VR终端时延和带宽需求分析.docx

? ? VR终端时延和带宽需求分析 ? ? 摘要：为了更好地推动VR技术的发展与普及，对蜂窝网络承载VR业务的时延和带宽需求进行分析，提出两种VR承载在蜂窝网络的模式，分别为基于云（Cloud）的VR模式和基于客户端（Client）的VR模式，同时，对5G网络承载VR业务进行了初步分析。 关键词：虚拟现实，时延，数据带宽，5G网络 1 引言 虚拟现实（VR，Virtual Reality）是一种计算机仿真系统，是通过对三维世界的模拟创造出的一种交互系统。它利用计算机生成一种多源信息融合的交互式三维动态视景和实体行为系统仿真的模拟环境，并使用户沉浸到该环境中[1]。 早在20世纪60年代和70年代就已经出现了基于头戴式（head-mounted）设备和基于投影（projectbased）的虚拟现实技术，并在军事领域得到了应用，如飞机VR模拟驾驶、VR模拟战场等。近几年，手机终端的计算能力提高，手机逐渐能成为VR设备的计算平台，这拓宽了VR在游戏、影视等民用领域的市场。当手机可作为VR设备平台时，VR计算与蜂窝通信技术相结合成为可能，则VR应用将不再受特定场地限制，网络新业务应用空间得到极大拓展。 本文聚焦于VR承载在蜂窝通信网络上的时间延迟分析和VR终端数据带宽需求估算，分析VR在网络环境的计算模式，提出基于云端（Cloud）的VR模式和基于客户端（Client）的VR模式，并对5G网络承载VR业务进行了初步探讨（本文涉及的VR终端是基于手机平台的终端，不是专业VR设备终端）。 2 VR的时间延迟分析 2.1 VR技术介绍和时间延迟要求 （1）VR技术介绍 VR主要能实现模拟环境、感知等方面的体验。模拟环境是由计算机生成的、实时动态的三维立体逼真图像。感知是指VR应能实现人所具有的感知。除计算机图形技术所生成的视觉（vision）感知外，还包括触觉（touch and force perception）、听觉（hearing）、嗅觉（smell）、味觉（taste）等。 ◆可视感知（Visual Perception）：人看周围的世界时，由于两只眼睛的位置不同，获取到的图像略有不同，这些图像在脑子里融合起来，就形成了周围世界的整体景象，这个景象中包括了距离远近的信息。距离信息也可以通过眼睛焦距的远近、物体大小的比较等其他方法获得。 ◆声音感知（Sound Perception）：人能够很好地判定声源的方向。在水平方向上，靠声音的相位差及强度的差别可确定声音的方向，因为声音到达两只耳朵的时间或距离有所不同，常见的立体声效果就是靠左右耳听到在不同位置录制的不同声音来实现的。所以人们对声音会形成一种方向感。 ◆触觉感知（Touch and Force Perception）：触觉感知是指人通过触碰获得环境信息的方式。皮肤感应器和肌肉等其他身体部位的受体将信号传送到大脑加以解释，可形成能让人理解的环境表示，使人能识别压力等感觉。 ◆嗅觉感知（Olfactory Perception）：嗅觉是一种由感官感受的知觉，它由两个感觉系统：嗅神经系统和鼻三叉神经系统参与，嗅觉和味觉会整合和互相作用。嗅觉是外激素通讯实现的前提。嗅觉是一种远感，即为通过长距离感受化学刺激的感觉。 ◆味觉感知（Taste）：是指食物在人的口腔内对味觉器官化学感受系统的刺激并产生的一种感觉。从味觉的生理角度分类，传统上有4种基本味觉：酸、甜、苦、咸。 （2）VR时间延迟要求 在VR系统中，双目立体视觉起了很大作用。用户的两只眼睛看到的不同图像是分别产生的，显示在不同的显示器上。有的系统采用单个显示器，但用户带上特殊的眼镜后，一只眼睛只能看到奇数帧图像，另一只眼睛只能看到偶数帧图像，奇、偶帧之间的不同产生了视差，则形成了立体感。 在模拟环境中，每个物体相对于系统的坐标系都有一个位置与姿态，而人体也是如此。人所看到的景象是由用户的位置和头（眼）的方向来确定的，VR系统需要对人体位置和头、眼的方向进行跟踪，根据所处的位置相关信息计算出人所看到的景象。 VR时延（motion-to-photons latency）指VR设备头部运动与视觉感知的匹配程度。人类生物研究表明，人类头部转动和视野回传的延迟须低于20ms，否则将因视觉和位置差异导致强烈眩晕[2-3]。 2.2 VR终端时间延迟分析 （1）VR时间延迟分类 单机版VR是指其整个VR系统没有通过外部通信网络承载，而是直接通过内部线缆连接而构成系统。 单机版VR时延=位置跟踪时延（Position Tracking Sensor Report Time）+图像处理计算时延（Picture Rendering time）+可视屏幕刷新时延（Refresh Rate Time）+屏幕显示延时（Pixel Switchin