1. Video on Demand (VoD) March, 2003
Ofer Hadar
Communication Systems Engineering Dept., BGU
URL:
O. Hadar

2. Cable VoD Architecture
Video
repository
Internet
headend
server PC
Multicast videos
to video server
popular videos
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

3. Near VoD
Basic idea:If several users watch the same part of the same video, the video can be broadcasted and the users can tune in.
Near VoD is appropriate when there are many users and a small number of videos.
Play staggered phases of each video.
To see a video, user must wait until one video phase ends and restarts.
Example: 100 minute video with 10 phases gives a max delay of 10 minutes.
P= # of phases.
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

4. Near VoD with Cable Server sends P phases of each video
MP video streams for M videos
headend broadcasts streams
users tune in
if multiple trees emanate
from headend, then headhend can multicast videos to appropriate
trees.
Can use multiple servers.
headend
Video
server PC
1000 homes
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

5. NVoD with VBR encoded Video
Server sends P phases of each video
When phase ends, video immediately restarts
MP video streams for M videos
headend broadcasts the MP streams
Should be able to have larger M than with CBR encoding
headend
Video
server PC
R bps
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

6. Conventional Broadcasting Example
1 min
Movie 1
Movie 2
Movie 3
Movie 4
Movie 5
Movie 6
Movie 7
Movie 8
Movie 9
Movie 10
Movie 1
Movie 2
Access Time = 10 min
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

7. Periodic Broadcast: Background
Proxy :
Segment video - transmit segment continuously on multicast channel
Transmit initial frames more frequently - reduce startup delay 1 N
Complete stream
Segments
Channel 1
Key idea : Periodic broadcast tries to reduce server and network transmission bandwidth by exploiting multicasting, client side buffering, and the ability to listen to multiple multicast channels
In these schemes there is a server transmission schedule and for each client, a client reception schedule
Server side - Segment video statically - transmit each segment continuously on separate multicast channel
Transmit initial segments more frequently than later ones
reduce startup delay, transmission bandwidth
Describe example
Client side - describe example. Need to receive a frame before its playout time. Client may receive from multiple channels simultaneously
Bridge:
Channel 2
Time
Channel 3 t
Client playout
Client:
Feasible reception schedule - receive each frame before playback time
Workahead buffering, reception from multiple streams
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

8. Periodic Broadcast: beautiful theory
lower bound on number channels needed to realize given startup latency
closed form formula for required client network bandwidth
L. Gao, J. Kurose, D. Towsley, “Efficient Schemes for Broadcasting Popular Videos,” Proc. IEEE NOSSDAV'98
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

9. Pyramid broadcasting, Skyscraper broadcasting.
Periodic Broadcast
Examples
Pyramid broadcasting, Skyscraper broadcasting.
Divide a media file into K segments with increasing sizes (exponentially increasing)
For skyscraper, 1,2,2,5,5,12,12,25....
Broadcast each segment on a separate channel
Usually, assume each client can retrieve two segments.
The small first segment permits low startup delay.
The large later segments keep the total number of channels small.
Property
B ~ ln ( T/d ), close to the lower bound.
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

10. Skyscraper Broadcast (K = 6)
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

11. Video Patching [Carter,Gao,Hua]
client “taps” into ongoing stream(s)
workahead buffering
client sent missing initial segment
zero startup delay (unlike periodic broadcast) 1
900
10,000
Ongoing complete stream
Client buffer
New client arrives
New client playout
From
server
From buffer 1
900
Time
(frame time)
New partial stream
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

12. Periodic Buffer Reuse (PBR) Patching
Q: how to use client buffer, size B
Case t < B: First t frames from proxy, remainder from complete
stream
Complete
stream 1 t
t + B
...
client buffer B
New client playout
From buffer
New partial stream 1 t
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

13. PBR Patching (Continued)
Case t > B :
Complete
stream 1 t
t+B 2t
2t+B 3t
3t+B
Client buffer B B B
...
Client playout
From
buffer
From
buffer
New partial
transmission 1 t
t+B 2t
2t+B 3t
Period t
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

14. PBR Patching uses Thresholding
threshold, T
client arrives >= T after start of complete stream:
start new complete stream
else patch into most recently started stream T N
Complete
stream
Partial
streams
Time N
New complete stream
Partial stream
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

15. Client immediately starts playing
Stream Merging
Bandwidth skimming
Limited client bandwidth.
Client immediately starts playing
Also listen to ongoing streams (initiated by other clients).
Stream merging occurs when the client catches up to others.
Requirements
Server divides stream into k sub-streams
Each is multicast at rate 1/k.
Client bandwidth < twice the stream bit-rate
Property
B ~ ln ( N ), with a small constant factor
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

16. Bandwidth Skimming
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

17. Bandwidth Skimming D: 1a-c C: 2a D: 2b, 2c C: 3a, 3b D: 3c C: 4a-c
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

18. Broadcasting strategy for geometric series
Initial receiving time
Segment 1
Segment 2
Segment 3
Segment 4
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

19. VoD with e-PCTT smoothing
Accumulative Bytes
Segment 1
Size = n
frames
Segment 2
Size =2n frames
Segment 3
Size = 4n frames
Time
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

20. 2 3 1 Segment 1 Size = n frames Segment 2 Size =2n frames Segment 3
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת

21. Total required Bandwidth
Total Bandwidth = BW1 + BW2 + BW3
BW3 3
BW2 2
BW1 1
Time
רשתות תקשורת מולטימדיה ( ) אוניברסיטת בן-גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת