第一情报 ---信息产业

面向4K超高清电视的全IP有线电视网络八大演进阶段(三):用户对双向有线电视网络有更大的物理带宽需求

1、以经典广播方式进行4K超高清晰度电视节目的同播是不切实际的
 
目前,人们对于高清晰度电视节目内容的需求越来越大。对于大多数的视频订阅用户而言,高清晰度电视内容已经成为一种必须。然而,高清晰度电视的生命周期才刚刚开始。目前,有线电视网络所传输的电视节目内容具有两种格式:720p以及1080i。而诸如蓝光播放器、可联网型游戏主机等具备视听功能的消费电子设备已经可以支持1080p格式视频内容的播放。此外,平板电视机的屏幕尺寸越来越大,早在几年前,市场上就出现了84英寸的电视机产品。
 
当然,具有如此大尺寸屏幕的电视机将可以利用4K超高清晰度电视的相关优势。4K超高清晰度电视的像素数总量是1080p全高清电视的四倍。图1所示为视频清晰度、电视机屏幕尺寸以及观看距离之间的关系,可用于指导电视业界的实践,提高视频图像的质量。此处特别值得一提的是,“4K超高清晰度电视”不仅仅关乎更多像素数目的问题,还涉及更佳像素、更高帧率、HDR(高动态范围)以及更宽色域等关键问题。

1  重要的电视终端观看技术参数
资料来源:编译自参考文献[1]
 
预计到2015年年底,绝大多数新上市的电视机终端均为4K超高清晰度电视机。而很明显的是,由于极度缺乏内容以及传输网络支撑,短时期之内,这些终端并不具备播放4K超高清晰度电视节目内容的条件。为实现业务盈利的最大化,大多数的有线电视网络运营商都在随时地对其所有或者大部分频谱资源的使用情况进行分析与后续调整。相关的频谱资源管理涉及到对于业务的调整——大多数情况下是对视频与数据融合型业务进行调整。在双向有线电视网络之中,大部分的物理频谱均被用于广播电视节目的传输。因此,对于相同的电视节目,以“同播”方式进行4K超高清晰度电视、2K全高清晰度电视、标准清晰度电视的同步播出,是不切实际的。
 
例如,截止频率为750 MHz的双向有线电视网络系统可以传输总共300套标准清晰度电视以及150套2K全高清晰度电视节目。那么,如果采取MPEG-2这种传统的信源编码技术,就需要有线电视网络运营商安排85个物理频道(注:每个频道的物理带宽为6 MHz。总的物理带宽就为:85×6=510 MHz),其中60个频道用于传输2K全高清晰度电视节目(注:平均每个频道传输150÷60=2.5套电视节目),另外25个频道用于传输标准清晰度电视节目(注:平均每个频道传输300÷25=12套电视节目)。而剩下的35个物理频道(注:每个频道的物理带宽为6 MHz。总的物理带宽就为:35×6=210 MHz)则被有线电视网络运营商安排传输VoD(视频点播)节目以及基于DOCSIS双向接入网络的数据服务。
 
对于上述的双向有线电视网络系统,如果把150套2K全高清晰度电视节目换成75套2K全高清晰度电视节目以及75套4K超高清晰度电视节目,那么,根据表1,如果采取MPEG-4(笔者注:之所以采取MPEG-4,是因为目前已得到规模部署的2K全高清晰度电视机顶盒支持对于MPEG-4的解码,从而就无需更换机顶盒)这种信源编码方式,就需要新增75个物理频道。然而,截止频率为750 MHz的双向有线电视网络系统最多具有116个物理频道。因此,以经典广播方式进行4K超高清晰度电视节目的同播是不切实际的。
 
各类视频内容的传输码率
分辨率
信源编码技术及传输码率
类型
帧大小/
电视线扫描方式/
帧率
MPEG-2编码
H.264编码
H.265编码
标准清晰度电视
480/隔行扫描/30 fps
3.7 Mbps
2 Mbps
1 Mbps
高清晰度电视
720/逐行扫描/30 fps
6 Mbps
3 Mbps
1.5 Mbps
高清晰度电视
720/逐行扫描/60 fps
1080/隔行扫描/60 fps
12 Mbps
6 Mbps
3 Mbps
高清晰度电视
1080/逐行扫描/60 fps
20 Mbps
10 Mbps
5 Mbps
4K超高清晰度电视
4K×2K/逐行扫描/60 fps
80 Mbps
40 Mbps
20 Mbps
8K超高清晰度电视
4K×4K/逐行扫描/60 fps
320 Mbps
160 Mbps
80 Mbps
资料来源:编译自参考文献[1]
 
2、探索传输/分发4K超高清晰度电视/视频内容的新方式
 
当下,双向有线电视网络内所传输的高清晰度电视内容与OTT视频服务不断增多(尤其是后者),MPEG-4这种成熟的信源编/解码技术就成为有线电视网络运营商管理底层物理频谱资源的一种有力方式。但是,很明显的是,在4K超高清晰度电视的计算中,仅考虑像素数一项,MPEG-4的编码效率增益也不能补偿视频分辨率的增大。
 
MPEG-4并非一种最新的视频编码标准,最新的是H.265/HEVC。已有的各种实际测速数据表明,H.265/HEVC的编码效率是MPEG-4的一倍,从而,在获得相同视频质量的情况下,可节省一半的传输带宽。因此,可以把H.265/HEVC信源编码技术应用到4K超高清晰度电视的传输之中,这样一来,传输75套4K超高清晰度电视节目就只需要一半左右(具体数值为38个)的物理频道。虽然目前尚未正式商用,但有线电视网络业界正在融合相关的技术对底层网络进行演进,即将达到相关的目标。
 
除了上述的线性4K超高清晰度电视节目之外,点播型4K超高清晰度电视节目内容也将有望得到极大程度的丰富。如此一来,就需要为VOD(视频点播)增加一倍左右的物理频道资源。
 
那么,额外的38个物理频道如何获得?这就需要有线电视网络运营商进一步地扩大双向有线电视网络的系统容量。其中可行的方法是,将双向光节点进一步“下沉”部署(从而就可以缩小服务组,频谱资源就显得更为丰富),并扩展DOCSIS 3.1系统的可用频谱。此外,DOCSIS 3.1技术本身就可以提供更多有效的物理频道,从而可为4K超高清晰度电视的传输提供支撑。
 
但是,4K超高清晰度电视是已经相对满载的双向有线电视网络在视频服务方面的演进。而视频服务仅是双向有线电视网络所提供的业务之一。一些明智的有线电视网络运营商正在面向未来各种业务的演进进行规划。此外,从发展态势看来,仅通过传统的方式传输/分发视频内容是不够的。视频内容正在与IP数据融合:IP网络之中的视频数据流量有着可观的CAGR(年复合增长率)。
 
参考文献:
 [1] Dr. Robert L. Howald. 4K Reasons to Accelerate to All-IP[C]. 2015 Spring Technical Forum Proceedings. NY:NCTA, 2015-05-05.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员

注册成为正式用户,登陆后,获得更多阅读功能与服务!
转载本文需经本平台书面授权,并注明出处:上海情报服务平台www.istis.sh.cn
了解更多信息,请联系我们

§ 请为这篇文章打分(5分为最好)