4K/UHD时代家庭网络环境的考虑

随着互联网的普及和网络带宽的发展,视频消费已成为我国社会生活的核心需求,根据中国互联网信息中心(CNNICChina Internet Network Information Center20188月发布的第42次《中国互联网络发展状况统计报告》数据,我国网民人数已超过8亿,其中网络视频用户的渗透率超过75%。除用户规模大外,视频消费的影响力还体现其网络流量占比上,根据华为和 IHS 公司在2018年世界移动大会发布的《Video as a Core Service for Telcos》报告数据,2017年视频内容流量占据全球固定互联网72%的带宽,占据全球移动互联网61%的带宽,相比全球我国的视频流量占比应该更高。

通过以上数据不难发现,媒体传播的对象正在由以前单一的信息向现在经过深度加工的内容过渡,过去形式简单、注重传达的信息传播方式已经变成了类型丰富、多媒体化且经过会聚的内容传播。这些内容往往追求质量、强调体验,是构成现代信息社会的重要因素。

从内容的质量和体验角度来看,互联网从上世纪90年代以后,最基本的就是Best Effort机制,实际上这是一个尽力而为的体制,这种体制下它的质量和体验是相互关联的,互联网为了传递视频衍生出很多技术,包括最初苹果的HLS、现在的DASH,都是想办法传递稳定的、质量好的信号,保证好的体验。即使到现在,内容的质量和体验仍然是互联网面临的巨大挑战。

广播电视技术从设计之初目标就是为用户提供稳定的视频质量,几十年来发展经历模拟、数字标清、高清直至现在的UHD技术,每上一个台阶的前提就是要保证稳定的视频质量。对于声音技术也是同样,从单声道、立体声,到环绕声、沉浸声。在这种保证质量的前提下广播电视仍然还会面临互联网的冲击,传统广电感受单一,需借助新技术丰富用户体验,广电技术也开始从单向广播升级到双向互动,从简单的屏幕观看到引入沉浸式体验。

4K时代内容质量提升不单单体现在高分辨率,很重要的一个点就是在高动态范围HDR上有非常大的视觉质量提升。从这方面来看, HDR完全可以在家庭兑现电影院级别的图像质量,包括宽色域。而在沉浸式体验上,除了追求高分辨率以外,还追求更大的屏幕和更宽的视角,8K就是试图用接近100度以上的视角,为了增大视角所以观看距离就更近,越近距离越能产生临场观看效果。

沉浸式体验的第二方面体现在VR技术。VR这几年在人们认知上已非常普遍,这里提及的VR是指HMD等专用设备,不是手机一体化的头戴式的显示装置。VR现在也往大屏上发展,我国在大屏上基于机顶盒VR效果也有非常好的发展,国外也有用大屏结合VR来进行拓展的体验。

VR和头戴设备的体验方式也在一步一步地改进,VR体验现在从ITU角度来说,对VR反应的时间,包括六个自由度都有非常高的定量要求,除此之外头戴HMD现在逐渐发展成另外一种观看2D电视内容的方式,这意味着通过HMD设备也能够看到超过100度视角的视频,形成超高清大屏观看效果,来提供良好观看体验。

下一步VR内容可以考虑结合传统内容,4K2D内容,再加上VR HD内容。现在VR视频内容处理上,通常来说VR内容是正常2D内容的4倍,最近ITU也在讨论关于VR内容的规范,其中提到顶级规范已经达到了基于8K单眼处理内容的30K×15K,参数是否需要达到这种级别仍有待讨论。目前市场上的单眼显示设备只能达到1.4K,如果能达到单眼4K效果就会非常好。

沉浸式体验的第三个方面是引入了三维声,今年世界杯当中也引入了三维声的制作,央视也做了这方面的评估和测试,效果非常明显。本次世界杯16声道当中有10个声道作为声床,所谓对象就是不同的解说声,包括中文、英文、甲队、乙队声音、现场观众,这些对象因素交给末端作为用户可选择的调整,最终达到沉浸三维声体验。

除了这种沉浸式体验之外,广电还非常注重互动式体验。互动式体验在2010年以后,全球已经部署很多,特别是欧洲的HbbTV为代表,包括日韩,均收到良好效果。其中一个很重要的特点,就是要结合传统广播节目和宽带节目实行内容上的同步,我国目前没有做内容同步,只是简单进行扫描二维码,或做声音传递。现在传统广播网和宽带网共同推进,这种方式对互动式体验将产生非常大的效果。在HbbTV的典型家庭使用环境下,除去电视主屏外,还可以使用笔记本或个人电脑作为第二屏来提供比赛其他角度的信号。所有的Pad、手机均可作为伴随屏。所有的屏幕都和同一个节目相关,进入同步状态进行互动。

质量和体验的提升会带来开销,主要体现到码率的增加,现在的SD节目码率是3.2Mbps4.8Mbps之间,对于4K/UHD,基本建议不要低于30Mbps,最好36Mbps。如果是基于4K 100P内容,码率在50Mbps60Mbps。在今年的欧洲多项赛事中,德国电视台和几家电视台联合进行了100P4KUHD电视转播,据反应100P体育转播效果非常好。

基于这么大带宽的4K/UHD内容,同时又有质量和体验方面的要求,汇集到现在的家庭里,会对家庭网络环境产生很大的影响。首先家庭网络入口带宽方面,国家现在要求是50Mbps100Mbps,农村50Mbps,城市100Mbps。有线电视网络模拟、标清、部分高清,马上面临的问题是接入4K,一个码流36Mbps。观众还需要建立双向通道,如果有线网络没有双向通道需要进行改造。再有就是机顶盒支持多模模式,家庭内部需要支持能够4K视频高速分发网络,家庭网络不同设备之间还要形成同步联动机制。

根据工信部今年7月发布的数据,2018年上半年三家电信企业,电信、联通、中移动50Mbps以上固定互联网接入用户突破3亿,100Mbps用户已经超过2亿IPTV用户数超过1.42亿。按照这样的标准进行推进,100Mbps带宽能够支持下一步8K4K VR的接入需求,即使农村50Mbps入户也能够支持4KHD VR接入。基于家庭网络、IPTV环境下,按照现在的要求推进能够达到4K/UHD内容的质量要求。

根据广电总局2003年发布的有线数字电视频道指导意见,有线电视网络在模拟频道保留了6个到8个频点,数字频道在60个频点左右,同时安排了20多个数据的双向通道。

各地有线网络可能会有所差异,但总体而言,按照有线网络承载、频点载荷承载和频道数来看,一个频点在38MbpsSD如果按照单频道码率3.6Mbps计算,能支持10个频道,4.5Mbps计算可支持8个频道。SD频道不是采用H.264编码,仍然基于MPEG-2编码。HD频道如果按照9Mbps计算可支持4个,按照12Mbps支持3个。对于UHD,一个频点只能支持一个频道。

从频道规划来看,中央级频道现状是1820个,包括中央电视台频道、CETV频道、电影频道。各省卫视31个,包括深圳卫视,总共32个。付费节目情况来看,各地引入不超过30个,按此规划SD节目总数在8090个,需要910个频点资源。HD频道7578个,按照规划来说,中央节目保持20个,本省节目保持9个,各省卫视频道保持31个,只是把付费频道节目进行缩减,保留15 18个,这样总共HD节目7578个,需要1925个频点资源。对于UHD频道,中央级频道应该有10个,各省卫视按照一期发展也有10个,付费保留5个,UHD频道规划总数达到25个。按照以上规划,60个频点资源可初步满足SDHDUHD的频道总需求,这说明在现有111MHz862MHz当中频谱资源可以满足。

因此,总体目标是应该从现在的模拟 +SD+HD”“HD+UHD”过渡。第一阶段 2018年底总局应该发布关停模拟通道,同时启动4K频道。第二阶段到2020年底,首先要加快推进有线电视HD机顶盒替换现在网内SD机顶盒,2020年底前完成全面替换;第二有线前端应该逐步关停SD频道,希望全国布局下至少关停一半SD频道,来大力推进中央和省级卫视至少50套以上HD上星节目。同时各个地方电视台也应该启动HD上星频道停止SDHD同播,直播卫星平台也应该积极开展HD同播。UHD上星频道2020年至少应该达到5个,力争10个。

除了规划60个频道,现在和IPTV的竞争中,必须要解决有线双向网建设问题。广电总局20122013分别发布了三个重要标准:C-DOCSISHiNOCC-Homeplug AV。按照现在频率规划当中至少可以拿出32个频点来支持双向数据,对于HiNOC也拿出32个通道来做双向传送。DOCSIS技术北美进展非常快,在3.0版本之后2017年又推出3.1版本,之后又推出3.1全双向版本,3.1版本是下行10Gbps 上行1Gbps,全双向是上下行都是10Gbps。目前带宽已经可以使用到1.2GHz,我们现在标准只规定到1006MHz,此处仍有发展空间。有线双向网接入必须要达到50Mbps以上,力争达到区域100Mbps,因为50Mbps基础上可以支持4K像类似4K 100P点播,36Mbps点播也可以。对于8K节目来说,不适合节目播出,但是可以作为内容分发,有线网络要支持今后8K或者4K VR100Mbps 情况下IP形式点播。同时广播电视应该积极尝试IBB等新型业务方式。

家庭网络技术在国外是非常热的话题,现在情况来看HDMI 1.4版本带宽10.2GbpsHDMI 2.0带宽达到18Gbps2.1版本带宽可达48GbpsHDMI主要面向机顶盒到电视机的驱动,传输距离受到较大限制。家庭网络技术为解决家庭内部解码后内容的共享分发,国外已经可以做无线传输1080P信号。2012年发布的802.11ad标准利用60G开放频段,传输速率可以达到7GB,可以完成传输4K 30P内容。除此之外面向家庭的有线环境,即家庭里布所谓5类线、5类增强线和6类线,LG、三星和索尼等公司成立的HDBaseT,可以传8Gbps的带宽,而且传输距离完全符合100米范围上,可承载4K 30P信号,计划支持4K 60P信号。SDVoE联盟利用以太网已经能够做到 10Gbps 带宽,支持视觉无损压缩4K 60P信号,HDMI到了2.1版本对于8K视频也要引入视频无损压缩这样的方式来解决家庭高速率分享。

国内基于LI-FI这块工作紧锣密鼓,利用可见光的通讯,现在国内速率达到 50Gbps。国内进入家庭高速网络有两种方式,一种是利用现有灯,还有一个是点一个长明的LED灯,达到更高的速率。

终端这边机顶盒会变成一种多模模式,包含DVBIPTVOTTIBB,机顶盒可能是一个软件激活的盒子,智能电视全部具备双模模式,包括支持线性、非线性播出,直播、点播、时移、互动节目。此外,终端还需要多屏联动机制来解决设备之间的互联互通和内容共享,DVBATSC都已发布相关标准。

 

总而言之,4K/UHD时代即将来临,4K内容质量和用户体验的提升对家庭网络提出全新的要求。有线网络需重新规划频率资源分布方案,积极推进双向改造,应对家庭网络用户端的新需求,同时内容提供、传输服务和家庭接收要统筹考量,既有多屏之间的联动机制,又要提供高质量及优良体验的内容和服务。

(来源:现代电视技术)