《中国联通5G+8K技术白皮书(31页).pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《中国联通5G+8K技术白皮书(31页).pdf(31页珍藏版)》请在三个皮匠报告上搜索。
1、 中国联通中国联通“5G+8K”技术技术白皮书白皮书 中国联合网络通信有限公司网络技术研究院中国联合网络通信有限公司网络技术研究院 华为技术有限公司华为技术有限公司 2019 年年 2 月月 第 2 页 共 31 页 中国联通“5G+8K”技术白皮书 . 1 1 引言 . 3 2 5G 技术推动超高清视频产业发展. 4 2.1 全球 5G 产业发展动态 . 4 2.2 全球超高清产业发展布局 . 4 3 5G+8K 应用场景 . 6 3.1 典型的家庭/个人应用 . 6 3.2 典型的行业应用 . 7 4 5G+8K 应用技术 . 7 4.1 8K 技术特点 . 7 4.2 8K 内容制作 .
2、 9 4.2.1 视频采集 . 9 4.2.2 编辑及存储 . 10 4.3 8K 内容编码 .11 4.4 网络传输 . 12 4.4.1 基础网络 . 12 4.4.2 视频内容分发网络 . 15 4.5 终端显示 . 15 4.5.1 面板 . 16 4.5.2 机顶盒 . 17 4.5.3 VR 终端 . 18 4.6 典型应用解决方案 . 18 4.6.1 面向平面 8K 视频内容制作 . 18 4.6.2 面向 VR 8K 视频内容制作 . 20 4.6.3 面向 OTT/IPTV 内容服务 . 21 4.6.4 面向 VR 内容服务 . 22 4.6.5 面向视频监控应用 . 2
3、3 4.6.6 面向 8K 工业应用. 24 4.6.7 面向融媒体平台 . 24 5 5G+8K 应用案例 . 26 5.1 央视春晚直播 . 26 5.2 杭州超高清视频直播 . 27 5.3 乌镇世界互联网大会视频监控 . 28 5.4 江西 5G+VR 春节联欢晚会 . 29 5.5 超高清远程医疗 . 31 6 展望 . 31 第 3 页 共 31 页 1 引言引言 随着 5G 时代的到来,全球主要国家和地区纷纷提出制定了各自的 5G 推进计划,加速 5G 商用进程。我国在“十三五”规划纲要中明确提出“积极推进第五代移动通信(5G)和超宽带关键技术,启动 5G 商用”的要求。5G 作
4、为新一代网络基础设施,是经济社会数字化转型的关键支撑,中国联通正在积极推进5G 标准和关键技术研究,加速 5G 网络技术试验、应用创新以及商用部署工作,形成面向个人用户、面向行业用户在相关领域的业务应用能力。 5G 网络大带宽、低时延特性在面向超高清视频应用方面具有非常广泛的应用场景和需求。根据视觉网络指数 (VNI)报告预测,到 2022 年全球 IP 视频流量将占到所有 IP 流量(商业和消费者)的 82,全球 IP 视频流量 2022 年将增长到 2017 年的四倍, 复合年增长率高达 29。 超高清视频技术与 5G 的结合可以形成很多核心应用模式,如:超高清视频直播内容的回传制作、基于
5、 5G 的大带宽超高清视频服务、基于 5G 的 VR 服务、超高清视频监控、超高清工业生产、远程医疗等等。 随着我国 5G 的规模商用、超高清视频产业的不断演进,未来 5 年将是中国超高清视频产业技术发展和成果转化的战略机遇期,5G 将驱动超高清视频产业应用的飞跃提升。5G 与超高清视频技术的结合,为未来创造了无限可能。 第 4 页 共 31 页 2 5G 技术推动超高清视频产业发展技术推动超高清视频产业发展 2.1 全球全球 5G 产业发展动态产业发展动态 国际电信联盟(ITU)发布的 5G 网络将要达到的部分性能参数如下:下行峰值数据速率为 20Gbps,上行峰值数据速率为 10Gbps,
6、下行峰值频谱效率为 30bps/Hz,上行峰值频谱效率为 15bps/Hz,下行用户体验数据速率 100Mbps,上行用户体验数据速率 50Mbps。5G 网络的理论网络延迟将大大降低,端到端时延达到毫秒级, 空口时延仅为 1ms, 远远低于 4G 网络的空口时延 10ms。 而根据 3GPP 的标准规范TR22.863,5G 移动网络 eMBB 的用户体验速率下行为 1Gbps,上行为 500Mbps。 而传输入门级 4K、运营级 4K、极致 4K、8K 的带宽需求已经超出了现有的 4G 甚至 Wi-Fi 的能力,亟需 5G 的支持。带宽要求最高的 8K 视频普遍需要 135Mbps 以上的
7、带宽保证传输质量,带宽要求最低的入门级 4K 也需要 18Mbps 到 24Mbps 的带宽。而 4K 超高清视频对于承载网端到端的总体要求为:端到端带宽要大于 50Mbps,往返时延(RTT)要小于 20ms,丢包率(PLR)要小于 10-5(实践中可通过端云优化稍微降低对网络的要求) 。从理论上讲,5G 网络对于 4K 乃至 8K 超高清视频有着良好的承载能力。 从商业应用的角度来看, 2018 年 5G 的 R15 版本标准已经冻结, 奠定了面向以超高清视频为主的 eMBB业务的 5G 网络商用基础。 截至 2018 年 11 月, 有 78 个国家的 182 家运营商部署或计划部署 5
8、G, 如 Verizon、韩国 SKT、LG U+、KT、芬兰 Elisa 等已宣布商用,43 个国家的 74 个运营商在 2019-2022 年计划商用。在美国,Verizon 发布 5G 内容运营策略,为用户提供 YouTube 和 Apple TV 4K 服务,Verizon 将与内容提供商合作,成为一个分销商和电视和视频内容的聚集者。韩国 SKT、KT 等运营商基于在平昌冬奥会上的5G 试商用,在 2018 年底正式为用户提供 5G 服务,包括同步观看、交互时间片段、360 度虚拟现实直播、全方位视觉和 5G 连接巴士等服务。全球的主流运营商都已经开始商用或部署 5G 网络,而超高清视
9、频无疑是首当其冲的主要目标业务。 2.2 全球超高清产业发展布局全球超高清产业发展布局 “信息视频化、视频超高清化”已经成为全球信息产业发展的大趋势。从增长和规模来看,到 2022 年,超高清(或 4K)的视频点播 IP 流量将占全球 IP 视频流量的 22,超高清占视频点播 IP 流量的百分比将高达 35;从技术演进来看,视频已经从标清、高清进入 4K,即将进入 8K、AR/VR 时代;从各互联网领域来看,随着网络速率的提升、应用终端的逐步完善,家庭互联网已经率先实现了 4K 的超高清化,移动互联网和产业互联网也在向高清化、超高清化快速演进。 日本 NHK 在 2016 年的里约奥运会进行
10、8K 广播测试,2018 年正式开始 8K 卫星电视广播,并规划在2020 年的东京奥运会进行 8K 电视转播。2018 年底,率先开通了全球首个 8K 卫星广播频道,提供 4K 及8K 22.2 声道内容。 在电视终端方面,LG 发布世界最大的 8K OLED 屏幕,实现 8K 技术与 OLED 技术的首次结合;索尼第 5 页 共 31 页 研发基于 8K HDR 显示的高端画质图像处理引擎;海信推出激光电视和 ULED 电视;TCL 专注于 4K 画质高动态渲染;夏普则率先推出消费级 8K 电视。 图1. 近两年美国 CES 各厂家展出的 8K 技术 近年来,中国超高清视频产业发展拥有难得
11、的机遇,也面临巨大的挑战,国家各层面均积极倡导发挥市场优势,加大政策支撑和引导力度,加快超高清视频技术产品创新和应用普及进程。 (1)工业和信息化部发起中国超高清视频产业联盟 2018 年 3 月, 在工业和信息化部指导下, 中国超高清视频产业联盟由超高清视频产品制造、 视频传输、内容生产、应用和服务等领域的主要企事业单位、科研院所、专业机构等发起成立,将积极搭建政产学研用紧密合作的公共服务平台,汇聚超高清视频产业资源和各方面力量,促进行业交流合作,培育超高清视频新业态、新模式,助力打造国际先进的超高清视频产业集群,推动构建中国超高清视频产业生态体系,中国联通是联盟副理事长单位和联盟发起倡议单
12、位。 图2. 中国超高清视频产业联盟成立 (2)中央广播电视总台实现 4K 超高清频道落地和 5G 新媒体试验 2018 年底,中央广播电视总台与中国电信、中国移动、中国联通、华为公司签署战略协议合作建设国第 6 页 共 31 页 家级 5G 新媒体平台,通过联合建设“5G 媒体应用实验室”积极开展 5G 环境下的视频应用和产品创新,形成电视、广播、网媒三位一体的全媒介多终端传播渠道,并发布 4K 超高清技术规划和超高清频道。 (3)中国三大电信运营商推动 5G 与下一代超高清视频商用探索 中国电信通过转型 3.0 战略,涵盖视频 3.0 战略,以大视频为核心,提供差异化方案。2018 年,中
13、国电信与华为联合发布云 VR 产品,计划 2019 年底在全国一、二线城市全面加载 VR 业务;与东方明珠、百视通、富士康发布基于 5G 测试网络的 8K 视频应用平台,并与各合作伙伴共同成立“5G+8K”产业联盟。 中国移动通过大连接战略布局超高清视频领域,发布首个省级 VR 业务管理规范,实现全球首个运营商云 VR 业务试商用; 完成基于 3GPP 标准 R15 版本的 5G 端到端 8K 视频演示, 并在乌镇等地完成试验应用。2018 年,中国移动与中国国际电视总公司签署战略合作协议,涵盖 5G 技术研发、4K 超高清频道建设、内容分发、大数据以及资本等领域,是 2018 央视世界杯新媒
14、体指定官方合作伙伴。 中国联通聚焦视频战略,完成从“关注产品实现”到“关注用户体验”的思路转变。2018 年,中国联通发布中国联通 5G+视频推进计划,在 17 个城市开展 5G 试点网络测试和创新应用示范孵化,在 5G 新媒体领域完成多个首发的行业应用实践,包括央视春晚实现国内首次 5G+VR 实时制作传输应用、极寒天气下5G+4K 传输应用、在杭州试点首次专业级 5G+8K 直播应用、在江西试点首次 5G+VR 春晚直播、与首钢打造 5G 智慧园区助力智慧冬奥、在福建完成全球首例基于 5G 的远程动物手术、与青岛港打造首个 5G 智慧码头等。 3 5G+8K 应用场景应用场景 从技术角度看
15、,5G+8K 应用场景不仅局限于平面大屏,也涵盖 VR 等应用场景;从用户群体角度看,5G+8K 应用场景则涵盖更多,包含直播、点播、游戏等等。 表1. 5G+8K 典型应用场景 5G+8K 应用场景应用场景 平面平面 8K VR 8K 家庭/个人 8K 直播、8K 点播等 VR 游戏、巨幕影院、VR 购物、VR 社交等 行业领域 8K 视频监控、8K 远程医疗、8K 视频会议等 VR 教育、VR 直播、VR 旅游、VR 医疗、VR 工程、VR 房产等 3.1 典型的典型的家家庭庭/个人应用个人应用 (1)8K 直播/点播 8K 直播/点播是指基于 5G 网络,通过 8K/VR 技术应用,对比
16、赛、演唱会、重大活动等大型活动场景进行直播,或后期制作成点播节目推送给家庭/个人用户,带给用户沉浸式的临场感,未来阶段,将为用户带来更好的视听觉和交互体验。 (2)VR 游戏 第 7 页 共 31 页 VR 游戏是指利用 VR 技术让玩家走进虚拟的游戏世界,拥有沉浸的视听感受,并通过身体的运动来进行游戏。云 VR 游戏是 VR 的典型应用,交互性强,沉浸感强,是最能吸引用户的业务之一。 (3)巨幕影院 家庭巨幕影院,是在室内借助 VR 头显,可满足现代人们对于看电影的需求,如私人巨幕、跃然眼前的 3D 影像,1080P 到 4K、8K 的清晰度,800 至 1000 英寸巨幕,屏幕大小自由调节
17、等。 3.2 典型的典型的行业应用行业应用 (1)医疗健康 超高清视频技术可以提供超高精细显示,提高医学图片或影像的清晰度,为医疗诊治提供有力技术支撑。将 8K 影像技术与医疗检查结合,实现精准医疗,通过 8K5G,医生还可以更快调取超高清图像信息、开展远程专家会诊以及远程手术,合理高效利用医疗资源,真正实现完善的医疗解决方案。 (2)工业制造 超高清视频技术与工业物联网结合,可以实现精细原材料识别、精密定位测量等环节,将 8K 技术应用于工业可视化、机器人巡检、人机协作交互等场景,与机器视觉、人工智能结合,提高工业自动化、智能化水平。 (3)文教娱乐 超高清视频除了显著提高临场感,与 5G、
18、VR/AR 结合能带来更真实逼真的体验,在体育赛事、演唱会等展现出更多普通分辨率捕捉不到的细节,抓住每个精彩瞬间,有效提升视频内容制播效率。在教育领域提供更生动的教学互动体验和更丰富的课程内容,有效提升教育教学质量和科研能力。 (4)视频监控 超高清视频技术可以弥补低光照、大范围、恶劣天气等环境缺陷,真实还原各区域细节。用 8K 技术升级现有城市安全、反恐防暴、交通监控,结合图像处理技术,实现区域性人脸、车辆、火灾等识别,大幅提升监控安全领域的保障能力。 4 5G+8K 应用技术应用技术 4.1 8K 技术特点技术特点 8K 技术是一种视频技术系统名称,包括前端设备、编码压缩、网络传输、播出设
19、备和平台应用等方面,还要同步突破高分辨率、高帧率、高色深、宽色域、高动态范围等多个维度技术,才能给为观众带来颠覆式、更具感染力和沉浸感的临场体验。 8K 取自用户最直接的观感、也是最重要的技术属性分辨率,即 7680 4320 像素,是 4K 分辨率的4 倍。 从高清到 4K、 8K 超高清, 画面每帧分辨率从 1920 1080 (约 207 万像素) 提升到 3840 2160 (约 829第 8 页 共 31 页 万像素) 、7680 4320(约 3386 万像素) 。 表2. 超高清技术发展趋势 阶段阶段 准准 4K 全全 4K 8K 基本基本参数参数要求要求 产业成熟时间产业成熟时
20、间 2015-2016 年 2017-2020 年 预计 2020 年- 分辨率分辨率 3840 2180 3840 2180 7680 4320 帧率帧率 30 帧 60 帧 120 帧 位深位深 8bit 10bit 10/12bit 色域色域 BT.709 BT.2020 BT.2020 HDR SDR HDR HDR 8K 需同步突破高分辨率、高帧率、高色深、宽色域、高动态范围等五个维度技术,才能给为观众带来颠覆式、更具感染力和沉浸感的临场体验。 (1)高分辨率 高分辨率技术提供了更丰富的画面层次和更精致的画面细节,呈现出场景的立体感和空间感。在 8K(7680 4320)分辨率的最佳
21、观看距离,人眼的观看角度可以达到 96 ,接近人眼的立体观看视野(人眼产生双目立体感的视场角约 110 ) ,可以忽略显示屏的边界,体验到亲临现场的观感。 (2)高帧率 高帧率技术能够进一步提升影像的细腻度和流畅感,给人眼更加舒适的观看体验。目前 4K 电视采用的帧率 50Hz 或 60Hz。行业标准将逐渐取消超高清隔行扫描方式,并将 8K 的帧率提升到 100Hz 及以上。当帧率达到 120Hz 时,可以改善运动镜头的画面跳停现象和模糊现象,消除高亮度宽视角情况下的临界闪烁现象。 (3)高色深 色彩深度,又叫色彩位数,表示在位图或者视频帧缓冲区中储存 1 像素的三原色中一个颜色所用的位数,表
22、达最多支持多少种颜色。色彩深度越高,可用的颜色就越多,能提高灰阶层次过渡的表现能力、防止出现色彩平滑过渡区域的色带、提升暗场的显示效果、降低画质噪点。目前行业内公认的 4K、8K 系统的色深分别是 10bits(约 10.7 亿色) 、12bits(约 687.2 亿色) 。 (4)宽色域 色域是指一个技术系统能够产生的颜色的总和。色域越大,显示系统的色彩表现力越强,显示的颜色越丰富,更接近自然界的色彩。一般用 CIE1931 色域图表现人眼可感受到的全部色彩空间。高清系统的色域空间一般满足 BT.709 标准,覆盖 38.5%的 CIE1931 色域空间。超高清系统采用的 BT.2020 色
23、域空间改第 9 页 共 31 页 进很大,可覆盖 78.5%的 CIE1931 色域空间,能够再现更多饱和度、亮度高的颜色。 (5)高动态范围 人眼所能感受的亮度动态范围约为 10-3到 106nits,所能感受的瞬时动态范围可跨度高达 10000nits。高动态范围(High Dynamic Range,HDR)能让人眼看到更纯粹的黑、更亮的白色和纯色,同时看到画面里黑暗处和高光处的细节,色彩饱满,画面有立体感和层次感。要实现 HDR,需要支持高亮度、 高色深、高色域空间。 中国联通结合 8K 产业链的技术发展进程定义了 3 种 8K 类型分级,分别为入门级 8K 、普通 8K、极致 8K。
24、 类型类型 分辨率分辨率 帧率帧率 颜色深度颜色深度 亮度动态范围亮度动态范围 色域范围色域范围 入门级入门级 8K 7680 4320 30 帧/秒 10Bit SDR BT.2020 普通普通 8K 7680 4320 60-90 帧/秒 10Bit HDR BT.2020 极致极致 8K 7680 4320 120 帧/秒 12Bit HDR BT.2020 4.2 8K 内容制作内容制作 4.2.1 视频采集视频采集 在视频采集方面,主要涉及分辨率、帧率、画幅宽高比、色彩采样比和量化比特数等主要因素。画幅宽高比,现在主要应用的是 16:9 的 HD/UHD 电视或者 17:9 的 2K
25、/4K 甚至更高宽高比的宽荧幕电影;帧率的除了影响数据量之外,还会影响影像的艺术效果和最终观看的体验;色彩采样比和量化比特数也是影响画质的格式参数之一。 在专业的采、编、播系统中,摄像机作为视频采集头端,负责采、录工作,主要涉及图像处理、编码、输出格式、接口、存储速率、网络传输等规格。而摄像机在不同系统分类中,关注点不同,主要区别如下: (1)影视类 影视类摄像机可以多次重复拍摄,其白平衡、曝光、聚焦等操作以手动模式为主,支持 RAW 原始格式文件输出,对后期制作支撑力度大。 (2)新闻类 新闻类摄像机强调现场捕捉能力,需具备操作简便性及 3A 准确性,辅助手动调节。一般是编码后输出,通过记忆
26、卡方式存储视频源,编码和格式不同。如演播室摄像机要求打光充足,低照能力要求不高,但信噪比要求较高;外采摄像机无打光,其低照能力则要求高,机体小型化趋势明显。 (3)赛事类 赛事类摄像机一般是固定机位,且多机位,部分是移动机位,且不同机位的摄像机要求不同,如特写第 10 页 共 31 页 机位、mini 机位等等,要求可捕捉高帧率、快速变化画面,配备追焦、高感光、大光圈、长摄距(长焦)镜头。 (4)监控类 监控类摄像机一般用于视频监控或者前置摄像, 基于互联网或局域网进行视频流传输, 具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点,一般用于城市、企业或家庭的安防系统。 (5)其他专用
27、摄像头 除了拍摄平面视频素材的摄像机,还包括拍摄 VR 摄像机、3D 摄像机等专用特殊器材。 从以上的分析和当前的趋势看,影视类摄像机在分辨率的更新迭代上走得比较快,部分主流厂商的高端机型已经升级到 8K 分辨率,8K 分辨率将在未来 5-10 年逐步成为影视摄像机的高端机型的标配,特别是部分摄像机芯片提供商,如海思的 SOC 已经升级到 8K 分辨率,解决了 FPGA 性能和功耗上的局限,也将进一步促进其他品类摄像机向 8K 分辨率升级。 未来,8K 摄像机发展仍存在部分挑战,其发展趋势包括: (1)在编码技术配套方面,从 4K 到 8K,数据量增大 4 倍,未来将需要多输出格式满足多种后期
28、处理需求,RAW 更适合大型复杂的后期制作,编码预处理输出更适合中小型普通的后期制作。 (2)在机身小型化方面,提升亮度范围,实现最高 4000nit、最低 0.001 尼特。配合两帧曝光,动态范围高达 20 级,扩展色域范围,支持 Rec.2020 标准,实现明亮的色彩和强烈的照明效果 (3)在功耗降低方面,FPGA 的功耗问题无法彻底解决,特别是 8K 技术对功耗带来的问题凸显,低功耗的芯片级解决方案可能是未来的趋势。 (4) 在存储介质等配套方面,8K 视频的数据量急速增加, 要求存储的速度和容量都要做大幅的提升。 此外智能拍摄也将成为专业类摄像机的发展趋势,包括深度信息提取,可通过软件
29、批量实现物体背景分离、物体替换,以及 深度信息提供给自动对焦算法,实现精准的聚焦,降低拍摄技术门槛。 4.2.2 编辑编辑及存储及存储 视频制作系统是对采集收录的超高清视频进行编辑、制作、剪辑的相关软硬件设备,包括素材编辑、色彩调整、特效处理、后期合成等功能,对软件编码、硬件接口、帧率、分辨率、色域稳定性和视频格式兼容性等有较高要求。 未来,视频制作系统的发展趋势是超高清视频的制作流程与云计算、人工智能等前沿科技进行结合。新媒体云采编等新技术应用突显而出,基于新媒体云服务平台能力,根据不同的行业的需求和业务场景,按需进行定向整合,构建细分市场的的行业产品及解决方案,提供娱乐级,专业级的,媒体级
30、的、播出级的差异化的、广电级的标准服务。基于云平台服务的非编系统,可以提供从素材获取、资源管理、剪辑/监看、添加字幕、添加特技到最终发布的全部功能,支持手机、Pad 各类终端远程编辑应用。 第 11 页 共 31 页 超高清视频由于超高码率的特点,对存储设备提出了更高的要求。以松下 GH4 微单拍摄为例,每小时的 4K 影片需 42GB 存储空间, 需要至少 23 个备份, 对存储空间提出了巨大需求。 而到了 8K 视频时代,通过 JVC Super Hi-Vision 摄像机视频采集长度为 1 分钟左右的 8K (7680 4320) 分辨率视频, 需占用 194GB存储空间。同时,对视频素
31、材的编辑通常需要多路同时叠加编辑,对存储的 I/O 性能要求将达到更高标准。超高清视频制播配备的存储设备必须在高 I/O、高容量方面进行专门的优化,还要具备较高的可扩展性和较高的性能,以满足读写效率。 未来,简单的大容量硬盘已逐渐无法满足超高清视频存储,针对高数据容量和实时性的要求,业界已推出分布式存储架构的解决方案,既便于存储,更能将超清视频以最快速度传输到世界各地,在终端上呈现最好效果。 4.3 8K 内容内容编码编码 运营商发展理念是不断提升带宽,进一步提升压缩效率,而 8K、VR 等全新视频应用也会跟上来,带宽消耗还会更高。这虽然是一个简单的经济学悖论,但是高效的压缩技术确是我们所需要
32、的,所以运营商有必要在 8K 时代参与第三代编码技术的制定。 编码设备是运用特定算法将超高清视频数据转换成格式化视频文件的设备,包括硬件编码器、软件编码服务器、云编码服务等,需具有高压缩比、高质量流畅图像、高码流精度控制、多标准格式支持、低延时和低网络传输带宽等特性。编码设备需要具备相对处理高清视频更高的 I/O 性能。同时,由于中国推出了 AVS 系列标准,也对编码器设备的编码功能提出了新的要求。 在同等画质情况下,更好的编码标准需具有存储体积更小、带宽占用更少、传输码率更低、画质更细腻的优势。目前 H.264、H.265 和 AVS2 等协议支持 4K 编解码,AV1 暂未规模商用,面向
33、8K 的新一代全球领先编解码标准 AVS3 已经完成标准定义,即将于 2019 年 3 月发布,压缩率、带宽占用等指标大幅领先于现有标准,2019 年下半年将有芯片产品发布,为 8K 的普及做好了标准准备,全面领先于预计于 2020年 10 月发布的 H.266 标准。 编码格式 分辨率 帧率(fps) 码率(Mbps) H.264 1920 1080 30 5-10 3840 2160 30 10-40 60 20-80 7680 4320 60 80-240 H.265 1920 1080 30 4-8 3840 2160 30 8-30 60 12-40 7680 4320 60 48-
34、160 H.266 3840 2160 60 10-32 第 12 页 共 31 页 7680 4320 60 32-120 120 50-200 AVS 1920 1080 25 5-10 AVS2 3840 2160 50 12-40 7680 4320 50 48-160 AVS3 7680 4320 50 32-120 7680 4320 100 50-200 VP9 1920 1080 30 5-10 3840 2160 60 12-40 AV1 3840 2160 60 10-32 7680 4320 60 36-120 120 60-200 按照市面主流 H.265 标准(350
35、1000 压缩比) ,4K 视频传输的传输速率至少为 12-40Mbps,8K 视频传输的传输速率至少为 48-160Mbps。未来随着 5G 网络的普及,将有效满足 4K 的视频传输需求,并支持8K 视频传输需求。 图3. E 2018 全球媒体报告-视频格式份额 4.4 网络传输网络传输 4.4.1 基础网络基础网络 4.4.1.1 移动网络移动网络 5G 网络以 eMBB、eMTC、URLLC 三大应用场景为核心,提供大带宽、大连接、低时延的网络能力,同时结合 MEC、网络切片等特性,为 8K、VR 等超高清视频技术发展带来全新机遇。 第 13 页 共 31 页 图4. 5G 技术关键性
36、能 按照 8K 视频直播或者点播带宽 200M 要求,4G 网络的传输速率峰值仅能达到 100Mbps,已无法满足8K 视频传输带宽需求,5G 网络可提供数十 Gbps 的峰值速率,单用户体验速率达 0.1-1Gbps。eMBB (增强移动宽带)作为 3GPP 定义的 5G 技术三大场景之一,为超高清视频等大流量业务提供了技术基础。 图5. 基于 5G 网络的 8K 视频播放组网图 多接入边缘计算(Multi-Acess Edge Computing,MEC)是 5G 关键技术之一,在靠近人、物或数据源头的网络边缘侧,融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台,就近提供边缘智能服务,满足行业
37、数字化在实时业务、传输优化等方面的关键需求。MEC 可通过对 8K、VR/AR 等高带宽业务的本地分流,降低对核心网络及骨干传输网络的占用, 同时大大拉近业务与终端的距离, 有效提升业务速率, 降低时延。 另外,5G 端到端网络切片也将是推动超高清视频广泛应用的重要技术,切片是指将网络资源灵活分配,网络能力按需组合,基于一个 5G 网络虚拟出多个具备不同特性的逻辑子网。每个端到端切片均由核第 14 页 共 31 页 心网、无线网、传输网子切片组合而成,并通过端到端切片管理系统进行统一管理。切片技术可以为超高清视频业务提供虚拟的专用传输通道及智能化的自适应优化,保障业务高质量的体验要求。 4.4
38、.1.2 固定网固定网络络 8K 视频对网络的带宽和时延等同时提出了更高的要求。视频点播业务目前一般使用 TCP 传输,丢包对 TCP 影响是降低通量、产生卡顿。根据 TCP 吞吐量评估的经典公式: 在确定的往返时延和带宽通量要求下,视频点播业务对网络的基本要求是时延150M,丢包率1.7E-6。其中,丢包率太高会造成花屏、黑屏等问题,视频业务对网络时延并没有严格要求小于20ms,但时延较小的情况下进行切换频道、开始播放等操作时画面加载的时间比较短。如果对画面加载时间没有太高要求,则网络时延可放宽至 3040ms。 图6. 符合 8K 需求的家庭网络组网模式 所以,大带宽、低时延、多业务的家庭
39、宽带网络是满足 8K 等超高清视频业务应用的基础,入户千兆宽带、基于 Wi-Fi 的家庭网络、基于 8K Ready 的承载网络是目标网络架构。 (1)千兆宽带网络:近年来,中国联通已将百兆宽带作为主推速率,并逐步向 200M、500M 及千兆宽带推进。在网络资源方面,中国联通传输骨干网链路充沛,总容量达到 248Tbps,其中 100G 的高传输容量占比达到 65%;在网络建设方面,试点城市通过升级整体城域网,将百兆端口升级至万兆或十万兆;在用户接入方面,接入网同样升级至对称万兆端口,并兼容用户原有百兆网关,加快城域网与接入网协同发展。中国联通已有北京、上海、天津、济南、青岛等城市开展千兆宽
40、带试点,涵盖优化基础网络、改善服务质量、创新应用产品、提升宽带品质,致力满足用户个性化、多层次的通信服务新需求,并将根据试点情况制定下一批推广计划。 (2)基于 Wi-Fi 的家庭网:需要构建基于 Wi-Fi 的家庭网络实现 Cloud VR 业务承载。当前家庭使用的Wi-Fi标准制式还大部分为802.11n, 最大带宽为300M左右, 而未来极致VR视频所需带宽更是达到2.35G(FOV 方式)甚至 5G(全视角方式) 。因此,需要 802.11ac Wave2(空口速率可达 6.93G) ,或者 802.11ad(又称 Wi-Gig,吞吐量可以达到 7G)或者 802.11ax 等新的 W
41、i-Fi 标准设备,以及合理的分布式 Wi-Fi 方第 15 页 共 31 页 案实现无缝切换体验。 (3)基于 8K ready 的承载网:依托 4K Ready 的极简承载网络架构,根据 8K 带宽时延要求进行局部调整,包括 GPON/EPON 升级 100G GPON/EPON、OLT 上行端口扩容升级、城域网扩容升级/OTN 一跳直达等措施。例如,GPON 单接口的下行总带宽按 2.5G 计算,收敛比按照 50%计算,在 1:64 分光比下每用户带宽尚不足 100Mbps,因此 GPON/EPON 技术难以满足 8K 的大规模普及,EPON 向 10G EPON 演进、GPON 向 1
42、0G GPON 演进已成为现阶段千兆入户的主要技术方向。 4.4.2 视频内容分发网络视频内容分发网络 CDN, 全称是 Content Delivery(Distribution) Network, 即内容分发网络。 通过在现有的网络中部署 CDN节点,将网络内容发布到最接近用户的网络“边缘” ,使用户可以就近取得所需的内容。 随着 8K 的到来,视频流带宽需求从标清的 2M,高清的 8M,4K 的 3050M,提升到 80M 以上。CDN的部署就尤为显得重要。对 CDN 来说,就要求 CDN 流媒体服务器有更高的出流、更低的时延、更高密度的硬件平台,而传统的服务器仅仅是通过堆叠来应对流量或
43、者存储增长无法满足以上诉求。8K 的到来将驱动厂商设计下一代 CDN 流媒体服务器,下一代 CDN 流媒体服务器需要重点考虑几个问题: (1) 摩尔定律可能失效, Intel CPU 每年能力增长 10%左右, 5 年性能增长 50%左右, 远远落后 4K/VR内容升级需要边缘流化增长 810 倍要求。 (2)单服务器承载的用户数急剧降低,会导致“二八定律”的缓存失效,通过服务器简单堆叠难以满足内容升级要求。 (3)通用服务器无法满足 VR FOV 业务对 CDN 的时延小于 15ms 的要求,I/O 时延小于 5ms。 另外,CDN 部署位置也决定点播视频流的流量流向、时延、丢包,影响 8K
44、 业务的建设成本。除了建设成本以外,CDN 的部分位置还直接影响到业务的整体时延。CDN 部署位置下移后,受流媒体服务器等设备利用率降低,存储服务器及服务器配套增加等影响,CDN 的成本将会上升,但同时由于减少了流量的转发跳数和经过的网络设备,相应地减少了网络扩容成本,所以实际部署时,只有 CDN 和网络部署综合考虑,才能达到整体成本最优。 4.5 终端显示终端显示 超高清视频终端呈现设备包括电视机、机顶盒、平板电脑、手机、VR/AR 设备等。在大尺寸的显示设备上播放高分辨率的视频效果是非常可观的,但是手机的尺寸远远小于电视,目前最大尺寸不会超过 7 英寸,若把分辨率提升至 4K 甚至 8K
45、笔则无必要,当屏幕分辨达到一个 2K 时,人类的眼睛已无法辨别其与4K 屏幕的区别,另外,高分辨率屏幕对手机续航要求极大。目前中国已有多种类大型超高清视频显示终端产品,主要性能指标已具备国际领先水平,未来中国 4K/8K 产品渗透率将不断提高。 第 16 页 共 31 页 4.5.1 面板面板 8K 市场处于起步阶段,存在 Soc 解决方案尚不成、产品良率偏低以及成本过高等因素影响,其中,在 2019 年二季度推出 8K 电视芯片原型产品。预计 2019 年全球 8K 面板的出货数量约为 30 万台,到 2020年,8K 面板出货数量将会达到 260 万台。2020 年后,随着生产制造的条件成
46、熟及成本的下降,品牌推广、5G 网络等各方面条件的逐步成熟,将会带动 8K 面板市场快速发展。 中国面板企业京东方、华星光电在 8K 超高清显示面板领域全球领先,韩国三星、LG 在美国获奖的8K 系列产品,日本在巴西奥运会上试播的显示终端均采用了中国制造的 8K 液晶显示屏。 超高清电视通过 HDMI 接口接收数字信号,经图像处理、显示后,水平/垂直清晰度均应达到 4K/8K电视线。HDMI 2.0 每路带宽达到 18Gbps,支持 Rec.2020 色域范围,可传递 4K 60Hz 视频信号,增加了对HDR 的支持。 目前业界正在研究的 HDMI 2.1 则将带宽提升至 48Gbps, 同时
47、在线缆设计和接口设计上增加了全新的要求,用来满足视频信号高速传输的稳定性和完整性,未来也将推出更高速率接口。 第 17 页 共 31 页 图7. HDMI 系列标准功能对比(来源:HDMI 协会官网) 另外,为实现超薄型显示屏、超大屏幕 8K 电视进入普通家庭,目前正在对可弯折搬运、轻巧、柔韧性较好的显示屏进行研究,使用寿命更长、消耗电力更低。 4.5.2 机顶盒机顶盒 国内运营商现网有超过 1 亿的 4K 机顶盒,但绝大多数只能支持 4K 30 帧/SDR/BT709/8bit 的 4K 解码能力,在 2018 年,国内三大运营商的新增机顶盒全面支持 4K 60 帧/HDR/BT2020/1
48、0bit 的视频解码能力。8K 机顶盒芯片将在 2019 年首发,预计未来 2 年内将启动向 VR、8K 方向的演进。 中国联通根据全 4K 智能机顶盒功能特点,结合芯片、终端发展态势,提出 8K 智能机顶盒关键升级点。 第 18 页 共 31 页 表3. 机顶盒演进 类型类型 全全 4K 智能机顶盒智能机顶盒 8K 智能机顶盒智能机顶盒 发布时间 2017-2018 年规模应用 预计 2020 年首发 基 本硬件 CPU 四核 A53 以上,主频可达 1.5GHZ 以上 4 核以上,主频至少 1.5GHZ 以上 GPU 四核及以上,支持 3D 图形加速 4 核以上,支持 3D 图形加速 神经
49、网络处理器 无 有 RAM 1G Byte 及以上,DDR3 及以上 1G Byte 及以上,DDR3 及以上 FLASH 4G Byte 及以上 8G Byte 及以上 编 解码 解码 分辨率最大可达 4K,帧率 30fps、60fps;色深 10Bit;BT.2020 色域;支持 HDR 分辨率最大可达 8K, 帧率 30 fps、 60 fps、90 fps、120 fps;色深 12Bit;BT.2020 色域;支持 HDR 音频解码 MPEG-2(Layer 1/2) 、 MPEG-2 AAC LC/MAIM、MPEG-4 AAC、PCM、Dolby EAC-3/DD+ 等 MPEG
50、-2(Layer 1/2) 、 MPEG-2 AAC LC/MAIM、MPEG-4 AAC、PCM、Dolby EAC-3/DD+ 等 视频编码 支持 H.264、H.265 等 支持 H.264、H.265、AV1 等 接 口及 外设 接口 HDMI2.0a ;USB2.0 2;内 置 蓝牙 ;内 置2.4GHz/5GHz 双频 WLAN,支持 2 2 及以上 MIMO;RJ45 10/100BaseT 网络接口等 HDMI2.1;USB3.0 2;GE 口;PCIE;内置蓝牙; 内置 2.4GHz/5GHz 双频 WLAN,支持 2 2 及以上 MIMO 等 外设 红外遥控器等 红外遥控器