8K超高清视频全光品质承载技术白皮书

8K超高清视频全光品质承载技术白皮书华为技术有限公司HUAWEI 前言近些年来，随着各行业对品质的追求不断提升，视频需求量也大幅提升，应用范国广阅。精良的画质，优秀的视觉体验成为业内关注焦点。伴随着大屏面板价格下滑，超高清终端的应用场景出现百花齐放局面。在此背景下，视频技术正经历从高清向超高清演进，超高清（UitraHighDefinition，UHD）视频产业正面临全新机遇。超高清视频精细的图像细节、更强的信息承载能力和更广泛的应用范围，将在文教娱乐（超高清互动显示屏、超高清影院、超高清视频会议）、安防监控（如超高清安防监控）、医疗健康（如术野摄像机、超高清医疗监视器）、智慧交通（如路口交通管制、超高清行车记录仪等）、工业制造（如智能图像识别、非物理缺陷维修等）等行业领域得到广泛应用，能够极大提高信息服务精准化水平，全面提升人民生活品质。当前，央视推动的8K技术应用于春节晚会直、赛事直播、户外大屏应用都已经进入大众视野。随着技术和产业的发展，8K技术在其他领域也将会逐渐开花结果。随着超高清视频的兴起，以及对视频优质体验的关注，如何构建高质量的超高清视频承载网络是运营商当前首要考虑的问题。为了支撑超高清视频大规模高质量发展，本白皮书介绍了超高清视频产业发展情况和关链技术。同时，参考运营商在视频体验领域定义的评测方式，在实验室研究并发布承载8K视频的网络指标要求。最后介绍了全光承载网络架构及关键技术。本白皮书希望通过这些技术可构建起无阻塞的高质量视频承载网。运营商可根据自身网络基础、业务发展战略等因素综合选择最合适的、体现出业务竞争力的超高清视频承载网络部署方案。 目录CONTENTS超高清视频产业发展U11.1超高清技术概念011.2超高清视频产业发展现状1.2.1国内发展现状011.2.2国际发展现状01028K超高清视频技术介绍022.18K规频技术特点022.28K内容制作032.2.1视频采集032.2.2编辑及存储032.38K内客编码 038K超高清视频对网络KPI要求3.18K视频体验指标体系和采集方法053.1.1体验影响因053.1.2体验关键指标063.1,3体验评测规则063.1.4体验数据采集原理073.28K视频点播对网络KP要求083.2.1视频源083.2.2实验结果083.38K视频直播对网络KPI要求093.3.1视频源093.3.2实验结果093.48K超高清视频网络需求汇总09048K超高清视频全光承载解决方案104.1全光品质承载网解决方案架构104.1.1采集回传网114.1.2干线传输网124.1.3城域分发网134.2承费网关键技术184.2.1接口技术184.2.2切片技木194.2.3组播技水224.2.4QoS技术254.2.5保护技术4.2.6性能要求4.2.7管控要求附录：缩略语35 BK超高清视频全光品质承战技术白皮书01超高清视频产业发用01超高清视频产业发展口11.1超高清技术概念超高清技术是高清技术的延伸，代表了近年来音视频产业发展的主要方向。与高清技术（1920×1080约200万个像素）相比，4K（3840×2160，约830万个像素）超高清像素数为高清的4倍，理论清晰度为高清的2倍，8K（7680×4320，约3300万个像素点）超高清分辨率为高清的16倍，理论清晰度为高清的4倍。超高清视频提升了分辨率、亮度、色彩、慎率、色深、声道、采样率等指标，更高的技术指标，给观众带来极为清晰、逼真和沉漫感的画面，也使音视频数据量成倍增长。口1.2超高清视频产业发展现状1.2.1国内发展现状2019年工业和信息化部、广电总局、中央广电总台发布了《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022年）》，提出“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线。2021年晚，中央广播电视总台8K超高清电视频道试验开播，在除夕当天实现了8K版春晚在北京、上海、深圳等9个城市30多个8K大屏的同步播出。计划2022年北京冬奥会将实现8K直播。预计到2022年，我国超高清视频产业规模将超4万亿元，未来中国将成为最大的超高清市场。1.2.2国际发展现状8K全球主要媒体、运营商积极部署超高清视频，在伦敦奥运会、里约奥运会，日本NHK均进行了8K超高清电视实时转播。01 02.8K超高清规规技术个绍8K超高清规颖全光品质承载技术白皮书028K超高清视频技术介绍12.18K视频技术特点8K视频最直观、最显著的技术特点是高分辨率（7680×4320），与其他视频类型分辨率、像素对比如下表，IPTV 抑病炎型分州率标清（SD）<1280 × 720约30万高清（HD)≥1280 × 720约70万全高清（Full HD）1920 ×1080约200万4K超高清3840 × 2160约830万8K超高清7680 x 4320约3300万表2-1不同分辨率IPTV规频对比超高清视频质量六要素主要包含分辨率、顿率、色域、色深、动态范围、三维声。8K视频技术需同步突破高分辨率、高顺率、宽色域、高色深、高动态范围以及三维声等技术指标，才能够为观众呈现更为清晰、逼真和沉漫感的画面体验。技术指标合义影响分辨率图像分辨率（内容提供商提供片源中每一顺图片所包含的像素点数）/显示分辨率（显示器可显示的像素点）图像清晰度顺率视频单位时间内传输的图片赖数图像流畅度色域图像显示设备所能表现的颜色范围国像颜色种类丰高度色深存储1像素的三原色中一个额色所需要的位数图像颜色渐变平滑度动态范围用于描述画面中从最暗的阴影部分到最亮的高光部分的光量强度分布范围图像颜色细节（明暗对比）三维声通过音箱阵列或耳机为听众创造具有三维空间感、方位感的声音影像听众沉浸感表2-2超高清视频关技术指标清单02 028K超高清视频搜术介绍BK超高清视频全光品质承战技术白皮书8K目前主要分为三种类型：入门级8K、运营8K、极致8K，相应技术指标参见表2-3。类型分辨本色域亮度动态范。入门级8K7680 × 432030fps10BitSDRBT.202022.2运营8K7680 × 43206090fps10BitHDRBT.202022.2极致8K7680 ×4320120fps12BitHDRBT.202022.2表2-38K规频的三种品质类型口2.28K内容制作2.2.1视频采集在视频采集方面，主要涉及分辨率、顿率、画幅高宽比、色彩采样比和量化比特数等主要因素。在专业的采、编、播系统中，摄像机作为视频采集头端，负责采、录工作，主要涉及图像处理、编码、输出格式、接口、存储速率、网络传输等规格。8K摄影机自2012年起发展迅速，NHK、Hitachi、RED、Canon、Sony、Panavision等都推出了各自的8K摄影系统，目前8K摄影机主要应用于国家级电视台或大型电影公司。2.2.2编辑及存储8K视频由于超高码率的特点，对存储设备提出了更高的要求。通过JVCSuperHi-Vision摄像机视频采集长度为1分钟左右的8K（7680×4320）分辨率视频，需占用194GB存储空间。与此同时，8K视频索材的编辑通常需要多路同时叠加编辑，因此8K视频制播配备的存储设备必须在高I/O、高客量方面进行专门的优化，还要具备较高的可扩展性和较高的性能，以满足读写速率。2.38K内容编码编码设备是运用特定算法将8K视频数据转换成格式化视频文件的设备，包括硬件编码器、软件编码服务器、云编码服务等，需具有高压缩比、高质量流畅图像、高码流精度控制、多标准格式支持、低延时和低网络传输带宽等特性。编码设备需要具备相对处理4K、高清视频更高的I/O性能。同时，由于中国推出了AVS系列标准，也对编码器设备的编码功能提出了新的要求。 02 8K超高清提规技术介绍8K超高清规频全光品质承就技术白皮书在同等亘质情况下，更好的编码标准需具有存储体积更小、带宽占用更少、传输码率更低、画质更为细腻的优势。在编码标准方面，国内在超高清编码标准制定上处于全球领先优势，已经推出了AVS3新一代编码标准，能够支撑8K视频编码。按照市面主流H.265标准（350-1000压缩比），4K视频的传输速率约为12Mbps-40MbpS，8K视顿的传输速率约为48Mbps-160MbpS。 8K超高清视频全光品质承裁技术白皮书038K超高清视频对网络KPI要求038K超高清视频对网络KPI要求厂13.18K视频体验指标体系和采集方法3.1.1体验影响因素影响视频服务用户体验的关键因素包括视频源的体验、用户的交互体验和观看体验。视频源的体验，取决于视频源的清晰度、流畅度、保真度（色调、对比度）等因素，通盖了视频源的分辨率、顿率、码率、内容、编码和终端六个维度的指标。用户的交互体验，取决于系统对用户交互操作的响应速度，涵盖了平台、网络、终端性能指标，可以对用户一次观看行为中的EPG操作的响应、视频初始加载时长、频道切换时长，快进快退的响应等客观指标进行度量。观看体验，取决于观看过程中出现的节目信号质量，影响因素包括花屏、马赛克、卡顿等，可以通过视频信息的传输性能和质量损伤等客观指标进行衡量。用户体验视频源体验交互体验观看体验清晰度频道切换花屏流畅度初始加载卡顿保真度快进快退马赛克图3-1影响用户体验的因素05 03.8K超高清领对网络KPI要求8K超高清规颖全光品质承载技术白皮书3.1.2体验关键指标国内电信运营商并不直接生产视频源，对于提供的IPTV业务，只需要关注用户交互体验和观看体验，体验指标定义参见表3-1。业务体险萄标指标合义用户从按下遥控器，通过链接或菜单点击请求发起一个点播业务初始加载时长请求开始，至点播节目到用户侧的时间延迟快进快退响应时间用户从按下遥控器，发起一个点播快进快退业务请求开始，至点8K视频点播播视频的新时间片段到用户侧的时间延卡顿次数用户在指定观看时间内，终端因已下载数据量小于视频解码播放所需要的数据量，导致出现等待缓冲的次数卡顿时长占比用户在指定观看时间内，等待缓冲的总时长占总观看时间的比例频道切换时长用户从按下遥控器，发起一个频道切换业务请求开始，至推送新8K视频直播的频道节目到用户侧的时间延迟花屏次数用户在指定观看时间内，画面出现花屏的总次数花屏时长占比用户在指定观看时间内，画面出现花屏的总时长占观看时间的比例表3-1视频体验据标体系3.1.3体验评测规则本白皮书重点关注网络对8K视频的体验影响。因此，本白皮书只关注影响观看体验质量的指标项。参考运营商评测规则，最终选取最关键指标“视频卡赖时长占比”和“花屏次数”来评判用户的体验。指标项评判标准参见表3-2和表3-3。规频卡幅时长占比用户知0%观看过程“零”卡顿通过0~5%观看过程偶尔卡顿不通过>5%观看过程卡顿次数较多不通过表3-2点据业务评测指标初花屏次激用户感知评判标油0次观看过程无花屏通过1~2次观看过程偶尔花屏不通过>2次观看过程花屏次数较多不通过表3-3直播业务评测拍标06 8K超高清视频全光品质承战术白皮书038K超高清规频对网路KP/要求3.1.4体验数据采集原理即单次卡顿时长，最后将多次卡顿时长相加获得总卡顿时长。STB调用Android的MediaPlayer接口，通过播放器事件回调计算其指标，播放器事件主要包括：初始化播放器接口：initVidleo.播放器开始缓冲接口：prepareAsync首次播放事件MediaPlayer.MEDIA_INFO_VIDEO_RENDERING_START卡顿开始事件MediaPlayer.MEDIA_INFO_BUFFERING_START卡顿结束事件MediaPlayer.MEDIA_INFO_BUFFERING_END体验KQI的计算：1.首缓时间：首次播放事件时间一播放器开始缓冲时间；2.卡额次数：每监听到一次VediaPlayer.MEDIA_INFO_BUFFERING_START事件，卡锁计数器+1;3.一次卡顿时长：监听到MediaPlayer.MEDIA_INFO_BUFFERING_START，记录卡顿开始时间；监听到MediaPlaye