随着互联网时代的发展与普及,以及网络带宽的不断提升,视频观看量也在逐年提高。但随着 5G 和 AI 技术的到来,该领域前景又面临着诸多挑战。根据多家外媒报道,为了应对即将每月发送数万 PB 视频的需求麻省理工学院(MIT)计算机科学与人工智能实验室(CSAIL)的科学家提出了一个名叫 Minerva 的端到端技术协议,利用视频播放器状态数据和该文件特征,对其进行系统级别的优化,对拥堵的带宽进行适时控制。


MIT提出全新视频协议Minerva 可减少流媒体缓冲和像素化


思科指出,到 2021 年,全球网络传输的视频内容,将超越每秒 100 万分钟(1.7 万小时)。此外,研究估计视频流已占 2017 年互联网总流量的 75%,且有望在 2022 年升至 82% 。


为了确保不同用户在观看时的公平性,CSAIL 提出了一种名叫 Minerva 的端到端协议,特点是能够极大地减少缓冲和像素化,而无需对底层基础设施进行改动。


简单来看 Minerva 在技术层面是如何实现的。如果用户正在电视上观看高清体育比赛,并且另一个人也正尝试在同一局域网下观看其他 4K 高清视频,那么正常来说,二人将分别配备一半的可用带宽,这时,播放 4K 视频的人将处于劣势,视频或将直接处于长期缓冲状态。若此时,应用提供商可以采取适当的优化,智能带宽分流,便有机会提升多个用户在同一局域网下观看视频的体验。


MIT 的研究人员指出,随着视频流量的不断增长,多个客户共享瓶颈链接的可能性越来越大。所以,他们提出的 Minerva 端到端协议,将在播放视频之前对其进行分析,以检查它们在播放会受到多大影响。这大大减少缓冲以及像素化的问题,无需更改底层基础设施,就可以轻松观看大片的重要画面片段。


MIT提出全新视频协议Minerva 可减少流媒体缓冲和像素化

图|显示的是视频流片段,左图是正常播放的(基线),右侧是利用 Minerva(来源:MIT CSAIL)


Minerva 可以在离线阶段分析这两个视频,看看哪个视频可以从分配更多带宽中受益,哪个可以使用更低的带宽来提供,而不会带来质量问题。该协议然后根据不同用户的需要分配带宽,并且将正在播放的视频内容进行适度调整。


MIT 研究人员将 Minerva 协议实现的机制描述为不同视频之间不断发展的“推/拉”。他们强调,Minerva 端到端协议并非专为视频流而打造,而是希望提供连接层级,动态调整视频流速率以实现公平性,提升用户的观看体验。


这项技术的核心其实并不简单。具体来说,Minerva 是通过捕获带宽和体验质量之间关系的技术,加上了分布式算法,提升了整个视频的流畅度。Minerva 将每个设备中展示的视频内容,以大小和像素质量为单位,进行技术分析,计算其视频的动态权重,确定与网络条件和其他变量的权重成比例的带宽分配,形成系统级别的优化。


MIT提出全新视频协议Minerva 可减少流媒体缓冲和像素化

图|概述 Minerva 协议的技术图示(来源:MIT CSAIL)


在实际测试中,MIT 的研究人员将家庭 Wi-Fi 网络和两个设备连接到八组客户端的亚马逊网络服务(AWS)中。结果表明,Minerva 能够将视频缓冲时间减少近一半,并且很可能会提供视频本身质量的改进,类似于从 720p 升级到 1080p。


此外,他们表示,通过 Minerva 技术,可能将缓冲的视频重新分配带宽,该协议使得平均减少了 47% 的总回收时间,将流畅度提升,减少了不必要的流量和网络带宽消耗。


“如果你家中有五个人同时播放视频,我们的系统可以分析各种视频的视觉效果如何受到下载速度的影响,”麻省理工学院教授、资深作者穆罕默德·阿里扎德(Mohammad Alizadeh)表示,“然后它这个技术信息,将为每个视频提供最佳的视觉质量,而不会降低其他视频的体验。”


MIT 研究人员在论文中提到 Minerva 技术协议的落地环境:首先,Netflix 或 Hulu 等提供商可以利用这一想法将视频分发给庞大的用户群,该系统可由视频提供商引入,无需更改任何硬件,使其基本上成为“ 标准 TCP / IP 协议的替代品”。


“它(Minerva 系统)具有 TCP 的所有优点和简单性,同时还确保如果有多个视频在瓶颈的网络连接上竞争,将给予带宽在视频流之间进行公平共享,”Mohammad Alizadeh 表示。


斯坦福大学计算机科学助理教授 Keith Winstein 表示,传统方法试图从技术角度看公平地分配一人一半的带宽,但是用户视频观看体验被大大降低,这次提出的 Minerva,或将改变系统和协议在技术上公平的情况,全民或将受益。


MIT提出全新视频协议Minerva 可减少流媒体缓冲和像素化

来源:ACM 官网


据悉,这篇论文将于本月晚些时候在洛杉矶的计算机协会数据通信特别兴趣小组(SIGCOMM)上发表,该文作者共有六位,都是 MIT CSAIL 团队成员,分别是 Vikram Nathan、Mohammad Alizadeh 两位导师,以及 Vibhaalakshmi Sivaraman、Ravichandra Addanki、Mehrdad Khani 和 Prateesh Goyal 四位研究生。


参考:


https://venturebeat.com/2019/08/18/mit-csails-minerva-protocol-cuts-down-on-video-buffering-and-pixelation/


https://www.engadget.com/2019/08/19/mit-minerva-video-buffering/


https://www.csail.mit.edu/news/better-video-streaming-when-wifi-scarce


https://dl.acm.org/citation.cfm?id=3342077


https://www.xataka.com/robotica-e-ia/en-el-mit-tambien-odian-la-espera-de-un-video-cargando-y-ya-buscan-combatirla-con-inteligencia-artificial


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