今年以來，疫情讓互動課堂、線上會議、連麥等實時互動的場景迅速升溫，數(shù)千萬、數(shù)億人的同時在線本來對網(wǎng)絡(luò)就是一場巨大的考驗，低延遲直播更對算力和網(wǎng)絡(luò)提出前所未有的挑戰(zhàn)。
作為在視頻云領(lǐng)域一流的技術(shù)服務(wù)提供商，金山云不斷在低延遲算法上進行探索優(yōu)化，讓碼率帶寬更加節(jié)省。
低延遲深度算法優(yōu)化 帶寬壓縮12%~17%
眾所周知，低延遲直播需要具備較為苛刻的限制條件：1.帶寬受限且面臨弱網(wǎng)壓力;2.對延遲的要求高;3.視頻畫面中變化并不豐富。用戶對于編碼、分發(fā)、渲染的延遲和畫質(zhì)損失的感知越低體驗越好，就需要結(jié)合著三個客觀條件進行針對性的優(yōu)化。本文主要圍繞第三點來講述金山云低延遲直播的視頻編碼引擎算法優(yōu)化。
人眼具有視覺掩蔽效應(yīng)，對于不同平坦度、紋理、運動速度的畫面內(nèi)容，人眼敏感度不同。在損失相同的信息量的條件下，相對平坦或者靜止區(qū)域的信息損失往往更容易被人眼察覺，而相對的紋理復(fù)雜或者更動態(tài)區(qū)域的畫質(zhì)損失則更易被人忽視。這成為金山云低延遲直播編碼器優(yōu)化的理論依據(jù)，有基于此，金山云從編碼器上對算法進行了深度的優(yōu)化。
在碼率控制層面，很多編碼器都會在量化階段根據(jù)圖像的復(fù)雜度來進行塊級別QP(Quant Param,量化參數(shù))值的調(diào)整，與它們不同的是，金山云則進一步在像素級進行QP的優(yōu)化。簡單地講，在變換編碼階段之前根據(jù)人眼主觀在各像素的最大損失容忍度模型，調(diào)整像素殘差以減小圖像頻譜中的高頻分量值。優(yōu)勢在于能夠精細地保留像素級細節(jié)，同時所生成的特征圖較為直觀且具備可解釋性，有利于后續(xù)調(diào)參，也使得其在編碼器層面變得可控。
在GOP(Group of Pictures,圖片組)層面，由于在同一個GOP序列內(nèi)的不同幀畫面具備不同的level(層級)，level較高的幀會被其它level較低的幀所頻繁參考，這就意味著一旦高level的幀畫質(zhì)產(chǎn)生損失，就會造成漣漪效應(yīng)，使得參考幀產(chǎn)生不同程度的畫質(zhì)損失(如圖2所示)，但卻不會影響其碼率。
基于此，金山云將一個GOP內(nèi)的所有幀的畫質(zhì)損失表示成率失真優(yōu)化問題，以幀間依賴關(guān)系作為中間變量，將幀間依賴系數(shù)轉(zhuǎn)化為失真系數(shù)，在一定的參數(shù)空間內(nèi)尋找最合理的量化參數(shù)，從而保證在一定的碼率約束條件下得到最優(yōu)的編碼參數(shù)以獲得更好的畫質(zhì)。
經(jīng)過在碼率控制和GOP層面一系列的編碼算法優(yōu)化后，金山云低延遲視頻編碼引擎在獲得相同主觀畫質(zhì)感受的前提下,能夠?qū)拤嚎s12%~17%。
下一代編解碼+集智高清加速低延遲直播體驗升級
不僅如此，在編解碼方面，金山云是業(yè)內(nèi)為數(shù)不多的覆蓋從編碼、轉(zhuǎn)碼到解碼全鏈路支持x265的服務(wù)廠商。經(jīng)過五年時間打磨，金山云KSC265產(chǎn)品除了支持手機移動端、PC全機型，還獨家支持Web端播放。在碼率控制、碼率分配、自適應(yīng)量化上，KSC265可實現(xiàn)30%-50%帶寬成本節(jié)省。今年4月份，金山云正式上線的直播AI集智高清產(chǎn)品，在同等畫質(zhì)下壓縮率最高可達50.65%。
此外，金山云投入大量的人力、物力，不斷地進行著基于AV1標(biāo)準(zhǔn)的下一代編碼器--KAV1的研發(fā)。相較于KSC265的基線水平，KAV1能夠繼續(xù)增加10%以上的壓縮率，并將于近期發(fā)布可商用版本。
目前，金山云擁有兩個大型轉(zhuǎn)碼中心，支持10萬路直播轉(zhuǎn)碼并發(fā)及百萬級點播轉(zhuǎn)碼并發(fā)，可隨時開啟KSC265和集智高清服務(wù)，以完善的轉(zhuǎn)碼基礎(chǔ)架構(gòu)和高效率的轉(zhuǎn)碼技術(shù)，為客戶業(yè)務(wù)提供保障。
當(dāng)然，對于帶寬受限、弱網(wǎng)等環(huán)境，金山云也提供QUIC、CMAF等技術(shù)支撐。金山云擁有遍布全球多個國家的CDN分布節(jié)點，是業(yè)內(nèi)較早在CDN節(jié)點實現(xiàn)RTMP、 HTTP+FLV、 HLS支持H.265的云服務(wù)企業(yè)，并全面實現(xiàn)over QUIC推流和拉流的CDN廠商。同時，金山云CDN還支持直播多流擇優(yōu)方案，提供穩(wěn)定的性能、透明的數(shù)據(jù)服務(wù)體制。
未來，隨著在低延遲直播編解碼技術(shù)上的不斷提升優(yōu)化,金山云將致力于為用戶打造高品質(zhì)的直播互動體驗，并和業(yè)界同仁一起推動視頻產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
