揭秘金山雲雲遊戲PaaS服務平台背後的視頻編碼技術
2020年07月02日21:20

  近日,金山雲發佈了雲遊戲PaaS平台。該平台的雲遊戲架構能夠為客戶提供穩定、快速、彈性的雲遊戲部署及運維解決方案,支持CPU+GPU資源池的混合架構,以更低的損耗代價實現更高的用戶流併發處理效率。在雲端,金山雲投入了大量研發精力獲取高度彈性的虛擬化/容器能力,以此為基礎自研了GPU pass-through虛擬化技術,一方面大大降低了VM在OS層的損耗以提升用戶資源使用經濟性,整體降低TCO;另一方面獲得了等效於vGPU方案的資源監控能力,從而可使用高效調度算法來實現更優質的資源分配靈活性及平行伸縮能力。

  在流式傳輸環節上,金山雲直接從編碼器入手,對KSC265做了深度優化定製,使其適配了WebRTC等通用RTC方案。在5G終端應用場景中,金山雲豐富的邊緣節點提供了出色的MEC接入能力,將優化用戶網絡擁塞的工作推進至了最後一公里,在大部分工況條件下把玩家RTT延遲降低到了25ms以下。本文將重點介紹基於雲遊戲PaaS平台定製優化後最新KSC265的技術優勢。

  雲遊戲定製優化下的最新版KSC265

  KSC265是金山雲自主研發的符合HEVC標準的軟件級H.265視頻編解碼器,曾多次獲得世界編碼大賽冠軍。

  與基於H.265標準的開源視頻編解碼器X265相比,KSC265在壓縮效率和速度方面優勢明顯,編碼速度能夠滿足直播、短視頻、雲遊戲等的時效性需求。在快速編碼模式下,金山雲KSC265壓縮比顯著,相較X264相同畫質仍可以實現30%-50%的碼率節省,僅消耗一半的帶寬,即可獲得相同的觀看體驗。相較硬件編碼,KSC265的參數設置更加靈活,不僅壓縮比同畫質優於硬編,成本也低於硬件解決方案。

  本次基於雲遊戲定製優化了最新版本的KSC265,在碼率、PSNR、轉碼速度等方面均有新的突破。基於端遊和手遊,我們測試了代表性的4個遊戲,採集5分鍾時長的雲遊戲視頻,採用ultrafast與zerolatency檔次,在碼率、PSNR、轉碼速度三個方面進行了對比。結果顯示,KSC265在相同峰值信噪比PSNR下較x264碼率平均節省62.44%,較x265碼率平均節省28.52%。

  KSC265的背後技術揭秘

  在MV搜索、屏幕內容、主觀優化與碼率平衡方面,最新KSC265均實現了升級。

  對於雲遊戲,特別是需要渲染的端遊類,KSC265可以利用遊戲本身的渲染信息,通過一些簡單的矩陣乘法計算出相鄰幀的像素級DirectMV來跳過編碼器原始的MV搜索過程,大幅加速整個編碼過程。在整個基於MV的優化加速中,KSC265能在加速24%的情況下,僅損失3%的BD-rate。

  KSC265還能針對基於屏幕內容的視頻編碼擴展技術(Screen Content Coding)進行優化。HEVC-SCC 本質上是 HEVC 的擴展,KSC265針對 SC 圖像特性增加了四個編碼工具:幀內塊數據複製(Intra Block Copy, IBC)、調色板模式(Palette Mode)、自適應顏色空間變換(Adaptive Color Transform, ACT)以及自適應運動矢量解像度(Adaptive Motion Vector Resolution, AMVR)。相較於自然圖像視頻,屏幕內容視頻在RGB顏色通道上的關聯度更低,轉換為常見的YUV-420格式並不利於其編碼壓縮。鑒於此,KSC265使用支持可擴展RGB-444模式的編碼器,在取得更好壓縮效率的同時,得到色彩更鮮豔、清晰度更高的視頻流。

  在主觀優化和碼率節省的平衡方面,KSC265採用了HVS的最小可覺察誤差(just-noticeable difference,JND)模型,JND度量了人眼對畫質損失的容忍程度,利用人眼對圖像中不同區域、不同背景的敏感性差異進行像素域JND建模和碼率分配,從而提高壓縮比。算法上將JND模型分解為視覺對比度敏感度帶通(contrast sensitivity function,CSF)模型,亮度幅度非線性(luminance masking,LM)模型, 紋理對比度掩蔽(contrast masking,CM)模型, 人眼凸起掩蔽(foveated masking,FM)模型, 和時域掩蔽(temporal masking,TM)等五種模型。

  金山雲在視頻雲領域已深耕多年,團隊一直在關注相關前沿技術,並已實現多種技術的具體落地。未來,金山雲將持續在雲遊戲賽道發力,利用最新技術突破為用戶提供更高品質的沉浸式遊戲體驗。

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