基于广电网络的4K超高清互动电视技术分析

摘 要：本文探讨了互动电视技术，分析了4K超高清互动电视技术平台构建，研究了4K超高清互动电视技术平台案例，以期为相关研究提供参考。

关键词：广电网络;4K超高清技术;互动电视技术

中图分类号：TN949.29 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）13-0043-02

0 引言

互动电视技术涵盖网络技术、编码及解码技术等多个领域，其发展应用促使传统电视行业朝数字化、智能化方向发展。智能高清电视设备搭载广电网络，可依照受众实际需求，随时随地开展信息搜索、查询活动，以彻底改变完全被动的节目观赏状态，通过有效的人机互动提高受众观看体验。为促进互动电视技术与4K超高清技术的有机融合，需要对其技术平台的构建方案做分析总结。

1 互动电视技术简介

互动电视技术发展于数字电视和宽带网络技术之上，其突出特点为互动性，能够为用户提供个性化、互动性的节目观赏体验。互动电视业务通过IPQAM技术和IPTV技术来实现。其中，IPQAM技术在传统直播网络的基础上，添加带IP视频流及调制射频输出和带IP口的互动式机顶盒，其信号传输通道与省级互动平台相连，用以指令信号的高速传输，省级互动平台再依照用户点播信息，进行节目的针对性传送。该过程中，点播节目类型及播放状态均可由用户控制，若无IPQAM传送，则进行空载设备信号的传输。互动电视机顶盒IP地址由DHCP协议动态发送，开機请求审核通过后，互动平台向机顶盒发送IP地址，并在机顶盒网络设置中获取IP、子网按码、DNS、网关等信息，然后进行互动[1]。若DHCP分配异常，以上信息可能出错，导致互动功能无法正常使用。此时需重启机顶盒以再次分配DHCP信息，若重启过于频繁，可能会出现互动功能间接性异常的现象。同时，在PNA制式EOC构建的传输系统中，DHCP协议的下发难度较高，需要高质量传输网络，且该要求与宽带PPPOE拨号协议的要求差距较大，因此可能在宽带畅通的情况下出现互动功能无法使用的问题，且故障排除成本较高。

2 4K超高清互动电视技术平台构建

2.1 播控平台

（1）集成播控平台。传统电视播控平台由节目前端制作、媒体资源管理、版权保护、存储及播放模块构成，为满足4K超高清播放的要求，互动电视集成播控平台在传统平台的基础上进行技术扩展，以有效支撑4K条件下的互动功能。4K超高清互动电视集成播控平台由二级播控平台、4K内容管理平台、4K制作平台等构成，平台上下游之间可实现无缝衔接，以进行内容应用层的互动互联。平台内添加中央-驻地二级播控体系，可完成集中或分级部署，并支持多运营商和多终端。平台采用分级存储的方式，有利于存储成本的控制及性能优化。（2）二级播控平台。不同网络公司采用机顶盒设备及附件的型号不同，对应不同的内容格式，因此在二级播控平台中需将中央播控系统与驻地播控系统相结合。节目内容提供商将内容上传至中央播控平台并下发至驻地，依照各机顶盒给出的要求，完成转码适配，为用户提供定制化服务。各驻地播控平台可依照网络运营商的要求，对上传节目进行调整。除驻地管理与节目4K内容管理，播控平台还支持流媒体服务，如实时转码、超高清点播等。其中，实时转码即将一路TS流在实时转码服务器转换为支持多屏终端的实时流，然后传输至流媒体服务器。流媒体服务器接收来自用户的4K互动请求，完成用户身份鉴定后，以HTTP或RTPS协议的方式向用户端传送点播流。二级播控平台还可向4K互动电视提供EPG服务，将机顶盒、智能手机、PC端等相集成，实现多屏互动，顺利接收来自CMS的节目信息，然后传输至4K互动电视的各个终端设备。

2.2 存储模块

4K超高清内容体量非常庞大，需要海量存储的支持，且对存储效率要求非常高。为提升4K信息管理质量，在互动电视平台内引入分级存储技术，依照数据来源、结构、重要程度等属性，将其分类存放在各级存储设备中，具体存储方案则依照信息访问频率、保留时长、剩余容量等进行确定，以确保4K超高清内容能够实现在不同存储介质间的高效转移。分级存储技术的另一大优势为经济性较强，其将访问频次不同的内容存储在不同成本、性能的存储设备中，以充分运用各类存储设备自身性能，在确保信息传输效率的同时，帮助节约存储成本。在数据分级方面，4K数据分级存储由三级存储设备和分级存储管理两个模块构成，归档数据被存储在磁带库当中，近线数据则存储在性能中下的磁盘库中，在线数据则全部存储在高性能磁盘库中。一般情况下，在线存储设备被用来存储访问频次较大、对传输效率要求高的数据，视频音频素材则存储在SAS或固态磁盘阵列中[2]。近线存储设备主要存放频繁与在线设备发生读写交换的数据，如近期采集素材及节目等。

2.3 数据迁移

数据迁移指的是发生在各级存储设备间的数据的动态转换，采用数据自动迁移技术，可有效降低数据迁移对计算节点I/O性能的干扰，因对前端透明，可依照I/O负载情况调整数据迁移速度，以确保迁移动作在最短时间内完成。若数据达到迁移条件，其会在适当时间节点以既定迁移方式完成迁移，本文研究的互动电视平台选用以访问频度为核心的迁移方案，主要为基于访问时限及频度的分级策略、基于平均热度及访问频度的分级策略和基于存储容量及访问频度的分级策略。各类分级策略所采用的分级标准不同，且适用于不同场景，可依照实际需求灵活选择。

2.4 安全管理

基于广电网络的4K超高清互动电视系统内频繁开展超高清信号传输活动，给信息安全提出更高要求，因此在技术平台构建过程中，需对信息安全管理重点关注。安全管理内容为融入广电网络的多层次平台，各平台具备单独的缩放功能，以免发生相互干扰，保证自身功能顺利发挥。该功能的实现需要将全部数字版权相集中，引入相同的保护机制做统一管理。信息传输安全管理则需要借助安全密钥体系来实现，各服务器与机顶盒间的信息传输必须在通过认证后进行，以此确保信号传输安全、稳定。

3 4K超高清互动电视技术平台案例

以某省网4K互动电视平台的构建为例，详细介绍互动电视技术实现过程。

3.1 区到省的接入系统

该平台中安装视频服务器，以提供内容管理、业务管理、数据分析、系统接入等功能项目，形成视频端到端的完整解决方案。该省级平台的4K超高清内容为省网统一提供，在省网内加设视频点播服务器，以有效节约资源，然后通过市区波将4K内容传输至各交换机终端。由业务门户系统向机顶盒提供交互EPG，其包括服务器和软件两部分，在人机交互界面详细展示节目信息，以便于用户自主化选择。平台信息导航以浏览器为载体，构建系统端WEB服务器，采用HTTP协议进行信息传输。

3.2 本地点播网络系统

区数据网信息传输采用EPON+LAN与EPON+EOC结合的方式，以中高频点完成内容点播互动，具体频点为：DS16（498MGHz）-DS21（538MHz），DS23（554MHz）-DS25（610MHz），其中共包含16个频点，向主城区的用户提供互动点播功能。

3.3 IPQAM设备接入方式

单台华为IPQAM设备由主控板×2、QAM板×6构成，支持48个8MHz频道输出，各频道使用64QAM调制方式，其速率可达到38.8Nbps，各4K超高清节目流码率为4.5Mbps，可支持8个节目流[3]。单个华为IPQAM设备最大可满足392个节目流的需求，若依照10%的点播并发率进行计算，可覆盖到3920个用户。另外在4K点播内容传输上，由省内容中心统一提供点播内容，然后通过波分系统传输至各交換机。区页面信息可通过波分设备上传至市网，经混合后，由波分网传输至省中心。该省级4K超高清互动电视平台将4K内容整合到集成平台当中，并将各类互动内容存储至互动电视平台的核心存储模块当中，然后通过内容集成平台及互动电视系统接口，形成用户与互动电视间的双向传输关系，为用户提供针对性、个性化的4K超高清节目服务。平台运行后受到当地用户的广泛好评，将电视内容观看从以往的被动接收转变为个性化定制、自主化点播，使得用户真正成为4K高清电视的主人。

4 结语

总之，广电网络的4K超高清互动电视已成为电视行业发展的必然趋势，在构建4K互动电视平台的过程，重点关注播控平台、存储模块、数据迁移、安全管理等内容，以形成内容传输效率高、稳定安全的互动电视平台，优化用户互动体验。

参考文献

[1] 张华权，赵辕.互动电视安全播出监测技术研究[J].卫星电视与宽带多媒体，2020（7）：28-29.

[2] 黄刚.浅析有线网络互动电视的技术平台建设[J].中国新通信，2019（7）：75.

[3] 袁政，吴坚.面向广电网络的4K超高清互动电视技术研究和应用[J].有线电视技术，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

作者简介：胡剑华（1961—），男，安徽宣城人，本科，工程师，研究方向：数字电视、互动电视、广播发送。