面向移动终端视频服务的转码与缓存优化问题研究

摘要

随着移动互联网快速发展，以智能手机为代表的移动终端逐渐成为视频点播的主要设备。为满足移动终端在视频文件格式和分辨率需求方面的多样化，同时适应易变的移动网络环境，服务器端需要缓存不同格式，不同分辨率的大量视频文件，而实时转码技术的引入将缓解缓存压力。同时，视频文件分段转码与存储机制的引入将缩短用户等待时延，提高缓存空间利用率。云计算基础设施及服务为大量视频的实时转码提供可拓展的计算及存储资源，然而如何合理分配各项资源，实现系统资源的最优化利用进而降低系统总开销仍是亟需解决的问题。
　　本文以降低面向移动终端视频服务的实时视频转码系统中的资源开销为研究目标，以数学建模和最优化理论为基础，以优化缓存空间容量与置换策略为主线，以优化模型验证为支撑，从理论分析和模型验证两个方面对视频转码与缓存优化问题进行研究。
　　本文的主要工作包括以下三个方面：
　　(1)在分析移动视频服务需求的基础上，研究基于云平台的实时视频转码系统。在分别为系统中的视频编码转换关系、视频内容管理、转码及缓存开销建立数学模型的基础上，建立系统总开销的数学模型，并分析大量视频转码与缓存的均衡对系统总开销变化的影响。
　　(2)以降低系统总开销为优化目标，提出视频转码与缓存开销优化策略，优化缓存空间容量与置换策略。首先建立缓存区最优容量计算的整数规划模型，并给出求解过程，进而提出基于最大总价值的缓存置换策略。
　　(3)按照建模和优化的流程，依据系统总开销的数学模型和视频转码与缓存开销优化策略，在 XPress-MP中建立视频转码与缓存优化模型。采用模拟参数值，在 XPress-MP中对优化模型进行求解、验证和分析，测试视频转码与缓存开销优化策略的有效性。
　　模拟参数值条件下，XPress-MP优化模型的运行结果验证了视频转码与缓存开销优化策略能够有效降低实时视频转码系统的总开销。

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附图索引

附表索引

第1章 绪 论

1.1研究背景和意义

1.2国内外研究现状

1.3本文研究内容

1.4本文组织结构

第2章 基于云平台的实时视频转码系统

2.1 视频云转码的引入

2.2 基于云平台的实时视频转码系统

2.3 本章小结

第3章 视频转码与缓存优化问题描述

3.1 引言

3.2 最优化技术与数学建模

3.3 实时视频转码系统开销优化基础

3.4 视频转码与缓存优化问题建模

3.5 本章小结

第4章 视频转码与缓存开销优化策略

4.1 缓存区最优存储容量计算

4.2 基于最大总价值的缓存替换算法

4.3 本章小结

第5章 视频转码与缓存优化模型建立与性能分析

5.1 引言

5.2 建模平台和优化流程

5.3转码与缓存优化模型建立

5.4 模拟数值分析

5.5 本章小结

结论与展望

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