淺談基于I-PON的下一代數字電視播出平臺方案

唐凡 江蘇有線泰州分公司

1.引言

如何建設下一代數字電視播出平臺，目前爭論較大，主要有標準之爭、選型之爭、協議之爭?！叭鬆帯钡慕裹c都圍繞播出平臺建設本身，并未從數字電視信號傳輸的全流程考慮，并未從廣電網絡雙向化網改的發展趨勢考慮，更沒有從當前播出平臺面臨的主要問題考慮。筆者在閱讀大量相關文獻，調研相關技術發展趨勢的基礎上，提出基于IPON的數字電視播出平臺建設方案。

基于IPON的數字電視平臺建設方案有利于徹底扭轉4K超高清節目傳輸能力不足的困境，有利于實現接入網各種標準的統一，有利于弱化機頂盒對業務發展的掣肘，有利于實現多屏互動，是從前端到終端的一攬子解決方案，具有推廣普及的現實意義。

2.“三大爭”簡介

“三大爭”即下一代數字電視播出平臺建設的標準之爭，選型之爭，協議之爭。

（1）標準之爭

標準之爭的焦點是下一代數字電視播出平臺是采用DVB-C1標準還是采用DVB-C2標準。這種爭論類似電信4G與5G標準之爭。DVB-C2標準在信道糾錯編碼、頻帶利用率、調制方式等方面的優勢明顯，完全滿足未來大量數字電視節目4K化乃至8K化的傳輸要求。如同電信5G必然取代4G一樣，很多人認為下一代播出平臺標準必須采用DVB-C2標準。但是我們必須清醒的看到，電信由1G向2G演變用了15年，2G向3G演變用了10年，3G向4G演變用了8年。標準演變的背后，不僅僅是有新標準做依托，更重要的是自身實力強大能夠吸引大量的國內外頂級設備研發單位做后盾。廣電DVB-C2標準2004年就發布了，至今未有一家設備研發單位拿出過可以商用的產品。認清現實，立足現狀，下一代數字電視播出平臺必須也只能繼續沿用DVB-C1標準。

（2）選型之爭

選型之爭的焦點有兩個，一是下一代平臺設備是用國產的還是進口的；二是下一代平臺設備選擇熟悉的型號還是陌生的型號。國產、進口之爭源于在中美貿易沖突大背景下，貿易制裁可能導致設備零部件供應中斷。熟悉、陌生之爭主要對平臺建設成本的考慮。選型之爭應根據各地廣電網絡實際情況作出選擇。

（3）協議之爭

協議之爭即下一代數字電視播出平臺內部信號調度是采用組播協議還是異步串行電接口協議。采用組播協議的平臺價格較高，采用異步串行電接口協議的平臺價格較低，協議之爭本質上是成本之爭。

“三大爭”的焦點都圍繞播出平臺建設本身，并未從電視信號傳輸的全流程考慮，并未從廣電網絡雙向化網改的發展趨勢考慮，更沒有從當前播出平臺面臨的主要問題考慮。這種爭論產生的任何結果都是片面的，不能代表下一代數字電視播出平臺的建設方向。

3. 下一代數字電視播出平臺建設思路

平臺應該怎么建，首先要分析當前播出平臺面臨的主要問題是什么。當前播出平臺面臨的主要問題，既不是設備使用年限長也不是操作界面不夠人性化，而是傳輸能力受限的問題，即能夠傳輸4K超高清節目的數量。這種限制源于三個因素。一是信源壓縮比；二是調制方式（頻帶利用率）；三是頻道數量。信源壓縮比取決于信源編碼的發展成果，壓縮比越高對編解碼設備的要求就越高，大批量更換4K機頂盒對廣電運營商與用戶都是負擔，且4K之后有8K，硬件投入是個無底洞。采用高進制的調制方式，提高頻帶利用率是解決4K超高清節目傳輸受限的好辦法，但是正如在標準之爭中談到的那樣，目前沒有可以商用的設備。頻道是不可再生資源，單向傳輸、雙向傳輸都希望占有更多的頻率資源，期望獲得更多的頻率資源傳輸更多4K超高清節目不現實。

要解決當前面臨的主要問題必須立足現狀，另辟蹊徑。下一代數字電視播出平臺應該徹底摒棄節目傳輸RF化，采用節目傳輸基帶化、IP化，這是解決當前問題、提高傳輸能力的必由之路。在分析上述問題的基礎上，筆者認為下一代數字電視播出

平臺應該具備三大特征：

（1）盡可能多的承載高清晰、高畫質的視頻節目，特別是要支持越來越多的超高清4K乃至8K節目。（2）播出平臺要全面實現IP化，把各類視頻流推送到各類終端或者屏幕上。

（3）要構建雙向通道，支持OTT TV等互聯網視頻業務。

節目傳輸基帶化、IP化不是單純的對電信模仿，走IPTV的老路，而是從電視信號傳輸的全流程考慮，從廣電網絡雙向化網改的發展趨勢考慮，是從前端到終端的一攬子解決方案。

筆者在查閱大量文獻的基礎上提出構建基于I-PON的下一代數字電視播出平臺方案。

4. 下一代播出平臺建設為什么選擇基于IPON

4.1 什么是I-PON

I-PON是廣電總局《有線電視網絡光纖到戶技術規范》三種方案之一，是萬兆IP廣播+XPON的雙向接入系統，其中“IP廣播”是將萬兆以太網技術應用于單向廣播傳輸網。雙向交互部分采用PON技術。

I-PON萬兆寬帶接入網絡是由10G IP廣播視頻通道與E/GPON高速數據通道的兩個通道融合組成的系統，主要特性是：全網統一構建成一個基帶的IP數據平臺，構建的是一張全IP網，基于IP化數字電視信號的基帶全網直播，單節目帶寬不受限制，可以支持4K、8K超高清節目，基于IP化數字電視信號的基帶全網直播，也能達到廣播級電視標準，保留了廣播電視的特色和優勢。

4.2 I-PON系統架構

I-PON網絡采用雙纖入戶的方式，一根光纖傳輸10G的直播視頻廣播數據，通過一體化家庭網關萬兆接收模塊處理后形成單節目流，通過千兆/百兆交換電路輸出至機頂盒。另一根光纖傳輸雙向數據信號，信號通過ONU模塊進入千兆/百兆交換電路后提供給各數據終端I-PON網絡系統架構見圖1。

4.3 I-PON網絡的優勢

圖1 I-PON網絡系統架構

（1）萬兆I-PON網絡能夠為每一個覆蓋用戶提供10G到戶的廣播帶寬，完全滿足未來5年內4K/8K超高清視頻直播和互動點播的發展要求，也能適用極限狀況下的業務承載。

（2）在安全播出方面，萬兆I-PON網絡保留了有線電視單向廣播安全性好的優勢，能夠避免病毒與黑客的侵害及其流氓ONU的攻擊，不存在安全播出的風險。

（3）在視頻質量上，萬兆I-PON網絡無論在視頻直播還是視頻點播業務上都支持大碼流高清晰、高動態的高畫質視頻，其帶寬有效利用率不僅高于GPON，也好于10G的XGPON。

（4）在行業競爭方面，無論對于GPON IPTV架構，還是對于10G的XGON網絡，萬兆I-PON網絡在帶寬和業務支撐能力上，都具有很強的優勢，能夠形成非同質化的競爭。

4.4 為什么不選用GPON

I-PON與電信GPON的IPTV模式相比有以下幾個優點。首先，在性能上I-PON 遠遠超越了GPON的IPTV技術構建的FTTH網絡，后者只能承載當下的視頻業務，幾乎無法支持即將到來的4K和未來8K超高清視頻業務（電信目前的所謂4K是碼率為17Mbps的入門級4K）。其次，相較于10G GPON網絡技術，雖然兩者都是萬兆網絡，但是I-PON網絡技術具有造價成本更低（系統造價幾乎只有10G GPON系統的一半以上）、QoS質量保證和QoE用戶體驗更佳。最后，I-PON技術能夠將已有的EPON網絡以極低的投入平滑升級演進到萬兆寬帶接入網，能極大地延伸EPON網絡的生命周期。

4.5 基于I-PON的播出平臺傳輸能力

基于I-PON的節目播出平臺到底可以提供多大的節目傳輸能力，這里我們引用吉視傳媒在2018年9月份在《有線電視技術》雜志上提供的一組數據?！癐-PON 萬兆網絡巨大的帶寬，使吉視傳媒能極大地強化電視直播能力，可任性地傳輸高碼流的高畫質電視節目和海量的直播電視，拉大了與IPTV直播電視業務的距離。電視直播業務有74套高清電視直播、115 套標清電視、25套4K電視、200套2Mbps碼流的手機直播電視和256套輪播頻道與118 套時移回看節目，約3個Gbps的總碼流（隨著4K直播電視的大量引入，直播總碼流可達 4-5Gbps，至少能再支持50套標準4K電視直播）?！比绱素S富多彩的節目，是單純平臺改造不可能實現的。

5. 如何搭建基于I-PON的下一代數字電視播出平臺

要搭建基于I-PON的下一代數字的電視播出平臺，各個關鍵部分要采用不同的技術實現。

5.1 前端部分

（1）信源全面IP化

視音頻內容可以按照MPEG-2、H.264、H.265或者AVS標準進行壓縮編碼，傳輸層TS包格式進行第一次封裝，以PID作為不同業務的標識。然后以UDP方式構建單節目流，以UDP端口號作為節目區分。不同的組播地址可以進一步區分不同類型節目或者應用。

（2）前端設備全面IP化

新播出平臺前端設備全面IP化，用網絡來連接各前端設備，如視頻編碼器、加擾器、EPG服務器、VOD服務器等，最終在10G匯聚交換機通過光纖發送到分配網。ASI跳線架、QAM調制器、RF切換器、射頻光機等設備將會被成本更低、穩定性更優的交換機替代。

（3）加密方式更靈活

由于采用了IP化的廣播傳輸，取消了復用過程，加密技術的選擇將更加靈活，可以支持有卡或者無卡CA，乃至DRM。

（4）I-PON EPG系統

圖2 I-PON網絡系統前端

在I-PON系統規范中，業務信息可以有兩種傳輸方式。一種是兼容DVB-SI體系，主要是增加幾個表，比如用描述地址、端口列表的MIT表替換NIT表。另一種是完全采用XML文件方式傳輸業務信息，完全摒棄DVB-SI，由于解析XML文件非常容易實現，新一代機頂盒普遍具備這一能力。I-PON網絡系統前端構成見圖2。

5.2 匯聚部分

（1）萬兆IP廣播分發系統

萬兆IP廣播分發系統一方面上聯匹配和分流各種業務（電視直播、VOD點播、OTT TV互聯網電視、寬帶上網等業務），另一方面下聯將10G廣播通道與EPON雙向接入通達融合在一起。I-PON網絡系統匯聚見圖3。

圖3 I-PON網絡系統匯聚

（2）分發系統運營策略

有兩類可供參考。一類是萬兆廣播帶寬簡單占用策略，在保障直播電視流完全不受擠占的前提下，所有的雙向業務的下行碼流（VOD視頻點播、OTT TV、寬帶上網業務等）首先由IP廣播通道下發廣播至用戶，當萬兆IP廣播通道帶寬不夠時，則轉發1490nm的G/EPON的下行通道。第二類是視頻帶寬優先策略，同樣在保障直播電視流完全不受擠占的前提下，所有的下行互動視頻業務（VOD視頻點播、OTT TV）由IP廣播通道分發廣播至用戶，其余的下行數據業務通常由G/EPON1490nm下行通道廣播到用戶處，當萬兆IP廣播通道帶寬擁塞時，下行互動視頻將轉發至G/EPON 1490nm下行廣播通道。因為視頻占用的帶寬最大、對延時、抖動也最敏感，采用視頻帶寬優先策略可極大地提高用戶體驗。

5.3 終端部分

（1）10G網絡接收模塊

10G光接收模塊相當于傳統機頂盒的高頻頭。按照收看節目指令的控制，把被選擇的IP 節目流通過千兆/百兆交換電路送到IP解碼器，解出所要收看的節目。與傳統機頂盒的高頻頭相比，傳統機頂盒的高頻頭在選擇節目時，同一時間只能選擇一套節目，而10G廣播信道模塊在同一時間可選擇輸出50個節目流。

（2）PON ONU模塊

包括PON光模塊和PON處理器，為機頂盒提供千兆雙向數據通道。

（3）STB 解碼模塊

采用最新的處理器，支持4K 解碼和各種互聯網應用。

（4）Wi-Fi（AP）模塊

為其他終端如手機、平板電腦等提供網絡接入，使得在這些終端上既可以觀看高質量的直播視頻節目，又能高速連接到互聯網。

（5）千兆/ 百兆交換電路

圖4 I-PON網絡系統終端原理

為副終端和PC 提供網線接入。I-PON網絡系統終端原理見圖4。

綜上所述，通過搭建基于I-PON 網絡的下一代播出平臺，可以為用戶提供10G的直播和點播視頻流，提供20Mbps的上網速率。通過10G廣播傳輸，支持4K/8K等廣播級QoS的大視頻業務，使G/EPON 雙向網絡專注于網絡瀏覽等雙向互聯網業務，在升級擴容的成本和安全廣播上具有很大優勢。圖5是基于I-PON網絡的播出系統全流程框圖。

這里引用吉視傳媒的一組數據：“引入I-PON技術后，吉視傳媒用戶流失得到了有效抑制，流失率巨幅下降，2018年用戶回9000戶，比年初增長0.7%，農網數字化率達97.5%，繳費率達70%，流失率增長的勢頭得到了抑制。農村雙向網絡覆蓋率已達54.1%，數據雙向用戶也從光纖入戶改造前的一戶沒有，到目前的32萬多戶，滲透率到25%?；钴S的點播用戶34萬多，經濟效益普遍好轉，增值業務大幅上升，甚至翻番?！?/p>

圖5 基于I-PON網絡的播出系統全流程框圖

6. 結束語

I-PON網絡對廣電網絡意義重大，基于IPON的數字電視平臺建設方案是從前端到終端的一攬子解決方案，有利于徹底扭轉4K超高清節目傳輸能力不足的困境，有利于實現接入網各種標準的統一，有利于弱化機頂盒對業務發展的掣肘，有利于實現多屏互動，有利于維系用戶，改變用戶流失的頹勢，具有推廣普及的現實意義。