中国信通院-云化虚拟现实总体技术研究白皮书-2018-_76页_14mb

云化虚拟现实总体技术研究白皮书总结

核心内容

本白皮书由中国通信标准化协会发布，旨在探讨云化虚拟现实（Cloud VR）的总体技术架构与关键技术方案，为推动我国VR产业规模化发展提供标准化建议和技术指导。

Cloud VR 是一种将内容和渲染上云的虚拟现实技术，通过高速稳定网络将云端的显示和声音输出传输至终端设备，从而降低消费成本、提升用户体验、普及商业场景和保护内容版权。其发展面临的主要挑战包括时延和无线传输问题。

主要观点

• VR产业市场潜力巨大：2017-2022年VR产业年均复合增长率超过70%，预计2020年全球市场规模将超过2000亿元。
• 政策支持与产业生态形成：VR被纳入国家多项战略规划，我国VR产业生态初步形成，涵盖内容应用、终端器件、网络通信、内容生产系统等多个领域。
• Cloud VR是VR规模化发展的关键路径：通过内容和渲染上云，Cloud VR解决了本地VR终端性能和成本高、内容分发困难和版权保护缺失等问题。
• Cloud VR体验依赖“3I”特征：沉浸感（Immersion）、交互性（Interaction）和想象性（Imagination）是Cloud VR体验的关键要素。
• Cloud VR技术方案分为“云、管、端”三大层次，分别对应云端业务平台、网络传输和VR终端。

关键信息

1. Cloud VR 技术架构与关键挑战

• Cloud VR整体架构由云、管、端组成，分为弱交互和强交互两类业务。
• 关键挑战包括：
  • 时延：尤其是MTP（Motion to Photons）时延，需控制在20ms以内，否则会影响沉浸感和用户体验。
  • 无线传输：高码率VR内容对无线网络提出了更高要求，需解决带宽、时延和信号干扰问题。

2. Cloud VR关键技术方案

• Cloud VR视频传输方案：
  • 全视角传输：传输完整360度画面，兼容性好但对带宽和终端解码能力要求高。
  • 基于FOV的TWS传输方案：按需传输，减少带宽浪费，提升效率，已被MPEG OMAF工作组采纳。
• Cloud VR实时云渲染方案：
  • 端云异步渲染技术：分离云端基础渲染与终端头动渲染，实现并行处理，保障MTP时延。
  • 异步时间扭曲（ATW）与异步空间扭曲（ASW）：用于提升画面响应速度，减少延迟。
• 边缘云增量渲染方案：结合终端本地渲染与云端增量渲染，提升整体体验质量。

3. 网络传输技术需求

• 网络需求趋势：Cloud VR对网络提出大带宽、低时延、高稳定性要求。
• 网络解决方案：
  • VR-Ready网络：包括千兆家宽、5G接入、极简城域网等。
  • 智能化极简网络：向更低时延、更智能的传输协议演进。
• Wi-Fi技术演进：
  • 802.11ac：目前主流，但无法满足Cloud VR要求。
  • 802.11ax：性能提升显著，逐步替代802.11ac。
  • 802.11ay：下一代Wi-Fi技术，预计未来支持更高带宽和更低时延。
• PON技术演进：
  • GPON：无法满足Cloud VR需求。
  • 10GPON/25GPON/100GPON：逐步满足不同阶段的带宽需求。
• 5G技术使能：5G具备超大带宽、超低时延和超强移动性，是Cloud VR无线接入的重要支撑。

4. Cloud VR终端技术

• 终端形态包括VR一体机、Mobile VR和PC VR。
• 终端关键需求：
  • 轻量化：降低终端的计算和渲染压力。
  • 无线化：通过Wi-Fi或5G接入云端。
  • 高性能解码：支持Tile解码，提升解码效率。
  • 异步扭曲功能：支持ATW和ASW，减少画面延迟。
• 终端性能要求：
  • 解码性能：从10~15毫秒逐步优化到1~3毫秒。
  • 头动渲染性能：从3~5毫秒逐步优化到2~3毫秒。
  • 无线连接：从802.11ac逐步演进至802.11ax、802.11ay或5G。

5. 云化虚拟现实发展建议与展望

• 网络能力持续优化：千兆家宽和5G网络是Cloud VR发展的基础保障。
• 技术创新：推动云渲染、异步渲染、传输协议等技术发展。
• 行业应用普及：以需求为导向，促进Cloud VR在工业、医疗、教育等领域的应用。
• 标准制定与推广：进一步完善行业标准，推动Cloud VR生态建设。

技术发展阶段与性能要求

附录简述

• 交互响应时延：Cloud VR中MTP时延是核心指标，需控制在20ms以内。
• 缩略语：包括MTP、ATW、ASW、TWS等技术术语。

结论

Cloud VR的发展依赖于“云、管、端”三方面的技术协同，网络传输、终端处理和云端渲染是关键环节。随着5G、Wi-Fi 6/6E、边缘计算等技术的不断演进，Cloud VR将逐步实现从初级沉浸到完全沉浸的体验提升。未来，Cloud VR将在内容分发、终端优化、网络升级和标准化建设方面持续发力，推动VR产业的规模化发展。