دانلود مقاله یک مقایسه فن آوری های هموارسازی پهنای باند برای انتقال ویدئوی فشرده شده از پیش ثبت شده

انتقال ویدئوی متراکم شده و از پیش ثبت شده مستلزم خدمات چند رسانه ای برای پشتیبانی نوسانات زیاد در نیازها و مقررات پهنای باند در مقیاس های زمانی چندگانه است .

فن آوری های هموارسازی پهنای باند می تواند و شیوع یک جریان دارای سرعت بیت متغیر را با کامل کردن اطلاعات تحت یک سری از سرعت های ثابت کاهش دهند و تخصیص منابع در سرویس دهنده های ویدئو و شبکه ارتباطات را آسان می سازند .

با فرض یک بافر ثابت پیش واکنشی از طرف مشتری ، چندین الگوریتم هموارسازی پهنای باند معرفی شده اند که تحت شرایط معینی بهینه هستند .

این مقاله یک مجموعه از متریکها را برای مقایسه این الگوریتم های هموارسازی و ارزیابی هزینه و عملکردها ارائه می کند .

بدلیل کمیابی اطلاعات ردیابی موجود ، ما یک بستر آزمایش تسخیر ویدئو تولید کرده ایم و یک مجموعه از بیست کلیپ های ویدئویی کدبندی شده JPEG با طول کامل ایجاد نموده ایم .

با استفاده از این رد و مسیرهای ویدئویی و یک سری از اندازه های بافر مشتری ، نقش موجود بین متریک‌های عملکرد را از طریق آزمایشات شبیه سازی بررسی می نماییم .

نتایج قوت و ضعف منحصر به فرد هر الگوریتم هموارسازی پهنای باند را نشان می دهد و موارد مربوط به تحقیق آینده را پیشنهاد می کنند .

مقدمه :
بسیاری از کاربردهای چند رسانه ای در حال ظهور از قبیل کتابخانه های دیجیتال و خدمات تقاضای مبتنی بر ویدئو ، متکی بر انتقال مفید ویدئوی پیش ثبت شده
می باشد .

روشهای تراکم مفید ، از قبیل MPEG و JPEG – حرکت ، اساساً
می توانند نیازهای منبع را برای ذخیره سازی و انتقال جریان های ویدئو را کاهش دهند .

با این حال ، ترافیک ویدئوی متراکم شده نوعاً شیوع مهمی را براساس مقیاسهای زمان چندگانه نشان می دهند که ناشی از ساختار چهارچوب الگوریتم تراکم و همچنین تغییرات طبیعی در داخل و بین صفحه ‌ها است .

این ترافیک سرعت بیت متغیر تلا را برای تخصیص منابع شبکه و سرویس دهنده برای تضمین برگشت نمایش در سایت های مشتری را تضمین می نماید ، از قبیل ایستگاه های کار و جعبه های SET-TOP .

برای کاهش شیوع ترافیک ، کاربردهای ویدئویی ذخیره شده می توانند بر اساس یک اولویت دانش از اندازه های چهارچوب در جریان ویدئوی تراکم یافته سرمایه گذاری می شوند.

بویژه ، سرویس دهنده می تواند جریان را توسط پیش واکنش نمودن چهارچوب های ویدئو قبل از هر شیوع (انفجار) هموار نماید .

با آغاز انتقال ، سرویس دهنده می تواند چهارچوب های بزرگ را با سرعتی آهسته تر ارسال نماید بدون آنکه کاربردهای مشتری متوقف شود .

سیستم می تواند اصلاح شده ، کدبرداری شده و چهارچوب ‌ها (فریم ‌) را با سرعت فریم روان نمایش دهد جایی که چهارچوب i مستلزم fi بایت ذخیره می باشد .

ود بالقوه پیش واکنشی بستگی به اندازه b از بافر مشتری دارد .

سرویس دهنده باید مقدار پیش واکنشی را محدود نماید تا از جریان اضافه این بافر جلوگیری نماید و با این حال از جریان کمتر از مقدار معمول پرهیز نماید .

سرویس دهنده باید اطلاعات کافی را منتقل کند تا به مشتری اجازه تخلیه بافرش را تحت شرعت نمایش چهارچوب بدهد .

سرویس دهنده
می تواند شیوع ویدئوی از پیش ثبت شده را کاهش دهد ، در حالی که از جریان بیش و کمتر از حد معمول پرهیز می کند و یک الگوریتم هموارسازی پهنای باند را مطابق بحث بخش 2 بکار می برد .

بر اساس طول های فریم fi و اندازه بافر b ، این الگوریتم ‌ها یک طرح انتقال تولید می کنند که شامل m اجرای با سرعت ثابت می باشد .

طول های این اجراها بستگی به اندازه بافر مشتری و درجه شیوع در جریان ویدئوی زیرین دارد .

برای یک اندازه بافر مشتری معقول ، هموارسازی پهنای باند می تواند یک پلان انتقال را با تعداد کمی از اجراها و یک کاهش چشمگیر در نیاز پهنای باند اوج جریان در مقایسه با یک انتقال همواره نشده از فریم های ویدئو ایجاد نماید .

در نتیجه ، هموار سازی پهنای باند دارای توانایی بالقوه برای کاهش ضروری منایع سرویس دهنده و شبکه مورد نیاز برای انتقال ویدئوی ازپیش ثبت شده است بدون آنکه تاخیر در برگشت نمایش در مشتری را موجب گردد .

بررسی های قبلی trade off های عملکرد – هزینه این الگوریتم ‌ها را بررسی نکرده اند که ناشی از موجودیت محدودیت اطلاعات ویدئوی متراکم شده می باشد .

این مقاله یک مقایسه جامع از الگوریتم های هموارسازی پهنای باند را نمایش می دهد که مبتنی بر یک مجموعه از متریک های عملکرد است که مستقیماً به پیچیدگی انتقال ، حمل ، و بازگشت نمایش ویدئوی متراکم و پیش ثبت شده مرتبط می شود .

الگوریتم های هموارسازی پهنای باند موجود پلان های انتقال را با
طول های متفاوت m و نیازهای سرعت متفاوت در هر اجرا را تولید می کنند که بستگی به آن دارد که چه متریک هایی را سعی دارند تا بهینه سازی نمایند .

بویژه ، ما چهار الگوریتم را مقایسه می کنیم که پلان هایی را ایجاد می کنند که : تعداد
افزایش های پهنای باند را کمینه می نمایند .

تعداد کل تغییرات پهنای باند را کمینه می نمایند .

قابلیت تغییر نیازهای پهنای باند را کمینه می نمایند .

شامل اجراهای پهنای باند ادواری هستند .

در بخش زیر این الگوریتم های هموارسازی پهنای باند با تاکید بر نحوه تلاش آنها برای بهینه سازی این متریک های خاصی شرح داده می شود .

برای یک مقایسه عملکرد جامع ، یک کتابخانه از بیست ویدئوکلیپ رمز شده JPEG حرکت را تولید کرده ایم که با استفاده از یک بستر آزمایش تسخیر ویدئو بر پایه PC دیجیتالی (رقومی) شده است که در بخش 3 شرح داده شده است .

بر پایه این جریان های ویدئوی متراکم ، بخش 4 الگوریتم هموارسازی را شرح می دهد و نمایش متقابل پیش و وظائف بینی متریک‌های عملکرد را بررسی می نمایند .

علاوه بر بررسی الگوریتم های هموارسازی پهنای باند ، این بررسی ‌ها خواص منحصر به فرد ویدئولیپ های زیرین (اساسی) رامشخص می نمایند .

بویژه جریان های ویدئوی هموار شده
تفاوت های چشمگیر در نیازهای سرعت اوج و قابلیت تغییر پهنای باند را نشان
می دهند .

این بررسی ‌ها جهات احتمالی را برای تحقیق بعدی در خصوص انتقال مفید ویدئوی از پیش ثبت شده را موجب می گردند که در بخش 5 بحث گردید .

2-هموارسازی پهنای باند – هموارسازی پهنای باند می تواند شیوع ترافیک ویدئوی متراکم شده را در یک معماری تقاضای بر پایه ویدئوی کاهش دهد که در شکل 1 نشان داده می شود .

سرویس دهنده های ویدئو نوعاً ویدئوی از پیش ثبت شده را بر روی دیسک های بزرگ و سریع ذخیره می کنند و ممکن است شامل ذخیره سازی سه گانه از قبیل نوارها یا جعبه های نوری برای نگه داری اطلاعات درخواستی (کمتر مورد تقاضا) باشد .

سایت های مشتری از قبیل ایستگاه های کاری یا جعبه های SET – TOP شامل یک بافر برای ذخیره سازی فریم های ویدئوی پیش واکنش شده است و مشتری ممکن است با سرویس دهنده تراکنش و تعامل نمایند .

1-4-پلان های پنهای اند : یک جریان ویدئوی متراکم از n فریم تشکیل می شود که فریم I به fi بایت از مخزن ذخیره را نیاز دارد .

برای نمایش برگشتی مستمر در سایت مشتری ، سرویس دهنده باید همواره با سرعت انتقال را انجام دهد تا از جریان کمتر از حدو معمول بافر جلوگیری نماید در جایی که نشان دهنده مقدار اطلاعات مصرف شده در مشتری توسط فریم K است و K=0 است، بطور مشابه ، مشتری نباید اطلاعات بیشتر از دریافت نماید (توسط فریم K ) تا از اضافه جریان بافر برگشت نمایش جلوگیری نماید که به اندازه b است .

لذا هر پلان انتقال سرویس دهنده معتبر بای در رودخانه جریان یافته توسط این توابع متساوی الفاصله بطور عمودی باقی بماند همانگونه که در شکل 2 ملاحظه می گردد .

یعنی بطوری که در سرعت انتقال در طی شکاف فریم I از جریان ویدئوی هموار شده است .

ایجاد یک پلان پهنای باند شامل ایجاد m اجرای متوالی و هر کدام با یک تخصیص پهنای باند ثابت و یک مدت دوام tj است که زمانی در شکاف های فریم متمایز اندازه گرفته می شود ، در زمان i سرویس دهنده با سرعت انتقال می یابد ، جایی که شیار شکاف I در طی اجرای j ام رخ می دهد .

m اجرای پهنای باند ، با یکدیگر ، یک مسیر خطی و یکپارچه ای را باید تشکیل دهند که بین منحنی های و قرار می گیرند .

مثلاً ، شکل 2 یک پلان دارای اجرا را نشان می دهد در جایی که اجرای دوم سرعت انتقال را افزایش می دهد تا از جریان کمتر از حد معمول بافر در بافر پیش واکنشی مشتری پرهیز گردد .

بطور مشابه سومین اجرا سرعت را برای جلوگیری از اضافه جریان کاهش می دهد .

الگوریتم های هموارسازی پهنای باند نوعاً نقطه آغاز (شروع) را برای j+1 اجرا بر اساس مسیر حرکت برای اجرا j انتخاب می نماید .

با تعمیم خط سرعت ثابت برای اجرای j ، مسیر حرکت نهایتاً با منحنی جریان اضافی یا کمتر از مقدار معمول یا هر دو مواجه می شود و یک تغییر در سرعت انتقال سرویس دهنده لازم می گردد .

2-2 الگوریتم هموارسازی : با فرض یک نقطه شروع برای j+1 اجرا در اکثر الگوریتم های هموارسازی تلاش دارند تا از یک مسیر حرکتی را انتخاب نمایند که حتی الامکان توسعه یابد ، تا تعداد تغییرات پهنای باند را در طی باقیمانده پلان محدود نماید .

در نتیجه ، مسیر حرکت برای هر اجرا باید به منحنی های جریان پیش و کمتر از حد معمول برسند و یک جبهه از نقاط آغاز احتمالی را برای اجرای بعدی ، طبق شکل 2 تولید نماید .

الگوریتم های هموارسازی پهنای باند گوناگون در نحوه انتخاب یک نکته آغاز برای j+1 اجرا برای افزایش و کاهش j+1 اجرا تفاوت دارند و منجر به پلان های انتقال با خصوصیات اجرای متفاوت می شوند .

مثلاً، الگوریتم تخصیص پهنای باند بحرانی (CBA) یک کاهش سرعت را در نقطه سمت چپ جبهه آغاز می کند .

جایی که مسیر حرکت برای اجرای j با منحنی Fander برخورد می نماید ، برای افزایش سرعت ، الگوریتم CBA یک جستجو را در امتداد جبهه انجام می دهد تا نقطه شروع ای را توضیحی دهد که توسعه مسیر حرکت بعدی را حتی الامکان مجاز می نماید .

برای هر تغییر سرعتی ، الگوریتم CBA طولانی ترین مسیر حرکت رابرای j+1 اجرا تعیین می کند که متکی بر نقطه آغاز انتخاب شده و اشغال بافر اولیه است (فاصله عمودی از Funder ) .

این امر منجر به یک پلان انتقال می شود که دارای کمترین نیاز پهنای باند اوج ممکن است .

(max j{rj} را کمینه می نماید) و حداقل تعداد افزایش پهنای باند را دارد ، یک پلان CBA ضرورتاً حداقل تعداد کاهش های پهنای باند را ندارد ، زیرا الگوریتم همواره چپ ترین نقطه آغازی را انتخاب می کند که مستقل از شکل منحنی های جریان بیش و کمتر از حد معمول است .

برای کمینه سازی تعداد کاهش های سرعت الگوریتم تخصیص پهنای باند تغییرات حداقل (MCBA) طرح CBA را توسعه می دهد تا عمل جستجوی خطی را بر روی تمام تغییرات سرعت انجام دهد .

این امر منجر به یک پلان انتقال با حداقل تعداد تغییرات سرعت ممکن می شود (m را کمینه می نماید ) .

بحای کمینه کردن m یک الگوریتم هموارسازی پهنای باند می تواند برای کاهش قابلیت تغییر در نیازهای سرعت در مدت زمان دوام پلان انتقال انجام شود ، برای باقیمانده مقاله ، ما به این موضوع به صورت حداقل تخصیص پهنای باند قابلیت تغییر اشاره می کنیم .

برای تنظیم تغییرات در جریان ویدئوی زیرین الگوریتم MUBA تغییرات پهنای در نقطه سمت چپ جبهه را آغاز می کند (هم برای افزایش سرعت و هم کاهش سرعت)، در نتیجه ، یک پلان انتقال MUBA بتدریج نیاز سرعت جریانرا تغییر می دهد که گاهی اوقات به خرج مقدار بیشتری از تغییرات پهنای باند کوچک است .

الگوریتم های MUBA و CBA کاهش های پهنای باند را به همان شیوه انجام می دهند ، در حالی که یک پلان CBA به یک پلان MCBA برای افزایش های سرعت شباهت بیشتری دارد .

بر خلاف الگوریتم های CBA ، MCBA و MUBA ، الگوریتم های PCRTT پلان های تخصیص پهنای باند را توسط تقسیم کردن جریان ویدئو به فواصل با اندازه ثابت را ایجاد می کند .

الگوریتم یک اجرای واحد را برایهر فاصله توسط اتصال نقاط بر روی منحنی