家宽多业务并发体验分级白皮书

家宽多业务并发体验分级白皮书 i 前言 宽带发展联盟于2021年发布了《家宽业务体验分级白皮书》，针对家宽业务体验分级提出了L0-L5六个级别，并指出当时家宽业务体验正处于L2级。《家宽业务体验分级白皮书》发布后，家宽业务发展呈现出两个新特点：一是涌现出了以在线云存储、浅压缩云游戏、裸眼3D视频和3D感知等为代表的新兴业务，二是家庭户均终端持续提升多业务并发成为家庭业务新常态。在此背景下，本白皮书提出家宽业务典型多业务并发模型，针对家宽多业务并发体验分级提出了L2-1级、L2-2级和L2-3级三个细分级别，并同时总结了各细分级别对应的家庭网络承载能力需求。本白皮书作为《家宽业务体验分级白皮书》的有效补充，旨在帮助用户建立对品质家宽多业务并发的正确认知，辅助运营商进行家庭网络建设方案优化，保障端到端多业务并发体验。 本白皮书由中国信息通信研究院牵头，宽带发展联盟多家成员单位参加编写完成。主要参与单位有：中国电信集团公司、中国移动通信研究院、中国联合网络通信集团有限公司。 编写组成员（排名不分先后）：中国信息通信研究院： 中国电信集团公司：中国移动通信研究院： 中国联合网络通信集团有限公司： 目录 1家宽新兴业务对网络承载能力的需求1 1.1在线云存储业务对网络承载能力的需求2 1.2浅压缩云游戏业务对网络承载能力的需求3 1.3裸眼3D视频业务对网络承载能力的需求4 1.43D感知类业务对网络承载能力的需求7 2家宽多业务典型并发模型和体验分级10 3家宽多业务并发体验对家庭网络承载能力需求14 3.1L2-1级体验对家庭网络带宽和时延的需求15 3.2L2-2级体验对家庭网络带宽和时延的需求16 3.3L2-3级体验对家庭网络带宽和时延的需求17 3.4总结19 附录21 1家宽新兴业务对网络承载能力的需求 宽带发展联盟于2021年发布了《家宽业务体验分级白皮书》，针对家宽业务体验分级提出了L0-L5六个级别，并指出当时家宽业务体验正处于L2级。L2级体验的主要家宽业务包括三种：强交互CloudVR、8K视频和云游戏业务。 《家宽业务体验分级白皮书》发布后，宽带网络技术不断演进，带宽资源日益丰富，无线信号覆盖不断完善，家宽业务新发生了一些变化，比如：视频类应用呈现出从平面向立体，从弱交互向全场景交互方向发展，传感类应用也在加速升维，以便更好的还原出真实世界。当前以在线云存储、浅压缩云游戏、8k裸眼3D视频和3D感知等为代表的新兴家宽业务逐渐成为主流，与强交互CloudVR、8K视频和云游戏业务等三种业务共同成为L2级体验的主要家宽业务。 1.1在线云存储业务对网络承载能力的需求 在线云存储作为一种常见的网络化存储模式和服务，允许用户通过网络在线访问、备份和编辑数据文件，可用于存储图片、音视频、系统镜像等内容，应用场景包括但不限于：硬盘空间扩展和多媒体网盘等。其优点在于可扩展性强、可随需使用和随处访问，且有统一的安全、维护、容灾等策略而无需用户过多关注，因此得以不断普及。 图1-1在线云存储业务 目前国内云存储的主要产品形态为：云盘和智家硬盘。其中，多媒体网盘将个人和家庭数据存放在公有云，无论手机、电脑或电视在安装网盘APP后即可实现数据的随时读取；而“智家硬盘”更多的需要依赖运营商边缘云网资源，效果上相当于在家里安装了一个云“NAS”，允许同个局域网内设备(电脑、手机、电视)像操作本地硬盘般读写数据，不再依赖任何App，为用户提供更“极速、安全、便 捷”的体验。 在线云存储业务体验的核心指标是文件上下载速率，根据实验室测试发现，多媒体网盘要满足8K超高清视频即点即播，需要近千兆的峰值带宽保障。未来，在线云存储的上传下载速率也势必要匹配两端的变化，相应地做进一步提升，最终达到和本地存储的同质化体验。上述场景，最可能先在运营商的边缘云服务中率先实现和落地。 表1-1在线云存储业务对网络能力的要求 业务类型 带宽需求(Mbps) 时延 在线云存储 多媒体网盘 ≥500 ≤20ms 智家硬盘 ≥1000 ≤15ms 1.2浅压缩云游戏业务对网络承载能力的需求 云游戏体验要素与本地游戏基本一致。但因为云游戏会额外引入视频编解码和网络传输等处理环节，导致操作响应时延变大，将影响到最终用户的交互体验。所以，如何降低这部分时延，提升用户交互体验，实现类本地化操作响应效果，一直以来都是该行业的重点探索方向。其中，网络传输时延可以通过下沉云服务器位置来解决，如采用边缘云架构部署；而编解码时延则可以通过更换编解码方式来解决。AVC、HEVC等作为当前互联网视频领域的主流深压缩编解码标准，在众多视频领域得到了广泛的应用，其中也包括了传统云游戏，但因为这些标准在设计之初主要关注的是高压缩率，目的是降低视频分发领域的网络传输成本，在编解码时延上表现得并不友好，以4K@60FPS大屏云游戏为例，业界所需的编解码时延普遍在50ms左右及以上。 图2-2云游戏用户体验 但随着家庭网络和接入网带宽资源的日益丰富，原本主要应用在视频编辑、媒体制播、交互式远程图像回传等专业领域的浅压缩技术标准，如：JPEG-XS/AVS及其相关变种，可能将在运营商边缘云架构上得到规模推广和应用。 浅压缩云游戏采用JPEG-XS/AVS等浅压缩技术采用帧内编码方式，算法简单，算力要求低，能满足低时延（4K@60FPS时编解码3ms以下）和高质量要求（主观无损），典型码率通常可以控制在300~800Mbps左右。 表1-2浅压缩游戏对网络的能力要求 业务类型 分辨率 帧率 平均码率(Mbps) 带宽需求(Mbps) 时延 浅压缩云游戏 3840*2160 60 ≥300 ≥600 ≤15ms 7680*4320 120 ≥800 ≥1600 ≤10ms 1.3裸眼3D视频业务对网络承载能力的需求 裸眼3D是一种不需要佩戴特殊头盔或3D眼镜等辅助设备，仅依赖自身双眼就可以观看到逼真三维立体画面的显示技术。 图2-3裸眼3D效果图 受屏幕尺寸和观看距离的影响，普通8K平面电视已经接近家庭日常观影所能获取到的画质体验极限，但随着信息消费需求的持续提升以及多视点裸眼3D显示技术的不断成熟，又将开辟出一条新的赛道，近年来，我们也观察到有越来越多的厂商开始推出裸眼3D相关的产品，比如，LookingGlass在2022年就推出了8K65寸的光场全息屏，京东方也在ISE2023上展示了自己的8K110寸裸眼3D大屏。 图2-4多视点大屏显示技术实现裸眼3D效果原理图 如上图所示，多视点大屏显示技术通常依赖屏幕上附着的固定式光栅或透镜阵列来完成子图像分离，以实现裸眼3D效果，满足多视点体验需求。根据视点数量的多少，3D大屏显示技术的应用目前有两大分支。其中，裸眼3D大屏视点数较少，以2/9视点为主,主要利用双目视差原理，允许观众在大部分位置和视角上，在不借助其他设备的条件下，可以感受到基于出入屏景深的立体显示效果。而全息光场大屏，多为45~100视点，除出入屏效果要弱外，对比裸眼3D大屏，拥有更多的视点数量和更大的主视场角，并能支持移动视差效果，即允许用户在不同的位置和视角上观察到不同角度的差异化画面内容。 与传统2D视频对比，多视点裸眼3D视频可以提供给用户更立体和更真实的观影效果，但随着视点数量的增加，对应人眼所能观测到的单视点内画面的清晰度也会变得更低，如果想要进一步提升人眼观测画面的清晰度，就只能通过提升屏幕和内容的分辨率来实现。 除此之外，多视点裸眼3D视频完整继承了普通2D视频的所有业务体验指标，如初缓等待和播放卡顿等。下表根据裸眼3D视频点播业务的不同终端形态，结合其分辨率和业务要求，给出对应的网络 承载要求： 表1-3裸眼3D对网络的能力需求 业务类型 底屏分辨率 帧率 平均码率(Mbps) 视点数 带宽需求 (Mbps) 时延 裸眼3D小屏点 播 2K（2560*1600） 30 20 2视点 ≥40 ≤20ms 裸眼3D大屏点 播 8K（7680×4320） 60 130 9视点 ≥260 ≤20ms 12K（11520x2160） 60 293 9视点 ≥586 ≤20ms 裸眼3D光场屏点播 8K（7680×7200） 60 217 60视点 ≥434 ≤20ms 16K（15360×14400） 60 868 60视点 ≥1736 ≤15ms 1.43D感知类业务对网络承载能力的需求 3D光感知是传统传感器的一次升级，它采用了短距激光雷达技术，通过扫描生成三维点云数据，结合AI算法，可以在家庭场景下完成对人的监护或对物的检测分析功能，相比传统摄像头，主要存在以下两方面的差异性： 三维信息：可提供二维信息难以实现的功能，如空间位置变化、体积测量等。 保护隐私：点云信息不包含RGB纹理，不暴露人员面貌，不暴露屏幕、纸面信息等。 3D光感知在家庭内的典型应用之一是老人跌倒监测。据2021年世界卫生组织报告，跌倒是全球第二大意外致死原因。2019年6月，中国疾控中心慢病中心等7家机构发布《老年人防跌倒联合提示》， 跌倒是65岁以上老人因伤致死的首位原因，跌倒后及时发现、处理关乎老人生命安全。但由于大多数跌倒发生在卫生间、起居室，涉及用户隐私保护，这限制了基于摄像头的方案的使用。而3D光感知方案采集空间点云数据，检测人体三维数据的坐标变化，在很好保护老人隐私的前提下,可实现快速、精准监测，一旦有跌倒事件发生，10秒内即可完成检测并上报告警，并且具有高准确率和极低漏报率。 图2-53D光感知检测老人跌倒 3D光感知的应用场景有很多，除了检测人体跌倒，还能实现复杂姿态的检测，例如，通过人体体态、行走步态，识别出不同家庭成员；通过分析步态，对老人的行走稳定度给出判断，提前预警跌倒风险。检测复杂姿态，需要比检测跌倒进行更精细的动作识别，即，检测复杂姿态所需要的三维点云深度分辨率要高于检测跌倒。根据实验测试分析，检测跌倒的深度分辨率满足160*120即可，检测复杂姿态的深度分辨率根据需求需要达到320*240、640*480甚至更高。复杂姿态的检测也需要更高的算力，终端感知设备自带的端侧算力无法支撑，需将点云数据上送至边缘算力节点进行运算分析，从而产生的网络流量。 感知类设备，3D光感知生成的三维点云数据主要是给智能算法 使用，不直接涉及人的观看、交互操作等感官体验，因此，对3D光感知主要是对网络带宽有要求。三维点云数据因其不规则、无序、无纹理、旋转不变性等特点，无法用二维视频的压缩方法，采用的是新的压缩理论G-PCC（GeometrybasedPointCloudCompression,基于几何的点云压缩）—压缩比相较于二维视频要高一个数量级。所以，3D光感知产生的流量会远高于传统2D摄像头。以深度分辨率为640点 *480点、帧率为30帧的点云数据为例，流量会稳定在260Mbps左右。不同深度分辨率的点云码率如下表： 表1-43D光感知对网络能力的需求 业务类型 深度分辨率 帧率 码率（Mbps） 带宽需求(Mbps) 跌倒检测 160*120 30 16 24 复杂姿态检测 320*240 30 65 98 640*480 30 260 390 1024*768 30 660 990 注：3D感知类业务对时延不敏感 2家宽多业务典型并发模型和体验分级 2021年《数字家庭指数报告》中指出，相比于2020年统计数据家庭户均终端数量持续提升，超过5台的家庭占比提升到68.39%，如图2-1所示。 数据来源于2021年《数字家庭指数报告》 图2-12021年户均使用终端数占比统计 家庭户均终端持续提升使得多业务并发成为家宽业务新常态，家宽业务体验分级应随之考虑多业务并发的情况。当前L2级体验的业 务共计七种： 1)强交互CloudVR 2)8K视频 3)裸眼3D视频 4)云游戏业务 5)浅压缩云游戏 6)在线云存储 7)3D感知 上述七种L2级体验的业务