全文：《中国联通4K IPTV技术白皮书》

这是2016年5月最新发布的《中国联通4KIPTV技术白皮书》全文！...

中国联通网络技术研究院

2

中国联通4K实验室

时间2016年5月

一、引言

2015年，国务院办公厅以国办发〔2015〕65号印发《三网融合推广方案》，加快在全国全面推进三网融合，推动信息网络基础设施互联互通和资源共享。《三网融合推广方案》提出六项工作目标:一是将广电、电信业务双向进入扩大到全国范围，并开展实质性工作，二是网络承载和技术创新能力进一步提升，三是融合业务和网络产业加快发展，四是科学有效的监管体制机制基本建立，五是安全保障能力显著提高，六是信息消费快速增长。

三网融合从2010年试点到现在的高速发展，使得广电、电信业务双向进入的范围不断扩大，也为TV视频业务发展带来了机遇与挑战。中国联通提出“实施聚焦战略，创新合作发展”，将TV视频业务定位为中国联通的战略性基础业务，构建以TV视频为战略核心的家庭客户全业务应用解决方案，打造家庭客户专业化运营及支撑服务体系，发挥光纤和LTE的带宽优势，为用户提供无处不在的视频体验，实现家庭客户全业务差异化市场竞争优势，树立家庭互联网综合信息服务品牌。

1.1  定位

一直以来，中国联通始终把建设宽带网络这一战略性基础设施，作为落实“网络强国”、“互联网+”行动计划、“提速降费”等国家战略的重要任务，抓实抓好，并取得了快速进展。在提速方面，我们加快推进固定网络向光纤化升级的进程，累计投入244亿元。目前已建成全光网络省7个，全光网络地市118个，光纤入户覆盖家庭 1.6亿户，较光改前提升1.1倍。

宽带网络光纤化改造为TV视频业务的引入奠定了良好的技术基础，而TV视频业务的成熟和发展也会推动中国联通宽带网络的持续建设。众所周知，4K意味着更高的分辨率、更高的帧率、更丰富的色域和更平滑的色深，在发展过程中必然会对联通乃至全产业链提出更高的要求。

第一，视频分辨率需求将从当前的标清内容为主，转向高品质、全高清内容。4K视频的高清晰、高码率并不是通过牺牲流畅性为代价的，用户期待的仍然是零等待的高清内容服务。这意味着在片源质量、终端支持、传送带宽、编码技术等方面需要全面提升，产业链协同发展才能满足新市场的发展要求。

第二，在每一个细节当中满足用户体验提升的要求。竞争激烈的信息服务业中，用户对体验极其苛刻，每一个细节都可能成为成败的关键。这个细节可能是内容切换的易操作性，也可能是简单布局却高效的遥控器，还可能是业务开通/订购/装机的便捷性，或者是外形美观而性能强劲的机顶盒等等。细节完美意味着体验完美，体验完美意味着商业成功。

第三，未来的视频体验将更注重满足人们的情感交流。视频不再仅仅是人们休闲消遣的娱乐，而是能够在人与人之间、家与家之间分享友情、亲情的纽带，联通致力于打造一个互动的、共享的平台，满足人们休闲娱乐和沟通情感的需要，不仅仅要在屏幕之间共享，更要将心与心之间连通。

基于IP传送的4K视频将能在分辨率、画面细节、帧率、色彩、景深、动态范围等方面全面进步，产生媲美IMAX的浸入式观看体验；同时又能够在人机交互、人际交流、M2M方面提供前所未有的崭新互动方式，因此必将引领下一代视频业务的变革，甚至重新定义下一代视频体验。

TV视频业务的发展是一项系统性的综合工程，需要从系统角度，对家庭网络及机顶盒、TV平台、CDN、网络侧等环节进行端到端综合规划，从而推动TV业务的整体工作进展。

1.2  举措

为更好地推动中国联通4K TV视频业务的发展，联通集团通过对外、对内整合各类资源，成立相关产业联盟、运营中心、研究团队，为4K TV视频业务的推进提供整体性支撑保障。

4K产业联盟

2016年3月23日，中国联通在济南举行“提速降费工作推进会暨4K超清产业联盟成立仪式”。华为、乐视、芒果TV等国内主要4K设备制造商、服务商及内容商代表共同见证了“4K超清产业联盟”的成立。“4K超清产业联盟”的成立意味着消费者可享受到前所未有的4K超清视觉盛宴，也标志着中国联通在积极落实国家“宽带中国” 、“提速降费”及 “三网融合”战略上迈出了更为扎实的步伐。

TV增值业务运营中心

中国联通TV增值业务运营中心是中国联通第一个全国家庭互联网业务运营中心，可以帮助合作伙伴实现合作产品的一点接入、快速上线、全网覆盖、高效运营，并推出4K超高清、游戏、教育、音乐、购物、健康等基于TV屏的各种应用服务，以及让“沃家电视”成为用户的家庭娱乐中心、便捷生活助手和亲情沟通纽带。

中国联通TV增值中心通过合作创新模式，充分借助其统谈优势能力，在行业内创新TV视频应用业务合作模式。截至2016年1月底，TV增值中心累计引入TV内容合作方127家，上线TV应用1108款，视频内容10万小时，歌曲5万余首。

4K实验室

为整合联通内部TV研发力量，在集团市场营销部、网络建设部、运行维护部、技术部等相关管理部门支持下，委托联通网络技术研究院成立“中国联通4K实验室”。 全面承接集团IPTV相关技术研究支撑工作，推动4K TV业务端到端系统性研发。

目前，4K实验室已经制订完成，并正式发布了涉及业务、产品、网络、平台、终端、测试、服务在内的多项TV视频标准与规范，为中国联通TV视频业务发展奠定了坚实的技术基础。4K实验室目前分为五个课题组：

业务组：负责4K业务相关规范制订、业务创新、产品研发等工作；

终端组：负责4K IPTV终端以及其他家庭互联网终端规范制定、技术评估、研究测试等工作；

CDN/平台组：负责IPTV平台与CDN技术规范制定、评估测试等工作；

网络组：负责4K端到端城域网、接入网技术解决方案研究、网络性能质量监控研究，提出相应部署策略等工作；

实验室运营组：负责4K实验室建设及日常运营管理。

超宽带接入及应用产业联盟

超宽带接入与应用产业联盟于2015年9月成立，目的是为了协同产业内各方进行专业化研论和产业推进。联盟由中国联通牵头，联合行业内设备厂家、芯片厂商、ODN厂家、光纤光缆厂商，包括华为技术有限公司，中兴通讯股份有限公司，烽火通信科技股份有限公司，上海贝尔股份有限公司等共计20余家家企业。

超宽带接入及应用产业联盟将目标定于三个方面：1.以“宽带中国”战略为目标，整合全球产业资源；2. 以创新性的新技术、新产品、新应用、新业务为要求，做好联盟未来的规划布局与实施纲要；3. 定位高水平超宽带产业链，建立高效的联盟内部协作与外部运作机制。

超宽带接入及应用产业联盟的成立，是为了积极响应国家策略，将致力于推动下一代光接入产业成熟和大规模应用，努力推动宽带网络的快速发展，带动相关业务发展与应用，促进国家的信息化建设，充实人民的社会生活。



二、市场发展

4K视频带给人的将是一个全面的浸入式体验，将完全改变用户的体验方式，从而引发下一代电视体验的变革。

2.1  定义

“4K”是特定分辨率数量的简称，分辨率达到4096 × 2160，则可以称为4K。因为电视机大多为16:9的长宽比，故一般分辨率为3840×2160。4K视频不仅仅是分辨率的进步，它代表了一个影院级体验，是将IMAX级别的电影体验在家庭的延伸；视频质量将从当前的标清内容为主，向高品质，高清晰度的4K演进；同时能够在家庭内部、家庭之间进行连通，充分分享友情与亲情，更加注重满足人们的感情交流。

2.2  现状

IPTV业务在发展初期，用户对IPTV熟悉度不高，普遍对接入价格比较敏感，且IPTV初期内容应用上也没有特别的亮点，仍以传统的电视直播、点播为主，缺乏丰富的IPTV增值应用。IPTV业务具有很强的规模效应，适宜实现扩大市场和降低单位成本二者之间的良性循环，同时还具有明显的网络效应，规模扩大会带来明显的网络效应，吸引更多的用户加入。

4K电视即将迎来爆发增长期，而中国市场将成为4K电视的重中之重。2013年中国已经成为4K电视的主战场，可以判断出4K电视在中国将有非常大的空间发展。与此同时，机顶盒也将迎来快速增长期，高清机顶盒的规模在2015年已经超过标清机顶盒的规模。由此可见，高清甚至超高清机顶盒将成为中国未来IPTV数字机顶盒的发展目标。

随着宽带中国战略的发展，光纤入户的普及，4K电视机及高清机顶盒的爆发式发展，人们对4K视频的需求将不断增加，但是4K视频业务仍然处于发展初期，考虑到4K产业趋于成熟，保守估计4K视频用户未来的转化率在30%左右。

2.3  挑战

4K业务的发展前景虽然广阔，但依然存在瓶颈，这些瓶颈限制了业务进入快速上升通道，疏通这些瓶颈需要依赖产业链条上各个环节的通力协作。

首先，4K片源不足限制了市场对4K视频的认知。目前市场上屈指可数的4K超高清片源还远不能满足用户期望，甚至是4K视频的采集设备都没有普及，体验过真正4K的用户寥寥无几，市场培育还很不足。

其次，4K播放终端虽然取得了一定突破，但仍然需要更多的时间与更大的投入。尽管4K电视出货量增长很快，支持4K标准的机顶盒也在高速成长，但在未形成规模效应时，终端问题仍然会困扰市场，价格与质量会影响市场的选择。

最后，视频传输与服务还需要提升。尽管光网改造已经取得了积极的成果，但4K视频高码率、低时延的要求仍然对带宽产生了一定压力，尤其在业务进入快速增长期时，会在短时间内爆发大量的需求，这既要求运营商具备市场前瞻能力和快速应对能力，也需要编解码技术、CDN服务、动态码率适配等方面的持续进步。

基于IP的4K视频业务是落实国家“三网融合”政策的重要举措，是信息服务业的下一个蓝海，是科技进步与人们追求极致视觉体验的结合。尽管目前仍然面临较大挑战，但随着产业链各方的努力，必将引领新一轮时代潮流。



三、网络建设

打造高速的中国联通宽带精品网络是发展4K TV视频业务的基础，与传统标清、高清不同，4K视频业务的引入对于宽带网络所提出来的需求不仅仅局限在接入带宽，用户感知的优劣将会是影响4K TV视频业务发展的关键。因此，为了提升4K TV视频业务的用户感知，需要在接入网、城域网、TV平台、CDN等多个环节进行升级改造。

视频业务主要包括IPTV和OTT视频。IPTV有直播和点播两类主要业务，其中直播业务以标清（480P）为主，逐步向高清（1080P）过渡，并有可能提供少量4K的轮播频道。高清的点播业务一般采用8M-12M的恒定速率编码，需要的网络带宽一般在12M-16M。4K点播业务按照不同的采样率及编码方式，城区达到100M以上，农村达到50M以上，同时对网络时延小于20ms时，丢包率应低于1.3*10-4。对于和联通合作的OTT视频，除流媒体传输协议采用自适应可变编码方式，码流相比IPTV业务有所降低外，其它网络要求基本一致。

家庭网络在采取综合布线时时延系统联动-->实时路径还原-->关键节点U-vMOS对比定界-->逐跳网络KPI分析定位”的端到端思路来解决，如下图：

Step1：体验劣化感知

通过视频质量监控系统例行监测，感知用户U-vMOS/MDI/吞吐率/速率/端到端时延和丢包等关键指标。通过U-vMOS感知到用户体验劣化产生。

Step2：系统联动

通过系统间接口，用户启动/停止观看、体验劣化时发送事件通知网络质量监控系统，并附带视频业务流五元组（源IP地址、源端口、目的IP地址、目的端口和传输协议）信息，以及劣化时刻用户U-vMOS/KQI指标。

Step3：实时路径还原

网络质量监控系统接收到视频业务流五元组后，通过查询三层路由转发表、BAS设备ARP表、二层设备MAC地址表、NAT地址转换表等相关信息，实时端到端还原用户所观看的视频业务流路径（ONT-OLT-LSW-BAS-BR-CR）。根据实际组网情况，实时路径还原需要考虑Native ETH、L3VPN、L2VPN、多层NAT、链路负载均衡等多种组合场景。

Step4：关键节点U-vMOS对比定界

视频业务路径还原后，网络质量监控系统启动网络关键节点U-vMOS监测(如STB、ONT、CR等)，通过对比U-vMOS分值劣化情况，快速定界问题。例如：CR处U-vMOS得分5,ONT处得分4.8，STB处U-vMOS得分2.0，可判断质量劣化发生在家庭网络。

Step5：逐跳网络KPI分析定位

视频路径还原后，在路径（ONT-OLT-LSW-BAS-BR-CR）所有上下行端口启动秒级性能监控、视频流性能测量时延丢包，逐跳获取KPI指标。在KPI趋势图上，叠加呈现视频质量劣化事件和U-vMOS/KQI信息，以支持故障定位。

[/b]

四、终端演进

2015年根据联通集团公司提出的“中国联通三聚焦战略”，TV视频业务作为联通战略性、主导性、基础性业务，是“智慧沃家”的核心应用，是加快高速光纤普及、提升宽带客户感知、增强宽带客户黏性的关键驱动因素。机顶盒作为用户的体验入口，其功能和性能的演进至关重要。

从2016年开始，联通机顶盒将会全面采用4K四核、搭配安卓系统的智能型机顶盒。中国联通IPTV机顶盒的发展总体上将会呈现如下特点：

终端形态将不再局限于机顶盒本身，还将会扩展到智能电视和光猫机顶盒一体机等设备形态；

视频编解码能力将会从原有的标清、高清升级到4K；

机顶盒所支持的业务将从原有仅提供IPTV业务扩展到引入更多、更丰富的增值业务，例如视频通话、娱乐游戏、云盘存储、智能家居等；

未来，随着TV屏IPTV业务的普及， IPTV将以TV屏为核心，逐步向手机屏扩展，实现多个屏幕互相协助，共通发展的状态。

随着技术及功能的发展，4K IPTV智能终端总体上向以下几个方面演进：

智能化：友好的API界面，易于集成和支持各项扩展应用的开发；支持多种控制方式：终端控制、远程控制、远程管理，可在线升级；

高清化：4K及高清视频直播、回看、点播，4K及高清媒体文件本地播放（音视频、图文）；

娱乐化：支持视频通话、多屏通信、互联网访问、体感游戏、在线游戏；支持外置存储设备，进行录制和播放；

云端化：具备云存储、DLNA功能，智能接入云平台，享受各种云业务。

芯片作为终端盒子的核心器件，它的发展演进需要能匹配联通的4K战略。终端芯片的演进路线如下：

标清芯片：支持480P的解码能力，单核CPU，无GPU，只能开展标清的视频直播，点播业务。

高清芯片：支持1080P的解码能力，720P的H264编码能力，单核A9 CPU，无GPU ，采用linux的操作系统。

高清智能芯片：支持1080P的解码能力，720P的H264编码能力，双核A9 CPU，2核GPU ，采用android 2.2的操作系统。

4K芯片：4KP30的解码能力，1080P的H264编码能力，4核A7 CPU，4核GPU，采用android4.4系统。

全4K芯片：支持4KP60的解码能力，HDR，WCG，DRM，1080P的H265编码能力，4核A53架构的CPU，4核GPU，采用android5.1系统。

8K芯片：支持8K的解码能力，VR，全景视频播放，CPU，GPU都采用最新的架构。Android系统也会采用最新的版本。

4.1  总体架构

传统的电视终端为Linux操作系统，提供数字直播、点播和时移回看功能，但随着电视的高清化、IP化及OTT等娱乐业务的多样化快速发展，传统的电视终端向智能化终端过渡成为必然。

为满足IPTV、OTT及智能业务的发展应用，智能终端相对于传统终端在总体架构上有了大的提升，主要包括硬件层、操作系统层和应用层，总体架构如图4-2所示：

如图4-2所示，智能终端所涉及的各层功能定义如下：

（1）硬件层：主要包括智能终端的基本硬件设备、硬件接口和外设。

（2）操作系统层：主要包括驱动、各种函数库、应用API 以及基本的可调用应用。根据其在操作系统运行过程中所起作用的不同，可分为：

——引导程序：普通域中的引导程序是机顶盒在启动过程中CPU 执行的第一段片外代码，引导程序可根据不同的启动状态执行系统恢复程序或系统内核。

——系统恢复程序：可对系统内核、系统数据区、应用数据区进行升级、初始化等管理。

——系统内核：该部分执行后将系统引导到机顶盒的正常功能状态，在该状态下用户可通过机顶盒正常使用业务功能。

——系统数据区：是机顶盒最小的应用软件与数据存放区，机顶盒只能通过软件升级与恢复对系统数据区进行修改。

——应用数据区：是用户选装程序与数据的存放区域，机顶盒可在运行时对该区域进行修改操作。

（3）应用层：主要包含了定制的管理客户端和业务应用客户端，包括IPTV、终端管理、互联网音视频等各类应用。

4.2  技术要求

智能终端不仅要提供传统的电视直播、点播、时移回看功能，还需提供OTT、视频通信、多屏互动等新兴业务功能，并具备智能业务的扩展能力及兼容能力。因此，为满足上述的功能特性及业务扩展，需对智能终端在硬件、软件及业务能力上进行规范和要求，保证中国联通所需智能业务的正常开通和运营。

（1）硬件要求

硬件是软件和业务运行的基础，智能终端的硬件能力体现在CPU、RAM、FLASH等内置硬件，并需对盒端面板、电源以及外设接口进行规范要求；盒端外设硬件还包括盒端遥控器、摄像头、麦克风、体感设备等；盒端电气性能能保证智能终端的有效性和稳定性，主要在视频信号要求、音频信号要求、环境适应性、安全性、可靠性、电磁兼容性、抗干扰性以及供电、噪声等方面进行了规定。

此外，智能终端的硬件接口需具备HDMI、复合视频输出、色差分量输出、USB接口、以太接口，并带有Wi-Fi模块，可实现有线无线的接入。

（2）软件及操作系统要求

传统电视终端为Linux操作系统，业务的扩展性和智能化操作性较差。而智能终端软件是基于Android操作系统，业务功能的扩展较灵活。基于Android操作系统可根据实际情况分别在Linux Kernel、Libraries、Application Framework、Application等各层进行扩展业务功能的定义，并对于IPTV应用、终端管理模块进行区分。

目前智能终端的操作系统版本要求为Android 4.4及以上。

此外，考虑IPTV终端、业务的安全性方面，智能终端操作系统还要求阻止用户通过USB、Android Market等非联通渠道进行APK的安装，阻止用户自主使用浏览器，同时盒端操作系统可视需求将一些与盒端业务不相关的组件裁剪，如闹铃等。

（3）业务要求

基于Android智能操作系统，智能终端需满足IPTV业务、OTT视频业务及其他基于Android智能操作系统的增值业务的业务需求，具体业务功能包括：

支持高清、标清IPTV视频直播、点播业务；

支持OTT视频业务；

支持其他基于Android智能操作系统的增值业务，如视频通信、多屏互动等；

具备对IPTV基础外设及其他服务于Android设备的常见外设的驱动能力支持。

下图为智能终端可支持和扩展的业务类型。

4.3  设备形态

智能终端主要的用户群体是家庭用户、酒店及小范围的商务楼宇，不同用户群体在布线、摆放位置等方面的要求也不同，为满足不同的应用场景和不同用户的需求，智能终端可分为以下三种设备形态：

智能机顶盒

智能机顶盒由传统的机顶盒演进而来，是具有智能操作系统的家庭网络中的一个应用设备；通过家庭网关既可访问专用网络也可访问互联网络，并可通过直接连接电视机和音响等播放设备向用户提供页面信息浏览、视音频播放、APP应用、可视通信、家庭媒体共享、游戏等交互式应用功能的多媒体终端。

智能机顶盒一般需与家庭网关配合使用，通过家庭网关为机顶盒提供网络接入，主要的用户群体是家庭用户。下图为智能机顶盒的设备及接口的样式图。

智能电视一体机

智能电视一体机是一种将电视机（显示屏）和机顶盒（计算处理硬件）合二为一的智能终端，即将机顶盒内置于电视机。一体机功能跟机顶盒一致，具有智能操作系统，通过家庭网关既可访问专用网络也可访问互联网络，支持IPTV、OTT、媒体共享等业务。

智能电视一体机一般也需与家庭网关配合使用，通过家庭网关为机顶盒提供网络接入，适用于机顶盒摆放空间不足，或想节省位置空间的用户。下图显示为智能电视一体机的设备样式。其硬件接口要求与智能机顶盒的要求相同。多媒体融合网关

多媒体融合网关是将机顶盒及家庭网关设备融合，通过融合终端同时提供网络接入和视频业务功能，降低家庭终端成本。其机顶盒功能与网关功能互不影响，多媒体融合网关中机顶盒功能与智能机顶盒的功能多媒体融合网关一致，具有智能操作系统，实现IPTV及OTT、媒体共享等业务。

多媒体融合网关适用于宽带网络接入位置和电视摆放位置在同一处或距离较近的场景，主要应用于酒店、商铺、医院等大客户接入，后期随着光改的不断深入，也可以应用于老旧小区改造。下图为融合网关的设备和接口的样式图。

[/b]

五、结束语

中国联通将视频业务作为“智慧沃家”家庭应用场景解决方案的核心业务，构建“TV宽带全业务”的差异化竞争优势，提升家庭客户业务的全业务粘性和服务感知。随着物联网、云计算、移动互联网等新技术的广泛应用，宽带中国、互联网+、信息消费扶植等政策的制定和实施，以TV视频和家庭互联网为基础的智慧家庭业务开始在国内加速落地。

    关注 5G