[論文レビュー] A Survey on Energy Consumption and Environmental Impact of Video Streaming

Samira Afzal, Narges Mehran+5 more|arXiv (Cornell University)|Jan 18, 2024

Image and Video Quality Assessment被引用数 7

ひとこと要約

この調査は、提供段階と消費段階を通じたビデオストリーミングのエネルギー使用量と炭素フットプリントを分析し、エネルギー要因の分類法を提案し、未解決の研究ギャップ、データセット、およびツールを明らかにします。

ABSTRACT

Climate change challenges require a notable decrease in worldwide greenhouse gas (GHG) emissions across technology sectors. Digital technologies, especially video streaming, accounting for most Internet traffic, make no exception. Video streaming demand increases with remote working, multimedia communication services (e.g., WhatsApp, Skype), video streaming content (e.g., YouTube, Netflix), video resolution (4K/8K, 50 fps/60 fps), and multi-view video, making energy consumption and environmental footprint critical. This survey contributes to a better understanding of sustainable and efficient video streaming technologies by providing insights into the state-of-the-art and potential future directions for researchers, developers, and engineers, service providers, hosting platforms, and consumers. We widen this survey's focus on content provisioning and content consumption based on the observation that continuously active network equipment underneath video streaming consumes substantial energy independent of the transmitted data type. We propose a taxonomy of factors that affect the energy consumption in video streaming, such as encoding schemes, resource requirements, storage, content retrieval, decoding, and display. We identify notable weaknesses in video streaming that require further research for improved energy efficiency: (1) fixed bitrate ladders in HTTP live streaming; (2) inefficient hardware utilization of existing video players; (3) lack of comprehensive open energy measurement dataset covering various device types and coding parameters for reproducible research.

研究の動機と目的

• ビデオストリーミングが全体の CO2 排出量とエネルギー使用量にどのように寄与するかを理解する。
• 提供および消費におけるエネルギー消費を推進する要因と構成要素を特定する。
• 電力、エネルギー、CO2 評価の測定、推定モデル、および利用可能なツール/データセットを調査する。
• 方法論的課題を強調し、より信頼性が高く再現可能な研究の方向性を提案する。

提案手法

• コンテンツ提供と消費全体にわたるエネルギー関連要因の分類法を構築する（エンコード、保存、取得、デコード、表示）。
• 889 件のスクリーニング対象ソースのうち 56 件の研究を体系的にレビューし、エネルギー影響を整理し未解決課題を特定する。
• 既存の炭素フットプリント推定手法とそのトレードオフ、精度、信頼性を要約する。
• ビデオストリーミングにおける電力、エネルギー、CO2 排出量を測定するツールとデータセットを整理する。
• 測定のばらつきと不確実性を批判的に議論し、将来の研究方向性を提案する。

Figure 1. Surveyed video streaming components from production to end-user consumption, comprising encoding, storage, retrieval, decoding, and display.

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ビデオストリーミングが全体の CO2 排出量に与える影響は何か？
• RQ2 さまざまなビデオストリーミングの構成要素はエネルギー使用量と CO2 排出量にどのように寄与するか？
• RQ3 各ストリーミング要素のエネルギー消費に影響を与える主な要因は何か？
• RQ4 エネルギー消費と CO2 排出量をどのように推定または測定できるか？
• RQ5 各構成要素の既存のエネルギーまたは CO2 推定モデルとそれらの利点・欠点、精度、信頼性は何か？
• RQ6 ビデオストリーミングの電力、エネルギー、CO2 排出量を測定できるツールとデータセットはどれか？

主な発見

• 889 件の初期記事のうち、56 件が徹底的に調査され、マルチメディアシステム、コンピューティング、通信、エネルギー領域に跨っていた。
• エネルギー消費と炭素フットプリントは国ごとの電力ミックス、エンドユーザ機器、タイミング、ネットワーク要因によって変動し、地域間で大きな推定差を生む。
• ビデオストリーミング1時間あたりの CO2 排出量は、仮定と手法に依存して約36 g/h から不確定な 77,000 g/h まで広く変動する。
• データ量の成長をエネルギー使用量と切り離すことは、クラウド、エッジ、デバイスの再エネ導入と効率向上によって可能である。
• ビデオストリーミング研究における電力、エネルギー、CO2 排出量を測定するツールとデータセットの総覧が存在する。
• 主要な研究ギャップには、HTTP Live Streaming の固定ビットレートラダー、プレーヤーにおけるハードウェア利用の非効率、包括的な公開エネルギー測定データセットの欠如が含まれる。

Figure 2. Literature selection methodology inspired from (Turner et al . , 2010 ) .