的照明效果。

在功耗降低方面，FPGA的功耗問題無法徹底解決，特別是8K技術對功耗帶來的問題凸顯，低功耗的芯片級解決方案可能是未來的趨勢。

在存儲介質等配套方面，8K視頻的數據量急速增加，要求存儲的速度和容量都要做大幅的提升。此外智能拍攝也將成為專業類攝像機的發展趨勢，包括深度信息提取，可通過軟件批量實現物體背景分離、物體替換，以及深度信息提供給自動對焦算法，實現精準的聚焦，降低拍攝技術門檻。

2.視頻采集

視頻制作系統是對采集收錄的超高清視頻進行編輯、制作、剪輯的相關軟硬件設備，包括素材編輯、色彩調整、特效處理、后期合成等功能，對軟件編碼、硬件接口、幀率、分辨率、色域穩定性和視頻格式兼容性等有較高要求。

報告指出，未來，視頻制作系統的發展趨勢是超高清視頻的制作流程與云計算、人工智能等前沿科技進行結合。新媒體云采編等新技術應用突顯而出，基于新媒體云服務平臺能力，根據不同的行業的需求和業務場景，按需進行定向整合，構建細分市場的的行業產品及解決方案，提供娛樂級，專業級的，媒體級的、播出級的差異化的、廣電級的標準服務。基于云平臺服務的非編系統，可以提供從素材獲取、資源管理、剪輯/監看、添加字幕、添加特技到最終發布的全部功能，支持手機、iPad各類終端遠程編輯應用。

超高清視頻制播配備的存儲設備必須在高傳輸速度、高容量方面進行專門的優化，還要具備較高的可擴展性和較高的性能，以滿足讀寫效率。未來，簡單的大容量硬盤己逐漸無法滿足超高清視頻存儲，針對高數據容量和實時性的要求，業界己推出分布式存儲架構的解決方案，既便于存儲，更能將超清視頻以最快速度傳輸到世界各地，在終端上呈現最好效果。

3.8K內容編碼

運營商發展理念是不斷提升帶寬，進一步提升壓縮效率，而8K、VR等全新視頻應用也會跟上來，帶寬消耗還會更高。這雖然是一個簡單的經濟學悖論，但是高效的壓縮技術確是我們所需要的，所以運營商有必要在8K時代參與第三代編碼技術的制定。

編碼設備是運用特定算法將超高清視頻數據轉換成格式化視頻文件的設備，包括硬件編碼器、軟件編碼服務器、云編碼服務等，需具有高壓縮比、高質量流暢圖像、高碼流精度控制、多標準格式支持、低延時和低網絡傳輸帶寬等特性。編碼設備需要具備相對處理高清視頻更高的I/O性能。同時，由于中國推出了AVS系列標準，也對編碼器設各的編碼功能提出了新的要求。在同等畫質情況下，更好的編碼標準需具有存儲體積更小、帶寬占用更少、傳輸碼率更低、畫質更細膩的優勢。

Encoding.com：2018全球媒體報告-視頻格式份額

網絡傳輸

1.網絡基礎

5G網絡以eMBB、eMTC、URLLC三大應用場景為核心，提供大帶寬、大連接、低時延的網絡能力，同時結合MEC、網絡切片等特性，為8K、VR等超高清視頻技術發展帶來全新機遇。

5G技術關鍵性能

按照8K視頻直播或者點播帶寬200M要求，4G網絡的傳輸速率峰值僅能達到100Mbps,己無法滿足8K視頻傳輸帶寬需求，5G網絡可提供數十Gbps的峰值速率，單用戶體驗速率達0.1-1Gbps。eMBB（增強移動寬帶）作為3GPP定義的5G技術三大場景之一，為超高清視頻等大流量業務提供了技術基礎。

基于5G網絡的8K視頻播放組網圖

2.視頻內容分發網絡

隨著8K的到來，視頻流帶寬需求從標清的2M，高清的8M，4K的30~50M，提升到80M以上。CDN的部署就尤為顯得重要。對CDN來說，就要求CDN流媒體服務器有更高的出流、更低的時延、更高密度的硬件平臺，而傳統的服務器僅僅是通過堆疊來應對流量或者存儲增長無法滿足以上訴求。8K的到來將驅動廠商設計下一代CDN流媒體服務器，下一代CDN流媒體服務器需要重點考慮：摩爾定律失效、單服務器承載用戶數急劇降低、通用服務器無法滿足，以及CDN的部署。

3.終端接收

超高清視頻終端呈現設備包括電視機、機頂盒、平板電腦、手機、VR/AR設備等。在大尺寸的顯示設備上播放高分辨率的視頻效果是非?？捎^的，但是手機的尺寸遠遠小于電視，口前最大尺寸不會超過7英寸，若把分辨率提升至4K甚至8K筆則無必要，當屏幕分辨達到一個2K時，人類的眼睛已無法辨別其與4K屏幕的區別，另外，高分辨率屏幕對手機續航要求極大。目前中國己有多種類大型超高清視頻顯示終端產品，主要性能指標己具備國際領先水平，未來中國4K／8K產品滲透率將不斷提高。

四、終端升級

屏幕

8K 市場處于起步階段，存在Soc解決方案尚不成、產品良率偏低以及成本過高等因素影響，其中，在2019年二季度推出8K 電視芯片原型產品。預計2019年全球8K 屏幕的出貨數量約為30萬臺，到2020年，8K 屏幕出貨數量將會達到260萬臺。2020年后，隨著生產制造的條件成熟及成本的下降，品牌推廣、5G網絡等各方面條件的逐步成熟，將會帶動8K屏幕市場快速發展。

超高清電視通過HDMI接口接收數字信號，經圖像處理、顯示后，水平/垂直清晰度均應達到4K/8K電視線。HDMI 2.0每路帶寬達到18Gbps,支持Rec.2020色域范圍，可傳遞4K60Hz視頻信號，增加了對HDR的支持。目前業界正在研究的HDMI 2.1則將帶寬提升至48Gbps，同時在線纜設計和接口設計上增加了全新的要求，用來滿足視頻信號高速傳輸的穩定性和完整性，未來也將推出更高速率接口。

HDMI系列標準對比

另外，為實現超薄型顯示屏、超大屏幕8K電視進入普通家庭，目前正在對可彎折搬運、輕巧、柔韌性較好的顯示屏進行研究，使用壽命更長、消耗電力更低。

機頂盒

國內運營商現網有超過1億的4K機頂盒，但絕大多數只能支持4K30幀/SDR/BT709/8bit的4K解碼能力，在2018年，國內三大運營商的新增機頂盒全面支持4K60幀/HDR/BT2020/10bit的視頻解碼能力。8K機頂盒芯片將在2019年首發，預計未來2年內將啟動向VR、8K方向的演進。

中國聯通根據全4K智能機頂盒功能特點，結合芯片、終端發展態勢，提出8K智能機頂盒關鍵升級點。

機頂盒演進

VR終端

未來云VR場景下，VR終端主要為一體機形式，需要具備低成本、舒適的佩戴體驗等特性，主要提供高效的音視頻解碼、豐富的傳感器支持、統一的內容支撐等能力。對于VR一體機的顯示部分未來應滿足如下基本要求：

硬件要求：采用VR專用芯片，支持2D、3D、VR圖形加速功能，雙眼分辨率達到3840X 2160及以上，刷新率60Hz及以上，視場角達到120°及以上，支持全景8K分辨率的VR視頻解碼。

其他技術要求：支持FOV傳輸、眼球追蹤、ATW等VR創新技術。

五、應用解決方案

面向平面8K視頻內容制作

5G超過100Mbps的速率可保證8K視頻流無卡頓的傳輸和播放，并且5G網絡切片功能還可以為8K視頻提供虛擬的專用通道，進一步保障業務質量。

定制化5G視頻傳輸設備

在5G模組產品的基礎上，中國聯通在轉播端進行5G輕量化終端設備的研究，可以單設各實現多通道導播切換、多路IP信號導播切換、多通道同步錄制、多通道硬盤播出、真三維虛擬演播室、2D/3D字幕和圖文包裝、非編、調音臺、流媒體發布等多種功能于一體的真正演播室終端設備，高度集成了傳統轉播車的業務功能，將5G轉播終端硬件裝在任意一款家用轎車的后備箱內，即可隨時外出錄制節目，滿足新媒體移動為主的輕量級轉播需求。

5G傳播車功能演示

此外，大型轉播車也是當前節目制作機構的重要工具，其中8K轉播車是8K技術應用的融合驗證平臺，可以開展8K超高清視頻內容的標準化和批量化制作與生產，為5G+8K傳輸系統和終端顯示產品提供標準化、商用化視頻驗證內容，全面實現8K超高清電視節目實驗性試播和視頻節目網絡化試播的示范應用測試環。

面向VR8K視頻內容制作

VR制播一體化方案架構

VR8K視頻內容制作將VR攝像機各個方位采集到的8K圖像拼接縫合成球形畫面并借助圖像拼接服務器使整個球形圖像無畸變，真實還原自然效果，多機位采集的多路畫面經由VR監看切換系統選擇最佳畫面，植入VR虛擬元素和特效制作，最終形成完整8K的VR視頻內容。

面向OTT/IPTV內容服務

TV 業務平臺模型

在互聯網飛速發展的今天，OTT/IPTV業務作為家庭的重要入口，占據非常重要的作用。OTT/IPTV業務主要由業務管理平臺和CDN組成。業務管理平臺主要負責為用戶提供TV服務以及提供業務相關的管理支撐功能。隨著8K的到來，業務管理平臺可以平滑升級支持8K業務。

業務管理平臺包括用戶管理、CP/SP管理、業務管理、產品管理、認證鑒權及計費管理、資源列表管理、統計分析、自服務門戶等功能。其中用戶管理、認證鑒權、產品管理、CP/SP管理、計費管理可由平臺完成，或由平臺與VAC/BSS配合實現。

CDN由內容分發、業務服務、運營管理以及全局調度控制模塊組成。隨著8K的到來，對CDN就要求CDN流媒體服務器有更高的出流、更低的時延、更高密度的硬件平臺。隨著5G的商用，較4G時代將迎來流量的爆發。為提升用戶體驗，CDN預計會進一步下沉，到邊緣、到移網，流量進一步本地化。

面向VR內容服務

云VR網絡架構圖

豐富的VR業務應用

面向5G+VR內容服務，建立基于固移觸合的服務能力。利用5GMEC資源，在本地DC、邊緣DC接入局房等多位置搭建云渲染資源節點，支撐廠大移動網絡用戶對于VR實時渲染業務的需求；同時利用5GMEC建立vCDN資源，并結合5G網絡切片技術，開辟獨立的網絡資源，實現5G承載IPTV業務?？紤]云渲染資源昂貴的建設費用，為了實現充分的資共享并兼顧時延要求，將本地DC的云渲染資源開放共享給寬帶網絡，支撐寬帶網絡用戶的VR業務需求。在接入側，充分利用固移融合技術，實現用戶VR業務在移動網絡、家庭寬帶網絡的自由接入，并實現固移網絡之間的業務無縫切換。

面向視頻監控應用

視頻安防端到端系統

5G技術可以推動以視頻為核心的視頻監控業務的進一步發展，真實還原各區域細節，可用于家庭監控，可視對講、大網監控、平安城市等智能安防場景?？山鉀Q大場景的監控，同時可大量應用于制高點監控、廣場監控以及森林防火等場合：全景網絡攝像機，滿足了用戶更全視野的大場景監控需求。

面向8K工業應用

超高清視頻技術與工業制造結合可應用于圖像識別、工業可視化、機器人巡檢、人機協作交互等場景，提升工業自動化及智能化水平。工業網絡既需要支持高帶寬的圖像、視頻業務，又需要支持大連接、低速率的傳感器和控制信號業務，同時還需要支持傳統的與人交互的各類業務，網絡支持的業務特點和需求差異巨大。智慧工廠的工業應用對相機的分辨率、視野范圍等要求越來越高，包括缺陷檢測、精密測量、3C檢測、讀碼應用等。這對工業相機提出更高的性能需求、更靈活的體驗需求、更安全的環境需求、更低的能耗需求。

面向融媒體平臺

現今融合媒體背景下，新媒體端的直播呈現出巨大的發展和增長空間，5G和8K等新技術成為了新媒體業務的創新驅動，推動著媒體內容的多維化發展，多種媒體渠道的不斷融合，有著高速的信息相互交換能力，可以滿足媒體的不斷更新的需求，解決當前媒體信息時效性、關聯性、交互性上的短板，從而增加媒體信息的價值。

六、5G+8K應用案例

央視春晚直播

央視5G直播架構圖

中國聯通聯合中央廣播電視總臺、華為公司在吉林長春春晚分會場啟動5G網絡超高清視頻實時傳輸、5G8KVR實時制作傳輸測試，為春晚長春分會場5G直播應用提供技術驗證與準備。通過中國聯通的5G網絡，將長春春晚分會場拍攝的4K實時信號，同步到觀眾和總臺兩條信號線上，實現同步呈現。

杭州超高清視頻直播

5G+8K直播應用組網方案

2018年9月，中國聯通聯合阿里云在杭州完成了國內首次專業級5G+8K應用，實現了傳統視頻直播體驗的快速升級，中國聯通提供端到端網絡解決方案并進行網絡部署實施，阿里云為提供全鏈路視頻云解決方案。

烏鎮世界互聯網大會視頻監控

5G+8K直播應用業務流方案

2018年世界互聯網大會，中國聯通與華為，?？低?/u>在5G網絡下完成8K超高清視頻的實時監控應用探索，由5G端到端系統構成，將攝像機部署于.會展中心外，通過兩路8K2K攝像機取景，由5GCPE向展會現場人屏實時傳回8K2K超高清烏鎮景區直播畫面。

江西5G+VR春節聯歡晚會

5G視頻監控

2019年2月3日，江西省春節聯歡晚會首次采用5G+8K+VR進行錄制播出，這也是電視史上首次實現5G+8K+VR春晚。在本次春晚上，中國聯通實現5G信號覆蓋。在拍攝現場，共設計了4個機位，包含中央固定機位、搖臂機位、空中飛貓機位以及游機位?，F場導播通過VR預覽監看系統實時切換設備機位，同時加入虛擬植入與特效制作，通過媒體服務器統一進行發布推流，現場觀眾可以通過手機、PC以及VR頭顯等多種方式體驗觀看。

超高清遠程醫療

遠程醫療會診

2019年1月，中國聯通聯合北京301醫院、福建醫大孟超肝膽醫院開展手術試驗，充分發揮了5G技術大帶寬、低延時的優勢。操作現場位于5G天線正下方的邊緣信號弱覆蓋區域，手術人員基于5G網絡實時回傳的4K／8K超高清視頻畫面，遠程操控50公里外的手術器械，延遲少于30毫秒。通過5G網絡的遠程手術突破了傳統現場診療方式的局限，基于國產自研診療設備，實現了手術多設備數據的協同、云端存儲、大流量遠程調用傳輸與實時獲取，實現了腹腔鏡手術遠程實時控制。