Xilinx 赋能深维科技GIF2WebP动图方案重新定义图像处理未来

移动互联网技术的发展和海量内容的的爆炸性增长，驱使内容服务提供商使用大量动画图形推广自己的内容。尽管GIF仍然是网络上常用的动图格式，但是因为其相比静态图片更大的尺寸及编解码技术，常常会因为网速及编解码计算性能等问题，导致不佳的用户体验，有时甚至导致内容不可用。WebP动画图形处理是GIF的绝佳替代方案，但是其高度复杂的计算及其造成的过高的时延，使得该方案缺乏可行性的技术支持。

为了解决WebP动图转码的时延问题，深维科技选择赛灵思Alveo™ U200加速卡打造了其ThunderImage GIF2WebP动图转码解决方案，使得内容提供商拥有了前所未有的网络多媒体演示体验。

图1：基于深维ThunderImage GIF2WebP动图转码解决方案的转码流程演示

市场挑战

随着移动互联网内容的爆发性增长,越来越多的互联网内容服务商开始在网页上大量使用更加生动直观的动图来吸引用户的眼球，以为用户提供更鲜活浏览体验，并同时更有效地推荐相关产品。

尽管目前网络上主流动图格式仍然是GIF。但最新一版GIF规范制定于32年前(1989年)，当今的软硬件环境较当年已经发生了天翻地覆的变化，GIF文件特有的占用空间大、色彩表现力有限、终端解码效率差等问题，显得越发突出,导致动图相关功能网络带宽占用大、终端解码负担重,并最终使APP用户体验变差甚至完全不可用。

为解决GIF动图存在的问题,新的动图格式WebP应运而生。WebP的优势非常明显，包括大幅缩小文件大小,节省网络流量,降低传输时延。在不做缩放的情况下,转换为WebP动图将可以节省50% 以上的空间。而对于带缩放的场景，同分辨率WebP动图相比GIF平均可节省62%的空间(根据我们采样的小规模数据)。此外，WebP动图相比GIF,在画质上也实现了显著提升，同分辨率文件大小可缩减75%。

图2:根据我们采样的小规模数据,同分辨率的WebP图像比GIF平均节省62%的空间

然而，虽然WebP 解决了尺寸和图像质量的问题，其时延问题却是阻碍其普及的最大障碍之一。 WebP动图相当于几十至上百张WebP静图的编码， 计算复杂度非常高,导致此转码运算时延会非常惊人。使用最快的开源算法在CPU上运行,转码运算时延动辄十几秒,这样用户的体验会非常差。

解决方案

针对WebP动图转码时延过大的问题, 深维科技选择采用赛灵思Alveo™ U200加速卡打造了ThunderImage GIF2WebP动图转码方案。 Alveo U200 基于赛灵思16 nm UltraScale™ 架构，旨在为包括机器学习推断、视频转码和数据库搜索与分析在内的数据中心重要工作负载，提供当前 CPU 无法实现的性能。借助Alveo U200，深维科技基于该平台一次性解决了时延、流量、存储、计算等问题。

图: ThunderImage GIF2WebP方案

深维科技CEO 樊平表示：“赛灵思高性能的异构处理平台，助力ThunderImage GIF2Webp方案全面解锁了WebP动图画质高、体积小的优势,为广大的互联网内容服务商带来了多媒体展示的全新体验。”

具体而言，ThunderImage GIF2Webp动图转码方案实现了：

1. 超低时延

对比CPU方案,ThunderImageGIF2WebP动图转码方案将转码处理时延 ( 端到端的单张图像处理时延 ) 平均缩减15倍。即从十几秒到几十秒缩短到零点几秒到1秒多,这种场景下的WebP动图技术就从原来的不可行变成了完全可行。 ( 注:测试基准CPU为Xeon E5-2680v4双核、内存为256GB DDR4。测试输入为1000张GIF动图,输出为400x400 WebP动图。测试数据基于Xilinx Alveo U200加速卡。)

2. 全新画质体验

由于WebP相较于GIF强大的压缩能力和色彩表现能力(24bit vs 8bit)，相较于GIF方案ThunderImage GIF2Webp可以呈现远比前者更细腻、更高清的画质体验。

3. 超高鲁棒性

在业务极限载荷的情形下，GIF2WebP转码处理时延较常规时延波动不超过10%，从而有效提升服务可靠性。

4. 低功耗

方案充分利用赛灵思加速卡低功耗特点，相较CPU的GIF2WebP方案，为客户节省10%以上的能耗。

5. 流量节省

相较GIF方案，此方案可以立即为用户节省50%以上的网络流量。

6. 小尺寸

相较CPU的GIF2WebP方案，客户可节省10%以上的物理空间。

图3:实测结果,400*400延迟,平均比CPU方案降低15倍

设计成效

2021年1月，深维科技ThunderImage GIF2Webp动图转码方案作为国内首款基于高性能FPGA异构计算的SaaS动图转码产品，正式上线阿里云市场。甫一上市，已经开始为国内领先影视类视频提供商南瓜电影的影片动态海报功能提供服务。

南瓜电影COO庄徐麟表示:“南瓜有大量优秀影片，因为没有有效的方法使之在节目清单中脱颖而出，错失了被用户注意的机会,非常的可惜。这是我们一直想要解决的一个问题。采用深维科技的GIF2WebP动图方案以后，我们就能够使用播放时间充裕、画质高清的动图了。通过这种方式展示推荐影片给用户，可以帮助用户快速预览，从而显著提高观影概率。”

除影片推荐外, ThunderImage GIF2Webp还有望在UGC视频、电子商务、兴趣社群、手机动态屏保、社交媒体等众多领域被广泛应用。