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自適應比特率( ABR )縮放和高密度轉碼的挑戰與解決方案

2021年10月20日 16:53 ? 次閱讀

在新冠疫情的影響下,互聯網視頻流量呈加速增長態勢。電子競技、遠程醫療、電子商務、娛樂和遠程學習中的視頻轉碼工作負載愈加普遍,計算密度也進一步增大。擔負內容傳遞服務的內容分發網絡( CDN )提供商面臨巨大壓力,他們需要以最低的資本支出( CAPEX )高效分發直播視頻內容,為此他們不得不對自身硬件基礎設施和軟件功能進行重新評估。

簡而言之,內容分發網絡通常面臨以下一項或多項重大挑戰:

·成本:支持大量縮放功能需要配置高性能轉碼服務器,進而導致成本提升;

·靈活性:客戶不斷變化的帶寬需求,需要靈活的配置和縮放硬件基礎設施支持;

·TCO:如何在現有專用框架內降低總擁有成本( TCO ),并提升視頻轉碼工作負載性能;

·易用性:希望無需底層硬件開發,使用 FFmpeg 等通用軟件框架即可實現硬件加速性能;

·低時延:能夠以盡可能最低的時延為實時流媒體視頻游戲等應用流傳輸實況內容。在這些應用中,優異的用戶體驗依賴于實時的用戶參與和協作。

多年來,賽靈思一直為內容分發網絡提供基于 FPGA 的硬件加速視頻轉碼解決方案。憑借對內容分發網絡所面臨挑戰的深刻理解,賽靈思推出了一款能夠出色應對上述挑戰的解決方案——賽靈思 U30 軟件開發者套件( SDK )。這是一個完整的軟件堆棧,能夠通過對大規模視頻流基礎設施進行資源調配和容量管理,從而簡化開發。

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讓 ABR 更高效、更具成本效益

賽靈思 U30 SDK 與 Alveo U30 加速器卡相結合,能夠實現以最高視頻通道密度和最低成本加速計算密集型實時自適應比特率( ABR )視頻轉碼工作負載。

目前市場上有很多種提供 ABR 功能的視頻轉碼解決方案,但普遍存在一些效率低下的問題。這些解決方案往往具有下列兩大缺陷之一,這二者均會導致成本增加并帶來其它問題:

第一種:需要 CPU 資源以進行 ABR 縮放??ㄉ嫌袑iT負責編解碼的轉碼卡,但需要占用服務器上的 CPU 進行 ABR 縮放, 從而為 CPU 計算資源的增加了沉重的負載。很多情況下,其結果是需要更昂貴、更強大的服務器來支持 ABR,耗盡資本支出卻毫無益處。

第二種:在加速器卡上進行 ABR 縮放降低了加速器卡所能支持的通道密度。

一些常用的 GPU 轉碼卡不會將 ABR 縮放交由 CPU 進行,但會占用卡上額外的硬件資源去進行縮放,這樣做的后果是單卡上的通道數減少。而卡越多,服務器就越多、成本就越高、所需管理也就越多。

賽靈思解決方案可在單個賽靈思 U30 加速器卡上提供標量 H.264、H.265/HEVC 視頻編解碼功能,從而有助于釋放 CPU 資源、提高性能,還能節省 80% 的成本、降低 90% 的功耗,并減少 75% 的空間占用。

讓轉碼更容易開發與部署

U30 SDK 的主要特點之一是加快開發速度,并支持使用 FFmpeg 行業標準,全面發揮基于賽靈思 Alveo U30 的高通道密度視頻轉碼解決方案的硬件加速功能。不僅如此,若是在專有框架下運作,只需使用 U30 SDK 中提供的基于 C 語言的 API,就能輕松與專有框架進行集成,從而發揮 U30 解決方案的效能。

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U30 SDK 旨在伴隨視頻業務共同發展,為大規模視頻流基礎設施提供資源調配和容量管理。隨同 U30 SDK 提供的賽靈思資源管理器( XRM )能夠管理和分配所有硬件加速功能,支持多個視頻處理工作在多個 Alveo U30 加速器卡上運行,實現無縫的工作負載縮放。

賽靈思 U30 SDK GitHub 頁面提供了大量文檔、視頻轉碼示例和視頻質量評估工具,能夠對視頻應用快速進行流式傳輸。

直接轉碼和 FTRT 轉碼

內容分發網絡和視頻服務提供商經常使用 H.264 和 HEVC 等編解碼器壓縮流視頻內容,然后分發給消費者。提供商需要將 HEVC 編碼流轉換成 H.264/AVC 視頻編碼格式,才能充分發揮 HEVC 卓越的比特率節省功能,或者為降低存儲要求,需要將內容庫從一種編碼器格式重新壓縮成另一種。賽靈思 U30 SDK 提供了直接實時轉碼功能,可以無縫地從一種格式轉換成另一種格式。

此外,還有一些用例需要支持比實時更快的視頻轉碼速度。例如,汽車購買網站通常希望盡快將視頻交還給客戶;安全服務機構則希望盡快將視頻錄像歸還給客戶。U30 SDK 支持超越實時視頻轉碼速度的特性,讓內容分發網絡能夠在單個 U30 加速器上,用 20 分鐘完成 60 分鐘的 1080p 60 幀高品質視頻的轉碼工作。

最高密度、最低總擁有成本

作為一款專為實現高性能和高效率而打造的自適應加速器卡,賽靈思 Alveo 能在本地數據中心或云端加速動態工作負載。

Alveo U30 加速器卡基于賽靈思 Zynq? UltraScale+? MPSoC,這是一種功耗優化的、完全可編程的片上系統( SoC ),集成了用于超高清視頻的視頻編解碼器和圖形引擎。U30 卡支持 H.264 和 HEVC (H.265) 兩種編解碼格式,每卡可支持最多 16 個 1080p 30 幀通道。

借助基于 Alveo U30 加速器卡的高通道密度實時視頻轉碼解決方案,賽靈思為內容分發網絡提供了最佳壓縮效率,不僅通道數量確定,而且每流成本和功耗均低于軟件編碼和 GPU 編碼解決方案。

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