推動(dòng)元宇宙以更低成本走入生活的幾項(xiàng)技術(shù)最新進(jìn)展

元宇宙是改變我們生活與工作方式的一個(gè)重要趨勢，無論是虛實(shí)結(jié)合場景中的互動(dòng)性娛樂與消費(fèi)，還是數(shù)字孿生或者虛擬辦公室這樣的新工作空間，以及通過工業(yè)5.0將場景與服務(wù)型制造系統(tǒng)連接，都需要一些新的技術(shù)來搭建一個(gè)多感官沉浸式的、多場景交互的、具備數(shù)字支付能力和能夠連接服務(wù)型制造的場景，當(dāng)然也離不開AR/VR眼鏡、4K大屏幕顯示和類似于抬頭顯示（HUD）這些工具及相應(yīng)內(nèi)容服務(wù)的進(jìn)步。

雖然今天有很多人談到元宇宙就離不開數(shù)字偶像和NFT等新生事物，但元宇宙要真正進(jìn)入大家的生活，離不開支持以更低的成本帶來更好娛樂、消費(fèi)和交易體驗(yàn)，以及流暢地連接到服務(wù)型制造系統(tǒng)并完成支付和消費(fèi)的技術(shù)創(chuàng)新。如果說真要用一句話來描述元宇宙，那就是元宇宙就是帶來沉浸感的“科技+藝術(shù)+支付帶動(dòng)娛樂與消費(fèi)“。

最終能夠?qū)氲较M(fèi)對于元宇宙的成功至關(guān)重要，這也是華興萬邦一直在介紹服務(wù)型制造等新模式與元宇宙關(guān)系的原因。在上一篇研究文章中，華興萬邦曾經(jīng)提出了服務(wù)型制造和自動(dòng)駕駛汽車等元宇宙新場景，以及硬件數(shù)據(jù)處理加速器、基于硬件的安全與安全性技術(shù)、新一代通信基礎(chǔ)設(shè)施和時(shí)空技術(shù)等支撐性技術(shù)，并推介了工業(yè)和信息化部及浙江省支持成立的服務(wù)型制造研究院等機(jī)構(gòu)。

可支撐元宇宙實(shí)現(xiàn)上述場景的、可以不斷降低消費(fèi)者成本和門檻的技術(shù)正在快速發(fā)展，這可以從行業(yè)內(nèi)外的一些大型活動(dòng)中發(fā)布的新技術(shù)可以看出。2022年已經(jīng)出現(xiàn)了很多推動(dòng)元宇宙以高性價(jià)比模式開始落地的硬件技術(shù)，它們都是推動(dòng)著元宇宙走入我們生活的技術(shù)創(chuàng)新。

空間音頻技術(shù)創(chuàng)造沉浸式音效

為了追求沉浸式的體驗(yàn)，過去游戲和視頻業(yè)界除了不斷升級VR/AR眼鏡、智能手機(jī)以及大屏幕電視/顯示的分辨率、明亮度和對比度等硬指標(biāo)，還在不斷開發(fā)各種3D圖形處理和光線追蹤（ray tracing，后面我們還會(huì)介紹其最新進(jìn)展）等技術(shù)，它們都為元宇宙提供了非常好的載體和人機(jī)界面，尤其是越來越多的4K和8K超清（UHD）大屏電視可以帶來極致的視頻體驗(yàn)。

但是除了顯示分辨率等硬件指標(biāo)和3D圖形處理技術(shù)，沉浸式音效（immersive audio）也是推動(dòng)元宇宙進(jìn)入日常生活的一種不可忽視的手段，支撐沉浸式音效的空間音頻（spatial audio）或者3D音頻技術(shù)將會(huì)越來越重要，多通道、多音源音響系統(tǒng)設(shè)置將會(huì)隨著元宇宙的興起而快速發(fā)展。在一些領(lǐng)先的游戲制作公司中，音效制作的預(yù)算已經(jīng)超過了總預(yù)算的40%，如Action發(fā)布的“活體解剖者：人面獸心”射擊游戲中，怪物的音源多達(dá)8個(gè)，環(huán)境聲音源也達(dá)到了3個(gè)。

在視頻推送服務(wù)領(lǐng)域亦是如此，隨著4K超清甚至8K等超高分辨率大屏幕電視的普及，華興萬邦看到許多數(shù)字電視制造商和內(nèi)容提供商都開始提供超越立體聲的音效，如小米電視可以為其會(huì)員提供許多帶有杜比音效的電影等視頻內(nèi)容，杜比實(shí)驗(yàn)室也推出了面向視頻和數(shù)字娛樂的Dolby Atmos空間音頻技術(shù)，蘋果公司也在去年5月17日面向用戶和藝術(shù)家可欣賞和創(chuàng)作沉浸式音頻的空間和無損音頻技術(shù)，亞馬遜也開始以每月7.99美元的價(jià)格向新用戶推送支持空間音頻技術(shù)的音樂……

但是在電視機(jī)、游戲機(jī)、手機(jī)和電腦等主設(shè)備不斷提升顯示和音頻質(zhì)量的同時(shí)，無線化的音頻輸出連接還仍然主要停留在采用藍(lán)牙連接的兩通道立體聲音頻之上，很難用低成本和高靈活性創(chuàng)造出沉浸式音效。不過，這種情況隨著在高品質(zhì)無線音頻連接領(lǐng)域具有極高聲譽(yù)的WiSA Technologies有限公司推出其面向條形音箱（sound bar）的DS模組將得到解決。

WiSA是全球領(lǐng)先的無線空間音頻技術(shù)開發(fā)商，專注于為智能設(shè)備和下一代家庭娛樂系統(tǒng)提供空間音頻和沉浸式無線聲效技術(shù)，是無線音頻連接專業(yè)組織WiSA聯(lián)盟發(fā)起企業(yè)之一，其創(chuàng)新技術(shù)已廣泛應(yīng)用于全球諸多頂級音響設(shè)備和電視機(jī)廠商的產(chǎn)品之中，如Harman Karldon、B&O、ONKYO和Klipsch等頂級音響廠商，以及富士康、海信、LG電子、夏普、創(chuàng)維、TCL和東芝等電視機(jī)制造商。

在今年的CES上，該公司宣布與樂鑫信息科技合作開發(fā)了一款全新的、運(yùn)行在2.4GHz頻段上的DS無線空間音頻模組，它得益于WiSA經(jīng)過市場驗(yàn)證的、高端的5GHz模塊解決方案的可靠性和質(zhì)量，利用2.4GHz頻段的普及性來大幅度降低成本，從而將其先進(jìn)的空間音頻技術(shù)帶給了普通的音頻系統(tǒng)。大家看指標(biāo)就可以發(fā)現(xiàn)它與僅支持雙聲道的藍(lán)牙音頻連接相比，所帶來的巨大性能提升：

●   支持多達(dá)五個(gè)獨(dú)立的48kHz PCM音頻通道

●   修正過的音頻信號源到揚(yáng)聲器延遲，能夠滿足視頻口型同步要求

●   帶有動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化（Dynamic Network Optimization，DynoTM）技術(shù)，可確保無線鏈路的可靠性和穩(wěn)定性

●   揚(yáng)聲器之間的低信道延遲可確保無失真的體驗(yàn)

圖為WISA的低成本DS模組，為了推動(dòng)沉浸式音頻技術(shù)創(chuàng)新，WiSA開設(shè)了空間音頻微信公眾號（上述二維碼）

WiSA科技有限公司總裁兼首席執(zhí)行官Brett Moyer表示：“該模組能夠滿足我們對入門級沉浸式音頻系統(tǒng)的性能和可靠性期望，沒有什么能比一家獨(dú)立測試機(jī)構(gòu)所做的測試更能說明問題，2.4GHz的DS模組比目前市場上銷售的其他公司極具競爭力的5GHz模塊產(chǎn)品的性能更優(yōu)，同時(shí)還支持額外的音頻通道?！?/p>

帶有DS模組的條形音箱和入門級音響可以有多種方式與電視機(jī)、游戲機(jī)和其他設(shè)備相連，然后通過DS模組，即可設(shè)計(jì)制造出支持多聲道、高可靠和大帶寬連接的空間環(huán)繞聲音響系統(tǒng)，用于觀看電影、視頻、電視、體育節(jié)目和游戲以及元宇宙內(nèi)容，在與這些高清、超高清大屏幕電視輕松相連的同時(shí)，保持成本領(lǐng)先的優(yōu)勢。這是推動(dòng)元宇宙所需的沉浸式音頻走入大眾生活很重要的一項(xiàng)創(chuàng)新。

數(shù)字人民幣為元宇宙落地再添支付手段

在所有元宇宙場景中，無論其根本應(yīng)用是供用戶娛樂，還是消費(fèi)和辦公，都需要連接到支付系統(tǒng)，而作為國家法定貨幣的數(shù)字形態(tài)，將在未來元宇宙發(fā)展歷程中扮演非常重要的角色。在今年舉辦冬奧會(huì)和冬殘奧會(huì)上，數(shù)字人民幣成了一道亮麗的風(fēng)景線，無論采用App模式還是新穎的數(shù)字人民幣硬件錢包都吸引了廣泛的關(guān)注，交易總額超過百億元。

4月7日，中國人民銀行宣布：在前期試點(diǎn)地區(qū)基礎(chǔ)上，增加天津市、重慶市、廣州市、福州市、廈門市、以及浙江省承辦亞運(yùn)會(huì)的六個(gè)城市作為試點(diǎn)地區(qū)，北京市和河北省張家口市在2022年北京冬奧會(huì)、冬殘奧會(huì)場景試點(diǎn)結(jié)束后轉(zhuǎn)為試點(diǎn)地區(qū)。此前，數(shù)字人民幣已在深圳、蘇州、雄安新區(qū)、成都、上海、海南、長沙、西安、青島、大連等地和2022年北京冬奧會(huì)場景開展試點(diǎn)，基本涵蓋了長三角、珠三角、京津冀、中部、西部、東北、西北等不同地區(qū)。

數(shù)字人民幣的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新就是利用硬件錢包來支持離線支付，使其在常見的App模式之外，為數(shù)字人民幣打開了范圍更廣、可在無網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用的硬錢包應(yīng)用空間。硬錢包芯片可以放置在手機(jī)、手表、AR/VR眼鏡頭盔、手環(huán)、電視機(jī)、各種專業(yè)的和消費(fèi)性的設(shè)備中，一旦數(shù)字人民幣開用，那么這些設(shè)備都會(huì)變成數(shù)字硬錢包。

數(shù)字人民幣硬錢包芯片和解決方案需要極高的安全性和易用性，也需要得到政府的進(jìn)入許可，目前國內(nèi)的核心玩家有兩家，一家是紫光國微（002049）旗下的紫光同芯，另一家是央企、世界500強(qiáng)企業(yè)中國電子信息產(chǎn)業(yè)集團(tuán)（CEC）的港股上市公司中電華大科技（00085.HK）旗下的全資子公司中電華大電子，中電華大電子在去年九月利用北京服務(wù)貿(mào)易博覽會(huì)發(fā)布了人民幣硬錢包方案。

北京中電華大電子發(fā)布的數(shù)字人民幣硬錢包芯片解決方案

數(shù)字人民幣硬錢包將為無數(shù)多的設(shè)備賦予支付能力，這將有助于拓寬元宇宙的適應(yīng)人群，比如老人也可以用電視遙控器在電視大屏上加入健康類元宇宙項(xiàng)目，或者社區(qū)性的購物節(jié)目并進(jìn)行交互和支付，或者使用非智能機(jī)的老年手機(jī)作為錢包完成支付。但是由于硬錢包技術(shù)尚未走進(jìn)大眾生活，因此其應(yīng)用還需要大量的創(chuàng)新和應(yīng)用推廣。

元宇宙與數(shù)字人民幣結(jié)合是一個(gè)可以確定的方向，但是數(shù)字人民幣概念已在A股被反復(fù)爆炒，和數(shù)字人民幣牽強(qiáng)沾邊的股票都暴漲多輪，其中業(yè)績很差的企業(yè)的市值都數(shù)倍于持有數(shù)字人民幣核心玩家的中電華大科技（00085.HK）的市值（才10億港元左右），而該公司2021年的營業(yè)收入為16.82億港元，同比增加26.96%，同期利潤也有1.26億港元，中電華大電子已經(jīng)成為全球市值最低的10億元營收“中國芯”股票，預(yù)示著數(shù)字人民幣路還漫長。

5G小基站：緊貼元宇宙等用戶場景提供通信快車道

元宇宙的發(fā)展離不開可靠、便捷和高性價(jià)比的通信連接，5G及未來的移動(dòng)通信將在其中扮演重要的角色。在4月19日國新辦舉行的新聞發(fā)布會(huì)上得知，一季度，我國5G基站新增13.4萬個(gè)，累計(jì)建成開通155.9萬個(gè)，5G網(wǎng)絡(luò)已覆蓋全國所有地級市和縣城城區(qū)、87%以上的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)。

隨著我國5G室外連續(xù)覆蓋基本完成，運(yùn)營商也將更多的精力轉(zhuǎn)移到細(xì)分場景的覆蓋與建設(shè)上，5G建設(shè)已經(jīng)步入深水區(qū)。接下來，在宏基站繼續(xù)部署的同時(shí)，小基站也將登上舞臺(tái)，一方面作為宏基站的補(bǔ)充，有效增強(qiáng)室內(nèi)深度覆蓋，另一方面深入垂直行業(yè)和更多細(xì)分場景，甚至以定制化的方式為客戶提供服務(wù)。

無論是運(yùn)營商還是其用戶，通信的未來就是服務(wù)，高性價(jià)比的帶寬只是其中一項(xiàng)，所以我們看到3GPP的成員們在R16和R17里都制定和推廣包括高精度定位等創(chuàng)新技術(shù)和服務(wù)，這些5G新功能與用于超高清視頻的高速度大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)的eMBB一樣，都可以為沉浸式元宇宙和服務(wù)型制造等應(yīng)用提供支撐。但是宏基站只能提供廣泛服務(wù)，無法提供精準(zhǔn)或者定制服務(wù)，而廣泛服務(wù)的利潤率會(huì)隨著競爭逐漸降低，5G小基站未來將為行業(yè)創(chuàng)造巨大的增值空間。

5G小基站并不是宏基站的縮減版，而是要真正做到小而美、小而精，在保持高性能的同時(shí)，要把成本、功耗和體積都大幅減少和縮小，以支持靈活的部署和方便的運(yùn)維，才可以經(jīng)濟(jì)、高效、快速滿足行業(yè)用戶需求。根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)Dell'Oro預(yù)測，未來5年全球小基站市場規(guī)模將達(dá)到250億美元。華興萬邦認(rèn)為要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，5G小基站的架構(gòu)必須走向ASIC或者SoC化。

比科奇（Picocom）作為一家5G小基站基帶芯片及電信級軟件和解決方案專業(yè)提供商，在2021年年底推出了其采用先進(jìn)工藝打造的5G小基站基帶芯片PC802，這是全球第一顆專門為4G/5G小基站設(shè)計(jì)打造的SoC，可以在保持高性能的同時(shí)，在功耗和成本方面幫助4G/5G小基站實(shí)現(xiàn)其核心優(yōu)勢。與采用傳統(tǒng)方案相比，比科奇方案可將成本至少降低一個(gè)數(shù)量級，功耗也極大降低。在今年的世界移動(dòng)通信大會(huì)（MWC2022）上，比科奇展示了端到端的5G小基站設(shè)計(jì)

比科奇的核心設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)在3G、4G、5G小基站芯片和基帶（物理層）軟件開發(fā)方面有著近20年的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。比科奇推出的PC802 SoC是全球首款高性能、低功耗和可編程小基站基帶芯片，該芯片旨在賦能新一代5G NR開放式小基站設(shè)備的創(chuàng)新，可使5G以及4G網(wǎng)絡(luò)的部署更加靈活，同時(shí)大幅度降低這些網(wǎng)絡(luò)的資本支出和運(yùn)營成本。

在設(shè)計(jì)層面，PC802具有高集成度的物理層功能、極大降低5G小基站設(shè)計(jì)復(fù)雜度。PC802采用標(biāo)準(zhǔn)的物理層軟件接口，無縫支持一體化小基站和分布式小站；在性能方面，PC802是高性能、低功耗NR小基站芯片物理層系統(tǒng)級芯片（PHY SoC），可同時(shí)支持4G、5G雙模工作，支持3GPP R15和R16，并且為后續(xù)版本演進(jìn)預(yù)留空間，支持MBB、URLLC等，可滿足各種應(yīng)用場景的需求。

PC802是整個(gè)比科奇團(tuán)隊(duì)三年來堅(jiān)持創(chuàng)新的結(jié)晶和里程碑式成就，現(xiàn)已進(jìn)入批量出貨的階段，并且比科奇與國內(nèi)外數(shù)十家小基站開發(fā)和生產(chǎn)企業(yè)建立了聯(lián)系，并已與其中多家簽署了授權(quán)協(xié)議，利用比科奇的芯片開展5G小基站研發(fā)活動(dòng)。除了基帶芯片PC802，比科奇還制定了其他多款芯片產(chǎn)品路線圖，包括數(shù)字前端(DFE)芯片PC805、家庭級小基站芯片PC806等，為即將開啟的5G小站的大規(guī)模部署做好萬全準(zhǔn)備。

光線追蹤技術(shù)：將在元宇宙中大顯身手

元宇宙既是采用科技手段進(jìn)行創(chuàng)新，也是利用創(chuàng)新科技來支持藝術(shù)創(chuàng)意，是用科技和藝術(shù)手段將現(xiàn)實(shí)世界與虛擬的數(shù)字世界相結(jié)合，通過融合現(xiàn)實(shí)技術(shù)來提供沉浸式體驗(yàn)。支撐元宇宙中的技術(shù)包括交互感知技術(shù)、內(nèi)容創(chuàng)作技術(shù)、以及真實(shí)及質(zhì)感渲染技術(shù)。其中，渲染技術(shù)直接決定了使用者的沉浸式體驗(yàn)質(zhì)量，而渲染的核心技術(shù)要點(diǎn)就是通過3D建模和光線追蹤等方法，對物理規(guī)則進(jìn)行高精度仿真。

光線追蹤作為一項(xiàng)改變游戲規(guī)則的技術(shù)，可以使圖形真實(shí)感達(dá)到躍升式變化。光線追蹤通過模擬真實(shí)世界中光線的表現(xiàn)，它可以創(chuàng)造出與現(xiàn)實(shí)生活幾乎無異的三維（3D）場景。對于這一概念，電腦游戲玩家必然是不陌生的。光線追蹤給游戲畫面展示帶來了更為細(xì)膩的光照表現(xiàn)和寫實(shí)的光影效果，在電視節(jié)目和電影制作中也有廣泛應(yīng)用，因此華興萬邦認(rèn)為該技術(shù)對元宇宙進(jìn)入實(shí)際商用將發(fā)揮重要的作用。

由于光線追蹤計(jì)算極其復(fù)雜，該技術(shù)不久前也只是應(yīng)用在臺(tái)式機(jī)和游戲機(jī)上。而Imagination作為一家全球領(lǐng)先的圖形處理器（GPU）技術(shù)廠商，于2021年11月推出了旗艦款圖形處理器（GPU）知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）產(chǎn)品IMG CXT和革命性PowerVR Photon光線追蹤架構(gòu)。它們?yōu)橐苿?dòng)和嵌入式應(yīng)用帶來桌面級質(zhì)量的視覺效果，使移動(dòng)開發(fā)者和游戲玩家也能夠利用這種令人難以置信的渲染技術(shù)和全面的硬件加速功能。Photon架構(gòu)還為那些最令人興奮的應(yīng)用提供了光線追蹤功能，包括手機(jī)和平板等移動(dòng)設(shè)備、游戲機(jī)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、桌面、數(shù)據(jù)中心、云和下一代汽車等應(yīng)用。

Photon架構(gòu)代表了Imagination十年來推動(dòng)光線追蹤在低功耗設(shè)備上應(yīng)用的發(fā)展成果，光線追蹤可以在不同的性能和效率等級下執(zhí)行，為了明確這一點(diǎn)，Imagination建立了光線追蹤等級系統(tǒng)（RTLS），確定了從0級（Level 0）到5級（Level 5）共6個(gè)等級的光線追蹤功能的要求。IMG CXT采用的Photon架構(gòu)處于RTLS的4級（Level 4），這使其成為當(dāng)前可用的最先進(jìn)的光線追蹤技術(shù)，提升了光線追蹤的性能和效率，從而可為移動(dòng)游戲玩家和開發(fā)者提供桌面級質(zhì)量的體驗(yàn)。

Imagination于近期參加了“2022游戲開發(fā)者大會(huì)（GDC 2022）”，并推出了下一代移動(dòng)游戲圖形處理解決方案。借助于Open 3D Engine（O3DE）的開源跨平臺(tái)3D引擎，Imagination運(yùn)行了采用硬件加速的全域光照光線追蹤解決方案，使其在游戲性能方面達(dá)到了一個(gè)真正的里程碑，而這些創(chuàng)新還可以推廣到諸如服務(wù)型制造等更廣泛的領(lǐng)域。

上面的視頻就是Imagination在今年的GDC上發(fā)布的借助O3DE引擎實(shí)現(xiàn)的光線追蹤效果，可以為玩家提供沉浸式的、充滿樂趣的視覺體驗(yàn)。Imagination的光線追蹤技術(shù)不僅得到了業(yè)界領(lǐng)先的游戲開發(fā)商的廣泛稱道，而且也已經(jīng)授權(quán)給了全球領(lǐng)先的電子設(shè)備制造廠商，預(yù)計(jì)在2023年大家都將體驗(yàn)到這種高效和創(chuàng)新的移動(dòng)光線追蹤功能，為元宇宙的落地應(yīng)用提供強(qiáng)大的支撐。

總結(jié)與展望

元宇宙的未來不僅取決于Meta這樣的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和Roblox這樣的創(chuàng)作者平臺(tái)，而且還取決于創(chuàng)新的硬件技術(shù)和新穎的設(shè)備，尤其是那些能夠把沉浸式體驗(yàn)用更低成本帶入到我們生活的技術(shù)創(chuàng)新，以及數(shù)字人民幣這樣的支付手段，最終去與服務(wù)型制造等新的商業(yè)模式融合，在我們大家的日常生活中落地生根并蓬勃發(fā)展。