4K超高清有線電視網(wǎng)傳輸技術的研究與實現(xiàn)

張愛利

摘 要 隨著網(wǎng)絡信息技術大范圍普及和應用，4K超高清電視利用有線電視網(wǎng)進行內(nèi)容傳偷。對4K超高清有線電視網(wǎng)傳輸技術進行研究分析，研究傳輸技術的整個傳輸過程，對其中涵蓋的數(shù)據(jù)編碼、高階調(diào)制、4k顯示和傳輸協(xié)議進行分析研究，并對該傳輸技術進行實現(xiàn)研究實現(xiàn)過程，使得超高清電視網(wǎng)傳輸?shù)男畔⒏哂幸曈X上的逼真感，更加符合人們的視覺感受。

關鍵詞 超高清；電視網(wǎng)傳輸；有線電視；

中圖分類號 TN919.3 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2019）226-0089-02

4K高清有線電視是屏幕物理分辨率達到3840×2160像素的電視，4K超高清電視網(wǎng)的分辨率是全高清電視網(wǎng)的4倍，加上傳輸幀速率的提升，超高清電視的總數(shù)據(jù)量應為全高清電視的4倍以上，也就對傳輸技術提出更高的要求[ 1 ]。4K高清有線電視網(wǎng)傳輸不僅能夠還原電視節(jié)目質(zhì)量，還可以穩(wěn)定電視信號，進而豐富大眾的精神生活。

1 4K超高清有線電視網(wǎng) 傳輸技術的研究

要想實現(xiàn)4K超高清有線電視網(wǎng)傳輸技術需要經(jīng)歷“編碼—調(diào)制—傳輸協(xié)議—顯示播放”的一系列過程，具體就是將4K的超高清的圖像和視頻信息進行數(shù)據(jù)編碼達到可傳輸?shù)臓顟B(tài)，調(diào)制好后利用物理介質(zhì)進行傳輸，傳輸?shù)接脩舳撕蠼獯a并在用戶的電視機上進行投放和顯示[ 2 ]。有線電視網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸技術的發(fā)送和接收流程如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)編碼

由于超高清圖像占用帶寬比高清圖像高出四倍以上，鋪設專用的光纖傳輸線路成本較大，利用有線傳輸超高清數(shù)字電視信號需要提高視頻壓縮效率，即采用H.265高效視頻編碼標準。4K電視清晰度優(yōu)化的同時，幀率和數(shù)據(jù)量也會相應提升，在傳輸之前要對信道中的視頻數(shù)據(jù)進行壓縮編碼處理，壓縮編碼為H.265，這種編碼標準能夠大大的提升壓縮效率，相比于其他的視頻編碼方式，視頻編碼率會提升一倍。H.265編碼技術采用基于內(nèi)容的方式來表示視頻數(shù)據(jù)，從而使得H.265具有更高的效率，具體的編碼過程如圖2所示。

由圖2中的流程圖可知，將視頻信息輸入利用H.265編碼器進行編碼，視頻的編碼包括視頻畫面、動態(tài)幀、視頻連接等視覺信息數(shù)據(jù)外，還有一些音頻信息也需要壓縮編碼處理，將視頻和音頻信息轉化成數(shù)據(jù)信息，更加方便信息傳輸[3]。當數(shù)據(jù)信息傳輸完畢后，用戶端解碼的過程即將編碼過程逆運行即可。

1.2 高階調(diào)制

將視頻信息進行壓縮編碼后需要對數(shù)據(jù)信息進行調(diào)制，目前有線數(shù)字電視傳輸采用QAM調(diào)制方式，理論上支持多個調(diào)制等級共同調(diào)制的方式，調(diào)制等級數(shù)分別對應8、16、32、128、256、512QAM等調(diào)制等級。一般調(diào)制等級越低，抗干擾能力就越強，但頻譜利用率越低，畫質(zhì)也就越不清晰。中國4K高清有線電視網(wǎng)的QAM調(diào)制器的調(diào)制等級一般選為64QAM，也就是采用64QAM調(diào)制方式。調(diào)制器處理的有效碼率可利用公式1來計算。

公式（1）中Q表示有效編碼率，M表示調(diào)制等級，經(jīng)過公式的計算可以將中國一般使用的調(diào)制等級帶入公式當中即可得出有效編碼率為38Mpbs。保持原有H.265編碼處理效果，這一調(diào)制方式能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡質(zhì)量和頻譜的有效兼顧[ 4 ]。

1.3 4K顯示和IP組播

2K轉4K技術與顯示器面板技術包含在4K顯示技術中。當前，應用最為廣泛的液晶電視機面板主要采用LCD，LED以及OLED 3種技術。其中OLED在對比度和色階上具有更高的優(yōu)勢，但三色發(fā)光壽命相對短、屏幕尺寸相對小、技術成熟度不高；在多次比較中發(fā)現(xiàn)LED比LCD更薄、透光率更高，也就是4K超高清電視網(wǎng)用戶設備的首選。通過4K技術當數(shù)據(jù)接收完畢將數(shù)據(jù)轉換成視頻信息后要將視頻信息顯示在用1979戶端的屏幕上，在轉換過程中要保證還原視頻的分辨率和清晰度。在組內(nèi)的每一個設備進行同時播放傳送的技術，電視網(wǎng)需要同時支持多個設備共同運作[ 5 ]。

1.4 傳輸協(xié)議

對于多媒體數(shù)據(jù)流傳輸，提出一種傳輸協(xié)議，這種協(xié)議稱之為實時傳輸協(xié)議RTP，它是一個標準，RFC3550為其對應的RFC文檔。RFC3550是定義了配套的相關協(xié)議RTCP，并且定義了RTP。RTP為需要實時傳輸?shù)亩嗝襟w數(shù)據(jù)提供端到端的實時傳輸服務。實時控制協(xié)議RTCP提供與傳輸應用的數(shù)據(jù)流相關聯(lián)的控制流。它的主要功能是監(jiān)控網(wǎng)絡服務的質(zhì)量并將結果返回給服務器以同步多媒體數(shù)據(jù)。傳輸協(xié)議的具體結構如圖3所示。

RTP/RTSP實時傳輸是對HTTP傳輸?shù)母倪M，相比之下，其優(yōu)點包括終端可以在接收到第一幀多媒體數(shù)據(jù)簡單處理并且播放，因此多媒體播放具有實時性能，并支持暫停、快進和快退等管理功能。

2 4K超高清有線電視網(wǎng)傳輸技術的實現(xiàn)

建立有限電視網(wǎng)模擬實現(xiàn)電視網(wǎng)中的傳輸技術。實現(xiàn)過程中首先搭建傳輸設備：多個用戶端、服務器端、線路設備、高清顯示器等，然后在一個用戶端進行操作，操作過程利用有限電視網(wǎng)傳輸技術為主要技術支撐，對需要傳輸?shù)囊曨l文件的屬性進行記錄和重命名，經(jīng)過編譯源程序文件得到可執(zhí)行文件，遵守傳輸協(xié)議通過電視網(wǎng)線路發(fā)送出去。在視頻接收端觀察接收信息的結果，在用戶接收端進行視頻信息讀取，觀察中發(fā)現(xiàn)接收到的視頻文件的清晰度已經(jīng)達到了4K超高清傳輸?shù)臉藴?，相比于其他傳輸方式更快，充分實現(xiàn)了傳輸?shù)念A期功能且得到了良好的反饋和效果，證實了該技術的可行性。

3 結論

目前，中國觀眾對具有超高分辨率4K的有線電視傳輸技術充滿熱情，大型運營商正在積極推廣4K技術。4K技術促進了液晶電視產(chǎn)業(yè)，傳輸和輔助設備產(chǎn)業(yè)以及傳媒產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，也有助于優(yōu)化產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。積極推動錄制4K高清電視節(jié)目，4K頻道高清有線電視傳輸系統(tǒng)也實現(xiàn)了我國現(xiàn)有經(jīng)濟結構的現(xiàn)代化轉型，提高了行業(yè)競爭力。未來，仍有必要不斷推動技術轉讓的發(fā)展并不斷的更新。

參考文獻

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