5G+：5G如何改变社会

5G带来的不仅仅是“速度”，还有全新的商业模式和沉浸式互动体验——视频、游戏、音乐、广告、VR/AR等产业都将发生根本性变革，内容与受众的距离将被大大缩短。最终，5G将给人们的娱乐方式增添全新且可触知的维度。^[1]

5G高清视频——超高品质的视听盛宴

近年来，伴随着消费者对于视频清晰度的需求不断提高，视频影像行业正在发生着巨大的变化。当前，视频技术正在经历从高清向超高清的演进（超高清视频演进路线见表11–1）。超高清视频的高分辨率、高帧率和高动态范围让画质更精细、更流畅、更真实，宽色域、高色深和三维全景声让色彩更丰富、更精准，声音更具空间感和方位感，这将颠覆性地革新视听产业，激发商业模式创新。

高分辨率技术为影像提供了更丰富的画面层次和更精致的画面细节，使之呈现出场景的立体感和空间感。从全高清到4K超高清、8K超高清，画面每帧分辨率从1 920×1 080（约207万像素）提升到3 840×2160（约829万像素）、7 680×4 320（约3 300万像素）。高帧率技术能够进一步提升影像的细腻度和流畅感，为观众带来更加舒适的观看体验。当帧率达到每秒120帧时，高帧率技术可以改善运动镜头的画面跳停现象和模糊现象，完全消除高亮度、宽视角情况下的临界闪烁现象。

三维声技术决定声音的立体真实感。三维声是具有三维空间感、方位感的声音，它能使听众在观看场景中获得与真实世界中临场相似的听觉感受，能给观众带来身临其境的沉浸感。^[2]超高清视频的优点是其具有非常强的临场感和实物感，对现实场景有最为细腻逼真的还原，尤其是对要求极高的体育赛事转播来说，超高清显示可实现极为真切的视感。随着视频分辨率和帧率的提高，4K/8K视频文件的大小和码率大大增加。根据中国通信标准化协会发布的《4K视频传送需求研究报告》，超高清视频带宽要求最高的8K视频需要135Mbps的带宽，带宽要求最低的入门级4K也需要18~24Mbps的带宽。而当前4G和Wi–Fi的带宽有限，不能很好地支持超高清视频的传输和在线播放，难以实现超高清直播的普及。^[3]5G网络对于4K乃至8K超高清视频有着良好的承载能力。基于5G网络的超高清视频有广泛的应用场景，如大型赛事直播、大型演出直播、重要事件直播等，结合5G切片网络能力和人工智能技术，其将为超高清视频娱乐体验带来更大的想象空间。目前，产业针对5G多样化视频制作以及5G保障沉浸式视频的分发做了大量的探索和实践，以5G+4K超高清直播为例，端到端业务解决方案如图11–1所示。

超高清摄像机通过编码推流设备，将原始视频流转换成IP数据流，先将数据流通过Wi–Fi或网线发到5G客户终端设备上，再转给5G基站（5G芯片和模组成熟后，5G模组集成于编码设备中，可直接发送到5G基站）。基站再通过5G传输及核心网络，把视频数据流传送到视频播放、存储及分发端，通过5G网络下发给超高清视频显示终端。5G能够提供数百Mbps的速率以保证超高清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超高清视频提供专用通道，进一步保障业务质量和用户体验。

应用场景1：采用5G网络传输各种大型演出活动的超高清视频会成

功吸引大批观众，成功扩大活动的影响力和增加受众数量基于移动场景下的挑战，5G可以应用于超高清视频的采集、传输、分发及播放，实现端到端网络保障，有效弥补现有带宽不足及专线成本过高的现状，同时端到端网络切片技术可以为制作传输和用户观看提供有效的QoE（体验质量）保障，提升用户体验。同时，5G的低时延可以满足用户在观看综艺与现场演出时的个性化互动需求。

2019年2月，中国移动联合中央广播电视总台，成功实现了将央视春晚深圳分会场的4K超高清信号回传至中央广播电视总台北京机房，在全国范围内首次实现4K超高清内容的5G网络传输，让5G的场景应用备受关注。

应用场景2：采用5G网络传输各种户外超高清体育赛事，给观众带

来身临其境的体验

首先，5G结合VR、AR、全息投影等技术的沉浸式教学让知识更易懂、学习更快乐。5G能够有效解决教室光纤覆盖周期长、成本高、无法灵活开课等问题，同时弥补了基于Wi–Fi导致的远程直播卡顿、不稳定和虚拟教学的交互体验差等问题。5G的大带宽、低时延以及边缘计算与网络切片可以让沉浸式教育走出科技馆，走向真实的课堂，走入普通的院校，从而服务于广大师生。天文、地理、生物、化学等不易于用文字描述的知识将通过VR、AR、全息等新型技术更生动地进行传播，学生将拥有看待世界的全新视角，将所学变为所感、所见，甚至所做，走向深度学习。

其次，5G让教育摆脱了时间、空间的限制，让教育公平、终身学习成为现实。地区差异带来的资源配置差异是社会发展的必然结果，由此带来的教育公平是教育的头等难题。没设备、没教师、没资源都是追求教育公平路上的艰难石阶，破解这些难题将成为教育公平的前提基础。在5G时代，偏远山区的孩子可以通过远程接入学习重点学校的课程并与名师实时互动，将一块移动的“黑板”平面体验变成全景的移动“课堂”，实现最有效、最直接的精准扶贫，让贫困地区的孩子掌握知识、改变命运、造福社会。除了学生，上班族可以随时随地享受“网上课堂”的学习乐趣，老年人也可以足不出户地通过高速网络在家学习“老年大学”的课程。

下面我们将从终身学习、智慧教育两个教育分类来体验5G将给教育带来的改变。

5G终身学习——随时随地享受高质量教育资源

终身学习是指社会每个成员为适应社会发展和实现个体发展的需要，终身持续地学习。在此过程中，由于学习者所在情境的多样性，其学习需求多样，所以匹配其情境和个体特征并为其提供沉浸式的服务至关重要。5G环境下的万物互联可以为学习者提供精准的情境感知能力，基于感知的内容为其提供个性化的服务内容，本书中的终身学习主要涉及移动学习和慕课。^[5]

应用场景1：移动学习，让知识随处可在、随时可得

移动学习是实现终身学习的重要方面。参与终身学习的社会成员的背景和学习环境复杂多样，需要移动泛在的环境，随时随地接入学习资料，并与课堂互动，所以移动场景是终身学习的重要环节。

移动学习的典型场景包括VR科普馆。VR科普馆将科技馆、博物馆等馆内的展览展示、科普教学内容和一些科普教育知识，用4K/8K全景摄像机等设备采集转化为VR视频内容或通过数字化手段制作成VR应用内容，通过云平台进行内容的存储、管理和分发。展馆现场课堂中，学生将跟随展馆老师的讲解在必要处戴上VR头显沉浸式体验课程内容。

在异地学校的学生将全程看到老师上课的实时场景画面，并跟随老师的指令，与展馆现场听众一样同时戴上VR头显体验。这一过程在5G的支持下，不论是老师授课的视频画面还是VR头显内体验的内容，都将完全与现场同步、零延时。在没有直播教学时，用户也可以通过终端访问云平台，观看学习VR科普馆上丰富的虚拟科普内容。

利用5G网络实现VR指标教学的解决方案如图11–10所示。摄像头采集现场画面并完成拼接，通过5G网络推流至云端服务器，服务器再通过5G网络将实时画面推送到头显端。老师可通过控制端（如平板电脑）对受控终端进行统一的控制，完成教学。

应用场景2：慕课教育，高端知识有效交互

中国教育资源的地区性不平等由来已久，在线教育直播产品主要是将更低价、更高质的普惠教育资源提供给教育水平相对较低地区的群体。在传统在线教育基础上，5G激发了慕课的快速发展，在普惠教育的基础上实现了高端知识的有效交换。

慕课是大规模开放在线课程，有三大特点：一是大规模，与传统课程只有几十个或几百个学生不同，一门慕课课程在线受众学生动辄上万人，最多达16万人；二是开放，以兴趣为导向，凡是想学习的，都可以进来学，不分国籍，只需一个邮箱就可注册参与；三是在线，学习在网上完成，无须旅行，不受时空限制。慕课适用于专家培训、各学科间的交流学习以及特别教育的学习模式。网络课堂可以给你带来很多益处，让每个人都能免费获取来自名牌大学的资源，可以在任何地方用任何设备进行学习，这便是慕课的价值所在。^[6]由于慕课教育服务往往不在固定区域或者教育基础设施完备的地点进行，基于的承载网络往往是Wi–Fi或热点等，无法保证通信质量。基于5G低时延、高带宽的网络基础，在线教育产品可以变得比以往任何时候都具备更强的互动性。地理距离将不再是制约教育传递的天堑，相距千里的老师与学生仿佛面对面一般，学生的每一个表情都逃不过老师的眼睛。学生学习数据实时上传，配合适当的模型，实时反馈学生学习状态，反向指导教师教学重点与速度也将成为可能。基于5G万物互联与低时延的特性，远程实操也将成为现实，传统职业教育可以打破地域限制，提高实训效率，降低实训成本。除此之外，也能够大大降低传统职业教育中实训教育的安全风险。5G慕课教育的解决方案如图11–11所示。

5G智慧课堂——丰富教学内容让被动学习变主动学习

传统智慧课堂的数据网络承载依赖校园网内的有线网络、Wi–Fi覆盖，物联层面则通过蓝牙、ZigBee、窄带物联网等实现。这几种方式存在如下痛点：设备未实现无缝互联，不能智能化信息采集与控制，智慧化发展遇到障碍；网络终端无法有效管控；学习行为比较集中，网络并发访问高，需要网络访问质量控制服务与边缘服务缓冲服务。

相较于传统智慧课堂，5G智慧课堂通过硬件终端的5G化，充分利用5G网络与生俱来的技术和业务优势，带给学校用户更快、更好、更流畅的体验。网络承载统一，学校不再需要部署多种网络；超高带宽，保证了智慧课堂中的交互显示终端设备、信号传输及处理终端设备，不仅能够完美再现4K级别的画面效果，而且能够承载即将到来的8K交互终端设备，支持大规模用户并发，相比传统Wi–Fi等方式具备更强的扩展性，适用于更广泛的教学场景，保证教学体验。保证了智慧课堂中常态化录播，在远程授课时，远端会场可以毫无延迟感知地体验到“名师优课”高达4K甚至更清晰的课堂画面；在教育教学上产生了新的应用场景，如游戏化课程、VR实验环境、虚拟现实控制环境、高清立体显示、远程考试监测、学习行为追踪和挖掘、智能实验系统和智能教学系统等。

应用场景1：5G远程双师课堂，打破教育资源不均衡

双师课堂是远程教学的主要场景，主要解决乡村教学点缺师少教、课程开设不齐的难题，促进城乡教育均衡发展。

针对现有双师课堂采用有线网络承载业务存在的建设工期长、成本高、灵活性差等问题，以及采用Wi–Fi网络承载业务导致的音视频延迟、卡顿等问题，5G网络的高带宽、低时延等特性可以实现可移动性的灵活开课，随需随用。同时，可以支撑4K高清视频传输以及低时延互动的沉浸式双师课堂应用，有效解决传统双师的交互体验问题，为双师课堂的长远发展提供有力保障。远程双师课堂对网络的具体需求见表11–8。

从能力的角度来说，5G网络带宽、时延能满足低时延交互的需求。从部署的角度来说，双师课堂部署的终端设备只需嵌入5G通信模块，即可随时随地接入5G网络，相比传统的Wi–Fi方式，部署更加灵活、快速。双师课堂解决方案如图11–12所示。

应用场景2：5G全息教学，延展新颖教学内容

针对中国教育资源分配不均问题，通过VR、AR技术，以全息投影的方式，将名校名师的真人影像以及课件内容通过裸眼3D的效果呈现在远端听课学生面前，实现自然式交互远程教学。将“5G+全息投影”技术应用于教学，一是可以让书本上的知识活起来，可以充分调动学生的主观能动性。二是可以打破目前中心学校与教学点资源不均，校校连接难以全面打通的局面。以全息技术为基础的智慧教学场景，通过一对一远程教学，同时可以一对多、多对一及多对多直播互动的模式，实现多地区共享优质资源。三是实现了不改变师生交互习惯的远程教学，教学适应性强。
• 全息课堂：通过建设“全息讲台”和“全息直播教学区”实现远程全息授课，主要应用于教育参观培训、国际文化展示、学生上课体验、实操技能训练等典型教育场景。
• 全息直播教学区：用于采集名校名师授课音视频数据，与标准绿幕摄影棚相似，无须增加特殊装备，教师在直播区内通过高清显示器实时了解远端学生的听课状态，并实时与学生进行互动。
• 全息讲台：部署在听课教室，通过全息屏幕将传输过来的授课教师的影像数据呈现裸眼3D的投影效果进行显示，听课教室通过部署高清摄像机及麦克风，拍摄课堂上学生的情况，并即时传送到授课教师端实现互动教学。

全息教学对网络的具体需求见表11–9。

从部署的角度来说，全息投影的终端设备只需嵌入5G通信模块即可随时随地接入5G网络，相比传统的Wi–Fi方式，部署更加灵活、快速。

应用场景3：5G多终端交互教学，教学个性化，师生互动信息化

5G多终端交互教学是在传统各种类型、各种布局的智慧课堂中，将其必要组成软硬件模块进行5G化处理，从原来的有线网络、Wi–Fi、蓝牙、ZigBee、窄带物联网等网络承载，转变为高带宽、高速率、高安全、低延时，网络数据传输与服务于一体的5G网络承载，在安全可靠、稳定持续、响应速度、免维护等层面带给学校师生全新的使用体验。

5G多终端交互教学的核心是智慧课堂中各个必要的硬件模块像手机终端一样进行5G化匹配。5G化的硬件终端包括：
• 交互智能平板、一体化黑板等用于教师电子授课的交互大屏终端。
• 智慧学习笔。
• 侧重课程常态化录制和播放，传递“名师优课”的常态化录播套装（包含录播主机、摄像头、麦克风等）。
• 展现学校、班级文化风采，并支撑高考改革走班排课指引，实现走班考勤的班牌终端。
• 提升教师课堂教学互动效率的授课宝终端。
• 用于教师纸质教材展示及学生课堂生成展示的高拍仪/移动展台终端。
• 用于以学生为中心，翻转课堂、小组研讨教学场景的学生终端/反馈器。

相较于传统智慧课堂，5G多终端交互教学通过各组成硬件终端的5G化，充分利用5G网络与生俱来的技术和业务优势，带给学校用户更快、更好、更流畅的体验。5G多终端交互教学对网络的具体需求见表11–10。

• 信息化教学：课前，教师通过5G移动手机端进行移动备课。

课中，教师通过答题反馈器了解学生课堂测验数据，实时调整授课方式，提升课堂效率；教师通过分组式教学，将不同的教学内容分组推送，广播到不同学生小组的大屏上，便于学生研讨，建立协作意识，实现分层教学；教师通过手持、移动的5G授课终端，实现移动讲台式授课。教师可以随时调用部署在学校附近的5G边缘云平台上的课堂气氛小工具，如知识竞赛、分类对比、随机抽取等，让学生在轻松的游戏化上课氛围中集中注意力，提高学习效率。课后，通过随时随地的网络接入，实现个性化辅导。
• 全过程教学评价：通过5G网络，同步记录教学过程中全场景（课前、课中、课后）学生书写笔迹，并将过程数据传输至5G边缘云平台，结合大数据分析及人工智能技术，为不同用户（学生、家长、老师、学校管理者、教育部门领导等）提供更全面、更客观的数据分析结果，这将有助于实现评价合理化、教学个性化、决策科学化和教育均衡化。
• 集中管控：通过构建云管端的智慧课堂一体化解决方案，对所有5G终端设备进行统一接入控制，对设备状态、业务应用、日志数据等进行集中统一管理，并进行可视化呈现，为智慧课堂的稳定、安全、高效运行提供支撑。

从能力的角度来说，5G能力不仅满足多学生、多用户的并发，而且满足多设备的并发，低时延也满足了交互的需求。从部署的角度来说，多终端设备只需嵌入5G通信模块即可随时随地接入5G网络，相比传统的Wi–Fi方式，部署更加灵活、快速。

应用场景4：5GXR（扩展现实）教学，强互动沉浸式教学体验

基于5G的大带宽、低时延等特性，将VR/AR教学内容上云端，利用云端的计算能力实现VR/AR应用的运行、渲染、展现和控制，并将VR/AR画面和声音高效编码成音视频流，通过5G网络实时传输至终端。通过建设VR/AR云平台，开展VR/AR云化应用，包括虚拟实验课、虚拟科普课、虚拟创课等寓教于乐的教学体验，将知识转化为可以观察和交互的数字化虚拟事物，让学习者可以在现实空间中深入了解所要学习的内容，并对数字化内容进行可操作化的系统学习。相对于传统教育，VR/AR教学特点包括：
• 三维直观的教学内容和教学方式。借助VR/AR技术，学生的课堂体验从2D跃升到3D，课程不再是图书或黑板上呈现的平面内容，而是栩栩如生的三维内容。对于动物、植物、日常用品等现实中可见的三维物体，学生不需要再从平面2D形象中“脑补”3D形象；对于电波、磁场、原子、几何等抽象或肉眼不可见的内容，VR/AR可以形象可视化地展示出来，有助于提升学生的认知和理解。
• 互动性和参与性强。学生通过VR/AR学习实践时，学习过程不再是死记硬背，而是亲自体验学习内容，参与教学。在这一过程中，学生可以联想自己的相关经历，和以前学到的知识建立更深度的联系。VR/AR教育诠释了“学习是一种真实情境的体验”的建构主义学习理论，让学生用眼看、用耳听、动手做，然后自然地开动大脑去想。这就会充分调动学生的学习热情，从“要我学”变成“我要学”。
• 主动的交互式学习。在学习的过程中，学生可以随时暂停，或重复其中任何一个步骤，不用过分考虑间断或反复学习给施教者所带来的压力。
• 游戏化教学。国内外很多研究已经证明，在很多学习情景下，游戏是一种快速有效的学习方式。而VR/AR的可视化、互动性可以自然地设计出非常吸引人的游戏化教学内容，寓教于乐，从而大幅提升学生的学习意愿，激发其学习兴趣，提高其学习效果。
• 减少教学中的风险。化学、物理、机电等学科在教学过程中需要动手操作和试验，具有一定的危险性。通过VR/AR技术进行虚拟实验，在获得同样效果的情况下大大降低了教学中的安全风险。
• 促进教育资源平等化。VR/AR可以实现不同地区的老师、学生聚集在同一个虚拟课堂中，达到体验真实、实时的互动。因此，很多一线城市的优质教育资源就能以非常低的成本倾斜到三、四线城市和农村等教育欠发达地区，让偏远的山区小学也能享受到名师的亲自指点。

5GXR教学（VR）对网络的具体需求见表11–11。

相比5G智慧课堂等其他类型应用来说，5GVR/AR教学对于内容集成和渲染有了更高的要求。在近端进行叠加处理，5G提供的边缘计算能力是一个很好的解决手段，具体方案示意如图11–13所示。

从能力的角度来说，5G能力不仅满足多学生、多用户的并发，超低时延也满足了VR/AR级的强交互需求。从部署的角度来说，终端设备只需嵌入5G通信模块即可随时随地接入5G网络，相比传统的Wi–Fi方式，部署更加灵活、快速。

2019年5月，面对山区孩子求知的渴望和教育资源落后的矛盾，在天府七中校园内的墨池前和马鞍山上，中国移动用“5G+VR”技术为凉山州昭觉县万达爱心学校的学生送去了两堂情景交融的精彩课程，让孩子们第一次身临其境地接触到了优质的教育环境。

1. 英特尔.5G娱乐经济报告［EB/OL］. http://www.doc88.com/p-7824802698486.html.
2. 赛迪研究院. 2018年中国超高清视频产业发展白皮书［EB/OL］.http://www.3mbang.com/i-6738.html.
3. 中国通信标准化协会.4K视频传送需求研究报告［EB/OL］.https://wenku.baidu.com/view/cf0f19793a3567ec102de2bd960590c69ec3d83a.html.
4. 互联网医疗系统与应用国家工程实验室、华为Wireless X Labs、郑州大学第一附属医院、中国信息通信研究院、中国移动通信集团有限公司.无线医疗白皮书［EB/OL］.http://www.199it.com/archives/676708.html.
5. 百度百科.https://baike.baidu.com/item/慕课/4855871?fr=aladdin.
6. 百度百科.https://baike.baidu.com/item/慕课/4855871?fr=aladdin.