PDF《CCN 中用于可伸缩视频流的缓存替换策略》

29 No.

4 Apr.

2019 万方数据 应时间. CCN 网络每一个节点都具有一定的缓存功能. 一般来说,CCN 的缓存研究主要是两个方面,一个是 缓存放置策略,另一个是缓存替换策略. 缓存放置策 略决定内容在哪个节点进行缓存,而缓存替换策略决 定了当某节点的缓存内容满了之后,如何缓存新到达 的内容. 常见的缓 存放置策略有ProbCache ( cache with probability)、 Betw ( cache based on betweeness) 等[6-7] . 它们都在一定程度上减少了内容传输路径上 的缓存冗余,在缓存命中率和获取内容的平均跳数方 面都有了较好的性能体现. 但它们的研究对象都是一 般的文件内容. 对于多路复用一组有序内容例如视频 片段,需要重新考虑缓存管理方案. 文中针对采用可 伸缩视频编码( scalable video coding,SVC)[8] 技术的 可扩展视频流的特点,结合分层视频标题的流行度[9] 与内容块的流行度,提出了一种新的缓存方案.

1 基于 SVC 的视频流缓存机制 1.

1 可伸缩视频编码 可伸缩视频编解码是一种能将视频流分割为多个 分辨率、质量和帧速率层的技术,SVC 是对规定设备 如何对多层视频流进行编码和解码的 H.

264 视频编 解码 标准的扩展, 被称为H.

264 / SVC[10] . H.

264 / SVC 是H.

264 / AVC 的可扩展部分,其输出被添加到 与H.

264 标准的视频数据可扩展性有关的标准中. 当使用 SVC 编码和解码视频时,视频编码的输出 可以分成不同的层. 编码文件不仅包含具有重要信息 的基础层,还包含用于提高质量的信息的增强层. 基 本层的数据可以使解码器完全正常地解码出基本视频 内容,但是基本层的数据获得的视频图像可能帧率较 低,分辨率较低,或者质量较低. 在信道受限或信道环 境复杂时,可以保证解码端能够接收到可以观看的流 畅视频图像. 当信道环境良好或信道资源丰富时,可 以传递增强层数据,以提高帧率,或分辨率,或视频质 量. 基础层和增强层之间是强相互依赖的,要想对增 强层的数据进行解码,必须以基础层作为起点. 图1显示了当使用由一个基本层和三个增强层组成的 SVC 数据时的解码过程. 图1SVC 解码过程 1.

2 设计思想 在CCN 网络中,已有多种基于 H.

264 / SVC 的视 频流缓存方案. 例如,文献[11]提出了基于重用时间 (reuse time,RT)的缓存策略,是对 MIN 算法的改进. RT 缓存策略在视频流中利用请求流模式的周期性,通 过了解每个用户观看该视频的开始播放时间,准确地 预测视频片段的重用时间. 但是,预测每个视频片段 的重用时间的开销是否得到优化并没有直接说明. 文献[12-13] 提出了 Greedy-dual(GD) -size 和Mix 这 两种方案,都只考虑了视频标题的流行度,而忽视了内 容片段的重用概率. 文中方案则在此基础上进行改 进,将内容片段可能重用的概率也考虑了进去. CCN 中是根据内容的名称来发起请求的,使用的 名称 结构是分层式结构. 比如/ Prefix / Videoi / Contentj . 因此,假定 CCN 中所请求的视频块的名称 包括视频标题名称 i 和序列号 j ,用于区分该视频的不 同段. 序号 j 是根据视频播放时间排序的. 定义视频 文件 fi 由一组视频片段{ Ci,1 , Ci,2 ,…, Ci,j …}组成, 它们按其序号 j 排序,并且请求一个视频片段必须从 开头直到结尾. 基于视频片段的自然线性时间结构, 视频内每个片段的流行度指的是未来请求该内容的概 率. 根据请求内容标题的流行度,CS(content store)中 每个视频的存储空间分配需要快速响应请求率的动态 变化,因此,计算每个标题的请求比率 Reqi ,并计算在 CS 中缓存的视频标题 i 的实时占用率 Rcsi ,以便在高 速缓存替换时准确调整每个视频的缓存大小. Reqi 和Rcsi 的计算公式如下: Reqi = ∑ n j =