多码流网络视频服务系统优化研究

摘要

随着互联网基础设施的快速发展，智能手机、平板电脑、智能电视等新兴终端逐渐取代PC成为视频播放的主要设备。这些终端设备屏幕尺寸差异较大，使得视频服务系统需要提供多格式和码流的视频文件，给缓存空间带来了极大的压力，而实时转码技术的引入将缓解这种压力。 本文提出一种基于CDN（Content Delivery Network）网络框架的多码流网络视频服务系统。该系统以缓存为主，实时转码为辅，就近解决绝大多数用户请求。从而缩短视频流传输路径，缓解骨干网络的传输压力，在满足用户聚居区大规模视频点播需求的同时，保证系统具有较高服务能力和服务质量。 本文的主要内容如下： （1）构建多码流视频转码代价树。针对目前终端设备屏幕尺寸种类繁多造成视频提供商缓存空间不足的问题，建立转码时间开销有向图。结合缓存开销，分析不同转码输入文件的转码时间开销，构建多码流视频转码代价树。以此为基础，研究在转码任务开始前，转码源文件的选取策略。 （2）优化系统开销。统一视频文件缓存产生的存储开销和视频转码过程中产生的转码开销的衡量标准。通过分析存储开销和转码开销，构造系统开销函数。以系统实际转码能力为前提，以“8秒定律”为延时标准，结合实时转码技术和服务器缓存策略，对系统开销函数进行优化。 （3）对大规模网络视频服务系统进行仿真实验。由于大规模网络视频服务系统实验平台搭建困难，使用AnyLogic对大规模网络视频服务系统进行建模，并将转码代价树和系统开销函数应用到网络视频服务系统模型中。通过运行仿真模型，模拟用户与网络视频服务系统交互的全过程。采集用户等待的时间数据，分析增加实时转码技术前后的用户等待时间分布。 实验结果显示，本文所构建的视频转码代价树能够有效地缩短视频转码的时间。因此，在用户聚居区部署具有转码服务的缓存系统可以有效地提高用户体验。

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附图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 视频缓存策略

1.2.2 视频缓存置换算法

1.2.3 视频转码研究现状

1.2.4 视频流行度分布模型

1.2.5 网络视频服务发展动态

1.3 研究内容

1.4 论文组织结构

第2章 多码流网络视频和系统仿真基础

2.1 多码流视频

2.1.1 多码流

2.1.2 分辨率

2.2 视频转码

2.3 系统建模和仿真

2.4 本章小结

第3章 视频转码代价树的建立

3.1 引言

3.2 FFMPEG

3.2.1 FFMPEG 简介

3.2.2 FFMPEG 功能

3.2.3 FFMPEG 组成

3.3 视频文件分段

3.3.1 定长分段

3.3.2 指数分段

3.4 视频转码代价树的建立

3.4.1 视频转码代价树

3.4.2 实验方案

3.4.3 实验结果

3.4.4 实验分析

3.5 本章小结

第4章 系统影片缓存与转码优化

4.1 引言

4.2 最小系统开销

4.2.1 视频热度分布规律

4.2.2 系统开销计算

4.3 缓存置换策略

4.3.1 缓存技术

4.3.2 视频文件缓存开销计算

4.3.3 基于最大总价值的缓存置换算法

4.4 本章小结

第5章 大规模网络视频服务系统建模与仿真

5.1 引言

5.2 AnyLogic

5.2.1 AnyLogic简介

5.2.2 AnyLogic功能介绍

5.2.3 系统建模所需元件介绍

5.3 大规模网络视频服务系统

5.3.1 CDN

5.3.2 模型的建立

5.3.3 仿真结果与分析

5.4 本章小结

总结与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间发表的学术论文和获奖情况