基于廣電網(wǎng)絡(luò)的4K超高清互動(dòng)電視技術(shù)分析

摘 要：本文探討了互動(dòng)電視技術(shù)，分析了4K超高清互動(dòng)電視技術(shù)平臺(tái)構(gòu)建，研究了4K超高清互動(dòng)電視技術(shù)平臺(tái)案例，以期為相關(guān)研究提供參考。

關(guān)鍵詞：廣電網(wǎng)絡(luò);4K超高清技術(shù);互動(dòng)電視技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN949.29 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2020）13-0043-02

0 引言

互動(dòng)電視技術(shù)涵蓋網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、編碼及解碼技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域，其發(fā)展應(yīng)用促使傳統(tǒng)電視行業(yè)朝數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。智能高清電視設(shè)備搭載廣電網(wǎng)絡(luò)，可依照受眾實(shí)際需求，隨時(shí)隨地開展信息搜索、查詢活動(dòng)，以徹底改變完全被動(dòng)的節(jié)目觀賞狀態(tài)，通過有效的人機(jī)互動(dòng)提高受眾觀看體驗(yàn)。為促進(jìn)互動(dòng)電視技術(shù)與4K超高清技術(shù)的有機(jī)融合，需要對(duì)其技術(shù)平臺(tái)的構(gòu)建方案做分析總結(jié)。

1 互動(dòng)電視技術(shù)簡(jiǎn)介

互動(dòng)電視技術(shù)發(fā)展于數(shù)字電視和寬帶網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之上，其突出特點(diǎn)為互動(dòng)性，能夠?yàn)橛脩籼峁﹤€(gè)性化、互動(dòng)性的節(jié)目觀賞體驗(yàn)?；?dòng)電視業(yè)務(wù)通過IPQAM技術(shù)和IPTV技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。其中，IPQAM技術(shù)在傳統(tǒng)直播網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，添加帶IP視頻流及調(diào)制射頻輸出和帶IP口的互動(dòng)式機(jī)頂盒，其信號(hào)傳輸通道與省級(jí)互動(dòng)平臺(tái)相連，用以指令信號(hào)的高速傳輸，省級(jí)互動(dòng)平臺(tái)再依照用戶點(diǎn)播信息，進(jìn)行節(jié)目的針對(duì)性傳送。該過程中，點(diǎn)播節(jié)目類型及播放狀態(tài)均可由用戶控制，若無(wú)IPQAM傳送，則進(jìn)行空載設(shè)備信號(hào)的傳輸?；?dòng)電視機(jī)頂盒IP地址由DHCP協(xié)議動(dòng)態(tài)發(fā)送，開機(jī)請(qǐng)求審核通過后，互動(dòng)平臺(tái)向機(jī)頂盒發(fā)送IP地址，并在機(jī)頂盒網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中獲取IP、子網(wǎng)按碼、DNS、網(wǎng)關(guān)等信息，然后進(jìn)行互動(dòng)[1]。若DHCP分配異常，以上信息可能出錯(cuò)，導(dǎo)致互動(dòng)功能無(wú)法正常使用。此時(shí)需重啟機(jī)頂盒以再次分配DHCP信息，若重啟過于頻繁，可能會(huì)出現(xiàn)互動(dòng)功能間接性異常的現(xiàn)象。同時(shí)，在PNA制式EOC構(gòu)建的傳輸系統(tǒng)中，DHCP協(xié)議的下發(fā)難度較高，需要高質(zhì)量傳輸網(wǎng)絡(luò)，且該要求與寬帶PPPOE撥號(hào)協(xié)議的要求差距較大，因此可能在寬帶暢通的情況下出現(xiàn)互動(dòng)功能無(wú)法使用的問題，且故障排除成本較高。

2 4K超高清互動(dòng)電視技術(shù)平臺(tái)構(gòu)建

2.1 播控平臺(tái)

（1）集成播控平臺(tái)。傳統(tǒng)電視播控平臺(tái)由節(jié)目前端制作、媒體資源管理、版權(quán)保護(hù)、存儲(chǔ)及播放模塊構(gòu)成，為滿足4K超高清播放的要求，互動(dòng)電視集成播控平臺(tái)在傳統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上進(jìn)行技術(shù)擴(kuò)展，以有效支撐4K條件下的互動(dòng)功能。4K超高清互動(dòng)電視集成播控平臺(tái)由二級(jí)播控平臺(tái)、4K內(nèi)容管理平臺(tái)、4K制作平臺(tái)等構(gòu)成，平臺(tái)上下游之間可實(shí)現(xiàn)無(wú)縫銜接，以進(jìn)行內(nèi)容應(yīng)用層的互動(dòng)互聯(lián)。平臺(tái)內(nèi)添加中央-駐地二級(jí)播控體系，可完成集中或分級(jí)部署，并支持多運(yùn)營(yíng)商和多終端。平臺(tái)采用分級(jí)存儲(chǔ)的方式，有利于存儲(chǔ)成本的控制及性能優(yōu)化。（2）二級(jí)播控平臺(tái)。不同網(wǎng)絡(luò)公司采用機(jī)頂盒設(shè)備及附件的型號(hào)不同，對(duì)應(yīng)不同的內(nèi)容格式，因此在二級(jí)播控平臺(tái)中需將中央播控系統(tǒng)與駐地播控系統(tǒng)相結(jié)合。節(jié)目?jī)?nèi)容提供商將內(nèi)容上傳至中央播控平臺(tái)并下發(fā)至駐地，依照各機(jī)頂盒給出的要求，完成轉(zhuǎn)碼適配，為用戶提供定制化服務(wù)。各駐地播控平臺(tái)可依照網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的要求，對(duì)上傳節(jié)目進(jìn)行調(diào)整。除駐地管理與節(jié)目4K內(nèi)容管理，播控平臺(tái)還支持流媒體服務(wù)，如實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼、超高清點(diǎn)播等。其中，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼即將一路TS流在實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼服務(wù)器轉(zhuǎn)換為支持多屏終端的實(shí)時(shí)流，然后傳輸至流媒體服務(wù)器。流媒體服務(wù)器接收來(lái)自用戶的4K互動(dòng)請(qǐng)求，完成用戶身份鑒定后，以HTTP或RTPS協(xié)議的方式向用戶端傳送點(diǎn)播流。二級(jí)播控平臺(tái)還可向4K互動(dòng)電視提供EPG服務(wù)，將機(jī)頂盒、智能手機(jī)、PC端等相集成，實(shí)現(xiàn)多屏互動(dòng)，順利接收來(lái)自CMS的節(jié)目信息，然后傳輸至4K互動(dòng)電視的各個(gè)終端設(shè)備。

2.2 存儲(chǔ)模塊

4K超高清內(nèi)容體量非常龐大，需要海量存儲(chǔ)的支持，且對(duì)存儲(chǔ)效率要求非常高。為提升4K信息管理質(zhì)量，在互動(dòng)電視平臺(tái)內(nèi)引入分級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)，依照數(shù)據(jù)來(lái)源、結(jié)構(gòu)、重要程度等屬性，將其分類存放在各級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備中，具體存儲(chǔ)方案則依照信息訪問頻率、保留時(shí)長(zhǎng)、剩余容量等進(jìn)行確定，以確保4K超高清內(nèi)容能夠?qū)崿F(xiàn)在不同存儲(chǔ)介質(zhì)間的高效轉(zhuǎn)移。分級(jí)存儲(chǔ)技術(shù)的另一大優(yōu)勢(shì)為經(jīng)濟(jì)性較強(qiáng)，其將訪問頻次不同的內(nèi)容存儲(chǔ)在不同成本、性能的存儲(chǔ)設(shè)備中，以充分運(yùn)用各類存儲(chǔ)設(shè)備自身性能，在確保信息傳輸效率的同時(shí)，幫助節(jié)約存儲(chǔ)成本。在數(shù)據(jù)分級(jí)方面，4K數(shù)據(jù)分級(jí)存儲(chǔ)由三級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備和分級(jí)存儲(chǔ)管理兩個(gè)模塊構(gòu)成，歸檔數(shù)據(jù)被存儲(chǔ)在磁帶庫(kù)當(dāng)中，近線數(shù)據(jù)則存儲(chǔ)在性能中下的磁盤庫(kù)中，在線數(shù)據(jù)則全部存儲(chǔ)在高性能磁盤庫(kù)中。一般情況下，在線存儲(chǔ)設(shè)備被用來(lái)存儲(chǔ)訪問頻次較大、對(duì)傳輸效率要求高的數(shù)據(jù)，視頻音頻素材則存儲(chǔ)在SAS或固態(tài)磁盤陣列中[2]。近線存儲(chǔ)設(shè)備主要存放頻繁與在線設(shè)備發(fā)生讀寫交換的數(shù)據(jù)，如近期采集素材及節(jié)目等。

2.3 數(shù)據(jù)遷移

數(shù)據(jù)遷移指的是發(fā)生在各級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備間的數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)換，采用數(shù)據(jù)自動(dòng)遷移技術(shù)，可有效降低數(shù)據(jù)遷移對(duì)計(jì)算節(jié)點(diǎn)I/O性能的干擾，因?qū)η岸送该?，可依照I/O負(fù)載情況調(diào)整數(shù)據(jù)遷移速度，以確保遷移動(dòng)作在最短時(shí)間內(nèi)完成。若數(shù)據(jù)達(dá)到遷移條件，其會(huì)在適當(dāng)時(shí)間節(jié)點(diǎn)以既定遷移方式完成遷移，本文研究的互動(dòng)電視平臺(tái)選用以訪問頻度為核心的遷移方案，主要為基于訪問時(shí)限及頻度的分級(jí)策略、基于平均熱度及訪問頻度的分級(jí)策略和基于存儲(chǔ)容量及訪問頻度的分級(jí)策略。各類分級(jí)策略所采用的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不同，且適用于不同場(chǎng)景，可依照實(shí)際需求靈活選擇。

2.4 安全管理

基于廣電網(wǎng)絡(luò)的4K超高清互動(dòng)電視系統(tǒng)內(nèi)頻繁開展超高清信號(hào)傳輸活動(dòng)，給信息安全提出更高要求，因此在技術(shù)平臺(tái)構(gòu)建過程中，需對(duì)信息安全管理重點(diǎn)關(guān)注。安全管理內(nèi)容為融入廣電網(wǎng)絡(luò)的多層次平臺(tái)，各平臺(tái)具備單獨(dú)的縮放功能，以免發(fā)生相互干擾，保證自身功能順利發(fā)揮。該功能的實(shí)現(xiàn)需要將全部數(shù)字版權(quán)相集中，引入相同的保護(hù)機(jī)制做統(tǒng)一管理。信息傳輸安全管理則需要借助安全密鑰體系來(lái)實(shí)現(xiàn)，各服務(wù)器與機(jī)頂盒間的信息傳輸必須在通過認(rèn)證后進(jìn)行，以此確保信號(hào)傳輸安全、穩(wěn)定。

3 4K超高清互動(dòng)電視技術(shù)平臺(tái)案例

以某省網(wǎng)4K互動(dòng)電視平臺(tái)的構(gòu)建為例，詳細(xì)介紹互動(dòng)電視技術(shù)實(shí)現(xiàn)過程。

3.1 區(qū)到省的接入系統(tǒng)

該平臺(tái)中安裝視頻服務(wù)器，以提供內(nèi)容管理、業(yè)務(wù)管理、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)接入等功能項(xiàng)目，形成視頻端到端的完整解決方案。該省級(jí)平臺(tái)的4K超高清內(nèi)容為省網(wǎng)統(tǒng)一提供，在省網(wǎng)內(nèi)加設(shè)視頻點(diǎn)播服務(wù)器，以有效節(jié)約資源，然后通過市區(qū)波將4K內(nèi)容傳輸至各交換機(jī)終端。由業(yè)務(wù)門戶系統(tǒng)向機(jī)頂盒提供交互EPG，其包括服務(wù)器和軟件兩部分，在人機(jī)交互界面詳細(xì)展示節(jié)目信息，以便于用戶自主化選擇。平臺(tái)信息導(dǎo)航以瀏覽器為載體，構(gòu)建系統(tǒng)端WEB服務(wù)器，采用HTTP協(xié)議進(jìn)行信息傳輸。

3.2 本地點(diǎn)播網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

區(qū)數(shù)據(jù)網(wǎng)信息傳輸采用EPON+LAN與EPON+EOC結(jié)合的方式，以中高頻點(diǎn)完成內(nèi)容點(diǎn)播互動(dòng)，具體頻點(diǎn)為：DS16（498MGHz）-DS21（538MHz），DS23（554MHz）-DS25（610MHz），其中共包含16個(gè)頻點(diǎn)，向主城區(qū)的用戶提供互動(dòng)點(diǎn)播功能。

3.3 IPQAM設(shè)備接入方式

單臺(tái)華為IPQAM設(shè)備由主控板×2、QAM板×6構(gòu)成，支持48個(gè)8MHz頻道輸出，各頻道使用64QAM調(diào)制方式，其速率可達(dá)到38.8Nbps，各4K超高清節(jié)目流碼率為4.5Mbps，可支持8個(gè)節(jié)目流[3]。單個(gè)華為IPQAM設(shè)備最大可滿足392個(gè)節(jié)目流的需求，若依照10%的點(diǎn)播并發(fā)率進(jìn)行計(jì)算，可覆蓋到3920個(gè)用戶。另外在4K點(diǎn)播內(nèi)容傳輸上，由省內(nèi)容中心統(tǒng)一提供點(diǎn)播內(nèi)容，然后通過波分系統(tǒng)傳輸至各交換機(jī)。區(qū)頁(yè)面信息可通過波分設(shè)備上傳至市網(wǎng)，經(jīng)混合后，由波分網(wǎng)傳輸至省中心。該省級(jí)4K超高清互動(dòng)電視平臺(tái)將4K內(nèi)容整合到集成平臺(tái)當(dāng)中，并將各類互動(dòng)內(nèi)容存儲(chǔ)至互動(dòng)電視平臺(tái)的核心存儲(chǔ)模塊當(dāng)中，然后通過內(nèi)容集成平臺(tái)及互動(dòng)電視系統(tǒng)接口，形成用戶與互動(dòng)電視間的雙向傳輸關(guān)系，為用戶提供針對(duì)性、個(gè)性化的4K超高清節(jié)目服務(wù)。平臺(tái)運(yùn)行后受到當(dāng)?shù)赜脩舻膹V泛好評(píng)，將電視內(nèi)容觀看從以往的被動(dòng)接收轉(zhuǎn)變?yōu)閭€(gè)性化定制、自主化點(diǎn)播，使得用戶真正成為4K高清電視的主人。

4 結(jié)語(yǔ)

總之，廣電網(wǎng)絡(luò)的4K超高清互動(dòng)電視已成為電視行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，在構(gòu)建4K互動(dòng)電視平臺(tái)的過程，重點(diǎn)關(guān)注播控平臺(tái)、存儲(chǔ)模塊、數(shù)據(jù)遷移、安全管理等內(nèi)容，以形成內(nèi)容傳輸效率高、穩(wěn)定安全的互動(dòng)電視平臺(tái)，優(yōu)化用戶互動(dòng)體驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張華權(quán)，趙轅.互動(dòng)電視安全播出監(jiān)測(cè)技術(shù)研究[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體，2020（7）：28-29.

[2] 黃剛.淺析有線網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)電視的技術(shù)平臺(tái)建設(shè)[J].中國(guó)新通信，2019（7）：75.

[3] 袁政，吳堅(jiān).面向廣電網(wǎng)絡(luò)的4K超高清互動(dòng)電視技術(shù)研究和應(yīng)用[J].有線電視技術(shù)，2018（12）：58-60.

Abstract：This paper discusses the interactive TV technology， this paper analyzes the construction of 4K UHD interactive TV technology platform， and studies the case of 4K UHD interactive TV technology platform， in order to provide reference for related research.

Key words：radio and television network;4K UHD technology;interactive TV technology

收稿日期：2020-06-02

作者簡(jiǎn)介：胡劍華（1961—），男，安徽宣城人，本科，工程師，研究方向：數(shù)字電視、互動(dòng)電視、廣播發(fā)送。