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當虹科技 &英特爾:聯合升級8K AVS3 編碼解決方案

時間:2021-11-30來源:互聯網 作者:編輯 點擊:
近日,杭州當虹科技股份有限公司與英特爾合作,推出了《第三代英特爾至強可擴展處理器助力當虹科技8K AVS3 超高清一站式解決方案》。該方案是基于 AVS3 的 8K 超高清壓縮編碼技術的最

近日,杭州當虹科技股份有限公司與英特爾合作,推出了《第三代英特爾至強可擴展處理器助力當虹科技8K AVS3 超高清一站式解決方案》。該方案是基于 AVS3 的 8K 超高清壓縮編碼技術的最新研究與應用,能夠為 8K 超高清直播提供一站式解決方案,目前已在央視 8K 春晚直播、全運會開幕式 8K 直播等大型活動中得到落地實踐。以下為方案全文,摘自當虹科技公眾號。

超高清視頻4K 分辨率或以上是對既有視頻應用體驗的一次重要顛覆,并被廣泛認為是 5G 最重要的應用場景之一。超高清視頻將對文化傳媒、公共安全、工業制造、交通、醫療等行業產生深遠影響。同時,發展超高清視頻,將為人工智能、虛擬現實等新一代信息技術提供重要支撐,推動形成國際領先的新興信息產業集群。

在超高清視頻產業的快速發展浪潮中,杭州當虹科技股份有限公司與英特爾合作,推出了《第三代英特爾至強可擴展處理器助力當虹科技8K AVS3 超高清一站式解決方案》。該方案是基于 AVS3 的 8K 超高清壓縮編碼技術的最新研究與應用,能夠為 8K 超高清直播提供一站式解決方案,目前已在央視 8K 春晚直播、全運會開幕式 8K 直播等大型活動中得到落地實踐。

背景:超高清視頻編碼帶來算力挑戰

超高清視頻正在引領信息技術重大變革,帶來重大的產業發展機遇。特別是隨著 5G 時代的來臨,超高清視頻有望成為最先行的 5G 應用爆發入口。2018 年 10 月,我國首個超高清頻道開播;2019年 2 月,國家發布超高清產業行動計劃,提出了“4K 先行、兼顧 8K”的總體技術路線;2020 年,5G+4K/8K/AI 亮相春晚,展示了超高清內容的豐富表現力。根據我國《超高清視頻產業發展行動計劃2019-2022年》,預計2022年,超高清視頻產業規模將達到4萬億元。

相對于標清或者高清視頻而言,8K超高清視頻能為用戶帶來質量更高、沉浸感更強的視覺體驗,但同時會帶來傳輸和存儲難題,選擇高壓縮率的視頻編碼標準就成為了重中之重。2016 年,中國數字音視頻編解碼技術標準 AVS 工作組發布了視頻編碼標準:AVS2,包括編碼單元 CU、預測單元 PU 和變換單元 TU,對于常規視頻的編碼效率與最新國際標準 HEVC/H.265 相當,比上一代國家標準 AVS1 以及國際標準 AVC/H.264 的效率提高 1 倍。

但是,即使是高編碼效率的 AVS2,在超高清視頻龐大的數據面前依然會出現效率不足的問題。以 8K、10bit、120 幀/秒的 YUV420 格式的超高清視頻為例,原始數據的碼率會達到約 88.99Gbit/秒。若采用 AVS2 進行壓縮,壓縮碼率約 310Mbit/秒,帶寬傳輸壓力極大,迫切需要更高質量和效率的編碼標準。

2019 年,新一代 AVS3 視頻標準基準檔次制定完成,AVS3 標準應用了人工智能神經網絡技術進行編碼,相比 AVS2 編碼性能高出 23.52,時間復雜度增加了一倍,解碼復雜度是 AVS2 參考軟件的一半。因此,AVS3 編碼標準在超高清編碼中得到了普遍應用。但是,挑戰依然廣泛存在。

●算法復雜程度高,計算能力有待提升。超高清視頻要求實現低碼率、高畫質、高并發、低延時,特別是 AVS3 編碼提高了時間復雜度,再加上 8K 龐大的數據量,意味著其工作負載遠超高清時代。這對于編碼器的硬件資源,特別是 CPU 等計算資源性能提出了更高要求。

●多標準并存,多格式并存。除了 AVS2/AVS3 之外,仍有不少的超高清場景在使用HEVC、VVC 等編碼標準,編碼器需要提供對于這些標準的兼容能力,以應對更廣泛的需求。在輸出格式方面,由于不同后端系統需求不同,要滿足不同格式需求,例如 TS over UDP、Apple Hls Over HTTP 等。

●用戶對于畫質提出越來越高的要求。在需要更高壓縮率的同時,用戶也對于畫質提出了更高的要求。超高清視頻服務提供商正在尋求通過人工智能 AI 等技術,以更小的碼率實現更高的畫質。例如,方案能夠通過深度神經網絡對視頻畫面內容進行感知,優化主觀體驗和智能調節編碼,對視頻進行畫質增強,提升視覺效果,而這也考驗著方案的 AI 算力。

第三代英特爾至強可擴展處理器助力當虹科技8K AVS3 超高清一站式解決方案

當虹科技 Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案主要服務于電視臺、IPTV、有線網絡、電信運營商等行業用戶,為 8K 超高清直播提供一站式解決方案。系統接收 12G-SDI 4 信號,經過編碼處理后,最終以 TS over UDP、Apple HLS Over HTTP、TS Over HTTP、SRT 等方式,一次性輸出到后端系統。此外,也可以輸出 ASI 到指定端口,滿足機頂盒、智能電視、大屏等多終端的視頻直播需求。

圖1:當虹科技 Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案應用示意圖

Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案搭載了第三代英特爾 至強 可擴展處理器,該處理器提供了 8 個插槽配置的多插槽內核計數密度,每個處理器最多可達 40個核心,與第二代英特爾 至強 可擴展處理器相比,性能平均提升 1.46 倍,并在吞吐量和 CPU 頻率方面均有顯著提高,為視頻編碼等性能密集型應用提供了卓越的性能基礎。

針對 8K 超高清視頻的編碼過程復雜的特點,當虹科技還采用了第三代英特爾 至強 可擴展處理器的英特爾AVX-512 指令集等創新技術。英特爾AVX-512 集成了增強單指令多數據流Single Instruction Multiple Data,SIMD,實現了對于通用計算能力和并行計算能力的兼顧。當虹科技的內部測試顯示,在采用英特爾AVX-512 矢量并行處理后,在適合像素并行的幀內預測、運動估計、DCT變換模塊性能相對于英特爾AVX2 均有提升,編碼整體性能提升 10 以上。

同時,Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案還集成了 AI 技術,通過不同場景、高低分辨率的差別學習和 AI 訓練,最終實現低碼率、高畫質。得益于第三代英特爾 至強 可擴展處理器集成的采用矢量神經網絡指令VNNI的英特爾 深度學習加速英特爾 DL Boost技術,解決方案能夠充分提高 AI 應用中計算資源和緩存的利用率,減少潛在的帶寬資源瓶頸,滿足 AI 應用帶來的算力需求。

為了驗證第三代英特爾至強可擴展處理器帶來的性能提升,當虹科技進行了測試。

測試數據顯示,兩個測試平臺在 CPU 成本基本一致的前提下,第三代處理器的性能,比第二代處理器提升了 12.5如圖 2。

隨后,當虹科技還測試了在性能指標一致32fps/單節點的前提下,兩個平臺的成本對比。

測試數據如圖 3 所示,基于第三代處理器的總體成本,對比第二代處理器的總體成本,降低了高達 28.6。

  收益:為行業用戶提供卓越的超高清編碼方案

通過在超高清領域長期的技術創新,以及第三代英特爾 至強 可擴展處理器的應用,當虹科技 Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案實現了高性能、高靈活性等優勢,能夠助力用戶快速跨越到超高清時代。

●基于AVS3編碼標準,實現低碼率、高畫質。AVS3標準采用了更靈活的塊劃分結構、更精細的預測模式、更具適應性的變換核,比AVS2節省約30的碼率,顯著提升編碼效率。當虹科技是全國首家在8K AVS3編碼標準上商業落地的廠商。例如,2020年央視春晚,采用當虹8K AVS3編碼器壓縮成120Mb碼流,統一傳輸到全國多個城市戶外大屏,實現同步播出。

●AI提升畫質?;趫D像分析及主觀視覺的編碼模型,通過數十萬素材庫的深度學習超分技術,以及不同場景、高低分辨率差別學習和AI訓練,智能超分辨率插點,已應用于8K編碼,提升編轉碼畫質。

●滿足多標準、多格式要求。首先,當虹科技的編碼器能滿足AVS3、HEVC等不同標準的8K HDR格式編碼,支持完整8K畫面編碼輸出,保障輸出畫面的完整性和流暢性。其次,能夠一次性將直播畫面轉碼成適合各種設備播放的格式和分辨率的多條直播流,從而在 iOS、Android、Windows 等各種系統的終端設備上正常播放。再次,支持豐富的輸入流協議,大幅擴展業務形態。最后,支持豐富的輸出流協議,實現真正的多屏播放。

●四級直播安全保障。從設備級、信號級、系統級到管理級,提供獨有的四級直播安全保障,充分保障直播安全,已通過各平臺中上萬路直播的724小時安全穩定運行考驗,服務于國內60家以上的省級或以上的廣電及運營商用戶。

展望:以技術創新驅動超高清視頻行業變革

隨著 5G 等創新技術的大規模落地,超高清應用將在未來幾年實現高速的發展。在此過程中,第三代英特爾至強可擴展處理器助力當虹科技8K AVS3 超高清一站式解決方案,將進一步發揮在性能、靈活性、安全性、經濟性等方面的優勢,為電視臺、IPTV、電信運營商等行業用戶的 8K 超高清直播提供一站式解決方案,幫助客戶化解 8K 編碼帶來的巨大挑戰。

在超高清產業的發展中,當虹科技將憑借專業產品、技術與服務的不斷創新,以及行業市場拓展經驗的積累,與英特爾保持密切的合作伙伴關系,結合 AVS2、AVS3、HEVC 編碼技術及 AI 技術,堅持 “4K 先行、兼顧 8K” 的技術路線,致力于為 5G 時代的超高清提供解決方案。

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