云端虛擬視頻轉(zhuǎn)碼

　　作者：雅特生科技公司軟件產(chǎn)品營銷高級(jí)總監(jiān) Jim Darroch、英特爾公司軟件設(shè)計(jì)師 Richard Dunphy、戴爾公司全球電信策略規(guī)劃師 Franklin Flint

　　視頻應(yīng)用對密度和高品質(zhì)處理的需求與日俱增，將廣播和通信網(wǎng)絡(luò)推向了極限。增加更多的設(shè)備來處理這些視頻流，從經(jīng)濟(jì)角度來講是不可行的。而且，運(yùn)營商、服務(wù)提供商和內(nèi)容提供商注意到了在云端使用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的優(yōu)勢，想要擺脫 特殊設(shè)備或?qū)Ｓ糜布?。但目前?biāo)準(zhǔn)服務(wù)器尚未針對云端視頻轉(zhuǎn)碼進(jìn)行優(yōu)化。

　　因此，最佳解決方案是加速視頻云：標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器中的 PCI Express 視頻加速卡。 加速視頻云不但提供大量基于標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的資源，還具備更高性能和更高密度視頻處理的額外優(yōu)勢，以滿足當(dāng)今用戶的需求。

　　本文介紹了加速視頻云需求背后的市場驅(qū)動(dòng)力，并討論了 OpenStack 等技術(shù)和其它開源平臺(tái)在轉(zhuǎn)向 SDN/NFV 網(wǎng)絡(luò)架 構(gòu)背景下的含義。然后，在總結(jié)部分例舉了現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用來說明性能和經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。

　　目前云端處理視頻流量的能力

　　消費(fèi)者是改變廣播網(wǎng)絡(luò)格局的主要驅(qū)動(dòng)力。用戶習(xí)慣正在從傳統(tǒng)的廣播轉(zhuǎn)變?yōu)殡娨曇曨l消費(fèi)(請參閱以下圖表頂部的“線性”部分)，再到動(dòng)態(tài)、按需提供、移動(dòng)的視頻觀看(請參閱以下圖表底部的“多屏幕”部分)。

　　這給網(wǎng)絡(luò)帶來重負(fù)，因此，網(wǎng)絡(luò)正在快速擴(kuò)展自身能力，以便同時(shí)處理傳統(tǒng)電纜/線性/廣播視頻分布和更動(dòng)態(tài)的多屏幕視頻。相較于運(yùn)營商喜好，多屏幕視頻更多地受到消費(fèi)者喜好的推動(dòng)。視頻的帶寬消耗不容忽視，按其網(wǎng)絡(luò)份額大小進(jìn)行判斷時(shí)尤其如此。

　　例如，Sandvine 的《全球互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)象報(bào)告》(2014 年 6 月)表明，在高峰時(shí)期，實(shí)時(shí)娛樂占到下行字節(jié)的 63% 以上。

　　隨著多服務(wù)運(yùn)營商(MSO)和電信服務(wù)提供商使用云技術(shù)來為 媒體市場提供足夠處理資源、流資源和存儲(chǔ)資源的比例不斷增 大，運(yùn)營商的業(yè)務(wù)格局也轉(zhuǎn)向視頻。但是，目前的云端視頻性能水平離最理想水平還相差甚遠(yuǎn)。

　　本文將使用 Intel®(英特爾)、戴爾和雅特生科技的最新技術(shù)， 通過虛擬轉(zhuǎn)碼解決方案來探索在云端承載視頻的更好方法，最終實(shí)現(xiàn)更高密度、更高部署靈活性。

　　解決方案 —— 加速視頻云

　　典型的云實(shí)施基于多個(gè)完全相同的服務(wù)器，這些服務(wù)器可根據(jù)需要 用于不同的任務(wù)，滿足應(yīng)用指定的不同規(guī)模和空間占用要求。處理器是大量云計(jì)算資源中的 NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu))節(jié)點(diǎn)。

　　但是對于視頻，用于視頻流的服務(wù)器比用于網(wǎng)頁瀏覽的服務(wù)器支持的用戶容量少得多。因此，需要向云服務(wù)器增加視頻處理和轉(zhuǎn)碼資 源。

　　運(yùn)營商在云端使用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的比例不斷增大，而且無需特殊設(shè)備， 加上視頻應(yīng)用對密度和高品質(zhì)處理的需求與日俱增，因此最佳的解 決方案是加速視頻云。加速視頻云不但提供大量基于標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的資源，還具備更高性能和更高密度視頻處理的額外優(yōu)勢，以滿足當(dāng) 今用戶的需求。

　　使用標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的期望

　　在過去 10 年，就資本和運(yùn)營支出兩方面而言，云數(shù)據(jù)中心解決方案的開發(fā)已創(chuàng)造出極具成本效益的業(yè)務(wù)模式。通過使用現(xiàn)成的商用 (COTS) 硬件并開發(fā)可使用智能協(xié)調(diào)器進(jìn)行控制的高度可靠和可擴(kuò) 展軟件，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心已成為企業(yè)和過頂 (OTT) 互聯(lián)網(wǎng)解決方案 提供商的標(biāo)準(zhǔn)。由于長期要求可靠性、可管理性和可用性(優(yōu)先級(jí)別更高)，此模式的優(yōu)勢在電信網(wǎng)絡(luò)中尚未實(shí)現(xiàn)。

　　在 ETSI 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化工作組(后文詳述)的幫助下，運(yùn)營商和 服務(wù)提供商開始嘗試在電信網(wǎng)絡(luò)中采用成熟的云技術(shù)，并嘗試解決此網(wǎng)絡(luò)的特殊要求。

　　現(xiàn)在，解決方案提供商也正在開發(fā) NFV 解決方案，為運(yùn)營商提供云網(wǎng)絡(luò)解決方案。

　　除了降低通向新市場的成本外，此方案還有很多優(yōu)勢。利用 COTS 硬件和軟件規(guī)模的優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、部署、管理和支持需要的資源 將減少。使用行之有效的解決方案進(jìn)行維護(hù)將會(huì)更輕松。另外，可在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中更快地測試、試驗(yàn)和推出虛擬平臺(tái)中運(yùn)行的新服務(wù)， 為運(yùn)營商提供了一種回報(bào)更快的路徑，并能更迅速取悅使用新技術(shù) 的消費(fèi)者。虛擬網(wǎng)絡(luò)還具有更大的可擴(kuò)展性。可推動(dòng)改進(jìn)整個(gè)數(shù)據(jù)中心的功耗、管理和支持，例如，戴爾平臺(tái)和服務(wù)已經(jīng)能夠?yàn)檫\(yùn)營 商提供理想的性能、密度、運(yùn)營成本和支持之間的平衡。

　　這些網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中心的核心運(yùn)行組件是標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器。就資本和運(yùn)營支 出兩方面而言，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器的設(shè)計(jì)目的是提供引人注目的財(cái)務(wù)狀 況。它們經(jīng)常被優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)高可靠性、高性能和高密度，并可在數(shù)據(jù)中心或電信中心辦公室環(huán)境下運(yùn)行。例如，由兩個(gè) Intel® Xeon® E5 處理器驅(qū)動(dòng)的戴爾 PowerEdge™ R720 2U COTS 服務(wù)器，提 供有交流或直流電源輸入、標(biāo)準(zhǔn)配置或符合 NEBS 級(jí)別 3 和 ETSI 標(biāo)準(zhǔn)的可選配置選配件，以滿足電信基礎(chǔ)架構(gòu)部署位置的各種要求。為了達(dá)成本白皮書的目的和解決方案，戴爾與雅特生密切合 作，推薦使用符合 NEBS L-3 標(biāo)準(zhǔn)的 PowerEdge™ R720 運(yùn)營商級(jí)版本，它能滿足運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的嚴(yán)苛要求;同時(shí)，戴爾還提供可在 現(xiàn)代高架地板數(shù)據(jù)中心使用的標(biāo)準(zhǔn)版本。通過結(jié)合本白皮書中提出 的加速視頻云方法論與戴爾 PowerEdge™ R720，即可實(shí)現(xiàn)使用標(biāo) 準(zhǔn)服務(wù)器和大幅增加網(wǎng)絡(luò)視頻處理性能這兩個(gè)優(yōu)勢。

　　2013 年，使用英特爾第四代酷睿生產(chǎn)線，Intel® 推出 Iris Pro 處理 器圖形，它增加了 MPEG2 編碼器功能，通過增加更多的動(dòng)態(tài)預(yù)測 引擎提高視頻質(zhì)量，內(nèi)置 128MB DRAM，為 GPU 提供了高帶寬的內(nèi)存容量(70GB/s，而雙通道 DDR3 存儲(chǔ)接口為 25GB/s)。

　　在轉(zhuǎn)碼方面，高速視頻同步技術(shù)比其它架構(gòu)擁有更多優(yōu)勢。傳統(tǒng)的硬件固定功能提供低功率和高性能的解決方案，但如果需要更新編 碼，則無法快速變化。而軟件編解碼器以功率和性能為代價(jià)，提供 充分的靈活性。

　　通過利用硬件實(shí)現(xiàn)不變編解碼器的功能，利用 GPU 中的計(jì)算單元 上運(yùn)行的軟件實(shí)現(xiàn)可變編解碼器的功能，高速視頻同步技術(shù)能夠?qū)?現(xiàn)平衡的解決方案，功率低且性能高，同時(shí)保持日后改進(jìn)編解碼器所需的靈活性。

　　高速視頻同步解決方案由兩個(gè)主要元素構(gòu)成。“ENC” 由提供有效 動(dòng)作搜索的硬件加速(也稱作媒體采樣器)和在可編程的執(zhí)行單元 陣列上運(yùn)行的軟件構(gòu)成。“PAK” 重新使用來自多格式編解碼器引擎 的邏輯，提供完整的硬件單元進(jìn)行像素重建、量化、熵編碼等。

　　混合 2 級(jí)視頻編碼器

　　這種硬件和軟件組合允許高速視頻同步技術(shù)大大降低英特爾架構(gòu)上轉(zhuǎn)碼的功率要求，同時(shí)提高了性能。

　　這些數(shù)據(jù)塊通過多格式編解碼器引擎和視頻后期處理(例如，Deinterlacing、DeNoise 和一些其它過濾器)與硬件解碼加速相結(jié) 合，提供四級(jí)轉(zhuǎn)碼管道，且所有級(jí)能夠同時(shí)運(yùn)行，以實(shí)現(xiàn)高密度的直播/線性同時(shí)轉(zhuǎn)碼，速度比實(shí)時(shí)或離線轉(zhuǎn)碼要快數(shù)倍。

　　借助靈活的編碼器管道，Intel® 定位用于提高每一代的性能和視頻 質(zhì)量。在 Intel® 第二代酷睿和 Intel® 第四代酷睿之間，“平衡”(視頻質(zhì)量和性能)模式的性能大大提升，同時(shí)此模式的視頻質(zhì)量也得到提高。總的來說，Intel® 第四代酷睿中的 QSV 提高了各級(jí) 視頻質(zhì)量，超過了前代產(chǎn)品。