[論文レビュー] Quality of Service (QoS): Measurements of Video Streaming

Sajida Karim, Hui He+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 30, 2019

Image and Video Quality Assessment参考文献 16被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、ソーシャルクラウドプラットフォーム上での動画ストリーミングにおけるサービス品質（QoS）を、さまざまな標準動画フォーマットで評価し、解像度、ビットレート、ファイルサイズがパフォーマンスに与える影響を測定している。圧縮による高速ロードを実現するが、その結果、動画品質が低下し、ユーザー体験に悪影響を及ぼすことが判明した。HDおよびフルHDフォーマット間で、ファイルサイズ、帯域幅、知覚品質の間の主なトレードオフが特定された。

ABSTRACT

Nowadays video streaming is growing over the social clouds,<br> where end-users always want to share High Definition (HD)<br> videos among friends. Mostly videos were recorded via<br> smartphones and other HD devices and short time videos have a<br> big file size. The big file size of videos required high bandwidth<br> to upload and download on the Internet and also required more<br> time to load in a web page for play. So avoiding this problem<br> social cloud compress videos during the upload for smooth play<br> and fast loading in a web page. Compression decreases the video<br> quality which also decreases the quality of experience of end<br> users. In this paper we measure the QoS of different standard<br> video file formats on social clouds; they varied from each other<br> in resolution, audio/video bitrate, and storage size. Videos were<br> downloaded from YouTube and converted standard video file<br> formats which provided by developers and upload/download at<br> social clouds. During the upload of video standard file format,<br> original video format converted in social cloud’s default<br> supported file format and also compressed according to<br> compression technique which set by the service provider. The<br> Result shows that Facebook compressed HD Videos more as<br> compared to Google+ videos. However, Facebook gives a better<br> quality of compressed videos on slow networks, which were<br> upload in the format of MOV, FLV, WMV, AVI, WebM and<br> converted by Facebook into MP4 format for low resolutions and<br> MP4 (HEVC and AVC) for 1080P and 2160P high resolutions.<br> Google+ support all file formats and did not convert file format<br> and provide high quality video streaming for high speed<br> networks.

研究の動機と目的

• ソーシャルクラウド動画ストリーミングにおけるサービス品質（QoS）に与える動画フォーマットの特徴（解像度、ビットレート、ファイルサイズ）の影響を分析すること。
• アップロード時の動画圧縮が、知覚される動画品質およびユーザー体験に与える影響を調査すること。
• 標準動画フォーマット間で、ストレージサイズ、帯域幅消費量、動画品質のパフォーマンス上のトレードオフを特定すること。
• ロード時間、再生の滑らかさ、圧縮による品質劣化といったQoSパラメータの実証的測定を提供すること。

提案手法

• 本研究では、さまざまな解像度、音声・動画ビットレート、ストレージサイズを有する複数の標準動画ファイルフォーマットを評価した。
• 動画は、実際のストリーミング環境を模倣するため、ソーシャルクラウドプラットフォームにアップロードされた。
• ストリーミング中、ロード時間、バッファリング頻度、再生継続性といったQoSメトリクスが測定された。
• アップロード後のオリジナル版と圧縮版の比較を通じて、知覚される動画品質が評価された。
• 分析は、圧縮によるファイルサイズの削減とそれに伴う視覚的品質の低下のトレードオフに焦点を当てた。
• データは収集され、動画フォーマットのパラメータと観察されたQoS結果との相関関係を分析した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ソーシャルクラウドプラットフォーム上での、解像度およびビットレートの異なる動画フォーマットが、ロード時間およびストリーミングの滑らかさにおいてどのように性能を発揮するか。
• RQ2 アップロード時の動画圧縮が、HDおよびフルHDフォーマットにおいて、知覚される動画品質にどの程度悪影響を及ぼすか。
• RQ3 動画ファイルサイズ、帯域幅使用量、バッファリングや再バッファリングといったQoSメトリクスとの関係は何か。
• RQ4 音声および動画ビットレートの変動が、ストリーミング中の総合的な体験品質（QoE）にどのように影響するか。
• RQ5 ソーシャルクラウドプラットフォーム上では、どの動画フォーマットがファイルサイズ、帯域幅効率、視覚的品質の間で最適なバランスを提供するか。

主な発見

• 高解像度および高ビットレートのフォーマットは、ソーシャルクラウドプラットフォーム上での帯域幅を著しく増加させ、初期ロード時間が著しく長くなった。
• アップロード時に適用された圧縮はファイルサイズを削減したが、特に高運動シーンでは顕著な品質劣化を引き起こした。
• フルHD動画は、高データレート要件のため、HDフォーマットと比較してより頻繁にバッファリングおよび再バッファリングを経験した。
• 高運動および複雑なテクスチャを有する動画では、ファイルサイズの削減と品質損失のトレードオフが最も顕著に現れた。
• 低ビットレートのフォーマットは、ロードが速かったが、目立つアーティファクトと明確性の低下を示し、ユーザー体験に悪影響を及えた。
• 本研究では、ソーシャルクラウド動画共有に適した、許容可能な品質と効率的な帯域幅使用の両立を実現するフォーマット設定を同定した。