CN115278142A - 8k超高清节目流传输和接收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种8K超高清节目流传输和接收方法，包括前端处理系统和机顶盒终端接收系统；前端处理系统具体包括依次连接的AVS3编码器、服务器、多路TS复用合成器、QAM调制器、频率混合器和HFC网络；本发明基于现在广电网络的DVB‑C系统，在少量改造的情况下，实现了现有的普通的2K高清或者4K超清机顶盒能接收到8K数字电视节目。
Description
技术领域
本发明涉及数字多媒体技术领域，特别是一种8K超高清节目流传输和接收方法。
背景技术
自2000年开始，中国大力推进数字电视整体转换，陆续停播了模拟电视。随之基于DVB-C技术的有线数字电视系统率先在广电行业领域使用，包括前端、传输、终端等相关产品、设备大量普及。截止2021年底国内累计出货的有线数字电视机顶盒超过3.5亿台，其中2K高清机顶盒出货超过1亿台、4K超清机顶盒超过5000万台，8K超高清机顶盒目前还未批量普及。为满足人民日益增长的美好生活需要，4K/8K超高清电视节目的普及将是未来数字电视发展的趋势。但是超高清节目传输要求带宽高，尤其是8K超高清节目。
目前基于同轴电缆的DVB-C数字电视系统，普遍采用的是QAM调制方式，包括64QAM、128QAM及256QAM等多种调制技术。按带宽最高的256QAM调制方式，一个8M带宽的频点最大传输码率也只能达50Mbps。可以传输1套4K的节目(码率36Mbps左右)，不能完整传输1套8K的节目，一套真8K电视节目的分辨率已经达到7680×4320约3386万像素、帧率最高达到120Hz，一套8K节目视频传输根据采用的视频压缩标准及帧率不同，码率一般为80-170Mbps左右。同时目前在网的数字电视机顶盒一般只有一个Tuner，即只能接收一个频点的RF射频载波信号，少量的有2-4个TUENER。不能直接按传统方式直接接收一套及多套完整的真8K数字电视节目。
因此，怎样基于现在的DVB-C技术的有线数字电视系统传输和接收8K数字电视节目，成为一大难题。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种8K超高清节目流传输和接收方法，本发明基于现在广电网络的DVB-C系统，在少量改造的情况下，实现了现有的普通的2K高清或者4K超清机顶盒能接收到8K数字电视节目。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种8K超高清节目流传输和接收方法，包括前端处理系统和机顶盒终端接收系统；所述前端处理系统具体包括依次连接的AVS3编码器、服务器、多路TS复用合成器、QAM调制器、频率混合器和HFC网络；
所述的方法包括：
在前端处理系统，所述AVS3编码器接收8K节目数据流并对其进行编码，所述服务器对编码后的节目数据流拆分成N个片段，并根据拆分情况生成N个MPD媒体报告描述文件，随后N个片段和其它非8K节目流一起进入所述多路TS复用合成器，进行TS流的合成，生成TS1-TSN个8K节目TS流，非8K节目根据节目量打包成TS01-TS0N，多路TS复用合成器根据生成TS流情况同时生成用于记录各片段及其它节目的TS打包情况的TID表，之后各路TS流进入所述QAM调制器进行QAM信道调制,分别输出RF1-RFN及RF01-RF0N射频调制信号，所述射频调制信号经过所述频率混合器进行功率放大和频率混合后输入所述HFC网络中；
在机顶盒终端接收系统，当用户下载点播一套8K的数字电视节目，机顶盒先去读取和解析传输过来的TID表；根据TID表的信息解析出所需的8K节目所在的频率点，然后依次锁频和接收对应的射频调制信号、解调解复用出对应8K节目的TS0-TSN节目流，之后机顶盒从TS0-TSN节目流中读取并解析出MPD媒体报告描述文件的信息，根据信息对TS0-TSN进行合并成一路所需的完整的8K节目的TS流，然后存储在机顶盒内置或者外置存储器上，用户待下载完后进行点播观看或者缓存后进行边下载边观看。
作为本发明的进一步改进，所述MPD媒体报告描述文件描述了8K节目数据流的相关信息，具体包括各类音视频参数、内容分段大小及时长、分段序号及数量、每段码率、节目分辨率以及其它标识符。
作为本发明的进一步改进，所述TID表插入在非8K节目打包成的TS01-TS0N中，用于确保机顶盒终端接受系统即使在不接收8K节目时也能接收到TID表。
作为本发明的进一步改进，所述机顶盒为DVB-C有线数字电视机顶盒。
作为本发明的进一步改进，在所述机顶盒终端接收系统中，对于只有一个Tuner和一个解调器的机顶盒终端，机顶盒CPU进行判断，当机顶盒的Tuner空闲时依次分别进行RF0-RFN的锁频和接收；当机顶盒有多Tuner和多个解调器时，CPU调用其它空闲的Tuner依次分别进行RF0-RFN的锁频和接收。
本发明的有益效果是：
本发明可以适用在广电领域普遍采用的DVB-C有线数字电视系统中，解决高码率的8K节目在目前主流的DVB-C高清和4K超高清有线数字电视机顶盒传输和接收播放问题。同时针对前端改造不需要太多投入，当前如运营商的前端没有AVS3的编码器可重新去升级或者购买，目前市面上已经有成熟的AVS3编码器出售；针对片段拆分服务器可以沿用原有的服务器或者适当进行升级，比如增加板卡和相应接口；针对TS复用器、QAM调制器、RF功率放大及混合器，如当前接口路数已经足够，那基本不需要改造，如果接口路数不够则升级增加相应接口板卡就可以。对于机顶盒接收终端，最多用户可以自己增加一个外置的U盘或者USB移动硬盘，软件运营商统一做下升级就可以使用。为运营商基于现有的DVB-C传输系统推广8K节目提供了一种性价比较好的方法。
附图说明
图1为本发明实施例中8K节目前端处理系统；
图2为本发明实施例中8K节目机顶盒终端接收系统；
图3为本发明实施例中机顶盒终端用户点播8K节目处理逻辑框图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
实施例
一种8K超高清节目流传输和接收方法，包括前端处理系统和机顶盒终端接收系统；所述前端处理系统具体包括依次连接的AVS3编码器、服务器、多路TS复用合成器、QAM调制器、频率混合器和HFC网络。
如图1所示，前端处理系统的8K数字电视节目源采用AVS3编码，AVS3视频编码标准是中国AVS工作组制定的第三代视频编码标准，适应超高清电视广播、VR、视频监控等多种应用场景，它比上一代AVS2节省了大约30％的比特率。8K数字电视节目源通过AVS3编码器进行AVS3编码格式编码。
编码后进入前端服务器对视频数据流进行拆分，拆分成N个片段，N大于等于8K节目播放所需要的最低码率(记为8Kbps)除以每个片段设置的固定码率(记为Nbps),即N＝8Kbps/Nbps。Nbps的取值取决于后面每路采用的信道调制方式，本发明采用DVB-C系统中实际能达到最高信道传输码率的256QAM信道调制方式，理论每路信道传输码率最大约为50Mbps，实际使用为48Mbps；即Nbps＝48Mbps。
同时服务器根据拆分情况生成N个MPD(Media Presentation Description)媒体报告描述文件。MPD文件描述了8K节目的相关信息，尤其是拆分后片段的信息，包括各类音视频参数、内容分段大小及时长、分段序号及数量、每段码率、节目分辨率以及其它标识符等。MPD文件可以通过设置插入在每个片段的头或者尾，插入到那个片段，会携带该片段的标识信息，所以每个MPD文件都不完全相同。
随后N个片段和其它非8K节目流一起进入多路TS复用合成器，进行TS流的合成，生成TS1-TSN个8K节目TS流，每路TS流的码率设置为48Mbps。其中8K节目和平时播放的非8K节目不能打包在一个TS流上，非8K节目根据节目量打包成TS01-TS0N。多路TS复用合成器根据生成TS流情况同时生成TID(TS ID)表，TID表记录了各片段及其它节目的TS打包情况，包括片段N的值，对应TS1-TSN流所在的频点信息、顺序等。其中TID表插入在TS0流中，并且都插入到每个TS01-TS0N中，以确保机顶盒终端即使在不接收8K节目时也能接收到该TID表。
之后各路TS进入QAM调制器进行256QAM信道调制,分别输出RF1-RFN及RF01-RF0N射频调制信号。这些信号之后通过功率放大和频率混合后输入有线同轴网络(HFC网络)大网中。
这样前端完成了8K节目的信号处理和发送工作。
如图2所示，在机顶盒终端接收系统，通过DVB-C有线数字电视机顶盒，当用户的要下载点播一套8K的数字电视节目，机顶盒会先去读取和解析随非8K解码TS0N中传输过来的TID表；根据TID表的信息解析出所需的8K节目在那个频率点上，然后依次锁频和接收对应的射频调制信号、解调解复用出对应8K节目的TS0-TSN节目流。之后机顶盒从TS0-TSN中读取并解析出MPD文件的信息，根据信息对TS0-TSN进行合并成一路所需的完整的8K节目的TS流。然后存储在机顶盒内置或者外置存储器上，用户可以等下载完后进行点播观看或者缓存后进行边下载边观看。
目前在网的DVB-C有线数字电视机顶盒主要以2K高清、4K超高清机顶盒为主。这些机顶盒怎样运用本实施例提供的方法接收播放8K的数字电视节目，下面本实施例对其进行详细介绍。
当广电运营商准备播出一套或者多套8K节目时，通常有两种播出方式，一种是广播式、一种是点播式。广播式适用于单向机顶盒，点播式适用于具有网络回传方式的双向机顶盒。但是不管哪种方式，前端对8K节目的播放处理方法都一样。不同的是对单向机顶盒终端只能点播观看前端正在广播的8K节目，而双向机顶盒可以点播观看前端正在广播的8K节目，也可以点播前端通过收到终端的指定点播信息后再播出对应的8K节目，可点播的节目就更多。
但是不管是广播方式还是点播方式，前端都会把正在广播的8K节目和可以点播的8K节目的节目名称等相关信息通过EPG(节目信息指南)下发到在网的机顶盒终端上。
当用户根据EPG信息点击要观看一个8K节目时，假设该8K节目是一套分辨率极高(7680×4320的8K分辨率)、帧率极高(120Hz动态帧率)的高质量实况足球比赛节目。其在前端采用AVS3编码，为保证播出视频图像的质量，动态效果等，采样率极高，要求的最低播出码率为170Mbps。
根据前文介绍该8K节目经过AVS3编码器编码后进入服务器，服务器对其进行N个片段拆分，N＝170/48＝3.54≈4。即前端服务器把该8K节目拆分成4个码率为48Mbps的片段，对于第4个片段数据量不够可以通过填充0或者1数据在里面，也可以填充其他8K节目的数据，不管填充什么样的数据，相关信息都记录在MPD文件上。
然后8K节目4个片段经过TS复用合成器后生成4路8K节目TS1-TS4，并生成TID表插入在非8K节目TS0N上，并且每个TS01-TS0N都需插入，便于和确保机顶盒终端都能收到TID表。
之后TS1-TS4经过QAM调制器进行256QAM调制，分别输出4路带宽为8M的不同中心频率点的RF1-RF4射频信号。RF1-RF4射频信号经过功率放大和频率混合后输出到HFC传输大网中。
在家庭机顶盒接收终端，如图3所示，当用户要观看一套8K节目时，用户通过机顶盒终端的EPG呈现的8K节目名称，选择点击要观看的8K节目。随后机顶盒终端会去下载和解析随TS0N广播下来的TID表，找出对应8K节目所在的频点信息，即4路RF1-RF4分别的中心频率点。
对于只有一个Tuner和一个解调器(一般一个Tuner对应一个解调器)的机顶盒终端，机顶盒CPU会进行判断，当机顶盒的Tuner空闲时(比如用户不看直播节目时)依次分别进行RF1-RF4的锁频和接收；当机顶盒有多Tuner和多个解调器时(一般为2-4个Tuner和解调器)，CPU调用其它空闲的Tuner依次分别进行RF1-RF4的锁频和接收。
然后机顶盒解调出对应的8K节目TS1-TS4。并下载解析出插入在TS1-TS4中的MPD表，根据MPD表的描述和标识信息按序对TS1-TS4进行合并，对于多余数据则进行剔除和舍弃，最终合成一路所需的8K节目的TS流。
之后机顶盒把该8K节目TS流保存在内部或者外部的数据存储器上，下载完或者下载到一定量后机顶盒会通过显示界面通知用户，用户也可以通过界面自行查看下载进度情况。这里，如果用户的机顶盒终端内部配置的数据存储器(一般为EMMC FLASH)容量不够，可以通过USB接口(一般的2K高清和4K超高清机顶盒都有USB接口)扩展外部存储器，比如通过USB接口插入U盘或者USB移动硬盘。
最后，用户通过点击下载完成的8K节目的名称，机顶盒调取对应的TS流进行解码，输出对应的8K节目音视频内容进行观看。
同时，如果用户家的有线机顶盒终端是有4个Tuner和4个对应解调器的机顶盒。那么该机顶盒终端可以通过4个Tuner同时接收该8K节目所在的RF1-RF4，并同时解调出4路TS1-TS4。然后可以实时进行TS的合并解码播出，实现8K节目的实时观看。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种8K超高清节目流传输和接收方法，其特征在于，包括前端处理系统和机顶盒终端接收系统；所述前端处理系统具体包括依次连接的AVS3编码器、服务器、多路TS复用合成器、QAM调制器、频率混合器和HFC网络；
所述的方法包括：
在前端处理系统，所述AVS3编码器接收8K节目数据流并对其进行编码，所述服务器对编码后的节目数据流拆分成N个片段，并根据拆分情况生成N个MPD媒体报告描述文件，随后N个片段和其它非8K节目流一起进入所述多路TS复用合成器，进行TS流的合成，生成TS1-TSN个8K节目TS流，非8K节目根据节目量打包成TS01-TS0N，多路TS复用合成器根据生成TS流情况同时生成用于记录各片段及其它节目的TS打包情况的TID表，之后各路TS流进入所述QAM调制器进行QAM信道调制,分别输出RF1-RFN及RF01-RF0N射频调制信号，所述射频调制信号经过所述频率混合器进行功率放大和频率混合后输入所述HFC网络中；
在机顶盒终端接收系统，当用户下载点播一套8K的数字电视节目，机顶盒先去读取和解析传输过来的TID表；根据TID表的信息解析出所需的8K节目所在的频率点，然后依次锁频和接收对应的射频调制信号、解调解复用出对应8K节目的TS0-TSN节目流，之后机顶盒从TS0-TSN节目流中读取并解析出MPD媒体报告描述文件的信息，根据信息对TS0-TSN进行合并成一路所需的完整的8K节目的TS流，然后存储在机顶盒内置或者外置存储器上，用户待下载完后进行点播观看或者缓存后进行边下载边观看。
2.根据权利要求1所述的8K超高清节目流传输和接收方法，其特征在于，所述MPD媒体报告描述文件描述了8K节目数据流的相关信息，具体包括各类音视频参数、内容分段大小及时长、分段序号及数量、每段码率、节目分辨率以及其它标识符。
3.根据权利要求1所述的8K超高清节目流传输和接收方法，其特征在于，所述TID表插入在非8K节目打包成的TS01-TS0N中，用于确保机顶盒终端接受系统即使在不接收8K节目时也能接收到TID表。
4.根据权利要求1所述的8K超高清节目流传输和接收方法，其特征在于，所述机顶盒为DVB-C有线数字电视机顶盒。
5.根据权利要求4所述的8K超高清节目流传输和接收方法，其特征在于，在所述机顶盒终端接收系统中，对于只有一个Tuner和一个解调器的机顶盒终端，机顶盒CPU进行判断，当机顶盒的Tuner空闲时依次分别进行RF0-RFN的锁频和接收；当机顶盒有多Tuner和多个解调器时，CPU调用其它空闲的Tuner依次分别进行RF0-RFN的锁频和接收。
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