广电HFC网络的8K超高清电视传输方案研究

李方盛 胡斐

【摘要】在科技的引领下，超高清电视（UHDTV）迅速发展，地位远超传统的高清电视，属于4K和8K超高清技术的统称，推广价值较高。 相比高清电视（HDTV），8K超高清电视备受青睐，其像素数是普通电视的十几倍，画面清晰度更高。除了像素数量成倍增加外，各方面性能均有提升，例如：色域范围扩大以及亮度的动态范围大幅度扩大等，还原反差景物的能力均有所增强，为了高质量推广8K超高清电视，需要基于广电HFC网络，不断完善电视传输方案，提高电视传输品质。

【关键词】8K超高清;HFC网络;传输方案

中图分类号：TN929                    文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.13.016

在我国，随着经济优质发展，高清显示终端接连涌现，这一现象为8K超高清电视高质量、快速发展提供了发展机遇。8K超高清电视，好评度颇高，提供优质视听服务是其主要功效，但现实中，发展超高清电视，需要综合考量各项因素，涉及多个方面，除了技术标准外，还要考虑产业及资金的支撑等。在这样的前提下，需要发挥广电HFC网络优势，加强政策引导，结合现实需求，不断完善技术标准，做好技术攻关与应用试点。

1. 超高清电视技术特点

电视想必是每家每户都具备的，在新的历史时期，电视技术不断革新，现如今，大屏和小屏并行发展，这种趋势已经成为常态和主流。经过多年的发展，电视传播环境有所完善，节目传播方式更加新颖，都经历了革命性变革，在实际应用中，网络化和数据化是不能忽视的两点特征，现阶段，电视技术全面整合，在此前提下高度衔接互联网，这种高度衔接状态，从源头保障并持续提升了精良度（电视制作的），使效率和效果同时强化。在现实应用中，用户使用手机可以轻松完成高频率更换（网络环境下的），随时随地看电视成为常态。站在大屏的角度分析，电视机生产技术发展衍生出来的结果就是电视尺寸越来越大，虽然尺寸有较大改变，但电视质量却较差，传统的高清电视像素不高，难以满足用户需求，基于这样的前提，在市场的驱动下，衍生出了图像和声音更高质量的超高清电视。超高清电视技术特点如下。

1.1 像素数量大幅提高

高清电视HDTV，经过研究发现，像素可以突破200万，其中8K超高清电视效果最佳，可以达到3300万，通过像素的比对，就可以看出4K、8K以及高清电视的区别。8K超高清电视各方面能力突出，无疑是像素数最佳的，这种最佳主要体现在垂直和水平两个方向，研究发现是高清电视的4倍，所以画面更加清晰。

1.2 色域范围大幅度提升

在有关标准中指出，电视的色域范围要以CIE1931色域范围为基础，也就是将人眼可见颜色范围作为基本参照，在此前提下精心设计。作为超高清电视，这方面的优势更突出，重现色彩范围扩大优势明显，超过了一倍以上。8K超高清电视机颜色不仅自然，而且更加鲜艳逼真，之所以会有这样的效果，完全是色域范围提升的结果，由此可见，色域范围提升的重要性。

1.3 像素深度（bit depth）加强

除了上述特征外，像素深度（bit depth）加强也是超高清电视最为显著的特征。高清电视HDTV，其优势在于取样深度理想，8bit或是10bit，但是这一点现如今也已经被超高清电视超越，研究发现超高清电视之所以成像效果良好，和取样深度有较大关联，可以突破10bit或是12bit，应用效果更加理想。取样深度增加，意味着亮度层次更多，画面更加立体，层次更加丰富，细节更加细腻。通过对比发现，超高清和高清的区别，体现在多个层面，并不是单指像素数量。除了像素数量外，画面质量的飞跃同样主要。基于此，有人用更多、更快、更好的像素来综合、系统描述8K超高清电视，这样的描述比较权威。

2. HFC网络描述

HFC網络应用价值高，本质属于新型宽带网络，在具体应用中，凭借光纤到服务区模式，进行优质的信息输送。在临近入户前，为了保证效果，采用同轴电缆，实践发现，这种交互式宽带网，应用效果理想，可以实现双向传输，满足电视信号传输需求。实践表明，该网络应用价值较高，可将高速数据等（其中涵盖视频和语音）传输，整个传输过程，仅通过一根线就可以实现。正是因为这一特性，HFC网络被看作是可靠性较高的传输手段，备受好评和关注，可以为用户提供全方位、优质服务。在交互式宽带网中，光纤网作用显著，主要功能是实现高速连接，另外，传输价格低廉，值得大范围推广应用，同轴电缆网和HFC网络结合，夯实了电视网的基础。通过研究发现，HFC网由两部分构成，其中光纤部分是核心，除此之外，还有与之对应的同轴部分，其最为典型的结构如图1。

HFC网络优势鲜明，在应用期间，先进成熟技术被应用，核心优势在于融合数字与模拟传输，通过合理途径，使两者变为一体，与此同时，将光电功能于一身，从源头提高了传输稳定性。在现有功能模块的基础上，增加了更多服务功能，例如：模拟广播电视节目等，同时完成高质量的交互式视频应用。现如今，HFC网络已经实现了多项技术融合，功能性更加强大，通过数字压缩技术的渗透和高效数字调制的配合，电视网络频道容量得到了优质改善，增强了多功能服务能力，HFC网络功能更加强大。

3. 超高清电视传输方案

3.1 8K超高清码率测算

结合实际可知，4K超高清频道视频有着较高的编码标准，普遍采用AVS2标准，同时要保证视频码率达到理想水平，为36Mbps。这是4K超高清频道指标，而8K超高清的视频，在这方面进行了提升，码率将大幅提高。现实操作中，可以采用不同编码，依照不同等级要求，对参考码率进行预估。

3.2 端到端的8K传输

实践证明，想要保证良好视频信号传输效果，就要解决8K传输问题。在实际工作中，要立足现有网络条件，更加全面、充分考虑极致8K的现实要求，贴合帧率120fps码率，制定8K传输解决方案。256QAM调制是相对理想设计方案，3个8M带宽信道绑定后，完成优质传输（8K超高清视频的）。为了保证传输质量，需要在前端设计理想化的TS绑定协议，这是至关重要的步骤，不容忽视。借助该协议，将一个8K码流拆分，划分信息子码流，在此基础上，提高传输效率。经过实践证实，这种端到端的8K传输方案优化方法比较可靠，可以在严格的试验环境中，出色完成大码流接收（142Mbps）与正确发送，同时维持带宽150Mbps稳定，及时调整PCR，确保其满足SOC解调客观要求。

3.3 大容量传输技术

3.3.1 双极化MIMO

想要完成电视传输方案优化，除了掌握系统功能外，还要掌握关键技术，其中双极化MIMO至关重要。在UHF频段部署中，数字电视广播优势最佳，研究发现，数字电视覆盖广泛，可达几十千米，应用效果理想。与此同时，为了保障效果，接收端的天线位置高，常被安装于屋顶，这样便于实现传输路径（发射台与接收端）的“可视”化。在其期间采用MIMO技术是一项充足保障，能够促使地面传输容量加大（数字电视广播系统的），在此基础上提高传输效率，保障传输质量，但如何采用是相对棘手的问题，需要综合考量各项因素。

通过研究发现，接收端要求与标准较高，在使用中，指向性天线应用广泛，因为这类天线具有高增益的特点，而且性能稳定。由此可以判断，如果采用单极化MIMO，为了保障应用效果，空分复用的方式要广泛采纳，只有这样，才可以让MIMO中，相关的传输链路相互作用减小。基于这样的前提，在发射台与接收端，想要得到优质传输，就要安装多根天线（包括发射与接收天线），同时让每根发射天线留有充足间隔空间，接收天线更是如此。实践表明，单极化MIMO不可行，存在一定局限性。针对这样的技术难题，“双极化MIMO”技术逐渐兴起，并在广大范围中进行了推广。

现有的地面数字电视，整个体系构成十分复杂，系统采用极化方式，除了水平极化之外，还有垂直极化，借助这种方式，合理发射节目信号。现实中，可以借助不同极化方式，保证不同信号发射质量，将信号间的干扰合理规避。而双极化MIMO则弥补了传统极化方式的不足，利用正交的极化波，发射相同节目信号，通过这样技术手段，可以让两路信号互不影响，在无线传输期间，保持良好独立性，不存在任何干扰，提高传输效率同时，满足了相关性最小要求。

3.2 超高阶调制OFDMNHK

除了上述技术方法外，超高阶调制也是现实中的可行手段，通过该方法，同样可以完善传输方案。相关的科技实验室，为了改善电视传输质量，进行了系统的传输试验，在试验阶段，采用OFDM技术（一种超高阶调制方法）来扩充传输容量。与此同时，为了超高阶调制起到效果，发挥OFDM理想化作用，在相邻OFDM符号之间需要高质量并且稳妥插入保护间隔，在此基础上辅助SP信号，结合实际需求，全方位保障信道均衡。

结合现实可知，目前国内HFC網络普及率较高，研究发现，基于该网络的数字电视调制，主要是以64QAM为主，为了适应超高清电视发展，更高阶的QAM调制方式至关重要，其推广已经刻不容缓。借助高阶调制方式，全方位、多角度提升网络带宽，在此基础上，优化网络指标，给客户理想化体验。HFC网络双向化改造效果理想，使用意义非凡，经历了长时间实践可以得出结论，想要在短时间内全网普及高阶调制，难度还是较高的。基于此，可以以256QAM调制方式为基础，兼顾HFC现有条件，先将信道利用率提升，借此优化网络传输带宽，从根本保障传输质量。

4. 结论

在经济稳步增长驱动下，8K超高清业务要求与标准更高，为了满足应用需求，应紧跟行业发展趋势，在原有研究成果基础上，加快研发视频调制，不断优化传输、终端解码等流程，掌握8K超高清核心技术，借此实现传输质量的飞跃式发展。研究发现，基于HFC网络，可改善视频传输现状，提升8K超高清视频质量，无需改动设备情况下，为开展8K超高清传输提供参考。

参考文献：

[1]崔伟.从HFC和FTTH浅谈广电宽带的发展方向[J].广播电视网络，2020（01）：56-57.

[2]邹飞非，孙彤，张剑.基于广电HFC网络的8K超高清电视传输方案研究[J].广播与电视技术，2019，46（12）：94-97.