基于廣電網絡的4K超高清互動電視技術分析

摘 要：本文探討了互動電視技術，分析了4K超高清互動電視技術平臺構建，研究了4K超高清互動電視技術平臺案例，以期為相關研究提供參考。

關鍵詞：廣電網絡;4K超高清技術;互動電視技術

中圖分類號：TN949.29 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）13-0043-02

0 引言

互動電視技術涵蓋網絡技術、編碼及解碼技術等多個領域，其發展應用促使傳統電視行業朝數字化、智能化方向發展。智能高清電視設備搭載廣電網絡，可依照受眾實際需求，隨時隨地開展信息搜索、查詢活動，以徹底改變完全被動的節目觀賞狀態，通過有效的人機互動提高受眾觀看體驗。為促進互動電視技術與4K超高清技術的有機融合，需要對其技術平臺的構建方案做分析總結。

1 互動電視技術簡介

互動電視技術發展于數字電視和寬帶網絡技術之上，其突出特點為互動性，能夠為用戶提供個性化、互動性的節目觀賞體驗。互動電視業務通過IPQAM技術和IPTV技術來實現。其中，IPQAM技術在傳統直播網絡的基礎上，添加帶IP視頻流及調制射頻輸出和帶IP口的互動式機頂盒，其信號傳輸通道與省級互動平臺相連，用以指令信號的高速傳輸，省級互動平臺再依照用戶點播信息，進行節目的針對性傳送。該過程中，點播節目類型及播放狀態均可由用戶控制，若無IPQAM傳送，則進行空載設備信號的傳輸。互動電視機頂盒IP地址由DHCP協議動態發送，開機請求審核通過后，互動平臺向機頂盒發送IP地址，并在機頂盒網絡設置中獲取IP、子網按碼、DNS、網關等信息，然后進行互動[1]。若DHCP分配異常，以上信息可能出錯，導致互動功能無法正常使用。此時需重啟機頂盒以再次分配DHCP信息，若重啟過于頻繁，可能會出現互動功能間接性異常的現象。同時，在PNA制式EOC構建的傳輸系統中，DHCP協議的下發難度較高，需要高質量傳輸網絡，且該要求與寬帶PPPOE撥號協議的要求差距較大，因此可能在寬帶暢通的情況下出現互動功能無法使用的問題，且故障排除成本較高。

2 4K超高清互動電視技術平臺構建

2.1 播控平臺

（1）集成播控平臺。傳統電視播控平臺由節目前端制作、媒體資源管理、版權保護、存儲及播放模塊構成，為滿足4K超高清播放的要求，互動電視集成播控平臺在傳統平臺的基礎上進行技術擴展，以有效支撐4K條件下的互動功能。4K超高清互動電視集成播控平臺由二級播控平臺、4K內容管理平臺、4K制作平臺等構成，平臺上下游之間可實現無縫銜接，以進行內容應用層的互動互聯。平臺內添加中央-駐地二級播控體系，可完成集中或分級部署，并支持多運營商和多終端。平臺采用分級存儲的方式，有利于存儲成本的控制及性能優化。（2）二級播控平臺。不同網絡公司采用機頂盒設備及附件的型號不同，對應不同的內容格式，因此在二級播控平臺中需將中央播控系統與駐地播控系統相結合。節目內容提供商將內容上傳至中央播控平臺并下發至駐地，依照各機頂盒給出的要求，完成轉碼適配，為用戶提供定制化服務。各駐地播控平臺可依照網絡運營商的要求，對上傳節目進行調整。除駐地管理與節目4K內容管理，播控平臺還支持流媒體服務，如實時轉碼、超高清點播等。其中，實時轉碼即將一路TS流在實時轉碼服務器轉換為支持多屏終端的實時流，然后傳輸至流媒體服務器。流媒體服務器接收來自用戶的4K互動請求，完成用戶身份鑒定后，以HTTP或RTPS協議的方式向用戶端傳送點播流。二級播控平臺還可向4K互動電視提供EPG服務，將機頂盒、智能手機、PC端等相集成，實現多屏互動，順利接收來自CMS的節目信息，然后傳輸至4K互動電視的各個終端設備。

2.2 存儲模塊

4K超高清內容體量非常龐大，需要海量存儲的支持，且對存儲效率要求非常高。為提升4K信息管理質量，在互動電視平臺內引入分級存儲技術，依照數據來源、結構、重要程度等屬性，將其分類存放在各級存儲設備中，具體存儲方案則依照信息訪問頻率、保留時長、剩余容量等進行確定，以確保4K超高清內容能夠實現在不同存儲介質間的高效轉移。分級存儲技術的另一大優勢為經濟性較強，其將訪問頻次不同的內容存儲在不同成本、性能的存儲設備中，以充分運用各類存儲設備自身性能，在確保信息傳輸效率的同時，幫助節約存儲成本。在數據分級方面，4K數據分級存儲由三級存儲設備和分級存儲管理兩個模塊構成，歸檔數據被存儲在磁帶庫當中，近線數據則存儲在性能中下的磁盤庫中，在線數據則全部存儲在高性能磁盤庫中。一般情況下，在線存儲設備被用來存儲訪問頻次較大、對傳輸效率要求高的數據，視頻音頻素材則存儲在SAS或固態磁盤陣列中[2]。近線存儲設備主要存放頻繁與在線設備發生讀寫交換的數據，如近期采集素材及節目等。

2.3 數據遷移

數據遷移指的是發生在各級存儲設備間的數據的動態轉換，采用數據自動遷移技術，可有效降低數據遷移對計算節點I/O性能的干擾，因對前端透明，可依照I/O負載情況調整數據遷移速度，以確保遷移動作在最短時間內完成。若數據達到遷移條件，其會在適當時間節點以既定遷移方式完成遷移，本文研究的互動電視平臺選用以訪問頻度為核心的遷移方案，主要為基于訪問時限及頻度的分級策略、基于平均熱度及訪問頻度的分級策略和基于存儲容量及訪問頻度的分級策略。各類分級策略所采用的分級標準不同，且適用于不同場景，可依照實際需求靈活選擇。

2.4 安全管理

基于廣電網絡的4K超高清互動電視系統內頻繁開展超高清信號傳輸活動，給信息安全提出更高要求，因此在技術平臺構建過程中，需對信息安全管理重點關注。安全管理內容為融入廣電網絡的多層次平臺，各平臺具備單獨的縮放功能，以免發生相互干擾，保證自身功能順利發揮。該功能的實現需要將全部數字版權相集中，引入相同的保護機制做統一管理。信息傳輸安全管理則需要借助安全密鑰體系來實現，各服務器與機頂盒間的信息傳輸必須在通過認證后進行，以此確保信號傳輸安全、穩定。

3 4K超高清互動電視技術平臺案例

以某省網4K互動電視平臺的構建為例，詳細介紹互動電視技術實現過程。

3.1 區到省的接入系統

該平臺中安裝視頻服務器，以提供內容管理、業務管理、數據分析、系統接入等功能項目，形成視頻端到端的完整解決方案。該省級平臺的4K超高清內容為省網統一提供，在省網內加設視頻點播服務器，以有效節約資源，然后通過市區波將4K內容傳輸至各交換機終端。由業務門戶系統向機頂盒提供交互EPG，其包括服務器和軟件兩部分，在人機交互界面詳細展示節目信息，以便于用戶自主化選擇。平臺信息導航以瀏覽器為載體，構建系統端WEB服務器，采用HTTP協議進行信息傳輸。

3.2 本地點播網絡系統

區數據網信息傳輸采用EPON+LAN與EPON+EOC結合的方式，以中高頻點完成內容點播互動，具體頻點為：DS16（498MGHz）-DS21（538MHz），DS23（554MHz）-DS25（610MHz），其中共包含16個頻點，向主城區的用戶提供互動點播功能。

3.3 IPQAM設備接入方式

單臺華為IPQAM設備由主控板×2、QAM板×6構成，支持48個8MHz頻道輸出，各頻道使用64QAM調制方式，其速率可達到38.8Nbps，各4K超高清節目流碼率為4.5Mbps，可支持8個節目流[3]。單個華為IPQAM設備最大可滿足392個節目流的需求，若依照10%的點播并發率進行計算，可覆蓋到3920個用戶。另外在4K點播內容傳輸上，由省內容中心統一提供點播內容，然后通過波分系統傳輸至各交換機。區頁面信息可通過波分設備上傳至市網，經混合后，由波分網傳輸至省中心。該省級4K超高清互動電視平臺將4K內容整合到集成平臺當中，并將各類互動內容存儲至互動電視平臺的核心存儲模塊當中，然后通過內容集成平臺及互動電視系統接口，形成用戶與互動電視間的雙向傳輸關系，為用戶提供針對性、個性化的4K超高清節目服務。平臺運行后受到當地用戶的廣泛好評，將電視內容觀看從以往的被動接收轉變為個性化定制、自主化點播，使得用戶真正成為4K高清電視的主人。

4 結語

總之，廣電網絡的4K超高清互動電視已成為電視行業發展的必然趨勢，在構建4K互動電視平臺的過程，重點關注播控平臺、存儲模塊、數據遷移、安全管理等內容，以形成內容傳輸效率高、穩定安全的互動電視平臺，優化用戶互動體驗。

參考文獻

[1] 張華權，趙轅.互動電視安全播出監測技術研究[J].衛星電視與寬帶多媒體，2020（7）：28-29.

[2] 黃剛.淺析有線網絡互動電視的技術平臺建設[J].中國新通信，2019（7）：75.

[3] 袁政，吳堅.面向廣電網絡的4K超高清互動電視技術研究和應用[J].有線電視技術，2018（12）：58-60.

Abstract：This paper discusses the interactive TV technology， this paper analyzes the construction of 4K UHD interactive TV technology platform， and studies the case of 4K UHD interactive TV technology platform， in order to provide reference for related research.

Key words：radio and television network;4K UHD technology;interactive TV technology

收稿日期：2020-06-02

作者簡介：胡劍華（1961—），男，安徽宣城人，本科，工程師，研究方向：數字電視、互動電視、廣播發送。