2016年面向VR业务的承载网络需求白皮书.pdf

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1、 华为 iLab 极致体验 VR 技术白皮书 面向 VR 业务的承载网络需求白皮书(2016) 华为 iLab 发布 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 1 1 VR 业务和应用概述业务和应用概述 虚拟现实(VR)被誉为“下一代互联网”和“下一代计算平台” 。根据业界的共识，VR 是 计算机构造出虚拟环境（Virtual Environment） ，这一环境可以来自复制的真实世界，也 可以是想象的灵境，人在这一具备立体空间信息的虚拟环境之中进行实时的互动。 VR 具有多感知性（Multi-Sensory）

2、，根据 J.J.Gibson 提出的概念模型：人的感知系统可 划分为视觉、听觉、触觉、嗅/ 味觉和方向感等 5 部分。因此 VR 应当在视觉、听觉、 触觉、运动、嗅觉、味觉向用户提供全方位的表现， MPEG 研讨会议上，也认为 VR 是一种不同于视频和音频的新媒体类型。 根据这一定义，VR 的概念覆盖了很多种关键技术和应用形态。例如 VR 涉及的关键技 术包括： 360 全景视频； 自由视角技术(Freeview-point)； 计算机图形学(Computer Graphics)； 光场技术(Light Field ) 等 基于上述关键技术，VR 可以衍生出很多应用形态(application

3、)。例如基于 360 全景视频 技术的在线点播和事件直播，基于自由视角技术的在线点播和事件直播，基于计算机图 形学的 VR 单机游戏、VR 联网游戏、VR 仿真环境等。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 2 这些应用形态也会对应到不同的市场场景(scenarios)， 例如高盛将 VR 的市场领域分为游 戏、事件直播、娱乐视频、医疗保健、房地产、零售、教育、工程和军事。 VR 的三要素是： Spatial用户感知到的虚拟环境信息是立体空间的，蕴含着海量信息。 Interact用户能够和虚拟环境中的空间数据

4、以及其他用户进行信息互动， 信息在 用户间形成连接与流动。 Real-Time用户在虚拟环境中的信息互动是实时的，要求信息连接的实时性。 根据 VR 的三要素，无论是哪一种 VR 应用，在变为网络在线应用时都涉及海量信息的 实时连接和流动，都会不可避免地对网络架构产生新的影响和挑战。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 3 2 VR 360 视频是最先繁荣的在线视频是最先繁荣的在线 VR 业务业务 2.1 VR 360 视频产业发展趋势分析 VR 360 视频提供了观察者所在物理位置上水平方向（经度）360

5、 度、垂直方向（纬度） 180 度全包围的物理空间视域，用户可以通过改变头部的位置、或者通过鼠标、遥控器 等输入设备实现视角的切换，从而带来身临其境的体验。 结合对用户、技术、硬件、内容、标准等产业要素的分析，我们认为在 VR 的诸多关键 技术和应用形态中，基于全景视频(Panoramas)技术的 VR 360 视频将成为最先繁荣的在 线(Online)VR 应用。 根据高盛 2016 年发布的 VR/AR 产业报告，基于 360 全景技术的 VR 事件直播和 VR 视 频娱乐到 2020 年将拥有 5200 万用户，其中事件直播 2400 万，视频娱乐 2800 万，占 VR 应用领域全部预

6、期用户（1 亿 3 千万）的 40%，而到了 2025 年，VR 360 视频的用 户群将达到 1 亿 7 千 4 百万，其中事件直播 9500 万，视频娱乐 7900 万。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 4 单位：万 目前，在互联网行业的率先布局带动下，VR 360 视频的内容源和用户群已初具规模： 近一年来的在线近一年来的在线 VR 360 视频内容源视频内容源增长迅速增长迅速。Youtube 设置了 360 视频专区，新上传 的VR 360视频达8000多部;为Samsung Gear和Ocul

7、us CV1提供内容的Oculus 360 Video 市场片源数量已达 1000 部以上;Vrideo 是专注于 360 视频的内容平台，为 HTC Vive、 Oculus 和 Samsung Gear 提供高质量的 360 视频在线内容，其中全视角 4K 分辨率的 360 视频已达 400 多部，占其总量的 70%；国内传统的互联网视频公司优酷、乐视和爱奇艺 也已设置 360 视频专区，专注于内容生态的建设，片源多为自制的综艺类节目，数量也 已有数百部；Next VR 的在线业务包括 VR 360 直播/回放、VR 360 电影和纪录片点播， 已成功地为 NBA、 美国高尔夫球公开赛、

8、国际冠军杯等知名赛事进行了高质量的 VR 360 直播。 VR 360 视频消费同样飞速增长视频消费同样飞速增长。VR 视频的用户群和点击量也颇为可观，特别是热门视 频。Youtube TOP N 的热门 360 视频日均点击可达 20.5 万，优酷 VR 频道热门 360 视频 日均可达点击 4 万，Samsung Gear 也已拥有 100 万月活跃用户。 2.2 VR 360 视频用户行为趋势分析 2.2.1 用户业务渗透率预测 VR 360 视频业务的用户渗透率及其带来的流量趋势，对分析其对承载网架构的影响至 关重要。 2016 年互联网女皇玛丽米克尔发布的互联网趋势报告显示，2015

9、 年底全球互联 网用户已达 30 亿，增长率呈稳定下降趋势，连续四年维持在 10%9%之间。我们结合 历史数据和咨询公司分析报告数据， 使用几种常用方法得到的全球互联网用户趋势数据 如下： 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 5 年份 2015 2018 2020 2025 线性趋势预测 (9%8%之间) 30 亿 38 亿 44 亿 58 亿 二项式趋势预测 30 亿 38 亿 44 亿 62 亿 分析师报告 / 36 亿(eMarketer) / 47 亿(微软) 结合上述数据，我们可取 2020 年和

10、 2025 年的全球互联网用户数的预测值为 44 亿和 60 亿。根据高盛报告给出的 VR 360 视频用户数预测，届时用户渗透率如下： 应用业务渗透率 2020 年 2025 年 VR 娱乐视频 0.55% 1.32% VR 事件直播 0.65% 1.58% 2.2.2 用户观看习惯和平均流量预测 如前文所述，在 2016 年现有的 VR 技术下，由于终端和内容的体验问题，用户单次观 看时长很难超过 20 分钟。在 VR 360 视频普及的过渡期，业界会采用传统终端和 HMD 互补的折衷方案。而随着终端和内容的体验的改善，用户单次观看时长也在不断增加。 我们预测到 2020 年，用户单次观看

11、时长最长可达到 60 分钟，到 2025 年，用户单次观 看时长最长可达到 120 分钟以上，与现在的传统长视频观看习惯相仿。 （1）视频娱乐视频娱乐 中国 VR 用户行为调查(2016)指出，目前 VR 用户的日均使用时间是 34 分钟，用于 观看 VR 360 视频的时间约为 10 分钟。高盛报告则认为，VR 娱乐视频的潜在用户群与 今天的 Netflix 在线视频用户类似。 从长期角度讲， 这也是 VR 视频内容的目标市场， 2025 年 VR 娱乐视频应当达到 Netflix 传统视频用户的收视水平。而据 TDG Research 在 2015 年的研究表明 Netflix 全球范围内

12、的订阅用户日平均观看时长达到 93 分钟，这也是我们 预测在 2025 年 VR 360 娱乐视频用户的日均观看时长。 考虑到终端的特点，我们认为 VR 360 娱乐视频的更多应用场合是家庭客厅，在用户在 晚间休闲时段（19:00-23:00）和其他时段的使用时间占比为 8:2，也就是说，晚间休闲 时段平均每小时用户观看时长可以视为日均观看时长的 20%。 由于一个用户群在并发使 用业务时流量的削峰填谷效应， 可以视作用户使用业务产生的总流量在一小时内是均匀 分布的，基于这个推论我们可以近似得到观看娱乐视频的用户产生的平均流量。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-0

13、9-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 6 年份 2016 2020 2025 日均观看时长（分钟） 10 52 93 晚间休闲时段(19:00-23:00)比例 80% 80% 80% 晚间休闲时段(19:00-23:00)每小时每用户产 生业务时长（分钟） 2 10.4 18.6 晚间休闲时段(19:00-23:00)流量 B:VR 360 视频码率 N1:网内 VR 娱乐视频用户数 2*60*B* N1/3600 10.4*60*B* N1/3600 18.6*60*B* N1/3600 （2）事件直播事件直播 根据高盛 2016 年报告，最初用户每年将观看 2 场事

14、件直播。随着内容的丰富，观看数 量会越来越多，2025 年将达到近 4 场。演唱会的时间长度多在 1.5 小时到 2 小时之间； 一场 NBA 篮球赛的直播时间长度在 22.5 小时之间；一场足球赛的直播时间长度在 2 小时左右。综合取一场事件直播长度为 2 小时。考虑到事件直播的收视具有极其明显的 潮汐效应，使用日均观看时长无法合理反映事件直播的用户习惯，应引入收视率来衡量 其对网络的影响。收视率是指某一时段内收看某一节目的人数占观众总人数的百分比， 我们认为一个直播事件可根据其影响范围和关注度，分为重大事件（如奥运会开幕式， 抗战 70 周年阅兵） 、热点事件（如美国总统大选）和一般事件（

15、如演唱会、综艺节目只 有特定兴趣和偏好的用户会关注） 。 我们将获取到的历史上这些事件的直播收视率数据， 作为分析的参考。同时由于公知性常识，我们认为某个量级的事件收视率不会随着时代 变迁而发生巨大变化，影响不同年代事件直播流量的因素更多取决于 VR 360 视频的码 率和事件直播用户总数。 重大事件 热点事件 一般事件 收视率 R 8%-15% 2%-8% 0.5%-2% 事件直播期间流量 B:VR 360 视频码率 N2:网内 VR 事件直播用户数 N2*R*B （3）叠加情况）叠加情况： 年份 2016 2020 2025 直播事件发生在晚间 休闲时段(19:00-23:00) 2*60

16、*B*N1/3600+ N2*R*B 10.4*60*B*N1/3600+ N2*R*B 18.6*60*B*N1/ 3600+ N2*R*B 直播事件发生在其他 时段 N2*R*B(其他时段的点播流量和晚间休闲时段相比较小，可 忽略) 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 7 3 VR 360 视频的业务原理和网络要求 3.1 全视角和 FOV 用户在虚拟环境中的视野可以认为是一个空间球，左右横向全视角展开是 360 度，上下 纵向展开是 180 度。用户在使用终端时，单眼实际看到的视觉信息只是全部球面数据

17、的 一部分，这部分面积由终端提供的视场角决定(Field of View，即 FOV)。 如 FOV 为 90 度，则单眼可视信息仅为球面信息的 1/8；FOV 为 120 度，单眼可视信息 仅为球面信息的 2/9 。如果在电视/Pad/Phone 等传统终端上使用 VR，视场角远小于 90 度，则不涉及这一概念。 3.2 画质体验和交互体验 VR 面临的体验问题可分为感官体验问题和生理体验问题，业界迫切需要克服生理体验 问题以加速 VR 普及。目前生理体验主要有四类问题，业界也在探索这些问题的改进方 向。 问题问题 1：视觉信息质量。根据众所周知的常识，过低的画面质量引发的视觉疲劳会带来 眩

18、晕感。业界近几年的重点努力方向是 VR 360 视频的内容质量优化，提升分辨率和画 质效果。 问题问题 2：头动和视野延迟（ Motion-to-Photons Latency, MTP） 。业界的主流观点认为， MTP 延迟不能超过 20ms， 否则会引起眩晕感。 目前领先的 VR 终端厂商如 Oculus、 HTC Vive 已经通过提升端到端软硬件性能，从传感追踪元件、显示屏技术、GPU 入手，已 经将 Motion-to-Photons Latency 本地化削减至了 20ms。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有

19、华为技术有限公司 8 问题问题 3：运动感知冲突。如果运动反馈输出缺失，导致人的身体运动与眼睛看到的虚拟 信息不匹配，因而产生眩晕感。要解决这个问题，需要业界丰富 VR 终端的多感知性， 提供包括视觉、听觉、触觉和动作反馈的融合能力，充分发挥 VR 新媒体的作用。 问题问题 4：视觉辐辏调节冲突（vergence-accommodation conflict） ：即调焦冲突，存在于利 用双目视差原理的显示终端上。由于屏幕发出的光线并没有深度信息，眼睛的焦点就定 在屏幕上，眼睛的焦点调节与视觉景深不匹配，从而产生眩晕。这一体验问题需要新技 术解决，即通过光场记录和投影技术，记录并还原光从空间立体

20、中的点发射的强度和角 度，让人眼的视觉辐辏和焦点匹配。这一技术将在未来发展的更为成熟。 本章节主要对业界近年重点突破的两个问题进行阐述，视觉信息质量对应画质体验，头 动和视野延迟对应交互体验。 画质体验 由于虚拟现实中存在视觉全视角和 FOV 的区别，传统意义上描述 OTT 视频的分辨率对 应于 VR 360 视频的球面全视角分辨率， 真正决定 VR 360 视频画质体验的是单眼分辨率 (FOV 分辨率)，可换算为在 FOV 区域中每个角度可见的像素数量(Pixels per degree, PPD)。PPD 数值越高，视场的像素密度越高，画质体验就越好。正常视力的用户可分辨 的 PPD 是

21、60，如果 PPD 大于等于 60，普通人眼将无法分辨像素点的间隔。 以 Youtube 的在线 VR 360 视频为例，4K 分辨率的片源，使用 H.264 编码最高等级的平 均码率约20Mbps， 但球面全视角4K分辨率在单眼下的实际可视分辨率为仅为960*960， 对应到 90 度视场角的仅有每度 10 个像素， 远远低于正常视力视网膜要求的 60 个 PPD， 实际视频体验比在传统 TV/PC/Pad 上看 SD 视频还差。 屏幕类 型 屏幕大小 (英寸) 观看距 离(米) 宽度 (米) 高度 (米) 水平分 辨率 垂直分 辨率 PPD FOV TV 60 1.5 0.98 0.55

22、360 240 10 36 PC 24 0.6 0.39 0.22 360 240 10 36 Pad 10 0.25 0.16 0.09 360 240 10 36 由上述例子可知，由于 VR 的沉浸性终端(HMD)拥有远高于传统终端(TV/PC/Pad/Phone) 的视场角，决定了要达到同样等级的画质体验，相同的 PPD 要求 VR 360 视频具有更高 的单眼分辨率和全视角分辨率。全视角的 4K 分辨率远不能达到满意的视频质量，加大 分辨率到 8K 及以上是必须的。以 FOV=90 为例，全视角分辨率达到 8K 时，单眼分辨 率为 1920*1920，对应 PPD=22；全视角分辨率升

23、级 12K 时，单眼分辨率为 2880*2880， PPD 仅提高到 32。在后文中，我们会对 VR 360 视频的画质体验演进路线进行阐述。 交互体验 根据学术界的研究成果，从用户和虚拟环境（VE）之间的交互体验角度进行分类，VR 应用可分为弱交互式 VR(Weak-Interactive VR)和交互式 VR(Interactive VR)。VR 360 视 频属于弱交互式 VR 的一种，用户只能被动体验虚拟环境中预先拍摄好的内容，用户可 以通过转头等方式改变视点，但用户无法和虚拟环境之间发生实质性交互行为。 由此可知，VR 360 视频的交互体验主要反映在头动和视野延迟（ Motion-

24、to-Photons Latency，MTP）上，业界的主流观点认为，在使用沉浸式终端时，MTP 不能超过 20ms，面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 9 否则会引起眩晕感。也就是说，用户在通过转头等方式改变视角时，终端、网络和云端 处理的整体时延应保证头动和 FOV 画面改变的一致性，FOV 画面的更新延迟不应超过 20ms 的现象，也不应出现全部/部分视野无画面信息的现象。 3.3 投影技术和编码技术 投影技术和编码技术决定了 VR 360 视频的媒体文件以何种格式生产和组织，及其包含 的媒体信息量。

25、这对量化达到某个用户体验要满足的网络要求至关重要。 投影技术 VR 360 视频需要解决如何将用户看到的空间球信息转变为平面的媒体格式，这就用到 了传统视频没有涉及的投影技术。 目前，Equirectangular projection(ERP，等角投影) 是当前 VR 360 视频主流格式，但画 质存在失真，压缩效率存在瓶颈。这种投影方式使用了一种经典的地图经纬线投影的思 想，将球面展开为平面矩形。等角投影的经纬线正交成 90，没有角度变形，但面积变 形最大， 主要依靠增大面积变形而达到保持角度不变， 球面赤道部分投影展开后失真小， 越向两极失真越大。由于球面两极区域展开后，靠增大面积保持角

26、度不变，引入了更多 的无效冗余像素， 导致视频文件编码压缩效率不佳。 国外 Youtube、 Oculus、 Samsung Gear， 国内优酷、爱奇艺均采用此种投影格式生产 VR 360 媒体文件。 Platonic solid projection(PSP，多面体投影) 是业界关注的新方向，具有失真小、压缩效 率高的特点。它利用了另一大类经典的地图投影思想，按相等经差与纬差的经纬线将球 面划分为许多球面梯形，投影到某种多面体上，此处的多面体可以为四面体、立方体、 金字塔、12 面体等。由于每个梯形单独投影，因此失真极其微小。在 2016 年 5 月的 MPEG 会议上，Samsung 提

27、交了关于 PSP 投影格式的提案。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 10 Projections 3D Model 2D Projection Vertexes Area Ratio Tetrahedron (4 faces) 4 3.31x 2.11x Cube (6 faces) 8 1.91x 1.22x Octahedron (8 faces) 6 1.65x 1.05x Dodecahedron (12 faces) 20 1.32x 0.84x Icosahedron (20 faces)

28、12 1.21x 0.77x 编码技术 VR 360 视频可以采用普通视频的编码技术进行压缩。目前应用最多的视频编码技术是 H.264，业界公认的下一代编码技术是 HEVC 和 VP9。根据业界的测试结论，在保证同面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 11 等画质的前提下，HEVC 和 VP9 的压缩效率大约比 H.264 的最新版本提升 30%左右。 MPEG 等标准组织的最新研究进展表明，对应于 HEVC 的下一代编码技术(H.266)的压 缩效率最多能比 HEVC 再提升 30%。 对于具有景深（3D）

29、效果的 VR 360 视频，是通过左右眼具有双目视差的两个图像进行 合成，形成立体效果。体现在媒体格式上，是将左右眼对应的两幅画面编码到同一帧， 可以为左右排列或上下排列格式。从无压缩的信息量上看，3D 效果的 VR 360 视频是 2D 效果的两倍，由于 3D 左右眼内容具有较高的相关性，达到同等的画面质量，压缩效 率可以进一步的提升。根据业界的测试结果显示，使用相同的编码技术版本，3D 效果 的 VR 360 视频压缩效率最多可以比 2D 效果的 VR 360 视频再提升 25%。 3.4 网络传输技术路线 VR 360 视频的在线传输有两种主要的技术路线：全视角传输方案和 FOV 传输方

30、案。 全视角传输方案全视角传输方案 所谓的全视角传输方案就是将 360 度环绕的画面都传输给终端， 当用户头部转动需要切 换画面时，所有的处理都在终端本地完成。VR 全景视频在相同单眼可视分辨率情况下， 由于帧率、 位深、 360 度等原因， 码率要比普通平面视频大很多， 前者一般是后者的 5-10 倍，以单眼 8K 的极致全景 VR 视频为例，观看时要求的带宽达到 5G，这对于网络来说 是个极大的挑战，成本也大大增加。 虽然整个全景视频是 360 的，但是观看者在观看时，实际只能看到当前视野部分，看不 到的部分只是占了网络带宽，而没有真正用到，对网络资源造成了比较大的浪费。针对 这种情况，业

31、界提出了基于视角进行有差别传输 VR 视频的 FOV（Field of View）传输 方案。 FOV 传输方案传输方案 而 FOV 传输方案则主要传输当前视角中的可见画面。一般都是将 360 度全景视野划分 为若干个视角，每个视角生成一个视频文件，只包含视角内高分辨率和周围部分低分辨 率视觉信息，终端根据用户当前视角姿态位置，向服务器请求对应的视角文件。当头部 转动视角发生变化时，终端向服务器请求新视角对应的视角文件。 Facebook 公布的基于 FOV 方式传输的方案中，一共划分了 30 个视角，每个视角文件大 小，只有原始文件的 20%，传输码率也相应的只有原来的 20%，大大降低了观

32、看 VR 视 频的带宽要求，并且提高带宽的有效利用率。这种方案也存在不足，就是所有视角的视 频文件大小总和是原始文件的 6 倍， 在服务器上会占用比较多的存储空间， 但相对来说， 带宽资源更加宝贵。 下文将对这两种方案展开阐述。 3.4.1 全视角传输方案 在全视角传输方案中， 终端接收到的一帧数据中包含了用户可看到的空间球对应的全部 视角信息。用户改变视角的交互信号在本地终端完成处理，终端根据视角信息从已缓存 到本地的帧中解出对应的 FOV 信息，在播放器中进行矫正还原，使用户看到正常视角 的视觉信息。因此交互体验要求的 20ms 由终端来保证，不涉及网络时延和云端时延。 这种方案对带宽的要

33、求较高，时延要求较低。属于“带宽换时延”的传输方案。这种传 输方案可以直接利用现有的主流视频传输技术如 MPEG.DASH、HAS、HLS、HPD 等，面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 12 主要在终端播放器增加了从全视角帧中投影还原出 FOV 信息的功能，本文不再对其流 程进行冗述。 3.4.2 FOV 传输方案 在 FOV 传输方案中， 终端接收到的一帧数据中不再包含空间球的无差别全部视角信息， 而是根据用户的视角姿态构造对应的帧数据， 一帧数据中只包含等于或大于视场角的部 分视觉信息，终端需要判断用

34、户转头改变视角的姿态位置，并将交互信号发向云端，请 求新的姿态对应的帧数据。因此交互体验要求的 20ms 既包含终端处理时延，也包含网 络传输时延和云端处理时延。这种方案的带宽要求降低，时延要求变高（E2E60 分钟 4. 点播网络要求点播网络要求： 流畅播放带宽需求：4.93Gbps(基于全视角传输方案) 987Mbps(基于 Facebook 方案，本阶段主流) 即时交互带宽需求：2.35Gbps(基于 Facebook 方案，本阶段主流) 5. 直播网络要求直播网络要求： 流畅播放带宽需求：4.277Gbps(基于全视角传输方案) 856Mbps(基于 Facebook 方案，本阶段主流

35、) 即时交互带宽需求：2.35Gbps(基于 Facebook 方案，本阶段主流) 3.6.5 演进路线小结 在入门体验阶段，由于 Entry-Level 级 VR 画质体验不高，业界会优选全视角传输方案， 以保证良好的交互体验。在这一阶段，VR 用户的渗透率和绝对数量不会很高，从用户 端到端网络带宽要求看，满足 8K 视频流畅播放的带宽也可满足 VR 360 视频的要求。 在进阶体验阶段，由于 Advanced 级 VR 的画质体验得到提升，继续全视角传输方案对 网络带宽要求变高，在网络带宽 Ready 的条件下仍可保证良好交互体验。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (20

36、16-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 21 Ultimate 级 VR，单眼画质达到视网膜级，全视角传输对网络带宽的要求太高，必须采 用 FOV 传输，对网络低时延提出一定要求。如使用 Facebook 的折中 FOV 方案，那么 牺牲一部分画质体验，同时降低了对网络带宽和时延的要求。 在入门体验阶段和进阶体验阶段，由于用户可接受的连续体验时间不长，和其他传统业 务相比，一个家庭用户的巨大的带宽需求是短时的；而在极致体验阶段，FOV 传输方案 在转头时触发的突发带宽需求，也远高于未转头时稳定观看的带宽需求。由此可见，在 VR 360 视频演进的各个阶段，都将存在短

37、时按需的高带宽要求。 综上所述，我们对 VR 360 视频演进路线的判断可小结如下： Standard Pre-VR Entry-Level VR Advanced VR Ultimate VR 连续体验时间连续体验时间 60 分钟 预计时间预计时间 Now2 年 Now2 年 35 年 510 年 视频分辨率视频分辨率 全视角 4K 2D 视频 (Youtube) （全画面分辨率 3840*1920） 全视角 8K 2D 视频 （全画面分辨率 7680*3840） 全视角 12K 2D 视频 全画面分辨率 11520*5760 全视角 24K 3D 视频 全画面分辨率 23040*11520

38、 单眼分辨率单眼分辨率 960*960通过眼镜 观看， 视场角 90 度 1920*1920 通过眼镜 观看，视场角 90 度 3840*3840通过 专业头显观看， 视场角 120 度 7680*7680通过专业 头显观看，视场角 120 度 PPD（注（注 1） 11 21 32 64 等效传统等效传统 TV 屏屏 分辨率分辨率 240P 480P 2K 4K 色深色深(bit) 8 8 10（HDR） 12 压缩率（注压缩率（注 2） 165：1 165：1 215:1（注 2） 350:1(3D) （注 2） 帧率帧率 30 30 60 120 典型视频码率典型视频码率 16M 64M

39、 279M 3.29G 典型网络带宽需典型网络带宽需 求（注求（注 3） 25Mbps 100Mbps 418Mbps 1Gbps(FOV) （注 5） 典型网络典型网络 RTT 需求（注需求（注 4） 40ms 30ms 20ms 10ms 典型网络丢包需典型网络丢包需 求（注求（注 4） 1.4E-4 1.5E-5 1.9E-6 5.5E-8 注 1：PPD，也即 Pix per Degree，普通人视网膜能达到 60 个 PPD 的分辨度 注 2：压缩分别基于 H.264、HEVC 和 H.266 发展的经验值计算, 3D 左右眼内容的相关 性很高，可以做大比例的压缩而不会损失太多质量

40、注 3：典型网络带宽，点播按照码率的 1.5 倍估算 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 22 注 4：网络时延与丢包，先确定目标时延值，根据网络带宽，由 TCP 吞吐量公式计算得 到丢包 注 5：快速转动头部时，突发带宽可能需要 2.35Gbps，1Gbps 智能满足正常流畅播放。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 23 4 面向面向 VR 业务的业务的承载网承载网 4.1 VR 业务对网络影响分析 4.1.1 VR

41、 的流量特征 如果把宽带上网比作涓涓细流的小溪，而且经常季节性的断流，那么视频（包括高清、 4K/8K）就是额尔齐斯河，而 VR 就是长江、亚马逊，他们不同业务之间对管道带宽的 需求差别是如此大，经常是 10 倍、百倍的差距。普通宽带上网，一般峰值（短暂）在 20M30M 就可以获得相当好的上网体验，但对于高清视频、4K/8K 视频，要获得良好 的体验， 就必须有持续的 30M100M 带宽保证， 而对于 VR 视频， 要获得极佳使用体验， 就需要超 Gbit 的入户带宽。 但罗马不是一日建成的，要到达极致的 VR 体验，整个产业链需要一个持续的、缓慢的 爬坡过程，无论是终端、网络、内容，还是

42、潜在用户的培养。既然 VR 是未来社会的一 个重要业务，兵马未动，粮草先行，作为运送内容的管道，就需要提前分析 VR 业务与 当前管道的差距，做到承载网络先于业务 ready，为保障 VR 业务顺利发展做好准备。 下面对 VR 业务流特征进行详细的分析。 特征特征 1 ：VR 视频是典型的大象流视频是典型的大象流 相对目前已经存在的上网、视频业务，VR 绝对是传说的大象流，而且是贯穿整个城域 网、接入网的大象流（以前的大象流或许只在 DCI、城域出口、骨干网存在） ，传输一 路极致体验的 VR 内容就会需要端到端几个 Gbit 带宽， 而且这个带宽是一直延伸到用户 家里的。同时，由于 VR 视

43、频是个人独自观看的（VR 眼镜是最常用的终端） ，一个用户 家里同时存在几路 VR 业务的概率大大增加，相比于大屏 4K/8K 视频的家庭式观看， VR 业务消耗的带宽还可能继续翻倍。虽然未来技术的发展，压缩算法的改进，单路 VR 业务需要的传输带宽还有进一步的降低空间，但入户带宽超 Gbit，甚至 10Gbit 是一个 大概率事件。在 VR 视频带宽面前，其它业务对带宽的消耗基本可以忽略。 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 24 图4-1 网络中主要业务带宽比较示意图 特征特征 2：网络流量潮汐现象更明

44、显：网络流量潮汐现象更明显 受限商业模式和 VR 设备本身的限制（长时间佩戴，容易产生头晕甚至晕厥等不适感） ， VR 用户的持续在线时间不会太长，这样的业务特征，又加上本身的大象流特征，必然 造成流量的波峰和波谷差别更大，尤其当热点事件来临时（100 倍的差异） 。对于汇聚整 个城域的 BRAS/CR 设备，以及承载这些流量的链路，动态申请链路资源、设备能力按 需弹性扩缩容就是一个非常重要的特性。 特征特征 3：对时延和丢包率的要求更高：对时延和丢包率的要求更高 VR 业务除了对带宽要求很高外，对网络时延和丢包率要求也很高，在网络上传输 VR 视频，除了直播外，大量点播的内容都是基于 TCP

45、 来传输的（OTT VR 直播也是基于 TCP 传输） ，而影响 TCP 吞吐量的两个因子：时延和丢包，在传输大码流的 VR 业务前 就显得更加重要。从网络角度来讲，降低时延和丢包率就是网络义不容辞的责任。 时延，从端到端角度来看，除了本身由于距离产生的光在光纤的传输时延（光在光纤传 输产生的时延，短期内很难有大的突破，光在光纤传输的速度是在真空传输速度的 2/3， 大约 200KM/ms） ，影响更大的是设备在转发引入的转发时延。路由设备在转发时，是 一个存储、转发机制，当流量突发引起入方向或者出方向排队，就会引入较大的排队时 延，而在尽力而为、统计复用的 IP 网络中，拥塞排队是不可避免的

46、。这种拥塞包括真 实业务流量超过实际物理带宽瓶颈而引起的拥塞，也包括业务本身由于 burst 机制产生 的瞬时拥塞（假拥塞） ，都会产生较大时延，严重时甚至会产生丢包。 丢包对 TCP 的吞吐量影响更大。当然，链路本身的质量老化（光功率衰减和光纤插头 灰尘、磨损等） 、设备的存储跳变等也会产生丢包，但毕竟是小概率事件。相对于光纤 传输，铜线、Wi-Fi 等由于解决本身的不可靠传输问题（干扰导致丢包） ，丢包重传是一 种常态，这种丢包重传严重制约了 TCP 的吞吐量，并引入了更大的时延。 4.1.2 VR 业务家庭带宽估算 入门体验阶段（入门体验阶段（Entry-Level VR） ：） ： V

47、R 视频：单节目带宽 100M 普通视频：2 个 4K 视频节目，每个节目带宽 25M 上网业务：10M 带宽 面向 VR 业务的承载网络白皮书 文档版本 01 (2016-09-20) 华为专有和保密信息 版权所有 华为技术有限公司 25 家庭总带宽：160M，入户接入带宽要求 200M 进阶体验阶段（进阶体验阶段（Advanced VR） ：） ： VR 视频：单节目带宽：400M，可能会多屏，按 2 个屏计算 普通视频：2 个 4K 视频节目，每个节目带宽 25M，和多路 VR 同时并发可能不大，可 忽略 上网业务：20M 带宽，和多路 VR 同时并发可能不大，可忽略 家庭总带宽：870

48、M，入户接入带宽要求 1G 极致体验阶段（极致体验阶段（Ultimate VR） ：） ： VR 视频： 2.35G(FOV 方式传输)，按 2 屏计算 其他业务：普通视频、上网业务共计 200M 家庭总带宽： 4.9G， 入户带宽要求 5G（按 FOV 方式计算，后面均按该值算） 4.1.3 VR 业务对网络的影响 VR 业务作为一个新兴业务，由于对网络传输带宽的巨大需求，必然对当前的网络架构 产生一定影响，本章节主要分析 VR 业务对入户带宽、接入网、城域网、家庭网等方面 的影响。 对网络的影响主要体现在三个方面：更大容量的设备、新的业务传输方案、新的网络架 构。 1. 入户带宽：Gbit 入户、甚至超 Gbit 入户，10Gbit 入户（极致 VR、多路 VR） 2. 接入网络：10G/40G/100G PON 大面积部署，OLT 上行单链路支持 400G 端口， 3. 城域网络：10T 量级单板，PB 级设备交换容量 4. 设备