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成功案例:Xeon SP处理器助力网宿科技提高视频转码效率
[2018-01-02]
视频直播行业在欣欣向荣的同时,竞争也日趋激烈,用户对视频直播收视体验提出了更高要求,尤其在行业直播领域更是如此,与一般直播系统不同,行业直播不但对视频质量要求极高,在降低延迟性方面,也有着非常严格的要求,因此对平台的处理能力有着更为苛刻的要求。而此前常用的行业直播,转码设备价格昂贵,且处理能力有限,因此使用服务器CPU支持转码,已逐渐成为一个主流趋势。
 
现在,网宿科技正在凭借自身在CDN服务上得天独厚的优势,积极拓展行业直播领域的新天地。
 
 
从网宿科技行业直播方案的架构可以看出,其前端采集的音、视频需要经过编码和封装、转码、分发等过程,最终才会传送到观众的设备。由于视频质量和直播效果受视频的码率与格式的影响最大,因此在上述这个过程中,起到最关键作用的步骤是视频转码。视频转码的工作原理是将已经压缩编码的视频码流转换成另一种格式的视频码流,以此来适应收视人群的三个主要的“不同”,即他们所处的网络带宽不同、终端的处理能力不同和对收视质量的需求不同。
 
 
 
视频转码的效率会对行业直播的视频质量造成关键性影响。视频转码的过程是先解码,后编码,如果解码编码的工作效率不高,直接的结果就是收视时可感知到明显延迟;另一方面,如果解码编码差错率过高,则会造成画面出现花屏、抖动等现象。
 
视频转码是一个高运算负荷过程,计算性能是提升或制约其工作效率的最关键因素,因此必须为其配备强大的处理器,输出澎湃的处理能力,才能保证视频转码的高效和可靠。为帮助网宿科技应对这一瓶颈,英特尔为其提供了最新一代的英特尔? 至强? 可扩展处理器,这一生力军的加入,使得网宿科技行业直播方案的视频转码效率迎来了显著提升。
 
视频转码过程中的压缩/解压缩,解码/编码等都是典型的并行计算任务,即单一任务可被拆分为多个任务,每个任务交由不同的处理器内核进行处理,完成后再进行组合,因此这类处理任务非常适于发挥出高频多核处理器的优势。以网宿科技此次采用的英特尔?至强? 可扩展处理器家族中的英特尔? 至强? 金牌处理器6132为例,它拥有2.6GHz主频和14个内核,可支持28个线程,能充分地在视频转码任务中展现其高频、多核、多线程的优势。同时,英特尔?至强? 可扩展处理器还自带计算、网络与存储协同处理功能,能在保证数据安全的同时提升效率。
 
针对视频转码并行计算任务重的特征,英特尔? 至强? 可扩展处理器集成的英特尔? AVX -512技术做到了举重若轻,它提供的增强型超宽512位矢量处理能力,可帮助系统处理苛刻的计算任务。
 
英特尔? AVX-512是英特尔目前最新的单指令多数据(Single Instruction Multiple Data,SIMD)指令集技术,借助两个512位FMA(融合乘加)单元,令视频转码软件能在512位矢量内的单个时钟周期内打包处理32次双精度、64次单精度浮点运算、八个64位整数以及十六个32位整数。与上一代的英特尔? AVX2技术相比,其数据寄存器的宽度、数量以及FMA单元的宽度都增加了一倍。因此,在承接视频转码任务时,显得更加游刃有余。经实际测试,与上一代英特尔? 至强? E5-2690 v4相比,同样主频的英特尔?至强? 金牌处理器6132在网宿科技的方案中,可带来50%的转码性能提升。
 
有了英特尔? 至强? 可扩展处理器这样的倚天剑,网宿科技行业直播方案也离不开视频转码软件这样的屠龙刀。开源软件FFmpeg是其方案中承担视频转码任务的主力,它具备非常强大的视频采集、视频格式转换等功能,可轻而易举地实现多种视频格式,例如H.264、wma、rmvb、avi等格式的相互转换。但公版,或者说开源版的FFmpeg没有针对处理器性能进行调优,英特尔? 至强? 可扩展处理器的很多强大技术特性,例如增强的矢量处理能力,都无法完全释放其性能潜力。而针对英特尔? 至强? 可扩展处理器进行调优的FFmpeg版本,则能更加充分地利用该处理器的性能优势,将之转化为直播用户和观众的收益。
 
为此,英特尔与网宿科技的工程师们一起,根据行业直播所需视频转码任务的需要,以及英特尔? 至强? 可扩展处理器的各项特性,对FFmpeg进行了全面、深入的调优。例如,根据分析结果将FFmpeg中的离散余弦转换(Discrete Cosine Transformation,DCT)计算针对英特尔? AVX-512进行了改写。同时,双方工程师也将目前热门的x.264(H.264格式所需库)和x.265(H.265格式所需库)中的部分热点函数针对英特尔? AVX-512进行了优化,这些调优方案经测试验证,都有助于大幅提升视频转码的性能。
 
获得调优方案后,双方工程师采用同一视频源,针对不同英特尔处理器、不同版本的FFmpeg,对它们组合后的视频转码性能进行了测试。在测试中,针对H.265和H.264两种编码格式,编码速度设置为fast、medium两种,并选用了4k、高清等不同的分辨率,逐一进行了转换测试,结果如下:
 
 
 
新一代的英特尔? 至强? 可扩展处理器,以及针对它调优的FFmpeg软件,它们在网宿科技行业直播方案中的组合应用,不仅帮助网宿科技大幅增强了系统视频转码性能,提高了视频播放质量,提升了用户满意度,也让英特尔针对直播行业细分市场和应用提供的调优方案的有效性和价值得到了充分验证,进而能够为该领域中其他细分市场的方案创建和优化提供重要的参考和启发。
 
未来,英特尔除了继续为网宿科技提供更新、更强的处理器作为其系统的计算力引擎外,还会继续基于处理器特性对方案中的不同软件进行更深入的调优,以期进一步提高系统工作效率。同时,英特尔与网宿科技之间的这种合作模式,也有望扩展到整个直播行业之中,为更多从业者的系统升级和调优需求提供类似的定制化的支持。
 
总结
视频转码过程的效率高低,是影响视频直播系统质量和效率的关键因素之一。视频转码是高负荷的并行计算任务,会给处理器带来巨大的计算压力。处理器性能越出色,特别是矢量运算能力越强,就能越有效地降低这一压力,因此英特尔?AVX-512技术在视频直播中的应用,迅速收获了用户的信任和好评。
 
视频转码软件是否针对处理器的特性进行调优,会给视频转码的工作效率带来极大不同,开源软件FFmpeg通过针对英特尔? 至强? 可扩展处理器的各个特性,尤其是英特尔?AVX-512进行调优,使得其性能得到大幅提升。
 

文章摘自英特尔精英汇

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