4K關(guān)鍵技術(shù)及在有線電視前端的播出分析與研究

劉亮 譚任宇 湖南省有線電視網(wǎng)絡(luò)(集團(tuán))股份有限公司

隨著互聯(lián)網(wǎng)OTT和IPTV業(yè)務(wù)的規(guī)模不斷擴(kuò)大，為有線電視的經(jīng)銷商帶來了非常大的挑戰(zhàn)和壓力。在這種情況下，各大運(yùn)營商與視頻企業(yè)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，開辟了4K技術(shù)有線電視播出的相關(guān)業(yè)務(wù)，使有線電視網(wǎng)絡(luò)廣播式、高寬帶等優(yōu)勢得以充分的發(fā)揮。在4K技術(shù)出現(xiàn)之后，為有線電視的播出提供了巨大的發(fā)展空間，同時(shí)也引領(lǐng)著廣大民眾進(jìn)入全方位生活智能新時(shí)代。

一、4K關(guān)鍵技術(shù)

(一)HEVC編碼技術(shù)

新時(shí)代下，有線電視的數(shù)據(jù)量非常大，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)源壓縮編碼形式已不能滿足其發(fā)展需求。而4K技術(shù)中的HEVC編碼技術(shù)可以完美解決這一問題。HEVC編碼技術(shù)主要體現(xiàn)在兩方面：其一是H.265編碼方式。該編碼方式主要JCT-VC協(xié)作小組以相關(guān)協(xié)議而制定的新型編碼壓縮方式。它包含著從320×240的QBGA到7680×4329的UHDTV和1080p。同時(shí)還根據(jù)動(dòng)態(tài)范圍、色域、噪聲電平等對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行改進(jìn)。H.265編碼是以往編碼壓縮的 2 倍，碼率下降了 50%。J：COM及KDDI編碼方式。這種編碼方式是一種新型的壓縮圖像技術(shù)，它可以在現(xiàn)有的有線電視中傳送8K和4K的圖像，并以50%比例進(jìn)行壓縮。確保電視網(wǎng)絡(luò)持續(xù)應(yīng)用，減少相關(guān)投入。

(二)4K傳輸技術(shù)

4K傳輸技術(shù)主要是將單路或者是多路的封包流和MPEG-2傳輸流輸入預(yù)處理器中，對(duì)相關(guān)業(yè)務(wù)進(jìn)行分割，使之形成邏輯數(shù)據(jù)流，利用物理層管道輸入系統(tǒng)中。在此過程中，利用BCH+LDPC糾錯(cuò)編碼，BCH屬于循環(huán)線性編碼，具有強(qiáng)大的糾錯(cuò)功能，同時(shí)LDPC屬于奇偶低密度校驗(yàn)編碼，將兩者融合在一起可以達(dá)到無誤碼的理想狀態(tài)接收。此外，在傳輸過程中，利用的是高階調(diào)制手段，一個(gè)調(diào)制符號(hào)中可以攜帶大量的數(shù)據(jù)比特。其數(shù)據(jù)傳輸頻譜效率最小在40Mbit，最大在56Mbit，可以在8MHz的寬帶環(huán)境中實(shí)現(xiàn)4K傳輸模式的有線電視播出。

(三)4K顯示技術(shù)

現(xiàn)階段，有線電視顯示技術(shù)主要有三種，分別為OLED技術(shù)、LED技術(shù)、LCD技術(shù)等，這三種技術(shù)普遍存在壽命短、價(jià)格高、屏幕尺寸小等缺點(diǎn)。而4K顯示技術(shù)相比這三種技術(shù)要有很大的優(yōu)勢。主要表現(xiàn)在兩方面：其一是單一補(bǔ)償。這種方式主要是通過圖像處理器渲染和追蹤補(bǔ)償正在進(jìn)行播放的影像。將4個(gè)像素點(diǎn)插入原來的像素點(diǎn)中，將圖形的分辨率提升到4K。其二是聯(lián)合補(bǔ)償。這種方式 主要是將整個(gè)畫面劃分為200萬個(gè)區(qū)間，同時(shí)運(yùn)算每個(gè)相鄰的區(qū)間中的縱橫兩方向4個(gè)維度色彩，隨后插入像素，使像素與現(xiàn)實(shí)的畫面高度匹配，從而提升圖像精度。

二、4K關(guān)鍵技術(shù)在有線電視前端的播出形式

(一)單播

單播形式是現(xiàn)階段有線電視網(wǎng)絡(luò)中最為常用的一種傳輸方式。這種傳輸方式的特點(diǎn)主要是在服務(wù)器和客戶端之間建立點(diǎn)到點(diǎn)的連接，其中點(diǎn)到點(diǎn)主要是指每一個(gè)客戶端都需要從服務(wù)器上接收遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)流。當(dāng)客戶端發(fā)出相關(guān)請(qǐng)求之后，服務(wù)器會(huì)根據(jù)請(qǐng)求內(nèi)容發(fā)送單播流。具體過程為：有線電視用戶通過4K傳輸技術(shù)發(fā)送一個(gè)請(qǐng)求數(shù)據(jù)包時(shí)，在每一個(gè)接收端與發(fā)送端之間利用傳輸技術(shù)中的頻道綁定模塊建立一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)信息通信信道，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。在單播過程中，發(fā)送端發(fā)送出的每一個(gè)數(shù)據(jù)包，只能由相應(yīng)的接收端進(jìn)行接收。當(dāng)有大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)，4K技術(shù)中HEVC編碼技術(shù)會(huì)將其進(jìn)行壓縮拆分，從而保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐〞承浴?/p>

(二)廣播

廣播的特點(diǎn)主要是一對(duì)所有。這種通訊模式下，每一個(gè)客戶端在發(fā)送出信號(hào)之后，主機(jī)都會(huì)無條件的復(fù)制，并進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。接收端在接收到信息之后，不用刻意選擇路徑。它能夠通過交換機(jī)或者是路由器將發(fā)送端發(fā)出的各種數(shù)據(jù)包發(fā)送到分支鏈路上。同時(shí)處于子網(wǎng)絡(luò)中的全部終端都能夠接收到數(shù)據(jù)包。在利用4K技術(shù)對(duì)其進(jìn)行傳播時(shí)，首先HEVC編碼會(huì)將其發(fā)送端發(fā)送出來的數(shù)據(jù)包編碼進(jìn)行壓縮，壓縮之后，進(jìn)行傳輸。其次，在傳輸過程中，為了防止廣播風(fēng)暴的產(chǎn)生，利用三層交換機(jī)或者是路由器對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行隔離，以此來控制廣播的傳播范圍，使其能夠在本地子網(wǎng)內(nèi)順利有效的傳播。

(三)多播

多播形式也被稱為組播，其主要特點(diǎn)是由一個(gè)或者是多個(gè)發(fā)送端對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行發(fā)送，由多個(gè)接收端進(jìn)行接收。這種傳播模式下，接收端可以接受發(fā)送端的所有數(shù)據(jù)，但是與廣播不同，多播形式是由交換機(jī)或者是路由器向有需求的主機(jī)有選擇的發(fā)送復(fù)制數(shù)據(jù)包。這既能夠?qū)?fù)制的數(shù)據(jù)信息發(fā)送給多個(gè)加入組的主機(jī)，又能夠不影響其他主機(jī)的通訊。同時(shí)終端數(shù)據(jù)包與有線電視網(wǎng)絡(luò)好利用4K技術(shù)中的地址尋址技術(shù)對(duì)發(fā)送端的數(shù)據(jù)包進(jìn)行接收。然后利用4K傳輸技術(shù)進(jìn)行組播播放。這樣可以大大節(jié)省發(fā)送端的成本，且使網(wǎng)絡(luò)負(fù)載降低。

三、結(jié)論

綜上所述，4K關(guān)鍵技術(shù)是對(duì)原有技術(shù)的延伸與創(chuàng)新，在有線電視播出中應(yīng)用可以提高其各方面的質(zhì)量。經(jīng)過上文分析可得，將4K關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到有線電視前端播出中，其形式主要有三種，其一是單播形式，其二是廣播形式，其三是組播形式，在應(yīng)用過程中，可以大大改善原有播出形式的缺陷。