2019-11-01 15:11
视频已经成为各行各业的数据采集、传输、处理和呈现的主要形式。据预测，未来大众网络流量的80%以上和行业应用数据的70%以上都将是视频数据。视频的发展对于提升大众消费水平、带动行业转型具有重大的意义。
一、超高清视频和虚拟现实成为提升大视频体验的重要方式
在体验方式上，大视频可以分为传统平面视频和新型全景沉浸视频。传统平面视频体验正在从高清视频向超高清视频发展，主要体现在分辨率从1080p（1920×1080）提升到4K（3840×2160）、8K（7680×4320），帧率从30帧/秒提升至60-120帧/秒，色域从BT.709提升至BT.2020，色深从8bit提升至10-12bit，提供HDR（高动态范围）能力等。除分辨率提升外，其帧率、色深、色域、HDR等相应技术指标的全面提升为传统大屏上的视觉体验带来更强感染力和更加震撼的临场感；新型沉浸视频体验方面，虚拟现实能够提供立体、360°全景、主动交互的全新体验方式，其主要技术体系可划分为近眼显示、网络传输、感知交互、渲染处理和内容制作，根据分辨率、视场角、网络带宽、时延、交互方式等技术指标的发展，沉浸体验的演进可分为无沉浸、初级沉浸、部分沉浸、深度沉浸和完全沉浸的不同阶段，目前处于部分沉浸期，主要表现为1.5K-2K单眼分辨率、100-120度视场角、百兆码率、20毫秒MTP时延、4K/90帧率渲染处理能力、由内向外的追踪定位与沉浸声等技术指标。
在政策环境上，国家和地方相继发布政策文件推进超高清视频和虚拟现实产业发展。超高清视频方面，2019年2月，三部委联合印发《超高清视频产业发展行动计划（2019-2022年）》，提出按照“4K先行、兼顾8K”的总体技术路线，大力推进超高清视频产业发展和相关领域的应用，并对产业规模、用户数、频道数量和应用示范提出明确目标。广东、北京、上海、安徽、湖南、重庆、四川以及青岛8省市政府也积极推动超高清视频行动计划，多数省份聚焦在对显示屏幕、电视终端和芯片产业的带动性方面，同时积极推动广播电视、新媒体、赛事、文娱等各领域直播进程。虚拟现实方面，2018年12月，工信部印发关于虚拟现实产业发展指导意见，确立2020年建立比较健全的虚拟现实产业链条，到2025年使我国虚拟现实产业链条实力进入全球前列，并对核心技术、产品供给、行业应用、平台建设、标准构建和安全保障提出重点任务。青岛、成都和南昌等数十地方政府相继发布虚拟现实相关政策，积极推进产业布局。
在产业发展上，到2022年我国超高清视频产业总体规模有望超过4万亿元，虚拟现实产业总体规模将超过1000亿元，国内企业逐渐打破外企垄断格局。在用户基础方面，超高清视频具备巨大用户潜力，中国IPTV用户数（含中移动OTT TV用户）为1.8亿，3年复合增长率为58%，2018年我国虚拟现实用户为800万人，预计到2020年虚拟现实用户增至2000万人。在产业发展进程方面，超高清视频用户基数多，市场规模大，处于快速发展前期，虚拟现实目前用户数量少，但发展速度快，市场潜力巨大，2017-2022全球虚拟现实产业规模年均复合增长率超70%。在产业格局方面，我国在终端产品上已形成一定优势，我国面板产品持续创新，预计2019年4K电视销量占彩电总销量百分比超60%，海信、TCL、海尔、创维等国产品牌具备全球领先能力，索尼、三星等外资品牌在国内增长乏力，小米等互联网品牌利用价格优势占据了大部分国内低端市场份额，VR/AR上主要产品为头显设备，索尼、Facebook、HTC、Pico和3Glasses占据了65%的全球VR头显市场，AR头显领先厂商包括爱普生、联想和谷歌等企业，Oculus、HTC、Valve、谷歌等公司新品将确保VR/AR市场在今年的持续稳定增长；前端设备上我国依然受日韩企业制约，2019年，全球4K摄录机市场规模约为60万台，主要供应商为索尼、松下、JVC、佳能等日本企业，其中索尼2017年市场占有率为71%。
二、5G为视频体验带来更多传输方式选择和应用创新
5G为大视频提供更强的网络保障能力。超高清视频方面，超高清视频的数据规模大约是高清视频的4倍和16倍以上，根据具体技术指标不同，超高清带宽需求从20-150Mpbs不等。以H.265标准（350-1000压缩比）压缩后4K内容为例，实现4K网络传输的传输速率大约为20-70Mbps，按照目前央视4K试验频道播出格式，所需带宽约为36Mbps，而目前我国4G的平均体验带宽不足30Mbps，难以承载超高清视频传输；虚拟现实方面，在云化牵引的网络架构下，不断提升的近眼显示技术对传输带宽提出了更高要求。若以角分辨率、视场角、色深、刷新率、焦平面作为衡量视觉沉浸感的主要测度，基于其乘数效应估算可得，完全沉浸等级所须未经压缩的原始带宽可达5Tbit/s。此外，对于多焦面显示技术，当同时聚焦的焦平面达到八个时，其4K显示的承载网络传输带宽需求高达26.4Gbps。对于全息显示技术，由于LCos-SLM是对全息编码图像进行加载显示，因此，其承载网络除须满足3.3Gbps传输带宽要求外，还须对待显示图像的光场信息进行大体量的全息计算，将待显示图像的光场信息上传到云端进行全息计算，针对4K的屏幕分辨率，所需的上行网络带宽需要达到3.3Gbps，针对120Hz的显示刷新率，单独全息图的计算时间需小于3ms。
5G助力大视频在行业应用中的快速普及。基于5G无线网络传输，依托现在的网络部署和设备安装方式，大视频在现场直播、安防监控、视频会议、家庭客厅中的应用将更加便捷。现场直播方面，围绕体育赛事、综艺节目、重大活动、户外活动等开展5G+4K、5G+8K的超高清现场直播成为各方关注重点，可通过5G可将现场视频信号回传至转播车、转播中心或云端，降低了直播实施难度，提高了直播灵活性。9月份，中国移动联合大华、海信等完成了对杭州西湖外场5G+8K外场直播，中国联通和阿里云在杭州云栖大会上完成5G+8K直播应用，面向2022年北京冬奥会提供5G+超高清视频直播解决方案；安防监控方面，围绕车站、机场、景区、社区、工地等人流密集和重要的安全防控场所部署4K/8K超高清安防监控，可提高对“大场景、小细节”的监控感知能力，结合人工智能算法，可开展更准确的人脸识别、行为识别、车辆识别等智能化应用，基于5G监控摄像头的安装部署将更加简易；家庭客厅方面，通过5G MiFi等设备可使得家庭设备共享5G宽带接入，承载互联网的超高清视频应用，成为固网宽带接入的有效补充和替代。
三、大视频在广电、文娱、教育、医疗等应用领域的创新应用案例
大视频业务范围广、应用场景丰富，大视频应用可分为广电、文娱、教育、医疗等大众服务类应用以及工业、商业、军事等企业服务类应用，其中大众服务类应用产品丰富、技术先进，占据绝大部分市场份额。在广播电视领域，CCTV-4K频道已在2018年10月开播，在全国有线电视网免费落地，各地有线电视运营商均免费给用户提供4K机顶盒，凯时KB88还将采用4K技术直播中国人民共和国成立70周年庆祝活动。各地政府和企业积极开展超高清电视布局，广东电视台是首个获批开办4K试验频道的地方电视台并提出“4K引领、8K突破”的定位，福建、江苏、四川等地相继展开4K超高清专区建设；三大运营商发力IPTV业务，截止2018年7月，IPTV总用户量达1.8亿，视频娱乐、智能家居、健康、教育等丰富服务满足用户多样需求；多家网络视频运营商开通4K专区，以内容服务+OTT盒子捆绑的方式加速大屏幕4K进入家庭进程。在文娱领域，影视、直播、游戏与大视频的结合为用户提供高画质的直觉效果和深度沉浸感体验。例如，2022年冬奥会将采用4K+8K直播，电影院线推出4K巨幕、VR观影的创新形式，乐客、三七互娱、阿里影业、万达等企业提供超高清、多互动VR游戏及VR影视产品。在教育领域，4K超高清技术让智慧教育、智慧教学成为可能，也为学生提供更清晰的教学画面；VR教育产品给学生身临其境的深度体验，让学生近距离生动观察生物、天文、化学等实验教学内容，打破了传统教育的距离和条件限制。在医疗领域，超高清技术为医院打造专业数字化手术室解决方案。例如，海信数字化手术室，以手术室为中心，以IP+光纤部署，4K手术室显示器、4K内窥镜显示器使手术画面更清晰，也为远程医疗奠定基础，华西医院、青岛阜外医院等利用4K腹腔镜技术实施了前列腺癌根治术、肾肿瘤切除术等。同时，VR/AR为医疗模拟、术前培训、心理干预提供了解决方案，瑞金医院借助VR直播3D腹腔镜手术进行培训、杜克大学利用AR眼睛降低“盲目手术”风险、FDA批准MindMaze利用VR沉浸式体验来帮助“幻肢痛”、“中风”患者进行治疗。
来源：中国信通院研究
作者：宫政