前回の記事では、第6世代のSkylakeプロセッサーでQuick Sync Video（QSV）ビデオのエンコードとデコードのハードウェアアクセラレーションがどのように機能するかを調べました。 ビデオ処理のみを扱う特殊な集積回路に対応するために、SoCの小さなセクションが特別に割り当てられました。 ハードウェアサポートを使用したビデオの再生は、OSの他のタスクからリソースを奪うことが少なくなり、CPUの過熱が少なくなり、電力の消費が少なくなりました。 たとえば、QSVのおかげで、MacBook Airラップトップは1回のバッテリー充電で10時間以上のビデオを再生します。



同時に、ハードウェアエンコーディングアクセラレーションは、サードパーティアプリケーションで利用可能になりました。 最新世代のIntel Coreプロセッサーでは、ハードウェアトランスコーディングのサポートがAVC / H.264とHEVC / H.265（およびVP8とVP9）に登場しました。これは、インターネット上のデジタルテレビとビデオ放送の市場に真の革命をもたらします。 通常のユーザーは、ビデオブロードキャストの品質を向上させ、価格を下げ、利用可能なデジタルTVチャンネルの数を増やすことを期待する権利があります。



プログラムでハードウェアアクセラレーションを使用する方法は、タスクによって異なります。 Intelは、Windows Media SDK 2.0用のアプリケーションを開発するためのオープンアクセスAPIを公開しています。 エンタープライズアプリケーションIntel Media Server Studioを開発するためのクロスプラットフォームAPIもあります 。 これらのAPIの操作の詳細については、HabrのIntelの企業ブログを参照してください。

QSVハードウェアアクセラレーションを使用するプログラム

Intel SDKを介したハードウェアQSVトランスコーダーへのアクセスは、 多くのアプリケーションに実装されています 。

• ソフトウェアエンコーダー;
• メディアコンバーター;
• ビデオおよび写真編集者;
• ウェブカメラ用のソフトウェア。
• インスタントメッセンジャー;
• メディアプレーヤー。

さらに、QSmpはFFmpegパッケージの一部であるlibavcodecフリーエンコーディングおよびデコーディングライブラリによってサポートされています。 これは非常に人気のあるオープンソースライブラリです。 そのため、Intelのハードウェアアクセラレーションは、FFmpegを使用するすべてのプログラムに含まれています。



ご覧のとおり、今日のアプリケーションのクラスは非常に広く、専門家や一般ユーザーの間で人気のある多くのアプリケーションが含まれています。



IntelのSDK（ Media Server Studio 2017またはMedia SDK ）は、特に、ビデオ会議、4Kまでの高解像度ビデオ、高性能エンコーディング、インターネットテレビなどを含むさまざまなタイプのプロジェクトのビデオエンコーディングの問題を解決するアプリケーションの開発を目的としています。 。



Intelのビデオを操作するためのハードウェアサポートが出現する前は、エンコードは次の3つのタイプのいずれかのソリューションを使用しています（現在も使用されています）。

• ビデオ専用のグラフィックカード（NVidiaやAMDなど）を使用して、ビデオの処理を高速化するソフトウェア。
• 中央処理装置のリソースのみを使用するソフトウェア。
• チップ上のハードウェアエンコーダー、いわゆるSystem-On-Chip。

Intelの決定により、既製のものを使用するか、SDKを使用してアプリケーションを開発することにより、Intelプロセッサーを搭載した通常の予算の家庭用コンピューターまたはサーバーでビデオをエンコードできるようになりました。



既製のアプリケーションはプログラマーの参加を必要とせず、実際のタスクで使用する準備ができていることにすぐ注意してください。 たとえば、インターネットTVで最も人気のあるトランスコーディングプロファイルが含まれており、プログラマでないエンジニアにとっては、SDKを使用するよりもはるかに簡単に作業できます。



したがって、独自のトランスコーディングシステムを実行するには、次の2つが必要です。

1. ソフトウェアトランスコーダー;
2. QSVをサポートするIntelプロセッサーを搭載したコンピューター-AVC / H.264の第5世代Intel CoreまたはHEVC / H.265の第6世代Intel Core または同様の第4世代または第5世代のXeon E3サーバープロセッサ。

Intelハードウェア支援ソフトウェアトランスコーダー

QSVハードウェアサポートを備えたソフトウェアトランスコーダーのパフォーマンスにより、1つのプロセッサを備えた安価なサーバーで商用ソリューションを構築できます。 たとえば、 Elecard CodecWorks 990トランスコーダーは、 CPUごとに 次のパフォーマンス特性 を主張しています 。

• 1ストリーム4K 60p、6ストリームFullHD（1080p）または10ストリームHD720の出力でのリアルタイムHEVCトランスコーディング
• 10ストリームFullHD（1080p）または16ストリームHD720の出力でのリアルタイムAVCトランスコーディング

ビデオストリームの数は、機器のパフォーマンスによってのみ制限されます（つまり、ソフトウェアは制限されません）。 必要に応じて、1つのサーバーシャ​​ーシ内の複数の個別のサーバーまたは複数のカートリッジから、必要な数のプロセッサー用のハードウェアソリューションを組み立てることができます。 CodecWorks 990では、単一のグラフィカルアプリケーションを介して、同じネットワーク上のすべてのエンコーダーの動作を構成および制御できます。 「手動」のトランスコーディング設定を使用するか、事前定義されたスキームのセットから選択できます。 また、インターネットTVタスクに関連するHLSまたはMPEG-DASHプロトコル（まもなく）を使用したブロードキャストでのマルチビットレートおよびマルチスクリーンコーディングもサポートします。



技術仕様

	ログイン	出口
インターフェース	イーサネットIP	イーサネットIP
ビデオストリーム形式	MPEG-2 TS UDP / RTP	MPEG-2 TS UDP / RTP、HLS
ビデオコーデック	AVC / H.264、MPEG-2、最大4K	HEVC / H.265、AVC / H.264、最大4K
オーディオコーデック	AAC / HE-AAC v1、MPEG-1レイヤーI / II	AAC / HE-AAC v1、MPEG-1レイヤーI / II、AC3パススルー
前処理	インターレース解除、スケーリング、アスペクト比の変更
運営管理	GUIアプリケーションを介して、CPU / GPUの使用と障害を監視
OSサポート	64ビットWindows 7、8、8.1、10、Quick Broad Video対応Intel Broadwell / Skylake CPU

Work CodecWorks990。チンキ、機能の詳細な概要

CodecWorks 990のすべてのエンコーディングノードは、個別のWindowsアプリケーションマネージャーを介して構成されます。 IPアドレスでマネージャーのリストに追加することにより、ローカルネットワーク上のすべてのサーバーを構成できます。











各コーディングノードは、複数のストリームを同時にトランスコードできます。各ストリームには独自のコーディングコンソールがあります。 コンソールには、アクティビティステータス、割り当てられたトランスコーディングプロファイル、稼働時間、使用されたリソースがあります。



コンソール用の新しいトランスコーディングプロファイルの作成は、4段階で構成されるステップバイステップのダイアログボックスで実行されます。











最初の段階では、ビデオコーデック、オーディオコーデック、ブロードキャスト出力プロトコル、およびマルチビットレートエンコーディングの場合のビットレート数の主要パラメータが選択されます。 次のステップでは、入力ブロードキャストのアドレスを指定してから、ストリームでトランスコードするオーディオ/ビデオトラックを選択し、コーデック設定を構成します。 アダプティブHLSブロードキャスト用のビデオコーデックパラメーターを2つのストリームに設定する例：











ダイアログボックスを介してプロファイルを設定することに加えて、単純なトランスコーディングオプションを超える必要がある場合は、メディアを使用した完全な作業チェーンを手動で作成し、各ブロックの詳細なパラメーターを設定できます。 CodecWorks 990アプリケーションが構築されるDirectShowライブラリの一部であるMicrosoftのGraphEditorアプリケーションでグラフがどのようにアセンブルされるかと類似しています。











高度なエディターでは、（DirectShowシステムに登録されているフィルターのリストから）ブロックを追加し、それらを接続して、各ブロックのパラメーターの完全なリストを構成できます。 ビデオエンコーダー設定の例：











上記のアプリケーションの主な機能に加えて、コンソールのシステムリソースの使用が特定の値を下回った場合、コーディングコンソールを再起動する可能性があります。 定期的に設定可能な再起動があります-安定性に違いのないコーディンググラフの問題のあるコンポーネントからの松葉杖。



上記のように、コーディングスキームの高度なエディターを使用すると、ASI / SDI / HDMIキャプチャカードなどのシステムでDirectShowフィルターを使用したり、アプリケーションでサポートされていない形式にサードパーティのデコーダーを使用したりできます。



CodecWorks 990のデモバージョンは、製品のWebサイトからダウンロードできます。

ハードウェア-ミニPCからクラウドまで

Intelプロセッサのサポートにより、ハードウェアビデオトランスコーディングアクセラレーションは、パーソナルコンピューターやミニPCから大規模サーバーまで、さまざまな機器で機能します。



たとえば、QSVをサポートするIntel Coreプロセッサは、 Intel NUCミニチュアコンピューターにインストールされます。 現在、世界最小のハードウェアトランスコーディングプラットフォームの1つであり、真のモバイルエンコーダーです。 たとえば、最新のIntel NUCモデルは、第6世代Intel Core i7-6770HQプロセッサとIris Pro Graphics 580グラフィックスを搭載したIntel NUC Kit NUC6i7KYKモデルです。ボックスサイズ：211×116×28 mm。 また、このコンピューターは、解像度4KのHEVCコーデックで1秒あたり60フレームの単一ストリームをエンコードできます！









第6世代クアッドコアIntel Core i7-6770HQを搭載したIntel NUCキットNUC6i7KYK



トランスコーディングには、Intel Coreプロセッサを搭載した通常のデスクトップPCも適しています。 HEVC / H.265またはVP9をエンコードするハードウェアアクセラレーションが必要な場合は、最新の第6世代（Skylake）のCPUをインストールする必要があります。 ハードウェアエンコーディングAVC / H.264には、古いBroadwellプロセッサも適しています。 たとえば、449ドルから始まる以前のIntel NUC Mini PC 5i7RYHモデルを使用できます。









第5世代Intel Core i7-5557Uプロセッサーを搭載したIntel NUC Mini PC 5i7RYH



異なる世代のプロセッサとそれらがインストールされているプラ​​ットフォーム（PC、ミニPC、サーバー、モジュラーサーバー）の価格差は非常に大きいため、危機の時代には、プロジェクトの技術的要件に応じてエンコーダーの予算を慎重に計算する必要があります。



小規模プロジェクトでビデオをトランスコードする場合、CodecWorks 990の著者は、従来のSupermicro SuperServer 5019S-M2フォームファクター（1ユニット、1 CPU）の1つ以上のサーバーの使用を推奨しています。 これは、数十のスレッドを処理するための予算ソリューションです。 Kontron Symkloudモジュラーサーバーは、大規模なOTT / IPTVプロジェクトに最適です。サーバーに搭載された18プロセッサーの高さが2標準ユニット（2U）です。 最後に、数百のビデオストリームの同時トランスコーディングには、専用のHPE Moonshotサーバー（4.3U、最大45 CPU）が適しています。









HPE Moonshotサーバー



この表は、CodecWorks 990ソフトウェアトランスコーダーを使用して、これらの各サーバーが異なるシナリオで処理できるビデオストリームの数を示しています。

高速コーディングAVCとHEVCを提供するものは何ですか？

インターネットおよびHEVC / H.265などのビデオ圧縮アルゴリズムの開発により、ビデオトランスコーディングはますます増加しているタスクになりつつあります。 デジタルビデオは、モバイルネットワーク、ビデオ会議、ビデオ監視システム、HDおよび4Kでのテレビ放送を含む、インターネット上のテレビやライブ放送など、あらゆる場所に存在しています。 おそらく、インターネットを介したデジタルテレビの分野で最大の成長が期待されています。 HEVC / H.265コーデックへの移行により最も顕著な変化が予想されるのはここです。今日の実際のタスクでは、同じ品質のAVC / H.264と比較して20〜35％優れたビデオ圧縮度を示しています。 また、コーデックのアルゴリズムの複雑さにより、HEVC / H.265のソフトウェアとハ​​ードウェアの実装が引き続き積極的に改善されていることを追加する価値があります。



IntelプロセッサでハードウェアをサポートするHEVC / H.265の高速トランスコーディングが2015年に登場しました（Skylake）。 実際、このコーデックで圧縮されたビデオは、大量配信が始まったばかりです。



理論的には、同じビデオ品質で、HEVCメインプロファイルは、H.264 / MPEG-4 AVCハイプロファイルよりも35.4％低いビットレートを生成します。 MPEG-4 Advanced Simple Profileと比較した場合のゲインは63.7％（ IEEEデータ ）です。 これは、トラフィックを半分以上減らすことを意味します。 同様に、AVC HPはMPEG-4 ASPを約44.5％で同じ品質でアウトパフォームします。



より効率的な圧縮により、デジタルTVプロバイダーは同じチャンネルでより多くのサブスクライバーにサービスを提供し、各サブスクライバーにより多くのチャンネルをブロードキャストし、より高い解像度と品質でチャンネルをブロードキャストできます。 1920×1280の解像度の高解像度テレビは一般的になり、4K UHDTVはすぐにエキゾチックではなくなります。





4K、2K、およびHDTVの解像度の比較



インターネット経由で4K UHDTV信号を配信する場合、標準ではHEVC / H.265ビデオコーデックが定義されています。これにより、より高い解像度で最大の圧縮ゲインを実現できます。 2014年に初めて 、4K UHDTV解像度で放送され、HEVCコーデックでビデオを圧縮する最初のテレビチャンネルが登場しました。 ただし、この解像度のテレビはまだ少数の加入者が利用可能であり、標準的なロシアのアパートは、数メートルの距離から大きなUHDTV画面でテレビを快適に見るのにあまり適していません。



事業者によるこのようなプロジェクトおよびサービスの実装には、適切な機器が必要です。 ここでの動作原理は、選択の幅が広いほど、オペレーターにとって、そして最終的には加入者であるサービスのユーザーにとって、より良いことです。 インテルは、SDKを通じて、開発者が独自のソフトウェアエンコーダーとトランスコーダーを作成し、ユーザビリティと高度な機能を競う機会を開きます。 より多くの選択肢-高品質。 顧客には選択肢があります。SDKを使用して「自分で」アプリケーションを作成します。 CodecWorks 990のような既製のアプリケーションを使用して、ハードウェアを取り上げ、インストールと構成に関するエンジニアリング作業を実行します。 または、すぐに使用できるハードウェア対応エンコーダを購入します。 選択は、さまざまなオプションのコスト、顧客と開発者の技術的準備、ビジネスタスクに基づきます。



加入者は一つのことを確信できます-近い将来、より少ないお金でより良い品質のより多くのビデオを期待するでしょう、そしてIntelはこの傾向に深刻な影響を与えます。