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边缘计算在视频直播场景的应用与实践

9月24日,火山引擎开发者社区第九期 Meetup 圆满落幕,来自腾讯云、七牛云、火山引擎的技术专家从抖音同款 RTC 能力、直播系统架构、边缘计算服务、视频云存储等方面为大家详细介绍直播创新玩法下的技术进化与实践。

火山引擎边缘计算产品负责人沈建发分享了边缘计算在视频直播场景的应用以及最佳实践。

本文根据演讲内容整理。
视频直播的发展演进

根据IDC调研,2021年下半年中国视频云市场规模达到50.4亿美元,IDC预测到2025年视频云市场规模将达到314亿美元。随着短视频平台、互动娱乐直播平台的快速发展,以及金融、医疗等行业客户的应用落地,视频云未来将保持高速增长。

同时,CNNIC第49次调查报告显示,网络视频用户达到9.75亿,占网民整体的94.5%,随着网络视频的用户规模不断扩大,基于短视频、“直播+”的数字消费场景在释放更大的社会价值。视频直播作为视频云的典型应用场景之一,也迎来了空前发展。

从用户视角来看,随着视频直播观看习惯的形成、直播场景应用不断丰富,用户对直播不断提出更高要求,直播正在走向极致高清、极致交互、极致沉浸的演进趋势。

    在画质上,用户对高清画质的要求越来越高,4K 800w分辨率的高清内容能为用户提供更好的视觉体验,同时也需要更强大的边缘算力资源来实现高清分辨率的视频编解码和传输;

    在互动体验中,连麦、弹幕等逐渐成为直播标配,需要保障端到端设备小于150ms的超低时延来保障实时交互体验;

    另外,随着AR/VR等新业务的发展,沉浸式直播逐步普及,需要通过智能调度算力保障4K/8K分辨率实时渲染的沉浸式体验;

综上,极致高清、极致交互、极致沉浸的体验需求对算力和时延提出了更高要求,而这背后离不开边缘计算全域分布式异构算力和智能调度的支持。

火山引擎边缘计算在视频直播场景的应用

火山引擎边缘计算

在视频直播场景中,边缘计算作为视频直播业务的算力底座,为视频直播提供极致高清、实时交互、沉浸式体验。通过优质的边缘节点、全域分布式的网络带宽以及多种异构算力资源,提供更低时延的网络接入能力、更优化的网络带宽成本、丰富的异构算力资源和智能调度,满足视频直播业务中直播特效、互动连麦等场景对渲染算力的需求,带来更极致的观看与互动体验。

讲到边缘计算,跟大家分享一下我们对边缘计算的定义:我们把用户到云中心之间所有的算力层都定义为边缘计算的范畴,包括现场边缘、近场边缘、云边缘三层,覆盖1-40ms时延范围,分别提供从用户现场到本地城市节点和区域中心汇聚节点等多种异构算力资源。同时,根据地理位置的分布,提供单线、多线等多种网络接入能力,确保用户就近接入,满足业务超低时延的算力调度和网络能力的需求。

基于不同边缘层,我们还构建了新一代边缘计算云平台。边缘计算云平台整体采用一横 N 纵的结构,一横是指基于边缘计算基础设施打造的云原生边缘平台,N 纵指具象化的服务能力,包括边缘计算节点、边缘容器、边缘函数等边缘计算资源服务,网络、安全、存储等边缘组件,为业务提供不同的场景化能力,如VPC、LB和防火墙,包括云盘、块存储等,如边缘渲染和边缘智能等边缘云应用服务,满足业务多种形态诉求。

目前在计算服务资源上我们首推边缘计算节点服务,边缘计算节点是在边缘基础设施上基于边缘云原生操作系统打造的边缘计算节点服务,提供更低时延、更高性能、稳定可靠的计算资源,实现业务应用更靠近用户的部署和服务,支持多种CPU、GPU等实例规格,满足视频直播、实时音视频、云游戏、AR/VR等不同场景需求,结合不同的组件能力,提供高效的网络接入和安全防护保障。

以下将详细介绍火山引擎边缘计算的几个优势特性。
全域节点覆盖

首先,资源方面,火山引擎边缘计算实现了全域节点覆盖。通过专业团队精选全国500+优质CPU/GPU节点,覆盖全国七大区,各省市大、小运营商,保障节点质量。同时在资源储备上有100T+全网资源储备,提供充足带宽资源,极大降低中心压力,另外边缘计算支持1-40ms网络接入与算力服务,助力业务全局一致性体验,保障用户就近接入。同时边缘单实例网络PPS 800w+的超高性能保障网络高效分发和高可用。
高性能边缘实例

其次,高性能边缘实例。高性能边缘实例是一种基于VLAN安全隔离和SR-IOV技术的虚拟基础计算资源,能帮助提升虚拟机性能,甚至接近裸金属。高性能边缘实例使用VLAN虚拟局域网进行租户间隔离,能避免ARP欺骗、广播风暴等安全风险,并且通过VF直通、定制 Kernel /KVM/ GuestOS 能有效帮助业务降低虚拟化损耗,将损耗控制在5%以内,能有效支持自建直播、RTC等场景对高网络转发能力的需求。
高性能边缘网络EVS

第三,在网络方案上,边缘计算采用高性能边缘网络EVS 架构。基于高性能EVS实现的虚拟化网络,能够提供标准化的 VPC 网络,包括租户网络隔离、安全组、弹性公网 IP、精准限速等能力。目前,高性能边缘网络在数据面单核心转发能力 1.5Mpps,单虚拟机支持 800w pps。
智能资源调度

第四,调度策略。业务在引入边缘计算后,可以通过边缘计算实现更多节点的本地服务部署,为更好的满足业务需求,需要更加精准的调度,通过就近接入同城、同运营商边缘节点的调度策略,让用户能接入到最近、最适合的本地服务。

整个调度过程是在创建虚机的请求创建后,调度API将请求下发到调度队列,启动多集群调度器,然后将下发负载发送到云边通道,由云边通道将调度结果下发到集群。集群在收到调度结果后准备资源,落地整体的调度策略,最终实现实时、智能调度。
视频直播应用实践
网络直播

首先,在网络直播场景,在主播直播推流时,边缘计算可以支持就近推流,实现直播流的分发和就近访问,确保直播低时延,同时降低中心带宽压力。另外,边缘节点支持高并发,实现实时弹幕的边缘分发,靠近观众侧的边缘计算节点可以高效拉流,提升主播、观众双向的直播体验。

基于高质量的画面诉求,低时延的转码也是直播场景的关键因素,丰富和高性能边缘算力能够满足直播中的多种算力资源需求。VF直通可以减少虚拟化对网卡转发能力的损耗,IPv4/ IPv6 双栈、负载均衡、镜像预热等能满足直播业务所需的主要功能和快速全域部署的能力,为用户提供高清的直播互动和流畅的观看体验。
互动直播

其次,在互动直播场景中。随着视频会议、在线教育等场景的普及,其对端到端之间互动需求越来越高。实时音视频可以借助边缘节点提供就近接入,保证节点间低时延互联互通,提供高速稳定的优质通信链路。

边缘算力的弹性扩容能力能保障当业务量增长时,视频会议中的长会话的通信质量。边缘计算GPU实例可以满足实时音视频中的渲染需求,高性能负载均衡可以支持实时音视频在边缘节点内东西向转发。另外多线节点和IPv4/ IPv6 双栈等也为实时音视频提供完整的能力保障,满足多人连麦、多人视频会议的低时延场景。
实时渲染

第三,异构算力实时渲染。实时渲染广泛的应用于直播特效、虚拟穿戴、数字人、人脸特效等业务领域,业务模型是基于物理世界人们的动作、表情、姿态叠加或转化成虚拟形象。通过视频终端采集和动作设备捕捉等,在保证交互实时性的同时,采用 RTC 传输至最近的边缘计算节点。

结合边缘算力实时渲染,将渲染后的视频图像分发到用户终端上显示。在实时渲染场景中,边缘计算提供了高性能、低时延、标准化的分布式计算服务,基于最靠近用户的地理位置实现实时渲染引擎的高效反馈,保障用户高质量的实时观看与交互体验。
总结与展望

经过长期的实践打磨,火山引擎边缘计算沉淀了以下几项核心优势:

    首先,节点丰富:基于覆盖全国各省市和运营商的边缘节点,提供更低时延、更高性能、稳定可靠的计算资源,实现业务应用更靠近用户侧的部署和服务;同时,边缘计算节点还具备超大规模分布式算力单元,能够提供单线、多线、等多种网络形态,满足不同场景的业务诉求。

    其次,功能完备:支持高性能网络 EVS 实现如 VPC 私有网络、弹性公网IP、高性能负载均衡、防火墙、IPv4/IPv6 双栈等多种特性,提供开关自定义限速、高性能边缘实例等满足业务的按需、弹性使用体验。另外,边缘计算节点的一键开通、镜像预热、自定义云报警、一键分发等特性功能,有助于帮助业务减少部署和运维成本。

    第三,极致性能:在硬件上,边缘计算节点优选新一代至强系列铂金处理器,100G/25G智能网卡,提供高效计算和网络转化能力;同时采用 SPDK 技术优化磁盘IO,并提供NVMe SSD 高效云盘和本地盘;边缘计算团队自研的高性能网络套件,目前也已实现边缘单实例 PPS 超 800W 的优异性能。

    最后,优质服务:在服务上,火山引擎边缘计算支撑了2021央视春晚抖音红包/818抖音新潮好物节等流量洪峰场景,沉淀了大型流量业务保障体系。经过这类大规模、海量业务的流量考验,形成了完善的监控、运维和服务体系,为业务保驾护航。

在行业场景方面,火山引擎依托全域覆盖的边缘计算资源和高效连接的协同网络及海量算力资源,形成了丰富的行业应用场景,并在泛互联网、汽车、媒体、游戏、金融行业沉淀了大量的案例和场景实践。同时随着边缘计算产品能力与创新发展积淀,火山引擎边缘云也获得了业界的广泛认可。

我们先后获得了中国信通院 EC Ready 1.0证书,以及来自信通院、亚太CDN联盟、边缘计算社区4大奖项荣誉,入选边缘计算社区“中国边缘计算20强”以及中国首个边缘计算产业图谱,并成为信通院可信边缘计算推进计划的首批成员单位。

除了上述来自业界的奖项外,还参与了边缘云标准、边缘计算+白皮书、电力行业、实时云渲染等多个标准及白皮书项目,推动行业发展。

未来,我们希望在更广泛的行业和领域探索更多的场景,包括不限于视频直播、影视特效、游戏娱乐、智慧交通、工业仿真、智慧城市、智慧税务、金融证券等,我们诚邀大家一起,共创边缘新生态。
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版权声明:本文为CSDN博主「字节跳动视频云技术团队」的原创文章,遵循CC 4.0 BY-SA版权协议,转载请附上原文出处链接及本声明。
原文链接:https://blog.csdn.net/zhaoxinyao9/article/details/127513269

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