動画像品質調整機能を組み込んだ プロキシキャッシングシステムの 実装と評価 大阪大学 基礎工学部 情報科学科 村田研究室 谷口義明 2002年2月26日

動画像ストリーミングサービス 大量の動画像データを定常的に送出 ネットワークの負荷の増大 データ配送遅延の増加 ネットワーク接続形態の違い（ADSL, FTTH, Dialup）システム性能の違い（PC, PDA, ポケットPC） クライアントごとに異なる処理能力 プロキシ技術によるネットワーク負荷の軽減 処理能力に合わせた動画像品質調整

動画像品質調整機能を組み込んだ プロキシキャッシングシステム Cache miss ! Cache hit ! クライアント 要求（高品質） プロキシ 要求（高品質） 高性能 転送（高品質） 広帯域 サーバ 転送（高品質） 高品質 蓄積 高品質 要求（低品質） 転送（低品質） 品質調整 狭帯域 低性能 キャッシュバッファ 低品質 ネットワーク クライアント

動画像ストリーミングサービスの特徴 1つの動画像ファイルが数ギガバイトにもおよぶ ユーザが動画像を参照する順序には時間的 特性がある クライアント毎に動画像への要求品質が異なる 従来のキャッシングメカニズムでは対応が難しい 動画像ストリーミングサービスに効果的な キャッシングメカニズムが必要

動画像の特徴を考慮した キャッシングメカニズム [2] 動画像を一定時間ごとにセグメントという単位にわけ，セグメントを転送，処理の単位として扱う． キャッシュバッファ，伝送帯域の有効利用 通信状態やユーザの要求を考慮して，サーバから取得する動画像品質を決定する キャッシュバッファ，伝送帯域の有効利用，将来の転送要求に備える あらかじめキャッシュに動画像を先読みする 将来の転送要求に備える サーバからの取得データとキャッシュ内データを 置き換える 有限なキャッシュバッファの有効利用 [2] M.Sasabe, N.Wakamiya, M.Murata, and H.Miyahara, ‘‘Proxy caching mechanisms with video quality adjustment,’’ in Proceedings of ITCom 2001, Aug. 2001.

実システムへ適用する際の問題点 キャッシングメカニズムにおける仮定 実装上の問題 動画像品質調整に要する遅延を考慮していない パケット棄却による再生動画像品質の低下を 考慮していない 実装上の問題 音声を含めた動画像の管理

研究の目的 動画像品質調整機能を組み込んだプロキシキャッシングシステムの実装と評価 プロキシキャッシングシステムの実現可能性 処理遅延の評価 キャッシングメカニズムの有効性 再生動画像の品質評価 トラヒック量の測定

実装システムの概要 Video Server Proxy Video Client Control MPEG-2 PS Data RTSP RTSP RTSP Server RTSP Client RTSP Server RTSP Client Video Table Cache Manager Cache Disk Manager Low-pass Filter Low-pass Filter Monitor Decoder Demultiplexer Multiplexer Multiplexer TFRC TFRC RTP RTP RTP Receiver RTP Sender RTP Receiver RTP Sender Control MPEG-2 PS Data

品質調整に要する遅延 品質８Mbpsの動画像の品質調整に1秒あたり500ミリ秒弱で処理が可能 処理前の動画像品質に比例した遅延が生じる 実時間処理が可能である プログラムの最適化やハードウェア化により多くのクライアントに対しサービスが提供可能 処理前の動画像品質に比例した遅延が生じる 600 500 [msec] 400 300 時間 200 100 1 2 3 4 5 6 7 目標レート [Mbps]

デモ クライアントの要求品質（動画像レート）が変化 Video Client Proxy 時間 [ 秒 ] 品質 [kbps] 1000 RTSP Client RTP Receiver Decoder Video Client RTSP Server RTP Sender Cache Manager Cache Proxy RTSP RTP Multiplexer Demultiplexer Low-pass Filter Table TFRC Monitor 1000 2000 3000 4000 5000 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 時間 [ 秒 ] 品質 [kbps]

デモ

まとめと今後の課題 まとめ 今後の課題 動画像品質調整機能を組み込んだプロキシキャッシングシステムの実装を通して実現可能性を示した． プロキシで動画像品質調整を行っても，実時間性を 失うことなくユーザに動画像を提供可能 今後の課題 複数の動画像ストリームへの対応 インタラクション(巻き戻し，早送り)への対応 システムのスケーラビリティの検討および向上