前言：尋找寫(xiě)作靈感？中文期刊網(wǎng)用心挑選的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)8K超高清傳輸覆蓋技術(shù)思考，希望能為您的閱讀和創(chuàng)作帶來(lái)靈感，歡迎大家閱讀并分享。

摘要：本文以在蘇州成功落地的8K超高清示范項(xiàng)目為例，從傳輸覆蓋方面探索在現(xiàn)有的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)對(duì)8k超高清播出經(jīng)濟(jì)而有效的支持，驗(yàn)證通過(guò)DVB信道捆綁方式實(shí)現(xiàn)8K傳輸的服務(wù)質(zhì)量保障能力，以進(jìn)一步推進(jìn)8K技術(shù)在有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的落地。

關(guān)鍵詞：8K超高清；信道捆綁；組播；服務(wù)質(zhì)量保障

1引言

隨著有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字化進(jìn)程的推進(jìn)升級(jí)，4K視頻技術(shù)逐步走向成熟，4K電視節(jié)目如雨后春筍，極大地豐富了人民群眾精神生活。新世紀(jì)的第二個(gè)10年，平板顯示新技術(shù)一日千里，8K平板逐步走向市場(chǎng)和家庭，人們對(duì)電視質(zhì)量的期待也隨著精神生活的追求更上一層樓，8K電視技術(shù)應(yīng)時(shí)而生。目前和可預(yù)見(jiàn)的將來(lái)，8K超高清電視將是電視視頻領(lǐng)域的最先進(jìn)技術(shù)。8K超高清電視像素?cái)?shù)在垂直和水平方向上都是高清電視的4倍，總像素?cái)?shù)量是高清電視像素?cái)?shù)量的16倍[1]。在提供優(yōu)秀視音頻質(zhì)量的同時(shí)，其節(jié)目碼率遠(yuǎn)超目前的各類(lèi)數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)傳輸與覆蓋技術(shù)提出了巨大挑戰(zhàn)。《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃（2019—2022年）》中提出：“2022年，我國(guó)超高清視頻產(chǎn)業(yè)總體規(guī)模超過(guò)4萬(wàn)億元，4K產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系基本完善，8K關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化取得突破”。江蘇有線(xiàn)蘇州分公司順應(yīng)超高清視頻發(fā)展趨勢(shì)，加快面向有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的超高清視頻編碼、調(diào)制、傳輸、終端解碼等關(guān)鍵技術(shù)研究，依托現(xiàn)有有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境開(kāi)展8K超高清示范應(yīng)用落地的探索，建設(shè)8K超高清端到端傳輸播出試點(diǎn)。

2蘇州8K超高清示范系統(tǒng)傳輸覆蓋技術(shù)方案

8K超高清視頻編解碼有H.265、AVS2、AVS3等多種格式。其中，AVS3標(biāo)準(zhǔn)是由數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（AVS）工作組牽頭定制的中國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)最新編解碼標(biāo)準(zhǔn)，在基礎(chǔ)塊劃分結(jié)構(gòu)、幀間編碼工具、幀內(nèi)編碼工具和濾波器等方面做了全面提升，壓縮率比H.265提升了30%，較好地支撐8K60p和8K120p的實(shí)時(shí)在線(xiàn)編碼，滿(mǎn)足了8K超高清更高的編碼效率要求。8K超高清系統(tǒng)在采用優(yōu)秀編碼壓縮技術(shù)，提供超高清視頻服務(wù)的同時(shí)，一個(gè)典型的外在特征是系統(tǒng)碼率比傳統(tǒng)視頻急劇提高，從而對(duì)傳輸覆蓋提出了更高的要求。8K超高清電視不同技術(shù)體系下具體碼率如表1所示。無(wú)論采用哪種編解碼壓縮方案，對(duì)應(yīng)于視頻碼率，超高清電視都具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)傳統(tǒng)視頻傳輸?shù)拇a流/帶寬需求（在80~140Mbps之間甚至更高），傳統(tǒng)有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)承載8K超高清節(jié)目面臨技術(shù)上的諸多挑戰(zhàn)，同時(shí)，尚需考慮在相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)需要和目前的電視業(yè)務(wù)共存的情況。

2.1基于DVB廣播標(biāo)準(zhǔn)體系覆蓋方案

我國(guó)傳統(tǒng)的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字節(jié)目基于DVB-C標(biāo)準(zhǔn)，能在提供完善的安全播出機(jī)制的同時(shí)保證優(yōu)秀的視頻質(zhì)量。從有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的特性看，8K帶來(lái)更高的分辨率，最直接的意義可能會(huì)體現(xiàn)在直播上[2]。基于DVB廣播標(biāo)準(zhǔn)體系開(kāi)展超高清業(yè)務(wù)，能實(shí)現(xiàn)和傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的良好兼容性，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無(wú)需做出很大的變動(dòng)，就能實(shí)現(xiàn)快速部署。在我國(guó)的標(biāo)準(zhǔn)頻帶寬度劃分中，8MHz的帶寬顯然無(wú)法滿(mǎn)足超高清節(jié)目的碼率需求。本示范項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)信道捆綁方案提供8K的碼流帶寬服務(wù)需求。信道捆綁是在ITUJ.183協(xié)議的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)TS層多信道捆綁協(xié)議，將一個(gè)8K碼流拆分成三個(gè)帶有時(shí)間戳及標(biāo)識(shí)信息的子碼流，在接收端進(jìn)行子碼流合并，從而提供大約140Mbps的峰值碼流，滿(mǎn)足8K超高清直播需求。其基本架構(gòu)如圖1所示。示范項(xiàng)目通過(guò)三個(gè)子碼流在不同頻點(diǎn)進(jìn)行256QAM調(diào)制并傳輸，從而保證了8K120p內(nèi)容傳輸所需要的最低80Mbps、峰值140Mbps的網(wǎng)絡(luò)帶寬要求。在項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)中，拆分的子碼流需要增加相應(yīng)的標(biāo)識(shí)信息，確保接收終端（機(jī)頂盒）能夠辨別當(dāng)前8K視頻流的傳輸頻點(diǎn)（共3個(gè)）、各子碼流的時(shí)間順序等。基于DVB廣播的8K超高清傳輸TS流拆分示意如圖2所示。對(duì)8K超高清機(jī)頂盒來(lái)講，傳統(tǒng)的電視頻帶單高頻元件顯然已無(wú)法滿(mǎn)足接收的需求。在當(dāng)下，民用電視頻帶高頻頭已經(jīng)有具備寬帶（多頻道鄰頻）或者全頻帶的產(chǎn)品提供。本示范項(xiàng)目采用全頻帶高頻頭，其優(yōu)點(diǎn)是具備接收離散頻點(diǎn)發(fā)送信號(hào)的能力，且成本上差距并不大，從而能實(shí)現(xiàn)和傳統(tǒng)業(yè)務(wù)更好地共存，擴(kuò)展示范項(xiàng)目的適用性。直播時(shí)，8K超高清（DVB）機(jī)頂盒（8KUHDDVBSTB）通過(guò)全頻帶高頻頭同時(shí)接收3頻點(diǎn)信號(hào)，根據(jù)TS層多信道捆綁協(xié)議，從3個(gè)256QAM調(diào)制的頻點(diǎn)接收并解調(diào)3個(gè)子碼流，并根據(jù)接收的時(shí)序以及PSI/SI信息，將3個(gè)子碼流合并成一個(gè)完整的8K碼流，由解碼器進(jìn)行解碼，并輸出至8K超高清電視機(jī)等設(shè)備。

2.2基于全I(xiàn)P傳輸覆蓋

在現(xiàn)代信息業(yè)的快速迭代發(fā)展大潮下，視頻傳輸?shù)腎P化已經(jīng)是大勢(shì)所趨。8K超高清作為有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)新生事物，對(duì)IP傳輸新技術(shù)的包容性直接關(guān)系到其未來(lái)的發(fā)展前景。作為一個(gè)示范應(yīng)用平臺(tái)，蘇州有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)8K超高清示范項(xiàng)目對(duì)基于IP的傳輸技術(shù)提供了方案設(shè)計(jì)和支持。與DVB體系相比，IP傳輸覆蓋的一大優(yōu)勢(shì)是編碼后直接形成IP流，進(jìn)入IP視頻分發(fā)網(wǎng)進(jìn)行業(yè)務(wù)分發(fā)（組播、單播等），然后通過(guò)IP接入網(wǎng)（純IP、PON、CMTS+CableModem或者這些方式的混合方案等）進(jìn)入8K超高清機(jī)頂盒解碼輸出。因此，IP傳輸覆蓋的總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，具體如圖3所示。8K超高清IP傳輸覆蓋模式包括組播和單播。8K超高清（IP）機(jī)頂盒（8KUHDIPSTB）通過(guò)以太網(wǎng)口接收8K節(jié)目流并進(jìn)行處理，輸出8K視頻至8K超高清電視機(jī)等。IP組播屬于一對(duì)多服務(wù)模式，適用于全網(wǎng)直播或小范圍的準(zhǔn)直播。組播協(xié)議根據(jù)接受者的需要對(duì)（視頻）數(shù)據(jù)流進(jìn)行復(fù)制轉(zhuǎn)發(fā)，它提高了網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸效率，降低了網(wǎng)絡(luò)擁塞的可能性，提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率[3]。系統(tǒng)工作時(shí)，首先將8K編碼器輸出的8K組播源注入（IP）視頻分發(fā)網(wǎng)，在核心交換機(jī)上配置組播匯聚點(diǎn)，依靠IP視頻分發(fā)網(wǎng)，通過(guò)三層組播傳輸至接入網(wǎng)匯聚設(shè)備。同時(shí)，在接入網(wǎng)匯聚設(shè)備上需配置組播復(fù)制點(diǎn)，組播源與組播復(fù)制點(diǎn)之間配置動(dòng)態(tài)組播路由，匯聚設(shè)備通過(guò)IGMP協(xié)議進(jìn)行組播下發(fā)。8K超高清（IP）機(jī)頂盒切至8K頻道時(shí)，即自動(dòng)加入組播組，匯聚設(shè)備動(dòng)態(tài)建立到組播源的組播路由，機(jī)頂盒即可通過(guò)組播方式接收8K組播流，通過(guò)解碼芯片進(jìn)行解碼播放。當(dāng)機(jī)頂盒切出8K節(jié)目時(shí)，即退出組播組，匯聚設(shè)備檢測(cè)到組播組成員為零時(shí)自動(dòng)拆除組播路由，釋放帶寬。IP單播傳輸是為了視頻點(diǎn)播等業(yè)務(wù)而生，其特點(diǎn)是單個(gè)用戶(hù)行為即占用一個(gè)IP流，資源占用比較大，而優(yōu)點(diǎn)是可以為用戶(hù)提供完全個(gè)性化的服務(wù)（時(shí)間、形式等），同時(shí)可以利用糾錯(cuò)機(jī)制糾正傳輸過(guò)程中的誤碼，利用緩存機(jī)制解決網(wǎng)絡(luò)存在波動(dòng)時(shí)保證服務(wù)質(zhì)量。單播傳輸中，8K編碼器提供8K超高清IP單播視頻源，通過(guò)IP城域網(wǎng)交換機(jī)傳入接入網(wǎng)，按相關(guān)點(diǎn)播指令協(xié)議傳送至8K超高清（IP）機(jī)頂盒。

38K超高清直播傳輸覆蓋測(cè)試

8K超高清端到端傳輸覆蓋測(cè)試主要是驗(yàn)證傳輸覆蓋技術(shù)方案的可行性，同時(shí)對(duì)比在不同編碼方式、調(diào)制方式、頻點(diǎn)分布等情況下，8K超高清視頻的碼率穩(wěn)定性、視頻體驗(yàn)等。

3.1基本測(cè)試方案

8K超高清端到端傳輸測(cè)試示意如圖4所示，8K信號(hào)發(fā)生器（8K信號(hào)源）輸出4×12G的基帶信號(hào)到8K實(shí)時(shí)編碼器，編碼器進(jìn)行AVS3編碼。信號(hào)源通過(guò)8K超高清播放機(jī)提供，視頻分辨率為7680×4320，幀率為50fps，顏色深度為10bit，4:2:0格式采樣，HLG亮度曲線(xiàn)，BT.2020色域。8K實(shí)時(shí)編碼采用當(dāng)虹科技AVS3編碼器，編碼之后的信號(hào)分為兩路，一路進(jìn)入DVB播出覆蓋系統(tǒng)，按前述技術(shù)路線(xiàn)進(jìn)行拆分調(diào)制后進(jìn)入HFC網(wǎng)分發(fā)至8K超高清（DVB）機(jī)頂盒；一路直接進(jìn)入視頻分發(fā)網(wǎng)（IP）進(jìn)行分發(fā)，通過(guò)DOCSIS（CMTS+CableModem）分發(fā)至8K超高清（IP）機(jī)頂盒。

3.2測(cè)試評(píng)估過(guò)程簡(jiǎn)述

（1）DVB廣播

DVB廣播分別在連續(xù)頻點(diǎn)和離散頻點(diǎn)進(jìn)行傳輸測(cè)試，主觀(guān)評(píng)價(jià)基本以《數(shù)字電視圖像質(zhì)量主觀(guān)評(píng)價(jià)方法》為參照，但側(cè)重主觀(guān)視頻感受，客觀(guān)指標(biāo)以終端誤碼作為重點(diǎn)考察內(nèi)容。最終測(cè)試結(jié)果如表2及表3所示。經(jīng)過(guò)在蘇州傳輸中心現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境測(cè)試驗(yàn)證，從測(cè)試結(jié)果看，基于DVB廣播（信道拆分）的8K超高清端到端傳輸覆蓋解決方案具備技術(shù)可行性。在現(xiàn)網(wǎng)無(wú)需改造的情況下，DVB方案實(shí)現(xiàn)碼率高達(dá)140Mbps的極致8K超高清傳輸覆蓋。無(wú)論是連續(xù)頻點(diǎn)還是離散頻點(diǎn)均能很好地達(dá)到覆蓋目標(biāo)。

（2）IP傳輸覆蓋

IP傳輸覆蓋評(píng)估主要基于DOCSIS3.1體系（CMTS+CableModem）進(jìn)行，同時(shí)也對(duì)FTTH（EPON）進(jìn)行了一些探索，均以主觀(guān)評(píng)價(jià)為主。從測(cè)試結(jié)果看，兩種環(huán)境均能保障8K組播的低時(shí)延流暢播出，但相比DVB三頻點(diǎn)綁定覆蓋模式，其時(shí)延略高。得益于IP網(wǎng)絡(luò)的糾錯(cuò)和緩存特性，IP組播和IP單播兩種模式下，8K超高清直播播放穩(wěn)定流暢，視頻效果滿(mǎn)意。

4示范系統(tǒng)部署實(shí)施與并網(wǎng)試播

蘇州有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)以承辦中超聯(lián)賽為契機(jī)，聯(lián)合信號(hào)、編解碼、機(jī)頂盒及網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域的頭部合作伙伴，完成了8K超高清端到端播出示范系統(tǒng)建設(shè)并試播，其基本方案如圖5所示，和測(cè)試架構(gòu)基本相同。示范系統(tǒng)主要包含蘇州奧體中心現(xiàn)場(chǎng)部分和江蘇有線(xiàn)蘇州傳輸中心兩個(gè)部分。在蘇州奧體中心，將8K信號(hào)接入8K編碼器，再通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行8K信號(hào)分發(fā)。一路8K信號(hào)以IP組播方式輸出至現(xiàn)場(chǎng)8K超高清（IP）機(jī)頂盒，于現(xiàn)場(chǎng)特制的8K超高清LED巨幕播放展示；另一路8K信號(hào)回傳至江蘇有線(xiàn)蘇州傳輸中心進(jìn)行有線(xiàn)網(wǎng)內(nèi)的IP覆蓋和HFCDVB覆蓋。示范系統(tǒng)涵蓋DVB廣播、IP組播、圖5蘇州8K超高清示范系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)示意IP單播等多種傳輸方式，并在蘇州有線(xiàn)網(wǎng)內(nèi)順利首次完成國(guó)內(nèi)大型體育賽事（中超冠亞軍決賽）端到端8K超高清并網(wǎng)試播，成功實(shí)施8K超高清直播覆蓋的信號(hào)采集、制作、編碼、調(diào)制、傳輸、入戶(hù)接收、終端解碼和大屏顯示等全流程試點(diǎn)，取得8K超高清播出的技術(shù)參考與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，為蘇州進(jìn)行的北京冬奧會(huì)8K超高清直播落地探索出有效的覆蓋方案。

5結(jié)語(yǔ)

8K超高清示范系統(tǒng)對(duì)DVB廣播（頻點(diǎn)捆綁）、IP組播、IP單播等多種傳輸覆蓋方式進(jìn)行了探索。示范項(xiàng)目設(shè)計(jì)出基于DVB信道捆綁的傳輸解決方案，在無(wú)需對(duì)有線(xiàn)HFC網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)的前提下，捆綁三個(gè)頻點(diǎn)（256QAM調(diào)制），實(shí)現(xiàn)8K超高清入戶(hù)覆蓋；設(shè)計(jì)TS層多信道捆綁協(xié)議，可任意選擇連續(xù)或離散的標(biāo)準(zhǔn)頻點(diǎn)進(jìn)行捆綁，支持64QAM、256QAM等多種主流調(diào)制方式，兼顧了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有HFC網(wǎng)絡(luò)條件，具備廣泛的普適性，并實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)有的有線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)完美共存。IP組播與單播方案通過(guò)廣電現(xiàn)網(wǎng)廣泛部署的FTTH、DOCSIS等傳輸接入方式覆蓋入戶(hù)，為8K超高清節(jié)目在有線(xiàn)網(wǎng)內(nèi)及更為廣闊的全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)空間的落地覆蓋技術(shù)選擇提供了有益的參考與應(yīng)用示范。

作者：戴鴻高 單位：江蘇省廣電有線(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘇州分公司