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騰訊杰出科學家劉杉:預計2022年超82%的互聯網流量來自視頻

2019-11-06 17:26 來源: TechWeb

原標題:騰訊杰出科學家劉杉:預計2022年超82%的互聯網流量來自視頻

  11月6日消息,在Techo開發者大會上,騰訊杰出科學家、多媒體實驗室總經理劉杉分享了騰訊多媒體實驗室的最新成果與思考,在談及當前互聯網流量的來源分布時,劉杉表示,預計2022年超過82%的互聯網流量將來自于視頻或者包含視頻的應用,而這一增長趨勢蘊涵著巨大的商業價值。

  視頻編解碼技術聽起來專業難懂,可是它的應用卻與人當下的感官體驗有著親密連接。比如大眾日常接觸的騰訊視頻、微視、微信、QQ等與視頻密切相關的產品,還是其他互聯網公司每天產生的視頻內容,都是以壓縮的形式傳播的。而視頻壓縮即視頻編解碼,它的效率,直接影響到一個產品或者一套解決方案的效率、成本品質,甚至是成敗。

  盡管壓縮效率非常重要,但并不是所有人都在使用壓縮效率最高的編解碼格式,因為不同的應用場景對視頻編解碼器的需求側重有所不同。劉杉表示,在質量、延遲和帶寬或者成本之間尋找一個最優平衡點是騰訊多媒體實驗室努力的方向和目標。

  以云游戲為例,在線游戲行業千億市場,但云游戲商業化面臨的現實挑戰是它的高成本。云游戲是以云計算為基礎的游戲方式,劉杉表示對其成本結構進行拆解后發現,云游戲最大一塊成本來自于帶寬 34%,其次是GPU 27%。“視頻編碼器的優化將有助于大大降低云游戲的帶寬成本,推動云游戲商業化,”劉杉表示,“騰訊多媒體實驗室已經和正在使用的視頻編解碼器優化策略。比如,啟用更高效率編解碼格式,對硬件編碼器進行優化,針對不同游戲場景優化編碼工具集使用,同時支持多格式軟件硬件編碼器并根據內容和分辨率進行切換,動態編碼碼率策略,ROI編碼和網絡自適應編碼技術,硬件解碼渲染一體化等。”

  無論視頻流量的持續增長還是云游戲的商業化,當前都正面臨著一個歷史性風口浪尖,即5G。劉杉認為,5G網絡提供給我們超強的帶寬,超低的延遲,使得更多的應用觸手可及。在5G的影響下,媒體內容的生產、獲取和傳播方式都在發生變化。無論是4K/8K,還是VR/AR/MR/點云,這些在過去因為受限于網絡帶寬的應用,在5G的推動下可能會迎來突破。而5G的低延遲特性還將觸及醫療和其他一些倚賴高速連接和互動的領域,例如遠程手術和自動駕駛等。此外,劉杉認為,在萬物互聯的5G時代,媒體的智能化已經成為不可阻擋的趨勢和發展方向,人工智能技術成為媒體融合重要的技術手段和工具。

  以下為劉杉演講全文:

  尊敬的各位領導、女士們、先生們,上午好。歡迎來到北京,來到Techo開發者大會。我是劉杉,來自騰訊多媒體實驗室。今天要和大家分享的題目是“視頻編解碼技術的演進和應用”。

  視頻編解碼作為一個研究或者研發領域已經存在了一些年,大家并不陌生。無論是從早期的數字電視時代,還是到后來的OTT和現在的萬物互聯,技術在持續演進,但是重要性從來未曾改變。今天希望和大家一起對這個經典的課題做一些新的思考。

  2017年以來,視頻流量在整個互聯網流量的占比一直處于高位。從2017年的75%, 到當前的約80%, 到2022年我們預計超過82%的互聯網流量將來自于視頻或者包含視頻的應用。而整個互聯網流量以平均每年26%的速度增長。以2019年為例,每月約200ExaBytes的互聯網流量里80% 也就是約160ExaBytes的互聯網流量來自于視頻。到了2022年,這個數字將會翻倍。這個巨大的數字所代表的商業價值不言而喻。

  作為全球最大的互聯網公司之一,騰訊為全球互聯網流量有很大貢獻。而騰訊旗下的很多業務都和視頻這一媒體形式密切相關,例如:騰訊視頻,微視,和我們熟知的微信,QQ等等。其中很多是通過視頻云對外輸出。當然在騰訊之外還有更多互聯網公司每天產生巨大的視頻內容流量。而所有這些視頻內容都是以壓縮的形式傳播的。

  視頻壓縮,即視頻編解碼,是數字時代視頻應用的一個不可缺少的環節。而視頻編解碼的效率,直接影響到一個產品或者一套解決方案的效率,成本,品質甚至是成敗。所以,在過去三十多年里,全球很多企業和研究機構投入巨大資源,研發了許多視頻編解碼技術,并形成了幾代視頻編解碼標準。其中主流的標準有: ISO/IEC和ITU 制定的國際標準,像我們熟知的 MPEG-2, H.263, H.264/AVC, H.265/HEVC 和正在制定中的VVC。 騰訊于2018年開始參與VVC標準制定。迄今為止已經向標準組織提交超過250個技術提案,其中約70個技術提案已被標準采納。騰訊,已經成為國際視頻編解碼標準制定的主要貢獻者之一。

  自H.264/AVC于2003年截稿發布main profile以來,成功主導全球各個領域視頻編解碼市場。H.265/HEVC main (main10) profile于2013截稿發布,其壓縮性能比H.264/AVC提高約40%,但是由于比較復雜和具有一定不確定性的專利收費政策,至今還不能像H.264/AVC一樣主導全球市場。

  與此同時(2015),Google,Mozilla, Cisco等公司發起創立了開源標準AOMedia,致力于建設免費的(或者專利友好的)的視頻編解碼標準,于2018年發布了第一代開源視頻編解碼標準AV1。 騰訊在九月正式加入AOMdia,是第一家也是迄今為止唯一一家成為 AOMedia 董事會成員的中國公司。騰訊將和其他AOMedia成員公司一起拓展開原生態,推動AV1商業化,并建設下一代開源視頻編解碼標準。

  當然同時,我們也大力投入國標AVS的建設,推廣,和應用落地。

  在過去三十年里,視頻編解碼技術不斷演進,從MPEG-2, 到H.264/AVC, 再到H.265/HEVC 和VVC; 開源側從VP8到VP9, 再到AV1,我們可以看到視頻編解碼的架構變得更加復雜,承載的技術更加豐富,主要體現在幾個方面,比如編碼,預測和變換單元以及樹結構的拓展,幀內預測,幀間預測,變換與反變換,環路濾波和熵編碼。這些技術的演變都使得壓縮效率不斷提升,當然同時,計算復雜度也隨之增加。

  將幾個主流視頻編解碼格式的壓縮效率做個簡單對比。測試結果來自于開源軟件x264, x265, libvpx, libaom的最佳質量設置,在constant QP模式下對100多個不同分辨率不同場景的測試序列進行編碼,取平均值以保證結果的代表性。在同等壓縮質量的情況下,使用幾種編解碼格式分別對應的bitrate, 基本上,VVC壓縮性能最高,其次是AV1, HEVC和VP9效果相當, 然后是AVC, 這些格式都比經典的MPEG-2壓縮性能有長足的提高。

  上面我們對現在市場上幾種主流視頻編解碼標準格式做了簡單技術回顧和壓縮性能對比。那么是不是所有人都在使用壓縮效率最高的編解碼格式呢?答案是No。 這里有一份第三方調查報告,顯示了當前市場上各類編解碼器的部署情況。我們可以看到,H.264/AVC仍然是主流,其次是H.265/HEVC.Legacy MPEG-2編解碼器尚有一定使用率,但是在未來會逐漸被取代。同時,開源編解碼器VP9和AV1的部署將會大幅度增長。

  不同的應用場景對視頻編解碼器的需求側重有所不同。有些應用場景,比如長視頻影視類點播,通常會要求高畫面品質而對延遲不做過多要求。而另外一些場景比如直播和實時音視頻通話等應用對延遲的要求就比較高。按照ITU G.114建議,對于好的通話質量,單向端到端延遲應不大于150ms。如果時延在200~400ms, 通話的交互性比較差, 但是尚可接受。時延大于400ms, 則無法正常交互。而游戲對延遲的要求更是苛刻,通常要求端到端延遲小于60ms 甚至更低。

  而值得注意的是,上面說的數字都是端到端的延遲。而視頻從采集到播放的整個鏈路里包含端上處理延遲,端到服務器延遲,以及服務器之間傳輸,排隊和服務處理等延遲。視頻編解碼延遲只是端上處理延遲的一部分。這就意味著,要達到低延遲應用和業務的要求,我們的視頻編解碼運行速度需要很快。

  在質量,延遲和帶寬或者成本之間尋找一個最優平衡點是我們努力的方向和目標。

  我們都知道軟件編碼器具有靈活的優點,可以達到更高的編碼質量。但是它的一個缺點是速度慢,尤其是在壓縮高分辨率內容的時候。所以對于低延遲尤其是超低延遲的應用場景,我們多采用硬件編碼器。這里我們舉一個云游戲的例子。云游戲是以云計算為基礎的游戲方式,在云游戲的運行模式下,所有游戲都在服務器端運行,并將渲染完畢后的游戲畫面壓縮后通過網絡傳送給用戶。在客戶端,用戶的游戲設備不需要任何高端處理器和顯卡,只需要視頻解壓縮能力就可以了。

  在線游戲行業千億市場,各行業巨頭在云游戲方向重兵投入。今年三月谷歌的云游戲平臺Stadia正式登場,并計劃于11月在全球多地上線。Microsoft正在積極籌備進行先期測試,Sony也在進一步加強云游戲服務能力。騰訊已投入布局START云游戲平臺,并在今年4-5月間正式開啟了Start內測預約。如果騰訊的云游戲服務能夠成功的話,將會對國內游戲行業產生極為深遠的影響。

  云游戲商業化面臨的一個挑戰是它的高成本。這里我們有一個大致的成本拆分。我們可以看到拆分之下,最大一塊成本來自于帶寬 34%,其次是GPU 27%。 為了推動云游戲商業化,相關業務部門在2020年里希望可以將成本降低一半。在之后的每一年還會有更多的成比例的成本下降。而在2020年里帶寬成本計劃下降67%, 這其中絕大部分會來自于視頻編碼器的優化。

  這里簡單羅列了一些我們已經和正在使用的視頻編解碼器優化策略,包括:啟用更高效率編解碼格式,對硬件編碼器進行優化:針對不同游戲場景優化編碼工具集使用,同時支持多格式軟件硬件編碼器并根據內容和分辨率進行切換,動態編碼碼率策略,ROI編碼和網絡自適應編碼技術,硬件解碼渲染一體化,等。在過去的幾個月里,我們針對nvidia, intel, amd, android, iOS 等硬件平臺和編解碼器分別做了優化,達到節省約30%帶寬。尤其是硬件解碼和渲染一體化,很大程度降低了解碼端延遲和功耗。

  我們正在進入5G時代。5G網絡提供給我們超強的帶寬,超低的延遲,使得更多的應用觸手可及,也使得萬物互聯成為可能。在5G的影響下,媒體內容的生產,獲取和傳播方式都在發生變化。無論是4K/8K,還是VR/AR/MR/點云,這些在過去因為受限于網絡帶寬的應用,在5G的推動下可能會迎來突破。而5G的低延遲特性還將觸及醫療和其他一些倚賴高速連接和互動的領域,例如遠程手術和自動駕駛。

  在超高清視頻方面,帶寬的占用隨視頻分辨率,bitdepth和幀率等指標的提升成倍增長。互聯網流量數據顯示,在2017年標清和高清視頻內容大約各占一半。在2019年也就是目前標清內容占比下降到大約1/3, 高清內容成為主流,超高清內容占比開始攀升。到2022年我們預計超高清內容占比會進一步提升到約總流量的1/4。 超高清視頻內容的壓縮,對于視頻編解碼器的質量和性能都有更高的要求。

  互動沉浸式媒體是又一個被5G強推動的領域。根據中國產業信息網,中國VR內容市場自2016年以來持續以每年2-3倍的速度增長。應用產業鏈迅速擴展,尤其是在亞太地區發展更為迅猛。互動沉浸式媒體的應用領域非常廣泛,滲透到例如文旅,教育,影視和泛娛樂,安全,零售等很多垂直行業。在今年九月騰訊推出的一部手機游云南里就包含了VR導覽這一元素。

  一個高質量高效率的互動VR系統包含了從采集拼接,處理,壓縮,傳輸,到解壓縮,后處理,渲染和交互等端到端多個技術模塊。里面包含的技術有投影技術,采集拼接技術,FOV技術,自適應傳輸技術(包括Tile 切塊,自適應碼率,自適應分辨率,自適應主客觀質量等)涉及的傳輸協議有HLS, DASH, WebRTC等。因為VR視頻占用的帶寬可能高達普通高清視頻帶寬的幾十倍,高效率的VR視頻編解碼器即使在5G時代也仍然是必須的。

  在萬物互聯的5G時代,媒體的智能化已經成為不可阻擋的趨勢和發展方向,人工智能技術成為媒體融合重要的技術手段和工具。在不久前的十一慶典中,騰訊多媒體實驗室聯合騰訊視頻和騰訊云推出的AI智能云剪輯,在最短時間內將月餅盛典中精彩片段進行拆分和剪輯。騰訊多媒體實驗室和騰訊云正在研發的智能場記解決方案,旨在運用深度學習技術結合信號處理理論,對視頻內容進行高級語義理解,并已經在體育賽事等場景取得階段性成果。

  最后我想用半分鐘時間簡單介紹一下騰訊多媒體實驗室。

  作為騰訊云的一個重要技術輸出方和親密合作伙伴,騰訊多媒體實驗室專注于多媒體和相關領域的前沿技術探索、研發和產品落地,包含音視頻編解碼、網絡傳輸和實時通信,基于信號處理和深度學習的多媒體內容分析、理解、處理和質量評估,沉浸式媒體(VR、AR、點云等)系統設計和端到端解決方案;同時負責國際國內行業標準制定,包含多媒體數據壓縮,網絡傳輸協議,多媒體系統和開源平臺等。

  面向未來,我們將一如既往地以技術為本,以客戶需求為導向,和騰訊云一起打造更多更好的產品,服務于社會。

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