2021年12月29日 | 自适应比特率（ ABR ）缩放和高密度转码的挑战与解决方案

2021-12-29 来源：elecfans

在新冠疫情的影响下，互联网视频流量呈加速增长态势。电子竞技、远程医疗、电子商务、娱乐和远程学习中的视频转码工作负载愈加普遍，计算密度也进一步增大。担负内容传递服务的内容分发网络（ CDN ）提供商面临巨大压力，他们需要以最低的资本支出（ CAPEX ）高效分发直播视频内容，为此他们不得不对自身硬件基础设施和软件功能进行重新评估。

简而言之，内容分发网络通常面临以下一项或多项重大挑战：

·成本：支持大量缩放功能需要配置高性能转码服务器，进而导致成本提升；

·灵活性：客户不断变化的带宽需求，需要灵活的配置和缩放硬件基础设施支持；

·TCO：如何在现有专用框架内降低总拥有成本（ TCO ），并提升视频转码工作负载性能；

·易用性：希望无需底层硬件开发，使用 FFmpeg 等通用软件框架即可实现硬件加速性能；

·低时延：能够以尽可能最低的时延为实时流媒体视频游戏等应用流传输实况内容。在这些应用中，优异的用户体验依赖于实时的用户参与和协作。

多年来，赛灵思一直为内容分发网络提供基于 FPGA 的硬件加速视频转码解决方案。凭借对内容分发网络所面临挑战的深刻理解，赛灵思推出了一款能够出色应对上述挑战的解决方案——赛灵思 U30 软件开发者套件（ SDK ）。这是一个完整的软件堆栈，能够通过对大规模视频流基础设施进行资源调配和容量管理，从而简化开发。

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让 ABR 更高效、更具成本效益

赛灵思 U30 SDK 与 Alveo U30 加速器卡相结合，能够实现以最高视频通道密度和最低成本加速计算密集型实时自适应比特率（ ABR ）视频转码工作负载。

目前市场上有很多种提供 ABR 功能的视频转码解决方案，但普遍存在一些效率低下的问题。这些解决方案往往具有下列两大缺陷之一，这二者均会导致成本增加并带来其它问题：

第一种：需要 CPU 资源以进行 ABR 缩放。卡上有专门负责编解码的转码卡，但需要占用服务器上的 CPU 进行 ABR 缩放，从而为 CPU 计算资源的增加了沉重的负载。很多情况下，其结果是需要更昂贵、更强大的服务器来支持 ABR，耗尽资本支出却毫无益处。

第二种：在加速器卡上进行 ABR 缩放降低了加速器卡所能支持的通道密度。

一些常用的 GPU 转码卡不会将 ABR 缩放交由 CPU 进行，但会占用卡上额外的硬件资源去进行缩放，这样做的后果是单卡上的通道数减少。而卡越多，服务器就越多、成本就越高、所需管理也就越多。

赛灵思解决方案可在单个赛灵思 U30 加速器卡上提供标量 H.264、H.265/HEVC 视频编解码功能，从而有助于释放 CPU 资源、提高性能，还能节省 80% 的成本、降低 90% 的功耗，并减少 75% 的空间占用。

让转码更容易开发与部署

U30 SDK 的主要特点之一是加快开发速度，并支持使用 FFmpeg 行业标准，全面发挥基于赛灵思 Alveo U30 的高通道密度视频转码解决方案的硬件加速功能。不仅如此，若是在专有框架下运作，只需使用 U30 SDK 中提供的基于 C 语言的 API，就能轻松与专有框架进行集成，从而发挥 U30 解决方案的效能。

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U30 SDK 旨在伴随视频业务共同发展，为大规模视频流基础设施提供资源调配和容量管理。随同 U30 SDK 提供的赛灵思资源管理器（ XRM ）能够管理和分配所有硬件加速功能，支持多个视频处理工作在多个 Alveo U30 加速器卡上运行，实现无缝的工作负载缩放。

赛灵思 U30 SDK GitHub 页面提供了大量文档、视频转码示例和视频质量评估工具，能够对视频应用快速进行流式传输。

直接转码和 FTRT 转码

内容分发网络和视频服务提供商经常使用 H.264 和 HEVC 等编解码器压缩流视频内容，然后分发给消费者。提供商需要将 HEVC 编码流转换成 H.264/AVC 视频编码格式，才能充分发挥 HEVC 卓越的比特率节省功能，或者为降低存储要求，需要将内容库从一种编码器格式重新压缩成另一种。赛灵思 U30 SDK 提供了直接实时转码功能，可以无缝地从一种格式转换成另一种格式。

此外，还有一些用例需要支持比实时更快的视频转码速度。例如，汽车购买网站通常希望尽快将视频交还给客户；安全服务机构则希望尽快将视频录像归还给客户。U30 SDK 支持超越实时视频转码速度的特性，让内容分发网络能够在单个 U30 加速器上，用 20 分钟完成 60 分钟的 1080p 60 帧高品质视频的转码工作。

最高密度、最低总拥有成本

作为一款专为实现高性能和高效率而打造的自适应加速器卡，赛灵思 Alveo 能在本地数据中心或云端加速动态工作负载。

Alveo U30 加速器卡基于赛灵思 Zynq® UltraScale+™ MPSoC，这是一种功耗优化的、完全可编程的片上系统（ SoC ），集成了用于超高清视频的视频编解码器和图形引擎。U30 卡支持 H.264 和 HEVC （H.265）两种编解码格式，每卡可支持最多 16 个 1080p 30 帧通道。

借助基于 Alveo U30 加速器卡的高通道密度实时视频转码解决方案，赛灵思为内容分发网络提供了最佳压缩效率，不仅通道数量确定，而且每流成本和功耗均低于软件编码和 GPU 编码解决方案。

自适应比特率 ABR 转码

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