本文精選自《廣播與電視技術(shù)》2025第12期，閱讀原文請訪問“廣電獵酷”小程序“期刊在線”。

2025年國家廣播電視總局全國廣播電視工作會中，提出了“促進(jìn)內(nèi)容生產(chǎn)、節(jié)目播出、網(wǎng)絡(luò)傳輸、終端呈現(xiàn)等各環(huán)節(jié)超高清升級，確保大屏小屏用戶獲得真正的超高清體驗”的重要工作部署，進(jìn)一步為推動超高清產(chǎn)業(yè)端到端全鏈條發(fā)展明確了工作目標(biāo)。然而，在超高清產(chǎn)業(yè)升級的過程中仍然面臨著很多問題，如超高清視聽服務(wù)商業(yè)模型單一，超高清內(nèi)容質(zhì)量參差不齊，超高清終端用戶體驗感不強等。其中，全國有線電視網(wǎng)絡(luò)作為傳輸超高清電視頻道的重要載體，受限于數(shù)字有線電視廣播傳輸技術(shù)體系頻點緊缺情況，其超高清電視用戶服務(wù)覆蓋能力嚴(yán)重不足。因此，通過對有線電視網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行IP化升級改造，以提升網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬和質(zhì)量，可以為更多用戶收看到高品質(zhì)的超高清視頻節(jié)目提供一條重要的技術(shù)路徑。

經(jīng)過調(diào)研后發(fā)現(xiàn)，全國各類有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)傳輸超高清視頻的能力存在明顯差異，很多省份在有線電視網(wǎng)絡(luò)IP化系統(tǒng)升級改造中遇到了很多問題，尤其在用戶更換為IP 機(jī)頂盒收看超高清電視節(jié)目時，都出現(xiàn)過頻道播出視頻延遲、卡頓、丟幀等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了用戶收視體驗。本文正是圍繞上述問題，通過調(diào)研國內(nèi)超高清電視頻道發(fā)展，分析有線電視網(wǎng)絡(luò)承載超高清頻道的能力，進(jìn)而對影響有線電視IP 化網(wǎng)絡(luò)傳輸超高清視頻的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并搭建測試實驗系統(tǒng)開展超高清視頻的服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)測評。

本文作者：

曹凱，趙明，王紅勝，徐超

國家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院

第一作者簡介：

曹凱，男，中共黨員，國家廣播電視總局廣播電視科學(xué)研究院工程師，碩士。主要從事廣播電視及網(wǎng)絡(luò)視聽領(lǐng)域的技術(shù)研究和測試應(yīng)用工作，曾參與中央節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程、省市級融媒體技術(shù)系統(tǒng)和超高清頻道建設(shè)工程等全國性重大項目，牽頭項目多次獲得中國電影電視技術(shù)學(xué)會科學(xué)技術(shù)項目獎，撰寫論文多次獲得學(xué)術(shù)年會新聞科技優(yōu)秀論文和中國電影電視技術(shù)學(xué)會廣播影視科技優(yōu)秀論文一等獎和二等獎。

[本文獻(xiàn)信息]

曹凱, 趙明, 王紅勝, 徐超. 有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)超高清視頻傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)及測評研究[J]. 廣播與電視技術(shù), 2025,Vo1.52(12).

有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)超高清視頻傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)及測評研究

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國內(nèi)超高清電視頻道發(fā)展概況

據(jù)統(tǒng)計，中央廣播電視總臺、北京臺、廣東臺、廣州臺、上海臺、杭州臺等6家單位已開通7個4K 超高清頻道和2個8K超高清頻道。全國主要超高清電視頻道發(fā)展情況見表1所示。

表1 全國主要超高清電視發(fā)展情況

其中，中央廣播電視總臺、廣東臺、北京臺、廣州臺的 4K 超高清節(jié)目以自制為主，目前已有節(jié)目存量時長均大于 2000 小時。在超高清頻道落地方面，上海臺的超高清付費頻道上星后在 11 個省落地，中央廣播電視總臺的超高清頻道和北京臺試播的衛(wèi)視 4K 頻道上星后在全國落地，頻道受眾覆蓋范圍更廣，其余電視臺的超高清頻道只在本省落地，頻道受眾覆蓋范圍小。同時，各地有線電視網(wǎng)絡(luò)對超高清頻道的傳輸費用也在減免，超高清頻道收視份額穩(wěn)步提升，發(fā)展勢頭愈發(fā)強勁。

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有線電視網(wǎng)絡(luò)承載超高清頻道能力分析

我國各省份有線電視網(wǎng)絡(luò)的頻點使用情況參差不齊，所能承載超高清頻道的數(shù)量不盡相同。其中，重慶頻點數(shù)量最多，為96個，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)（簡稱“兵團(tuán)”）頻點最少，為35個，陜西、重慶已無空閑頻點，吉林仍有 42 個空閑頻點，平均到每個網(wǎng)絡(luò)還剩余8個左右的空閑頻點。頻點的使用主要包括模擬頻點、標(biāo)清頻點、高清頻點和超高清頻點，各省份有線電視網(wǎng)絡(luò)頻點使用情況見圖1所示。

圖1 各省份有線電視網(wǎng)絡(luò)頻點使用情況

目前，在全國近2億的有線電視用戶中，仍有一半以上的用戶使用同軸接收方式收看電視節(jié)目，剩余為光纖接入的IP 化網(wǎng)絡(luò)方式。若按照 DVB-C的64QAM、頻點8MHz 帶寬計算，有效傳輸數(shù)據(jù)量約為38Mbps。因此，在沒有空閑頻點的情況下，如果要新增傳輸1套4K超高清頻道節(jié)目，則需要關(guān)停約6～8套標(biāo)清頻道節(jié)目或3～4套高清頻道節(jié)目。

在實際建設(shè)中，有線電視網(wǎng)絡(luò)公司主要采用PON+DOCSIS 等技術(shù)方案進(jìn)行雙向HFC網(wǎng)絡(luò)IP化改造，基本上已實現(xiàn)FTTB。同時，全國有線電視網(wǎng)絡(luò)IP化光纖到戶也在逐步建設(shè)中。根據(jù) 2024 年中國寬帶速率狀況報告數(shù)據(jù)，我國有線寬帶網(wǎng)絡(luò)平均下載速率（用戶體驗）已經(jīng)接近100Mbps，說明有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)已能較好地傳輸超高清頻道視頻節(jié)目。

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有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)傳輸超高清視頻的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 IP化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的基本技術(shù)架構(gòu)

在有線電視 IP 化網(wǎng)絡(luò)中，用于傳輸超高清視頻的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包括協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、PON 網(wǎng)絡(luò)中的光線路終端OLT和光網(wǎng)絡(luò)單元ONU等。這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)架構(gòu)決定了有線電視 IP 化網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶匦?，更直接影響到超高清視頻傳輸?shù)姆?wù)質(zhì)量。

由于在有線電視IP化系統(tǒng)傳輸超高清視頻的過程中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的主要功能是實現(xiàn)超高清視頻數(shù)據(jù)的傳輸交換，而這些設(shè)備的數(shù)據(jù)接口速率通常是有一定限制的，當(dāng)多個上聯(lián)口同時傳輸數(shù)據(jù)報文至同一個下聯(lián)口時，數(shù)據(jù)報文就只能依次進(jìn)行傳送，后發(fā)送的數(shù)據(jù)報文需要在緩存隊列中進(jìn)行保存。因此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的緩存隊列大小決定了可緩存報文的數(shù)量，當(dāng)不同來源的報文在同一時間發(fā)送的數(shù)據(jù)量超出發(fā)送接口速率時，將很可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)報文因緩存隊列被占滿而丟失，即使糾錯協(xié)議發(fā)生作用，也會引起流量進(jìn)一步加大，造成“網(wǎng)絡(luò)堵塞”的現(xiàn)象，最終使得用戶接收到的超高清視頻節(jié)目質(zhì)量下降，影響收視體驗。IP化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)架構(gòu)及傳輸原理見圖2所示。

圖2 IP化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)架構(gòu)及傳輸原理

3.2傳輸超高清視頻的通信協(xié)議

不同于TCP/IP協(xié)議體系傳輸超高清視頻的技術(shù)路徑，有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)是在專線上建設(shè)的，普遍采用基于 UDP 的實時傳輸協(xié)議/實時流傳輸協(xié)議的傳輸方式，通信模式為單播和組播。因為UDP與TCP不同，采用的是無連接協(xié)議，在發(fā)送端不需要和接收端建立連接，因此可以獨立開始數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)，并且發(fā)送端的超高清視頻在發(fā)送過程中不受接收終端環(huán)境的干擾，這一技術(shù)特點與超高清直播頻道的高碼率要求十分契合。同時，由于UDP協(xié)議沒有復(fù)雜的三次通信握手過程，非常適合于有線電視 IP 化網(wǎng)絡(luò)的專業(yè)設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理，并且 UDP 協(xié)議組播的傳輸特性可以支持從點到多點的并發(fā)任務(wù)。因此，基于 UDP 的 RTP/RTSP 協(xié)議是有線電視 IP 化網(wǎng)絡(luò)傳輸超高清視頻的重要通信方式。

3.3傳輸超高清視頻的質(zhì)量要求

有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)傳輸超高清視頻的質(zhì)量要求可以參考互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組發(fā)布的《RFC 4445 Media Delivery Index》的技術(shù)指標(biāo)。作為 IP 視頻流傳輸質(zhì)量測試的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，MDI 測量指標(biāo)可以很好地應(yīng)用于有線電視 IP 化網(wǎng)絡(luò)傳輸超高清視頻的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量監(jiān)測。MDI 主要包括兩個技術(shù)參數(shù)：延遲因素（DF）和媒體丟包速率（MLR）。

DF 可以用來衡量超高清視頻流在有線電視 IP 化網(wǎng)絡(luò)中的延遲和抖動情況，表征超高清視頻流傳送過程中的穩(wěn)定性，建議單個超高清頻道視頻流 DF 值不應(yīng)大于 80ms 。 MLR 用來衡量超高清視頻流在有線電視 IP 化網(wǎng)絡(luò)中的包丟失情況，主要表征傳輸超高清視頻流的可靠性，建議單個超高清頻道視頻流每 15 分鐘丟包數(shù)不超過 3 個 IP 包。

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有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)傳輸超高清視頻的測評分析

4.1測評方案

本部分重點是在 FTTH 技術(shù)體系的有線電視 IP 化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，利用超高清視頻直播分發(fā)平臺推送 4K 超高清視頻信號，并在 ONU 和超高清 IP 機(jī)頂盒之間加入網(wǎng)絡(luò)仿真損傷儀，模擬超高清 IP 機(jī)頂盒終端在不同丟包模型（I 幀、P 幀和 B 幀）和不同丟包率（0%、10% 和 20%）下，解碼接收快速UDP網(wǎng)絡(luò)連接協(xié)議（QUIC，Quick UDP Internet Connections）的可靠組播信源時的實驗環(huán)境，同時使用碼流分析儀和超高清視頻監(jiān)視器對節(jié)目服務(wù)質(zhì)量（頻道切換時間和播放效果）進(jìn)行指標(biāo)測量和 15 分鐘監(jiān)測分析。測試實驗系統(tǒng)方案見圖3所示。

圖3 測試實驗系統(tǒng)方案

4K 超高清視頻信號參數(shù)見表 2 所示。

表2 超高清視頻信號參數(shù)

4.2測評結(jié)果

4.2.1 超高清頻道切換時間

超高清頻道切換時間是指從完成遙控器切換操作至目標(biāo)超高清頻道開始播放節(jié)目所需的時間，在標(biāo)準(zhǔn) GY/T 380-2023《有線電視業(yè)務(wù)技術(shù)要求》中規(guī)定了 4K 超高清頻道切換時間≤ 2.5s 和高清頻道切換時間≤ 2.0s 的技術(shù)要求。根據(jù)上述測評方案得出 IP 機(jī)頂盒終端的超高清頻道切換時間測試結(jié)果，詳見表3所示。

表3 超高清頻道切換時間測試結(jié)果

測試結(jié)果表明，當(dāng)丟包率≤10% 時，超高清頻道平均切換時間≤1.60s，優(yōu)于4K超高清頻道和高清頻道切換時間的技術(shù)要求，頻道切換時表現(xiàn)良好；當(dāng)丟包率 =15%時，超高清頻道平均切換時間最大值為2.06s，大于高清頻道切換時間有效值，但仍符合超高清頻道切換時間技術(shù)要求，頻道切換時較為順暢 ；當(dāng)丟包率=20%時，超高清頻道平均切換時間最大值為2.56s，已經(jīng)超出超高清頻道切換時間有效值，頻道在切換時有一定卡頓感，將影響用戶體驗。

4.2.2 超高清視音頻播放效果

超高清視音頻播放效果是指播放畫面是否出現(xiàn)黑場、靜幀、彩條、馬賽克或音畫不同步，以及 PID 視音頻流是否出現(xiàn)數(shù)據(jù)包丟失或數(shù)據(jù)包有無有效凈荷等現(xiàn)象。在標(biāo)準(zhǔn) GY/T 380-2023《有線電視業(yè)務(wù)技術(shù)要求》中規(guī)定了異常現(xiàn)象的持續(xù)時間不應(yīng)超過2s的技術(shù)要求。根據(jù)上述測評方案得出IP機(jī)頂盒終端的超高清視音頻播放效果的15分鐘監(jiān)測分析結(jié)果，詳見表4所示。

表4 超高清視音頻播放效果的監(jiān)測分析結(jié)果

監(jiān)測分析結(jié)果表明，當(dāng)丟包率≤ 5% 時，超高清頻道播放畫面最多出現(xiàn)了小于 2s 的靜幀異常 1 次，超高清視音頻播放效果整體良好 ；當(dāng)丟包率 =10% 時，超高清頻道播放畫面出現(xiàn)了小于 2s的靜幀異常 2 次和大于 2s 的靜幀異常 2 次，超高清視音頻播放效果開始出現(xiàn)不符合技術(shù)要求的情況 ；當(dāng)丟包率 =15% 時，超高清頻道播放畫面出現(xiàn)了小于 2s 的靜幀異常 3 次、大于 2s 的靜幀異常 5 次和大于 2s 的 PID 視音頻流數(shù)據(jù)包丟失異常各2 次，超高清視音頻播放效果較差，已經(jīng)無法滿足用戶對于超高清視音頻播放節(jié)目的收視需求。

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結(jié)束語

本文對有線電視網(wǎng)絡(luò)的承載能力進(jìn)行分析，并通過研究影響有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)傳輸超高清視頻的關(guān)鍵技術(shù)和質(zhì)量指標(biāo)，形成一種科學(xué)合理的測評方法，然后利用搭建的測試實驗系統(tǒng)，對FTTH的有線電視IP化網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)某咔逡曨l頻道切換時間和播放效果等技術(shù)指標(biāo)與不同模型下丟包率的相關(guān)性進(jìn)行了定性定量的測試驗證。該方法可以推廣到PON+DOCSIS等HFC的IP化網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)體系，進(jìn)一步為各省份有線電視網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)據(jù)支撐，具有很強的行業(yè)應(yīng)用價值。

基金項目：

本文受廣播電視科學(xué)研究院 2024 年度基本科研業(yè)務(wù)費項目“有線電視網(wǎng)絡(luò) IP 化關(guān)鍵指標(biāo)及測評方法研究”支持（項目編號 ：JBKY20240150）。

end

參考文獻(xiàn)

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