CloudVR体验建网技术白皮书.pdf

中国 移动 浙江公司 Cloud VR体验 建网技术 白皮书 中国移动 浙江 公司 中国移动研究院 华为技术有限公司 2019年 11月 1 前 言 随着我国 5G 和城市千兆光纤宽带为核心的“双千兆网络”推进， Cloud VR 业务开始进入普通用户的影音、游戏等娱乐生活当中。当前 VR 产业蓬勃发展， VR 终端不断推陈出新、内容形式日趋丰富多彩。 但由于 Cloud VR 产业链条长，内容、网络 和 终端缺乏行业标准规范牵引 ，不利于 产业有序、协调发展。运营商在充分发挥自身通信网络、云资源优势 开展 Cloud VR 业务 的同时，如何低成本、快速上线并带给用户最佳体验，成为商用前的主要问题。浙江移动于 2019 年 4 月 17 日正式启动 5G 友好业务客户体验招募活动， 现场 招募了首位 5G 云 VR 体验用户 。为了 带给用户更好的 VR业务体验， 浙江移动联合 中国 移动研究院、华为 技术有限公司在 5G 现网下开展了 Cloud VR 业务体验测试、 输出了这份白皮书 。 测试过程受限于网络 、平台、内容、 终端等条件，尚有不完善之处，恳请批评指正。 白皮书编写小组： 郑远哲 、 杨佳明 、 闻君 、唐鑫、 汪海明、胡晓泽、沈琦、 臧亮、 刘少伟 、 刘旻 、 吴琼 、 刘德亮 、 杨友庆 、 杨子磊 、邓俊敏、 石亚光 、 叶忠 、 赖晓 、 商本德 、 金临一 、 马翠娟 、 司哲 、 龚余毅 、郝秀民 、 袁振龙 、 陶游劲 、苏绍立、赵贝贝、 杨蕾、周佳俊 、 高艳福 、 李可i 目 录 1 概述 - 1 1.1 前言 - 1 1.2 CLOUD VR 业务概览 - 1 1.3 CLOUD VR 业务体验建网 端到端规划原则 - 4 2 CLOUD VR用户体验模型 - 5 2.1 CLOUD VR 用户体验模型概述 - 5 2.2 CLOUD VR 用户 视听体验建模 - 6 2.2.1 体验建模过程 - 7 2.2.2 体验建模典型值 - 8 3 VR视频体验建网技术要求 - 14 3.1 VR 视频主要种类及业务特征 - 14 3.1.1 VR 视频主流模式 - 15 3.1.2 全视角传输方案 （ 4K 360） - 18 3.1.3 FOV 视频传 输方案（ 8K 360） - 20 3.2 VR 视频体验对速率和时延的要求 - 21 3.2.1 4K 360 以及巨幕电影对速率和时延的要求 - 21 3.2.2 8K FOV 对速率时延的要求 - 23 3.3 VR 视频建网技术要求 - 24 3.3.1 VR 视频建网技术要求（ HLS 协议） - 24 3.3.1 速率对 5G 覆盖干扰的要求 - 27 4 CLOUD VR游戏体验建网技术要求 - 32 4.1 CLOUD VR 游戏关键业务特征 - 33 4.2 CLOUD VR 游戏体验对速率、时延与丢包的要求 - 34 ii 4.3 CLOUD VR 游戏建网技术 - 37 5 固定家宽网络承载 CLOUD VR业务 - 37 5.1 家宽指标分解以及目标网络架构 - 37 5.2 家庭网络方案 - 39 5.3 接入网络方案 - 41 5.4 城域网络方案 - 42 6 总结 - 43 7 主要参考文献 - 45 1 1 概述 1.1 前言 虚拟现实 的 云化（ Cloud Virtual Reality, 以下 简称 Cloud VR）是将云计算、云渲染的理念及技术引入到 VR 业务应用中，借助高速稳定的网络，将云端的显示输出和声音输出等经过编码压缩后传输到用户的终端设备，实现 VR 业务内容上云、渲染上云。 图 1 Cloud VR的 价值 随着产业的不断推进，从爆款 VR 终端出现、业务平台 解决方案 成型、内容 不断丰富 ，到 有 运营商发布 Cloud VR 业务、并 有 用户在 家里 实际 开通 业务 ， 标志着 Cloud VR 产业已经趋向成熟。 本白皮书 重点介绍 面向未来的 主流业务 Cloud VR 业务的 体验 建网 技术要求 ，后续会随着技术发展与业务演进而不断补充、更新与完善 。 1.2 Cloud VR 业务 概览 Cloud VR 解决方案架构 由内容层 、 平台层、网络层和终端层四部分组成 。 2 图 2 Cloud VR 解决方案架构 1. 内容层 主要负责 向平台 层 提供 VR 内容， 包含 内容提供方 和 内容 聚合方， VR 的 内容 主要包括 Cloud VR视频 业务 及 Cloud VR 强交互 业务。 2. 平台层 平台层对 Cloud VR 视频业务和 Cloud VR 强交互业务提供云渲染、流化、转码、存储、编码等功能。 Cloud VR 视频业务平台 负责 VR 视频的导入、 转码 、存储 和 播控分发处理 ， 包含 VR 点播 系统 、 VR 直播 系统、 MDN&CDN等。 其 架构与 当前成熟的 IPTV、 OTT 视频业务平台本质区别 在于： Cloud VR 视频业务平台 需要支持全景视频数据传输，需要 布局 FOV 传输的能力。 Cloud VR 强交互 业务 平台 负责对强交互 业务 进行 渲染， 包含实例运行、 逻辑 计算、实时渲染、实时推流等 功能 ，为每个用户在云端生成一个应用实例，对其 VR 画面进行实时渲染、编码和推流。 VR 投屏系统 VR 投屏系统通过 建立可靠的消息 同步 机制， 使得 VR 头盔与机顶盒之间的消息 可以 互通，实现3 VR 内容在家庭电视上的同屏显示，可以随时与家人共享 VR 世界中的视野 。 3. 网络层 网络层主要包括骨干网、城域网、接入网 （ 包括 无线接入） 及家庭网络四部分，负责为 Cloud VR业务提供大带宽、低时延的稳定传输。 4. 终端层 Cloud VR 终端主要实现 VR 内容 呈现 、家庭 网络 接入以 及 用户鉴权 接入 等 功能。 通过 Wi-Fi/5G接入 网络 ，与 平台 层 连接 。 Cloud VR 业务应用场景丰富 , 产业潜力巨大 , 如果能广泛应用 , 将给人们的生活和生产方式带来革命性变化。 相关 研究部门在 VR 产业研究及海内外行业洞察过程中 , 将 Cloud VR 场景划分为 Cloud VR 2C 应用场景和 Cloud VR 2B 应用场景两大类 , 共 17 个场景。 Cloud VR 2C应用场景 Cloud VR 2B应用场景 Cloud VR 巨幕影院 Cloud VR 直播 Cloud VR 360视频 Cloud VR 游戏 Cloud VR 音乐 Cloud VR 健身 Cloud VR K 歌 Cloud VR 社交 Cloud VR 购物 Cloud VR 教育 Cloud VR 电竞馆 Cloud VR 营销 Cloud VR 医疗 Cloud VR 旅游 Cloud VR 房地产 Cloud VR 军事 Cloud VR 工程 4 1.3 Cloud VR 业务 体验建网端到端规划原则 业务 体验建网端到端规划的核心 原则 是统一规划、分域设计 ， 以 实现有效的 跨越 协同与 分域独立设计 。 通过对 Cloud VR 业务 的 QoE-KQI-KPI 多层映射 ， 发现 业务质量 的 QoS（ 速率、 时延 与丢包 ）是耦合业务、体验与网络 能力的 三 大 核心主线， 也是连接体验与网络的基准。 在 Cloud VR 业务 体验建网端到端规划中， 体验对网络的要求通常 可以映射到 端到端的速率 、 时延 与丢包 等 基准 要求 ，因此体验 建网 端到端 规划 往往 是 通过统一的 QoS 核心参数 速率、时延 与丢包 作为 基准， 在无线、 承载 、云核等联动， 实现 E2E 速率、时延 与丢包 的 统一规划与分域设计： 图 3 网络 端到端 路径示例 1、 移动网络中 空口是关键瓶颈，移动 网络 端到端 规划 的 核心 一般 是以空口能力 需求 估算为基准，先确定好空口，就可以以此确定好 从承载到 核心网 等 分域 设计基准。 2、空口能力需求估算 常见的 有三种模式，理论计算 、话务模型 以及简单估算 ，以速率为例： 1）理论计算 ： 如 20MHz 的 LTE 载波， 常规情况下（无 4T4R、 256QAM 等） 理论峰值速率可以到 150Mbps，一个基站常规 3 小区，单站带 宽 需求 按照 3*150=450Mbps 设计。 2）话务模型 ：通过分场景的复杂的并发用户数、不同业务与速率需求分布分析，得出场景化单站带宽需求，如高铁单小区并发用户 数 200 个 ，单用户保障速率约 500kbps，单站带宽需求要求大于300Mbps。 3） 简单估算： 实际网络设计中，客户往往 也会基于现网 能力 与需求估算 ，简单的把单站带宽 需求按照 100M、 300M、 1G、 10G 等来作为基准 。 3、以 空口能力 需求 估算结果 作为基准 ，获得 E2E QoS 关于速率 需求的核心要求，基于此核心参5 数作为统一规划，传递到承载、核心网 来 提供满足速率的能力，即可实现承载、核心网等的分域设计，并 达成 E2E 速率 能力 。 以此类推， IP-RAN、 IP-CORE 等都基于此实现统一规划与分域设计，达成 结果统一与相对独立设计的 协同 效果。 2 Cloud VR 用户体验模型 本章将概要描述 Cloud VR 业务体验目标到网络能力的 建模 方法论，包括映射方法和映射样例。后面 章节会详细描述 具体的体验建网技术要求 构建。 2.1 Cloud VR 用户体验 模型 概述 从现实环境的真实感知出发，用户的综合体验受到终端、网络、 平台、内容等多方面因素的影响，关键需求总结如表 1 所示。未来，随着技术的发展，触觉、嗅觉和温度感知，也将成为 VR 的重要体验需求。 体验需求 影响因素 终端 网络 平台 内容 沉浸体验 画面清晰 画面流畅 画质优 画面立体感 音质优 空间化音效 大视场角 画面无畸变 观看体验 无卡顿 无花屏 6 无眩晕感 无黑边或拖影 音视频同步 交互体验 自由度丰富 操作响应快 速 操作精准 内容加载快速 设备体验 VR头显 佩戴舒适 VR头显 续航持久 VR头显 便携 无疲劳感 视力障碍友好 表 1 - VR 体验需求及其影响因素 2.2 Cloud VR 用户视听体验建模 Cloud VR 用户视听体验主观评分标准采用的是 ITU-R BT.500，规定了视频质量和损伤的 5 级评分标度， VR 视频 /游戏体验量化感知评分（ MOS 值）也可采用类似的 5 级评分标度，评估人员根据视频质量体验情况，对视频质量和损伤进行适当的等级评分。 5 级评分标度将主观感知评分分为 5 级，范围从 15， 5 分最高， 1 分最低。具体评分表如 表 2 所示。 质量 (MOS值 ) 损伤 (主观描述 ) 5 优 4 良 3 中 2 差 1 劣 5 不可察觉 4 可察觉，但不讨厌 3 稍微讨厌 2 讨厌 1 很讨厌