視頻直播行業(yè)在欣欣向榮的同時(shí)，競(jìng)爭(zhēng)也日趨激烈，用戶(hù)對(duì)視頻直播收視體驗(yàn)提出了更高要求，尤其在行業(yè)直播領(lǐng)域更是如此，與一般直播系統(tǒng)不同，行業(yè)直播不但對(duì)視頻質(zhì)量要求極高，在降低延遲性方面，也有著非常嚴(yán)格的要求，因此對(duì)平臺(tái)的處理能力有著更為苛刻的要求。而此前常用的行業(yè)直播，轉(zhuǎn)碼設(shè)備價(jià)格昂貴，且處理能力有限，因此使用服務(wù)器CPU支持轉(zhuǎn)碼，已逐漸成為一個(gè)主流趨勢(shì)。

 

現(xiàn)在，網(wǎng)宿科技正在憑借自身在CDN服務(wù)上得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，積極拓展行業(yè)直播領(lǐng)域的新天地。

 

 

從網(wǎng)宿科技行業(yè)直播方案的架構(gòu)可以看出，其前端采集的音、視頻需要經(jīng)過(guò)編碼和封裝、轉(zhuǎn)碼、分發(fā)等過(guò)程，最終才會(huì)傳送到觀眾的設(shè)備。由于視頻質(zhì)量和直播效果受視頻的碼率與格式的影響最大，因此在上述這個(gè)過(guò)程中，起到最關(guān)鍵作用的步驟是視頻轉(zhuǎn)碼。視頻轉(zhuǎn)碼的工作原理是將已經(jīng)壓縮編碼的視頻碼流轉(zhuǎn)換成另一種格式的視頻碼流，以此來(lái)適應(yīng)收視人群的三個(gè)主要的“不同”，即他們所處的網(wǎng)絡(luò)帶寬不同、終端的處理能力不同和對(duì)收視質(zhì)量的需求不同。

 

 

 

視頻轉(zhuǎn)碼的效率會(huì)對(duì)行業(yè)直播的視頻質(zhì)量造成關(guān)鍵性影響。視頻轉(zhuǎn)碼的過(guò)程是先解碼，后編碼，如果解碼編碼的工作效率不高，直接的結(jié)果就是收視時(shí)可感知到明顯延遲；另一方面，如果解碼編碼差錯(cuò)率過(guò)高，則會(huì)造成畫(huà)面出現(xiàn)花屏、抖動(dòng)等現(xiàn)象。

 

視頻轉(zhuǎn)碼是一個(gè)高運(yùn)算負(fù)荷過(guò)程，計(jì)算性能是提升或制約其工作效率的最關(guān)鍵因素，因此必須為其配備強(qiáng)大的處理器，輸出澎湃的處理能力，才能保證視頻轉(zhuǎn)碼的高效和可靠。為幫助網(wǎng)宿科技應(yīng)對(duì)這一瓶頸，英特爾為其提供了最新一代的英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器，這一生力軍的加入，使得網(wǎng)宿科技行業(yè)直播方案的視頻轉(zhuǎn)碼效率迎來(lái)了顯著提升。

 

視頻轉(zhuǎn)碼過(guò)程中的壓縮/解壓縮，解碼/編碼等都是典型的并行計(jì)算任務(wù)，即單一任務(wù)可被拆分為多個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)交由不同的處理器內(nèi)核進(jìn)行處理，完成后再進(jìn)行組合，因此這類(lèi)處理任務(wù)非常適于發(fā)揮出高頻多核處理器的優(yōu)勢(shì)。以網(wǎng)宿科技此次采用的英特爾?至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器家族中的英特爾? 至強(qiáng)? 金牌處理器6132為例，它擁有2.6GHz主頻和14個(gè)內(nèi)核，可支持28個(gè)線程，能充分地在視頻轉(zhuǎn)碼任務(wù)中展現(xiàn)其高頻、多核、多線程的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，英特爾?至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器還自帶計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)與存儲(chǔ)協(xié)同處理功能，能在保證數(shù)據(jù)安全的同時(shí)提升效率。

 

針對(duì)視頻轉(zhuǎn)碼并行計(jì)算任務(wù)重的特征，英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器集成的英特爾? AVX -512技術(shù)做到了舉重若輕，它提供的增強(qiáng)型超寬512位矢量處理能力，可幫助系統(tǒng)處理苛刻的計(jì)算任務(wù)。

 

英特爾? AVX-512是英特爾目前最新的單指令多數(shù)據(jù)（Single Instruction Multiple Data，SIMD）指令集技術(shù)，借助兩個(gè)512位FMA（融合乘加）單元，令視頻轉(zhuǎn)碼軟件能在512位矢量?jī)?nèi)的單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)打包處理32次雙精度、64次單精度浮點(diǎn)運(yùn)算、八個(gè)64位整數(shù)以及十六個(gè)32位整數(shù)。與上一代的英特爾? AVX2技術(shù)相比，其數(shù)據(jù)寄存器的寬度、數(shù)量以及FMA單元的寬度都增加了一倍。因此，在承接視頻轉(zhuǎn)碼任務(wù)時(shí)，顯得更加游刃有余。經(jīng)實(shí)際測(cè)試，與上一代英特爾? 至強(qiáng)? E5-2690 v4相比，同樣主頻的英特爾?至強(qiáng)? 金牌處理器6132在網(wǎng)宿科技的方案中，可帶來(lái)50%的轉(zhuǎn)碼性能提升。

 

有了英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器這樣的倚天劍，網(wǎng)宿科技行業(yè)直播方案也離不開(kāi)視頻轉(zhuǎn)碼軟件這樣的屠龍刀。開(kāi)源軟件FFmpeg是其方案中承擔(dān)視頻轉(zhuǎn)碼任務(wù)的主力，它具備非常強(qiáng)大的視頻采集、視頻格式轉(zhuǎn)換等功能，可輕而易舉地實(shí)現(xiàn)多種視頻格式，例如H.264、wma、rmvb、avi等格式的相互轉(zhuǎn)換。但公版，或者說(shuō)開(kāi)源版的FFmpeg沒(méi)有針對(duì)處理器性能進(jìn)行調(diào)優(yōu)，英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器的很多強(qiáng)大技術(shù)特性，例如增強(qiáng)的矢量處理能力，都無(wú)法完全釋放其性能潛力。而針對(duì)英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器進(jìn)行調(diào)優(yōu)的FFmpeg版本，則能更加充分地利用該處理器的性能優(yōu)勢(shì)，將之轉(zhuǎn)化為直播用戶(hù)和觀眾的收益。

 

為此，英特爾與網(wǎng)宿科技的工程師們一起，根據(jù)行業(yè)直播所需視頻轉(zhuǎn)碼任務(wù)的需要，以及英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器的各項(xiàng)特性，對(duì)FFmpeg進(jìn)行了全面、深入的調(diào)優(yōu)。例如，根據(jù)分析結(jié)果將FFmpeg中的離散余弦轉(zhuǎn)換（Discrete Cosine Transformation，DCT）計(jì)算針對(duì)英特爾? AVX-512進(jìn)行了改寫(xiě)。同時(shí)，雙方工程師也將目前熱門(mén)的x.264(H.264格式所需庫(kù))和x.265(H.265格式所需庫(kù))中的部分熱點(diǎn)函數(shù)針對(duì)英特爾? AVX-512進(jìn)行了優(yōu)化，這些調(diào)優(yōu)方案經(jīng)測(cè)試驗(yàn)證，都有助于大幅提升視頻轉(zhuǎn)碼的性能。

 

獲得調(diào)優(yōu)方案后，雙方工程師采用同一視頻源，針對(duì)不同英特爾處理器、不同版本的FFmpeg，對(duì)它們組合后的視頻轉(zhuǎn)碼性能進(jìn)行了測(cè)試。在測(cè)試中，針對(duì)H.265和H.264兩種編碼格式，編碼速度設(shè)置為fast、medium兩種，并選用了4k、高清等不同的分辨率，逐一進(jìn)行了轉(zhuǎn)換測(cè)試，結(jié)果如下：

 

 

 

新一代的英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器，以及針對(duì)它調(diào)優(yōu)的FFmpeg軟件，它們?cè)诰W(wǎng)宿科技行業(yè)直播方案中的組合應(yīng)用，不僅幫助網(wǎng)宿科技大幅增強(qiáng)了系統(tǒng)視頻轉(zhuǎn)碼性能，提高了視頻播放質(zhì)量，提升了用戶(hù)滿意度，也讓英特爾針對(duì)直播行業(yè)細(xì)分市場(chǎng)和應(yīng)用提供的調(diào)優(yōu)方案的有效性和價(jià)值得到了充分驗(yàn)證，進(jìn)而能夠?yàn)樵擃I(lǐng)域中其他細(xì)分市場(chǎng)的方案創(chuàng)建和優(yōu)化提供重要的參考和啟發(fā)。

 

未來(lái)，英特爾除了繼續(xù)為網(wǎng)宿科技提供更新、更強(qiáng)的處理器作為其系統(tǒng)的計(jì)算力引擎外，還會(huì)繼續(xù)基于處理器特性對(duì)方案中的不同軟件進(jìn)行更深入的調(diào)優(yōu)，以期進(jìn)一步提高系統(tǒng)工作效率。同時(shí)，英特爾與網(wǎng)宿科技之間的這種合作模式，也有望擴(kuò)展到整個(gè)直播行業(yè)之中，為更多從業(yè)者的系統(tǒng)升級(jí)和調(diào)優(yōu)需求提供類(lèi)似的定制化的支持。

 

總結(jié)

視頻轉(zhuǎn)碼過(guò)程的效率高低，是影響視頻直播系統(tǒng)質(zhì)量和效率的關(guān)鍵因素之一。視頻轉(zhuǎn)碼是高負(fù)荷的并行計(jì)算任務(wù)，會(huì)給處理器帶來(lái)巨大的計(jì)算壓力。處理器性能越出色，特別是矢量運(yùn)算能力越強(qiáng)，就能越有效地降低這一壓力，因此英特爾?AVX-512技術(shù)在視頻直播中的應(yīng)用，迅速收獲了用戶(hù)的信任和好評(píng)。

 

視頻轉(zhuǎn)碼軟件是否針對(duì)處理器的特性進(jìn)行調(diào)優(yōu)，會(huì)給視頻轉(zhuǎn)碼的工作效率帶來(lái)極大不同，開(kāi)源軟件FFmpeg通過(guò)針對(duì)英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器的各個(gè)特性，尤其是英特爾?AVX-512進(jìn)行調(diào)優(yōu)，使得其性能得到大幅提升。

 

文章摘自英特爾精英匯

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