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當下無論是用戶、流量還是視頻分辨率都在不斷增長，相對于所需處理數(shù)據(jù)量較少且處理時間較充足的點播服務，對基礎架構(gòu)所處理數(shù)據(jù)量要求更高且對延時控制更苛刻的實時視頻服務會為編解碼基礎服務器帶來巨大挑戰(zhàn)，對企業(yè)而言也意味著成本控制與盈利創(chuàng)收的壓力會越來越大。本文來自于賽靈思DCG數(shù)據(jù)中心的Sean Gardner在LiveVideoStackCon2019北京站上的精彩分享。

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文 / Sean Gardner

整理 / LiveVideoStack

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大家好，我是賽靈思DCG數(shù)據(jù)中心負責Video業(yè)務的Sean Gardner，本次演講的主要內(nèi)容是賽靈思在中國發(fā)展過程中尋求新的業(yè)務探索與技術(shù)創(chuàng)新落地。

1. Xilinx應用領域與挑戰(zhàn)

賽靈思在各個領域都有著廣泛的應用，其中不乏許多創(chuàng)新，值得一提的是賽靈思在5G方面有著不錯的探索與實踐，特別是在基于云的應用和對實時性非常敏感的應用兩個領域，其中最有代表性的分別是云游戲和對網(wǎng)絡延遲非常敏感的視頻會議系統(tǒng)（VSaaS）。

上圖強調(diào)了實時視頻、實時通信在所有市場里所占據(jù)的重要地位，并且特別提到客戶的原創(chuàng)視頻和原創(chuàng)內(nèi)容在其中所占據(jù)的重要地位，客戶的這種需求會造成在基礎架構(gòu)上存在挑戰(zhàn)和機遇。

而無論對于哪個細分領域，業(yè)界目前普遍面臨兩大挑戰(zhàn)：硬件成本和運營成本上的投入越來越高，這包括了運營的數(shù)據(jù)中心的硬件價格以及服務器價格都越來越昂貴。

2. 直播與點播行業(yè)現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)

從市場調(diào)研結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，直播和點播兩大應用在未來都會面臨很大幅度的增長，其中市場預測直播業(yè)務對于CDN的需求將在2021年達到700億美元，并有可能在2023年超過點播業(yè)務。

其中，從下圖可以看到移動端視頻直播將會占據(jù)越來越大的市場，而中國更將會成為移動端視頻中最大的市場。

除了急速增長的中國市場，美國在直播和點播方面有兩大典型應用：NETFLIX和Twitch。NETFLIX主要是文件類型的點播服務，實際應用場景中處理的文件流量要遠遠小于直播里的內(nèi)容，并且點播服務可以有足夠的時間來處理視頻文件。Twitch主要提供游戲直播服務，在服務器方面，基礎架構(gòu)要處理更大量的流量視頻，達到實時甚至毫秒級的處理，這對服務器提出的挑戰(zhàn)更大，各方面所需要的成本也會更高。

上圖的曲線主要給出了峰值帶寬、峰值流量和平均流量上存在巨大差異，賽靈思面對這種差異會提供對服務器更有效的管理和解決方案。

上表中除了Bandwidth % of Revenue是根據(jù)一定的數(shù)據(jù)計算出來的以外，其它都是公有的、比較客觀的數(shù)據(jù)，之前說到服務器和帶寬成本變得非常昂貴，從這個表格中也可以看出，尤其是實時視頻流量帶來的成本為什么在急劇的上升。

帶寬使用存在兩大挑戰(zhàn)：OPEX和CAPEX。以兩個極端舉例，Ninja同時有60萬人觀看的時候帶寬非常高，相比之下Alfred只有4個觀看者。這里提到的80/20法則是指20%在視頻流占據(jù)了80%的網(wǎng)絡流量，另外80%的視頻流占據(jù)了20%的網(wǎng)絡流量。

用Twitch公開的數(shù)據(jù)來表明80/20法則：13%的視頻流占據(jù)了74%的網(wǎng)絡流量

除了帶寬成本的增加，所有基礎設施的成本越來越高，下圖中紅色的曲線代表成本的增長，另外一條黃綠色的曲線代表的是ARPU，可以看到盈利變得平緩，這也帶來了另一個挑戰(zhàn)——如何做到盈利。

此外，之前提到用戶和流量在增長的情況，下圖則說明了在此期間視頻的分辨率也在不斷增長到8K甚至更高。與此同時，視頻的編碼器變得越來越復雜，編碼標準有很多的工具碼，從H.264到H.265，再到HEVC/VP9、AV1，編碼工具因此也變得越來越復雜，這些都會對基礎設施服務器帶來巨大的挑戰(zhàn)。

3. DCG視頻軟IP策略高VQ（視頻質(zhì)量）/低比特率策略

賽靈思現(xiàn)在有兩條主要的業(yè)務，根據(jù)前面的總結(jié)，左邊是在非常傳統(tǒng)的FPGA基礎上發(fā)展軟件業(yè)務，右邊是發(fā)展新的硬件業(yè)務。從上圖可以看到左邊占據(jù)了大量網(wǎng)絡流量，觀看人數(shù)特別多；而右邊則占據(jù)了很多的視頻流，比如安防視頻的流量很大，但是觀看的人數(shù)卻沒有多少。賽靈思會針對這兩種不同的場景提供不同的解決方案：eSports和SafeCity是兩個完全不同的視頻場景，所以我們會根據(jù)它們的不同點給予兩種完全不同的解決方案——一邊是高質(zhì)量，一邊是高密度。

OPEX需要基于傳統(tǒng)硬件開發(fā)軟件方案，比如英特爾的解決方案。在基于傳統(tǒng)硬件的軟件方案中，需要在質(zhì)量與速度之間二選一。右邊的黃線若想有實時的視頻速度必定會以視頻質(zhì)量作為犧牲。

與之相比，賽靈思在硬件的基礎上又加入了Soft IP，質(zhì)量可以跟比較好的視頻編碼器比較。與此同時，由于采取了底層的硬件方案，速度也要遠遠超出軟件方案。

在相同的PSNR下進行Xilinx和x265比特率比較

相同質(zhì)量下視頻編碼速率對比

以虎牙直播為例，虎牙直播每個季度的帶寬成本增長66.8%，一個季度帶寬成本是2500萬美元。賽靈思可以在同樣質(zhì)量的情況下節(jié)省40%的碼率，也就是40%的帶寬，每季度2500萬美元的帶寬成本如果能夠節(jié)省30%或者40%就意味著一年就可以在帶寬方面節(jié)省2100萬以上的成本。

為了達到用戶帶寬節(jié)省，賽靈思自己以及整個合作方的生態(tài)里提供了各個視頻和圖片轉(zhuǎn)碼的工具，包括不同的編碼標準、編碼格式，不同的容器格式。

Xilinx生態(tài)為帶寬節(jié)省服務提供各種工具

值得一提的是，賽靈思還創(chuàng)造性的把FFmpeg集成在賽靈思的FPGA上，只要熟悉FFmpeg，就不需要對底層的FPGA有很高的理解程度。而前面提到的FFmpeg都是最標準的，并不是賽靈思自己的FFmpeg版本，所有的命令行都一樣，區(qū)別只在其中有一個option。

4. 視頻創(chuàng)新解決方案

4.1 Socionext將Xilinx FPGA用于下一代解決方案

Socionext在XILINX ALVEO卡上開發(fā)了一款質(zhì)量非常高的H.264編碼器，并對編碼器做了包括主觀和客觀在內(nèi)的測試。下圖是測試結(jié)果，客觀的質(zhì)量評估里包括VMAF和PSNR，圖中所有紅線所顯示的數(shù)據(jù)都是SocionextH.264 Encoder編碼器性能，可以明顯看到在各項數(shù)據(jù)中都明顯優(yōu)于x264 Enc. Very Slow setting。

Socionext H.264 Enc.與 x264 Enc. Very Slow setting對比

除了PSNR和VMAF等客觀評價,FPGA H.264在主觀評價上也有明顯優(yōu)勢，從下圖對比中可以看到賽靈思基于FPGA的H.264編碼器有更豐富的細節(jié), 在主觀質(zhì)量上有明顯的的主觀優(yōu)勢。

FPGA H.264 Enc 與 Nvidia T4 H.264 Enc 對比4.2 V-Nova編碼器編碼效率

另外一款在賽靈思FPGA上的IP是V-Nova的編碼器，目前V-Nova編碼器的分辨率可以達到1080P，并且從編碼效率來看，它對1080P的視頻可以將碼率壓縮到950K，這在很多帶寬環(huán)境都不太理想的國家或地區(qū)是一件令人興奮的事情。4.3 Xilinx在未來還有很大的上升空間

由于FPGA是可編程的，所以不管是在密度還是在視頻質(zhì)量方面都有很大的提升空間。需要特別注意的是，不論OPEX還是CAPEX，不論是高密度還是高質(zhì)量，都是基于相同的FPGA加速框架，用戶接口完全相同。

最后，賽靈思在自己和整個生態(tài)圈的合作方共同來打造應用不同場景的兩個不同方案，同時推出硬件的解決方案以及在硬件上的軟件系統(tǒng)。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的从云计算到低延时，传统编码器与创新技术双剑合璧严把成本质量关的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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