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大視頻發展提升大眾生活消費水平

2019-10-10  來源:人民郵電報  作者:中國信息通信研究院信息化與工業化融合研究所 宮政

當前,視頻已經成為各行各業的數據采集、傳輸、處理和呈現的主要形式。據預測,未來大眾網絡流量的80%以上和行業應用數據的70%以上都將是視頻數據。視頻的發展對于提升大眾消費水平、帶動行業轉型具有重大意義。

超高清視頻和虛擬現實成為

提升大視頻體驗的重要方式

在體驗方式上,大視頻可以分為傳統平面視頻和新型全景沉浸視頻。傳統平面視頻體驗正在從高清視頻向超高清視頻發展,主要體現在分辨率從1080p(1920×1080)提升到4K(3840×2160)、8K(7680×4320),幀率從30幀/秒提升至60~120幀/秒,色域從BT.709提升至BT.2020,色深從8bit提升至10~12bit,提供HDR(高動態范圍)能力等。除分辨率提升外,其幀率、色深、色域、HDR等相應技術指標的全面提升為傳統大屏上的視覺體驗帶來更強感染力和更加震撼的臨場感。新型沉浸視頻體驗方面,虛擬現實能夠提供立體、360°全景、主動交互的全新體驗方式,其主要技術體系可劃分為近眼顯示、網絡傳輸、感知交互、渲染處理和內容制作,根據分辨率、視場角、網絡帶寬、時延、交互方式等技術指標的發展,沉浸體驗的演進可分為無沉浸、初級沉浸、部分沉浸、深度沉浸和完全沉浸等階段,目前處于部分沉浸期,主要表現為1.5K~2K單眼分辨率、100~120度視場角、百兆碼率、20毫秒MTP時延、4K/90幀率渲染處理能力、由內向外的追蹤定位與沉浸聲等技術指標。

在政策環境上,國家和地方相繼發布政策文件推進超高清視頻和虛擬現實產業發展。超高清視頻方面,2019年2月,三部委聯合印發《超高清視頻產業發展行動計劃(2019-2022年)》,提出按照“4K先行、兼顧8K”的總體技術路線,大力推進超高清視頻產業發展和相關領域的應用,并對產業規模、用戶數、頻道數量和應用示范提出明確目標。廣東、北京、上海、安徽、湖南、重慶、四川以及青島8省市政府也積極推動超高清視頻行動計劃,多數省份聚焦對顯示屏幕、電視終端和芯片產業的帶動性方面,同時積極推動廣播電視、新媒體、賽事、文娛等各領域直播進程。虛擬現實方面,2018年12月,工信部印發關于虛擬現實產業發展指導意見,確立2020年建立比較健全的虛擬現實產業鏈條,到2025年使我國虛擬現實產業鏈條實力進入全球前列,并對核心技術、產品供給、行業應用、平臺建設、標準構建和安全保障提出重點任務。青島、成都和南昌等數十個地方政府相繼發布虛擬現實相關政策,積極推進產業布局。

在產業發展上,到2022年我國超高清視頻產業總體規模有望超過4萬億元,虛擬現實產業總體規模將超過1000億元,國內企業逐漸打破外企壟斷格局。在用戶基礎方面,超高清視頻具備巨大的用戶潛力,中國IPTV用戶數(含中國移動OTT TV用戶)為1.8億,3年復合增長率為58%,2018年我國虛擬現實用戶為800萬人,預計到2020年虛擬現實用戶增至2000萬人。在產業發展進程方面,超高清視頻用戶基數大,市場規模大,處于快速發展前期。虛擬現實目前用戶數量少,但發展速度快,市場潛力巨大,2017~2022年全球虛擬現實產業規模年均復合增長率將超70%。在產業格局方面,我國在終端產品上已形成一定優勢,我國面板產品持續創新,預計2019年4K電視銷量占彩電總銷量的百分比超60%,海信、TCL、海爾、創維等國產品牌具備全球領先能力,索尼、三星等外資品牌在國內增長乏力,小米等互聯網品牌利用價格優勢占據了大部分國內低端市場份額。VR/AR上主要產品為頭顯設備,索尼、Facebook、HTC、Pico和3Glasses占據了65%的全球VR頭顯市場,AR頭顯領先廠商包括愛普生、聯想和谷歌等企業,Oculus、HTC、Valve、谷歌等公司新品將確保VR/AR市場在今年持續穩定增長。前端設備上我國依然受日韓企業制約,2019年,全球4K攝錄機市場規模將約為60萬臺,主要供應商為索尼、松下、JVC、佳能等日本企業,其中索尼2017年市場占有率為71%。

5G為視頻體驗帶來更多

傳輸方式選擇和應用創新

5G為大視頻提供更強的網絡保障能力。超高清視頻方面,4K、8K超高清視頻的分辨率分別是高清視頻的4倍和16倍以上,根據具體技術指標不同,超高清帶寬需求從20Mbps到150Mbps不等。以H.265標準(350-1000壓縮比)壓縮后4K內容為例,實現4K網絡傳輸的傳輸速率為20Mbps~70Mbps,按照目前央視4K試驗頻道播出格式,所需帶寬約為36Mbps,而目前我國4G的平均體驗帶寬不足30Mbps,難以承載超高清視頻傳輸。虛擬現實方面,在云化牽引的網絡架構下,不斷提升的近眼顯示技術對傳輸帶寬提出了更高要求。若以角分辨率、視場角、色深、刷新率、焦平面作為衡量視覺沉浸感的主要測度,基于其乘數效應估算可得,完全沉浸等級所需未經壓縮的原始帶寬可達5Tbit/s。此外,對于多焦面顯示技術,當同時聚焦的焦平面達到8個時,其4K顯示的承載網絡傳輸帶寬需求高達26.4Gbps。對于全息顯示技術,由于LCos-SLM是對全息編碼圖像進行加載顯示,因此,其承載網絡除需滿足3.3Gbps傳輸帶寬要求外,還需對待顯示圖像的光場信息進行大體量全息計算,將待顯示圖像的光場信息上傳到云端進行全息計算,針對4K的屏幕分辨率,所需的上行網絡帶寬需要達到3.3Gbps,針對120Hz的顯示刷新率,單獨全息圖的計算時間需小于3ms。

5G助力大視頻在行業應用中的快速普及。基于5G無線網絡傳輸,依托現在的網絡部署和設備安裝方式,大視頻在現場直播、安防監控、視頻會議、家庭客廳中的應用將更加便捷。現場直播方面,圍繞體育賽事、綜藝節目、重大活動、戶外活動等開展5G 4K、5G 8K的超高清現場直播成為各方關注的重點,可通過5G將現場視頻信號回傳至轉播車、轉播中心或云端,降低直播實施難度,提高直播靈活性。9月,中國移動聯合大華、海信等完成了對杭州西湖外場5G 8K直播,中國聯通和阿里云在杭州云棲大會上完成5G 8K直播應用,面向2022年北京冬奧會提供5G 超高清視頻直播解決方案。安防監控方面,圍繞車站、機場、景區、社區、工地等人流密集和重要的安全防控場所部署4K/8K超高清安防監控,可提高對“大場景、小細節”的監控感知能力,結合人工智能算法,可開展更準確的人臉識別、行為識別、車輛識別等智能化應用,基于5G監控攝像頭的安裝部署將更加簡易。家庭客廳方面,通過5G MiFi等設備可使得家庭設備共享5G寬帶接入,承載互聯網的超高清視頻應用,成為固網寬帶接入的有效補充和替代。

大視頻

賦能千行百業應用場景

大視頻業務范圍廣、應用場景豐富,大視頻應用可分為廣電、文娛、教育、醫療等大眾服務類應用以及工業、商業、軍事等企業服務類應用,其中大眾服務類應用產品豐富、技術先進,占據絕大部分市場份額。在廣播電視領域,CCTV-4K頻道已在2018年10月開播,在全國有線電視網免費落地,各地有線電視運營商均免費給用戶提供4K機頂盒,中央廣播電視總臺還采用4K技術直播中華人民共和國成立70周年慶祝活動。

各地政府和企業積極開展超高清電視布局,廣東電視臺是首個獲批開辦4K試驗頻道的地方電視臺并提出“4K引領、8K突破”的定位,福建、江蘇、四川等地相繼展開4K超高清專區建設;三大運營商發力IPTV業務,截至2018年7月,IPTV總用戶量達1.8億,視頻娛樂、智能家居、健康、教育等豐富的服務滿足用戶多樣需求;多家網絡視頻運營商開通4K專區,以內容服務 OTT盒子捆綁的方式加速大屏幕4K進入家庭進程。在文娛領域,影視、直播、游戲與大視頻的結合為用戶提供高畫質的直覺效果和深度沉浸感體驗。例如,2022年冬奧會將采用4K 8K直播,電影院線推出4K巨幕、VR觀影的創新形式,樂客、三七互娛、阿里影業、萬達等企業提供超高清、多互動VR游戲及VR影視產品。在教育領域,4K超高清技術讓智慧教育、智慧教學成為可能,也為學生提供更清晰的教學畫面;VR教育產品給學生身臨其境的深度體驗,讓學生近距離觀察生物、天文、化學等實驗教學內容,打破了傳統教育的距離和條件限制。在醫療領域,超高清技術為醫院打造專業數字化手術室解決方案。例如,海信數字化手術室,以手術室為中心,以IP 光纖部署,4K手術室顯示器、4K內窺鏡顯示器使手術畫面更清晰,也為遠程醫療奠定了基礎,華西醫院、青島阜外醫院等利用4K腹腔鏡技術實施了前列腺癌根治術、腎腫瘤切除術等。同時,VR/AR為醫療模擬、術前培訓、心理干預提供了解決方案,瑞金醫院借助VR直播3D腹腔鏡手術進行培訓、杜克大學利用AR眼鏡降低“盲目手術”風險、FDA批準MindMaze利用VR沉浸式體驗來幫助“幻肢痛”及“中風”患者進行治療。

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