[논문 리뷰] Quality of Service (QoS): Measurements of Video Streaming

Sajida Karim, Hui He외 2명|arXiv (Cornell University)|2019. 11. 30.

Image and Video Quality Assessment참고 문헌 16인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 소셜 클라우드 플랫폼에서 다양한 표준 비디오 포맷의 영상 스트리밍에서 서비스 품질(QoS)을 평가하며, 해상도, 비트레이트, 파일 크기가 성능에 미치는 영향을 측정한다. 압축을 통해 더 빠른 로딩을 도모할 경우 비디오 품질이 떨어져 사용자 경험에 악영향을 미치며, HD 및 풀 HD 포맷 간에 파일 크기, 대역폭, 인지 품질 간의 핵심 상충관계가 드러난다.

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.

연구 동기 및 목표

• 소셜 클라우드 영상 스트리밍에서 서비스 품질(QoS)에 영향을 미치는 비디오 포맷 특성—해상도, 비트레이트, 파일 크기—의 영향을 분석하기 위해.
• 업로드 및 다운로드를 더 빠르게 하기 위해 적용된 비디오 압축이 인지 비디오 품질과 사용자 경험에 미치는 영향을 조사하기 위해.
• 표준 비디오 포맷 간에 저장 크기, 대역폭 소비, 비디오 품질 간의 성능 상충관계를 규명하기 위해.
• 로딩 시간, 재생 스무스함, 압축으로 인한 품질 저하와 같은 QoS 매개변수의 실증적 측정을 제공하기 위해.

제안 방법

• 다양한 해상도, 오디오/비디오 비트레이트, 저장 크기를 가진 여러 표준 비디오 파일 포맷을 평가하였다.
• 영상은 실제 스트리밍 환경을 시뮬레이션하기 위해 소셜 클라우드 플랫폼에 업로드되었다.
• 스트리밍 중 로딩 시간, 버퍼링 빈도, 재생 연속성과 같은 QoS 메트릭을 측정하였다.
• 업로드 후 원본 및 압축된 비디오 버전을 비교하여 인지 비디오 품질을 평가하였다.
• 압축을 통한 파일 크기 감소와 그로 인한 시각적 품질 저하 간의 상충관계에 초점을 맞춘 분석을 수행하였다.
• 비디오 포맷 매개변수와 관측된 QoS 결과 간의 상관관계를 도출하기 위해 데이터를 수집하고 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 비디오 포맷(해상도 및 비트레이트 기준)이 소셜 클라우드 플랫폼에서 로딩 시간과 스트리밍 스무스함 측면에서 어떻게 성능을 발휘하는가?
• RQ2 업로드 중 적용된 비디오 압축이 HD 및 풀 HD 포맷에서 인지 비디오 품질에 얼마나 영향을 미치는가?
• RQ3 비디오 파일 크기, 대역폭 사용량, 버퍼링 및 재버퍼링과 같은 QoS 메트릭 간의 관계는 어떠한가?
• RQ4 오디오 및 비디오 비트레이트의 변화가 스트리밍 중 전체 사용자 경험(QoE)에 어떻게 영향을 미치는가?
• RQ5 소셜 클라우드 플랫폼에서 파일 크기, 대역폭 효율성, 시각적 품질 간의 최적 균형을 이룬 비디오 포맷은 무엇인가?

주요 결과

• 고해상도 및 고비트레이트 포맷은 소셜 클라우드 플랫폼에서 상당히 더 많은 대역폭을 요구하며, 초기 로딩 시간이 길어졌다.
• 업로드 중 적용된 압축은 파일 크기를 줄였지만, 특히 고속도의 장면에서 눈에 띄는 비디오 품질 저하를 유발하였다.
• 풀 HD 영상은 더 높은 데이터 전송 요구량으로 인해 HD 포맷보다 더 자주 버퍼링 및 재버퍼링을 경험하였다.
• 고속도 및 복잡한 무늬를 포함한 영상에서 파일 크기 감소와 품질 손실 간의 상충관계가 가장 두드러졌다.
• 낮은 비트레이트를 가진 비디오 포맷은 더 빠른 로딩을 달성했지만 눈에 띄는 아티팩트와 뚜렷한 명도 저하로 사용자 경험에 악영향을 미쳤다.
• 이 연구는 소셜 클라우드 영상 공유에 있어 수용 가능한 품질과 효율적인 대역폭 사용을 동시에 확보할 수 있는 특정 포맷 설정을 규명하였다.