自適應(yīng)比特率（ ABR ）縮放和高密度轉(zhuǎn)碼的挑戰(zhàn)與解決方案

在新冠疫情的影響下，互聯(lián)網(wǎng)視頻流量呈加速增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。電子競(jìng)技、遠(yuǎn)程醫(yī)療、電子商務(wù)、娛樂(lè)和遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)中的視頻轉(zhuǎn)碼工作負(fù)載愈加普遍，計(jì)算密度也進(jìn)一步增大。擔(dān)負(fù)內(nèi)容傳遞服務(wù)的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（ CDN ）提供商面臨巨大壓力，他們需要以最低的資本支出（ CAPEX ）高效分發(fā)直播視頻內(nèi)容，為此他們不得不對(duì)自身硬件基礎(chǔ)設(shè)施和軟件功能進(jìn)行重新評(píng)估。

簡(jiǎn)而言之，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)通常面臨以下一項(xiàng)或多項(xiàng)重大挑戰(zhàn)：

●   成本：支持大量縮放功能需要配置高性能轉(zhuǎn)碼服務(wù)器，進(jìn)而導(dǎo)致成本提升；

●   靈活性：客戶(hù)不斷變化的帶寬需求，需要靈活的配置和縮放硬件基礎(chǔ)設(shè)施支持；

●   TCO：如何在現(xiàn)有專(zhuān)用框架內(nèi)降低總擁有成本（ TCO ），并提升視頻轉(zhuǎn)碼工作負(fù)載性能；

●   易用性：希望無(wú)需底層硬件開(kāi)發(fā)，使用 FFmpeg 等通用軟件框架即可實(shí)現(xiàn)硬件加速性能；

●   低時(shí)延：能夠以盡可能最低的時(shí)延為實(shí)時(shí)流媒體視頻游戲等應(yīng)用流傳輸實(shí)況內(nèi)容。在這些應(yīng)用中，優(yōu)異的用戶(hù)體驗(yàn)依賴(lài)于實(shí)時(shí)的用戶(hù)參與和協(xié)作。

多年來(lái)，賽靈思一直為內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)提供基于 FPGA 的硬件加速視頻轉(zhuǎn)碼解決方案。憑借對(duì)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)所面臨挑戰(zhàn)的深刻理解，賽靈思推出了一款能夠出色應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)的解決方案——賽靈思 U30 軟件開(kāi)發(fā)者套件（ SDK ）。這是一個(gè)完整的軟件堆棧，能夠通過(guò)對(duì)大規(guī)模視頻流基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行資源調(diào)配和容量管理，從而簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)。

讓 ABR 更高效、更具成本效益

賽靈思 U30 SDK 與 Alveo U30 加速器卡相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)以最高視頻通道密度和最低成本加速計(jì)算密集型實(shí)時(shí)自適應(yīng)比特率（ ABR ）視頻轉(zhuǎn)碼工作負(fù)載。

目前市場(chǎng)上有很多種提供 ABR 功能的視頻轉(zhuǎn)碼解決方案，但普遍存在一些效率低下的問(wèn)題。這些解決方案往往具有下列兩大缺陷之一，這二者均會(huì)導(dǎo)致成本增加并帶來(lái)其它問(wèn)題：

第一種：需要 CPU 資源以進(jìn)行 ABR 縮放?？ㄉ嫌袑?zhuān)門(mén)負(fù)責(zé)編解碼的轉(zhuǎn)碼卡，但需要占用服務(wù)器上的 CPU 進(jìn)行 ABR 縮放， 從而為 CPU 計(jì)算資源的增加了沉重的負(fù)載。很多情況下，其結(jié)果是需要更昂貴、更強(qiáng)大的服務(wù)器來(lái)支持 ABR，耗盡資本支出卻毫無(wú)益處。

第二種：在加速器卡上進(jìn)行 ABR 縮放降低了加速器卡所能支持的通道密度。

一些常用的 GPU 轉(zhuǎn)碼卡不會(huì)將 ABR 縮放交由 CPU 進(jìn)行，但會(huì)占用卡上額外的硬件資源去進(jìn)行縮放，這樣做的后果是單卡上的通道數(shù)減少。而卡越多，服務(wù)器就越多、成本就越高、所需管理也就越多。

賽靈思解決方案可在單個(gè)賽靈思 U30 加速器卡上提供標(biāo)量 H.264、H.265/HEVC 視頻編解碼功能，從而有助于釋放 CPU 資源、提高性能，還能節(jié)省 80% 的成本、降低 90% 的功耗，并減少 75% 的空間占用。

讓轉(zhuǎn)碼更容易開(kāi)發(fā)與部署

U30 SDK 的主要特點(diǎn)之一是加快開(kāi)發(fā)速度，并支持使用 FFmpeg 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，全面發(fā)揮基于賽靈思 Alveo U30 的高通道密度視頻轉(zhuǎn)碼解決方案的硬件加速功能。不僅如此，若是在專(zhuān)有框架下運(yùn)作，只需使用 U30 SDK 中提供的基于 C 語(yǔ)言的 API，就能輕松與專(zhuān)有框架進(jìn)行集成，從而發(fā)揮 U30 解決方案的效能。

U30 SDK 旨在伴隨視頻業(yè)務(wù)共同發(fā)展，為大規(guī)模視頻流基礎(chǔ)設(shè)施提供資源調(diào)配和容量管理。隨同 U30 SDK 提供的賽靈思資源管理器（ XRM ）能夠管理和分配所有硬件加速功能，支持多個(gè)視頻處理工作在多個(gè) Alveo U30 加速器卡上運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)無(wú)縫的工作負(fù)載縮放。

賽靈思 U30 SDK GitHub 頁(yè)面提供了大量文檔、視頻轉(zhuǎn)碼示例和視頻質(zhì)量評(píng)估工具，能夠?qū)σ曨l應(yīng)用快速進(jìn)行流式傳輸。

直接轉(zhuǎn)碼和 FTRT 轉(zhuǎn)碼

內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)和視頻服務(wù)提供商經(jīng)常使用 H.264 和 HEVC 等編解碼器壓縮流視頻內(nèi)容，然后分發(fā)給消費(fèi)者。提供商需要將 HEVC 編碼流轉(zhuǎn)換成 H.264/AVC 視頻編碼格式，才能充分發(fā)揮 HEVC 卓越的比特率節(jié)省功能，或者為降低存儲(chǔ)要求，需要將內(nèi)容庫(kù)從一種編碼器格式重新壓縮成另一種。賽靈思 U30 SDK 提供了直接實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼功能，可以無(wú)縫地從一種格式轉(zhuǎn)換成另一種格式。

此外，還有一些用例需要支持比實(shí)時(shí)更快的視頻轉(zhuǎn)碼速度。例如，汽車(chē)購(gòu)買(mǎi)網(wǎng)站通常希望盡快將視頻交還給客戶(hù)；安全服務(wù)機(jī)構(gòu)則希望盡快將視頻錄像歸還給客戶(hù)。U30 SDK 支持超越實(shí)時(shí)視頻轉(zhuǎn)碼速度的特性，讓內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)能夠在單個(gè) U30 加速器上，用 20 分鐘完成 60 分鐘的 1080p 60 幀高品質(zhì)視頻的轉(zhuǎn)碼工作。

最高密度、最低總擁有成本

作為一款專(zhuān)為實(shí)現(xiàn)高性能和高效率而打造的自適應(yīng)加速器卡，賽靈思 Alveo 能在本地?cái)?shù)據(jù)中心或云端加速動(dòng)態(tài)工作負(fù)載。

Alveo U30 加速器卡基于賽靈思 Zynq^? UltraScale+? MPSoC，這是一種功耗優(yōu)化的、完全可編程的片上系統(tǒng)（ SoC ），集成了用于超高清視頻的視頻編解碼器和圖形引擎。U30 卡支持 H.264 和 HEVC (H.265) 兩種編解碼格式，每卡可支持最多 16 個(gè) 1080p 30 幀通道。

借助基于 Alveo U30 加速器卡的高通道密度實(shí)時(shí)視頻轉(zhuǎn)碼解決方案，賽靈思為內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)提供了最佳壓縮效率，不僅通道數(shù)量確定，而且每流成本和功耗均低于軟件編碼和 GPU 編碼解決方案。