【精选】4K超高清业务在北京歌华有线网络前端入网传输的设计与实现

本文精选自《广播与电视技术》2025第9期，阅读原文请访问“广电猎酷”小程序“”。

歌华有线认真贯彻落实国家广播电视总局“超高清发展年”和“中国（北京）超高清电视先锋行动计划”工作部署，坚持以用户为中心，先行先试，继5月底完成全网标清机顶盒清零和全网模拟信号关停任务目标后，于6月28日顺利实施全网电视频道序号优化调整及同播标清频道关停工作。目前，多套4K超高清频道已陆续开播，在有效提升首都有线电视用户收视体验的同时，也为推动全国有线电视网络高质量发展发挥了引领示范作用。本文结合歌华有线前端技术系统的具体特点，深入探讨4K超高清频道在有线电视系统内的技术实现路径。

本文作者：

和挺，冯倩，顾全利，赵子健

北京歌华有线电视网络股份有限公司

第一作者简介：

和挺（1984—），男，北京歌华有线电视网络股份有限公司网络部播控中心副主任，高级工程师，博士。主要从事有线电视前端系统设计、建设和运维工作。曾参与歌华有线总前端改造、灾备前端建设以及2022年北京冬奥会直播前端系统建设和运维等重大项目。

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歌华有线电视前端系统结构

歌华有线电视前端系统分为信源接收、信源处理、信号处理（复用加扰）、分发传输、资源管理、网络安全和监视监测等多个环节（如图1所示）。随着技术的持续演进，虚拟化、云计算、大数据等技术已在互联网行业得到广泛应用并趋于成熟。在此背景下，广电运营商亟需通过研究IT和广电领域新兴技术，接纳更具前瞻性的技术理念，使用更先进的产品，以推动前端系统IP化、虚拟化、软件化与智能化进程，延长新建系统的使用寿命，从而提升系统灵活性、安全性和运维便捷性。

图1系统整体架构

歌华有线前端系统通过采用TS over IP、SDI over IP等技术手段将各节点信号进行统一整合并打包，完成重要环节的IP信号汇聚，实现后级各子系统对 IP 信号的灵活调度和分发。

对于回看编转码、监视监测、综合网管、网络安全等系统采用基于通用服务器架构、以虚拟化软件化方式构建的基础设施平台，使原有广电专用软硬件功能及网管平滑迁移至该平台，将专用设备硬件与软件解耦，使软件运行在通用的服务器上，实现硬件通用化，功能软件化。

基于信号IP化对所有信号进行链路监测、设备状态信息采集、报警信息汇总分析，实现信号在各处理环节的可视化并进行快速故障定位，通过与切换控制系统联动进行应急切换，实现智能化系统运维[4]。

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关键技术应用

2.1 TS over IP

随着IP技术在广电行业的广泛应用，大多成熟广电设备都具备IP信号处理能力。近年来，广电运营商在建设新前端时纷纷采用全IP化架构，即通过IP网传输 TS流，亦即TS over IP技术。歌华有线前端IP化在保证不降低系统安全性的同时，进一步提升了信号调度的灵活性，降低了系统复杂度，并减少了线缆连接数量，这一举措符合未来新业务、新技术的发展趋势。在前端系统改造规划中，计划在信源接收环节后， 对通过ASI接口接收的信源信号，使用IP打包器完成信源IP化处理，对后续处理环节的TS码流信号，则采用TS over IP传输技术进行传输。

2.2高清、超高清视音频全解全编

自 AVS+ 高清信号上星传输以来，各省网普遍使用接收转码一体机和高密度转码器完成。这类设备存在转码设备功能较弱（无法进行音频再编码处理等）、信源参数兼容性不强、稳定性较差、编码可选参数少、转码质量不高、视音频不同步、频道音频响度无法统一、扩容困难等问题，为解决这些问题，需要对高清视音频进行全解全编。

全解全编是指将前端接收的高清AVS+、超高清AVS2视音频使用独立解码器解码为SDI基带信号后再使用独立编码器进行编码，独立解码器可选择对信源参数兼容性强的设备，独立编码器可选参数丰富、能对视音频同步和音频响度做统一处理，从而提高频道播出质量，并且解码部分和编码部分解耦，还能够扩大对解/编码器厂家选择范围的设备。

2.3频道播出安全设计

2.3.1 信源接收

歌华有线前端信号源有来自卫星和光缆两种途径，其中光缆信号由歌华自建 OTN波分信源环网承担，可获取来自中国有线、北广传媒、北京电视台、北京电台等多个单位的信源。歌华有线在3个地区卫星接收站，相互间隔较远且周边电磁环境较好。

总前端设计了卫星站级切换、卫星信号防非切换以及全信源切换三级切换点。可以实现卫星站间的倒换，后级处理时，亦可实现单频道级的信号自动切换。确保在任何情况下，可快速实现信源切换，保障频道播出。

2.3.2 信号处理

此外，在后级信号经过编转码处理后，也部署了一级信号切换点，可根据频道视音频码率设置切换条件。解码器、编码器、转码器均具备处理当前级输入信号异常或自身监测运行异常时中断后级输出的功能。解编码处理与转码处理形成异构备份，进一步规避频道码流内部错误引发的某一类处理设备工作异常情况，极大程度提升频道信号处理环节的安全性。

2.3.3 全系统主、备、异构设计

前端系统包括卫星接收机、切换器、核心交换机、解编码器、复用加扰、分发传输等各环节的设备均配置双机热备，避免设备单点故障。

此外，前端系统在信号处理（复用加扰）环节引入异构处理系统，即三条链路同时处理，主系统出现严重影响播出的故障时，可按码流级（系统级）先与异构加扰系统进行切换，再与清流复用系统进行流级切换。

上述切换功能均采用一键式切换，可实现主加扰系统、清流系统、异构系统快速切换。

2.3.4 单向传输

歌华前端系统还需要向高清交互系统、媒资系统、云平台等多个外部系统进行 IP 信号频道分发。为有效隔离外部系统对总前端系统带来的潜在威胁，总前端采用了单向IP 组播传输和视频网闸隔离技术，实现了从物理上阻断任何反向流量的侵入回传。

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4K超高清频道入网实现

3.1信源接收

目前，歌华有线总前端获取的4K超高清频道信号源主要来自两个途径：一是卫星信号，二是来自中国有线的光缆信号（见图2）。然而，两路信号来源的格式有时并不相同，如果在信源环节进行切换，则会因主备格式不匹配造成切换 失败，引发后级处理设备无法正确处理，进而造成节目中断。因此，前端采用了分开切换处理，其中卫星信号首先通过防非切换器并配置了AVS2格式、4K分辨率的垫播码流，再通过后级全信源切换器形成安全码流。

图2歌华HFC分配网示意图

3.2信号处理

鉴于北京地区目前使用的部分型号4K机顶盒尚不支持AVS2格式的情况，有必要进行格式转换。歌华前端采用全解全编方式，将4K超高清频道格式转换为H.265格式，视音频码率均按广电总局相关规定进行处理。

另一方面，歌华前端采用转码设备处理4K超高清频道信号，与解编方式形成异构互备机制。此外，转码设备支持多格式输出，歌华前端还输出一路AAC音频，供后级云平台系统使用。转码器的输出采用不同组播地址规划，以区分传输不同格式信号。

3.3信号切换

为确保用户收看到高质量的4K超高清频道信号，歌华总前端在清流复用器输入级设置多路切换，优先选择中国有线光缆信号（H.265格式）作为主用直播信号，将解码-编码、转码信号作为备路信号。在确保用户收视体验的同时，进一步提升信号播出安全等级。

3.4频率规划与使用

根据广电总局相关规定要求，4K超高清频道需要满足不低于36.5Mbps的传输码率。以目前单个播出频率（调制参数64QAM，6.875Mband/s）38Mbps总传输带宽而言，一个频率仅能传输1套4K超高清频道。多套4K超高清频道入网传输对传统同轴DVB-C传输模式带来了严峻挑战。

为此，歌华有线提前布局，于年初开展北京地区直播频率规划工作。通过分析、评估本年度拟入网的4K超高清频道数量，以及未来其他频道向高清化、超高清化演进的趋势，歌华有线制定了网络频率配置规划方案，并采取多项举措推 进频率资源的腾退与优化。主要有：

1. 开展北京地区全网模拟信号关停工作。将全部空余频率用于直播信号扩容使用。

2. 根据广电总局相关工作部署，全面关停同播标清信号。仅保留部分频道高清、超高清频道同播，进一步腾退频率资源。

3. 优化调整单一频率下码流复用效率。通过整合现有码流空余资源，充分利用带宽空间，完成频率资源的高效利用。

目前，歌华有线已整合足够频率资源，以确保能够完成广电总局超高清发展任务。

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4K超高清频道的接收

4.1传输覆盖

歌华有线4K超高清频道的分发过程，依据覆盖区域划分为“城区”与“郊区”两种实现路径。在城区信号覆盖方面，歌华有线总前端先通过前端设备完成信号的多级切换、汇聚与处理，再由总前端数字调制器对信号进行调制以生成数字信号，该数字信号与数字节目信号完成混合后，最终输出至歌华城区HFC传输网络。针对郊区信号覆盖，总前端在完成信源接收、切换及处理流程后，将数字信号以IP组播方式，通过歌华城域DWDM环网传输至各郊区公司分前端机；信号经分前端本地调制处理后，输出至歌华郊区HFC传输网络。歌华HFC传输网络将信号送至各一级、二级、三级机房，最终抵达各小区光站，为用户提供电视收视及相关业务服务。

4.2终端接收

在总局相关司局、中国广电、北京市广电局指导和支持下，歌华有线于5月完成模拟信号关停、标清机顶盒退出市场等重要任务，于6月28日顺利实施全网电视频道序号优化调整及同播标清频道关停等工作。目前,全网4K超高清机顶盒已实现百万规模覆盖。

此外，歌华有线实现了超高清频道与同播的高清频道采用统一频道序号，解决了过去同播电视频道占用不同频道序号给用户造成的困扰。以“北京卫视”频道为例，其频道序号为21，4K超高清机顶盒接收时显示为“北京卫视4K超高清”频道，高清机顶盒中则显示为“北京卫视高清”频道。

目前，该功能已应用至所有同播 4K 超高清频道中，可确保用户根据自身终端配置获取最高适配画质的频道节目内容，有效提升用户收视体验。

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结束语

4K 超高清技术的推广与超高清频道的开播，是我国文化领域宏观战略的关键举措，对推动全行业产业升级具有重要意义，同时也为广电行业带来了重大发展机遇。尽管当前各省网前端在技术实现过程中面临诸多挑战，但随着相关技术的不断进步，例如采用 256QAM 等高阶调制手段，有望进一步提升前端处理和传输 4K 超高清频道的能力。本文以歌华有线前端技术系统为例，详细探讨了 4K 超高清频道入网传输的一种可行实现路径，旨在为相关从业者提供有益的参考与借鉴。歌华有线将持续深化落实广电总局推动超高清端到端全链条发展的部署要求，通过技术革新、网络升级、内容创新，全面提升服务品质，加强用户保拓，推进广电网络转型升级和高质量发展，更好服务首都有线电视用户。

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参考文献

[1]林炳利. 4K超高清电视信号传输的关键技术挑战与优化[J].电视技术,2025,49(04): 98-100.

[2] 李洋,安元伟,康建华,吕迪. 4K超高清电视的有线电视网传输技术探析[J]. 广播电视信息,2020,27(11): 34-36.

[3] 张爱利. 4K超高清有线电视网传输技术的研究与实现[J].科技传播, 2019, 11(1): 89-90

[4] 陈森,孙博,赵欣,杨金光.歌华有线卫星防非法插播系统IP化改造及系统调优[J].北京: 广播电视网络,2022,29(6):115-117.

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