面向4K/8K的IPTV視頻網絡解決方案初探

董濤

中國電信股份有限公司江蘇分公司

0 引言

自2005年廣電總局頒發一批IPTV（交互式網絡電視）牌照進行試點運營以來，運營商與中央電視臺、上海文廣等集成播控方合作開展IPTV業務，逐步建立起了較為完整的技術標準體系和成熟的商業模式。經過多年的摸索以及隨著IPTV規范標準化的完善，整個IPTV產業鏈蓬勃發展，用戶規模不斷提升，目前全國IPTV用戶數已經超過2億戶。

當前大部分的電視使用高清信號，分辨率為90萬像素，而4K（4096×2160分辨率）電視能達到800萬像素，用戶將能在家中收看比擬影院的電視畫面。目前，國內的電視制造企業均以4K研發作為技術導向，部分品牌已經推出4K電視，預計未來4K電視將取代全高清電視，電視視頻信號也將全部轉向4K信號。在4K技術和業務逐漸普及的同時，更高清的8K（7680×4320分辨率） 視頻技術也在萌芽發展當中。因此，IPTV視頻網絡必須盡快進行網絡的優化調整以適應4K/8K視頻的需求。

1 IPTV

1.1 簡介

IPTV是由廣電體系管理播控系統，基于運營商的IP傳輸網絡，以具有視頻編解碼能力的數字化設備作為終端，將傳統電視的直播業務與互聯網電視的點播和增值業務相結合，為用戶提供多種互動多媒體服務的寬帶應用業務。

圖1 電視大屏市場細分

1.2 業務分類

目前IPTV主要提供以下幾類業務：

（1）直播業務：運營商與上海文廣、省級播控平臺合作，用戶根據頻道直接選擇并收看電視節目，系統側向選擇該廣播頻道的全部用戶同時推送相同的音視頻流，播放既定的內容，為用戶提供電視節目。

（2）點播業務：視頻內容存放在運營商的流媒體服務器中，并在EPG（電子節目指南）上提供節目的描述信息以及相關鏈接。用戶訪問EPG后可點播節目進行觀看，并且用戶可以對播放過程進行快進、快退、重放等控制。

（3）增值業務：除直播和點播外提供的增值類業務，如視頻通信、網絡游戲、即時消息、信息服務、卡拉OK、在線購物、遠程教育等等。這些業務可以由運營商自己提供，也可以由第三方提供。

2 4K/8K對視頻網絡的要求

新的一輪視頻技術革新是從把分辨率提升到4096×2160開始的，所以通常都把這輪技術稱為4K。8K視頻的分辨率高達7680×4320。4K/8K視頻的分辨率和碼率與高清、標清視頻有較大的不同，這意味著運營商的承載網絡、IPTV平臺等要進行全面改造和提升。

8K、4K、高清、標清視頻編碼及碼率比較表

3 網絡解決方案

3.1 CDN節點下沉到BAS/SR

隨視頻業務碼率的提升，單臺MSE/BRAS（多服務邊緣/寬帶遠程接入服務器）設備視頻點播流量超過一定閾值，CDN（內容分發網絡）節點應直連BAS/SR（多服務邊緣/業務路由器）。當CDN節點直連至 MSE/BRAS設備時，視頻業務流量從 CR （核心路由器）設備上卸載，將降低對CR設備的帶寬消耗，同時提升視頻業務就近服務能力。

圖2 CDN節點下沉

3.2 組播復制點下沉到OLT

入門級4K視頻直播業務帶寬將是高清視頻的2-4倍，標清視頻的7-15倍，極致4K/8K將對帶寬帶來更高的要求。通過將組播復制點從BAS/SR下沉到OLT（光線路終端），可有效減少OLT與BAS/SR之間的鏈路擴容，同時提升直播業務體驗。

圖3 組播復制點下沉

3.3 直播引入FEC技術

直播采用UDP（用戶數據報協議）方式進行傳輸，由于UDP沒有重傳機制，因而對承載網絡的丟包非常敏感，丟包會造成視頻花屏或黑屏等現象。經現網測試，通過引入FEC（前向糾錯）等技術，可降低直播業務對丟包率的要求，在6%丟包率情況下依舊清晰順暢。

圖4 直播引入FEC

3.4 點播采用VBR編碼

研究結果表明，無論從視頻編碼質量還是從網絡利用率、存儲和CDN成本的角度考慮，VBR（動態比特率）編碼和傳輸都比CBR（恒定比特率）具有更大優勢。相比CBR視頻方式，在用戶接入帶寬高于VBR視頻峰值的條件下，采用VBR視頻方式會帶來如下好處：

（1）在同樣服務質量和并發用戶數下，可降低30-50%匯聚流量；

（2）在同樣服務質量和節目數量下，可降低30-50%所需存儲；

（3）在同樣服務質量和系統資源下，可增加20-40%并發用戶數。

3.5 IPTV業務平臺與CDN解耦

入門級4K視頻所需要的存儲將是高清視頻的2-4倍，標清視頻的7-15倍，極致4K/8K將對存儲提出更高的要求。通過將IPTV業務平臺與CDN解耦，實現內容的統一存儲，CDN媒體服務能力與存儲調度分離，將有效降低建設成本，并且為后續內容運營奠定基礎。

圖5 IPTV平臺解耦架構圖

4 結束語

本文提出的面向4K/8K的IPTV網絡解決方案能有效提升運營商網絡對4K甚至未來8K及以上視頻的支持，適用于各大運營商城域網的IPTV網絡，能夠用最少的投資實現IPTV網絡對4K/8K等高碼率視頻的需要。當然，隨著網絡傳輸技術的發展以及編碼技術的優化，4K/8K的IPTV網絡解決方案依然有很大的提升空間。