華為X Labs與網(wǎng)易雷火出品：5G場景下的云游戲業(yè)務(wù)體驗?zāi)Ｐ?/h1>
5G漸進(jìn)，應(yīng)用先行，云游戲就站在5G的下一個轉(zhuǎn)角。綜合目前已有的云游戲?qū)嵺`，華為 X Labs 和網(wǎng)易雷火游戲事業(yè)部合作出品了《云游戲體驗?zāi)Ｐ停–loud gMOS）》白皮書。
該白皮書描述了云游戲（Cloud Gaming）業(yè)務(wù)體驗評估的需求背景，評估模型框架，主觀實驗與分析方法，模型公式結(jié)構(gòu)，模型典型值和模型應(yīng)用場景等。在建模過程中，華為 X Labs 和網(wǎng)易雷火游戲事業(yè)部對玩家在 5G 下玩云游戲的行為觀察和反饋的基礎(chǔ)上，遵從 ITU 相關(guān)規(guī)范，采用分級映射的方法，建立了 云游戲的用戶體驗?zāi)Ｐ汀?/p>
模型彌補(bǔ)了業(yè)界對云游戲體驗定量研究的不足。云游戲體驗?zāi)Ｐ偷慕?5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供一定的參考和指導(dǎo)，同時云游戲內(nèi)容服務(wù)商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和硬件制造商也可根據(jù)用戶的實際體驗來不斷調(diào)整、優(yōu)化服務(wù)和產(chǎn)品策略。
研究背景云游戲（Cloud Gaming）是以云計算為基礎(chǔ)的游戲模式，在這種模式下，游戲畫面在云端進(jìn)行計算和渲染，并將渲染完成的畫面壓縮后，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸給客戶端。所以，客戶端不再需要高端處理器、顯卡、GPU等，僅需在本地?fù)碛幸欢ǖ牧髅襟w解碼、播放能力即可，這大大降低了用戶獲取優(yōu)質(zhì)游戲的門檻。
同樣，在 5G 網(wǎng)絡(luò)賦能下，在隨時隨地接入、類本地操作方面，將給云游戲用戶的體驗帶來大幅提升，云游戲業(yè)務(wù)是重要的 Cloud X 業(yè)務(wù)之一。市場調(diào)查機(jī)構(gòu) IHS Markit 公布的數(shù)據(jù)表明，云游戲產(chǎn)業(yè)極具發(fā)展?jié)摿Α?/p>
之前，對云游戲體驗的研究主要集中在畫面質(zhì)量、連續(xù)/完整性等方面的初步定性分析，對交互質(zhì)量、綜合體驗缺乏系統(tǒng)、深入的定量研究。
為了建立起完整的云游戲體驗?zāi)Ｐ?，華為X Labs聯(lián)合網(wǎng)易雷火游戲事業(yè)部展開深入分析，在《逆水寒》、《流星蝴蝶劍》等游戲場景中，邀請測試玩家在5G環(huán)境下使用云電腦體驗《逆水寒》等游戲，通過對玩家的行為觀察和反饋總結(jié)，在遵從ITU相關(guān)規(guī)范的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地進(jìn)行主觀實驗。最終，在主觀實驗數(shù)據(jù)支撐下，訓(xùn)練并建立了統(tǒng)一的云游戲用戶體驗評估模型，從用戶體驗角度，為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃提供一定的參考和指導(dǎo)。
體驗評估模型框架從用戶可感知的角度，Cloud Gaming 和 Cloud VR 有相似之處，影響用戶綜合體驗主要有 3 個方面，分別是視聽質(zhì)量、交互質(zhì)量和視聽的連續(xù)/完整性。云游戲體驗評估模型框架可見圖 2 所示，同樣基于分級映射，分為影響因素輸入層，子感知體驗層和綜合體驗層。
主觀測試與分析方法云游戲用戶體驗主觀實驗同樣基于 ITU-T P.913，使用單刺激法和 ACR 5 分制。云游戲主觀實驗平臺見圖 3 所示，主要包括云電腦、網(wǎng)絡(luò)損傷儀、客戶端及其顯示設(shè)備。主觀實驗平臺，提供不同分辨率、幀率、畫質(zhì)的游戲內(nèi)容，并在網(wǎng)絡(luò)損傷儀器的控制下，提供不同畫面完整性和操作響應(yīng)時延的測試場景。
具體說明如下：1.不同顯示設(shè)備對用戶體驗的影響，通過 PPD 統(tǒng)一度量并建立相應(yīng)評估模型。游戲畫面可以通過顯示器或者手機(jī)屏幕進(jìn)行顯示，在最佳觀看距離下，將實際呈現(xiàn)在測試用戶面前可感知的分辨率轉(zhuǎn)換成PPD。一般而言，10寸以上顯示屏幕，如一般顯示器的最佳觀看距離為顯示屏幕高度的 2 倍，10 寸以下顯示屏幕，如手機(jī)的最佳觀看距離為顯示屏寬度的 4-6 倍（在本次主觀實驗中，按對分辨率要求較高的 4 倍計算）。
以 32 寸 4K 顯示器為例，等效 PPD 可根據(jù)圖 4 所示關(guān)系計算，計算公式可為：
PPD = Ph/(2*arctan(W/2/D)*180/Pi)=80.47
其中，Ph 為水平像素數(shù)，W 為顯示器寬度，D 為最佳觀看距離（也即 2 倍顯示器高度）。
操作響應(yīng)時延包括： 1. 指令數(shù)據(jù)采集時延； 2. 指令數(shù)據(jù)上行傳輸時延； 3. 指令接收，邏輯運(yùn)算，圖形渲染時延； 4. 抓取圖形時延； 5. 圖形編碼時延； 6. 編碼圖形下行傳輸時延； 7. 圖形解碼時延； 8. 客戶端渲染時延，包括解碼后圖形顯存等待時延，色彩處理，圖層疊加等環(huán)節(jié)時延； 9. 顯示器顯示時延。
模型公式結(jié)構(gòu)
云游戲綜合體驗評估模型公式如下，在公式結(jié)構(gòu)上，和VR體驗評估模型保持一致，相關(guān)系數(shù)則根據(jù)實際測試結(jié)果進(jìn)行擬合。
MOSC = min(max((MOSAV-1)·(1-v28(5-MOSI)-v29(5-MOSRP))+1,1),5)
式中，MOSC 為云游戲綜合體驗，MOSAV 為視聽質(zhì)量， MOSI 為交互質(zhì)量， MOSRP 為視聽覺連續(xù) / 完整性， v28 和 v29 為模型系數(shù)。綜合體驗以視聽質(zhì)量 MOSAV 為基礎(chǔ)， 交互質(zhì)量 MOSI 和連續(xù) / 完整性 MOSRP 則作為體驗損傷的子感知項。
MOSV = f1(Visual Codec,Br,FR,(Rh,Rv)) ；
MOSA = f2(Audio Codec,ABr,SP) ；
MOSAV = f3(MOSV,MOSA,tasvn) ；
MOSI = f4(tod) ；
MOSRP = f5(Tr,RF,ppl)。
模型典型值1. PPD對畫面質(zhì)量 MOSV 的影響典型值 基于H.264編碼，BPP 為0.133，幀率120fps的條件，PPD 對畫面質(zhì)量 MOSV 的影響典型值，見下圖6所示。可以看到，PPD 為20時，畫面質(zhì)量 MOSV 約為3.57分；PPD 為60時，畫面質(zhì)量 MOSV 約為4.73分，PPD 大于60后，畫面質(zhì)量 MOSV 增長變得平緩。
2. 分辨率在最佳觀看距離下對畫面質(zhì)量 MOSV 影響的典型值基于 H.264 編碼，BPP 為 0.133，幀率 120fps的條件，在顯示器上觀看不同分辨率的畫面，其對畫面質(zhì)量 MOSV 的影響典型值，如圖 7 所示。在高幀率情況下，1080P的游戲畫面，即可對應(yīng)較高的PPD，MOSV 為 4.5 分。
3. 幀率對畫面質(zhì)量 MOSV 的影響典型值 基于 H.264 編碼，BPP 為 0.133，PPD 為 120 的條件，幀率對畫面質(zhì)量 MOSV 影響的典型值，見下圖 8 所示。幀 率為 30fps 時，畫面質(zhì)量 MOSV 約為 3.35 分；幀率為 60fps 時，畫面質(zhì)量 MOSV 約為 4.41 分；幀率為 90fps 時，畫 面質(zhì)量 MOSV 超過 4.80 分。幀率超過 90fps 后，畫面質(zhì)量 MOSV 的增長趨勢趨于平緩。
4. 操作響應(yīng)時延對交互質(zhì)量 MOSI 的影響典型值 游戲操作響應(yīng)時延低于 50ms 時交互質(zhì)量 MOSI 達(dá)到 5 分；操作響應(yīng)時延 100ms 時，交互質(zhì)量 MOSI 為 4.03 分。 當(dāng)操作響應(yīng)時延為 200ms 時，交互質(zhì)量 MOSI 為 2.92 分。
5. 數(shù)據(jù)丟失率對完整性 MOSP 的影響典型值 不同的數(shù)據(jù)傳輸模式，有著不同的數(shù)據(jù)丟失率和畫面完整性的關(guān)系模型。基于 TCP+RTP 傳輸模式，TCP 丟包率 對完整性 MOSP 的影響典型值，如下圖 10 所示。當(dāng) TCP 丟包率為 0.1% 時，視聽完整性 MOSP 為5分；當(dāng)丟包率為 0.3% 時，視聽完整性 MOSP 為 3.68 分；當(dāng)丟包率為 1% 時，視聽完整性 MOSP 為 1.14 分。
模型應(yīng)用
基于如下條件，云游戲在不同顯示設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)條件下的體驗對照表，可見表 4 所示。 1) 基于 H.264 編碼，BPP 為 0.21。 2) 10寸以上顯示屏幕（大屏），如顯示器，最佳觀看距離按顯示器高度 *2 計算，10 寸以下顯示屏幕（小屏），如手機(jī)屏幕，最佳觀看距離按顯示屏寬度 *4 倍計算（在推薦最佳觀看距離下，只要屏幕高寬比合乎常規(guī)，在不同尺寸的大屏上觀看相同分辨率的游戲畫面，可獲得相同的等效 PPD，小屏也如此）。 3)數(shù)據(jù)傳輸對視聽完整性沒有影響。 4)音頻編碼算法：AAC-LC，音頻固定碼率：140Kbps。
根據(jù)上表，我們可以觀察云游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，并規(guī)劃未來的產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑： 1)720P 或 1080P，幀率30fps，是目前主流云游戲平臺可提供的游戲畫面水平。游戲畫面無論基于手機(jī)屏幕還是顯示器呈現(xiàn)，綜合體驗 MOSC 在 3.2 至 3.5 分之間，處在剛超過“可接受”的水平；
2)5G 云游戲，建議從 1080P@60fps 起步，對標(biāo)專業(yè)玩家使用本地電腦的體驗水平。大部分場景下（操作響應(yīng)時延 70ms），手機(jī)可以追求 4 分體驗；
3) 對于大屏，當(dāng)游戲畫面分辨率為 2K（2560*1440），幀率 60fps，操作響應(yīng)時延 50ms 時，綜合體驗MOSC 可 達(dá) 4.29 分，用戶體驗達(dá)到“好”的水平，可作為未來 2 年后挑戰(zhàn)目標(biāo)；
4) 當(dāng)游戲畫面分辨率 4K（3840*2160），幀率 60fps，操作響應(yīng)時延 50ms 時，綜合體驗 MOSC 接近 4.5 分，可 作為長期挑戰(zhàn)目標(biāo)。 當(dāng)前云游戲體驗現(xiàn)狀與產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑建議，可見圖 11 所示。
結(jié)束語在5G時代，云游戲產(chǎn)業(yè)必將取得長足發(fā)展。借助體驗評估模型，云游戲內(nèi)容服務(wù)商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和硬件制造商可根據(jù)用戶的實際體驗來不斷調(diào)整、優(yōu)化服務(wù)和產(chǎn)品策略，有效提高競爭力。最后，為了加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)合作，華為XLabs將評估模型算法以免費(fèi)SDK形式發(fā)布和共享。
附出品方介紹：Wireless X Labs是一個全新的平臺，旨在將電信運(yùn)營商、技術(shù)供應(yīng)商和垂直行業(yè)的合作伙伴聚集在一起，探索未來的移 動應(yīng)用場景，推動業(yè)務(wù)和技術(shù)創(chuàng)新，建立一個開放的生態(tài)系統(tǒng)。Wireless X Labs建立了三個實驗室，探索三個主要領(lǐng) 域：人與人之間的連接，垂直領(lǐng)域的應(yīng)用和家庭應(yīng)用。
2007年，雷火游戲在西子湖畔成立，是網(wǎng)易在杭州的第一個游戲工作室。歷經(jīng)十多年發(fā)展，雷火游戲已是擁有近兩千名員工的事業(yè)群，具備國內(nèi)一流研發(fā)、運(yùn)營、營銷實力。雷火團(tuán)隊先后成功開創(chuàng)《倩女幽魂》、《天諭》、《逆水寒》三大旗艦游戲品牌，在動作、體育、休閑游戲領(lǐng)域做出成功嘗試。
記者(公眾號：記者)注：已獲華為許可轉(zhuǎn)載。記者記者
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