【精選】有線電視IP化網絡超高清視頻傳輸的關鍵技術及測評研究

本文精選自《廣播與電視技術》2025第12期，閱讀原文請訪問“廣電獵酷”小程序“期刊在線”。

2025年國家廣播電視總局全國廣播電視工作會中，提出了“促進內容生產、節目播出、網絡傳輸、終端呈現等各環節超高清升級，確保大屏小屏用戶獲得真正的超高清體驗”的重要工作部署，進一步為推動超高清產業端到端全鏈條發展明確了工作目標。然而，在超高清產業升級的過程中仍然面臨著很多問題，如超高清視聽服務商業模型單一，超高清內容質量參差不齊，超高清終端用戶體驗感不強等。其中，全國有線電視網絡作為傳輸超高清電視頻道的重要載體，受限于數字有線電視廣播傳輸技術體系頻點緊缺情況，其超高清電視用戶服務覆蓋能力嚴重不足。因此，通過對有線電視網絡進行IP化升級改造，以提升網絡傳輸帶寬和質量，可以為更多用戶收看到高品質的超高清視頻節目提供一條重要的技術路徑。

經過調研后發現，全國各類有線電視IP化網絡傳輸超高清視頻的能力存在明顯差異，很多省份在有線電視網絡IP化系統升級改造中遇到了很多問題，尤其在用戶更換為IP 機頂盒收看超高清電視節目時，都出現過頻道播出視頻延遲、卡頓、丟幀等現象，嚴重影響了用戶收視體驗。本文正是圍繞上述問題，通過調研國內超高清電視頻道發展，分析有線電視網絡承載超高清頻道的能力，進而對影響有線電視IP 化網絡傳輸超高清視頻的關鍵技術進行研究，并搭建測試實驗系統開展超高清視頻的服務質量指標測評。

本文作者：

曹凱，趙明，王紅勝，徐超

國家廣播電視總局廣播電視科學研究院

第一作者簡介：

曹凱，男，中共黨員，國家廣播電視總局廣播電視科學研究院工程師，碩士。主要從事廣播電視及網絡視聽領域的技術研究和測試應用工作，曾參與中央節目無線數字化覆蓋工程、省市級融媒體技術系統和超高清頻道建設工程等全國性重大項目，牽頭項目多次獲得中國電影電視技術學會科學技術項目獎，撰寫論文多次獲得學術年會新聞科技優秀論文和中國電影電視技術學會廣播影視科技優秀論文一等獎和二等獎。

[本文獻信息]

曹凱, 趙明, 王紅勝, 徐超. 有線電視IP化網絡超高清視頻傳輸的關鍵技術及測評研究[J]. 廣播與電視技術, 2025,Vo1.52(12).

有線電視IP化網絡超高清視頻傳輸的關鍵技術及測評研究

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國內超高清電視頻道發展概況

據統計，中央廣播電視總臺、北京臺、廣東臺、廣州臺、上海臺、杭州臺等6家單位已開通7個4K 超高清頻道和2個8K超高清頻道。全國主要超高清電視頻道發展情況見表1所示。

表1 全國主要超高清電視發展情況

其中，中央廣播電視總臺、廣東臺、北京臺、廣州臺的 4K 超高清節目以自制為主，目前已有節目存量時長均大于 2000 小時。在超高清頻道落地方面，上海臺的超高清付費頻道上星后在 11 個省落地，中央廣播電視總臺的超高清頻道和北京臺試播的衛視 4K 頻道上星后在全國落地，頻道受眾覆蓋范圍更廣，其余電視臺的超高清頻道只在本省落地，頻道受眾覆蓋范圍小。同時，各地有線電視網絡對超高清頻道的傳輸費用也在減免，超高清頻道收視份額穩步提升，發展勢頭愈發強勁。

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有線電視網絡承載超高清頻道能力分析

我國各省份有線電視網絡的頻點使用情況參差不齊，所能承載超高清頻道的數量不盡相同。其中，重慶頻點數量最多，為96個，新疆生產建設兵團（簡稱“兵團”）頻點最少，為35個，陜西、重慶已無空閑頻點，吉林仍有 42 個空閑頻點，平均到每個網絡還剩余8個左右的空閑頻點。頻點的使用主要包括模擬頻點、標清頻點、高清頻點和超高清頻點，各省份有線電視網絡頻點使用情況見圖1所示。

圖1 各省份有線電視網絡頻點使用情況

目前，在全國近2億的有線電視用戶中，仍有一半以上的用戶使用同軸接收方式收看電視節目，剩余為光纖接入的IP 化網絡方式。若按照 DVB-C的64QAM、頻點8MHz 帶寬計算，有效傳輸數據量約為38Mbps。因此，在沒有空閑頻點的情況下，如果要新增傳輸1套4K超高清頻道節目，則需要關停約6～8套標清頻道節目或3～4套高清頻道節目。

在實際建設中，有線電視網絡公司主要采用PON+DOCSIS 等技術方案進行雙向HFC網絡IP化改造，基本上已實現FTTB。同時，全國有線電視網絡IP化光纖到戶也在逐步建設中。根據 2024 年中國寬帶速率狀況報告數據，我國有線寬帶網絡平均下載速率（用戶體驗）已經接近100Mbps，說明有線電視IP化網絡已能較好地傳輸超高清頻道視頻節目。

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有線電視IP化網絡傳輸超高清視頻的關鍵技術

3.1 IP化網絡設備的基本技術架構

在有線電視 IP 化網絡中，用于傳輸超高清視頻的網絡設備主要包括協議轉換網關、網絡交換機、PON 網絡中的光線路終端OLT和光網絡單元ONU等。這些網絡設備的技術架構決定了有線電視 IP 化網絡數據傳輸的特性，更直接影響到超高清視頻傳輸的服務質量。

由于在有線電視IP化系統傳輸超高清視頻的過程中，網絡設備的主要功能是實現超高清視頻數據的傳輸交換，而這些設備的數據接口速率通常是有一定限制的，當多個上聯口同時傳輸數據報文至同一個下聯口時，數據報文就只能依次進行傳送，后發送的數據報文需要在緩存隊列中進行保存。因此，網絡設備的緩存隊列大小決定了可緩存報文的數量，當不同來源的報文在同一時間發送的數據量超出發送接口速率時，將很可能導致數據報文因緩存隊列被占滿而丟失，即使糾錯協議發生作用，也會引起流量進一步加大，造成“網絡堵塞”的現象，最終使得用戶接收到的超高清視頻節目質量下降，影響收視體驗。IP化網絡設備的技術架構及傳輸原理見圖2所示。

圖2 IP化網絡設備的技術架構及傳輸原理

3.2傳輸超高清視頻的通信協議

不同于TCP/IP協議體系傳輸超高清視頻的技術路徑，有線電視IP化網絡是在專線上建設的，普遍采用基于 UDP 的實時傳輸協議/實時流傳輸協議的傳輸方式，通信模式為單播和組播。因為UDP與TCP不同，采用的是無連接協議，在發送端不需要和接收端建立連接，因此可以獨立開始數據傳輸任務，并且發送端的超高清視頻在發送過程中不受接收終端環境的干擾，這一技術特點與超高清直播頻道的高碼率要求十分契合。同時，由于UDP協議沒有復雜的三次通信握手過程，非常適合于有線電視 IP 化網絡的專業設備進行網絡數據處理，并且 UDP 協議組播的傳輸特性可以支持從點到多點的并發任務。因此，基于 UDP 的 RTP/RTSP 協議是有線電視 IP 化網絡傳輸超高清視頻的重要通信方式。

3.3傳輸超高清視頻的質量要求

有線電視IP化網絡傳輸超高清視頻的質量要求可以參考互聯網工程任務組發布的《RFC 4445 Media Delivery Index》的技術指標。作為 IP 視頻流傳輸質量測試的行業標準，MDI 測量指標可以很好地應用于有線電視 IP 化網絡傳輸超高清視頻的網絡質量監測。MDI 主要包括兩個技術參數：延遲因素（DF）和媒體丟包速率（MLR）。

DF 可以用來衡量超高清視頻流在有線電視 IP 化網絡中的延遲和抖動情況，表征超高清視頻流傳送過程中的穩定性，建議單個超高清頻道視頻流 DF 值不應大于 80ms 。 MLR 用來衡量超高清視頻流在有線電視 IP 化網絡中的包丟失情況，主要表征傳輸超高清視頻流的可靠性，建議單個超高清頻道視頻流每 15 分鐘丟包數不超過 3 個 IP 包。

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有線電視IP化網絡傳輸超高清視頻的測評分析

4.1測評方案

本部分重點是在 FTTH 技術體系的有線電視 IP 化網絡環境下，利用超高清視頻直播分發平臺推送 4K 超高清視頻信號，并在 ONU 和超高清 IP 機頂盒之間加入網絡仿真損傷儀，模擬超高清 IP 機頂盒終端在不同丟包模型（I 幀、P 幀和 B 幀）和不同丟包率（0%、10% 和 20%）下，解碼接收快速UDP網絡連接協議（QUIC，Quick UDP Internet Connections）的可靠組播信源時的實驗環境，同時使用碼流分析儀和超高清視頻監視器對節目服務質量（頻道切換時間和播放效果）進行指標測量和 15 分鐘監測分析。測試實驗系統方案見圖3所示。

圖3 測試實驗系統方案

4K 超高清視頻信號參數見表 2 所示。

表2 超高清視頻信號參數

4.2測評結果

4.2.1 超高清頻道切換時間

超高清頻道切換時間是指從完成遙控器切換操作至目標超高清頻道開始播放節目所需的時間，在標準 GY/T 380-2023《有線電視業務技術要求》中規定了 4K 超高清頻道切換時間≤ 2.5s 和高清頻道切換時間≤ 2.0s 的技術要求。根據上述測評方案得出 IP 機頂盒終端的超高清頻道切換時間測試結果，詳見表3所示。

表3 超高清頻道切換時間測試結果

測試結果表明，當丟包率≤10% 時，超高清頻道平均切換時間≤1.60s，優于4K超高清頻道和高清頻道切換時間的技術要求，頻道切換時表現良好；當丟包率 =15%時，超高清頻道平均切換時間最大值為2.06s，大于高清頻道切換時間有效值，但仍符合超高清頻道切換時間技術要求，頻道切換時較為順暢 ；當丟包率=20%時，超高清頻道平均切換時間最大值為2.56s，已經超出超高清頻道切換時間有效值，頻道在切換時有一定卡頓感，將影響用戶體驗。

4.2.2 超高清視音頻播放效果

超高清視音頻播放效果是指播放畫面是否出現黑場、靜幀、彩條、馬賽克或音畫不同步，以及 PID 視音頻流是否出現數據包丟失或數據包有無有效凈荷等現象。在標準 GY/T 380-2023《有線電視業務技術要求》中規定了異常現象的持續時間不應超過2s的技術要求。根據上述測評方案得出IP機頂盒終端的超高清視音頻播放效果的15分鐘監測分析結果，詳見表4所示。

表4 超高清視音頻播放效果的監測分析結果

監測分析結果表明，當丟包率≤ 5% 時，超高清頻道播放畫面最多出現了小于 2s 的靜幀異常 1 次，超高清視音頻播放效果整體良好 ；當丟包率 =10% 時，超高清頻道播放畫面出現了小于 2s的靜幀異常 2 次和大于 2s 的靜幀異常 2 次，超高清視音頻播放效果開始出現不符合技術要求的情況 ；當丟包率 =15% 時，超高清頻道播放畫面出現了小于 2s 的靜幀異常 3 次、大于 2s 的靜幀異常 5 次和大于 2s 的 PID 視音頻流數據包丟失異常各2 次，超高清視音頻播放效果較差，已經無法滿足用戶對于超高清視音頻播放節目的收視需求。

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結束語

本文對有線電視網絡的承載能力進行分析，并通過研究影響有線電視IP化網絡傳輸超高清視頻的關鍵技術和質量指標，形成一種科學合理的測評方法，然后利用搭建的測試實驗系統，對FTTH的有線電視IP化網絡傳輸的超高清視頻頻道切換時間和播放效果等技術指標與不同模型下丟包率的相關性進行了定性定量的測試驗證。該方法可以推廣到PON+DOCSIS等HFC的IP化網絡傳輸技術體系，進一步為各省份有線電視網絡提供數據支撐，具有很強的行業應用價值。

基金項目：

本文受廣播電視科學研究院 2024 年度基本科研業務費項目“有線電視網絡 IP 化關鍵指標及測評方法研究”支持（項目編號 ：JBKY20240150）。

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參考文獻

[1] 曹凱, 徐超, 王紅勝. 基于視頻增強技術的超高清圖像質量增強效果測評研究[J]. 北京: 廣播與電視技術, 2023, 50(2): 39-43.

[2] 李靖. 廣播電視信源IP化后對網絡傳輸架構適應性的研究[J]. 北京:廣播與電視技術, 2021, 48(1): 80-82.

[3] 余方玲. IP網絡傳輸下的4K超高清視頻質量監測分析[J]. 北京: 電視技術, 2022, 46(9): 215-218.

[4] 朱世明. 基于IP化終端的超高清視頻業務研究與應用[J]. 北京: 電視技術, 2024, 48(12): 1-4.

[5] IETF RFC 4445. A Proposed Media Delivery Index[S]. 互聯網工程任務組, 2017.

[6] GY/T 380-2023. 有線電視業務技術要求[S]. 北京: 國家廣播電視總局, 2023.

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