【精选】有线电视IP化网络超高清视频传输的关键技术及测评研究

本文精选自《广播与电视技术》2025第12期，阅读原文请访问“广电猎酷”小程序“期刊在线”。

2025年国家广播电视总局全国广播电视工作会中，提出了“促进内容生产、节目播出、网络传输、终端呈现等各环节超高清升级，确保大屏小屏用户获得真正的超高清体验”的重要工作部署，进一步为推动超高清产业端到端全链条发展明确了工作目标。然而，在超高清产业升级的过程中仍然面临着很多问题，如超高清视听服务商业模型单一，超高清内容质量参差不齐，超高清终端用户体验感不强等。其中，全国有线电视网络作为传输超高清电视频道的重要载体，受限于数字有线电视广播传输技术体系频点紧缺情况，其超高清电视用户服务覆盖能力严重不足。因此，通过对有线电视网络进行IP化升级改造，以提升网络传输带宽和质量，可以为更多用户收看到高品质的超高清视频节目提供一条重要的技术路径。

经过调研后发现，全国各类有线电视IP化网络传输超高清视频的能力存在明显差异，很多省份在有线电视网络IP化系统升级改造中遇到了很多问题，尤其在用户更换为IP 机顶盒收看超高清电视节目时，都出现过频道播出视频延迟、卡顿、丢帧等现象，严重影响了用户收视体验。本文正是围绕上述问题，通过调研国内超高清电视频道发展，分析有线电视网络承载超高清频道的能力，进而对影响有线电视IP 化网络传输超高清视频的关键技术进行研究，并搭建测试实验系统开展超高清视频的服务质量指标测评。

本文作者：

曹凯，赵明，王红胜，徐超

国家广播电视总局广播电视科学研究院

第一作者简介：

曹凯，男，中共党员，国家广播电视总局广播电视科学研究院工程师，硕士。主要从事广播电视及网络视听领域的技术研究和测试应用工作，曾参与中央节目无线数字化覆盖工程、省市级融媒体技术系统和超高清频道建设工程等全国性重大项目，牵头项目多次获得中国电影电视技术学会科学技术项目奖，撰写论文多次获得学术年会新闻科技优秀论文和中国电影电视技术学会广播影视科技优秀论文一等奖和二等奖。

[本文献信息]

曹凯, 赵明, 王红胜, 徐超. 有线电视IP化网络超高清视频传输的关键技术及测评研究[J]. 广播与电视技术, 2025,Vo1.52(12).

有线电视IP化网络超高清视频传输的关键技术及测评研究

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国内超高清电视频道发展概况

据统计，中央广播电视总台、北京台、广东台、广州台、上海台、杭州台等6家单位已开通7个4K 超高清频道和2个8K超高清频道。全国主要超高清电视频道发展情况见表1所示。

表1 全国主要超高清电视发展情况

其中，中央广播电视总台、广东台、北京台、广州台的 4K 超高清节目以自制为主，目前已有节目存量时长均大于 2000 小时。在超高清频道落地方面，上海台的超高清付费频道上星后在 11 个省落地，中央广播电视总台的超高清频道和北京台试播的卫视 4K 频道上星后在全国落地，频道受众覆盖范围更广，其余电视台的超高清频道只在本省落地，频道受众覆盖范围小。同时，各地有线电视网络对超高清频道的传输费用也在减免，超高清频道收视份额稳步提升，发展势头愈发强劲。

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有线电视网络承载超高清频道能力分析

我国各省份有线电视网络的频点使用情况参差不齐，所能承载超高清频道的数量不尽相同。其中，重庆频点数量最多，为96个，新疆生产建设兵团（简称“兵团”）频点最少，为35个，陕西、重庆已无空闲频点，吉林仍有 42 个空闲频点，平均到每个网络还剩余8个左右的空闲频点。频点的使用主要包括模拟频点、标清频点、高清频点和超高清频点，各省份有线电视网络频点使用情况见图1所示。

图1 各省份有线电视网络频点使用情况

目前，在全国近2亿的有线电视用户中，仍有一半以上的用户使用同轴接收方式收看电视节目，剩余为光纤接入的IP 化网络方式。若按照 DVB-C的64QAM、频点8MHz 带宽计算，有效传输数据量约为38Mbps。因此，在没有空闲频点的情况下，如果要新增传输1套4K超高清频道节目，则需要关停约6～8套标清频道节目或3～4套高清频道节目。

在实际建设中，有线电视网络公司主要采用PON+DOCSIS 等技术方案进行双向HFC网络IP化改造，基本上已实现FTTB。同时，全国有线电视网络IP化光纤到户也在逐步建设中。根据 2024 年中国宽带速率状况报告数据，我国有线宽带网络平均下载速率（用户体验）已经接近100Mbps，说明有线电视IP化网络已能较好地传输超高清频道视频节目。

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有线电视IP化网络传输超高清视频的关键技术

3.1 IP化网络设备的基本技术架构

在有线电视 IP 化网络中，用于传输超高清视频的网络设备主要包括协议转换网关、网络交换机、PON 网络中的光线路终端OLT和光网络单元ONU等。这些网络设备的技术架构决定了有线电视 IP 化网络数据传输的特性，更直接影响到超高清视频传输的服务质量。

由于在有线电视IP化系统传输超高清视频的过程中，网络设备的主要功能是实现超高清视频数据的传输交换，而这些设备的数据接口速率通常是有一定限制的，当多个上联口同时传输数据报文至同一个下联口时，数据报文就只能依次进行传送，后发送的数据报文需要在缓存队列中进行保存。因此，网络设备的缓存队列大小决定了可缓存报文的数量，当不同来源的报文在同一时间发送的数据量超出发送接口速率时，将很可能导致数据报文因缓存队列被占满而丢失，即使纠错协议发生作用，也会引起流量进一步加大，造成“网络堵塞”的现象，最终使得用户接收到的超高清视频节目质量下降，影响收视体验。IP化网络设备的技术架构及传输原理见图2所示。

图2 IP化网络设备的技术架构及传输原理

3.2传输超高清视频的通信协议

不同于TCP/IP协议体系传输超高清视频的技术路径，有线电视IP化网络是在专线上建设的，普遍采用基于 UDP 的实时传输协议/实时流传输协议的传输方式，通信模式为单播和组播。因为UDP与TCP不同，采用的是无连接协议，在发送端不需要和接收端建立连接，因此可以独立开始数据传输任务，并且发送端的超高清视频在发送过程中不受接收终端环境的干扰，这一技术特点与超高清直播频道的高码率要求十分契合。同时，由于UDP协议没有复杂的三次通信握手过程，非常适合于有线电视 IP 化网络的专业设备进行网络数据处理，并且 UDP 协议组播的传输特性可以支持从点到多点的并发任务。因此，基于 UDP 的 RTP/RTSP 协议是有线电视 IP 化网络传输超高清视频的重要通信方式。

3.3传输超高清视频的质量要求

有线电视IP化网络传输超高清视频的质量要求可以参考互联网工程任务组发布的《RFC 4445 Media Delivery Index》的技术指标。作为 IP 视频流传输质量测试的行业标准，MDI 测量指标可以很好地应用于有线电视 IP 化网络传输超高清视频的网络质量监测。MDI 主要包括两个技术参数：延迟因素（DF）和媒体丢包速率（MLR）。

DF 可以用来衡量超高清视频流在有线电视 IP 化网络中的延迟和抖动情况，表征超高清视频流传送过程中的稳定性，建议单个超高清频道视频流 DF 值不应大于 80ms 。 MLR 用来衡量超高清视频流在有线电视 IP 化网络中的包丢失情况，主要表征传输超高清视频流的可靠性，建议单个超高清频道视频流每 15 分钟丢包数不超过 3 个 IP 包。

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有线电视IP化网络传输超高清视频的测评分析

4.1测评方案

本部分重点是在 FTTH 技术体系的有线电视 IP 化网络环境下，利用超高清视频直播分发平台推送 4K 超高清视频信号，并在 ONU 和超高清 IP 机顶盒之间加入网络仿真损伤仪，模拟超高清 IP 机顶盒终端在不同丢包模型（I 帧、P 帧和 B 帧）和不同丢包率（0%、10% 和 20%）下，解码接收快速UDP网络连接协议（QUIC，Quick UDP Internet Connections）的可靠组播信源时的实验环境，同时使用码流分析仪和超高清视频监视器对节目服务质量（频道切换时间和播放效果）进行指标测量和 15 分钟监测分析。测试实验系统方案见图3所示。

图3 测试实验系统方案

4K 超高清视频信号参数见表 2 所示。

表2 超高清视频信号参数

4.2测评结果

4.2.1 超高清频道切换时间

超高清频道切换时间是指从完成遥控器切换操作至目标超高清频道开始播放节目所需的时间，在标准 GY/T 380-2023《有线电视业务技术要求》中规定了 4K 超高清频道切换时间≤ 2.5s 和高清频道切换时间≤ 2.0s 的技术要求。根据上述测评方案得出 IP 机顶盒终端的超高清频道切换时间测试结果，详见表3所示。

表3 超高清频道切换时间测试结果

测试结果表明，当丢包率≤10% 时，超高清频道平均切换时间≤1.60s，优于4K超高清频道和高清频道切换时间的技术要求，频道切换时表现良好；当丢包率 =15%时，超高清频道平均切换时间最大值为2.06s，大于高清频道切换时间有效值，但仍符合超高清频道切换时间技术要求，频道切换时较为顺畅 ；当丢包率=20%时，超高清频道平均切换时间最大值为2.56s，已经超出超高清频道切换时间有效值，频道在切换时有一定卡顿感，将影响用户体验。

4.2.2 超高清视音频播放效果

超高清视音频播放效果是指播放画面是否出现黑场、静帧、彩条、马赛克或音画不同步，以及 PID 视音频流是否出现数据包丢失或数据包有无有效净荷等现象。在标准 GY/T 380-2023《有线电视业务技术要求》中规定了异常现象的持续时间不应超过2s的技术要求。根据上述测评方案得出IP机顶盒终端的超高清视音频播放效果的15分钟监测分析结果，详见表4所示。

表4 超高清视音频播放效果的监测分析结果

监测分析结果表明，当丢包率≤ 5% 时，超高清频道播放画面最多出现了小于 2s 的静帧异常 1 次，超高清视音频播放效果整体良好 ；当丢包率 =10% 时，超高清频道播放画面出现了小于 2s的静帧异常 2 次和大于 2s 的静帧异常 2 次，超高清视音频播放效果开始出现不符合技术要求的情况 ；当丢包率 =15% 时，超高清频道播放画面出现了小于 2s 的静帧异常 3 次、大于 2s 的静帧异常 5 次和大于 2s 的 PID 视音频流数据包丢失异常各2 次，超高清视音频播放效果较差，已经无法满足用户对于超高清视音频播放节目的收视需求。

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结束语

本文对有线电视网络的承载能力进行分析，并通过研究影响有线电视IP化网络传输超高清视频的关键技术和质量指标，形成一种科学合理的测评方法，然后利用搭建的测试实验系统，对FTTH的有线电视IP化网络传输的超高清视频频道切换时间和播放效果等技术指标与不同模型下丢包率的相关性进行了定性定量的测试验证。该方法可以推广到PON+DOCSIS等HFC的IP化网络传输技术体系，进一步为各省份有线电视网络提供数据支撑，具有很强的行业应用价值。

基金项目：

本文受广播电视科学研究院 2024 年度基本科研业务费项目“有线电视网络 IP 化关键指标及测评方法研究”支持（项目编号 ：JBKY20240150）。

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参考文献

[1] 曹凯, 徐超, 王红胜. 基于视频增强技术的超高清图像质量增强效果测评研究[J]. 北京: 广播与电视技术, 2023, 50(2): 39-43.

[2] 李靖. 广播电视信源IP化后对网络传输架构适应性的研究[J]. 北京:广播与电视技术, 2021, 48(1): 80-82.

[3] 余方玲. IP网络传输下的4K超高清视频质量监测分析[J]. 北京: 电视技术, 2022, 46(9): 215-218.

[4] 朱世明. 基于IP化终端的超高清视频业务研究与应用[J]. 北京: 电视技术, 2024, 48(12): 1-4.

[5] IETF RFC 4445. A Proposed Media Delivery Index[S]. 互联网工程任务组, 2017.

[6] GY/T 380-2023. 有线电视业务技术要求[S]. 北京: 国家广播电视总局, 2023.

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