視頻平臺為了留住你,有多努力?

    來源: 果殼網(wǎng)2023-08-25 03:07:18
      

    如果你是一個??匆曨l的人,應(yīng)該會被各種平臺的小把戲欺騙到:明明設(shè)置了好幾個清晰度,點開視頻看卻都是一樣的糊;為了減輕等待緩沖時的枯燥,跳出很多吸睛小廣告留住你;設(shè)置好多個線路版本,讓你在想要放棄加載時仍抱著希望試試下一個(但依舊失敗)。

    先別急著罵罵咧咧,湊近看著視頻平臺內(nèi)部到底在干啥——原來此時計算中心正在加足火力工作,解碼視頻、加載資源、和其他業(yè)務(wù)爭搶帶寬,完全忙不過來。

    算力的世界丨giphy


    【資料圖】

    看視頻和使用其他網(wǎng)絡(luò)服務(wù)一樣,基礎(chǔ)都是處理數(shù)據(jù),這需要計算機最根本的能力——算力的支持。不過與文字或音頻數(shù)據(jù)相比,視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量更大,對壓縮質(zhì)量的要求更高,也更注重傳輸?shù)乃俣龋吘拐l都不想看到又糊又卡的視頻。

    這苦了計算中心。計算機的算力由處理器提供,英特爾的 x86 處理器、英偉達的通用 GPU,都是經(jīng)典的處理器,加上儲存、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等組件后,構(gòu)成可用于各種計算任務(wù)的通用計算平臺。從計算機誕生那天開始,通用計算平臺無差別地為各種數(shù)據(jù)處理提供計算支持。在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)展還處于初期的階段,這樣的通用設(shè)置尚能應(yīng)付各種需求,但在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)已高度細(xì)分發(fā)展的今天,事情早大變樣。

    我們正活在一個視頻數(shù)據(jù)暴增的時代。根據(jù) Sandvine 最新發(fā)布的《2023全球互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)象報告》,2022 年全球娛樂與非娛樂視頻數(shù)據(jù)占到全體數(shù)據(jù)流量的 70%,艾瑞咨詢的數(shù)據(jù)也顯示,TOP 100 的 App 中,搭載了點播、直播、實時通信三個最主流音視頻功能的比例達到 69%。

    不僅視頻數(shù)據(jù)量暴增,邊視頻邊連麥、邊看電影邊發(fā)彈幕,或是邊看直播邊購物,功能的擴展也在增加視頻數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度。

    如果把通用計算平臺比做廚房里的灶,為所有的烹飪行為(數(shù)據(jù)處理)提供火力,視頻數(shù)據(jù)的暴增則會導(dǎo)致“灶”不夠用。視頻行業(yè)的通識里,視頻數(shù)據(jù)正以每年增長 75% 的速度膨脹,而根據(jù)摩爾定律,芯片卻還是 18-24 個月才升級一次性能——食材越堆越多,需要用更大的火候增加處理效率,灶卻久久不升級,這怎么夠用。

    此外,不同特性的數(shù)據(jù)就像不同的食材,需要專門的火候才能處理得更好。但通用計算平臺這口灶為所有的烹飪而設(shè)計,很難對視頻數(shù)據(jù)進行最符合其需求的處理。如同字節(jié)跳動視頻架構(gòu)負(fù)責(zé)人、火山引擎視頻云架構(gòu)技術(shù)總監(jiān)王悅的介紹,現(xiàn)在市面上通用的視頻計算方案,就很少考慮過“加特效”這個在今天越來越常見的需求,于是原本炫酷的特效,經(jīng)過無差別的計算方案處理后,呈現(xiàn)到用戶面前卻變得模糊,馬賽克嚴(yán)重。

    而這又導(dǎo)致另一個讓視頻從業(yè)者頭疼的問題——今天的用戶越來越“挑剔”,1G 到 5G、360P 到 4K、從耳機能聽個響就行,到空間音頻加杜比音效都滿足不了愛好者的耳朵……技術(shù)的發(fā)展讓用戶“由奢入簡難”。模糊、延時、卡幀,這些視頻播放時的瑕疵,都會輕易影響用戶的觀感。

    加載中......令人崩潰丨giphy

    王悅提供了一組業(yè)內(nèi)觀察數(shù)據(jù):“云游戲業(yè)務(wù)下,延時超過 100 毫秒用戶就很難玩下去;實時通信延時超過 0.5 秒,用戶就能感受到不順暢;直播延時 2-3 秒,用戶的打賞或各個業(yè)務(wù)指標(biāo)就會受到很大影響?!?/p>

    嗯,現(xiàn)在知道為什么視頻平臺要耍那么多小把戲了吧。

    通用不行,讓異構(gòu)上

    既然通用的“灶”難以滿足不同食材的需求,那為食材專門設(shè)計灶呢?

    上世紀(jì) 80 年代,GPU(圖形處理器)出現(xiàn),與 CPU 相比,GPU 更擅長處理圖像,人們也開始探索更多樣的處理器方向。而隨著這些年算力需求的不斷提升,集合多個不同計算單元的異構(gòu)計算平臺受到關(guān)注。與通用平臺相比,異構(gòu)計算平臺能集合多個高性能處理器,并讓不同的處理器執(zhí)行其擅長的任務(wù),性能更好,靈活性更高。

    那專門處理視頻數(shù)據(jù)的異構(gòu)計算平臺應(yīng)該如何組合,火山引擎視頻云是這樣探索的:

    首先是火山引擎自研的視頻編解碼芯片。這是一款 ASIC(專用應(yīng)用集成電路)芯片,特點是可以依據(jù)不同產(chǎn)品的需求而專門設(shè)計和制造,并在使用時只執(zhí)行預(yù)設(shè)好的固定功能。它是目前各種計算單元的選擇中,能將低成本和高性能發(fā)揮到最佳的選擇。火山引擎為視頻轉(zhuǎn)碼加速場景專門設(shè)計的視頻編解碼芯片,重點關(guān)注其在壓縮效率、計算密度、延時和成本上的表現(xiàn)。目前該芯片服務(wù)器一臺的轉(zhuǎn)碼能力,就相當(dāng)于百臺CPU服務(wù)器的算力,能對幾乎全量的點播/直播視頻進行高質(zhì)量轉(zhuǎn)碼。

    ASIC 之外,則是搭配 FPGA 編碼器。FPGA 是一種可編程的半定制化電路,它的計算密度(單位面積內(nèi)晶體管的數(shù)量)和吞吐(單位時間內(nèi)芯片能夠處理的數(shù)據(jù)量)比 ASIC 稍遜,但它可擦寫,在使用時更為靈活?;鹕揭娴倪@款 FPGA 編碼器同樣主力支持轉(zhuǎn)碼、直播等應(yīng)用場景,整體編碼性能比行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編碼器提升 30%。

    而為了應(yīng)對更豐富的視頻業(yè)務(wù)場景,火山引擎視頻云還搭載了高密度 ARM 陣列服務(wù)器。ARM 是 Advanced RISC Machine 的縮寫,是一種精簡指令集計算機架構(gòu),常見于手機,平板電腦等小型設(shè)備中。它的功耗低、成本低、但同樣可以根據(jù)不同的應(yīng)用進行定制,是一個性價比較高的選擇。經(jīng)過火山引擎的設(shè)計,這款 ARM 陣列服務(wù)器相比通用的 x86 架構(gòu),成本可以節(jié)省至少 40%,同時因為實現(xiàn)了儲存和計算的分離,也為數(shù)據(jù)的安全提供了更高保障,適合云游戲、云手機、云測試等業(yè)務(wù)場景。

    大火的 GPU 也在此異構(gòu)計算平臺中占據(jù)一席之地,它由大量并行處理單元組成,可以使用多個處理器來執(zhí)行一個任務(wù),適合需要大量計算的任務(wù)。因此相較其他三個組件,它更能滿足深度學(xué)習(xí)、視頻畫質(zhì)檢測與剖析、質(zhì)量增強處理、XR 云端烘托等需求。那些未來的視頻場景,比如數(shù)字人、VR、AR 等,就主要靠它。

    可以看出,異構(gòu)計算平臺是一個搭配了各種火力的灶臺中心,為不同的食材提供最適合的火力。在綜合的視頻業(yè)務(wù)中,各計算單元也可以各司其職,讓效率和效果最大化。王悅表示,對服務(wù)提供商而言,這套計算方案在部分場景下的 TCO(總體擁有成本)成本可以下降 90%,用戶也能在幾乎全量的視頻服務(wù)中獲得高質(zhì)量體驗。

    芯片為啥非得自己造

    按需組裝異構(gòu)計算平臺還不是最終的做法,更進一步的做法是,連芯片都自己做。

    火山引擎視頻云中,視頻編解碼芯片、FPGA 編碼器、高密度 ARM 陣列服務(wù)器均為團隊自研。特別是視頻編解碼芯片,“它的確是能把高質(zhì)量和低成本做到極致的方案”,王悅說,但目前市面上的選擇,在密度、成本、能力上并不能完全滿足團隊需求。特別是火山引擎基于抖音集團,在視頻場景處理和算法上的積累,有著比第三方芯片設(shè)計更豐富的經(jīng)驗,于是,“只有自己做才能將優(yōu)勢做到極致”。

    這當(dāng)然不容易。算法是最難的部分,如何將壓縮率做到極致,“需要一點點摳”,而自研芯片所需的固定投入、人才儲備,都不是小數(shù)目。這幾乎是一個不容許失敗,否則損失巨大的項目。

    火山引擎團隊選擇一步步來,先從風(fēng)險較小的自研 FPGA 編碼器入手,驗證成功后,再往下自研 ASIC 芯片,一步步構(gòu)建整個計算平臺。整個研發(fā)過程花去火山引擎將近四年的時間,但好在效果不錯。先行研發(fā)的 FPGA 編碼器連續(xù)兩年獲評 MSU 最佳 FPGA 編碼器,自研編解碼芯片的壓縮效率比行業(yè)主流硬件編碼器提升30%,而高密度 ARM 陣列服務(wù)器也比同類產(chǎn)品在成本上節(jié)省40%。

    自研的另一個好處,是能對不斷增加的行業(yè)需求做出及時響應(yīng)。如前文提到,視頻處理需求已不局限于視頻行業(yè),各行各業(yè)都在自己的業(yè)務(wù)背景下對視頻提出要求。

    視像新生丨火山引擎

    火山引擎視頻云,則依托自研的異構(gòu)算力平臺,提供集視頻直播、視頻點播&智能處理、實時音視頻、圖片處理、企業(yè)直播、云游戲、云手機、慢直播等一站式音視頻產(chǎn)品服務(wù),針對金融、傳媒、汽車、云游戲等行業(yè)沉淀了一系列的行業(yè)場景化方案。團隊也準(zhǔn)備著隨時精進底層技術(shù),以保持對視頻發(fā)展新需求的回應(yīng)。

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