云端虚拟视频转码

　　应用示例：OTT 视频流 电视回看 OTT 内容传递

　　云端视频转码越来越多地被使用，其中一种情况是电视回看或追赶，内容提供商接收来自多个制作者的内容，并将其处理为可供订阅者在次日观看。此类提供商每天可接收数百小时的内容，这些内容需要转码为多种不同的格式，以便传递到许多设备。结果是需要转码数千小时的视频。

　　例如，提供商正在从多个制作者那里接收 200 小时的内容。根据所支持的设备不同，提供商可能会将此内容制作成多达 100 种不同的转 码输出，以解决其允许的任何消费者设备对编解码器、分辨率、比特率等的不同需求。

　　为了使这个例子更简单，我们假设，现在提供商将执行 10 种不同的 1080p30 H.264 输出。运行在标准的 1RU 双 Intel® Xeon® E5-2650V2 处理器服务器上，服务器中每个 CPU 能够处理大约 60 帧/秒的 X.264 转码(在 3.2GHz Intel® Core™ i7-4770R 上以默认 CRF 快速模式 下的33fps 数据推断得出);没有虚拟化运行时，则每个服务器达到 120 帧/秒。但在云环境下，转码器将在虚拟机中运行，因此，我们 需要将此数字降低约10%，即每服务器总计约 108 帧/秒。

　　如果以 30 帧/秒转码 200 小时的内容，系统需要转码 2.16 亿帧才能实现 10 种输出。速率为 108 帧/秒时，双 Intel® Xeon® E5-2650v2 服务器将需要 556 小时来执行此任务。而这对电视回看功能不是真正地有效。使用戴尔 R720T 等双 E5-2650V2 2RU 服务器时，上述工 作量需要 24 个服务器(>1 机架)以 100% 最快速全天候不间断运行，才能确保内容能够在 24 小时内传递给消费者。以最快速全天候 不间断运行肯定会导致数据中心故障，因此需要更多的服务器来分摊负荷，以确保可靠性。含有 2x Intel® Xeon® E5-2650V2 处理器的戴 尔 R720T 在有/无 4x Artesyn SharpStreamer™ 卡时的比较：

　　另一种方法是在此类系统中使用 Artesyn SharpStreamer™ 卡。 在带有 4 个 Intel® Core™ i7-4650U CPU 且每个 CPU 节点分 别能够传递 120-240 帧/秒的 1080p 转码的条件下，提供商就可以进一步提高每个服务器的效率。在这种配置下，配合 CPU 内核上的软件，一台含有双 Intel® Xeon® E5-2650V2 和四个 Sharp Streamer 卡的服务器可有效地达到约 4000 帧/秒。为了与 Intel® Xeon® E5-2650V2 软件解决方案做比较，我们将专注于在 平衡质量模式(Intel MediaSDK 目标使用 = 4)下每节点 180 帧/ 秒的中间值，因此四张 PCIe 卡以 2880 帧/秒进行处理。这个解 决方案能够通过单个服务器在 21 小时内将 200 小时的内容处理 为 10 种单独的输出，服务器数量仅需另一方案的 1/24，功率降 低至 1/11，成本更是减少至 1/5 以下。

　　而 10x 1080p30 转码可能不是此种部署的真正代表，可以想象得 出，提供商将需要提供更多计算，例如，一个 1080p30 大致相 当于单个 720p60。还应注意，200 小时仅代表许多内容提供商接收的总小时数的一部分。

　　实时/线性 ABR 广播转码器需求

　　对于消费者而言，一天内的直播电视观看习惯随时改变。如今，IPTV 提供商必须做到不仅能传递至他们机顶盒中的已知实体，而且需要适应消费者观看他们内容所使用的大量设备，例如平板电脑、手机、第三方电视(如 Roku™、Apple TV 和亚马逊的 Fire TV)。广播电视提供商提供在线电视门户网站时也面临类似 的挑战。结果就是 IPTV 提供商现在需要能够以最小延迟实时生成大量不同的转码格式。

　　为了适应网络拥塞，大多数提供商已转向自适应比特率技术，例 如苹果的 HLS、Silverlight、PlayReady 等，其允许消费者设备决 定是否需要切换到不同的配置文件，以确保内容能够连续播放。在多数情况下，消费者愿意容忍视频质量的瞬间降低，但重新缓 冲通常会导致消费者改变频道或改变提供商。自适应流试图通过 将视频切割为某一时间段(例如，2-4 秒)的多个区块，并使客 户端能够在伪播放列表(称作清单)中使用这些区块，来帮助消 费者设备适应网速和带宽的变化。

　　此清单为客户端提供相关数据，展示什么配置文件适用于特定时间索引以及要请求的必要文件是什么。消费者设备请求其所需的 配置文件，并监控下载时间，如果时间不能满足维持播放率所需 的时间，设备将请求较低级的配置文件并监控，最终可能需要重新缓冲，但是，已经配置好的设备将能够在需要重新缓冲前及时 为播放器获得下载的配置文件，除非网络出现严重问题。

　　自适应流的缺点是需要创建不同的配置文件。在多数情况下，提供商不仅需要为其目标设备处理多种自适应流技术，还需要适应各种 设备所支持的不同分辨率、编解码器配置文件、比特率等。这将导 致单个信道需要很多转码。最糟糕的情况是，允许访问内容的每个设备类型在线且访问每个信道的内容。信道越多，发生这种情况的 可能性就越小，但提供商需要在规划网络时知道峰值数。

　　通常情况下，全天将有一套通用转码集，大部分不是所有设备都需要，它们可以根据需要打包到各种所需的自适应流配置文件中。另 一套转码集用于传递特定设备所需的特殊呈现形式，但此转码集更 加动态，具体取决于观看习惯。例如，许多人在醒来时使用带有机顶盒的电视机或其它设备，然后转到更加便携的设备，例如便携式 计算机、手机等。

　　关于众多信道间的趋势：将在一组信道上有波峰，而其它信道上有波谷。使用基于 Intel® XeonTM 的服务器上的虚拟化时，系统能够根 据需要带来更多的在线转码器，并配置它们以制作各种目标设备所需的呈现形式，方法是实施多比特率转码器，该转码器为传入视频 解码、调整到所需分辨率并在发送到分割器以将流分割为分断文件 之前编码为特定格式，然后发送到包装程序，按照消费者设备所要求的自适应比特率标准打包到所需包装。

　　对于高效的多比特率转码器，视频解码应出现一次，并用作所有编码输出的单个参考;而编码器稍加优化即可降低各种输出分辨 率的缩放费用以及这些分辨率上的动作搜索。

　　来自编码器的每个输出都是图片组 (GOP) 和排列的顺序(编码与 显示)，这一点很重要。因此，在提交到包装程序之前，来自分割器的结果片段都是正确排列。

　　此类运行软件转码器的多比特率转码器服务器所面临的挑战，是 确保所需的所有不同的呈现形式都在单个服务器上生成。如果所 需呈现形式超出服务器能力，系统将需要为传入视频复制解码器，以便原始基带视频无需通过系统之间(否则会进一步增加延 迟)，这要求每个流上有相当大的网络带宽(对于 1080p30 8bit YUV 内容，约为 500Mbps)。另外，这两个系统将需要保持同 步，以确保输出呈现形式为 GOP 和排列的顺序，这是成功分割 的关键。

　　使用已启用 Artesyn SharpStreamer 卡的系统时，所提供的密度允许 实现更多呈现形式，而且允许单个服务器上能适应更多信道。戴尔 RT720p Dual Intel® Xeon® E5-2650V2 处理器系统有可能输出六个单 独的 1080p30 流，配备四个 SharpStreamer 卡的相同系统能适应多 达 96 个单独的 1080p30 流，每个服务器的转码能力提高 16 倍。

　　在 SharpStreamer 加速的平台上，功率要求也缩小七倍：以前需要16 个服务器共 7604W，现在只需 1056W 即可处理 96 个流。

　　启用 SharpStreamer 卡的系统允许提供商快速使网络适应消费者设备的按需需求。

　　总结：此方案的优势

　　使用上述两种方案时，通过虚拟网络中的视频加速可实现众多优势。

　　优势一：降低资本设备支出

　　加速方案的优势主要来自服务器在数据中心所占用空间的减少和管理这些资源的简化。网络功能虚拟化使提供商能够动态地改变所需资源 类型和级别，并且这适用于上述使用情况下作为 VNF 的视频转码。

　　优势二：省电并降低间接费用

         优势三：可扩展性

　　当网络要求增加或减少视频转码时，也能以较低成本扩大或缩小资源，这是因为可通过附加卡达到视频转码数量，从而减少服务器数量。如上所述，网络中服务器的数量减少，有利于大幅降低运营成本。因此，如同服务提供商通过增加服务来提供优质的 OTT 视频服务，附 加卡能逐渐提高所需的密度级别，但资本设备支出没有目前的传统方法那么高昂。

　　优势四：使用简单，通过云端通用 X86 处理即可实现

　　基于 x86 的方法用来解决云端视频处理问题，对设备供应商而言具有重要优势，原因在于英特尔技术提供熟悉且简单易用的 API 来加速 开发和上市时间。Intel® Media SDK 可实现从纯软件模式到媒体加速模式的转变，同时具备运行 Windows、Linux、QuickSync video 和 API 库的能力，甚至能以更高密度的容量为视频应用传递最大的每机架单位流数。