云端虚拟视频转码

　　作者：雅特生科技公司软件产品营销高级总监 Jim Darroch、英特尔公司软件设计师 Richard Dunphy、戴尔公司全球电信策略规划师 Franklin Flint

　　视频应用对密度和高品质处理的需求与日俱增，将广播和通信网络推向了极限。增加更多的设备来处理这些视频流，从经济角度来讲是不可行的。而且，运营商、服务提供商和内容提供商注意到了在云端使用标准服务器的优势，想要摆脱 特殊设备或专用硬件。但目前标准服务器尚未针对云端视频转码进行优化。

　　因此，最佳解决方案是加速视频云：标准服务器中的 PCI Express 视频加速卡。 加速视频云不但提供大量基于标准服务器的资源，还具备更高性能和更高密度视频处理的额外优势，以满足当今用户的需求。

　　本文介绍了加速视频云需求背后的市场驱动力，并讨论了 OpenStack 等技术和其它开源平台在转向 SDN/NFV 网络架 构背景下的含义。然后，在总结部分例举了现实生活中的应用来说明性能和经济优势。

　　目前云端处理视频流量的能力

　　消费者是改变广播网络格局的主要驱动力。用户习惯正在从传统的广播转变为电视视频消费(请参阅以下图表顶部的“线性”部分)，再到动态、按需提供、移动的视频观看(请参阅以下图表底部的“多屏幕”部分)。

　　这给网络带来重负，因此，网络正在快速扩展自身能力，以便同时处理传统电缆/线性/广播视频分布和更动态的多屏幕视频。相较于运营商喜好，多屏幕视频更多地受到消费者喜好的推动。视频的带宽消耗不容忽视，按其网络份额大小进行判断时尤其如此。

　　例如，Sandvine 的《全球互联网现象报告》(2014 年 6 月)表明，在高峰时期，实时娱乐占到下行字节的 63% 以上。

　　随着多服务运营商(MSO)和电信服务提供商使用云技术来为 媒体市场提供足够处理资源、流资源和存储资源的比例不断增 大，运营商的业务格局也转向视频。但是，目前的云端视频性能水平离最理想水平还相差甚远。

　　本文将使用 Intel®(英特尔)、戴尔和雅特生科技的最新技术， 通过虚拟转码解决方案来探索在云端承载视频的更好方法，最终实现更高密度、更高部署灵活性。

　　解决方案 —— 加速视频云

　　典型的云实施基于多个完全相同的服务器，这些服务器可根据需要 用于不同的任务，满足应用指定的不同规模和空间占用要求。处理器是大量云计算资源中的 NFV(网络功能虚拟化基础架构)节点。

　　但是对于视频，用于视频流的服务器比用于网页浏览的服务器支持的用户容量少得多。因此，需要向云服务器增加视频处理和转码资 源。

　　运营商在云端使用标准服务器的比例不断增大，而且无需特殊设备， 加上视频应用对密度和高品质处理的需求与日俱增，因此最佳的解 决方案是加速视频云。加速视频云不但提供大量基于标准服务器的资源，还具备更高性能和更高密度视频处理的额外优势，以满足当 今用户的需求。

　　使用标准服务器的期望

　　在过去 10 年，就资本和运营支出两方面而言，云数据中心解决方案的开发已创造出极具成本效益的业务模式。通过使用现成的商用 (COTS) 硬件并开发可使用智能协调器进行控制的高度可靠和可扩 展软件，传统的数据中心已成为企业和过顶 (OTT) 互联网解决方案 提供商的标准。由于长期要求可靠性、可管理性和可用性(优先级别更高)，此模式的优势在电信网络中尚未实现。

　　在 ETSI 网络功能虚拟化工作组(后文详述)的帮助下，运营商和 服务提供商开始尝试在电信网络中采用成熟的云技术，并尝试解决此网络的特殊要求。

　　现在，解决方案提供商也正在开发 NFV 解决方案，为运营商提供云网络解决方案。

　　除了降低通向新市场的成本外，此方案还有很多优势。利用 COTS 硬件和软件规模的优势，网络设计、部署、管理和支持需要的资源 将减少。使用行之有效的解决方案进行维护将会更轻松。另外，可在整个网络中更快地测试、试验和推出虚拟平台中运行的新服务， 为运营商提供了一种回报更快的路径，并能更迅速取悦使用新技术 的消费者。虚拟网络还具有更大的可扩展性。可推动改进整个数据中心的功耗、管理和支持，例如，戴尔平台和服务已经能够为运营 商提供理想的性能、密度、运营成本和支持之间的平衡。

　　这些网络数据中心的核心运行组件是标准服务器。就资本和运营支 出两方面而言，标准服务器的设计目的是提供引人注目的财务状 况。它们经常被优化以实现高可靠性、高性能和高密度，并可在数据中心或电信中心办公室环境下运行。例如，由两个 Intel® Xeon® E5 处理器驱动的戴尔 PowerEdge™ R720 2U COTS 服务器，提 供有交流或直流电源输入、标准配置或符合 NEBS 级别 3 和 ETSI 标准的可选配置选配件，以满足电信基础架构部署位置的各种要求。为了达成本白皮书的目的和解决方案，戴尔与雅特生密切合 作，推荐使用符合 NEBS L-3 标准的 PowerEdge™ R720 运营商级版本，它能满足运营商网络的严苛要求;同时，戴尔还提供可在 现代高架地板数据中心使用的标准版本。通过结合本白皮书中提出 的加速视频云方法论与戴尔 PowerEdge™ R720，即可实现使用标 准服务器和大幅增加网络视频处理性能这两个优势。

　　2013 年，使用英特尔第四代酷睿生产线，Intel® 推出 Iris Pro 处理 器图形，它增加了 MPEG2 编码器功能，通过增加更多的动态预测 引擎提高视频质量，内置 128MB DRAM，为 GPU 提供了高带宽的内存容量(70GB/s，而双通道 DDR3 存储接口为 25GB/s)。

　　在转码方面，高速视频同步技术比其它架构拥有更多优势。传统的硬件固定功能提供低功率和高性能的解决方案，但如果需要更新编 码，则无法快速变化。而软件编解码器以功率和性能为代价，提供 充分的灵活性。

　　通过利用硬件实现不变编解码器的功能，利用 GPU 中的计算单元 上运行的软件实现可变编解码器的功能，高速视频同步技术能够实 现平衡的解决方案，功率低且性能高，同时保持日后改进编解码器所需的灵活性。

　　高速视频同步解决方案由两个主要元素构成。“ENC” 由提供有效 动作搜索的硬件加速(也称作媒体采样器)和在可编程的执行单元 阵列上运行的软件构成。“PAK” 重新使用来自多格式编解码器引擎 的逻辑，提供完整的硬件单元进行像素重建、量化、熵编码等。

　　混合 2 级视频编码器

　　这种硬件和软件组合允许高速视频同步技术大大降低英特尔架构上转码的功率要求，同时提高了性能。

　　这些数据块通过多格式编解码器引擎和视频后期处理(例如，Deinterlacing、DeNoise 和一些其它过滤器)与硬件解码加速相结 合，提供四级转码管道，且所有级能够同时运行，以实现高密度的直播/线性同时转码，速度比实时或离线转码要快数倍。

　　借助灵活的编码器管道，Intel® 定位用于提高每一代的性能和视频 质量。在 Intel® 第二代酷睿和 Intel® 第四代酷睿之间，“平衡”(视频质量和性能)模式的性能大大提升，同时此模式的视频质量也得到提高。总的来说，Intel® 第四代酷睿中的 QSV 提高了各级 视频质量，超过了前代产品。