云端虛擬視頻轉碼

　　作者：雅特生科技公司軟件產品營銷高級總監 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處理的需求與日俱增，將廣播和通信網絡推向了極限。增加更多的設備來處理這些視頻流，從經濟角度來講是不可行的。而且，運營商、服務提供商和內容提供商注意到了在云端使用標準服務器的優勢，想要擺脫 特殊設備或專用硬件。但目前標準服務器尚未針對云端視頻轉碼進行優化。

　　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動力，并討論了 OpenStack 等技術和其它開源平臺在轉向 SDN/NFV 網絡架 構背景下的含義。然后，在總結部分例舉了現實生活中的應用來說明性能和經濟優勢。

　　目前云端處理視頻流量的能力

　　消費者是改變廣播網絡格局的主要驅動力。用戶習慣正在從傳統的廣播轉變為電視視頻消費(請參閱以下圖表頂部的“線性”部分)，再到動態、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)。

　　這給網絡帶來重負，因此，網絡正在快速擴展自身能力，以便同時處理傳統電纜/線性/廣播視頻分布和更動態的多屏幕視頻。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，按其網絡份額大小進行判斷時尤其如此。

　　例如，Sandvine 的《全球互聯網現象報告》(2014 年 6 月)表明，在高峰時期，實時娛樂占到下行字節的 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，運營商的業務格局也轉向視頻。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， 通過虛擬轉碼解決方案來探索在云端承載視頻的更好方法，最終實現更高密度、更高部署靈活性。

　　解決方案 —— 加速視頻云

　　典型的云實施基于多個完全相同的服務器，這些服務器可根據需要 用于不同的任務，滿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(網絡功能虛擬化基礎架構)節點。

　　但是對于視頻，用于視頻流的服務器比用于網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，云數據中心解決方案的開發已創造出極具成本效益的業務模式。通過使用現成的商用 (COTS) 硬件并開發可使用智能協調器進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和過頂 (OTT) 互聯網解決方案 提供商的標準。由于長期要求可靠性、可管理性和可用性(優先級別更高)，此模式的優勢在電信網絡中尚未實現。

　　在 ETSI 網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絡中采用成熟的云技術，并嘗試解決此網絡的特殊要求。

　　現在，解決方案提供商也正在開發 NFV 解決方案，為運營商提供云網絡解決方案。

　　除了降低通向新市場的成本外，此方案還有很多優勢。利用 COTS 硬件和軟件規模的優勢，網絡設計、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。虛擬網絡還具有更大的可擴展性。可推動改進整個數據中心的功耗、管理和支持，例如，戴爾平臺和服務已經能夠為運營 商提供理想的性能、密度、運營成本和支持之間的平衡。

　　這些網絡數據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。它們經常被優化以實現高可靠性、高性能和高密度，并可在數據中心或電信中心辦公室環境下運行。例如，由兩個 Intel® Xeon® E5 處理器驅動的戴爾 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，它能滿足運營商網絡的嚴苛要求;同時，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，即可實現使用標 準服務器和大幅增加網絡視頻處理性能這兩個優勢。

　　2013 年，使用英特爾第四代酷睿生產線，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預測 引擎提高視頻質量，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，高速視頻同步技術比其它架構擁有更多優勢。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 上運行的軟件實現可變編解碼器的功能，高速視頻同步技術能夠實 現平衡的解決方案，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碼的功率要求，同時提高了性能。

　　這些數據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，提供四級轉碼管道，且所有級能夠同時運行，以實現高密度的直播/線性同時轉碼，速度比實時或離線轉碼要快數倍。

　　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 質量。在 Intel® 第二代酷睿和 Intel® 第四代酷睿之間，“平衡”(視頻質量和性能)模式的性能大大提升，同時此模式的視頻質量也得到提高。總的來說，Intel® 第四代酷睿中的 QSV 提高了各級 視頻質量，超過了前代產品。