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cVideo云轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)

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更新時間：2022-01-18 16:49:23瀏覽次數(shù)：198次

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產(chǎn)品簡介

背景隨著前端攝像機的清晰度不斷提升，其碼流和數(shù)據(jù)量成倍增長

詳細介紹

背景

隨著前端攝像機的清晰度不斷提升，其碼流和數(shù)據(jù)量成倍增長。然而一些終端的處理能力有限，無法支持高清的分辨率；或者需要用到公網(wǎng)傳輸，帶寬無法滿足高清的碼流的需求等。視頻轉(zhuǎn)碼是一個高運算負荷的過程，需要對輸入的視頻流進行全解碼、視頻過濾/圖像處理、并且對輸出格式進行全編碼。由于視頻轉(zhuǎn)碼計算量很大，單一的計算機不可能實現(xiàn)整個監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)的攝像頭實時視頻數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)碼。cVideo研發(fā)了云端轉(zhuǎn)碼技術(shù)，將視頻轉(zhuǎn)碼計算放大云端，實現(xiàn)整個系統(tǒng)內(nèi)的實時視頻轉(zhuǎn)碼，以滿足用戶對不同分辨率，不同碼流，不同終端的使用需求。

產(chǎn)品簡介

視頻云轉(zhuǎn)碼平臺是云創(chuàng)大數(shù)據(jù)自主研發(fā)的基于云架構(gòu)綜合調(diào)度平臺的視頻處理軟件，它可對現(xiàn)有視頻文件按不同格式、分辨率等參數(shù)進行分布式轉(zhuǎn)碼，達到負載均衡、統(tǒng)一管理，任務(wù)分發(fā)等功能目標(biāo)，操作簡單便捷，存儲性能可靠。

架構(gòu)概述

cVideo的云端轉(zhuǎn)碼平臺

中心服務(wù)器

負責(zé)獲取用戶從客戶端或者其他的上層系統(tǒng)發(fā)出的指令，使用JobKeeper綜合調(diào)度各個系統(tǒng)集群，實現(xiàn)整套cVideo的控制機制。

cStor存儲服務(wù)器

用以長期存儲視頻數(shù)據(jù)，以備調(diào)閱及重新處理等需求。

cProc處理服務(wù)器

提供視頻文件的云端轉(zhuǎn)碼所需的大規(guī)模數(shù)據(jù)處理能力和分布式處理方式。

Web界面

與用戶的交互平臺，用以向中心服務(wù)器發(fā)送各種控制指令。

上圖簡要描述了cVideo的云端轉(zhuǎn)碼平臺。用戶可以將需要轉(zhuǎn)碼的任意格式、任意分辨率的視頻文件存儲到cStor存儲服務(wù)器中，然后通過客戶端的Web操作頁面，根據(jù)需求提交轉(zhuǎn)碼請求，系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的切片數(shù)量，對源文件的大小和時間軸長度進行拆分轉(zhuǎn)碼任務(wù)。通過JobKeeper云調(diào)度系統(tǒng)，自動負載均衡，將其分發(fā)到相應(yīng)的處理節(jié)點，待分布式的轉(zhuǎn)碼完成后，再進行中間結(jié)果文件的合并與時間軸重構(gòu)，并將視頻文件存放在cStor的位置。這些視頻文件經(jīng)過索引建立一一對應(yīng)關(guān)系，在cProc云處理集群中進行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對視頻文件的轉(zhuǎn)碼，并將結(jié)果保存在cStor存儲服務(wù)器中。

cVideo云轉(zhuǎn)碼Web客戶端界面如下所示：

Web客戶端界面

cVideo云端轉(zhuǎn)碼平臺構(gòu)架

cVideo云端轉(zhuǎn)碼平臺，是在服務(wù)器集群上部署一整套基于云架構(gòu)的視頻處理軟件，包括接入層、處理層、資源層、調(diào)度控制模塊。

上圖為簡化的cVideo云轉(zhuǎn)碼平臺框圖，其核心內(nèi)容是對各類視頻文件的轉(zhuǎn)碼。基于云計算的模式，采取海量分布式JobKeeper云調(diào)度架構(gòu)，以集群的形式共同對外服務(wù)。實現(xiàn)云端轉(zhuǎn)碼、動態(tài)伸縮、監(jiān)控管理等需求。將轉(zhuǎn)碼好的視頻文件保存于cStor存儲服務(wù)器中，并給用戶提供對應(yīng)接口方便調(diào)用。

方案涉及技術(shù)分析

根據(jù)以上方案架構(gòu)，涉及到的具體技術(shù)包括了cVideo的云端轉(zhuǎn)碼技術(shù)、JobKeeper云調(diào)度方法、cProc云處理框架、以及cStor云存儲技術(shù)。其中cVideo的云端轉(zhuǎn)碼技術(shù)負責(zé)實現(xiàn)視頻文件的拆分、轉(zhuǎn)碼、合成等上述功能，而JobKeeper和cProc負責(zé)綜合管理和統(tǒng)一調(diào)度，實現(xiàn)云內(nèi)計算機的聯(lián)動和各類保障，共同對外提供服務(wù)，cStor則負責(zé)提供高可靠的海量數(shù)據(jù)存儲能力。

隨著前端攝像機的清晰度不斷提升，其碼流和數(shù)據(jù)量成倍增長。然而一些終端的處理能力有限，無法支持高清的分辨率；一些需要用到公網(wǎng)傳輸，帶寬無法滿足高清的碼流的需求；還有一些需要將已有視頻文件轉(zhuǎn)化成不同格式的需求等。

視頻的編碼格式主要的有MPEG、H264、DivX、WMA、RM等，封裝格式主要有avi、ps、ts、mov、mkv、mpg等，而不同的播放器對格式的支持也不同，因此不同終端對視頻流格式也有著特殊的需求。

面對以上這些因素，為了滿足不同的需求，cVideo研發(fā)了云端轉(zhuǎn)碼技術(shù)，以滿足用戶對不同視頻格式、不同分辨率，不同碼流，不同終端的使用需求。不同分辨率的轉(zhuǎn)碼效果如下所示：

轉(zhuǎn)碼前

轉(zhuǎn)碼后

針對視頻文件的分布式云轉(zhuǎn)碼，由于視頻文件已經(jīng)存在，因此可以充分發(fā)揮云計算分布式的計算性能，將視頻文件按時間切分為許多塊，每個塊被分配到不同的處理節(jié)點，待所有塊都處理完畢后，再進行重新整合、重構(gòu)時間軸、封裝，從而實現(xiàn)轉(zhuǎn)碼，任務(wù)分配和調(diào)度由JobKeeper完成。

cVideo云轉(zhuǎn)碼的主要優(yōu)勢

很高的性價比

cVideo構(gòu)建于cStor云存儲、cProc云計算平臺之上，有著低廉、高可靠性的海量存儲能力和可擴展能力，當(dāng)用戶存儲需求增長時，也僅需添加與硬盤價格相仿的cStor存儲節(jié)點即可，這將大幅降低用戶的投資及升級維護費用，系統(tǒng)規(guī)模越大越能體現(xiàn)出性價比。

優(yōu)異的轉(zhuǎn)碼性能

對于視頻文件，cVideo使用分布式的轉(zhuǎn)碼處理，以往使用轉(zhuǎn)碼軟件在單機轉(zhuǎn)碼需要1小時的文件，使用cVideo云轉(zhuǎn)碼系統(tǒng)在幾分鐘（具體時間與處理服務(wù)器數(shù)量及運轉(zhuǎn)狀態(tài)有關(guān)）內(nèi)就可以完成轉(zhuǎn)碼工作。

調(diào)度技術(shù)

cVideo在cProc云計算平臺上采用JobKeeper云調(diào)度機制，將視頻這類非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)分發(fā)給云中對應(yīng)節(jié)點，穩(wěn)定的合理化分配和執(zhí)行轉(zhuǎn)碼任務(wù)，自動負載均衡，實現(xiàn)云端轉(zhuǎn)碼。

平臺功能及性能描述

功能描述

cStor當(dāng)前云轉(zhuǎn)碼平臺的系統(tǒng)版本為測試的Demo版，前期需求多集中于ts格式的轉(zhuǎn)碼，平臺上層應(yīng)用支持的格式相對較少，但底層編解碼庫已經(jīng)支持絕大多數(shù)常用格式。

目前支持的視頻封裝格式：“.ts"、“.mp4"、“.mpg"；

目前支持的視頻編碼格式：“H264"、“MPEG4"、“MPEG2"；

目前支持的音頻編碼格式：“FAAC"、“MPEG1"、“MPEG2"；

目前支持的分辨率：基本支持大部分辨率；

針對“H263"、“XVid"、“MP3"、“LPCM"等音視頻編碼格式將在下一版本中進行支持，對于其他格式的支持可以根據(jù)項目具體需求，也只需根據(jù)底層編解碼庫對上層應(yīng)用進行相應(yīng)添加即可，十分方便。

性能描述

云轉(zhuǎn)碼的處理性能與服務(wù)器CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)、轉(zhuǎn)碼文件分辨率、格式轉(zhuǎn)換需求、任務(wù)分片數(shù)等多方面因素均有關(guān)聯(lián)，因此統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)較難給出。下圖為云轉(zhuǎn)碼平臺測試的結(jié)果示意圖：

轉(zhuǎn)碼性能示意圖

與存儲共用節(jié)點情況下的性能如上圖所示，隨著轉(zhuǎn)碼服務(wù)器數(shù)量的增多，轉(zhuǎn)碼單個文件需要的時間不斷減少，整體性能基本線性增加。同時，對分片數(shù)合理分配可以進一步優(yōu)化轉(zhuǎn)碼的效率。

云轉(zhuǎn)碼平臺支持動態(tài)擴容，隨著需求的不斷增加，當(dāng)現(xiàn)有處理能力無法滿足處理總量時，只需要增加處理節(jié)點，無需停止服務(wù)，即可動態(tài)地增加處理性能，實現(xiàn)平臺處理能力擴容。

相關(guān)測試

目前，云轉(zhuǎn)碼平臺已經(jīng)在深圳天華傳媒、南京廣電等多家單位進行過測試，通過了相關(guān)碼流分析軟件的檢測，視頻拼接處無卡頓、ts流無PCR-DTS抖動問題。并且通過了在實際機頂盒推流中的各項指標(biāo)測試，云轉(zhuǎn)碼的性能也得到了各家單位認(rèn)可。

市場應(yīng)用

應(yīng)用范圍	應(yīng)用描述	典型用戶
安防領(lǐng)域（平安城市、智慧城市）	海量數(shù)據(jù)處理、視頻格式轉(zhuǎn)換、高清視頻轉(zhuǎn)碼	交管局、安防行業(yè)
媒體、娛樂	海量數(shù)據(jù)存儲、海量數(shù)據(jù)處理、視頻格式轉(zhuǎn)換、高清節(jié)目轉(zhuǎn)碼	電視臺、媒體制作相關(guān)行業(yè)