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????????近日,杭州當(dāng)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(qiáng)?可擴(kuò)展處理器助力當(dāng)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(shù)的最新研究與應(yīng)用,能夠?yàn)?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(yùn)會(huì)開幕式 8K 直播等大型活動(dòng)中得到落地實(shí)踐。以下為方案全文,摘自當(dāng)虹科技公眾號(hào)。

????????超高清視頻(4K 分辨率或以上)是對(duì)既有視頻應(yīng)用體驗(yàn)的一次重要顛覆,并被廣泛認(rèn)為是 5G 最重要的應(yīng)用場景之一。超高清視頻將對(duì)文化傳媒、公共安全、工業(yè)制造、交通、醫(yī)療等行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。同時(shí),發(fā)展超高清視頻,將為人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)等新一代信息技術(shù)提供重要支撐,推動(dòng)形成國際領(lǐng)先的新興信息產(chǎn)業(yè)集群。

????????在超高清視頻產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展浪潮中,杭州當(dāng)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(qiáng)?可擴(kuò)展處理器助力當(dāng)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(shù)的最新研究與應(yīng)用,能夠?yàn)?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(yùn)會(huì)開幕式 8K 直播等大型活動(dòng)中得到落地實(shí)踐。

????????背景:超高清視頻編碼帶來算力挑戰(zhàn)

????????超高清視頻正在引領(lǐng)信息技術(shù)重大變革,帶來重大的產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)遇。特別是隨著 5G 時(shí)代的來臨,超高清視頻有望成為最先行的 5G 應(yīng)用爆發(fā)入口。2018 年 10 月,我國首個(gè)超高清頻道開播;2019年 2 月,國家發(fā)布超高清產(chǎn)業(yè)行動(dòng)計(jì)劃,提出了“4K 先行、兼顧 8K”的總體技術(shù)路線;2020 年,5G+4K/8K/AI 亮相春晚,展示了超高清內(nèi)容的豐富表現(xiàn)力。根據(jù)我國《超高清視頻產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃(2019-2022年)》,預(yù)計(jì)2022年,超高清視頻產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達(dá)到4萬億元。

????????相對(duì)于標(biāo)清或者高清視頻而言,8K超高清視頻能為用戶帶來質(zhì)量更高、沉浸感更強(qiáng)的視覺體驗(yàn),但同時(shí)會(huì)帶來傳輸和存儲(chǔ)難題,選擇高壓縮率的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)就成為了重中之重。2016 年,中國數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) (AVS) 工作組發(fā)布了視頻編碼標(biāo)準(zhǔn):AVS2,包括編碼單元 (CU)、預(yù)測單元 (PU) 和變換單元 (TU),對(duì)于常規(guī)視頻的編碼效率與最新國際標(biāo)準(zhǔn) HEVC/H.265 相當(dāng),比上一代國家標(biāo)準(zhǔn) AVS1 以及國際標(biāo)準(zhǔn) 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(shù)據(jù)面前依然會(huì)出現(xiàn)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(shù)據(jù)的碼率會(huì)達(dá)到約 88.99Gbit/秒。若采用 AVS2 進(jìn)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(zhì)量和效率的編碼標(biāo)準(zhǔn)。

????????2019 年,新一代 AVS3 視頻標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)檔次制定完成,AVS3 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用了人工智能神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行編碼,相比 AVS2 編碼性能高出 23.52%,時(shí)間復(fù)雜度增加了一倍,解碼復(fù)雜度是 AVS2 參考軟件的一半。因此,AVS3 編碼標(biāo)準(zhǔn)在超高清編碼中得到了普遍應(yīng)用。但是,挑戰(zhàn)依然廣泛存在。

????????●算法復(fù)雜程度高,計(jì)算能力有待提升。超高清視頻要求實(shí)現(xiàn)低碼率、高畫質(zhì)、高并發(fā)、低延時(shí),特別是 AVS3 編碼提高了時(shí)間復(fù)雜度,再加上 8K 龐大的數(shù)據(jù)量,意味著其工作負(fù)載遠(yuǎn)超高清時(shí)代。這對(duì)于編碼器的硬件資源,特別是 CPU 等計(jì)算資源性能提出了更高要求。

????????●多標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn),編碼器需要提供對(duì)于這些標(biāo)準(zhǔn)的兼容能力,以應(yīng)對(duì)更廣泛的需求。在輸出格式方面,由于不同后端系統(tǒng)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(duì)于畫質(zhì)提出越來越高的要求。在需要更高壓縮率的同時(shí),用戶也對(duì)于畫質(zhì)提出了更高的要求。超高清視頻服務(wù)提供商正在尋求通過人工智能 (AI) 等技術(shù),以更小的碼率實(shí)現(xiàn)更高的畫質(zhì)。例如,方案能夠通過深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)視頻畫面內(nèi)容進(jìn)行感知,優(yōu)化主觀體驗(yàn)和智能調(diào)節(jié)編碼,對(duì)視頻進(jìn)行畫質(zhì)增強(qiáng),提升視覺效果,而這也考驗(yàn)著方案的 AI 算力。

????????第三代英特爾?至強(qiáng)?可擴(kuò)展處理器助力當(dāng)虹科技8K AVS3 超高清一站式解決方案

????????當(dāng)虹科技 Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案主要服務(wù)于電視臺(tái)、IPTV、有線網(wǎng)絡(luò)、電信運(yùn)營商等行業(yè)用戶,為 8K 超高清直播提供一站式解決方案。系統(tǒng)接收 12G-SDI *4 信號(hào),經(jīng)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(tǒng)。此外,也可以輸出 ASI 到指定端口,滿足機(jī)頂盒、智能電視、大屏等多終端的視頻直播需求。

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????????Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案搭載了第三代英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器,該處理器提供了 8 個(gè)插槽配置的多插槽內(nèi)核計(jì)數(shù)密度,每個(gè)處理器最多可達(dá) 40個(gè)核心,與第二代英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)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(yīng)用提供了卓越的性能基礎(chǔ)。

????????針對(duì) 8K 超高清視頻的編碼過程復(fù)雜的特點(diǎn),當(dāng)虹科技還采用了第三代英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器的英特爾?AVX-512 指令集等創(chuàng)新技術(shù)。英特爾?AVX-512 集成了增強(qiáng)單指令多數(shù)據(jù)流(Single Instruction Multiple Data,SIMD),實(shí)現(xiàn)了對(duì)于通用計(jì)算能力和并行計(jì)算能力的兼顧。當(dāng)虹科技的內(nèi)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(nèi)預(yù)測、運(yùn)動(dòng)估計(jì)、DCT變換模塊性能相對(duì)于英特爾?AVX2 均有提升,編碼整體性能提升 10% 以上。

????????同時(shí),Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案還集成了 AI 技術(shù),通過不同場景、高低分辨率的差別學(xué)習(xí)和 AI 訓(xùn)練,最終實(shí)現(xiàn)低碼率、高畫質(zhì)。得益于第三代英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器集成的采用矢量神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)指令(VNNI)的英特爾? 深度學(xué)習(xí)加速(英特爾? DL Boost)技術(shù),解決方案能夠充分提高 AI 應(yīng)用中計(jì)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(yīng)用帶來的算力需求。

????????為了驗(yàn)證第三代英特爾?至強(qiáng)?可擴(kuò)展處理器帶來的性能提升,當(dāng)虹科技進(jìn)行了測試。

????????測試數(shù)據(jù)顯示,兩個(gè)測試平臺(tái)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%。

????????隨后,當(dāng)虹科技還測試了在性能指標(biāo)一致(32fps/單節(jié)點(diǎn))的前提下,兩個(gè)平臺(tái)的成本對(duì)比。

????????測試數(shù)據(jù)所示,基于第三代處理器的總體成本,對(duì)比第二代處理器的總體成本,降低了高達(dá) 28.6%。

????????收益:為行業(yè)用戶提供卓越的超高清編碼方案

????????通過在超高清領(lǐng)域長期的技術(shù)創(chuàng)新,以及第三代英特爾? 至強(qiáng)? 可擴(kuò)展處理器的應(yīng)用,當(dāng)虹科技 Arcvideo 8K AVS3 編碼解決方案實(shí)現(xiàn)了高性能、高靈活性等優(yōu)勢(shì),能夠助力用戶快速跨越到超高清時(shí)代。

????????●基于AVS3編碼標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)低碼率、高畫質(zhì)。AVS3標(biāo)準(zhǔn)采用了更靈活的塊劃分結(jié)構(gòu)、更精細(xì)的預(yù)測模式、更具適應(yīng)性的變換核,比AVS2節(jié)省約30%的碼率,顯著提升編碼效率。當(dāng)虹科技是全國首家在8K AVS3編碼標(biāo)準(zhǔn)上商業(yè)落地的廠商。例如,2020年央視春晚,采用當(dāng)虹8K AVS3編碼器壓縮成120Mb碼流,統(tǒng)一傳輸?shù)饺珖鄠€(gè)城市戶外大屏,實(shí)現(xiàn)同步播出。

????????●AI提升畫質(zhì)。基于圖像分析及主觀視覺的編碼模型,通過數(shù)十萬素材庫的深度學(xué)習(xí)超分技術(shù),以及不同場景、高低分辨率差別學(xué)習(xí)和AI訓(xùn)練,智能超分辨率插點(diǎn),已應(yīng)用于8K編碼,提升編轉(zhuǎn)碼畫質(zhì)。

????????●滿足多標(biāo)準(zhǔn)、多格式要求。首先,當(dāng)虹科技的編碼器能滿足AVS3、HEVC等不同標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)碼成適合各種設(shè)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(tǒng)的終端設(shè)備上正常播放。再次,支持豐富的輸入流協(xié)議,大幅擴(kuò)展業(yè)務(wù)形態(tài)。最后,支持豐富的輸出流協(xié)議,實(shí)現(xiàn)真正的多屏播放。

????????●四級(jí)直播安全保障。從設(shè)備級(jí)、信號(hào)級(jí)、系統(tǒng)級(jí)到管理級(jí),提供獨(dú)有的四級(jí)直播安全保障,充分保障直播安全,已通過各平臺(tái)中上萬路直播的7*24小時(shí)安全穩(wěn)定運(yùn)行考驗(yàn),服務(wù)于國內(nèi)60家以上的省級(jí)或以上的廣電及運(yùn)營商用戶。

????????展望:以技術(shù)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)超高清視頻行業(yè)變革

????????隨著 5G 等創(chuàng)新技術(shù)的大規(guī)模落地,超高清應(yīng)用將在未來幾年實(shí)現(xiàn)高速的發(fā)展。在此過程中,第三代英特爾?至強(qiáng)?可擴(kuò)展處理器助力當(dāng)虹科技8K AVS3 超高清一站式解決方案,將進(jìn)一步發(fā)揮在性能、靈活性、安全性、經(jīng)濟(jì)性等方面的優(yōu)勢(shì),為電視臺(tái)、IPTV、電信運(yùn)營商等行業(yè)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(zhàn)。

????????在超高清產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中,當(dāng)虹科技將憑借專業(yè)產(chǎn)品、技術(shù)與服務(wù)的不斷創(chuàng)新,以及行業(yè)市場拓展經(jīng)驗(yàn)的積累,與英特爾保持密切的合作伙伴關(guān)系,結(jié)合 AVS2、AVS3、HEVC 編碼技術(shù)及 AI 技術(shù),堅(jiān)持 “4K 先行、兼顧 8K” 的技術(shù)路線,致力于為 5G 時(shí)代的超高清提供解決方案。

《電鰻快報(bào)》