推动元宇宙以更低成本走入生活的几项技术最新进展

6/02/2022，光纤在线讯，元宇宙是改变我们生活与工作方式的一个重要趋势，无论是虚实结合场景中的互动性娱乐与消费，还是数字孪生或者虚拟办公室这样的新工作空间，以及通过工业5.0将场景与服务型制造系统连接，都需要一些新的技术来搭建一个多感官沉浸式的、多场景交互的、具备数字支付能力和能够连接服务型制造的场景，当然也离不开AR/VR眼镜、4K大屏幕显示和类似于抬头显示（HUD）这些工具及相应内容服务的进步。

     虽然今天有很多人谈到元宇宙就离不开数字偶像和NFT等新生事物，但元宇宙要真正进入大家的生活，离不开支持以更低的成本带来更好娱乐、消费和交易体验，以及流畅地连接到服务型制造系统并完成支付和消费的技术创新。如果说真要用一句话来描述元宇宙，那就是元宇宙就是带来沉浸感的“科技+艺术+支付带动娱乐与消费“。

     最终能够导入到消费对于元宇宙的成功至关重要，这也是华兴万邦一直在介绍服务型制造等新模式与元宇宙关系的原因。在上一篇研究文章中，华兴万邦曾经提出了服务型制造和自动驾驶汽车等元宇宙新场景，以及硬件数据处理加速器、基于硬件的安全与安全性技术、新一代通信基础设施和时空技术等支撑性技术，并推介了工业和信息化部及浙江省支持成立的服务型制造研究院等机构。

     可支撑元宇宙实现上述场景的、可以不断降低消费者成本和门槛的技术正在快速发展，这可以从行业内外的一些大型活动中发布的新技术可以看出。2022年已经出现了很多推动元宇宙以高性价比模式开始落地的硬件技术，它们都是推动着元宇宙走入我们生活的技术创新。

空间音频技术创造沉浸式音效

     为了追求沉浸式的体验，过去游戏和视频业界除了不断升级VR/AR眼镜、智能手机以及大屏幕电视/显示的分辨率、明亮度和对比度等硬指标，还在不断开发各种3D图形处理和光线追踪（ray tracing，后面我们还会介绍其最新进展）等技术，它们都为元宇宙提供了非常好的载体和人机界面，尤其是越来越多的4K和8K超清（UHD）大屏电视可以带来极致的视频体验。

     但是除了显示分辨率等硬件指标和3D图形处理技术，沉浸式音效（immersive audio）也是推动元宇宙进入日常生活的一种不可忽视的手段，支撑沉浸式音效的空间音频（spatial audio）或者3D音频技术将会越来越重要，多通道、多音源音响系统设置将会随着元宇宙的兴起而快速发展。在一些领先的游戏制作公司中，音效制作的预算已经超过了总预算的40%，如Action发布的“活体解剖者：人面兽心”射击游戏中，怪物的音源多达8个，环境声音源也达到了3个。

     在视频推送服务领域亦是如此，随着4K超清甚至8K等超高分辨率大屏幕电视的普及，华兴万邦看到许多数字电视制造商和内容提供商都开始提供超越立体声的音效，如小米电视可以为其会员提供许多带有杜比音效的电影等视频内容，杜比实验室也推出了面向视频和数字娱乐的Dolby Atmos空间音频技术，苹果公司也在去年5月17日面向用户和艺术家可欣赏和创作沉浸式音频的空间和无损音频技术，亚马逊也开始以每月7.99美元的价格向新用户推送支持空间音频技术的音乐……

     但是在电视机、游戏机、手机和电脑等主设备不断提升显示和音频质量的同时，无线化的音频输出连接还仍然主要停留在采用蓝牙连接的两通道立体声音频之上，很难用低成本和高灵活性创造出沉浸式音效。不过，这种情况随着在高品质无线音频连接领域具有极高声誉的WiSA Technologies有限公司推出其面向条形音箱（sound bar）的DS模组将得到解决。

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     WiSA是全球领先的无线空间音频技术开发商，专注于为智能设备和下一代家庭娱乐系统提供空间音频和沉浸式无线声效技术，是无线音频连接专业组织WiSA联盟发起企业之一，其创新技术已广泛应用于全球诸多顶级音响设备和电视机厂商的产品之中，如Harman Karldon、B&O、ONKYO和Klipsch等顶级音响厂商，以及富士康、海信、LG电子、夏普、创维、TCL和东芝等电视机制造商。

     在今年的CES上，该公司宣布与乐鑫信息科技合作开发了一款全新的、运行在2.4GHz频段上的DS无线空间音频模组，它得益于WiSA经过市场验证的、高端的5GHz模块解决方案的可靠性和质量，利用2.4GHz频段的普及性来大幅度降低成本，从而将其先进的空间音频技术带给了普通的音频系统。大家看指标就可以发现它与仅支持双声道的蓝牙音频连接相比，所带来的巨大性能提升：

●支持多达五个独立的48kHz PCM音频通道

●修正过的音频信号源到扬声器延迟，能够满足视频口型同步要求

●带有动态网络优化（Dynamic Network Optimization，DynoTM）技术，可确保无线链路的可靠性和稳定性

●扬声器之间的低信道延迟可确保无失真的体验



图为WISA的低成本DS模组，为了推动沉浸式音频技术创新，WiSA开设了空间音频微信公众号（上述二维码）

     WiSA科技有限公司总裁兼首席执行官Brett Moyer表示：“该模组能够满足我们对入门级沉浸式音频系统的性能和可靠性期望，没有什么能比一家独立测试机构所做的测试更能说明问题，2.4GHz的DS模组比目前市场上销售的其他公司极具竞争力的5GHz模块产品的性能更优，同时还支持额外的音频通道。”

     带有DS模组的条形音箱和入门级音响可以有多种方式与电视机、游戏机和其他设备相连，然后通过DS模组，即可设计制造出支持多声道、高可靠和大带宽连接的空间环绕声音响系统，用于观看电影、视频、电视、体育节目和游戏以及元宇宙内容，在与这些高清、超高清大屏幕电视轻松相连的同时，保持成本领先的优势。这是推动元宇宙所需的沉浸式音频走入大众生活很重要的一项创新。

数字人民币为元宇宙落地再添支付手段

     在所有元宇宙场景中，无论其根本应用是供用户娱乐，还是消费和办公，都需要连接到支付系统，而作为国家法定货币的数字形态，将在未来元宇宙发展历程中扮演非常重要的角色。在今年举办冬奥会和冬残奥会上，数字人民币成了一道亮丽的风景线，无论采用App模式还是新颖的数字人民币硬件钱包都吸引了广泛的关注，交易总额超过百亿元。

      4月7日，中国人民银行宣布：在前期试点地区基础上，增加天津市、重庆市、广州市、福州市、厦门市、以及浙江省承办亚运会的六个城市作为试点地区，北京市和河北省张家口市在2022年北京冬奥会、冬残奥会场景试点结束后转为试点地区。此前，数字人民币已在深圳、苏州、雄安新区、成都、上海、海南、长沙、西安、青岛、大连等地和2022年北京冬奥会场景开展试点，基本涵盖了长三角、珠三角、京津冀、中部、西部、东北、西北等不同地区。

     数字人民币的一个重要创新就是利用硬件钱包来支持离线支付，使其在常见的App模式之外，为数字人民币打开了范围更广、可在无网络环境中使用的硬钱包应用空间。硬钱包芯片可以放置在手机、手表、AR/VR眼镜头盔、手环、电视机、各种专业的和消费性的设备中，一旦数字人民币开用，那么这些设备都会变成数字硬钱包。

     数字人民币硬钱包芯片和解决方案需要极高的安全性和易用性，也需要得到政府的进入许可，目前国内的核心玩家有两家，一家是紫光国微（002049）旗下的紫光同芯，另一家是央企、世界500强企业中国电子信息产业集团（CEC）的港股上市公司中电华大科技（00085.HK）旗下的全资子公司中电华大电子，中电华大电子在去年九月利用北京服务贸易博览会发布了人民币硬钱包方案。


北京中电华大电子发布的数字人民币硬钱包芯片解决方案

     数字人民币硬钱包将为无数多的设备赋予支付能力，这将有助于拓宽元宇宙的适应人群，比如老人也可以用电视遥控器在电视大屏上加入健康类元宇宙项目，或者社区性的购物节目并进行交互和支付，或者使用非智能机的老年手机作为钱包完成支付。但是由于硬钱包技术尚未走进大众生活，因此其应用还需要大量的创新和应用推广。

     元宇宙与数字人民币结合是一个可以确定的方向，但是数字人民币概念已在A股被反复爆炒，和数字人民币牵强沾边的股票都暴涨多轮，其中业绩很差的企业的市值都数倍于持有数字人民币核心玩家的中电华大科技（00085.HK）的市值（才10亿港元左右），而该公司2021年的营业收入为16.82亿港元，同比增加26.96%，同期利润也有1.26亿港元，中电华大电子已经成为全球市值最低的10亿元营收“中国芯”股票，预示着数字人民币路还漫长。

5G小基站：紧贴元宇宙等用户场景提供通信快车道

     元宇宙的发展离不开可靠、便捷和高性价比的通信连接，5G及未来的移动通信将在其中扮演重要的角色。在4月19日国新办举行的新闻发布会上得知，一季度，我国5G基站新增13.4万个，累计建成开通155.9万个，5G网络已覆盖全国所有地级市和县城城区、87%以上的乡镇镇区。

     随着我国5G室外连续覆盖基本完成，运营商也将更多的精力转移到细分场景的覆盖与建设上，5G建设已经步入深水区。接下来，在宏基站继续部署的同时，小基站也将登上舞台，一方面作为宏基站的补充，有效增强室内深度覆盖，另一方面深入垂直行业和更多细分场景，甚至以定制化的方式为客户提供服务。

     无论是运营商还是其用户，通信的未来就是服务，高性价比的带宽只是其中一项，所以我们看到3GPP的成员们在R16和R17里都制定和推广包括高精度定位等创新技术和服务，这些5G新功能与用于超高清视频的高速度大流量移动宽带业务的eMBB一样，都可以为沉浸式元宇宙和服务型制造等应用提供支撑。但是宏基站只能提供广泛服务，无法提供精准或者定制服务，而广泛服务的利润率会随着竞争逐渐降低，5G小基站未来将为行业创造巨大的增值空间。

     5G小基站并不是宏基站的缩减版，而是要真正做到小而美、小而精，在保持高性能的同时，要把成本、功耗和体积都大幅减少和缩小，以支持灵活的部署和方便的运维，才可以经济、高效、快速满足行业用户需求。根据市场研究机构Dell'Oro预测，未来5年全球小基站市场规模将达到250亿美元。华兴万邦认为要实现这些目标，5G小基站的架构必须走向ASIC或者SoC化。



      比科奇（Picocom）作为一家5G小基站基带芯片及电信级软件和解决方案专业提供商，在2021年年底推出了其采用先进工艺打造的5G小基站基带芯片PC802，这是全球第一颗专门为4G/5G小基站设计打造的SoC，可以在保持高性能的同时，在功耗和成本方面帮助4G/5G小基站实现其核心优势。与采用传统方案相比，比科奇方案可将成本至少降低一个数量级，功耗也极大降低。在今年的世界移动通信大会（MWC2022）上，比科奇展示了端到端的5G小基站设计

      比科奇的核心设计团队在3G、4G、5G小基站芯片和基带（物理层）软件开发方面有着近20年的开发经验。比科奇推出的PC802 SoC是全球首款高性能、低功耗和可编程小基站基带芯片，该芯片旨在赋能新一代5G NR开放式小基站设备的创新，可使5G以及4G网络的部署更加灵活，同时大幅度降低这些网络的资本支出和运营成本。

      在设计层面，PC802具有高集成度的物理层功能、极大降低5G小基站设计复杂度。PC802采用标准的物理层软件接口，无缝支持一体化小基站和分布式小站；在性能方面，PC802是高性能、低功耗NR小基站芯片物理层系统级芯片（PHY SoC），可同时支持4G、5G双模工作，支持3GPP R15和R16，并且为后续版本演进预留空间，支持MBB、URLLC等，可满足各种应用场景的需求。

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      PC802是整个比科奇团队三年来坚持创新的结晶和里程碑式成就，现已进入批量出货的阶段，并且比科奇与国内外数十家小基站开发和生产企业建立了联系，并已与其中多家签署了授权协议，利用比科奇的芯片开展5G小基站研发活动。除了基带芯片PC802，比科奇还制定了其他多款芯片产品路线图，包括数字前端(DFE)芯片PC805、家庭级小基站芯片PC806等，为即将开启的5G小站的大规模部署做好万全准备。

光线追踪技术：将在元宇宙中大显身手

     元宇宙既是采用科技手段进行创新，也是利用创新科技来支持艺术创意，是用科技和艺术手段将现实世界与虚拟的数字世界相结合，通过融合现实技术来提供沉浸式体验。支撑元宇宙中的技术包括交互感知技术、内容创作技术、以及真实及质感渲染技术。其中，渲染技术直接决定了使用者的沉浸式体验质量，而渲染的核心技术要点就是通过3D建模和光线追踪等方法，对物理规则进行高精度仿真。

     光线追踪作为一项改变游戏规则的技术，可以使图形真实感达到跃升式变化。光线追踪通过模拟真实世界中光线的表现，它可以创造出与现实生活几乎无异的三维（3D）场景。对于这一概念，电脑游戏玩家必然是不陌生的。光线追踪给游戏画面展示带来了更为细腻的光照表现和写实的光影效果，在电视节目和电影制作中也有广泛应用，因此华兴万邦认为该技术对元宇宙进入实际商用将发挥重要的作用。



     由于光线追踪计算极其复杂，该技术不久前也只是应用在台式机和游戏机上。而Imagination作为一家全球领先的图形处理器（GPU）技术厂商，于2021年11月推出了旗舰款图形处理器（GPU）知识产权（IP）产品IMG CXT和革命性PowerVR Photon光线追踪架构。它们为移动和嵌入式应用带来桌面级质量的视觉效果，使移动开发者和游戏玩家也能够利用这种令人难以置信的渲染技术和全面的硬件加速功能。Photon架构还为那些最令人兴奋的应用提供了光线追踪功能，包括手机和平板等移动设备、游戏机、增强现实（AR）、桌面、数据中心、云和下一代汽车等应用。

      Photon架构代表了Imagination十年来推动光线追踪在低功耗设备上应用的发展成果，光线追踪可以在不同的性能和效率等级下执行，为了明确这一点，Imagination建立了光线追踪等级系统（RTLS），确定了从0级（Level 0）到5级（Level 5）共6个等级的光线追踪功能的要求。IMG CXT采用的Photon架构处于RTLS的4级（Level 4），这使其成为当前可用的最先进的光线追踪技术，提升了光线追踪的性能和效率，从而可为移动游戏玩家和开发者提供桌面级质量的体验。

      Imagination于近期参加了“2022游戏开发者大会（GDC 2022）”，并推出了下一代移动游戏图形处理解决方案。借助于Open 3D Engine（O3DE）的开源跨平台3D引擎，Imagination运行了采用硬件加速的全域光照光线追踪解决方案，使其在游戏性能方面达到了一个真正的里程碑，而这些创新还可以推广到诸如服务型制造等更广泛的领域。

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     上面的视频就是Imagination在今年的GDC上发布的借助O3DE引擎实现的光线追踪效果，可以为玩家提供沉浸式的、充满乐趣的视觉体验。Imagination的光线追踪技术不仅得到了业界领先的游戏开发商的广泛称道，而且也已经授权给了全球领先的电子设备制造厂商，预计在2023年大家都将体验到这种高效和创新的移动光线追踪功能，为元宇宙的落地应用提供强大的支撑。

总结与展望

     元宇宙的未来不仅取决于Meta这样的互联网企业和Roblox这样的创作者平台，而且还取决于创新的硬件技术和新颖的设备，尤其是那些能够把沉浸式体验用更低成本带入到我们生活的技术创新，以及数字人民币这样的支付手段，最终去与服务型制造等新的商业模式融合，在我们大家的日常生活中落地生根并蓬勃发展。

作者：北京华兴万邦管理咨询有限公司  商瑞 陈娇