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云計算視頻非編應用的技術解析
1. GPU直通和vGPU解析

GPU 直通技術通過VT-d 技術，將物理GPU 透傳給某一個虛擬機，使虛擬機能夠完全擁有物理GPU 的資源與性能，該方式避免了舊有GPU共享模式帶來的抽象層開銷，而且交付的性能能夠與傳統(tǒng)工作站相媲美。

GPU虛擬化，也可稱為vGPU模式。vGPU技術采用圖形命令重定向架構，在虛擬機的虛擬GPU驅動中截獲圖形命令調用，并轉發(fā)到主機端，在主機端的物理GPU 上處理圖形命令。隨著GPU技術的快速發(fā)展，GPU已經可以像其他服務器其他組件一樣進行虛擬化，與傳統(tǒng)的GPU共享模式不同，vGPU不需要額外的抽象層或API的轉換，延時更低。相比GPU直通模式，vGPU可以同時在多個虛擬機之間共享GPU，提升GPU的使用效率，降低投資。

理論上vGPU的模式可以為廣電客戶帶來更大的經濟收益以及最大的資源靈活度，但從目前的測試和使用情況來看，GPU虛擬化在融合媒體云平臺4K或多軌高清制作應用場景，尤其在負載比較大的情況下，其用戶體驗稍低于GPU直通的效果，但兩者在一般的高清精編和粗編應用中差別不大。本文主要對GPU直通相關的2種非編方案進行介紹。

2. 基于GPU直通的非編方案

GPU直通方式既可以滿足對GPU性能要求較高的特技、渲染、精編制作，同時又可以滿足低碼率的粗編、新媒體類的編輯制作，給予融合媒體云更大的需求適應度。

對于服務器的形態(tài)，我們推薦采用刀片式。每臺刀片服務器配備相應數(shù)量的顯卡，為非編資源池構成底層支持平臺。方案通過引入服務器虛擬化技術、GPU資源池化技術、GPU直通技術、虛擬桌面架構（VDI）技術，構建云非編制作資源池。其實現(xiàn)如下圖所示：

具體實現(xiàn)方式為，在刀片服務器上部署虛擬化層，虛擬化管理系統(tǒng)將物理服務器虛擬成多個虛機，并將刀片服務器上的GPU卡構建成GPU資源池，虛擬機在啟動的時候動態(tài)從資源池中獲取GPU硬件資源，將GPU直通映射到虛擬機上，然后在虛機上安裝操作系統(tǒng)、遠程桌面協(xié)議以及非編應用軟件，形成云非編工作站。用戶使用PC機或者瘦客戶機通過支持高清視頻穩(wěn)定傳輸?shù)淖烂鎱f(xié)議訪問云非編工作站虛機，所有的非編處理工作都在后臺完成，前端只是鍵盤、鼠標操作以及顯示制作畫面。非編工作站虛擬機在關閉的時候自動釋放GPU硬件資源到GPU資源池，可被其他非編工作站虛機調用。

3. 基于Moonshot微卡的非編方案

Moonshot System 在當今業(yè)界獨具特色。它在基礎設施設計上進步巨大，在4.3U的主機內擴展提供45路服務器，較傳統(tǒng)服務器節(jié)約能耗89%、節(jié)省占用空間80%、降低成本77%。Moonshot System用更節(jié)能的 SoC（系統(tǒng)級芯片）替換一般用途的處理器，SoC 中包含針對特定工作負載定制的集成加速器。Moonshot機箱中包含傳統(tǒng)服務器中常見的一切資源，包括電源、散熱、管理、交換機和網絡上行鏈路均在密集分布的 45 個熱插拔服務器模組之間共享，這使得不必相應地增加復雜性和管理開銷，即可實現(xiàn)大型擴展。

各個電視臺時常面臨的挑戰(zhàn)是，如何以不同的格式和分辨率為用戶制作越來越多的節(jié)目內容。而且，即將采用的超高清（4k、8k）電視將需要視頻編輯工作站提供更高的處理能力，這為現(xiàn)有的工作站帶來更大的壓力。H3C憑借Moonshot上的m710 服務器模組重新界定了用于視頻非編和轉碼應用的計算基礎設施的經濟效益，以 SD 的價格提供高清的性能，使流量增長了20倍。m710 由 Intel Iris Pro Graphics P5200 處理器驅動，使您能夠擴展產品，采用新格式，為未來做好準備，而無需大規(guī)模地擴張數(shù)據中心設施。

如果客戶對傳統(tǒng)基于X86機架服務器的非編工作站的強勁性能、資源獨占性有偏好，但又不喜歡它的資源閑置浪費、無法隨時隨地處理工作的缺陷，基于Moonshot的視頻非編方案將會是一個很好的替代選擇，該方案如下：

每片M710p微卡安裝win7/win8 X64作為物理桌面，并安裝視頻非編應用軟件，發(fā)布給客戶端，客戶端可以是瘦客戶機也可以是移動設備?？蛻舳松习惭bRGS遠程圖形軟件，通過網絡接入到M710p上，在微卡服務器端完成視頻非編處理，RGS將圖像壓縮后傳給客戶端，客戶端上的鼠標、鍵盤操作實時反饋回微卡服務器。

客戶如果想采用云非編更為先進、主流的技術，可采用H3C基于刀片服務器虛擬化的GPU直通虛機技術，同樣能輕松面對重負載的視頻編輯渲染工作。

4. 4K非編方案的探討

4K 無疑是近幾年很火的一個話題，無論是4K電影、4K電視還是4K錄像機都成了我們追逐的潮流，從2016年初的CCBN到各個宣傳媒介都有提及。根據超高清電視標準規(guī)劃（EBU），我們國家從2014年起 至2020年，將分階段逐步引入4K以及8K。

我們知道圖像的大小可以用像素分辨率來表示。而我們經常所說的全高清視頻也叫做1080P視頻其實分辨率就是1920×1080。而4K則一般指畫面分辨率達到3840×2160，即橫向3840個像素，縱向2160個像素。然而由于使用范圍的差異，4K分辨率也存在著各種差異。例如：Full Aperture 4K的4096*3112、Academy 4K的3656*2664等。和普通高清視頻相比，同樣精度下，4K能展現(xiàn)更多的畫面；而在同樣大小的畫面下，4K則能容納更多的信息量。

4K不是簡單節(jié)目清晰度的提升，對于整個相關產業(yè)的變化都是翻天覆地的：

● 4K攝像設備（光電參數(shù)、視頻參數(shù)、接口與格式）

● 4K演播室（轉播車）系統(tǒng)和設備（視頻參數(shù)、接口與格式）

● 4K后期制作系統(tǒng)和設備（視頻參數(shù)、接口與格式、圖像質量、通道指標、聲畫同步）

● 4K傳輸編碼測試（ES分析、視頻參數(shù)、圖像質量、通道指標、聲畫同步、）

● 4K顯示設備測試（顯示性能）

撇開專屬設備，我們這里就簡單討論一下，4K來臨之后對GPU、計算、存儲、網絡、VDI等各個組件需求：

● VDI：

云非編除了效果性能接近或者等同于傳統(tǒng)非編工作站，我們關注更多的是能為管理、運維帶來便利性。而VDI的核心是遠程圖形協(xié)議對視頻類應用的優(yōu)化程度。RGS專注于視頻協(xié)議多年，無論是全球還是中國的電視臺都有良好的口碑。

● GPU：
在高清時代，我們可能還面臨以往vGPU和GPU直通的選擇，到了4K，我認為就全面進入了視頻編輯的重負載時代，這時候，GPU直通就是不二的選擇了。

● 計算：
其實，到高清時代，經過我們的多個測試和實際項目中最佳實踐，GPU已經不是瓶頸，當今GPU的編輯、渲染能力已經滿足高清的需求，到4K瓶頸更是在CPU上，因此，高主頻的CPU是我們更為看重的。

● 存儲、網絡：
4K視頻節(jié)目制作其實對基礎架構層影響最大的還是存儲和網絡的帶寬與延遲。4K視頻的制作貫穿了編輯人員的創(chuàng)作過程，通過非線性編輯軟件，對多個視頻源進行剪輯、添加特效，整個過程一旦出現(xiàn)丟幀，任務就可能失敗，4K一般使用30幀素材，要求存儲系統(tǒng)時延穩(wěn)定于30ms以內；視頻碼流已經從高清的100Mbps~120Mbps上升到4K的400Mbps~1Gbps。如果是體育報道及新聞類節(jié)目制作至少需要對3~4層視頻做編輯。也就是說，存儲系統(tǒng)需要為每臺非編工作站/云非編提供高達4Gbps帶寬，且時延需穩(wěn)定在30ms以內。