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(fā)一批IPTV（交互式網(wǎng)絡(luò)電視）牌照進(jìn)行試點(diǎn)運(yùn)營以來，運(yùn)營商與中央電視臺(tái)、上海文廣等集成播控方合作開展IPTV業(yè)務(wù)，逐步建立起了較為完整的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和成熟的商業(yè)模式。經(jīng)過多年的摸索以及隨著IPTV規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)化的完善，整個(gè)IPTV產(chǎn)業(yè)鏈蓬勃發(fā)展，用戶規(guī)模不斷提升，目前全國IPTV用戶數(shù)已經(jīng)超過2億戶。

當(dāng)前大部分的電視使用高清信號(hào)，分辨率為90萬像素，而4K（4096×2160分辨率）電視能達(dá)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(nèi)的電視制造企業(yè)均以4K研發(fā)作為技術(shù)導(dǎo)向，部分品牌已經(jīng)推出4K電視，預(yù)計(jì)未來4K電視將取代全高清電視，電視視頻信號(hào)也將全部轉(zhuǎn)向4K信號(hào)。在4K技術(shù)和業(yè)務(wù)逐漸普及的同時(shí)，更高清的8K（7680×4320分辨率） 視頻技術(shù)也在萌芽發(fā)展當(dāng)中。因此，IPTV視頻網(wǎng)絡(luò)必須盡快進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化調(diào)整以適應(yīng)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(tǒng)，基于運(yùn)營商的IP傳輸網(wǎng)絡(luò)，以具有視頻編解碼能力的數(shù)字化設(shè)備作為終端，將傳統(tǒng)電視的直播業(yè)務(wù)與互聯(lián)網(wǎng)電視的點(diǎn)播和增值業(yè)務(wù)相結(jié)合，為用戶提供多種互動(dòng)多媒體服務(wù)的寬帶應(yīng)用業(yè)務(wù)。

圖1 電視大屏市場細(xì)分

1.2 業(yè)務(wù)分類

目前IPTV主要提供以下幾類業(yè)務(wù)：

（1）直播業(yè)務(wù)：運(yùn)營商與上海文廣、省級播控平臺(tái)合作，用戶根據(jù)頻道直接選擇并收看電視節(jié)目，系統(tǒng)側(cè)向選擇該廣播頻道的全部用戶同時(shí)推送相同的音視頻流，播放既定的內(nèi)容，為用戶提供電視節(jié)目。

（2）點(diǎn)播業(yè)務(wù)：視頻內(nèi)容存放在運(yùn)營商的流媒體服務(wù)器中，并在EPG（電子節(jié)目指南）上提供節(jié)目的描述信息以及相關(guān)鏈接。用戶訪問EPG后可點(diǎn)播節(jié)目進(jìn)行觀看，并且用戶可以對播放過程進(jìn)行快進(jìn)、快退、重放等控制。

（3）增值業(yè)務(wù)：除直播和點(diǎn)播外提供的增值類業(yè)務(wù)，如視頻通信、網(wǎng)絡(luò)游戲、即時(shí)消息、信息服務(wù)、卡拉OK、在線購物、遠(yuǎn)程教育等等。這些業(yè)務(wù)可以由運(yùn)營商自己提供，也可以由第三方提供。

2 4K/8K對視頻網(wǎng)絡(luò)的要求

新的一輪視頻技術(shù)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(shù)稱為4K。8K視頻的分辨率高達(dá)7680×4320。4K/8K視頻的分辨率和碼率與高清、標(biāo)清視頻有較大的不同，這意味著運(yùn)營商的承載網(wǎng)絡(luò)、IPTV平臺(tái)等要進(jìn)行全面改造和提升。

8K、4K、高清、標(biāo)清視頻編碼及碼率比較表

3 網(wǎng)絡(luò)解決方案

3.1 CDN節(jié)點(diǎn)下沉到BAS/SR

隨視頻業(yè)務(wù)碼率的提升，單臺(tái)MSE/BRAS（多服務(wù)邊緣/寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器）設(shè)備視頻點(diǎn)播流量超過一定閾值，CDN（內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）節(jié)點(diǎn)應(yīng)直連BAS/SR（多服務(wù)邊緣/業(yè)務(wù)路由器）。當(dāng)CDN節(jié)點(diǎn)直連至 MSE/BRAS設(shè)備時(shí)，視頻業(yè)務(wù)流量從 CR （核心路由器）設(shè)備上卸載，將降低對CR設(shè)備的帶寬消耗，同時(shí)提升視頻業(yè)務(wù)就近服務(wù)能力。

圖2 CDN節(jié)點(diǎn)下沉

3.2 組播復(fù)制點(diǎn)下沉到OLT

入門級4K視頻直播業(yè)務(wù)帶寬將是高清視頻的2-4倍，標(biāo)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(fù)制點(diǎn)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(kuò)容，同時(shí)提升直播業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

圖3 組播復(fù)制點(diǎn)下沉

3.3 直播引入FEC技術(shù)

直播采用UDP（用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）方式進(jìn)行傳輸，由于UDP沒有重傳機(jī)制，因而對承載網(wǎng)絡(luò)的丟包非常敏感，丟包會(huì)造成視頻花屏或黑屏等現(xiàn)象。經(jīng)現(xiàn)網(wǎng)測試，通過引入FEC（前向糾錯(cuò)）等技術(shù)，可降低直播業(yè)務(wù)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(diǎn)播采用VBR編碼

研究結(jié)果表明，無論從視頻編碼質(zhì)量還是從網(wǎng)絡(luò)利用率、存儲(chǔ)和CDN成本的角度考慮，VBR（動(dòng)態(tài)比特率）編碼和傳輸都比CBR（恒定比特率）具有更大優(yōu)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(huì)帶來如下好處：

（1）在同樣服務(wù)質(zhì)量和并發(fā)用戶數(shù)下，可降低30-50%匯聚流量；

（2）在同樣服務(wù)質(zhì)量和節(jié)目數(shù)量下，可降低30-50%所需存儲(chǔ)；

（3）在同樣服務(wù)質(zhì)量和系統(tǒng)資源下，可增加20-40%并發(fā)用戶數(shù)。

3.5 IPTV業(yè)務(wù)平臺(tái)與CDN解耦

入門級4K視頻所需要的存儲(chǔ)將是高清視頻的2-4倍，標(biāo)清視頻的7-15倍，極致4K/8K將對存儲(chǔ)提出更高的要求。通過將IPTV業(yè)務(wù)平臺(tái)與CDN解耦，實(shí)現(xiàn)內(nèi)容的統(tǒng)一存儲(chǔ)，CDN媒體服務(wù)能力與存儲(chǔ)調(diào)度分離，將有效降低建設(shè)成本，并且為后續(xù)內(nèi)容運(yùn)營奠定基礎(chǔ)。

圖5 IPTV平臺(tái)解耦架構(gòu)圖

4 結(jié)束語

本文提出的面向4K/8K的IPTV網(wǎng)絡(luò)解決方案能有效提升運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)對4K甚至未來8K及以上視頻的支持，適用于各大運(yùn)營商城域網(wǎng)的IPTV網(wǎng)絡(luò)，能夠用最少的投資實(shí)現(xiàn)IPTV網(wǎng)絡(luò)對4K/8K等高碼率視頻的需要。當(dāng)然，隨著網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的發(fā)展以及編碼技術(shù)的優(yōu)化，4K/8K的IPTV網(wǎng)絡(luò)解決方案依然有很大的提升空間。