2020年5G+云VR研究报告课件.pptx
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- 2020 VR 研究 报告 课件
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1、湖光秋月两相湖光秋月两相和和5G+云VR研究报告2020年22020.5 iResearch Inc. 摘要来源:由艾瑞研究院自主研究绘制。 5G云VR降低用户消费门槛,提升用户体验,将助力VR应用发展。 云VR视频内容较丰富,且基于5G的传输方案能满足其体验需求,发展速度快;VR云游戏需要基于5G MEC的解决方案才能保障用户良好的体验,且现在内容单一,用户爆发式增长需要较 长时间;在教育领域中,视频教学类场景体验易保障,内容开发难度低,发展速度较快;在医 疗领域中,示教、探视及简单的操作训练会先发展起来。 5G与云VR相互促进,将助力运营商5G业务及云VR业务的发展。 除内容外,体验是影响
2、云VR发展及用户决策的主要因素。在终端下降的前提下,体验与内容将 影响云VR细分应用场景的发展速度。在体验优势的加持下,运营商云VR平台有可能改变现在视 频、云游戏等应用的市场格局,尤其是对时延要求严格的云游戏,但受体制影响的团队素质及运 营能力是其成功的主要阻碍。 运营商应加快部署5G SA网络,充分发挥其云网优势,积极布局云VR业务,并与上下游企业共同推动云VR的发展。 清晰度、流畅性与交互感是影响VR体验的三大因素。 相较于本地VR,云VR将业务部署在云端,降低了对设备性能的要求使设备更加轻量化,也有效 降低了用户的消费门槛。但云VR引入了编解码及传输时延导致整体时延增加,VR体验受到更
3、高的挑战。 大带宽、高可靠低时延的网络是云VR良好体验的保障。5G与千兆光纤均能满足云VR的发展需要。 基于5G网络的云VR传输方案,传输环节长,时延高,能满足云VR初期发展需求;基于5G MEC 的云VR解决方案,传输节点少,时延低,能更好的满足云VR的发展需求,将成为主流的云VR解 决方案,但成熟时间晚。SMS3概述:VR概述1方案:基于5G的云VR解决方案2应用:5G+云VR应用场景3展望:5G+云VR发展趋势4VR概述基于头盔显示器的沉浸式VR系统是目前发展的主流虚拟现实是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系统,通过计算机生成的、可交互的三维环境为用户带来沉浸感。 按照用户交互形式
4、和沉浸感的程度不同,虚拟现实系统可以分为桌面式VR系统、分布式VR系统、增强型VR系统及沉浸式 VR系统。桌面式VR是最早期的VR类型,主要利用计算机进行仿真并通过计算机屏幕显示虚拟环境、通过鼠标与虚拟环境 进行交互,沉浸感弱。沉浸式VR是目前消费者最常见的VR类型,主要利用各类输入与输出设备为用户带来极致的沉浸体验。 沉浸式VR包括基于头盔显示器的沉浸式VR与投影式VR,其中基于头盔显示器的沉浸式VR系统是目前发展的主流。按照设 备类型分类,基于头盔显示器的沉浸式VR又可以分为基于PC的VR、基于手机的轻量级VR及VR一体机三大类型。PC VR沉 浸感强,用户体验效果好,但是对PC高性能的要
5、求导致用户成本高,有线连接导致用户自由度低。基于手机的轻量级VR与 一体机VR性能低,支持的业务有限,但是成本低,无线连接自由度高。下面以PC VR为例,介绍沉浸式VR系统的组成及其 交互方式。PC VR主要由输入/输出设备与计算机软硬件系统组成,其中输入/输出设备主要负责用户姿态的识别,并生成反 馈信息,计算机主要负责内容存储、计算与画面的实时渲染等,两者通过有线进行信息交互。PC VR系统组成及其交互方式系统组成及其交互方式输输入入/输出设备输出设备计算机软硬件系统计算机软硬件系统组成组成耳机跟踪器功能功能用户姿态识别,并实时生成相对应的反馈信息。头盔显示器头盔显示器耳机耳机手柄手柄头盔显
6、示器数据手套力反馈装置话筒组成组成VR软件VR数据库来源:公开资料,由艾瑞研究院自主研究绘制。42020.5 iResearch Inc. 功能功能主要负责内容存储、逻辑计算与画面的实时渲染等。通过输入设备采集用户姿 态信息并反馈给计算机。计算机根据用户姿态信息进 行计算和画面渲染,然后再 将画面发送至用户显示器。VR业务分为强交互VR与弱交互VR与弱交互VR相比,强交互VR要实时渲染,对设备性能要求高2016年被称为VR元年,虽然近几年VR发展阻力重重,但已经实现在直播、游戏、教育等多个领域的应用。按照用户交互 体验分类,VR业务可分为强交互VR业务与弱交互VR业务。强交互VR业务是指VR用
7、户通过交互设备与虚拟环境中的物体 进行实时互动,使用户感受到虚拟环境的变化。计算机需要根据用户的姿态信息进行逻辑计算与实时渲染,对设备性能要 求高。弱交互VR业务是指VR用户与虚拟环境中的物体无交互行为,用户通过头部运动与已经设定好的虚拟环境进行互 动,感受虚拟环境的变化。用户体验的内容已提前完成,头显只需呈现即可,无需计算与实时渲染,因此,相较于强交互 VR,弱交互VR对设备的性能要求较低。VR业业务务分分类类及及其其对对设设备备性性能能的的要要求求VR业业务务典型应典型应用用业务特点业务特点设备性能设备性能强交互强交互VR 业务业务沉浸式游戏弱交互弱交互VR 业务业务VR视频/直播 体验内
8、容是预先规划的,用户与虚拟环境交互是被动的。 用户通过头部运动切换视点,但视线范围有限。 用户与虚拟环境中的物体无交互行为。 用户可以与虚拟环境、用户自身及其他用户进行交互。 用户与虚拟环境中的物体进行实时互动。 通过交互设备,使用户具有很强的沉浸感。视频内容已经提前制作完成,传送至头显 呈现即可。用户可通过头部运动转换视角 与虚拟环境进行交互,但不与虚拟环境中 的物体进行实时交互,因此,无需逻辑计 算与实时渲染,对设备性能要求低对设备性能要求低。来源:华为VR白皮书及其他公开资料,由艾瑞研究院自主研究绘制。52020.5 iResearch Inc. 用户通过交互设备与虚拟环境中的物体进 行
9、实时交互。计算机需要根据用户姿态信 息进行逻辑计算与实时渲染。实时渲染需 要高性能的GPU完成,因此强交互VR对设对设 备的性能要求高。备的性能要求高。影响VR体验的主要因素不断提升清晰度与流畅性、增强交互感以保证良好的VR体验清晰度、流畅性及交互感是影响VR体验的三大因素。清晰度主要受视频内容与显示屏分辨率的影响,低分辨率的视频内容 或显示屏将导致视频的清晰度低,容易使用户产生疲劳感,难以沉浸其中。流畅性主要受帧率与刷新率的影响,高帧率与 高刷新率可以使画面更加流畅,用户体验更好。交互感主要受时延的影响。对于强交互业务来说,业界认为,MTP要控制 在20ms以内,否则用户将产生眩晕感。影响影
10、响VR体验的三体验的三大大因素因素服务器侧位置跟踪时延图像处理时延刷新率一般指的是显示屏的垂直刷新率, MTP( Motion-to-photons )是运动到成像屏幕呈现时延终端侧远低于视网膜的极限,也远低于手机的清晰度。可 见,当用户使用4KVR头显观看4K分辨率的VR全景视频时,视频清晰度要低于屏幕的分辨精度。因此, 响流畅性 。 因此 , VR 需 要 高 性 能 的为提升用户观看VR视频的清晰度,需要同时提升头 显设备与视频内容的分辨率,尤其是视频内容的分 辨率。畅性。但是若刷新率低于帧率,将导致 某些帧未能显示,造成有效帧减少,影GPU来保证稳定的、比较高的帧率,同 时还要不断提高
11、显示器的刷新率。的时延,业界认为MTP应小于20ms,否则将产 生眩晕感。对于本地VR来说,从输入设备采集 用户姿态信息、将姿态信息传送至计算机到计 算机根据用户信息进行计算与画面渲染后,再 发送至用户显示器显示整个交互过程的时延要 低于20ms,否则将产生眩晕感。因此,要不断 降低各环节处理时间,以降低整体时延,保证用户体验。 本地本地VR系统系统MTP组成组成人 眼 在 一 度 视 角 内 所 能 看 到 的 像 素 数 被 称 为PPD(Pixels Per Degree)。业界认为,人眼视网膜分辨率的极限是60PPD,在60PPD以下,PPD越大, 60Hz,屏幕会出现明显抖动,一般要
12、清晰度越高。显示屏 PPD= 显 示 屏 单 眼 分 辨 率 / 单眼 FOV ( 视场 角)。双眼4K分辨率,100度视场角的显示器PPD 只有19。与普通视频不同,VR全景视频会先把画面 投影到一个空间球面上,因此,视频内容的PPD=视频分辨率/360。 4KVR全景视频内容的PPD只有11, 可见,刷新率与帧率均会影响画面的流即每秒钟屏幕刷新的次数。刷新率低于求高于72Hz。帧率是指 1 秒 钟 内 传 输 帧 的 数 量 。 在 GPU支持的情况下,帧率越高,画面越 流畅。VR的帧率一般要求在90FPS以 上。清晰度清晰度流畅性流畅性交互感交互感8K8K来源:公开资料,由艾瑞研究院自主
13、研究绘制。62020.5 iResearch Inc. 本地VR与云VR对比云VR成本低且轻量化,助力VR普及,但体验指标挑战度更高按照业务运行的位置分类,VR可分为本地VR与云VR两大类。本地VR的内容存储与图像渲染均在用户侧进行。从头显设备 形态来看,本地VR进行内容存储及图像渲染的设备有PC、手机及VR一体机。高性能的PC虽能够带来良好的VR体验,但 成本高。手机与VR一体机成本较低,但性能差,支持的业务类型有限,无法提供良好的VR体验。若提升手机与一体机性 能又将导致成本增高。可见,成本与性能是两个相互矛盾且影响本地VR发展的因素。云VR将内容存储及图像渲染迁移至 云端,VR头显设备只
14、需具备解码、呈现及网络接入能力。因此,云VR大大降低了对头显设备的性能要求,有效降低头显 设备成本的同时,也将促进头显设备向轻量化发展,助力VR加速普及。但云VR交互感与流畅性受网络影响,实现难度增 大,挑战度高。在交互方面,云VR引入了编解码及传输时延,导致整体时延增加,要实现MTP20ms,挑战度高。在流畅 性方面,网络传输会带来画面卡顿的风险,要有高可靠低时延的网络做保障,挑战度高。本地本地VR与云与云VR对比对比成本挑战方便本地VR在用户侧进行图像渲染。用户需要购买高性能的设 备以保证良好的VR体验,因此,用户购置设备的成本高。来源:公开资料,由艾瑞研究院自主研究绘制。72020.5
15、iResearch Inc. 高高低低端,降低了对设备性能的要求 ,低低高高高高本地本地VR云云VR云VR将计算与图像渲染放在云从而降低了成本。 本地VR需要将内容下载到本 地设备,内容无法聚合。 PC VR有线连接,自由度低。 一体机头盔笨重,体验差。 云VR可实现内容聚合,用户无需下载,即点即玩。 无线连接,不受范围限制,自由度高。 在云端渲染,降低设备性能,从而使头显更轻量化。交互感:本地VR时延控制在20ms内,挑战小。清晰度:需要不断提升片源与显示屏分辨率。 流畅性:需要不断提升帧率与刷新率。中中交互感:引入编解码及传输时延,使MTP20ms,挑战大。 清晰度:需要不断提升片源与显示
16、屏分辨率。 流畅性:网络传输会带来画面卡顿的风险,要有高可靠低时 延的网络做保障,挑战大。云VR系统组成与端云异步渲染技术端云异步渲染技术使云VR满足MTP20ms,保障用户体验云VR由终端、网络、平台及内容四部分组成,利用云平台强大的计算能力将计算与渲染放在云端,经过处理的画面编码后 通过网络传输至用户VR终端上。可见,相对于本地VR,云VR引入了编解码及传输时延导致整体时延增加,若按照传统渲 染技术将难以实现MTP20ms的要求。端云异步渲染技术是将画面渲染与终端刷新显示这两个过程从串行处理分离成并行 处理。在平台根据用户最新的姿态信息进行计算与渲染的同时,VR终端将上一次平台传送回来的画
17、面作为基础进行二次投 影。可见,此时MTP由终端决定,不依赖于网络和云渲染,从而满足MTP20ms。云云VR系系统统组组成成与与渲渲染染技技术术网络网络为云VR提供稳定的网络传输。平台平台负责云渲染、流化、转码、编码及存储。 不同业务类型,功能不同。终端终端各种形态的VR终端,具备解码、内容 呈现及网络接入等功能。最新姿态与 位置信息逻辑计算、实时渲染及编码压缩等解码与呈现上行 传输下行传输最新姿态与位置信息逻辑计算、实时渲染及 编码压缩等第n+1帧 处理上行 传输二次投影第n帧 显示第n帧姿态与位置等VR系统组成系统组成功能功能端云异步渲染技术端云异步渲染技术内容内容负责向平台层提供VR内容
18、。传统渲染技术传统渲染技术来源:华为Cloud VR解决方案及其他公开资料,由艾瑞研究院自主研究绘制。82020.5 iResearch Inc. 9概述:VR概述1方案:基于5G的云VR解决方案2应用:5G+云VR应用场景3展望:5G+云VR发展趋势4云VR对网络的需求大带宽、高可靠及低时延的网络是云VR良好体验的保障如前文所述,清晰度、流畅性及交互感是影响VR体验的三大因素。相较于本地VR来说,云VR的业务运行在云端,平台与 终端之间通过网络连接,可见,云VR的体验因素将受到网络的影响。对于清晰度来说,视频内容分辨率越高,视频越清晰, 但也将导致信息量越大,对带宽的要求越高。对于流畅性来说
19、,视频内容的有效帧率越高,视频越流畅,但也会导致信息 量增加,对网络带宽的要求增高。另外,视频流畅性还需要高可靠低时延的网络保障,否则将会导致视频的卡顿与花屏。 对于交互感来说,云VR引入网络传输时延,导致强交互业务的MTP时延很难控制在20ms内。虽然端云异步渲染技术可以 使MTP不受实时渲染与网络的影响,但会造成黑边的问题,且黑边占比与网络时延大小成反比,网络时延低则黑边占比小。 可见,大带宽、高可靠及低时延的网络是云VR良好体验的保障。网络指标与云网络指标与云VR体体验指验指标标之间之间的的关系关系低时延强交互感来源:根据华为 Cloud VR网络方案白皮书及其他公开资料,由艾瑞研究院自
20、主研究绘制。高流畅度网络指网络指标标云云VR体验体验体验指标体验指标高可靠大带宽8K8K高清晰度12345大带宽的网络支持高分率与高帧率的视频内容传输,且传输速率高,可以有效减少卡屯,从而保证云VR的清晰度与流畅性。34低时延的网络能够有效减少视频的卡顿,以保证云VR的流畅性。 5高可靠的网络能够支持视频内容的精准传输,以保证云VR的流畅性。良好的云VR体验12低时延的网络能够降低强交互业务的整体时延及减小弱交互业务的 初始加载时长,从而增强云VR的交互感。102020.5 iResearch Inc. 5G与千兆家宽5G与千兆家宽提升云VR体验,助力云VR发展普及目前云VR处于发展初期,画质
21、与交互感均比较差。随着云VR的不断发展,更高的画质与更强的交互感能为用户带来更好 的云VR体验,但也要求更高的网络带宽与更低的端到端时延保证稳定的视频传输。在带宽方面,8K分辨率能基本满足云 VR对清晰度的需求。8K分辨率的全景视频使用全视角传输方案与H.265编码标准,需要140Mbps以上的传输带宽。同等清 晰度的强交互业务至少需要260Mbps以上的传输带宽。在时延方面,强交互业务在端云异步渲染方案下,网络端到端时延 要小于15ms才能基本满足云VR的交互需求。5G 与千兆家宽均可实现10Gbps的下行速率能保证云VR更高画质的稳定传输, 基于MEC的平台部署方案能实现毫秒级的端到端时延
22、可保证云VR游戏等强交互业务的良好交互体验。网络是应用的基础。 在5G新基站方面,2019年底,我国已经建设13万基站实现了50余个城市的覆盖,2020年将进一步扩大覆盖规模以实现地 市级以上城市的覆盖。在家宽方面,用户正在向更高速率的家宽迁移,逐步进入千兆家宽时代。在国家政策的大力推动与 运营商的积极建设下,5G与家宽均实现了快速发展,将有效助力云VR的推广与普及。来源:工信部,三大运营商推介材料,华为及其他公开资料,根据艾瑞模型核算。来源:工信部及其他公开资料,由艾瑞研究院自主研究绘制。13.078.0371.5211.5514.6621.6500.0%171.2%75.6%38.5%20
23、.8%20192020e2021e基站数量(万)2022e2023e增长率(%)2024e2019-2024年中国年中国5G基站建基站建设设数量数量2018100M以下(%)20192018&2019年中国家宽速率年中国家宽速率占占比比100M-1000M(%)1000M(%)112020.5 iResearch Inc. 2020.5 iResearch Inc. 0.01%70.30%0.20%85.20%29.69%14.60%基于5G的网络传输方案传统云平台集中部署,5G传输环节长,满足云VR初期发展云VR对于网络的需求主要用于内容的回传与分发。对于VR游戏、VR视频点播等业务来说,网
24、络是连接云平台与终端的纽 带,主要用于视频与游戏内容的分发。对于VR直播业务来说,实时的内容生产需要网络实时回传至云平台。传统云平台集 中部署在云端,5G网络作为传输管道,用户信息要经过基站,承载网到达核心网,再穿过核心网网关才能访问部署在骨干 网上的云平台。若A城市用户要访问B城市的云平台,那么传输时延受距离影响更大,传输节点更长,时延更高。可见,在 5G网络传输方案下,用户信息要按照固定路线穿过整个封闭的运营商网络,才能访问互联网上的数据,传输环节长,时延 高,但该方案基于5G NSA组网实现,成熟时间早,能满足云VR发展初期的需求。基于大带宽光纤的极简网络传输方案亦 能满足云VR初期的发
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