云端虛擬視頻轉(zhuǎn)碼

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

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

　　因此，最佳解決方案是加速視頻云：標準服務器中的 PCI Express 視頻加速卡。 加速視頻云不但提供大量基于標準服務器的資源，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)動力，并討論了 OpenStack 等技術和其它開源平臺在轉(zhuǎn)向 SDN/NFV 網(wǎng)絡架 構背景下的含義。然后，在總結部分例舉了現(xiàn)實生活中的應用來說明性能和經(jīng)濟優(yōu)勢。

　　目前云端處理視頻流量的能力

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

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

　　例如，Sandvine 的《全球互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)象報告》(2014 年 6 月)表明，在高峰時期，實時娛樂占到下行字節(jié)的 63% 以上。

　　隨著多服務運營商(MSO)和電信服務提供商使用云技術來為 媒體市場提供足夠處理資源、流資源和存儲資源的比例不斷增 大，運營商的業(yè)務格局也轉(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。

　　本文將使用 Intel®(英特爾)、戴爾和雅特生科技的最新技術， 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

　　典型的云實施基于多個完全相同的服務器，這些服務器可根據(jù)需要 用于不同的任務，滿足應用指定的不同規(guī)模和空間占用要求。處理器是大量云計算資源中的 NFV(網(wǎng)絡功能虛擬化基礎架構)節(jié)點。

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

　　運營商在云端使用標準服務器的比例不斷增大，而且無需特殊設備， 加上視頻應用對密度和高品質(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準服務器的資源，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 今用戶的需求。

　　使用標準服務器的期望

　　在過去 10 年，就資本和運營支出兩方面而言，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)器進行控制的高度可靠和可擴 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 提供商的標準。由于長期要求可靠性、可管理性和可用性(優(yōu)先級別更高)，此模式的優(yōu)勢在電信網(wǎng)絡中尚未實現(xiàn)。

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

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

　　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)絡設計、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行維護將會更輕松。另外，可在整個網(wǎng)絡中更快地測試、試驗和推出虛擬平臺中運行的新服務， 為運營商提供了一種回報更快的路徑，并能更迅速取悅使用新技術 的消費者。虛擬網(wǎng)絡還具有更大的可擴展性?？赏苿痈倪M整個數(shù)據(jù)中心的功耗、管理和支持，例如，戴爾平臺和服務已經(jīng)能夠為運營 商提供理想的性能、密度、運營成本和支持之間的平衡。

　　這些網(wǎng)絡數(shù)據(jù)中心的核心運行組件是標準服務器。就資本和運營支 出兩方面而言，標準服務器的設計目的是提供引人注目的財務狀 況。它們經(jīng)常被優(yōu)化以實現(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)境下運行。例如，由兩個 Intel® Xeon® E5 處理器驅(qū)動的戴爾 PowerEdge™ R720 2U COTS 服務器，提 供有交流或直流電源輸入、標準配置或符合 NEBS 級別 3 和 ETSI 標準的可選配置選配件，以滿足電信基礎架構部署位置的各種要求。為了達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 標準的 PowerEdge™ R720 運營商級版本，它能滿足運營商網(wǎng)絡的嚴苛要求;同時，戴爾還提供可在 現(xiàn)代高架地板數(shù)據(jù)中心使用的標準版本。通過結合本白皮書中提出 的加速視頻云方法論與戴爾 PowerEdge™ R720，即可實現(xiàn)使用標 準服務器和大幅增加網(wǎng)絡視頻處理性能這兩個優(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，通過增加更多的動態(tài)預測 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 存儲接口為 25GB/s)。

　　在轉(zhuǎn)碼方面，高速視頻同步技術比其它架構擁有更多優(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，提供 充分的靈活性。

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

　　高速視頻同步解決方案由兩個主要元素構成。“ENC” 由提供有效 動作搜索的硬件加速(也稱作媒體采樣器)和在可編程的執(zhí)行單元 陣列上運行的軟件構成。“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行像素重建、量化、熵編碼等。

　　混合 2 級視頻編碼器

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

　　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 合，提供四級轉(zhuǎn)碼管道，且所有級能夠同時運行，以實現(xiàn)高密度的直播/線性同時轉(zhuǎn)碼，速度比實時或離線轉(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，同時此模式的視頻質(zhì)量也得到提高?？偟膩碚f，Intel® 第四代酷睿中的 QSV 提高了各級 視頻質(zhì)量，超過了前代產(chǎn)品。