5G 真的有宣传中的那么厉害吗?

原创 嘟宝爸爸  2020-03-05 06:17 

这个问题设计角度有点多,萝卜君会从一个一个行业应用来讲解,这篇文章主要讲解5G会带来我们娱乐方面的改变。

5G 有那么厉害吗?

从视频娱乐、游戏到交通出行,5G 的作用无处不在。

4G 时代的一天

现在是 2019 年,我是北京一名普通的上班族,在西二环上班,家住东五环。

早高峰,在历经排队 10 分钟进站以及三趟挤不上的地铁之后,我终于挤上地铁打开手机开始与一车厢内的上百人抢手机信号,看看周围:用抖音刷短视频的,用斗鱼看直播的,用咪咕视频、爱奇艺、腾讯视频追剧的,用学习强国、喜马拉雅、得到、今日头条学习的,玩《王者荣耀》的……不光是拥挤的车厢限制了我操控手机的双手,高密度的连接也限制了我的网速。

到了办公室,我打开电脑,电脑提示我存储空间不足。上班 6 年,我已经用了两个 500G 的硬盘归档工作邮件及各类文件,当然我也是百度网盘的会员,可这样同步的速率仍然无法满足我,硬盘双备份还是必要的选择,于是我默默打开第三个硬盘开始我的文件备份之旅。

午饭后,我抓紧奔去医院,为了看病我三周之前挂了号、两周之前约了 B 超检查,在医院挂号、取号、缴费、预约、赴诊都要排队,这耗去了我大部分精力,然而相比许多外地来京就医的人来说我还是有得天独厚的优势的。

回家后,因为没时间买菜,我提早订了外卖,7 点开始陪女儿到不同的培训中心上奥数课、学钢琴,辅导女儿的功课,手写试卷,做好老师的小秘书,开始「复读」之旅。伴随着女儿的入睡,我迎来属于自己的黄金一小时。半小时的阅读——从大量的无用信息中提取为我所用的精华。这样的信息读取已远不如学生时代的勾股定理来得直接高效。半小时的游戏时间——下载最新的游戏更新、道具包,组队唤友,关键时刻掉线。这些事情彻底打乱了我 12 点前睡觉的计划。

5G 时代的一天

现在是 2022 年,我是北京一名普通的上班族,在西二环上班,家住东五环。

早上,家庭服务机器人叫醒了我,在我洗漱、吃早餐的同时,它根据我的个人喜好向我播报了我感兴趣的新闻,并告诉我今日的重要待办事项。

7 点我开车上班,把车调整到自动驾驶模式,汽车通过智能系统选择最优路线,并根据路况进行实时调整,我可以选择在车里办公或者再睡个回笼觉。此时的地铁也井然有序,有人看 4K 高清赛事直播,有人通过 VR 眼镜学习感兴趣的课程,有人通过 VR 眼镜穿越亚马孙攀登珠穆朗玛峰。而我通过 5G 高清远程会诊连线了我的私人医生,做了全面的诊前沟通,确定了挂号的科目,并约了离公司最近的小医院为我做 5G 远程 B 超诊断。

8 点我来到公司,通过 5G 高清远程会议连线高铁上、飞机上的同事,同步最新工作进展。人工智能会议助手将会议要点即时形成会议纪要并同步到同事的云办公终端上。摆脱了硬盘、投影线,我的办公设备已实现 5G 无线连接,文件实时上传云端,5G 的高速率让我感受不到云端下载的时延。

午饭后,我呼叫好友来场游戏缓解工作压力,300M 的游戏一秒更新完成,4K 高清画质的云游戏让我玩得酣畅淋漓,以更好的状态迎接下午全新的工作挑战。

晚上到家,5G 无人机快递已给我送来新鲜的晚餐食材,女儿正在通过 VR 创新教育上兴趣课,我开启 5G 超高清 VR 家庭影院享受沉浸式的视听体验。

这就是 4G 时代与 5G 时代个人生活的掠影。下面我们将分别从娱乐、出行、医疗、教育来看看 5G 将带给我们的全新体验。

「5G+」与娱乐

5G 将开启一个全新的影像时代,5G 视频娱乐内容互动性更强、更令人沉浸、更清晰:

一是 5G 与 VR/AR 技术的结合通过虚拟物品、虚拟人物、虚拟情境给人们带来与世界全新的连接方式和革命性的沉浸式体验。

二是 5G 将实现大小屏幕、VR/AR 的多屏随时随地互动切换。

三是 5G 边缘云能够让游戏摆脱终端的束缚,通过轻量级便携式终端实现完全精准流畅、随点随玩的体验。

据研究预测,到 2025 年,全球无线媒体收入的 57% 将通过使用 5G 网络的超高带宽功能和 5G 运行的设备实现。5G 带来的不仅仅是「速度」,还有全新的商业模式和沉浸式互动体验——视频、游戏、音乐、广告、VR/AR 等产业都将发生根本性变革,内容与受众的距离将被大大缩短。最终,5G 将给人们的娱乐方式增添全新且可触知的维度。

5G 高清视频——超高品质的视听盛宴

近年来,伴随着消费者对于视频清晰度的需求不断提高,视频影像行业正在发生着巨大的变化。当前,视频技术正在经历从高清向超高清的演进(超高清视频演进路线见表 )。超高清视频的高分辨率、高帧率和高动态范围让画质更精细、更流畅、更真实,宽色域、高色深和三维全景声让色彩更丰富、更精准,声音更具空间感和方位感,这将颠覆性地革新视听产业,激发商业模式创新。

高分辨率技术为影像提供了更丰富的画面层次和更精致的画面细节,使之呈现出场景的立体感和空间感。从全高清到 4K 超高清、8K 超高清,画面每帧分辨率从 1 920×1 080(约 207 万像素)提升到 3 840×2 160(约 829 万像素)、7 680×4 320(约 3 300 万像素)。

高帧率技术能够进一步提升影像的细腻度和流畅感,为观众带来更加舒适的观看体验。当帧率达到每秒 120 帧时,高帧率技术可以改善运动镜头的画面跳停现象和模糊现象,完全消除高亮度、宽视角情况下的临界闪烁现象。三维声技术决定声音的立体真实感。三维声是具有三维空间感、方位感的声音,它能使听众在观看场景中获得与真实世界中临场相似的听觉感受,能给观众带来身临其境的沉浸感。

超高清视频的优点是其具有非常强的临场感和实物感,对现实场景有最为细腻逼真的还原,尤其是对要求极高的体育赛事转播来说,超高清显示可实现极为真切的视感。随着视频分辨率和帧率的提高,4K/8K 视频文件的大小和码率大大增加。

根据中国通信标准化协会发布的《4K 视频传送需求研究报告》,超高清视频带宽要求最高的 8K 视频需要 135Mbps 的带宽,带宽要求最低的入门级 4K 也需要 18~24Mbps 的带宽。而当前 4G 和 Wi–Fi 的带宽有限,不能很好地支持超高清视频的传输和在线播放,难以实现超高清直播的普及。

5G 网络对于 4K 乃至 8K 超高清视频有着良好的承载能力。基于 5G 网络的超高清视频有广泛的应用场景,如大型赛事直播、大型演出直播、重要事件直播等,结合 5G 切片网络能力和人工智能技术,其将为超高清视频娱乐体验带来更大的想象空间。目前,产业针对 5G 多样化视频制作以及 5G 保障沉浸式视频的分发做了大量的探索和实践,以 5G+4K 超高清直播为例,端到端业务解决方案如图所示。

超高清摄像机通过编码推流设备,将原始视频流转换成 IP 数据流,先将数据流通过 Wi–Fi 或网线发到 5G 客户终端设备上,再转给 5G 基站(5G 芯片和模组成熟后,5G 模组集成于编码设备中,可直接发送到 5G 基站)。

基站再通过 5G 传输及核心网络,把视频数据流传送到视频播放、存储及分发端,通过 5G 网络下发给超高清视频显示终端。5G 能够提供数百 Mbps 的速率以保证超高清视频流无卡顿的传输和播放,并且 5G 网络切片功能还可以为超高清视频提供专用通道,进一步保障业务质量和用户体验。

应用场景 1:采用 5G 网络传输各种大型演出活动的超高清视频会成功吸引大批观众,成功扩大活动的影响力和增加受众数量

基于移动场景下的挑战,5G 可以应用于超高清视频的采集、传输、分发及播放,实现端到端网络保障,有效弥补现有带宽不足及专线成本过高的现状,同时端到端网络切片技术可以为制作传输和用户观看提供有效的 QoE(体验质量)保障,提升用户体验。同时,5G 的低时延可以满足用户在观看综艺与现场演出时的个性化互动需求。

2019 年 2 月,中国移动联合中央广播电视总台,成功实现了将央视春晚深圳分会场的 4K 超高清信号回传至中央广播电视总台北京机房,在全国范围内首次实现 4K 超高清内容的 5G 网络传输,让 5G 的场景应用备受关注。

应用场景 2:采用 5G 网络传输各种户外超高清体育赛事,给观众带来身临其境的体验

2018 年第 23 届冬奥会在韩国平昌举行,其中高山滑雪、冰壶、花式滑冰、冰球、短道速滑、高台滑雪、俯式冰橇、单板滑雪等大量比赛采用了 5G 高清直播,为用户提供沉浸式 5G 体验服务,包括同步观赛、360 度全景直播、互动时间切片等。

• 同步观赛:在运动器材上和运动员身上安装传感器、高清摄像头并配置 5G 通信模块,通过 5G 网络将数据实时传送至观众的手机或电视等终端,让观众以运动员的第一视角来观看赛事直播。

• 360 度全景直播:在赛场内不同的角落安装 360 度全景摄像机,再通过 5G 网络将高清视频信号实时传送到观众席的 VR 区域。观众可以沉浸式体验赛场的每一个角落,还可以将视角切换到运动员的休息室、等待区等。

• 互动时间切片:在赛场周围安装多达 100 个摄像头,以获取不同角度的视频信息。在通过 5G 网络观看比赛时,用户不仅可以选择从不同的角度观看比赛,而且可以随意回看比赛的精彩瞬间。

应用场景 3:重要事件直播,提升全民参与感

利用 5G 网络切片技术提供的专用「媒体切片」,可以实现具备上下行超大带宽、超低时延等网络特征的「重要事件专用直播通道」。2019 年全国两会期间已经应用 5G 进行 4K 超高清直播。两会会场和会议代表驻地实现了 5G 信号全覆盖,央视、新华社和《人民日报》等媒体的记者通过中国移动的 5G 信号可以实时进行两会的 4K 超高清视频直播。得益于 5G,本次会议形成了全员、全新、全效的媒体格局,参与民众仿佛置身人民大会堂,足不出户便可全方位获得第一手惠民政策解读。

应用场景 4:Vlog 时代,全民皆为创作者

抖音、微视等短视频平台的发展得益于全民创作的热情,但是制作优质创意内容依然有较高门槛。有了 5G 加持,用户可以随时随地捕捉精彩瞬间,利用 5G 网络将记录的内容传输到云端进行云剪辑,再利用人工智能技术进行视频剪辑与后期制作,这些曾经烦琐的制作过程如今变得越发便捷和智能,如智能变脸、智能场景加载等让普通用户也能充分释放其创意和才华。

5G 云 VR/AR——革命性交互方式和全沉浸式体验

随着计算能力的不断提升,移动终端更加小型化、智能化,人机交互趋于自然化发展,经历了计算机、智能手机的演变,VR 有希望成为新一代计算平台,将是 5G 时代的典型应用。

目前国内 VR 生态圈逐步走向成熟,终端正在朝着轻量化、移动性发展,内容也会逐步丰富,VR 游戏、VR 视频等娱乐场景有望成为主体。根据交互方式的不同,VR 应用可以分为弱交互应用和强交互应用。

其中弱交互应用当前以 360 度全景技术为主,包括 VR 360 视频、事件直播、旅游、房地产等领域。强交互应用以 CG(计算机动画)技术和复杂的计算机图形渲染为主,包括 VR 游戏、教育、医疗、工程等领域。当前的主要问题是计算机图形实时渲染放在本地终端,导致 VR 终端价格高昂,设备也比较笨重,HDMI 线也影响其移动性。

此外,内容也是以本地为主,得不到集中高效分发,用户没有比较轻便的渠道获取各种 VR 内容,内容厂商的版权也得不到保护,以上问题进而制约了 VR 整个产业链的快速发展。VR 技术对社会的生产力和消费力有很大的促进作用,如何解决上述制约 VR 发展的问题,让 VR 发挥更大的作用呢?

5G 云 VR/AR 是解决上述瓶颈的最佳方案,能高效推进 VR/AR 的大规模应用。云 VR/AR 是将云计算、云渲染的理念及技术引入 VR/AR 业务应用中,借助 5G 高速稳定的网络,将云端的显示输出和声音输出等经过编码压缩后传输到用户的终端设备,实现 VR/AR 业务渲染上云。

云 VR/AR 主要有三大特点。一是渲染云化。将计算复杂度高的渲染上云,大幅降低终端的渲染计算压力,实现终端轻量化,降低终端成本。二是内容云化、集中化。渲染云化后,内容以视频流的方式通过网络推向用户,版权保护与防盗版能力更强。三是头显无绳化、移动化。借助 5G 的通信能力和稳定性,头显可以去除连接终端的 HDMI 线等。

目前产业界比较成熟的 5G 云 VR/AR 整体技术方案包括云、管、端三个部分(见下图)。

VR 终端采集用户头部姿态及用户输入信息,通过上行 5G 网络传输到云渲染服务器;云渲染服务器启动用户业务,根据上传的信息及业务逻辑进行 VR 画面渲染;云渲染服务器将渲染后的音频、视频抓取并利用通用视频格式进行编码封装,再通过下行 5G 网络传输到用户 VR 终端;用户 VR 终端将视频流数据解码后进行相关处理,最后把画面显示给用户;用户根据画面进行下一轮操作。

云、管、端的协同发展将为 5G 时代的运营商开展 VR/AR 业务分发运营并转型数字化服务领域提供基础保障。

在 5G 传输管道方面,云 VR/AR 对于传输网络提出的需求包括 60Mbps 高速接入、20 毫秒级的低时延。5G 提供的超强能力,使 VR/AR 在泛在场景中也能提供高接入速率,让云 VR/AR 内容传输清晰流畅。引入边缘计算技术,将用户面下沉到更加靠近 VR/AR 用户的位置,缩短时延。基于 5G 网络切片(包括接入网、传输网和核心网)提供网络质量可保证、隔离专用的端到端网络。

在云渲染方面,传统方式是 VR 头盔用有线连接一个负责渲染的高端个人计算机实现沉浸体验,云 VR 方式是通过边缘计算结合计算机图形学实现 VR/AR 复杂渲染上云。利用云端强大的计算和 GPU 的渲染能力呈现 VR/AR 应用运行结果,再经过低时延编码技术处理形成实时内容流通过 5G 网络传输到用户的低配头显上,实现 VR 沉浸式体验。云渲染技术将加速网络传输技术、GPU 虚拟化(GPU 计算资源共享)、低时延编解码等领域的协同创新。

在 VR 终端方面,相比本地 VR/AR 终端,5G 云 VR/AR 终端大幅降低了对终端复杂的计算和渲染能力需求,大幅降低了 VR/AR 终端功耗和成本,提升了用户佩戴的舒适度。

5G 云 VR/AR 应用在 2C(面向消费者)和 2B(面向企业)领域有很好的发展前景,在 5G 时代可能会率先发展起来。基于云 VR/AR 的用户终端,可以衍生出丰富的应用,不断升级用户体验。同时,云 VR/AR 高带宽、低时延的业务特性也会大大推动 5G 网络发展。

应用场景 1:5G VR 游戏,新兴的娱乐交互方式

游戏一直是最广泛的娱乐需求之一,VR 游戏将会是首个发展起来的 VR 消费者市场。相比其他行业,游戏行业的 VR 技术应用更加成熟,游戏的特性也与 VR 技术更加契合——追求沉浸感。市面上的 VR 游戏内容也较丰富,用户愿意为游戏体验付费。利用 VR 技术让玩家走进虚拟的游戏世界,拥有沉浸式视听感受,并通过身体的运动进行游戏,成为自己梦寐以求的英雄角色。VR 游戏结合云计算技术,将内容上云,渲染上云,有效降低了用户侧对终端的要求,从而降低了消费门槛。用户只需要较低的成本就可以在虚拟世界中遨游,利用 5G 强大的带宽和超低的时延,体验沉浸感十足的高质量 VR 游戏。

VR 游戏具有交互性强、沉浸感高、趣味性足的特点,正适合家庭娱乐。5G 云 VR 帮助 VR 游戏降低了门槛,利用 5G 网络特性为玩家打造一个逼真的「世界」,人们体验游戏的方式不仅通过双手和双眼,而且将有触觉、嗅觉等体感回馈。因此,5G 云 VR 游戏更适合步入家庭,成为家庭中的新兴娱乐方式。

应用场景 2:5G VR/AR 视频点播和直播、影视,传统内容的新体验

VR 视频点播和直播,通常为 360 度全景拍摄,支持多角度播放,主要用于事件直播、新闻、体育赛事、演唱会现场、展会等,受众广泛。VR 直播,以被动拍摄为主,场景丰富,视频源丰富,整体难度相对较低。但是目前仍存在以下问题:需要时间去培养用户的观看习惯、交互习惯,全景拍摄设备、后期算法、拼接技术及观看设备具有局限性,基于现有网络传输存在延时高、带宽低等问题,这些问题会给用户带来眩晕感等不舒适的体验,沉浸感也会随之变差。

5G 高质量的网络环境可以给体验者带来流畅自然的体验。同时,由于边缘计算的引入,可以根据用户观看方向实时转码出屏幕需播放的内容,将原本 360 度的视频压缩至原来的 1/3~1/2,为用户节省了流量成本。同时,播放此类视频对用户硬件设备的配置要求更低,间接节省了硬件设备的购置开销。

应用场景 3:5G VR 旅游,旅行新选择,展览新方式

VR 的沉浸特性可以使用户达成身临其境地浏览旅游景点,远程参观展会、博物馆、样板间等心愿。VR 远程展示可根据展示内容细分为虚拟景区、虚拟展厅和虚拟样板间。虚拟景区利用 VR 技术模拟实景,构建虚拟的三维景点环境,让游览者足不出户便可游览千里之外的风光。虚拟展厅是将展品和展示空间通过 VR 技术在网络端重建,让用户可以通过 VR 设备在虚拟展厅中漫游,浏览展品,甚至与展品进行互动。虚拟样板间即利用 VR 技术构建虚拟的三维样板间,借助 5G 强大的移动网络,让用户不必亲临现场即可随时随地体验房屋的空间布局和尺寸体量。

5G 云游戏——轻端畅玩,尽享休闲时光

科技的发展始终引领着游戏的发展。从复制游戏、在线下载游戏到即点即玩云游戏,玩游戏变得越来越便捷、越来越自由。云游戏,顾名思义是以云计算为基础,不用下载安装,所有过程都在服务器端运行。通过网络传输,游戏在云端的服务器运算和渲染,用户终端只负责显示和接收指令,游戏设备也不需要高端的显卡和处理器,让游戏摆脱了终端的束缚。

传统的游戏大作其实都需要万元以上的硬件配置才能推动,仅仅这一条就将很多玩家拒之门外。云游戏的出现则彻底降低了顶级游戏的门槛,尤其对那些喜欢玩游戏但又买不起高端游戏设备的玩家来说,未来或许只需一个账号就能获得极致的游戏体验。

云游戏在若干年内发展缓慢最大的问题在于网络带宽的限制,带宽限制了画面传输,无法满足即时游戏的需求。如谷歌游戏串流服务 Project Stream 要求用户的网速达到 25Mbps,这对许多国家、地区而言还是比较高的标准。

5G 网络所具备的高带宽和低延迟特性,将为云游戏提供生长的土壤。5G 的用户带宽能给用户带来更高清、更高帧率的游戏画面,4K 分辨率让游戏体验更加逼真。5G 的低时延能力让用户告别图像拖尾卡顿,基本达到与本地游戏一样的准实时交互水平。相比 4G,5G 能带来更广的覆盖和更稳定的传输,为用户提供更稳定的云游戏游玩体验。一是降低了玩家体验游戏的门槛。通过订阅云游戏服务,用户可以节省在单个游戏和游戏道具购买上的花销,也无须投入大笔的金钱去购买游戏设备,借助机顶盒和手机就能畅玩游戏大作。二是为用户创造了更丰富的游戏场景,用户不再受到终端的限制。用户在旅途中可以通过手机畅玩各类游戏,在电视上体验大屏游戏的魅力,在电脑上体验极致操控。三是大幅提升了用户游戏体验,让更多的人成为游戏玩家,而云端的内容管控也让全年龄段的用户无忧畅享游戏乐趣。

对云游戏来说,5G 不仅支持更多终端用户同时在线,而且加快了数据传输速度,缩短了网络延迟,增强了游戏的流畅度,并把云游戏的体验提升了一个较大的档次。该业务总体架构和使用业务流程如下图所示。

连接 5G 网络的手机或者电视盒子,在启动高清快游戏 App 后选择游戏进行启动,其后客户端通过 5G 网络访问快游戏服务端。快游戏服务端对访问的请求进行鉴权和分析,在获取游戏、画质等信息后,再根据请求的信息分配合适的游戏服务器。游戏服务器收到请求后进行游戏的安装与启动并生成对外的视频流服务,该服务通过 5G 网络反馈给客户端。客户端通过 5G 网络直接与游戏服务器建立视频流和交互通信的长连接服务,最终,用户可以直接在客户端上远程操作游戏服务器实现无须下载即刻畅玩大型游戏的目标。

在网络层面,5G 网络将提供 eMBB、uRLLC 能力,全面提升速率、时延、覆盖等网络性能指标。此外,通过引入网络切片、移动边缘计算两大新技术,5G 网络将为高清云游戏的画面展示、时延要求提供端到端业务质量保障,从而全面保障高清云游戏的应用。

应用场景 1:个人场景,即点即玩、多屏合一、优质有趣的游戏体验

「5G 云游戏」通过视频流技术实现游戏云化,让移动端玩家通过游戏客户端即可免费试玩云平台上的所有精品游戏,免去游戏下载、安装环节。5G 强大的移动网络为用户提供更多丰富的游戏场景,个人用户能够随时随地想玩就玩,畅快淋漓地感受 5G 超低时延带来的游戏乐趣和沉浸式体验。

应用场景 2:家庭场景,打造客厅游戏时光

「5G 云游戏」引入家庭场景,通过热门手游、主机游戏大作和教育游戏激活家庭游戏市场。一方面,精品游戏可以通过 5G 移动电视机顶盒走进客厅,提供 4K/8K 超高清游戏画质和更加便捷的游戏交互体验。另一方面,利用 5G 支持多用户、多设备并发的特性,让一家人有更多机会齐聚客厅,享受家庭团队作战带来的轻松愉快,共度其乐融融的客厅游戏时光。

原文摘自李正茂的5G+:5G如何改变社会一书

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