面向4K/8K的IPTV视频网络解决方案初探

董涛

中国电信股份有限公司江苏分公司

0 引言

自2005年广电总局颁发一批IPTV（交互式网络电视）牌照进行试点运营以来，运营商与中央电视台、上海文广等集成播控方合作开展IPTV业务，逐步建立起了较为完整的技术标准体系和成熟的商业模式。经过多年的摸索以及随着IPTV规范标准化的完善，整个IPTV产业链蓬勃发展，用户规模不断提升，目前全国IPTV用户数已经超过2亿户。

当前大部分的电视使用高清信号，分辨率为90万像素，而4K（4096×2160分辨率）电视能达到800万像素，用户将能在家中收看比拟影院的电视画面。目前，国内的电视制造企业均以4K研发作为技术导向，部分品牌已经推出4K电视，预计未来4K电视将取代全高清电视，电视视频信号也将全部转向4K信号。在4K技术和业务逐渐普及的同时，更高清的8K（7680×4320分辨率） 视频技术也在萌芽发展当中。因此，IPTV视频网络必须尽快进行网络的优化调整以适应4K/8K视频的需求。

1 IPTV

1.1 简介

IPTV是由广电体系管理播控系统，基于运营商的IP传输网络，以具有视频编解码能力的数字化设备作为终端，将传统电视的直播业务与互联网电视的点播和增值业务相结合，为用户提供多种互动多媒体服务的宽带应用业务。

图1 电视大屏市场细分

1.2 业务分类

目前IPTV主要提供以下几类业务：

（1）直播业务：运营商与上海文广、省级播控平台合作，用户根据频道直接选择并收看电视节目，系统侧向选择该广播频道的全部用户同时推送相同的音视频流，播放既定的内容，为用户提供电视节目。

（2）点播业务：视频内容存放在运营商的流媒体服务器中，并在EPG（电子节目指南）上提供节目的描述信息以及相关链接。用户访问EPG后可点播节目进行观看，并且用户可以对播放过程进行快进、快退、重放等控制。

（3）增值业务：除直播和点播外提供的增值类业务，如视频通信、网络游戏、即时消息、信息服务、卡拉OK、在线购物、远程教育等等。这些业务可以由运营商自己提供，也可以由第三方提供。

2 4K/8K对视频网络的要求

新的一轮视频技术革新是从把分辨率提升到4096×2160开始的，所以通常都把这轮技术称为4K。8K视频的分辨率高达7680×4320。4K/8K视频的分辨率和码率与高清、标清视频有较大的不同，这意味着运营商的承载网络、IPTV平台等要进行全面改造和提升。

8K、4K、高清、标清视频编码及码率比较表

3 网络解决方案

3.1 CDN节点下沉到BAS/SR

随视频业务码率的提升，单台MSE/BRAS（多服务边缘/宽带远程接入服务器）设备视频点播流量超过一定阈值，CDN（内容分发网络）节点应直连BAS/SR（多服务边缘/业务路由器）。当CDN节点直连至 MSE/BRAS设备时，视频业务流量从 CR （核心路由器）设备上卸载，将降低对CR设备的带宽消耗，同时提升视频业务就近服务能力。

图2 CDN节点下沉

3.2 组播复制点下沉到OLT

入门级4K视频直播业务带宽将是高清视频的2-4倍，标清视频的7-15倍，极致4K/8K将对带宽带来更高的要求。通过将组播复制点从BAS/SR下沉到OLT（光线路终端），可有效减少OLT与BAS/SR之间的链路扩容，同时提升直播业务体验。

图3 组播复制点下沉

3.3 直播引入FEC技术

直播采用UDP（用户数据报协议）方式进行传输，由于UDP没有重传机制，因而对承载网络的丢包非常敏感，丢包会造成视频花屏或黑屏等现象。经现网测试，通过引入FEC（前向纠错）等技术，可降低直播业务对丢包率的要求，在6%丢包率情况下依旧清晰顺畅。

图4 直播引入FEC

3.4 点播采用VBR编码

研究结果表明，无论从视频编码质量还是从网络利用率、存储和CDN成本的角度考虑，VBR（动态比特率）编码和传输都比CBR（恒定比特率）具有更大优势。相比CBR视频方式，在用户接入带宽高于VBR视频峰值的条件下，采用VBR视频方式会带来如下好处：

（1）在同样服务质量和并发用户数下，可降低30-50%汇聚流量；

（2）在同样服务质量和节目数量下，可降低30-50%所需存储；

（3）在同样服务质量和系统资源下，可增加20-40%并发用户数。

3.5 IPTV业务平台与CDN解耦

入门级4K视频所需要的存储将是高清视频的2-4倍，标清视频的7-15倍，极致4K/8K将对存储提出更高的要求。通过将IPTV业务平台与CDN解耦，实现内容的统一存储，CDN媒体服务能力与存储调度分离，将有效降低建设成本，并且为后续内容运营奠定基础。

图5 IPTV平台解耦架构图

4 结束语

本文提出的面向4K/8K的IPTV网络解决方案能有效提升运营商网络对4K甚至未来8K及以上视频的支持，适用于各大运营商城域网的IPTV网络，能够用最少的投资实现IPTV网络对4K/8K等高码率视频的需要。当然，随着网络传输技术的发展以及编码技术的优化，4K/8K的IPTV网络解决方案依然有很大的提升空间。