[论文解读] 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 5

一句话总结

本文评估了在社交云平台上不同标准视频格式的视频流媒体服务质量（QoS），测量了分辨率、码率和文件大小对性能的影响。研究发现，为加快加载速度而进行的压缩会降低视频质量，影响用户体验，且在HD和Full HD等格式中，文件大小、带宽与感知质量之间存在关键权衡。

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.

研究动机与目标

• 分析视频格式特性（分辨率、码率和文件大小）对社交云视频流媒体服务质量（QoS）的影响。
• 研究上传和下载过程中为加快速度而进行的视频压缩对感知视频质量和用户体验的影响。
• 识别在标准视频格式中存储大小、带宽消耗与视频质量之间的性能权衡。
• 提供加载时间、播放流畅度以及由压缩导致的质量退化等QoS参数的实证测量。

提出的方法

• 本研究评估了多种具有不同分辨率、音视频码率和存储大小的标准视频文件格式。
• 视频被上传至社交云平台，以模拟真实世界流媒体条件。
• 在流媒体过程中测量了加载时间、缓冲频率和播放连续性等QoS指标。
• 通过对比上传前后原始视频与压缩视频版本，评估了感知视频质量。
• 分析重点在于通过压缩实现文件大小减小与由此导致的视觉质量退化之间的权衡。
• 收集并分析数据，以关联视频格式参数与观测到的QoS结果。

实验结果

研究问题

• RQ1 在社交云平台上，不同视频格式（按分辨率和码率划分）在加载时间和流媒体流畅度方面表现如何？
• RQ2 在上传过程中对视频进行压缩，对HD和Full HD格式的感知视频质量造成多大程度的退化？
• RQ3 视频文件大小、带宽使用与QoS指标（如缓冲和重新缓冲）之间存在何种关系？
• RQ4 音视频码率的变化在流媒体过程中如何影响整体用户体验质量（QoE）？
• RQ5 哪种视频格式在社交云平台上能实现文件大小、带宽效率与视觉质量之间的最佳平衡？

主要发现

• 高分辨率和高码率格式在社交云平台上需要显著更多的带宽，并导致更长的初始加载时间。
• 上传过程中应用的压缩虽减小了文件大小，但导致了视频质量的明显退化，尤其在高动态画面中更为显著。
• 由于对数据速率的需求更高，Full HD视频比HD格式经历了更频繁的缓冲和重新缓冲。
• 在高动态和复杂纹理的视频中，文件大小减小与质量损失之间的权衡最为显著。
• 低码率格式虽然加载更快，但表现出明显的伪影和清晰度下降，对用户体验产生负面影响。
• 本研究识别出特定的格式配置，可在保证可接受质量的同时实现高效的带宽使用，适用于社交云视频共享。