屈海偉 劉 亮

中國電信股份有限公司陜西分公司

0 引言

當(dāng)前人們對網(wǎng)絡(luò)視頻體驗的要求越來越高，VR（虛擬現(xiàn)實）業(yè)務(wù)也日趨成熟，其基本實現(xiàn)方式是計算機模擬虛擬環(huán)境，給人以環(huán)境沉浸感。2015年以前，VR在國內(nèi)尚處萌芽階段，市場概念普及尚不成熟，產(chǎn)品也處于孵化期間，這一階段的VR產(chǎn)品主要以塑造概念為主；2015年，市場迎來“VR元年”，虛擬現(xiàn)實概念逐漸遍地開花，市場普及度也越來越高；2016年后，隨著VR各領(lǐng)域產(chǎn)品的不斷迭代，產(chǎn)品與市場逐漸走向成熟。

當(dāng)前，虛擬現(xiàn)實技術(shù)逐步走向成熟，拓展了人類的感知能力，改變了產(chǎn)品形態(tài)和服務(wù)模式。隨著時代的發(fā)展，視頻業(yè)務(wù)慢慢從高清到4K再到8K，最后到VR，其發(fā)展已從平面走向立體沉浸時代，人們的生活方式將發(fā)生深刻改變。

IPTV是基于寬帶網(wǎng)絡(luò)和寬帶業(yè)務(wù)平臺，以機頂盒或其它具有音視頻編解碼能力的數(shù)字化設(shè)備為終端，通過聚合SP的各種流媒體服務(wù)內(nèi)容和增值應(yīng)用，為用戶提供多種互動多媒體服務(wù)的一項業(yè)務(wù)，具有直播、點播、回看等多種功能。

中國電信集團公司下發(fā)大視頻產(chǎn)品管理辦法，鼓勵各省上線VR“一城一品”項目。為了進一步豐富IPTV業(yè)務(wù)，各省均在嘗試引入IPTV云VR業(yè)務(wù)。IPTV云VR能力提升具有很大的必要性，可以借助本地特色，打造差異化內(nèi)容，促進雙千兆領(lǐng)先，構(gòu)筑多場景直播基線，降低內(nèi)容生產(chǎn)門檻，構(gòu)建直播生態(tài)，擴大內(nèi)容產(chǎn)量，支持天翼云VR平臺內(nèi)容持續(xù)更新。VR內(nèi)容反向牽引千兆家寬場景下家庭網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，促進300M以上寬帶放號，拉動全屋WiFi禮包銷售，通過IPTV、手機屏、VR屏自由視角、幀同步多機位、4K VR，全方位提升用戶體驗。

1 IPTV云VR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

按照從低到高，IPTV云VR網(wǎng)絡(luò)一共分為四個層級，分別為終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層、內(nèi)容層，如圖1所示。其中，終端層主要實現(xiàn)VR內(nèi)容呈現(xiàn)、家庭網(wǎng)絡(luò)接入以及用戶認(rèn)證等功能，通過光網(wǎng)/5G接入網(wǎng)絡(luò)，與平臺層連接，終端APK需要第三方按照運營商要求進行定制適配；網(wǎng)絡(luò)層主要包括骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、接入網(wǎng)及家庭網(wǎng)絡(luò)四部分，負(fù)責(zé)為VR視頻業(yè)務(wù)提供高帶寬、低時延的穩(wěn)定傳輸，CDN邊緣節(jié)點在BRAS側(cè)部署；平臺層負(fù)責(zé)對VR超高清提供業(yè)務(wù)運營管理、流化、轉(zhuǎn)碼、存儲、編碼等功能，包括視頻業(yè)務(wù)管理平臺、媒體平臺等；內(nèi)容層負(fù)責(zé)向平臺層提供源內(nèi)容，包含內(nèi)容提供方和內(nèi)容聚合方，主要包括Cloud VR視頻業(yè)務(wù)、前端攝像視頻流。

圖1 云VR網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

VR視頻主要的業(yè)務(wù)模型包括VR全景點播、VR全景直播、2D轉(zhuǎn)3D、自由視角第三方拍攝集成四種業(yè)務(wù)模型。自由視角點播是指對節(jié)目同時用多路高清攝像機進行拍攝，將所有機位媒體流離線打包到單個MP4文件中，每個機位對應(yīng)一個video track，每個機位幀數(shù)必須一致，用戶可以通過終端設(shè)備，變化視角，從不同視角來觀看同一個節(jié)目，可以廣泛應(yīng)用于體育賽事、演唱會、綜藝節(jié)目、晚會、選秀比賽等大型綜合娛樂活動中。自由視角直播是指對于直播節(jié)目同時用多路高清攝像機進行拍攝，用戶可以通過終端設(shè)備如VR一體機、手機App、STB等自由變化視角，從不同視角來觀看到同一個直播節(jié)目?，F(xiàn)網(wǎng)存在大量的2D頻道，為了充分利用2D資源開展3D業(yè)務(wù)，不用去影院就能體驗到3D業(yè)務(wù)，2D轉(zhuǎn)3D的直播業(yè)務(wù)能夠把全高清的2D頻道轉(zhuǎn)換成3D頻道，播放時用VR播放器觀看3D頻道。

2 IPTV云VR業(yè)務(wù)場景分析

云VR的業(yè)務(wù)場景——IPTV VR家庭影院+VR眼鏡私人影院，基于最新的自然2D-3D轉(zhuǎn)換技術(shù)，將海量的傳統(tǒng)影視以及電視直播頻道，轉(zhuǎn)換成3D立體視頻，通過電信IPTV VR專區(qū)3D影院，足不出戶即可觀看海量3D影視以及3D立體電視頻道。主要包括以下三個場景：

場景一：現(xiàn)網(wǎng)點播內(nèi)容離線進行3D轉(zhuǎn)碼，通過VR頭盔或IPTV VR專區(qū)觀看；

場景二：現(xiàn)網(wǎng)直播頻道通過在線實時的3D轉(zhuǎn)碼，通過VR頭盔或IPTV VR專區(qū)觀看；

場景三：VR攝像機現(xiàn)場實時拍攝推送VR視頻流到CDN，通過VR頭盔或IPTV VR專區(qū)觀看。

各場景的示意圖如圖2所示。

圖2 云VR業(yè)務(wù)的三種業(yè)務(wù)場景

3 IPTV云VR業(yè)務(wù)組網(wǎng)設(shè)計

云VR的組網(wǎng)以大視頻平臺、電信集團天翼云VR兩大業(yè)務(wù)平臺為基礎(chǔ)，落地本地VR CDN節(jié)點，配合云端轉(zhuǎn)碼能力如自由視角轉(zhuǎn)碼、8K VR Fov轉(zhuǎn)碼、2D轉(zhuǎn)3D轉(zhuǎn)碼，構(gòu)建覆蓋IPTV、手機、VR三大終端的業(yè)務(wù)形態(tài)，通過多種業(yè)務(wù)場景支撐打造視覺新體驗。組網(wǎng)主要涉及三個網(wǎng)元媒體：云處理云轉(zhuǎn)碼平臺、IPTV-VR CDN（專網(wǎng)）和天翼云VR CDN省內(nèi)邊緣節(jié)點（公網(wǎng)）。

云轉(zhuǎn)碼平臺的主要功能為實時轉(zhuǎn)碼處理，將RTMP轉(zhuǎn)為DASH，全I幀編碼，碼率20～30Mbps；IPTV-VR CDN（專網(wǎng)）為IPTV用戶提供CDN能力；天翼云VR CDN省內(nèi)邊緣節(jié)點為公網(wǎng)用戶提供CDN能力。

VR CDN系統(tǒng)采用內(nèi)容中心和邊緣節(jié)點二級架構(gòu)，各級配置要求主要包括：中心VR內(nèi)容庫負(fù)責(zé)存儲由內(nèi)容源主動注入的VR內(nèi)容，并且提供內(nèi)容的刪除、分發(fā)、處理、存儲等功能，同時在邊緣服務(wù)節(jié)點內(nèi)容未命中的場景下，根據(jù)回源策略配置，內(nèi)容中心可作為回源匯聚的核心點，為邊緣節(jié)點提供統(tǒng)一回源服務(wù)。

VR CDN邊緣節(jié)點作為服務(wù)節(jié)點，直接面向終端提供視頻流媒體服務(wù)，負(fù)責(zé)內(nèi)容在VR CDN系統(tǒng)中的臨時性存儲，同時還為業(yè)務(wù)提供所承載內(nèi)容的分發(fā)、本地調(diào)度、處理等功能，在服務(wù)節(jié)點未命中時，應(yīng)該能夠基于回源方式向上一級內(nèi)容源獲取內(nèi)容。IPTV VR系統(tǒng)包括IPTV VR CDN內(nèi)容中心節(jié)點

和邊緣節(jié)點。天翼云VR系統(tǒng)只建設(shè)邊緣節(jié)點，對接集團天翼云VR平臺的內(nèi)容中心節(jié)點，存儲和流分發(fā)性能要求主要包括：VR CDN內(nèi)容中心負(fù)責(zé)內(nèi)容存儲、分發(fā)、刪除等功能，設(shè)備要求采用36×8TB硬盤，存儲有效率按75%，則單臺設(shè)備的有效存儲能力達216TB。VR CDN邊緣節(jié)點負(fù)責(zé)面向終端提供流媒體服務(wù)，單臺設(shè)備要求支持60Gbps的視頻流媒體出流能力。

存儲安全要求主要包括：內(nèi)容中心節(jié)點要保證內(nèi)容存儲的可靠性，要求設(shè)備做RAID5部署，在每個RAID組內(nèi)如果同時只有一個硬盤損壞后會通過RAID算法自動恢復(fù)損壞硬盤上的內(nèi)容到新硬盤，支持內(nèi)容雙備份存儲。邊緣節(jié)點可不做RAID，但是要求任意單臺服務(wù)器和硬盤故障下，內(nèi)容不會丟失，以及單臺服務(wù)器或單硬盤故障下，故障設(shè)備數(shù)據(jù)自動再備份。

4 VR用戶端網(wǎng)絡(luò)

目前市場上的VR用戶端硬件主要分為VR頭顯及VR交互設(shè)備兩類。VR設(shè)備硬件質(zhì)量決定了用戶體驗VR內(nèi)容時的沉浸程度。VR頭顯設(shè)備有VR頭盔、VR一體機、VR眼鏡，其中VR頭盔主要用于PC、主機端的VR頭顯設(shè)備，VR一體機是具備獨立處理器并且支持HDMI輸入的頭戴式VR顯示設(shè)備，VR眼鏡主要用于智能手機移動端的VR頭顯設(shè)備；VR交互設(shè)備有VR操作設(shè)備和行為監(jiān)測設(shè)備，其中VR操作設(shè)備有游戲手柄、方向盤、模擬槍等平臺操作輸入設(shè)備，行為監(jiān)測設(shè)備有紅外攝像頭、萬向跑步機、手勢撲捉手套等。

5 結(jié)束語

隨著5G新時代的到來，VR的行業(yè)前景十分美好。依托IPTV業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)和終端在智慧家庭的規(guī)模化覆蓋能力，以及IPTV領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新活力，結(jié)合VR近眼顯示、感知交互、渲染處理、網(wǎng)絡(luò)傳輸和內(nèi)容制作等新技術(shù)的最新成果，通過標(biāo)準(zhǔn)化定制IPTV VR基礎(chǔ)能力、應(yīng)用場景、體驗標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)務(wù)實現(xiàn)，以應(yīng)用為驅(qū)動，在應(yīng)用中改進VR沉浸體驗技術(shù)、提高VR虛實交互技術(shù)，可以加快規(guī)?；渴餓PTV VR業(yè)務(wù)。