20161122_华为：面向VR业务的承载网络需求白皮书(2016).pdf

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），根据 J.J.G

2、ibson 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)。例如基于 360 全景视频技术的在线点播

3、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-

4、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 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

5、、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

6、 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Oculus CV1提供内容的Oculus 360 Video市场片源数量已达 1000 部以上;Vrideo 是专

7、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、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

8、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 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

9、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 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 2

10、025 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)

11、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

12、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(2016-09-20)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

13、-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

14、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（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

15、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*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-

16、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（Mo