在科技迅猛發(fā)展的當(dāng)下，6G技術(shù)正從概念逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實，其超高速率、超低時延和海量連接的特性為全息通信業(yè)務(wù)帶來了前所未有的發(fā)展機遇。步入6G時代，全息通信借助全息三維光場重建技術(shù)，得以打破時空局限，實現(xiàn)自然交互與虛實融合。不難想象，這一技術(shù)未來將廣泛應(yīng)用于社交、娛樂、教育、醫(yī)療和工業(yè)等多個領(lǐng)域，使交流更真實、體驗更沉浸、學(xué)習(xí)更高效、醫(yī)療服務(wù)更便捷、工業(yè)生產(chǎn)更安全，從而全面且深刻的改變?nèi)祟惖纳詈蜕a(chǎn)方式。
全息通信業(yè)務(wù)概覽
“全息”意為“全部信息”，由英國匈牙利裔物理學(xué)家Dennis Gabor于1947年提出，他也憑此榮獲1971年諾貝爾物理學(xué)獎。全息技術(shù)基于干涉和衍射原理，能夠記錄物體反射、透射光波中的振幅相位信息，進(jìn)而再現(xiàn)物體真實的三維影像。該技術(shù)與物理學(xué)、計算機學(xué)、電子通信及人機交互等多學(xué)科深度關(guān)聯(lián)，在多學(xué)科的交叉融合中持續(xù)演進(jìn)。從發(fā)展歷程來看，全息技術(shù)歷經(jīng)傳統(tǒng)光學(xué)全息、數(shù)字全息和計算全息這三個關(guān)鍵階段。早期，受限于技術(shù)條件，全息技術(shù)的發(fā)展步伐較為緩慢。不過，隨著計算機技術(shù)逐漸成熟以及數(shù)碼攝像機的廣泛普及，計算全息一躍成為熱門研究領(lǐng)域。而當(dāng)下，6G技術(shù)更是為全息通信開拓了全新的發(fā)展契機，推動其邁向新的發(fā)展階段。如今，全息通信已不再是停留在紙面上的抽象概念。在6G、全息技術(shù)、AI以及高分辨率顯示技術(shù)的加持下，一套完整可行的實現(xiàn)方案已然構(gòu)建而成。這套方案通過數(shù)據(jù)采集、編碼、傳輸、渲染及顯示等一系列流程，實現(xiàn)了各環(huán)節(jié)的無縫銜接與協(xié)同運作，可打造出具有高沉浸感、支持多維度交互的全息通信場景。
在數(shù)據(jù)采集階段，通過多組具備高分辨率和深度感知能力的攝像頭，從多個方位捕捉物體的光學(xué)屬性（如振幅、波長、相位）和空間屬性（如深度和三維位置）信息，進(jìn)而構(gòu)建全息三維空間特征數(shù)據(jù)。編碼環(huán)節(jié)運用HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)以及多視角視頻編碼技術(shù)，去除數(shù)據(jù)冗余。傳輸階段，借助6G網(wǎng)絡(luò)超高速率、超低時延和海量連接的特性，并結(jié)合網(wǎng)絡(luò)切片等技術(shù)，確保數(shù)據(jù)能夠快速且穩(wěn)定的傳輸。在渲染和顯示階段，對接收到的全息光場數(shù)據(jù)，進(jìn)行視點間光流估計、多視角圖像的光流融合，以及基于深度學(xué)習(xí)的密集視點生成等處理，再經(jīng)GPU渲染構(gòu)建逼真的三維圖像，最后利用全息三維光場顯示技術(shù)將全息圖像呈現(xiàn)出來，從而實現(xiàn)端到端的雙向通信，為用戶帶來沉浸式的通信體驗。這樣創(chuàng)新的全息通信技術(shù)實現(xiàn)方案，未來將為用戶帶來前所未有的使用體驗。以全息視頻通話場景為例，通話雙方不再受限于二維屏幕中的平面形象，而是通過三維光場顯示屏，以逼真的三維全息影像出現(xiàn)在彼此面前，仿佛就站在用戶身前，一舉一動、表情神態(tài)都清晰可見，這種體驗是以往通信方式難以企及的。
6G全息通信的多元應(yīng)用場景
在6G技術(shù)以及全息通信技術(shù)的賦能下，全息通信的應(yīng)用場景將得到極大拓展，未來將廣泛滲透至娛樂、教育、醫(yī)療、工業(yè)等多個領(lǐng)域，為人們帶來全新體驗。
娛樂領(lǐng)域
在娛樂領(lǐng)域，全息技術(shù)將以其獨特的沉浸體驗，顛覆人們對于傳統(tǒng)娛樂的想象，為觀眾和玩家?guī)砬八从械母泄僬鸷�。以全息影院為例，未來觀眾將無需佩戴3D眼鏡，即可觀賞到具有超強立體感與真實感的全息畫面，演員的一舉一動仿佛近在咫尺，帶來身臨其境的視覺享受。舞臺表演同樣因全息技術(shù)而大放異彩，其甚至可以構(gòu)建出奇幻的虛擬場景，為觀眾打造無與倫比的視覺盛宴。當(dāng)下，大型演唱會已率先嘗試這一技術(shù)，虛擬偶像與真實歌手同臺演出的精彩畫面，吸引了無數(shù)粉絲的目光。另外，在全息技術(shù)的加持下，全息游戲領(lǐng)域有望迎來爆發(fā)式增長。在全息游戲世界中，玩家仿佛置身于高度逼真的游戲場景之中，甚至能夠與全息影像生成的怪物近身搏斗。盡管目前市場上尚未出現(xiàn)真正成熟的全息游戲產(chǎn)品，但隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，其發(fā)展前景極為廣闊，有望將娛樂體驗提升至全新的維度。
教育領(lǐng)域
在教育領(lǐng)域，全息技術(shù)將以開創(chuàng)性的方式變革教學(xué)模式，顯著提升教學(xué)效果，尤其在遠(yuǎn)程教育方面發(fā)揮其獨特價值。在遠(yuǎn)程教育場景下，受時空限制，學(xué)生與教師、教學(xué)資源之間存在一定隔閡。而全息通信技術(shù)的應(yīng)用將打破這一壁壘。學(xué)生借助全息設(shè)備，可輕松“置身”于不同地域的優(yōu)質(zhì)課堂，與各地同學(xué)一同聆聽名師授課。教師也可以借助全息影像，將復(fù)雜抽象的科學(xué)原理、遙不可及的歷史場景直觀呈現(xiàn)，助力學(xué)生深度理解知識。例如，物理課上，分子結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化通過全息影像清晰展現(xiàn)，抽象概念變得鮮活；歷史課中，古代戰(zhàn)爭場景的全息重現(xiàn)，讓學(xué)生仿若穿越時空，親身感受歷史的波瀾壯闊。
醫(yī)療領(lǐng)域
在醫(yī)療領(lǐng)域，6G網(wǎng)絡(luò)將憑借其卓越的低時延和高帶寬特性，使全息通信技術(shù)成為推動醫(yī)療服務(wù)跨越地域限制的關(guān)鍵力量。借助全息影像技術(shù)，身處異地的醫(yī)療專家能夠以近乎實時的速度，清晰且直觀的查看患者病情狀況，與現(xiàn)場醫(yī)生開展面對面般的流暢溝通，并精準(zhǔn)指導(dǎo)手術(shù)操作。這意味著，哪怕患者身處偏遠(yuǎn)地區(qū)，也能突破地理屏障，及時獲得頂級醫(yī)療專家的專業(yè)診斷與治療方案，極大提升醫(yī)療資源分配的均衡性和可及性。
工業(yè)及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域
在工業(yè)及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域，6G技術(shù)與全息通信的深度融合，將為遠(yuǎn)程管控帶來前所未有的變革，極大提升生產(chǎn)效率與安全性。以采礦業(yè)為例，借助6G的高速率與低時延特性，工作人員在安全的遠(yuǎn)程控制中心，即可通過全息影像實時、精準(zhǔn)的查看礦洞內(nèi)復(fù)雜且多變的情況，遠(yuǎn)程操縱各類器械進(jìn)行開采作業(yè)。這一模式將有效規(guī)避礦工在危險環(huán)境下作業(yè)的風(fēng)險，極大保障礦工的人身安全。農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)⑼瑯右?G全息通信技術(shù)而獲益匪淺，通過部署在田間的各類傳感器，農(nóng)作物的生長狀態(tài)、土壤墑情等關(guān)鍵信息得以實時采集，并借助6G網(wǎng)絡(luò)迅速遠(yuǎn)程傳輸，以全息影像的形式清晰呈現(xiàn)給農(nóng)業(yè)專家。專家依據(jù)這些直觀的信息，能夠及時、準(zhǔn)確的為農(nóng)戶提供針對性的指導(dǎo)建議，助力農(nóng)戶科學(xué)種植，從而有效提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，推動農(nóng)業(yè)智能化發(fā)展。
6G全息通信的技術(shù)挑戰(zhàn)與解決方案
6G全息通信雖前景光明，但要實現(xiàn)廣泛應(yīng)用，仍面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)，需業(yè)界共同探索與解決。
超高帶寬需求
與傳統(tǒng)高清和3D虛擬視頻相比，全息通信傳輸?shù)牧髅襟w對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求極高，每秒可達(dá)數(shù)百Mbit。以9視角 4K 60fps光場彩色攝像頭采集數(shù)據(jù)為例，其原始未壓縮數(shù)據(jù)流量高達(dá)108Gbit/s（單視角為12Gbit/s）。即便采用H.264或 H.265編碼壓縮，仍需要540Mbit/s與360Mbit/s的持續(xù)帶寬支持（按H.264、H.265平均提供200倍與300倍壓縮比計算）。
面對這一困境，多視角視頻編碼與新一代編解碼標(biāo)準(zhǔn)（如MV-HEVC、3D-HEVC、H.266以及AV1）的深度融合，為提升全息三維光場數(shù)據(jù)的壓縮效率帶來了更多可能。MV-HEVC借助跨視點預(yù)測和分層碼率分配技術(shù)，在相同畫質(zhì)下，相比傳統(tǒng)編碼可節(jié)省約30%的存儲空間。3D-HEVC通過結(jié)合深度圖聯(lián)合編碼，將壓縮效率提升了約20%。H.266與AV1標(biāo)準(zhǔn)則憑借動態(tài)碼控、感知優(yōu)化等技術(shù)，相較于前代標(biāo)準(zhǔn)，壓縮效率最大可提升50%。這些技術(shù)進(jìn)步優(yōu)化了全息三維光場數(shù)據(jù)的處理流程，為全息通信在6G網(wǎng)絡(luò)下的商業(yè)化應(yīng)用提供了更多可能。
超低延時需求
為了讓用戶獲得身臨其境的體驗，全息通信要求網(wǎng)絡(luò)提供小于10ms的端到端時延，這與AR/VR等強交互沉浸式應(yīng)用的要求相同。如果時延過高，用戶在與全息影像交互時會有明顯的延遲感，嚴(yán)重影響體驗效果。
RDMA（remote direct memory access，遠(yuǎn)程直接數(shù)據(jù)存�。┘夹g(shù)的出現(xiàn)為降低時延帶來希望。其能將數(shù)據(jù)直接從一臺計算機內(nèi)存?zhèn)鬏數(shù)搅硪慌_計算機，與傳統(tǒng)TCP/IP通信模式相比，在6G網(wǎng)絡(luò)的加持下，可支持高吞吐、低時延的網(wǎng)絡(luò)通信，可進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時延，在未來6G全息通信應(yīng)用場景中具有一定的發(fā)展?jié)摿Α?/P>
超強算力需求
為實現(xiàn)全息通信，需先通過采集端設(shè)備獲取三維物體全息光場信息，然后利用GPU計算生成全息圖，最后編碼壓縮傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。因全息圖信息和數(shù)據(jù)量龐大，若終端側(cè)算力不足，將導(dǎo)致計算時間過長，不僅帶會來極大帶寬負(fù)擔(dān)，還會造成很大的 MTP（運動到成像）時延，影響全息通信體驗。
6G網(wǎng)絡(luò)可在云端和邊緣側(cè)提供即時算力，來滿足全息通信的計算需求。通過將高負(fù)載的渲染與光場重建任務(wù)遷移至基站邊緣側(cè)，可從根本上重構(gòu)全息終端的設(shè)計邏輯。全息終端將無需集成高性能計算模塊，轉(zhuǎn)而采用低功耗GPU完成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集與顯示功能，這將大幅降低全息硬件終端的復(fù)雜度與制造成本。而且，云邊端算力的彈性調(diào)用不僅可顯著降低終端的計算壓力，還可大幅降低其硬件功耗，使全息終端徹底擺脫笨重的本地計算單元，從而向輕量化、便攜化方向演進(jìn)。這種“邊端強算力、終端強體驗”的協(xié)同模式，既確保了全息交互的高質(zhì)量實時呈現(xiàn)，又讓消費級設(shè)備擺脫了性能與體積的固有矛盾，為大規(guī)模普及奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。
安全風(fēng)險
通過全息通信傳輸?shù)娜⒂跋癜罅棵舾行畔�，如人臉特征、聲音等。一旦這些信息泄露，將對用戶的隱私和安全造成嚴(yán)重威脅。然而，使用現(xiàn)有安全技術(shù)又會增加端到端時延，如何平衡時延和安全性，成為6G網(wǎng)絡(luò)面臨的一大難題。
為此，需要研究新的加密算法和安全協(xié)議，在保障數(shù)據(jù)安全的同時，盡可能減少對時延的影響。例如采用區(qū)塊鏈與量子加密技術(shù)，利用區(qū)塊鏈具有去中心化、不可篡改、可追溯等特性與量子的不可克隆性和不確定性，實現(xiàn)更高級別的通信加密；同時，加強身份認(rèn)證和訪問控制技術(shù)，確保只有授權(quán)用戶能夠訪問和處理全息數(shù)據(jù)。
展望未來
6G時代的全息通信業(yè)務(wù)，為我們描繪了一幅令人憧憬的未來畫卷。其不僅僅是通信技術(shù)的升級，更是一場全方位的生活變革，將深度重塑人們的社交、工作、學(xué)習(xí)和娛樂模式。
在社交場景中，6G全息通信將打破時空隔閡，讓人們無論相距多遠(yuǎn)，都能借助全息技術(shù)實現(xiàn) “面對面” 的真切交流。在工作當(dāng)中，遠(yuǎn)程協(xié)作因全息影像而變得高效，團隊成員仿若共處一室。在工業(yè)領(lǐng)域，工程師可遠(yuǎn)程指導(dǎo)設(shè)備維修，精準(zhǔn)定位問題，加速維修進(jìn)程。教育領(lǐng)域?qū)W生能夠與歷史人物 “對話”，親身體驗歷史事件，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)創(chuàng)新和實踐能力。
盡管實現(xiàn)這些美好愿景面臨諸多挑戰(zhàn)，但6G全息通信的發(fā)展趨勢不可阻擋。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和產(chǎn)業(yè)鏈的逐漸成熟，6G全息通信將從概念走向現(xiàn)實，融入人們的日常生活，為我們創(chuàng)造更加美好的未來。
