4K/UHD交付關(guān)鍵技術(shù)研究

【摘要】4K/UHD超高畫(huà)質(zhì)收視體驗(yàn)源自視音頻及其傳輸交付流程各環(huán)節(jié)的質(zhì)量嚴(yán)控。本文以質(zhì)量監(jiān)測(cè)視角，從文件質(zhì)控、轉(zhuǎn)碼監(jiān)測(cè)及RF/IP/OTT傳輸三方面，闡述4K/UHD從內(nèi)容生產(chǎn)直至收視體驗(yàn)完整交付流程各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】文件質(zhì)控 高效視頻編碼（HEVC） RF IP OTT/ABR

一.引言

4K/UHD技術(shù)與藝術(shù)的完美融合，技術(shù)彰顯藝術(shù)，其超高畫(huà)質(zhì)是超高像素?cái)?shù)（UH D）、高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）、寬色域（WCG）、高幀頻（HFR）四大技術(shù)的鼎力呈現(xiàn)。超高畫(huà)質(zhì)收視體驗(yàn)使4K視音頻及其傳輸交付流程各環(huán)節(jié)質(zhì)量嚴(yán)控成為至關(guān)重要。本文將以質(zhì)量監(jiān)測(cè)視角，從文件質(zhì)控、轉(zhuǎn)碼監(jiān)測(cè)及RF/IP/OTT傳輸三方面，闡述4K/UHD從內(nèi)容生產(chǎn)直至收視體驗(yàn)完整交付流程各環(huán)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)。

二.文件質(zhì)控

4K從內(nèi)容提供方到播出收視（RF、VOD、OTT）的交付流程為：內(nèi)容提供方經(jīng)生產(chǎn)（錄像、錄音）和后期制作（編輯、混聲及色彩校正）生成IMF（交付母版文件）并交付業(yè)務(wù)提供方，業(yè)務(wù)提供方將IMF文件轉(zhuǎn)碼生成適應(yīng)廣播RF、VOD、OTT（ABR/HTTP）不同業(yè)務(wù)平臺(tái)的文件，播出收視。IMF及各類(lèi)業(yè)務(wù)平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

從4K內(nèi)容創(chuàng)建至收視各環(huán)節(jié)質(zhì)控[1]如圖1所示，涉及內(nèi)容攝取階段元數(shù)據(jù)質(zhì)量查驗(yàn)、后期制作階段人工質(zhì)控查驗(yàn)、轉(zhuǎn)碼階段感知視頻質(zhì)量（PVQ）及偽影去除、分發(fā)階段ABR打包及編碼器邊界點(diǎn)（EBP）查驗(yàn)、部署階段收視體驗(yàn)（QoE）。媒體播放則用于所有階段人機(jī)交互質(zhì)控。

基于文件的視音頻質(zhì)量自動(dòng)化控制（下文簡(jiǎn)稱(chēng)“文件質(zhì)控”）可以很好地衡量4K交付各環(huán)節(jié)大量文件及格式問(wèn)題，尤其是自適應(yīng)碼流視音頻問(wèn)題；以高于正常回放速度解碼查驗(yàn)視頻每幀，諸多非可視錯(cuò)誤，例如，元數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，極易檢出。文件質(zhì)控客觀降低了人工質(zhì)控的主觀性。因此，文件質(zhì)控成為4K優(yōu)質(zhì)收視體驗(yàn)的關(guān)鍵。

1.文件格式

4K交付常用格式文件結(jié)構(gòu)IMF[2]如圖2所示，提供極高質(zhì)量視頻（編碼常用格式為JPEG2000）、一個(gè)或更多音頻及輔助數(shù)據(jù)。I M F由MXF（素材交換格式）和XML構(gòu)成，MXF封裝視頻、音頻、字幕及元數(shù)據(jù)，XML包括CPL（合成播放列表）、OPL（輸出配置列表）、Asset Map（資產(chǎn)圖譜）及Packing List（包裝列表）。OPL與CPL關(guān)聯(lián)使用，可生成從MPEG-2 1080i到HEVC 4K寬泛的輸出格式文件。一個(gè)數(shù)據(jù)包可以有多個(gè)CPL，分別指向不同的語(yǔ)言和字幕，OPL包含不同文件格式轉(zhuǎn)碼信息。既可多個(gè)OPL關(guān)聯(lián)一個(gè)CPL，也可一個(gè)OPL關(guān)聯(lián)多個(gè)CPL。OPL可將一個(gè)文件轉(zhuǎn)換輸出為不同格式文件（如：英文版配音、字幕動(dòng)畫(huà)片，同時(shí)輸出avi和mp4兩種格式文件），CPL可將多個(gè)文件轉(zhuǎn)換輸出為同一文件格式（如：同一動(dòng)畫(huà)片的英文、中文及德文版的配音、字幕文件，均輸出為avi格式文件）。

2.文件質(zhì)控

（1）基礎(chǔ)質(zhì)控

優(yōu)質(zhì)高效視頻壓縮編碼HEVC（ITU-T H.265）是確保4K業(yè)務(wù)質(zhì)量（QoS）和收視體驗(yàn)（QoE）的根本。質(zhì)控重點(diǎn)在于編碼格式（語(yǔ)法/語(yǔ)義）及其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的遵循（編碼內(nèi)容正確與否），包括內(nèi)容（傳輸流、MXF文件、視頻、音頻、文字說(shuō)明/字幕等）及傳輸（RF和IP）兩個(gè)層面。語(yǔ)法/語(yǔ)義質(zhì)控確保正常播放，視音頻質(zhì)控確保收視體驗(yàn)。質(zhì)控難點(diǎn)在于視音頻編碼的非法參數(shù)（如，HEVC超范圍運(yùn)動(dòng)矢量）。人工質(zhì)控?zé)o法深入編碼內(nèi)部查驗(yàn)語(yǔ)法和參數(shù)正確與否，文件質(zhì)控[1]可監(jiān)測(cè)和回放IMF文件及其附加封裝，監(jiān)測(cè)和播放CPL，實(shí)時(shí)或快速解碼包括JPEG2000、DPX、HEVC、DNxHR及H.264/AVC/AVCI/ XAVC在內(nèi)的4K編碼，可以24幀/秒的速度實(shí)現(xiàn)JPEG 2000文件監(jiān)測(cè)。文件質(zhì)控主要涵蓋容器級(jí)傳輸系統(tǒng)、視頻、音頻內(nèi)容監(jiān)測(cè)，詳述如下。

編碼語(yǔ)法/語(yǔ)義在數(shù)字層面上監(jiān)測(cè)[3]視音頻是否按標(biāo)準(zhǔn)正確無(wú)誤編碼，以確保正常播放。HEVC解碼器收到未知命令，發(fā)出語(yǔ)法錯(cuò)誤。高級(jí)解碼器可智能屏蔽、隱藏或最小化誤碼所致問(wèn)題，普通解碼器簡(jiǎn)單處理為解碼惡化或失敗、甚或解碼崩潰。為避免此類(lèi)問(wèn)題，在交付終端用戶前，應(yīng)查驗(yàn)語(yǔ)法/語(yǔ)義錯(cuò)誤，確保正常播放。圖3所示為語(yǔ)法錯(cuò)誤對(duì)畫(huà)質(zhì)的影響。圖 3-A為I幀無(wú)誤碼視頻，圖3-B可見(jiàn)在I幀中插入4個(gè)bit誤碼對(duì)畫(huà)質(zhì)的嚴(yán)重影響，片中每個(gè)誤碼產(chǎn)生的級(jí)聯(lián)效應(yīng)直至結(jié)束。對(duì)于壓縮視頻而言，這種影響極為且愈發(fā)糟糕。因I或錨幀是B和P幀的參考，奇數(shù)查找塊、宏塊和片段將被編碼運(yùn)動(dòng)矢量移動(dòng)直至下一I幀到來(lái)。該問(wèn)題持續(xù)時(shí)間取決于畫(huà)面組（GOP）長(zhǎng)度，一般為500ms左右。圖3-C可見(jiàn)另外15幀之后圖像仍有可視偽影。由此可見(jiàn)，語(yǔ)法錯(cuò)誤給收視體驗(yàn)帶來(lái)極大負(fù)面影響。

編碼參數(shù)監(jiān)測(cè)[3]視音頻碼率、GOP結(jié)構(gòu)、視頻色域、色彩位深、幀分辨率、幀頻、寬高比及量化電平正確與否。圖4所示視頻解碼錯(cuò)誤在于塊內(nèi)DCT索引越界。除文件質(zhì)控外，4K媒體播放器可基于與HEVC兼容的高級(jí)編解碼功能播放高分辨率文件、處理更復(fù)雜封裝、實(shí)時(shí)回放IMF CPL，實(shí)現(xiàn)幀準(zhǔn)級(jí)人工質(zhì)控，在CPL間精準(zhǔn)查驗(yàn)誤碼幀，直觀快速確定質(zhì)量問(wèn)題。

基帶參數(shù)和質(zhì)量等級(jí)監(jiān)測(cè)信號(hào)電平的模擬參數(shù)、亮度、色度、色域黑幀的質(zhì)量等級(jí)、視頻質(zhì)量（塊效應(yīng)）、凍結(jié)幀、場(chǎng)序、信箱/郵箱模式、光敏性癲癇癥、音頻丟失、靜音、默音、測(cè)試音、限幅、播放時(shí)間、多軌音頻、音頻響度及峰值電平等指標(biāo)。

附屬數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)隱藏字幕、圖文電視、DVB字幕及時(shí)間碼正確與否。

（2） UHD和HDR

UHD和HDR技術(shù)的出現(xiàn)拓展了現(xiàn)存生態(tài)系統(tǒng)的維度。除上述基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)外，還需要UHD和HDR監(jiān)測(cè)。UHD監(jiān)測(cè)涉及兩方面：其一、對(duì)原生4K和由其他格式，如35mm影片、4K影院版本或1080p HD轉(zhuǎn)換的UHD監(jiān)測(cè)。不同內(nèi)容，對(duì)其UHD要求不同；不同業(yè)務(wù)層次，對(duì)UHD要求亦不同。轉(zhuǎn)換的4K需要評(píng)估其轉(zhuǎn)換有效性，如升頻、掃頻、膠片顆粒過(guò)濾、偽影去除及色彩再分級(jí)等。因轉(zhuǎn)換和原生UHD要求不同，故UHD監(jiān)測(cè)閾值設(shè)置亦不同，前者相對(duì)低些。其二、基于碼率監(jiān)測(cè)UHD。HEVC 4K UHD碼率[4]通常為25Mb/s，編碼配置為Main-10bit像素精度/1024級(jí)采樣深度、Main 12-12bit像素精度/2048級(jí)采樣深度、4：2：0、4：2：2、4：4：4色度采樣。可據(jù)所用碼率監(jiān)測(cè)UHD正確與否，碼率監(jiān)測(cè)閾值可據(jù)HEVC編碼配置設(shè)定。

HDR打破20多年前制定的標(biāo)準(zhǔn)動(dòng)態(tài)范圍規(guī)范（SDR、REC709），其給監(jiān)測(cè)增加的復(fù)雜度，遠(yuǎn)超4K分辨率優(yōu)勢(shì)。HDR實(shí)現(xiàn)方法很多，共同點(diǎn)是均支持以較暗構(gòu)圖元素的較深層次黑色及最亮白色和色彩元素的更高亮度實(shí)現(xiàn)更寬色域和更高動(dòng)態(tài)范圍。頗具競(jìng)爭(zhēng)力的兩大HDR標(biāo)準(zhǔn)[5]是PQ（感知量化）和HLG（混合對(duì)數(shù)伽瑪），對(duì)比動(dòng)態(tài)范圍是2048：1甚或更高，色域變化范圍從757萬(wàn)到69億色彩。PQ比較適于互聯(lián)網(wǎng)（電腦、手機(jī)）收視，HLG比較適于電視直播且應(yīng)用最為廣泛。HDR采用10或12bit編碼[5]，后者需要監(jiān)測(cè)兩個(gè)載荷，REC709基線圖像駐留非HDR收視集合，及REC2020顯示系統(tǒng)所需擴(kuò)展部分。因此，不同實(shí)現(xiàn)方法的HDR，監(jiān)測(cè)方法各不相同，HDR大大增加了其監(jiān)測(cè)復(fù)雜度。

（3）文件錯(cuò)誤類(lèi)型

最簡(jiǎn)單錯(cuò)誤類(lèi)型與文件屬性有關(guān)，例如，格式和元數(shù)據(jù)值。容器類(lèi)型可接受或幀率正確為合格。文件錯(cuò)誤大致分為六種，多數(shù)可視可聞，詳述如下。

即刻確定型 例如，視音頻編解碼及其配置文件和等級(jí)。若視音頻編碼采用H.264高配@等級(jí)4.1，而接收文件解碼與編碼格式不同，認(rèn)定文件不合格。

解碼檢測(cè)型 元數(shù)據(jù)值只能解碼檢測(cè)。編碼錯(cuò)誤在完整解碼時(shí)可檢測(cè)。容器的結(jié)構(gòu)性（語(yǔ)法/語(yǔ)義）錯(cuò)誤導(dǎo)致無(wú)法正常播放，盡管解碼器試圖隱藏錯(cuò)誤，但仍致可視可聞缺陷。正確編碼（無(wú)語(yǔ)法/語(yǔ)義錯(cuò)誤）同樣可致圖像劣化，例如，碼率過(guò)低可致壓縮產(chǎn)物—宏塊（邊緣）和量化產(chǎn)物（條帶效應(yīng)）。

基帶錯(cuò)誤型 可通過(guò)解碼所有幀及對(duì)圖像和音頻應(yīng)用特定算法檢測(cè)。丟失物為實(shí)心黑幀和低電平音頻數(shù)據(jù)（或?yàn)榱悖虻陀陟o音門(mén)限）。過(guò)載視頻（色域誤差）或響度誤差可快速解碼像素和音頻數(shù)據(jù)檢測(cè)。

完全主觀型 畫(huà)面可見(jiàn)壓縮偽影數(shù)量完全是主觀見(jiàn)解。

監(jiān)測(cè)型 基于監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)檢測(cè)。例如，廣告片播放時(shí)長(zhǎng)需計(jì)量幀數(shù)，播出問(wèn)題需驗(yàn)證文件解碼是否與元數(shù)據(jù)編碼一致。例如，實(shí)際幀率為23.976 fps，而元數(shù)據(jù)幀率為29.97 fps，導(dǎo)致播出問(wèn)題。

攝入錯(cuò)誤型 例如：VTR污染磁頭所致磁帶播放錯(cuò)誤可以特征模式檢測(cè)。

二.轉(zhuǎn)碼監(jiān)測(cè)

2.1 HEVC編碼

JPEG2000或其他MPEG編碼正確轉(zhuǎn)碼為HEVC對(duì)于確保QoE至關(guān)重要。HEVC編碼器結(jié)構(gòu)如5圖所示，HEVC承襲H.264編碼技術(shù)，包含幀內(nèi)和幀間預(yù)測(cè)、變換、量化、熵編碼等模塊。為提升壓縮率，將這些模塊整合為編碼CU、預(yù)測(cè)PU及變換TU三個(gè)單元。HEVC編碼效率是H.264的兩倍，節(jié)省帶寬的關(guān)鍵是塊再定義。圖6詳解了H.264宏塊與H.265編碼樹(shù)形單元和編碼單元的不同。H.264以宏塊為編碼單位，宏塊固定為16×16像素；HEVC以CU為編碼單位，最小實(shí)現(xiàn)8×8、最大實(shí)現(xiàn)64×64像素編碼；H.264和HEVC幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式為8和33種；HEVC比H.264擁有更佳矢量預(yù)測(cè)算法和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。HEVC大幅提升壓縮比，基于相同視頻質(zhì)量，相比H.264，僅需一半帶寬，視頻容量減少約39～74%，信噪比更佳。

HEVC編碼等級(jí)及特性如表2所示，從等級(jí)6.2（4K 3840×2160/300 Hz）直至1（128×96/15 Hz），每個(gè)等級(jí)均定義了最大碼率和最大亮度采樣。HEVC定義了寬泛的視頻格式，如表3所示，從每個(gè)像素的量化比特?cái)?shù)（例如：Main8、10或12bit量化）到色度采樣格式（4：2：0到4：4：4）。Yes

2. 轉(zhuǎn)碼監(jiān)測(cè)

確保高質(zhì)量QoS和QoE貫穿整個(gè)系統(tǒng)，需要全程監(jiān)測(cè)視音頻及其轉(zhuǎn)碼輸出，涵蓋物理、傳輸直至視音頻內(nèi)容層的所有層次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的遵循。

（1） QoS監(jiān)測(cè)MPEG/IP傳輸健康狀況，最重要的傳輸流監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)ETSI TR 101 290優(yōu)先級(jí)1、2和3提供綜合 QoS監(jiān)測(cè)。優(yōu)先級(jí)1：監(jiān)測(cè)項(xiàng)目極其重要，涉及同步錯(cuò)誤/丟失、表或數(shù)據(jù)包丟失監(jiān)測(cè)。優(yōu)先級(jí)2：解調(diào)失敗、PCR/DTS/PTS定時(shí)失敗。優(yōu)先級(jí)3：電子節(jié)目指南、緩存失敗。此外，還需監(jiān)測(cè)PCR間隔及準(zhǔn)確度。

（2） QoE監(jiān)測(cè)畫(huà)質(zhì)、而非劣化原因，直接關(guān)乎收視體驗(yàn)。深入觀察每個(gè)視音頻的每個(gè)傳輸流順序、GOP、畫(huà)面、片段、宏塊及塊層，查驗(yàn)編碼器錯(cuò)誤。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)編碼和轉(zhuǎn)碼區(qū)塊（CU）基礎(chǔ)碼流輸出，包括語(yǔ)法/語(yǔ)義所致視音頻問(wèn)題。圖7所示為IP傳輸4K HEVC碼流QoE監(jiān)測(cè)。

QoE直接關(guān)注視音頻質(zhì)量，例如，宏塊、視頻瞬時(shí)中斷、凍結(jié)視頻及音頻丟失等，其最常見(jiàn)的錯(cuò)誤、成因及解決方法詳述如下。

（1）局部塊狀結(jié)構(gòu)如圖8-A所示，呈現(xiàn)于部分畫(huà)面或偶發(fā)。幀靜止或慢速運(yùn)動(dòng)時(shí)正常，快速或場(chǎng)景變化時(shí)，出現(xiàn)很多塊狀結(jié)構(gòu)。低分辨率時(shí)，8×8像素塊連續(xù)出現(xiàn)在若干幀中。該問(wèn)題是GOP過(guò)長(zhǎng)、或帶寬過(guò)低、或未使用預(yù)濾波所致。解決方法是將GOP改為動(dòng)態(tài)、增加帶寬、使用預(yù)濾波。

全局塊狀結(jié)構(gòu)如圖8-B所示，呈現(xiàn)于全屏或連續(xù)出現(xiàn)。所有幀均出現(xiàn)塊狀結(jié)構(gòu)。該問(wèn)題是帶寬過(guò)低所致。解決方法是增加帶寬。

（2）網(wǎng)絡(luò)傳輸數(shù)據(jù)丟失如圖8-C所示，一個(gè)或更多高為16像素的行移動(dòng)至左側(cè)。該問(wèn)題是IP或RF數(shù)據(jù)丟失、緩存溢出、語(yǔ)法錯(cuò)誤所致。解決方法是降低交換機(jī)或路由器容量，增強(qiáng)信噪比。

（3）網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼如圖8-D所示，偶發(fā)8×8或16×16像素塊在奇數(shù)色彩（通常為綠色）出現(xiàn)，時(shí)而伴有附加色彩問(wèn)題。該問(wèn)題是傳輸引入誤碼所致。解決方法是增強(qiáng)信噪比。

（4）網(wǎng)絡(luò)傳輸誤碼影響若干幀如圖8-E所示，單一幀中一個(gè)或若干bit（該例是4bit）誤碼，因運(yùn)動(dòng)矢量調(diào)整導(dǎo)致畫(huà)面誤碼移動(dòng)，將隨新GOP（到來(lái)間隔為500ms）到來(lái)消失。該問(wèn)題是傳輸引入誤碼所致。解決方法是增強(qiáng)信噪比。

（5）凍結(jié)視頻如圖8-F所示，相同幀重復(fù)出現(xiàn)數(shù)秒或分鐘。黑色視頻如圖5-H所示，相同黑色幀重復(fù)出現(xiàn)數(shù)秒或分鐘。兩個(gè)問(wèn)題均由編碼器/復(fù)用器/再?gòu)?fù)用器視頻輸入丟失或接收機(jī)/解碼器鏈路丟失所致，前者還可由緩存下溢所致。解決方法是良好維護(hù)編碼器/復(fù)用器/再?gòu)?fù)用器視頻輸入連接至接收機(jī)/解碼器的RF/IP鏈路。

（6）單色視頻偶發(fā)如圖8-G所示，偶發(fā)色彩消失，在單色和彩色間切換。該問(wèn)題是極度超范圍PCR導(dǎo)致復(fù)合色彩爆破所致。解決方法是復(fù)位編碼器或再?gòu)?fù)用器以保持PCR于正常范圍。

（7）聲音過(guò)高或靜音如圖8-I所示，平均音頻電平僅為幾個(gè)dB。節(jié)目和廣告間音頻切換電平偶有明顯變化。本例中，平均音頻電平約為-25 LKFS（上半場(chǎng)），其后約為2 dB以上，再后為均值以下。該問(wèn)題是音頻編碼/復(fù)用未調(diào)整至參考值所致。解決方法是傳輸前，調(diào)整音頻電平至參考值附近。

3. 感知視頻質(zhì)量（PVQ）[6]實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分級(jí)畫(huà)面質(zhì)量，查驗(yàn)視頻壓縮缺陷，例如，塊視頻，直接影響收視體驗(yàn)，這些問(wèn)題極難監(jiān)測(cè)。隨著視頻內(nèi)容增長(zhǎng)，帶寬更緊張，PVQ監(jiān)測(cè)愈加重要。PVQ可準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)視頻缺陷并予以eMOS評(píng)分并分級(jí)視頻質(zhì)量。eMOS用于傳輸流無(wú)“技術(shù)性”錯(cuò)誤情形下，監(jiān)測(cè)壓縮域視頻質(zhì)量。PVQ對(duì)影響色度的過(guò)壓縮缺陷尤為敏感，故PVQ是監(jiān)測(cè)HEVC過(guò)度壓縮損傷導(dǎo)致圖像褪色的最好方法。

4.OTT/ ABR轉(zhuǎn)碼監(jiān)測(cè)，該業(yè)務(wù)涉及大量轉(zhuǎn)碼，需要一條視音頻轉(zhuǎn)換為多條輸出，因每條視音頻配置碼率、格式不同，故所需帶寬亦不同。不同配置視音頻播出要求遠(yuǎn)程無(wú)縫切換碼率，這就要求瞬時(shí)解碼器刷新（IDR）和EBP提供幀準(zhǔn)級(jí)時(shí)間校準(zhǔn)。故該業(yè)務(wù)需實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)HEVC編碼超定義范圍問(wèn)題。

三. RF/ IP/OTT傳輸監(jiān)測(cè)

1. RF傳輸

RF傳輸交付4K，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)RF信號(hào)，確保RF調(diào)制、上變頻、合波器、放大器按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范（如電平、格式等）運(yùn)行至關(guān)重要。主要監(jiān)測(cè)[3]RF功率電平、信噪比（MER）、傳輸流對(duì)ETSI EN TR 101 290標(biāo)準(zhǔn)的遵循，若所有RF信道均失敗，問(wèn)題來(lái)自功放或同軸電纜；若單一RF信道失敗，問(wèn)題來(lái)自調(diào)制器/上變頻器；若傳輸碼流失敗，問(wèn)題來(lái)自復(fù)用器或調(diào)制器的再?gòu)?fù)用器。

RF傳輸交付方式為地面、有線及衛(wèi)星。最重要的是高信噪比，信號(hào)電平較低或劣化，噪聲為主，劣化達(dá)到一定程度，接近數(shù)字懸崖。數(shù)字懸崖意味著FEC內(nèi)置冗余或RS碼無(wú)法保護(hù)壓縮信號(hào)，解碼出現(xiàn)隨機(jī)值，出現(xiàn)圖像錯(cuò)位、片段錯(cuò)誤、靜幀、甚或節(jié)目完全丟失等問(wèn)題。RF傳輸信噪比監(jiān)測(cè)方法之一是誤差矢量幅度（EVM），“為零”意味著接收符號(hào)落在目標(biāo)位置中心，“非零”意味著極為糟糕的接收符號(hào)落在目標(biāo)范圍之外。EVM值越低，信號(hào)質(zhì)量越好，越高意味著越需要依靠FEC糾錯(cuò)。

圖9-A可見(jiàn)EVM和MER呈反向關(guān)系，噪聲增長(zhǎng)和信號(hào)質(zhì)量下降導(dǎo)致信號(hào)接近“數(shù)字懸崖”。圖9-B為DVB-S2 8PSK星座、MER為16dB，顯著噪聲導(dǎo)致該值并不高。圖中顯見(jiàn)某些樣值并未落在既定目標(biāo)位置（符號(hào)錯(cuò)誤）。該項(xiàng)內(nèi)置FEC BER為2.35E-3，即每1000個(gè)bit有2個(gè)bit誤碼，故需要RS FEC糾正誤碼TS包。BER保持在5E-3以下，即為無(wú)誤碼；長(zhǎng)時(shí)間誤碼將劣化信號(hào)質(zhì)量。FEC BER劣化或TR 101 290監(jiān)測(cè)報(bào)告存在傳輸誤碼，即存在RF傳輸或接收問(wèn)題，可能是雨衰、多徑、地面干擾（TI）、或其他RF損傷所致。首先檢查功率，其次確保電纜完整性。TI需要實(shí)時(shí)頻譜確定準(zhǔn)確位置。

2. IP傳輸

基于IP/UDP傳輸碼流幾乎完全取代之前所有傳輸方式。IP傳輸交付4K，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[3]到達(dá)時(shí)間間隔、延遲因子、IP傳輸流連續(xù)計(jì)數(shù)和QoE等IP碼流傳輸指標(biāo)及編碼對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的遵循，存在問(wèn)題，可能來(lái)自本地IP切換或路由器失敗（如，緩存溢出）；不存在問(wèn)題，則IP碼流無(wú)誤碼交付。監(jiān)測(cè)重點(diǎn)關(guān)注UDP數(shù)據(jù)包間過(guò)長(zhǎng)或過(guò)短的間隙時(shí)間（例如，抖動(dòng)）。間隙時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則因丟包或切換延遲所致。基于TCP/IP傳輸IP碼流，因所有數(shù)據(jù)包均監(jiān)測(cè)，如傳輸錯(cuò)誤，可重傳。基于UDP傳輸，“傳過(guò)則忘”，數(shù)據(jù)包損壞或丟失，無(wú)副本重傳。故UDP數(shù)據(jù)流正確無(wú)誤傳輸至關(guān)重要。監(jiān)測(cè)本地或遠(yuǎn)程UDP會(huì)話，可精準(zhǔn)定位IP誤碼引入所在。UDP數(shù)據(jù)包丟失后果取決于大量參數(shù)。如編碼、帶寬、丟失數(shù)據(jù)包是否為I幀的一部分等等。

圖10-A所示圖像無(wú)誤碼，所有UDP和TS數(shù)據(jù)包均完整。圖10-B圖像無(wú)誤碼，但中間丟失了一個(gè)UDP數(shù)據(jù)包，該數(shù)據(jù)包可譯碼為7個(gè)TS數(shù)據(jù)包。因丟失發(fā)生在I幀，視頻解碼嚴(yán)重?fù)p傷，某些解碼器中斷壞幀的下半部，某些則生成大量怪異的錯(cuò)位塊，還有的則是靜止視頻直至新I幀到來(lái)。圖10-C和10-D與圖10-A和10-B雷同，圖10-C無(wú)誤碼，所有UDP和TS數(shù)據(jù)包均完整；圖10-D誤碼隨機(jī)出現(xiàn)在I、B、P幀中，故畫(huà)面較圖10-B有所不同。

3. OTT/ABR傳輸

OT T/ABR采用全新方法交付4K，最大優(yōu)勢(shì)在于動(dòng)態(tài)視頻碼率，避免節(jié)目中間顯示緩存信息。ABR基于完全不同于UDP的TCP承載視音頻，具備丟失或劣化IP數(shù)據(jù)包重傳機(jī)制。ABR承載多種視頻碼率和格式（例如4K、HD等等），用戶終端總是維持最高碼率，故既無(wú)需考慮碼率，亦無(wú)需停下來(lái)緩存數(shù)據(jù)，即可提供高質(zhì)量收視體驗(yàn)。

ABR實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)提供寬泛的TCP/IP QoS監(jiān)測(cè)[7]，如IP片段凈空高度、加載時(shí)間、延遲、大小及碼率。長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)ABR監(jiān)測(cè)可助益于OTT/ABR網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化、提升收視體驗(yàn)，圖11所示為1小時(shí)內(nèi)ABR片段監(jiān)測(cè)，片段加載時(shí)間超過(guò)播放時(shí)間，不能及時(shí)交付所有片段播出，可能因服務(wù)器過(guò)載或重定向至遠(yuǎn)程服務(wù)器過(guò)長(zhǎng)延遲所致；來(lái)自URL、H5TTP或解析告警，可能因打包器所致，需要分析XML文件以確定問(wèn)題。加載時(shí)間、延遲、帶寬不匹配，需要分析源服務(wù)器配置確定定時(shí)問(wèn)題；不存在問(wèn)題， IP碼流無(wú)誤碼交付收視。自適應(yīng)碼流技術(shù)比較如表4所示。

四. 結(jié)語(yǔ)

4K/UHD超高畫(huà)質(zhì)收視體驗(yàn)源自視音頻及其交付流程各環(huán)節(jié)質(zhì)量嚴(yán)控。基于文件質(zhì)量、視音頻質(zhì)量及碼流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)控制其對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的遵循是避免劣質(zhì)收視（黑場(chǎng)、靜幀、剪切錯(cuò)誤、靜音等），確保其優(yōu)秀業(yè)務(wù)質(zhì)量和出眾收視體驗(yàn)的關(guān)鍵所在。唯此，方可完美呈現(xiàn)4K/ UHD的藝術(shù)魅力。BP

參考文獻(xiàn)：

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[5]網(wǎng)絡(luò)視聽(tīng)節(jié)目視頻格式命名及參數(shù)規(guī)范[S]. 中華人民共和國(guó)廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽(tīng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 353-2021. 國(guó)家廣播電視總局. 2021年8月19日發(fā)布

[6]Delivering Digital Video Services： Ensuring Quality and Compliance[EB/OL]. Tektronix. 07/2014. https：//www.telestream.net/pdfs/technical/Delivering-Digital-Video-Services-Ensuring-Quality-andCompliance-25W306720.pdf

[7]Maintaining High Quality of Experience in an Adaptive Bitrate System[EB/OL]. Tektronix. 08/2016. https：//www.telestream.net/pdfs/whitepapers/Maintaining-High-Quality-of-Experience-in-an-Adaptive-BitrateSystem-2CW608710.pdf