5G技术助力VR视频应用进入新时代
发布时间：2018-09-03 作者：汪竞飞（中兴通讯）
作为公认的5G未来杀手级应用之一，VR（Virtual Reality）在过去的几年一直是业界的热点话题，根据谷歌搜索指数可知，自2015年11月开始，VR在全球的关注度以极快的速度上升。继Facebook、谷歌等海外IT公司开始涉足VR硬件、VR视频等内容，国内企业也开始将其业务与VR结合。
从5G标准来看，3GPP率先发布的第一个版本（Release 15）的5G系统标准重点支持的业务就是eMBB（增强型移动带宽），而VR业务具有典型的超高带宽、低时延和广覆盖需求，可以很好地体现5G网络特有的高带宽、低时延等KPI指标特征。
从行业应用来看，VR技术已经被广泛应用于消费者市场和行业市场，涉及直播、视频、游戏、教育、房产、医疗、工程、电商、军事等各行各业。
本文主要分析当前主流的VR业务形态以及VR技术与5G技术的结合点。
当前主流的VR业务形态分析
VR对于用户来说，能够接触到的就是终端设备，当前的VR终端设备有外接式VR头盔、VR一体机、手机式VR头盔几种类型。
● 外接式VR头盔
外接式VR头盔的特点是需要一台高性能显卡主机做视频运算，VR头盔作为显示设备，两者相结合才能获得完整的VR观看体验。
该类型的VR体验是当前最好的，图形渲染能力强，可以运行大型VR游戏，但高性能视频主机价格昂贵，大大阻碍了VR的普及。
● VR一体机
VR一体机是将数据存储接收、图像处理、显示都集成在头盔中，只需要一台设备，能够联网即可体验VR。
受限于设备的能力，VR一体机图像处理性能一般，只适合观看VR视频，无法体验游戏。
● 手机式VR头盔
手机式VR是使用手机+VR盒构成的简单VR设备，在手机中安装VR专用APP即可体验VR，是门槛最低的体验方式。由于手机屏幕的限制，手机式VR难以输出高分辨率的图像，普遍体验不佳。
VR技术已经发展了一段时间，但用户量一直没有获得爆发性增长，主要原因在于：VR终端的性能与成本存在矛盾。VR体验最好的设备是HD主机+外接式VR头盔，但该设备价格较高，一套设备通常要超过1万元，难以在大众用户中普及。一种低成本方案是VR一体机，兼具数据处理和显示功能，价格2000~3000元，但是该设备的图形处理能力一般，只能进行视频观看，无法再对图像进行渲染，难以获得良好的VR体验。
VR的技术特点以及和5G的结合点
在VR使用中，普遍有个问题是眩晕感，其根本原因是像素不够高、帧率不足。业界一般认为，4K以上的VR才能提供没有眩晕感的体验，随着分辨率的提高，对网络传输的要求也大幅增加，具体如表1所示。
典型5G网络单用户速率可以达到2Gbps以上，可以看到，5G网络满足VR业务对大带宽的需求，可以满足多路VR用户同时体验的需求。
VR业务的另一个指标——时延，在5G网络中通过MEC架构的引入，也可以得到极大的提升。视频数据就近在MEC上进行渲染和加速，大量数据不再经由核心网发送到Internet，有效减少了数据因传输路径过长而带来的时延。
中兴通讯创新的5G应用案例
中兴通讯在充分研究了5G的行业应用领域之后，将VR视频类应用作为首个在5G网络中部署的应用，取得了优秀的演示效果。
360度全景直播
在2017年世界互联网大会上，中兴通讯在第一次向业界展示了通过5G网络传输的全景视频。
360度全景视频是标准4K的画面，因对带宽需求较大，一直以来都是通过有线网络传输，这样会带来一个比较大的限制——摄像机一直需要拖着一根网线才能实现直播。中兴通讯采用5G网络作为全景视频回传的通道，解决了全景摄像机不能随便移动的难题。
整个5G直播系统由三部分组成：风景区、5G系统、演示区。
风景区——全景摄像机架设在乌镇西栅景区的观光船上，通过设置在船内的5G终端，将4K全景视频数据实时传送到5G网络中。
5G系统——5G系统由5G NR基站和5GC核心网组成，将5G终端发送的视频数据汇聚到核心网，并传送到演示区。
演示区——2017世界互联网大会现场，这里由一台视频主机接收4K全景视频数据，将画面投放在电视墙上，同时还可以由VR进行第一视角的全景体验。
这次直播通过3.5GHz 5G预商用基站覆盖乌镇西栅景区河道，景区游船上安装高清摄像头，拍摄图像通过5G网络实时上传，随着船只在水面缓缓行驶，一幅美丽的高清4K水乡风景画也徐徐在大会现场观众面前展开。
采用多个高清摄像头合成广角画面对上行传输速率要求高，5G空口网络上行速率在实测中能达到数百兆每秒，因此在复杂多变的外场真实环境下，4K高清画面能够高速、无损地被传输至展会现场的大屏幕上，观众就可通过高清全景直播游览水乡，身临其境般直观感受5G网络大带宽的特性。
低时延VR游戏
在2018世界移动大会巴塞罗那展上，中兴通讯联合中国移动展出了业界首个基于5G网络和MEC的云VR游戏。
中兴通讯联合中国移动提出的云VR方案（如图1所示），可以解决VR用户设备成本与性能体验的矛盾——在5G网络中部署MEC网元，并利用MEC的开放能力部署GPU集群，VR游戏的图形渲染处理放在边缘云上；用户可以使用价格较低的VR一体机，通过云端的图形渲染，获得上万元高清主机才有的VR互动游戏体验。可以预计，VR游戏业将迎来新一轮爆发增长。
无人机视频直播
2018年3月，中兴通讯联合中国电信、大疆创新，在雄安新区联合进行了基于5G网络的无人机视频直播。
无人机无论在个人娱乐还是在行业的应用，目前已经非常广泛，但是当前的无人机拍摄，由于缺乏高速的视频回传通道，还无法做到实时直播。大疆创新提供的直播无人机可以回传1080P的实时视频，通过编码和5G网络的传输，可以在远端的演示区，实时观看无人机的飞行直播。
丰富的应用案例体现出5G作为下一代通信技术的发展和领先。5G突破了传统移动通信应用范畴，渗透制造业、家庭、旅游等各个行业，使得人类社会更加智能化、自动化和互联网化，而VR应用正是其中的典型应用。