真正的无线 VR 到底应该如何实现?

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真正的无线 VR 到底应该如何实现?
2016年12月15

俗话说鱼与熊掌不可兼得!VR 领域的“便携性”与“高质量”同样如此——手机 cardboard 便携性不错,但画质体验明显不足,而 PC 端 VR 虽然在画质及流畅度上占有优势,但却被与电脑连接的数据线给束缚住了。因此,给 PC 端 VR 剪“辫子”,成了人们最大的愿望。

 

 

其实,目前市面上已经有部分厂家利用 VR 背包实现了所谓的无线 VR,但这背着沉重而发热的背包玩 VR 游戏显然不是 VR 发展的理想状态。真正理想中的无线 VR 应该依托于电池以及低功耗高性能 GPU 等技术的发展,是一种类似于 Oculus Rift 而非 Gear VR 的自带运算单元的一体机。而现在较为现实的方法是利用高性能计算机对 VR 视频进行渲染,并实时无线传输到 VR 头盔中。看起来好像很简单,但实际上却困难重重:

 

 

VR 视频,信息量太大

 

 

以 2048*1080 分辨率的画面举例,在 VR 环境中至少需要 6 个面才能组成全景画面。为保证没有延迟感,至少需要 60fps,同时由于色彩的成像是 3 原色,在不进行数据压缩的情况下,将以上数据相乘即可得到每秒需要传输的 bytes 数,换算之后约为 17.8Gbps,即使只算一个面也有近 3Gbps。而目前最快的 802.11ac 无线标准的通讯带宽为 1.3Gbps,虽然是之前 802.11n 标准(最高 600Mbps)的几倍,但仍然不够用。 因此,我们只有两个选择,接着寻找其他替代传输方式或者对数据进行压缩再传输。 然而,数据压缩太多,传输虽容易了,但解压缩的时间也比较漫长(当然,也不能排除个别非常牛逼的算法能很好地解决这个问题),延迟感加重。

因此,寻找更快的数据传输方案成了几乎唯一的选择。

 

 

一般而言,无线电频率越高,信息传输速度便越快。因此,要想支持 VR 的高数据量,我们可以向更高频率的无线电方向进发。鉴于此前像 Oculus Rift 等顶级 VR 头盔都是采用 HDMI 接口,而 HDMI 有线传输理论最高传输速度为 5Gbps。因此,5Gbps 应该是无线 VR 的基础带宽要求。可预见的未来,或许仅仅只有以下六种无线方案有实现无线 VR 的可能:

 

 

1、升级版 802.11ac:虽然 802.11ac 无线标准最快只有 1.3Gbps,但实际上它也可以通过 8×8 MIMO、256 QAM 调制和绑定 4 个 40MHz 信道来实现 7Gbps 的带宽,只不过该方法功耗比较大

 

 

据了解,深圳天网虚拟现实旗下的 ONAIRVR 无线 VR 传输技术便是采用了 802.11ac 方案。不过,目前并不明确其是否使用了类似上述升级版技术。另据了解,ONAIRVR 还采用了高效的数据压缩方法,可将 VR 图像进行四百分之一到千分之一的压缩,通过无线进行实时传输后,在手机上解压呈现,而且难为可贵的是其延时仅 10 毫秒左右。动点科技曾体验过该技术,其可以通过一个路由器同时为三个 Gear VR 传输不同的画面,并没有感受到太大的延迟感,虽然只是一个静止而非有人物运动的游戏场景。

 

2、802.11ax:它和 802.11ac 一样工作在 5GHz 频段,不同之处在于 802.11ax 使用了 MU-MIMO 技术,将信号在时域、频域、空域等多个维度上分成四个不同的“信号通道”,每一个“信号通道”能单独与一台设备进行通信,通信效率成倍提高。另外,它还采用了一种名叫 OFDMA 的全新信号调制编码算法,能把一个信号通道分成数十甚至数百个更小的正交子信道,然后将这些子信道紧密叠加在一起,再分配给不同用户,同样时间内传输数据的效率就大大提高了,最快可达 14Gbps。

 

 

不久前,无线方案解决商 Quantenna 也正式发布了业界首款支持下一代 Wi-Fi 标准 802.11ax 的全新网络芯片 QSR10G-AX,最高速度可达到了 10Gbps。如此看来,该技术的商业应用或许不远了。

 

 

3、802.11ad(WiGig:与工作在 2.4GHz 和 5GHz 频率下的 802.11n,以及工作在 5GHz 频率下的 802.11ac 不同,802.11ad 规范则是工作在 60GHz 高频率,单信道传输速率理论上可高达 7Gbps。 另外,802.11ad 的网络延迟非常低,可以实现仅为 10ms 的延迟,堪比有线网络。目前该方案的技术落地相对扎实,SiBEAM 已经推出了 USB 适配器等解决方案,TP-Link 也推出了相应的无线路由器,不过它要普及可能还得花上些时间。

4、SiBEAM Snap:2015 年初,SiBEAM 推出了 SiBEAM Snap 无线连接器技术。SiBEAM 称,通过领先全球使用标准 CMOS 技术制造 60GHz 芯片配合 Snap 技术,传输速度可达 12Gb/s。

 

 

5、WirelessHD:2013 年 9 月,LG、松下、NEC、三星电子、索尼以及东芝公司成立了 WirelessHD 小组,该方案工作在 60GHz 频率下,制定之初,即可提供 4Gbps 的带宽,足以满足 1080P 无损视频的需求,且延迟仅在 5 到 15 毫秒之间;同时潜力充足,预计最终能够提供 25Gbps 的高带宽。

 

 

目前在 60GHz 频段试图实现无线 VR 的企业很多,不过由于大部分公司都未公布自己具体利用了哪些技术。例如:

 

 

  • 第一家使用 60Ghz 进行无线虚拟现实头盔设计的公司是 Serious Simulations,配合一款名叫“reformatter”的设备,能让整个数据传输过程所需的时间不超过 20 微秒。不过,其分辨率仅为 1920*1080@60fps。

 

  • 国内 ZVR 也有同样 60Ghz 方案,在 30 米有效活动区间内,仅有 1 毫秒的显示输出延时,其分辨率也为 1920*1080@60fps。
  • MIT 实验室 MoVR 采用某未公开频段毫米波(通常认为毫米波频率范围为 26.5~300GHz)通信,经过测试,目前 MoVR 数据的最大传输速率可以达到数 Gbps。
  • 而最近正在帮 HTC Vive 剪辫子的 TPCAST(题图)也被猜测使用了该频段技术,但 TPCAST 工作人员目前只承认其部分利用了现有 Wi-Fi 技术。有消息称目前 TPCAST 达到的是 3.5Gbps,可在 2ms 延时下,完成 2k 画质、90fps 的传输。

 

然而,悲剧的是,由于 60GHz 穿透性差,室内需要直射路径和反射路径通信,室外有严重的大气衰减和路径损耗,室内人类活动引起的遮挡也会带来信道衰减的剧烈波动。其中 WirelessHD 最高发射功率被限制在 10W 以下,因此 WirelessHD 最远传输现阶段仅能达到 10 米。WiGig 传输距离一般只有 3-5 米左右,改进采用的波束成形技术也仅能使其传输距离达到 10 米以上。

 

 

6、Li-Fi 技术:Li-Fi 是一种利用可见光波谱进行数据传输的全新无线传输技术,由于工作频率更大,数据传输速度也更大。基于 LED 的 Li-Fi 可达到 10 Gbps 的数据传输速率,而激光传输数据的速率可以很容易超出 100 Gbps。但 Li-Fi 技术的商用落地,估计也要等个几年。

总的来说,无线电频率越高,其数据传输速度便越快,只是可惜无线电频段作为紧缺的资源,不同频段的用途基本都已经被国家法律给规定了,不能随便乱用。否则,只要采用更好频率的通信手段就能很好地解决无线 VR 的问题了,数据量再大也不是问题。

 

 

数据解压缩技术,严格保密的商业机密

 

 

近来关于无线 VR 的报道,基本上都是依靠更高频率的无线电来实现的。对其中可能涉及的高压缩率、即时的解压缩技术却是几无提及。一方面说明提高无线电频率是主流,另一方面也说明了解压缩算法的难度。

 

 

ONAIRVR 将 VR 图像进行四百分之一到千分之一的压缩,通过无线进行实时传输后,在手机上解压呈现,延时仅 10 毫秒左右。ONAIRVR 从未提及该技术的具体信息,只说这是他们的核心机密。

 

 

杭州幻行科技也有能力做到无线 VR,其号称采用 ZigBee 进行无线传输(看似几乎不可能实现),技术核心也在视频解压缩上,幻行科技曾告诉动点科技其关键点就在于取舍。但再往深里,幻行也不愿意再谈了。

 

 

其实,不管无线 VR 未来采用哪个频段技术,数据压缩都是极具价值的。如此说来,是否就成了得解压缩技术者得天下呢?

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