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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

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

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

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動画像ストリーミングサービス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

• 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

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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

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

サーバ

クライアント

クライアントネットワーク

プロキシ 要求（高品質）要求（高品質）

要求（低品質）

キャッシュバッファ

品質調整

転送（低品質）

低品質

転送（高品質）

転送（高品質）

高品質蓄積

高品質

高性能

低性能

広帯域

狭帯域

Cache

miss !

Cache hit !

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動画像ストリーミングサービスの特徴

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

• 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

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動画像の特徴を考慮したキャッシングメカニズム [2]

動画像の特徴を考慮したキャッシングメカニズム [2]

[2] M.Sasabe, N.Wakamiya, M.Murata, and H.Miyahara, ‘‘Proxy caching mechanisms with

video quality adjustment,’’ in Proceedings of ITCom 2001, Aug. 2001.

– 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

– 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

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実システムへ適用する際の問題点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

– 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

• キャッシングメカニズムにおける仮定– 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

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研究の目的研究の目的• 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

• 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

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実装システムの概要実装システムの概要Video Server

RTSP Client

RTP Receiver

Decoder

Video Client

RTSP Client

RTP Receiver

RTSP Server

RTP Sender

Cache Manager Cache

Video

RTSP Server

Proxy

ControlMPEG-2 PS Data

RTSP RTSP

RTP RTP

MultiplexerDemultiplexer

Low-passFilter

Table

TFRC

Monitor

Disk Manager

Low-passFilter

TFRC

Multiplexer

RTP Sender

99

品質調整に要する遅延品質調整に要する遅延• 品質８ Mbps 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– 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

• 品質８ Mbps 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– 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

0

100

200

300

400

500

600

1 2 3 4 5 6 7

目標レート [Mbps]

時間

[m

sec

]

1010

デモデモ• クライアントの要求品質（動画像レート）が変化• クライアントの要求品質（動画像レート）が変化

0

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

[kb

ps]

RTSP Client

RTP Receiver

Decoder

Video Client

RTSP Client

RTP Receiver

RTSP Server

RTP Sender

Cache Manager Cache

ProxyRTSP

RTP

MultiplexerDemultiplexer

Low-passFilter

Table

TFRC

Monitor

TFRC

1111

デモデモ

0

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

[kbp

s]

1212

まとめと今後の課題まとめと今後の課題• まとめ

– 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

• まとめ– 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