IPTV云VR業務關鍵技術研究

屈海偉 劉 亮

中國電信股份有限公司陜西分公司

0 引言

當前人們對網絡視頻體驗的要求越來越高，VR（虛擬現實）業務也日趨成熟，其基本實現方式是計算機模擬虛擬環境，給人以環境沉浸感。2015年以前，VR在國內尚處萌芽階段，市場概念普及尚不成熟，產品也處于孵化期間，這一階段的VR產品主要以塑造概念為主；2015年，市場迎來“VR元年”，虛擬現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各領域產品的不斷迭代，產品與市場逐漸走向成熟。

當前，虛擬現實技術逐步走向成熟，拓展了人類的感知能力，改變了產品形態和服務模式。隨著時代的發展，視頻業務慢慢從高清到4K再到8K，最后到VR，其發展已從平面走向立體沉浸時代，人們的生活方式將發生深刻改變。

IPTV是基于寬帶網絡和寬帶業務平臺，以機頂盒或其它具有音視頻編解碼能力的數字化設備為終端，通過聚合SP的各種流媒體服務內容和增值應用，為用戶提供多種互動多媒體服務的一項業務，具有直播、點播、回看等多種功能。

中國電信集團公司下發大視頻產品管理辦法，鼓勵各省上線VR“一城一品”項目。為了進一步豐富IPTV業務，各省均在嘗試引入IPTV云VR業務。IPTV云VR能力提升具有很大的必要性，可以借助本地特色，打造差異化內容，促進雙千兆領先，構筑多場景直播基線，降低內容生產門檻，構建直播生態，擴大內容產量，支持天翼云VR平臺內容持續更新。VR內容反向牽引千兆家寬場景下家庭網絡優化，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網絡架構分析

按照從低到高，IPTV云VR網絡一共分為四個層級，分別為終端層、網絡層、平臺層、內容層，如圖1所示。其中，終端層主要實現VR內容呈現、家庭網絡接入以及用戶認證等功能，通過光網/5G接入網絡，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；網絡層主要包括骨干網、城域網、接入網及家庭網絡四部分，負責為VR視頻業務提供高帶寬、低時延的穩定傳輸，CDN邊緣節點在BRAS側部署；平臺層負責對VR超高清提供業務運營管理、流化、轉碼、存儲、編碼等功能，包括視頻業務管理平臺、媒體平臺等；內容層負責向平臺層提供源內容，包含內容提供方和內容聚合方，主要包括Cloud VR視頻業務、前端攝像視頻流。

圖1 云VR網絡架構圖

VR視頻主要的業務模型包括VR全景點播、VR全景直播、2D轉3D、自由視角第三方拍攝集成四種業務模型。自由視角點播是指對節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，每個機位對應一個video track，每個機位幀數必須一致，用戶可以通過終端設備，變化視角，從不同視角來觀看同一個節目，可以廣泛應用于體育賽事、演唱會、綜藝節目、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目同時用多路高清攝像機進行拍攝，用戶可以通過終端設備如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目。現網存在大量的2D頻道，為了充分利用2D資源開展3D業務，不用去影院就能體驗到3D業務，2D轉3D的直播業務能夠把全高清的2D頻道轉換成3D頻道，播放時用VR播放器觀看3D頻道。

2 IPTV云VR業務場景分析

云VR的業務場景——IPTV VR家庭影院+VR眼鏡私人影院，基于最新的自然2D-3D轉換技術，將海量的傳統影視以及電視直播頻道，轉換成3D立體視頻，通過電信IPTV VR專區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：現網點播內容離線進行3D轉碼，通過VR頭盔或IPTV VR專區觀看；

場景二：現網直播頻道通過在線實時的3D轉碼，通過VR頭盔或IPTV VR專區觀看；

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

各場景的示意圖如圖2所示。

圖2 云VR業務的三種業務場景

3 IPTV云VR業務組網設計

云VR的組網以大視頻平臺、電信集團天翼云VR兩大業務平臺為基礎，落地本地VR CDN節點，配合云端轉碼能力如自由視角轉碼、8K VR Fov轉碼、2D轉3D轉碼，構建覆蓋IPTV、手機、VR三大終端的業務形態，通過多種業務場景支撐打造視覺新體驗。組網主要涉及三個網元媒體：云處理云轉碼平臺、IPTV-VR CDN（專網）和天翼云VR CDN省內邊緣節點（公網）。

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

VR CDN系統采用內容中心和邊緣節點二級架構，各級配置要求主要包括：中心VR內容庫負責存儲由內容源主動注入的VR內容，并且提供內容的刪除、分發、處理、存儲等功能，同時在邊緣服務節點內容未命中的場景下，根據回源策略配置，內容中心可作為回源匯聚的核心點，為邊緣節點提供統一回源服務。

VR CDN邊緣節點作為服務節點，直接面向終端提供視頻流媒體服務，負責內容在VR CDN系統中的臨時性存儲，同時還為業務提供所承載內容的分發、本地調度、處理等功能，在服務節點未命中時，應該能夠基于回源方式向上一級內容源獲取內容。IPTV VR系統包括IPTV VR CDN內容中心節點

和邊緣節點。天翼云VR系統只建設邊緣節點，對接集團天翼云VR平臺的內容中心節點，存儲和流分發性能要求主要包括：VR CDN內容中心負責內容存儲、分發、刪除等功能，設備要求采用36×8TB硬盤，存儲有效率按75%，則單臺設備的有效存儲能力達216TB。VR CDN邊緣節點負責面向終端提供流媒體服務，單臺設備要求支持60Gbps的視頻流媒體出流能力。

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

4 VR用戶端網絡

目前市場上的VR用戶端硬件主要分為VR頭顯及VR交互設備兩類。VR設備硬件質量決定了用戶體驗VR內容時的沉浸程度。VR頭顯設備有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顯示設備，VR眼鏡主要用于智能手機移動端的VR頭顯設備；VR交互設備有VR操作設備和行為監測設備，其中VR操作設備有游戲手柄、方向盤、模擬槍等平臺操作輸入設備，行為監測設備有紅外攝像頭、萬向跑步機、手勢撲捉手套等。

5 結束語

隨著5G新時代的到來，VR的行業前景十分美好。依托IPTV業務、網絡和終端在智慧家庭的規模化覆蓋能力，以及IPTV領域的技術創新活力，結合VR近眼顯示、感知交互、渲染處理、網絡傳輸和內容制作等新技術的最新成果，通過標準化定制IPTV VR基礎能力、應用場景、體驗標準、業務實現，以應用為驅動，在應用中改進VR沉浸體驗技術、提高VR虛實交互技術，可以加快規模化部署IPTV VR業務。