IPTV云VR业务关键技术研究

屈海伟 刘 亮

中国电信股份有限公司陕西分公司

0 引言

当前人们对网络视频体验的要求越来越高，VR（虚拟现实）业务也日趋成熟，其基本实现方式是计算机模拟虚拟环境，给人以环境沉浸感。2015年以前，VR在国内尚处萌芽阶段，市场概念普及尚不成熟，产品也处于孵化期间，这一阶段的VR产品主要以塑造概念为主；2015年，市场迎来“VR元年”，虚拟现实概念逐渐遍地开花，市场普及度也越来越高；2016年后，随着VR各领域产品的不断迭代，产品与市场逐渐走向成熟。

当前，虚拟现实技术逐步走向成熟，拓展了人类的感知能力，改变了产品形态和服务模式。随着时代的发展，视频业务慢慢从高清到4K再到8K，最后到VR，其发展已从平面走向立体沉浸时代，人们的生活方式将发生深刻改变。

IPTV是基于宽带网络和宽带业务平台，以机顶盒或其它具有音视频编解码能力的数字化设备为终端，通过聚合SP的各种流媒体服务内容和增值应用，为用户提供多种互动多媒体服务的一项业务，具有直播、点播、回看等多种功能。

中国电信集团公司下发大视频产品管理办法，鼓励各省上线VR“一城一品”项目。为了进一步丰富IPTV业务，各省均在尝试引入IPTV云VR业务。IPTV云VR能力提升具有很大的必要性，可以借助本地特色，打造差异化内容，促进双千兆领先，构筑多场景直播基线，降低内容生产门槛，构建直播生态，扩大内容产量，支持天翼云VR平台内容持续更新。VR内容反向牵引千兆家宽场景下家庭网络优化，促进300M以上宽带放号，拉动全屋WiFi礼包销售，通过IPTV、手机屏、VR屏自由视角、帧同步多机位、4K VR，全方位提升用户体验。

1 IPTV云VR网络架构分析

按照从低到高，IPTV云VR网络一共分为四个层级，分别为终端层、网络层、平台层、内容层，如图1所示。其中，终端层主要实现VR内容呈现、家庭网络接入以及用户认证等功能，通过光网/5G接入网络，与平台层连接，终端APK需要第三方按照运营商要求进行定制适配；网络层主要包括骨干网、城域网、接入网及家庭网络四部分，负责为VR视频业务提供高带宽、低时延的稳定传输，CDN边缘节点在BRAS侧部署；平台层负责对VR超高清提供业务运营管理、流化、转码、存储、编码等功能，包括视频业务管理平台、媒体平台等；内容层负责向平台层提供源内容，包含内容提供方和内容聚合方，主要包括Cloud VR视频业务、前端摄像视频流。

图1 云VR网络架构图

VR视频主要的业务模型包括VR全景点播、VR全景直播、2D转3D、自由视角第三方拍摄集成四种业务模型。自由视角点播是指对节目同时用多路高清摄像机进行拍摄，将所有机位媒体流离线打包到单个MP4文件中，每个机位对应一个video track，每个机位帧数必须一致，用户可以通过终端设备，变化视角，从不同视角来观看同一个节目，可以广泛应用于体育赛事、演唱会、综艺节目、晚会、选秀比赛等大型综合娱乐活动中。自由视角直播是指对于直播节目同时用多路高清摄像机进行拍摄，用户可以通过终端设备如VR一体机、手机App、STB等自由变化视角，从不同视角来观看到同一个直播节目。现网存在大量的2D频道，为了充分利用2D资源开展3D业务，不用去影院就能体验到3D业务，2D转3D的直播业务能够把全高清的2D频道转换成3D频道，播放时用VR播放器观看3D频道。

2 IPTV云VR业务场景分析

云VR的业务场景——IPTV VR家庭影院+VR眼镜私人影院，基于最新的自然2D-3D转换技术，将海量的传统影视以及电视直播频道，转换成3D立体视频，通过电信IPTV VR专区3D影院，足不出户即可观看海量3D影视以及3D立体电视频道。主要包括以下三个场景：

场景一：现网点播内容离线进行3D转码，通过VR头盔或IPTV VR专区观看；

场景二：现网直播频道通过在线实时的3D转码，通过VR头盔或IPTV VR专区观看；

场景三：VR摄像机现场实时拍摄推送VR视频流到CDN，通过VR头盔或IPTV VR专区观看。

各场景的示意图如图2所示。

图2 云VR业务的三种业务场景

3 IPTV云VR业务组网设计

云VR的组网以大视频平台、电信集团天翼云VR两大业务平台为基础，落地本地VR CDN节点，配合云端转码能力如自由视角转码、8K VR Fov转码、2D转3D转码，构建覆盖IPTV、手机、VR三大终端的业务形态，通过多种业务场景支撑打造视觉新体验。组网主要涉及三个网元媒体：云处理云转码平台、IPTV-VR CDN（专网）和天翼云VR CDN省内边缘节点（公网）。

云转码平台的主要功能为实时转码处理，将RTMP转为DASH，全I帧编码，码率20～30Mbps；IPTV-VR CDN（专网）为IPTV用户提供CDN能力；天翼云VR CDN省内边缘节点为公网用户提供CDN能力。

VR CDN系统采用内容中心和边缘节点二级架构，各级配置要求主要包括：中心VR内容库负责存储由内容源主动注入的VR内容，并且提供内容的删除、分发、处理、存储等功能，同时在边缘服务节点内容未命中的场景下，根据回源策略配置，内容中心可作为回源汇聚的核心点，为边缘节点提供统一回源服务。

VR CDN边缘节点作为服务节点，直接面向终端提供视频流媒体服务，负责内容在VR CDN系统中的临时性存储，同时还为业务提供所承载内容的分发、本地调度、处理等功能，在服务节点未命中时，应该能够基于回源方式向上一级内容源获取内容。IPTV VR系统包括IPTV VR CDN内容中心节点

和边缘节点。天翼云VR系统只建设边缘节点，对接集团天翼云VR平台的内容中心节点，存储和流分发性能要求主要包括：VR CDN内容中心负责内容存储、分发、删除等功能，设备要求采用36×8TB硬盘，存储有效率按75%，则单台设备的有效存储能力达216TB。VR CDN边缘节点负责面向终端提供流媒体服务，单台设备要求支持60Gbps的视频流媒体出流能力。

存储安全要求主要包括：内容中心节点要保证内容存储的可靠性，要求设备做RAID5部署，在每个RAID组内如果同时只有一个硬盘损坏后会通过RAID算法自动恢复损坏硬盘上的内容到新硬盘，支持内容双备份存储。边缘节点可不做RAID，但是要求任意单台服务器和硬盘故障下，内容不会丢失，以及单台服务器或单硬盘故障下，故障设备数据自动再备份。

4 VR用户端网络

目前市场上的VR用户端硬件主要分为VR头显及VR交互设备两类。VR设备硬件质量决定了用户体验VR内容时的沉浸程度。VR头显设备有VR头盔、VR一体机、VR眼镜，其中VR头盔主要用于PC、主机端的VR头显设备，VR一体机是具备独立处理器并且支持HDMI输入的头戴式VR显示设备，VR眼镜主要用于智能手机移动端的VR头显设备；VR交互设备有VR操作设备和行为监测设备，其中VR操作设备有游戏手柄、方向盘、模拟枪等平台操作输入设备，行为监测设备有红外摄像头、万向跑步机、手势扑捉手套等。

5 结束语

随着5G新时代的到来，VR的行业前景十分美好。依托IPTV业务、网络和终端在智慧家庭的规模化覆盖能力，以及IPTV领域的技术创新活力，结合VR近眼显示、感知交互、渲染处理、网络传输和内容制作等新技术的最新成果，通过标准化定制IPTV VR基础能力、应用场景、体验标准、业务实现，以应用为驱动，在应用中改进VR沉浸体验技术、提高VR虚实交互技术，可以加快规模化部署IPTV VR业务。