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| 本文作者： 張帥 | 2019-10-11 15:59 |
5G漸進，應用先行，云游戲就站在5G的下一個轉角。綜合目前已有的云游戲實踐，華為 X Labs 和網易雷火游戲事業部合作出品了《云游戲體驗模型（Cloud gMOS）》白皮書。
該白皮書描述了云游戲（Cloud Gaming）業務體驗評估的需求背景，評估模型框架，主觀實驗與分析方法，模型公式結構，模型典型值和模型應用場景等。在建模過程中，華為 X Labs 和網易雷火游戲事業部對玩家在 5G 下玩云游戲的行為觀察和反饋的基礎上，遵從 ITU 相關規范，采用分級映射的方法，建立了 云游戲的用戶體驗模型。
模型彌補了業界對云游戲體驗定量研究的不足。云游戲體驗模型的建立為 5G 網絡建設，產業發展規劃提供一定的參考和指導，同時云游戲內容服務商、網絡運營商和硬件制造商也可根據用戶的實際體驗來不斷調整、優化服務和產品策略。
云游戲（Cloud Gaming）是以云計算為基礎的游戲模式，在這種模式下，游戲畫面在云端進行計算和渲染，并將渲染完成的畫面壓縮后，通過網絡傳輸給客戶端。所以，客戶端不再需要高端處理器、顯卡、GPU等，僅需在本地擁有一定的流媒體解碼、播放能力即可，這大大降低了用戶獲取優質游戲的門檻。
同樣，在 5G 網絡賦能下，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，云游戲業務是重要的 Cloud X 業務之一。市場調查機構 IHS Markit 公布的數據表明，云游戲產業極具發展潛力。
之前，對云游戲體驗的研究主要集中在畫面質量、連續/完整性等方面的初步定性分析，對交互質量、綜合體驗缺乏系統、深入的定量研究。
為了建立起完整的云游戲體驗模型，華為X Labs聯合網易雷火游戲事業部展開深入分析，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，在遵從ITU相關規范的基礎上，系統地進行主觀實驗。最終，在主觀實驗數據支撐下，訓練并建立了統一的云游戲用戶體驗評估模型，從用戶體驗角度，為5G網絡建設，產業發展規劃提供一定的參考和指導。
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，分別是視聽質量、交互質量和視聽的連續/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。
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、網絡損傷儀、客戶端及其顯示設備。主觀實驗平臺，提供不同分辨率、幀率、畫質的游戲內容，并在網絡損傷儀器的控制下，提供不同畫面完整性和操作響應時延的測試場景。
具體說明如下：1.不同顯示設備對用戶體驗的影響，通過 PPD 統一度量并建立相應評估模型。游戲畫面可以通過顯示器或者手機屏幕進行顯示，在最佳觀看距離下，將實際呈現在測試用戶面前可感知的分辨率轉換成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 可根據圖 4 所示關系計算，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，W 為顯示器寬度，D 為最佳觀看距離（也即 2 倍顯示器高度）。
操作響應時延包括： 1. 指令數據采集時延； 2. 指令數據上行傳輸時延； 3. 指令接收，邏輯運算，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，圖層疊加等環節時延； 9. 顯示器顯示時延。
模型公式結構
云游戲綜合體驗評估模型公式如下，在公式結構上，和VR體驗評估模型保持一致，相關系數則根據實際測試結果進行擬合。
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 為視聽質量， MOSI 為交互質量， MOSRP 為視聽覺連續 / 完整性， v28 和 v29 為模型系數。綜合體驗以視聽質量 MOSAV 為基礎， 交互質量 MOSI 和連續 / 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)。
1. PPD對畫面質量 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，畫面質量 MOSV 約為3.57分；PPD 為60時，畫面質量 MOSV 約為4.73分，PPD 大于60后，畫面質量 MOSV 增長變得平緩。
2. 分辨率在最佳觀看距離下對畫面質量 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，即可對應較高的PPD，MOSV 為 4.5 分。
3. 幀率對畫面質量 MOSV 的影響典型值 基于 H.264 編碼，BPP 為 0.133，PPD 為 120 的條件，幀率對畫面質量 MOSV 影響的典型值，見下圖 8 所示。幀 率為 30fps 時，畫面質量 MOSV 約為 3.35 分；幀率為 60fps 時，畫面質量 MOSV 約為 4.41 分；幀率為 90fps 時，畫 面質量 MOSV 超過 4.80 分。幀率超過 90fps 后，畫面質量 MOSV 的增長趨勢趨于平緩。
4. 操作響應時延對交互質量 MOSI 的影響典型值 游戲操作響應時延低于 50ms 時交互質量 MOSI 達到 5 分；操作響應時延 100ms 時，交互質量 MOSI 為 4.03 分。 當操作響應時延為 200ms 時，交互質量 MOSI 為 2.92 分。
5. 數據丟失率對完整性 MOSP 的影響典型值 不同的數據傳輸模式，有著不同的數據丟失率和畫面完整性的關系模型。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 TCP 丟包率為 0.1% 時，視聽完整性 MOSP 為5分；當丟包率為 0.3% 時，視聽完整性 MOSP 為 3.68 分；當丟包率為 1% 時，視聽完整性 MOSP 為 1.14 分。
模型應用
基于如下條件，云游戲在不同顯示設備和網絡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，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)數據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。
根據上表，我們可以觀察云游戲產業發展的現狀，并規劃未來的產業發展路徑： 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屏幕還是顯示器呈現，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，對標專業玩家使用本地電腦的體驗水平。大部分場景下（操作響應時延 70ms），手機可以追求 4 分體驗；
3) 對于大屏，當游戲畫面分辨率為 2K（2560*1440），幀率 60fps，操作響應時延 50ms 時，綜合體驗MOSC 可 達 4.29 分，用戶體驗達到“好”的水平，可作為未來 2 年后挑戰目標；
4) 當游戲畫面分辨率 4K（3840*2160），幀率 60fps，操作響應時延 50ms 時，綜合體驗 MOSC 接近 4.5 分，可 作為長期挑戰目標。 當前云游戲體驗現狀與產業發展路徑建議，可見圖 11 所示。
在5G時代，云游戲產業必將取得長足發展。借助體驗評估模型，云游戲內容服務商、網絡運營商和硬件制造商可根據用戶的實際體驗來不斷調整、優化服務和產品策略，有效提高競爭力。最后，為了加強產業合作，華為XLabs將評估模型算法以免費SDK形式發布和共享。
Wireless X Labs是一個全新的平臺，旨在將電信運營商、技術供應商和垂直行業的合作伙伴聚集在一起，探索未來的移 動應用場景，推動業務和技術創新，建立一個開放的生態系統。Wireless X Labs建立了三個實驗室，探索三個主要領 域：人與人之間的連接，垂直領域的應用和家庭應用。
2007年，雷火游戲在西子湖畔成立，是網易在杭州的第一個游戲工作室。歷經十多年發展，雷火游戲已是擁有近兩千名員工的事業群，具備國內一流研發、運營、營銷實力。雷火團隊先后成功開創《倩女幽魂》、《天諭》、《逆水寒》三大旗艦游戲品牌，在動作、體育、休閑游戲領域做出成功嘗試。
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