全球5G产业发展及超高清产业发展

摘要：5G将驱动超高清视频产业应用的飞跃提升

日前，中国联通在西班牙巴塞罗那MWC-2019世界移动通信大会上召开了新媒体成果沟通会。会上，中国联通联合华为发布了《5G+8K技术白皮书》报告。该白皮书针对各国5G推进的大背景，对5G的规模商用、超高清视频产业的演进进行解析，并提出相关的产业发展倡议。此外报告表示，未来5年中国超高清视频产业技术发展将迎来战略机遇期。

一、全球5G产业发展及超高清产业发展 

随着2018年5G的R15版本标准的冻结，面向以超高清视频为主的eMBB业务的5G网络开始成为5G商用基础。截至2018年11月，有78个国家的182家运营商部署或门划部署5G，如Verizon、韩国SKT、LG U+、KT、芬兰Elisa等己宣布商用，43个国家的74个运营商在2019-2022年计划商用。

在美国，Verizon发布5G内容运营策略，为用户提供YouTube和AppleTV 4K服务，Verizon将与内容提供商合作，成为一个分销商和电视和视频内容的聚集者。韩国SKT、KT等运营商基于在平昌冬奥会上的5G试商用，在2008年底止式为用户提供5G服务，包括同步观看、交互时间片段、360度虚拟现实直播、全方位视觉和5G连接巴士等服务。全球的主流运营商都己经开始商用或部署5G网络，而超高清视频无疑是首当其冲的主要目标业务。

近两年美国CES各厂商展出的8K技术

“信息视频化、视频超高清化”已经成为全球信息产业发展的大趋势。

从增长和规模来看，到2022年，超高清（或4K）的视频点播IP流量将占全球IP视频流量的22‰，超高清占视频点播IP流量的百分比将高达35％；从技术演进来看，视频己经从标清、高清进入4K，即将进入8K、AR/VR时代：从各互联网领域来看，随着网络速率的提升、应用终端的逐步完善，家庭互联网己经率先实现了4K的超高清化，移动互联网和产业互联网也在向高清化、超高清化快速演进。

近年来，中国超高清视频产业发展拥有难得的机遇，也面临巨大的挑战，国家各层面均积极倡导发挥市场优势，加大政策支撑和引导力度，加快超高清视频技术产品创新和应用普及进程。

中国超高清视频产业联盟成立

2018年3月，在工业和信息化部指导下，中国超高清视频产业联盟由超高清视频产品制造、视频传输、内容生产、应用和服务等领域的主要企事业单位、科研院所、专业机构等发起成立，将积极搭建政产学研用紧密合作的公共服务平台，汇聚超高清视频产业资源和各方面力量，促进行业交流合作，培育超高清视频新业态、新模式，助力打造国际先进的超高清视频产业集群，推动构建中国超高清视频产业生态体系。

二、5G+8K的应用场景 

从技术角度看，5G+8K应用场景不仅局限于平面大屏，也涵盖VR等应用场景；用户群体角度看，5G+8K应用场景则涵盖更多，包含直播、点播、游戏等等。

个人/家庭场景：

8K直播/点播：

8K直播/点播是指基于5G网络，通过8KR/VR技术应用，对比赛、演唱会、重大活动等大型活动场景进行直播，或后期制作成点播节目推送给家庭/个人用户，带给用户沉浸式的临场感，未来阶段，将为用户带来更好的视听觉和交互体验。

VR游戏：

VR游戏是指利用VR技术让玩家走进虚拟的游戏世界，拥有沉浸的视听感受，并通过身体的运动来进行游戏。云VR游戏是VR的典型应用，交互性强，沉浸感强，是最能吸引用户的业务之一。

巨幕影院：

家庭巨幕影院，是在室内借助VR头显，可满足现代人们对于看电影的需求，如私人巨幕、跃然眼前的3D影像，1080P到4K、8K的清晰度，800至1000英寸巨幕，屏幕大小自由调节等。

行业应用场景

医疗健康：

超高清视频技术可以提供超高精细显示，提高医学图片或影像的清晰度，为医疗诊治提供有力技术支撑。将8K影像技术与医疗检查结合，实现精准医疗，通过8K+5G,医生还可以更快调取超高清图像信息、开展远程专家会诊以及远程手术，合理高效利用医疗资源，真正实现完善的医疗解决方案。

工业制造：

超高清视频技术与工业物联网结合，可以实现精细原材料识别、精密定位测量等环节，将8K技术应用于工业可视化、机器人巡检、人机协作交互等场景，与机器视觉、人工智能结合，提高工业自动化、智能化水平。

文教娱乐：

超高清视频除了显著提高临场感，与5G、VR/AR结合能带来更真实逼真的体验，在体育赛事、演唱会等展现出更多普通分辨率捕捉不到的细节，抓住每个精彩瞬间，有效提升视频内容制播效率。在教育领域提供更生动的教学互动体验和更丰富的课程内容，有效提升教育教学质量和科研能力。

视频监控：

超高清视频技术可以弥补低光照、大范围、恶劣天气等环境缺陷，真实还原各区域细节。用8K技术升级现有城市安全、反恐防暴、交通监控，结合图像处理技术，实现区域性人脸、车辆、火灾等识别，大幅提升监控安全领域的保障能力。

三、5G+8K应用技术 

8K技术

8K技术是一种视频技术系统名称，包括前端设备、编码压缩、网络传输、播出设备和平台应用等方面，还要同步突破高分辨率、高帧率、高色深、宽色域、高动态范围等多个维度技术，才能给为观众带来颠覆式、更具感染力和沉浸感的临场体验。

8K分辨率，即7680×4320像素，是4K分辨率的4倍。从高清到4K、8K超高清，画面每帧分辨率从1920×1080（约207万像素）提升到3840×2160（约829万像素）、7680×4320（约3386万像素)。

超高清发展趋势

中国联通结合8K产业链的技术发展进程定义了3种8K类型分级，分别为入门级8K、普通8K、极致8K。

8K内容制作

1. 视频采集

在视频采集方面，主要涉及分率、帧率、画幅宽高比、色彩采样比和量化比特数等主要因素。画幅宽高比，现在主要应用的是16：9的HD/UHD电视或者17：9的2K/4K甚至更高宽高比的宽荧幕电影；帧率的除了影响数据量之外，还会影响影像的艺术效果和最终观看的体验；色彩采样比和量化比特数也是影响画质的格式参数之一。

在专业的采、编、播系统中，摄像机作为视频采集头端，负责采、录工作，主要涉及图像处理、编码、输出格式、接口、存储速率、网络传输等规格。而摄像机在不同系统分类中，关注点不同主要分为：影视类、新闻类、赛事类、监控类、其他专用摄像头等。

报告指出，在未来，8K摄像机发展仍存在部分挑战，其发展趋势包括：

在编码技术配套方面，从4K到8K，数据量增大4倍，未来将需要多输出格式满足多种后期处理需求，RAW更适合大型复杂的后期制作，编码预处理输出更适合中小型普通的后期制作。

在机身小型化方面，提升亮度范围，实现最高4000nit、最低0.001尼特。配合两帧曝光，动态范围高达20级，扩展色域范围，支持Rec.2020标准，实现明亮的色彩和强烈的照明效果。

在功耗降低方面，FPGA的功耗问题无法彻底解决，特别是8K技术对功耗带来的问题凸显，低功耗的芯片级解决方案可能是未来的趋势。

在存储介质等配套方面，8K视频的数据量急速增加，要求存储的速度和容量都要做大幅的提升。此外智能拍摄也将成为专业类摄像机的发展趋势，包括深度信息提取，可通过软件批量实现物体背景分离、物体替换，以及深度信息提供给自动对焦算法，实现精准的聚焦，降低拍摄技术门槛。

2.视频采集

视频制作系统是对采集收录的超高清视频进行编辑、制作、剪辑的相关软硬件设备，包括素材编辑、色彩调整、特效处理、后期合成等功能，对软件编码、硬件接口、帧率、分辨率、色域稳定性和视频格式兼容性等有较高要求。

报告指出，未来，视频制作系统的发展趋势是超高清视频的制作流程与云计算、人工智能等前沿科技进行结合。新媒体云采编等新技术应用突显而出，基于新媒体云服务平台能力，根据不同的行业的需求和业务场景，按需进行定向整合，构建细分市场的的行业产品及解决方案，提供娱乐级，专业级的，媒体级的、播出级的差异化的、广电级的标准服务。基于云平台服务的非编系统，可以提供从素材获取、资源管理、剪辑/监看、添加字幕、添加特技到最终发布的全部功能，支持手机、iPad各类终端远程编辑应用。

超高清视频制播配备的存储设备必须在高传输速度、高容量方面进行专门的优化，还要具备较高的可扩展性和较高的性能，以满足读写效率。未来，简单的大容量硬盘己逐渐无法满足超高清视频存储，针对高数据容量和实时性的要求，业界己推出分布式存储架构的解决方案，既便于存储，更能将超清视频以最快速度传输到世界各地，在终端上呈现最好效果。

3.8K内容编码

运营商发展理念是不断提升带宽，进一步提升压缩效率，而8K、VR等全新视频应用也会跟上来，带宽消耗还会更高。这虽然是一个简单的经济学悖论，但是高效的压缩技术确是我们所需要的，所以运营商有必要在8K时代参与第三代编码技术的制定。

编码设备是运用特定算法将超高清视频数据转换成格式化视频文件的设备，包括硬件编码器、软件编码服务器、云编码服务等，需具有高压缩比、高质量流畅图像、高码流精度控制、多标准格式支持、低延时和低网络传输带宽等特性。编码设备需要具备相对处理高清视频更高的I/O性能。同时，由于中国推出了AVS系列标准，也对编码器设各的编码功能提出了新的要求。在同等画质情况下，更好的编码标准需具有存储体积更小、带宽占用更少、传输码率更低、画质更细腻的优势。

Encoding.com：2018全球媒体报告-视频格式份额

网络传输

1.网络基础

5G网络以eMBB、eMTC、URLLC三大应用场景为核心，提供大带宽、大连接、低时延的网络能力，同时结合MEC、网络切片等特性，为8K、VR等超高清视频技术发展带来全新机遇。

5G技术关键性能

按照8K视频直播或者点播带宽200M要求，4G网络的传输速率峰值仅能达到100Mbps,己无法满足8K视频传输带宽需求，5G网络可提供数十Gbps的峰值速率，单用户体验速率达0.1-1Gbps。eMBB（增强移动宽带）作为3GPP定义的5G技术三大场景之一，为超高清视频等大流量业务提供了技术基础。

基于5G网络的8K视频播放组网图

2.视频内容分发网络

随着8K的到来，视频流带宽需求从标清的2M，高清的8M，4K的30~50M，提升到80M以上。CDN的部署就尤为显得重要。对CDN来说，就要求CDN流媒体服务器有更高的出流、更低的时延、更高密度的硬件平台，而传统的服务器仅仅是通过堆叠来应对流量或者存储增长无法满足以上诉求。8K的到来将驱动厂商设计下一代CDN流媒体服务器，下一代CDN流媒体服务器需要重点考虑：摩尔定律失效、单服务器承载用户数急剧降低、通用服务器无法满足，以及CDN的部署。

3.终端接收

超高清视频终端呈现设备包括电视机、机顶盒、平板电脑、手机、VR/AR设备等。在大尺寸的显示设备上播放高分辨率的视频效果是非常可观的，但是手机的尺寸远远小于电视，口前最大尺寸不会超过7英寸，若把分辨率提升至4K甚至8K笔则无必要，当屏幕分辨达到一个2K时，人类的眼睛已无法辨别其与4K屏幕的区别，另外，高分辨率屏幕对手机续航要求极大。目前中国己有多种类大型超高清视频显示终端产品，主要性能指标己具备国际领先水平，未来中国4K／8K产品渗透率将不断提高。

四、终端升级 

屏幕

8K 市场处于起步阶段，存在Soc解决方案尚不成、产品良率偏低以及成本过高等因素影响，其中，在2019年二季度推出8K 电视芯片原型产品。预计2019年全球8K 屏幕的出货数量约为30万台，到2020年，8K 屏幕出货数量将会达到260万台。2020年后，随着生产制造的条件成熟及成本的下降，品牌推广、5G网络等各方面条件的逐步成熟，将会带动8K屏幕市场快速发展。

超高清电视通过HDMI接口接收数字信号，经图像处理、显示后，水平/垂直清晰度均应达到4K/8K电视线。HDMI 2.0每路带宽达到18Gbps,支持Rec.2020色域范围，可传递4K 60Hz视频信号，增加了对HDR的支持。目前业界正在研究的HDMI 2.1则将带宽提升至48Gbps，同时在线缆设计和接口设计上增加了全新的要求，用来满足视频信号高速传输的稳定性和完整性，未来也将推出更高速率接口。

HDMI系列标准对比

另外，为实现超薄型显示屏、超大屏幕8K电视进入普通家庭，目前正在对可弯折搬运、轻巧、柔韧性较好的显示屏进行研究，使用寿命更长、消耗电力更低。

机顶盒

国内运营商现网有超过1亿的4K机顶盒，但绝大多数只能支持4K 30帧/SDR/BT709/8bit的4K解码能力，在2018年，国内三大运营商的新增机顶盒全面支持4K 60帧/HDR/BT2020/10bit的视频解码能力。8K机顶盒芯片将在2019年首发，预计未来2年内将启动向VR、8K方向的演进。

中国联通根据全4K智能机顶盒功能特点，结合芯片、终端发展态势，提出8K智能机顶盒关鍵升级点。

机顶盒演进

VR终端

未来云VR场景下，VR终端主要为一体机形式，需要具备低成本、舒适的佩戴体验等特性，主要提供高效的音视频解码、丰富的传感器支持、统一的内容支撑等能力。对于VR一体机的显示部分未来应满足如下基本要求：

硬件要求：采用VR专用芯片，支持2D、3D、VR图形加速功能，双眼分辨率达到3840 X 2160及以上，刷新率60Hz及以上，视场角达到120°及以上，支持全景8K分辨率的VR视频解码。

其他技术要求：支持FOV传输、眼球追踪、ATW等VR创新技术。

五、应用解决方案 

面向平面8K视频内容制作

5G超过100Mbps的速率可保证8K视频流无卡顿的传输和播放，并且5G网络切片功能还可以为8K视频提供虚拟的专用通道，进一步保障业务质量。

定制化5G视频传输设备

在5G模组产品的基础上，中国联通在转播端进行5G轻量化终端设备的研究，可以单设各实现多通道导播切换、多路IP信号导播切换、多通道同步录制、多通道硬盘播出、真三维虚拟演播室、2D/3D字幕和图文包装、非编、调音台、流媒体发布等多种功能于一体的真正演播室终端设备，高度集成了传统转播车的业务功能，将5G转播终端硬件装在任意一款家用轿车的后备箱内，即可随时外出录制节目，满足新媒体移动为主的轻量级转播需求。

5G传播车功能演示

此外，大型转播车也是当前节目制作机构的重要工具，其中8K转播车是8K技术应用的融合验证平台，可以开展8K超高清视频内容的标准化和批量化制作与生产，为5G+8K传输系统和终端显示产品提供标准化、商用化视频验证内容，全面实现8K超高清电视节目实验性试播和视频节目网络化试播的示范应用测试环。

面向VR 8K视频内容制作

VR制播一体化方案架构

VR 8K视频内容制作将VR摄像机各个方位采集到的8K图像拼接缝合成球形画面并借助图像拼接服务器使整个球形图像无畸变，真实还原自然效果，多机位采集的多路画面经由VR监看切换系统选择最佳画面，植入VR虚拟元素和特效制作，最终形成完整8K的VR视频内容。

面向OTT/IPTV内容服务

TV 业务平台模型

在互联网飞速发展的今天，OTT/IPTV业务作为家庭的重要入口，占据非常重要的作用。OTT/IPTV业务主要由业务管理平台和CDN组成。业务管理平台主要负责为用户提供TV服务以及提供业务相关的管理支撑功能。随着8K的到来，业务管理平台可以平滑升级支持8K业务。

业务管理平台包括用户管理、CP/SP管理、业务管理、产品管理、认证鉴权及计费管理、资源列表管理、统计分析、自服务门户等功能。其中用户管理、认证鉴权、产品管理、CP/SP管理、计费管理可由平台完成，或由平台与VAC/BSS配合实现。

CDN由内容分发、业务服务、运营管理以及全局调度控制模块组成。随着8K的到来，对CDN就要求CDN流媒体服务器有更高的出流、更低的时延、更高密度的硬件平台。随着5G的商用，较4G时代将迎来流量的爆发。为提升用户体验，CDN预计会进一步下沉，到边缘、到移网，流量进一步本地化。

面向VR内容服务

云VR网络架构图

丰富的VR业务应用

面向5G+VR内容服务，建立基于固移触合的服务能力。利用5G MEC资源，在本地DC、边缘DC接入局房等多位置搭建云渲染资源节点，支撑厂大移动网络用户对于VR实时渲染业务的需求；同时利用5G MEC建立vCDN资源，并结合5G网络切片技术，开辟独立的网络资源，实现5G承载IPTV业务。考虑云渲染资源昂贵的建设费用，为了实现充分的资共享并兼顾时延要求，将本地DC的云渲染资源开放共享给宽带网络，支撑宽带网络用户的VR业务需求。在接入侧，充分利用固移融合技术，实现用户VR业务在移动网络、家庭宽带网络的自由接入，并实现固移网络之间的业务无缝切换。

面向视频监控应用

视频安防端到端系统

5G技术可以推动以视频为核心的视频监控业务的进一步发展，真实还原各区域细节，可用于家庭监控，可视对讲、大网监控、平安城市等智能安防场景。可解决大场景的监控，同时可大量应用于制高点监控、广场监控以及森林防火等场合：全景网络摄像机，满足了用户更全视野的大场景监控需求。

面向8K工业应用

超高清视频技术与工业制造结合可应用于图像识别、工业可视化、机器人巡检、人机协作交互等场景，提升工业自动化及智能化水平。工业网络既需要支持高带宽的图像、视频业务，又需要支持大连接、低速率的传感器和控制信号业务，同时还需要支持传统的与人交互的各类业务，网络支持的业务特点和需求差异巨大。智慧工厂的工业应用对相机的分辨率、视野范围等要求越来越高，包括缺陷检测、精密测量、3C检测、读码应用等。这对工业相机提出更高的性能需求、更灵活的体验需求、更安全的环境需求、更低的能耗需求。

面向融媒体平台

现今融合媒体背景下，新媒体端的直播呈现出巨大的发展和增长空间，5G和8K等新技术成为了新媒体业务的创新驱动，推动着媒体内容的多维化发展，多种媒体渠道的不断融合，有着高速的信息相互交换能力，可以满足媒体的不断更新的需求，解决当前媒体信息时效性、关联性、交互性上的短板，从而增加媒体信息的价值。

六、5G+8K应用案例 

央视春晚直播

央视5G直播架构图

中国联通联合中央广播电视总台、华为公司在吉林长春春晚分会场启动5G网络超高清视频实时传输、5G 8K VR实时制作传输测试，为春晚长春分会场5G直播应用提供技术验证与准备。通过中国联通的5G网络，将长春春晚分会场拍摄的4K实时信号，同步到观众和总台两条信号线上，实现同步呈现。

杭州超高清视频直播

5G+8K直播应用组网方案

2018年9月，中国联通联合阿里云在杭州完成了国内首次专业级5G+8K应用，实现了传统视频直播体验的快速升级，中国联通提供端到端网络解决方案并进行网络部署实施，阿里云为提供全链路视频云解决方案。

乌镇世界互联网大会视频监控

5G+8K直播应用业务流方案

2018年世界互联网大会，中国联通与华为，海康威视在5G网络下完成8K超高清视频的实时监控应用探索，由5G端到端系统构成，将摄像机部署于.会展中心外，通过两路8K2K摄像机取景，由5G CPE向展会现场人屏实时传回8K2K超高清乌镇景区直播画面。

江西5G+VR春节联欢晚会

5G视频监控

2019年2月3日，江西省春节联欢晚会首次采用5G+8K+VR进行录制播出，这也是电视史上首次实现5G+8K+VR春晚。在本次春晚上，中国联通实现5G信号覆盖。在拍摄现场，共设计了4个机位，包含中央固定机位、摇臂机位、空中飞猫机位以及游机位。现场导播通过VR预览监看系统实时切换设备机位，同时加入虚拟植入与特效制作，通过媒体服务器统一进行发布推流，现场观众可以通过手机、PC以及VR头显等多种方式体验观看。

超高清远程医疗

远程医疗会诊

2019年1月，中国联通联合北京301医院、福建医大孟超肝胆医院开展手术试验，充分发挥了5G技术大带宽、低延时的优势。操作现场位于5G天线正下方的边缘信号弱覆盖区域，手术人员基于5G网络实时回传的4K／8K超高清视频画面，远程操控50公里外的手术器械，延迟少于30毫秒。通过5G网络的远程手术突破了传统现场诊疗方式的局限，基于国产自研诊疗设备，实现了手术多设备数据的协同、云端存储、大流量远程调用传输与实时获取，实现了腹腔镜手术远程实时控制。