云端虛擬視頻轉碼

　　作者：雅特生科技公司軟件產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)高級總監 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(luò )推向了極限。增加更多的設備來(lái)處理這些視頻流，從經(jīng)濟角度來(lái)講是不可行的。而且，運營(yíng)商、服務(wù)提供商和內容提供商注意到了在云端使用標準服務(wù)器的優(yōu)勢，想要擺脫 特殊設備或專(zhuān)用硬件。但目前標準服務(wù)器尚未針對云端視頻轉碼進(jìn)行優(yōu)化。

　　因此，最佳解決方案是加速視頻云：標準服務(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準服務(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(mǎn)足當今用戶(hù)的需求。

　　本文介紹了加速視頻云需求背后的市場(chǎng)驅動(dòng)力，并討論了 OpenStack 等技術(shù)和其它開(kāi)源平臺在轉向 SDN/NFV 網(wǎng)絡(luò )架 構背景下的含義。然后，在總結部分例舉了現實(shí)生活中的應用來(lái)說(shuō)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(luò )格局的主要驅動(dòng)力。用戶(hù)習慣正在從傳統的廣播轉變?yōu)殡娨曇曨l消費(請參閱以下圖表頂部的“線(xiàn)性”部分)，再到動(dòng)態(tài)、按需提供、移動(dòng)的視頻觀(guān)看(請參閱以下圖表底部的“多屏幕”部分)。

　　這給網(wǎng)絡(luò )帶來(lái)重負，因此，網(wǎng)絡(luò )正在快速擴展自身能力，以便同時(shí)處理傳統電纜/線(xiàn)性/廣播視頻分布和更動(dòng)態(tài)的多屏幕視頻。相較于運營(yíng)商喜好，多屏幕視頻更多地受到消費者喜好的推動(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)現象報告》(2014 年 6 月)表明，在高峰時(shí)期，實(shí)時(shí)娛樂(lè )占到下行字節的 63% 以上。

　　隨著(zhù)多服務(wù)運營(yíng)商(MSO)和電信服務(wù)提供商使用云技術(shù)來(lái)為 媒體市場(chǎng)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(yíng)商的業(yè)務(wù)格局也轉向視頻。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(shù)， 通過(guò)虛擬轉碼解決方案來(lái)探索在云端承載視頻的更好方法，最終實(shí)現更高密度、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)器可根據需要 用于不同的任務(wù)，滿(mǎn)足應用指定的不同規模和空間占用要求。處理器是大量云計算資源中的 NFV(網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化基礎架構)節點(diǎn)。

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

　　運營(yíng)商在云端使用標準服務(wù)器的比例不斷增大，而且無(wú)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(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(mǎn)足當 今用戶(hù)的需求。

　　使用標準服務(wù)器的期望

　　在過(guò)去 10 年，就資本和運營(yíng)支出兩方面而言，云數據中心解決方案的開(kāi)發(fā)已創(chuàng )造出極具成本效益的業(yè)務(wù)模式。通過(guò)使用現成的商用 (COTS) 硬件并開(kāi)發(fā)可使用智能協(xié)調器進(jìn)行控制的高度可靠和可擴 展軟件，傳統的數據中心已成為企業(yè)和過(guò)頂 (OTT) 互聯(lián)網(wǎng)解決方案 提供商的標準。由于長(cháng)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(luò )中尚未實(shí)現。

　　在 ETSI 網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化工作組(后文詳述)的幫助下，運營(yíng)商和 服務(wù)提供商開(kāi)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。

　　現在，解決方案提供商也正在開(kāi)發(fā) NFV 解決方案，為運營(yíng)商提供云網(wǎng)絡(luò )解決方案。

　　除了降低通向新市場(chǎng)的成本外，此方案還有很多優(yōu)勢。利用 COTS 硬件和軟件規模的優(yōu)勢，網(wǎng)絡(luò )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(jìn)行維護將會(huì )更輕松。另外，可在整個(gè)網(wǎng)絡(luò )中更快地測試、試驗和推出虛擬平臺中運行的新服務(wù)， 為運營(yíng)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(shù) 的消費者。虛擬網(wǎng)絡(luò )還具有更大的可擴展性?？赏苿?dòng)改進(jìn)整個(gè)數據中心的功耗、管理和支持，例如，戴爾平臺和服務(wù)已經(jīng)能夠為運營(yíng) 商提供理想的性能、密度、運營(yíng)成本和支持之間的平衡。

　　這些網(wǎng)絡(luò )數據中心的核心運行組件是標準服務(wù)器。就資本和運營(yíng)支 出兩方面而言，標準服務(wù)器的設計目的是提供引人注目的財務(wù)狀 況。它們經(jīng)常被優(yōu)化以實(shí)現高可靠性、高性能和高密度，并可在數據中心或電信中心辦公室環(huán)境下運行。例如，由兩個(gè) Intel® Xeon® E5 處理器驅動(dòng)的戴爾 PowerEdge™ R720 2U COTS 服務(wù)器，提 供有交流或直流電源輸入、標準配置或符合 NEBS 級別 3 和 ETSI 標準的可選配置選配件，以滿(mǎn)足電信基礎架構部署位置的各種要求。為了達成本白皮書(shū)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(yíng)商級版本，它能滿(mǎn)足運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的嚴苛要求;同時(shí)，戴爾還提供可在 現代高架地板數據中心使用的標準版本。通過(guò)結合本白皮書(shū)中提出 的加速視頻云方法論與戴爾 PowerEdge™ R720，即可實(shí)現使用標 準服務(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(xiàn)，Intel® 推出 Iris Pro 處理 器圖形，它增加了 MPEG2 編碼器功能，通過(guò)增加更多的動(dòng)態(tài)預測 引擎提高視頻質(zhì)量，內置 128MB DRAM，為 GPU 提供了高帶寬的內存容量(70GB/s，而雙通道 DDR3 存儲接口為 25GB/s)。

　　在轉碼方面，高速視頻同步技術(shù)比其它架構擁有更多優(yōu)勢。傳統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(wú)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(guò)利用硬件實(shí)現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(shí)現可變編解碼器的功能，高速視頻同步技術(shù)能夠實(shí) 現平衡的解決方案，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)主要元素構成。“ENC” 由提供有效 動(dòng)作搜索的硬件加速(也稱(chēng)作媒體采樣器)和在可編程的執行單元 陣列上運行的軟件構成。“PAK” 重新使用來(lái)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上轉碼的功率要求，同時(shí)提高了性能。

　　這些數據塊通過(guò)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(guò)濾器)與硬件解碼加速相結 合，提供四級轉碼管道，且所有級能夠同時(shí)運行，以實(shí)現高密度的直播/線(xiàn)性同時(shí)轉碼，速度比實(shí)時(shí)或離線(xiàn)轉碼要快數倍。

　　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?？偟膩?lái)說(shuō)，Intel® 第四代酷睿中的 QSV 提高了各級 視頻質(zhì)量，超過(guò)了前代產(chǎn)品。