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流媒体带宽压力大，视频云的脱困之法
2023-02-27 07:23:00
由于4K以上的超高清视频原始数据过大，对网络传输带宽和存储都会造成巨大的压力，所以我们需要更高效的视频编解码技术，诸如H.265、AV1等。但为了更高效地实现理想的压缩率，我们必须要依仗编解码的软硬件优化，这也是各大云服务平台加大相关投入的一大原因。
亚马逊Graviton
亚马逊作为全球最大的云服务厂商，过去在面对视频编解码的负载时主要使用英特尔的至强系列处理器，利用其AVX指令等矢量处理功能来加速视频处理。而亚马逊在推出自研CPU Graviton系列之后，就开始探索用Arm处理器和软件来完成高清视频的编码任务。
自2021年以来，开源H.265编码器libx265获得了相当多的优化，尤其是对Arm的Neon指令做了优化.像亚马逊Graviton2这样基于ArmNeoverse架构的平台，都可以通过其支持的Neon指令来加速编码效率。
根据亚马逊给出的数据，与基于x86 CPU的C6i实例相比，基于Graviton3的C7g实例在H.264编码性能上提升了63%，在H.265编码性能上提升了60%，与此同时还将成本降低了20%左右。GravitonCPU在高并发下的性能也允许将4K视频同时编码成不同分辨率，以满足不同设备的观看需求。
平头哥倚天710
面对阿里云在音视频领域日益剧增的需求，平头哥选择了用软硬结合+自研编码内核的方式来解决。2021年，平头哥发布了倚天710这颗基于ARMv9架构5nm工艺的CPU，核心数多达128颗，主频最高3.2GHz。
阿里云也基于这一CPU打造了倚天ECS，借其算力和功耗优势来赋能视频云转码业务，并对阿里自研的HEVC、AVC编码器s265、s264编码器进行了深度的优化。比如在高并发的视频编解码任务下，倚天710也不会大幅降频，从而维持高性能运转。
而相比之下，基于x86架构的CPU在高并发的情况下，就会为了控制功耗而选择降频，从而影响了单核的编解码性能。目前阿里云也已经将ECS部署在视频云点播上，大幅提升编码性能的同时，还些许提高了压缩率，实现了成本与效率双赢，满足视频云生态的高清化普及。
更复杂的H.266
最后我们再来看看2020年推出的VVC编码，也就是H.266编码。H.266相较于H.265，压缩效率提高了50%，但编码的复杂程度也提升了近十倍。腾讯在H.266第一版标准确定后不久，就已经推出了经过优化的266解码器，并针对Arm平台做了优化，可靠单核解码1080p，多核实现4K串流。
2021年7月，腾讯云宣布商用H.266编解码标准，其转码和媒体处理应用将支持H.266，播放器和其他产品将支持H.266解码，帮助用户节省空间和带宽的同时保证视频质量，这也使其成了首个支持H.266标准的云服务厂商。
但无论是云端还是终端，支持H.266硬件编解码的芯片并不多，已知的有联发科的Pentonic2000/1000/700电视芯片以及瑞昱的RTD1319D机顶盒芯片，至于软件编解码的方案在效率上肯定是难以与硬件方案比肩的。
问题在于目前H.266尚没有获得大规模普及，就像当年的H.265一样。H.265推出不久，硬件加速解码并没有完全普及，且因为授权限制不少公司没法提供软件支持，但如今H.265带来的体积和画质优势。
小结
从主流流媒体平台来看，AV1、HEVC、AVC三者仍会是短期内的首选，但如果视频内容生态逐渐转向8K、120FPS这样的超高规格，效率更高的H.266将成为最理想的编码，也会催生出一批新的编解码硬件。
至于视频直播应用，最适合的还是XilinxAlveo加速卡或英伟达GPU这样的方案，因为这种场景追求的还是低延迟传输高质量图像。CPU的软件编解码方案虽然灵活性更高，但在实时传输上还是稍逊一筹，作为视频流媒体网站离线编解码的高性价方案倒是很合适。
亚马逊Graviton
亚马逊作为全球最大的云服务厂商，过去在面对视频编解码的负载时主要使用英特尔的至强系列处理器，利用其AVX指令等矢量处理功能来加速视频处理。而亚马逊在推出自研CPU Graviton系列之后，就开始探索用Arm处理器和软件来完成高清视频的编码任务。
自2021年以来，开源H.265编码器libx265获得了相当多的优化，尤其是对Arm的Neon指令做了优化.像亚马逊Graviton2这样基于ArmNeoverse架构的平台，都可以通过其支持的Neon指令来加速编码效率。
根据亚马逊给出的数据，与基于x86 CPU的C6i实例相比，基于Graviton3的C7g实例在H.264编码性能上提升了63%，在H.265编码性能上提升了60%，与此同时还将成本降低了20%左右。GravitonCPU在高并发下的性能也允许将4K视频同时编码成不同分辨率，以满足不同设备的观看需求。
平头哥倚天710
面对阿里云在音视频领域日益剧增的需求，平头哥选择了用软硬结合+自研编码内核的方式来解决。2021年，平头哥发布了倚天710这颗基于ARMv9架构5nm工艺的CPU，核心数多达128颗，主频最高3.2GHz。
阿里云也基于这一CPU打造了倚天ECS，借其算力和功耗优势来赋能视频云转码业务，并对阿里自研的HEVC、AVC编码器s265、s264编码器进行了深度的优化。比如在高并发的视频编解码任务下，倚天710也不会大幅降频，从而维持高性能运转。
而相比之下，基于x86架构的CPU在高并发的情况下，就会为了控制功耗而选择降频，从而影响了单核的编解码性能。目前阿里云也已经将ECS部署在视频云点播上，大幅提升编码性能的同时，还些许提高了压缩率，实现了成本与效率双赢，满足视频云生态的高清化普及。
更复杂的H.266
最后我们再来看看2020年推出的VVC编码，也就是H.266编码。H.266相较于H.265，压缩效率提高了50%，但编码的复杂程度也提升了近十倍。腾讯在H.266第一版标准确定后不久，就已经推出了经过优化的266解码器，并针对Arm平台做了优化，可靠单核解码1080p，多核实现4K串流。
2021年7月，腾讯云宣布商用H.266编解码标准，其转码和媒体处理应用将支持H.266，播放器和其他产品将支持H.266解码，帮助用户节省空间和带宽的同时保证视频质量，这也使其成了首个支持H.266标准的云服务厂商。
但无论是云端还是终端，支持H.266硬件编解码的芯片并不多，已知的有联发科的Pentonic2000/1000/700电视芯片以及瑞昱的RTD1319D机顶盒芯片，至于软件编解码的方案在效率上肯定是难以与硬件方案比肩的。
问题在于目前H.266尚没有获得大规模普及，就像当年的H.265一样。H.265推出不久，硬件加速解码并没有完全普及，且因为授权限制不少公司没法提供软件支持，但如今H.265带来的体积和画质优势。
小结
从主流流媒体平台来看，AV1、HEVC、AVC三者仍会是短期内的首选，但如果视频内容生态逐渐转向8K、120FPS这样的超高规格，效率更高的H.266将成为最理想的编码，也会催生出一批新的编解码硬件。
至于视频直播应用，最适合的还是XilinxAlveo加速卡或英伟达GPU这样的方案，因为这种场景追求的还是低延迟传输高质量图像。CPU的软件编解码方案虽然灵活性更高，但在实时传输上还是稍逊一筹，作为视频流媒体网站离线编解码的高性价方案倒是很合适。
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