2. 1 Smoothing Variable-Bit Rate Video and Multiplexing in an Internetwork April 1, 2002 Ofer Hadar Communication Systems Engineering Dept., BGU URL: http://www.cse.bgu.ac.il/~hadar Copyright @2001, O. Hadar

3. 2 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת The Basic problem n Network like predictable, “regular” traffic (CBR): u Can allocate resources (bandwidth, buffers,…) and commit to QoS u Allows for better pricing. n Users like bursty information : u Data F File transfer, fax, e-mail, telnet, web-browsing, etc. u Video streams are Variable Bit Rate (VBR) by nature.

4. 3 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Outline n Problem Background n Motivation for smoothing of pre-recorded video n The Piecewise Constant Rate Transmission and Transport (PCRTT) algorithm. The e-PCRTT algorithm. Multiplexing of smoothed video streams. n Conclusions and ongoing work.

5. 4 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Case in Point: Movies n Huge (and only?) bandwidth consumer n Without compression: Unthinkable (up to 1 Gbps for HDTV stream) n With compression: highly bursty u temporal and spatial information: frames vary in sizes, scenes vary in bandwidth rate

6. 5 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת MPEG Compression: Fixed GoP pattern such as IBBPBBP IBBPBBP n I frames are JPEG encoded B and P frames exploit temporal redundancy I, P, B Frames

7. 6 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת What to do ? (1) n Conservative rich: reserve peak required bandwidth. u Wasteful, costly:ratio of peak to average rate may be over 5:1. n Conservative poor: u compress to specified bandwidth

8. 7 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Peak Bandwidth reservation 020040060080010001200 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 x 10 4 Reserved peak-rate Wasteful of Bandwidth

9. 8 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת CBR Video Encoding n b = target encoding rate n q(n) is a function of buffer contents n quantization becomes very coarse as buffer contents approaches B n Why is it always blurry exactly when it starts getting interesting ? Encoder Buffer Digitizad video B q(n) = quantization scale XnXn Storage b/F bits per frame

10. 9 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת What to do ? (2) n Practical solution: trade bandwidth for memory. n With large storage space: trickle the stream, playback from memory u need huge space u how about live broadcast?

11. 10 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת What to do ? (3) Smoothing of Pre-Recorded Video n Solution : reduce burstiness by prefetching video frames into the client playback buffer n Emerging applications: u Distance learning u Movies, advertisements u Virtual reality

12. 11 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Network Environment n Server with pre-recorded video on large, fast disks n Network, perhaps with rate or delay guarantees n Client sites with buffer space for video playback Client Smoothing Buffer Video File Server (e.g. set-top box) Network

13. 12 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Bandwidth Smoothing Algorithms n Given the parameters: u Frame size {f i } for n frames u Client buffer size b n And the constraints at the client buffer: u Avoid underflow u Avoid overflow n Find a server transmission schedule consisting of: u Number of time intervals u Transmission of video at rate r j during the interval j u Time intervals of length t j, in units of frame slots

14. 13 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Burstiness of MPEG streams Integration MPEG - Compressed video stream B B P B B B P B B I I I Frame number GOP B Bytes

15. 14 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Constructing a feasible rate-plan Bandwidth changes Overflow (Packets losses) Underflow (Delay) F_over F_under b [buffer size] b start end Accumulative Bytes Frame number

16. 15 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Existing Smoothing Algorithms n Critical bandwidth allocation [Feng95] u Minimum peak bandwidth u Minimum number of bandwidth increases n Minimum changes bandwidth allocation [Feng95a] u Minimum peak bandwidth u Minimum number of bandwidth changes n Minimum variability bandwidth allocation [Salehi96] u Minimum peak bandwidth u Minimum variability of bandwidth allocations n Piecewise constant rate transmission [McManus96] u Bandwidth changes at periodic intervals n Enhancement- Piecewise constant rate transmission [Hadar98] u Reducing the required client buffer

17. 16 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת b The PCRTT algorithm min_dif max_dif Offset L U Accumulative bytes Frame number / time t B=Buffer size TT

18. 17 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Description of construction the e-PCRTT algorithm b(t) F_under F_over b I2I2 B=Buffer size TT (Initial delay=b/2), I 1 Time (in frames units) Accumulative bytes

19. 18 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Motion JPEG trace Statistics (in Kb/Frame) The most burstiness trace The least burstiness trace

20. 19 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת The influence of interval size on video rate-plan Time (frame time units) Bytes /frame

21. 20 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת The impact of smoothing on the Marginal Distributions Unsmoothed Smoothed: 900 frames Smoothed: 10,000 frames

22. 21 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Bandwidth Fill Factor (BFF) criteria for network utilization

23. 22 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת BFF as function of the smoothing interval size (frames units), for 9 single streams and one multiplexed stream. Multiplexed stream E.T

24. 23 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Individual Smoothing n Individual smoothing is optimal in terms of Individual streams. n Individual smoothing implies smoothing each stream individually without considering other streams that are transmitted simultaneously. n Individual smoothing is not optimal in terms of a multiplexed group of streams.

25. 24 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Multiplexing of Smoothed Video streams according to e-PCRTT Smoothed video stream 2 Multiplexer...... Accumulative rate requirement (Bytes/Frame) Rate requirement (Bytes/Frame) Smoothed video stream 1 Smoothed video stream n Time (frame units)

26. 25 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Synchronized against Unsynchronized Multiple streams (Total 5 video streams) Synchronized against Unsynchronized Multiple streams (Total 5 video streams) Time (in frames units) Rate (Bytes/frame)

27. 26 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Rate histograms of multiplexed stream: (a) Synchronized streams (b) Unsynchronized streams.

28. 27 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Objectives for Multiplexing algorithms n Consider the interaction between all streams. n Provide each individual stream a valid transmission. n Provide each individual stream a near-to-optimal transmission schedule. n computation load should suite real-time purpose.

29. 28 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Different Schemes for Efficient Multiplexing n Time shifting schemes (Admission control schemes). n Re-smoothing schemes. n Optimal smoothing with linear approximation.

30. 29 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Applying Admission Control Policy to E-PCRTT Smoothed Video Streams n In the initiation stream, the user negotiates an appropriate bandwidth rate-plan with the network. n For each video stream the network reserves a series of different CBRs over equal size time-intervals according to the e-PCRTT algorithm. n The following metrics are used to determine the optimal interval size and initiate transmission time: u The maximum BFF. u The minimum rate variance. u The minimum peak-rate of the multiplexed stream

31. 30 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Minimum variance of the Multiplexed stream

32. 31 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Demonstration of the Admission control process New request for a video stream One interval shifting

33. 32 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Time allocation of 10 different multiplexing video streams using the BFF criteria

34. 33 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת BFF as a function of number of streams

35. 34 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת An example of multiplexing two video streams into a CBR channel before and after bandwidth smoothing.

36. 35 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת The management process of bandwidth rate reduction at the j'th interval t t New plan Original plan  BW Network Peak-Rate tjtj Rate reduction

37. 36 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT Multiplexing of EPCRTT smoothed streams n All input streams are smoothed by the e-pcrtt algorithm using fixed- size intervals n Extreme peaks of the multiplexed stream exceeding the systems bandwidth are re-smoothed in order to achieve bandwidth reduction. n The re-smoothing is e-pcrtt oriented and provides each stream a valid, near-to-optimal transmission schedule

38. 37 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth Time

39. 38 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth Time

40. 39 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth Time

41. 40 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth Time

42. 41 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth Time

43. 42 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Time Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth

44. 43 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Time Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth

45. 44 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Time Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth

46. 45 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Time Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth

47. 46 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Time Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth

48. 47 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Time Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth

49. 48 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT system’s input Time Non -Buffered Multiplexer Smoothing Total Bandwidth

50. 49 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT the multiplexed stream Time Total Bandwidth

51. 50 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT the multiplexed stream Time Total Bandwidth R R - The systems bandwidth. The bandwidth of some intervals excesses the link’s bandwidth B.

52. 51 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT the multiplexed stream Time Total Bandwidth R R - The systems bandwidth. MI MI - multiplexing Interval. The Multiplexed Streams is divided in to MI, each processed independently.

53. 52 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT the multiplexed stream Time Total Bandwidth R R - The systems bandwidth. SI SI - Individual Smoothing fixed size interval. MI - multiplexing Interval. MI The MI is considerably larger than SI, (in simulation it was 45 times bigger).

54. 53 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT iterative re-smoothing Time Total Bandwidth R 1) Find the Extreme Peak (will be denoted as Smoothing Interval SI j ). 2) Select the stream (S i ) which will enable a maximum bandwidth- reduction at the extreme peak. SI j

55. 54 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT iterative re-smoothing Time The BFSM algorithm is implemented on the selected Individual stream in order to reduce its bandwidth at the extreme peak. SI j SiSi

56. 55 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT BFSM algorithm Time Backward Forward Smoothing Multiplexing SiSi SI j

57. 56 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT BFSM algorithm Time The BFSM changes the transmission schedule of S i by reducing the bite rate in SI I and increasing it in the neighboring intervals. SiSi SI j

58. 57 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT BFSM algorithm Time In order to do so the area of neighboring intervals that would be changed should be determined. SiSi SI j

59. 58 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT BFSM algorithm Time We define the neighboring area between the nearest two local minimums. Total Bandwidth SI j

60. 59 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT BFSM algorithm This is the E-PCRTT ‘Data Flow River’ of stream S i

61. 60 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT BFSM algorithm The BFSM is derived from the E-PCRTT algorithm.

62. 61 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT BFSM algorithm Re-smoothing Iterated R R

63. 62 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT Performance 051015202530354045 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6 3.8 4 x 10 4 Global Bandwidth Constraint:original "dotted", M-EPCRTT "solid" Smoothing Intervals Bandwidth

64. 63 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת M-EPCRTT Performance x 10 4 Iterations 050100150200250300 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 3.8 3.9 4 Global Bandwidth Constraint:Maximum Bandwidth in every Iteration. Bandwidth

65. 64 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Optimal Multiplexing of Video Streams n Assume m video streams. Denote the video streams by the index j = 1, …, m. n Divide this stream into equal periods of length. n Let L j (t) be a piecewise linear approximation to L j (t) with breakpoints at epochs. n Let the ith period correspond to the time interval: [ (i-1)  t (i)  t], i = 1,…,n. n Then the breakpoints of L j (t), for the jth video stream, are represented by the sequence of values : L I,J,i = 0,…,n. n Construct a piecewise linear approximation of U j (t) with the same breakpoints as in L(t) :U j (t) = L j (t) + b j

66. 65 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת The Linear programming solution Buffer = B Effective Buffer size B’ Rate plane after Linear programming

67. 66 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת n Denote the values of U j (t) at each breakpoint as the sequence: u i j,i = 0,…,n. n where, u i j = l i j + b j u i j u i+1 j i-1 i i+1 rate l i j l i+1 j y i j y i+1 j

68. 67 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת n Let such a schedule for the jth video stream be represented by the sequence: S j = {y i j, yi+1 j ; i = 0,…,n } (1) n Such a schedule is said to be a feasible if: l i j <= y i j <= u i j,i = 0,…,n (2) n Let r i j = the rate in segment i of the jth video stream. n where, r i j = y i j - y i-1 j, i = 1,…,n (3) n n Let the total rate for all video streams in period i be: (4) n Let R denote the peak rate as the maximum rate over all n periods. R = Max {r i ; i = 1,…,n } (5) The Optimal Multiplexing Problem n The Optimal Multiplexing Problem is to find the collection of schedules {S j ; j = 1,…,m } such that the maximum rate is minimized, i. e. n Find Z = Min Max{r i ; i = 1,…,n } (6) n S j, j=1,…,m

69. 68 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Small Example for Multiplexing Solution from Linear Programming n Buffer Size Fixed at B(j)= 5, for each Video Stream j = 1,2,3. n 4 time intervals n L = 0 1 4 5 10 0 2 3 4 9 0 4 5 6 10 n U = 5 6 9 10 15 5 7 8 9 14 5 9 10 11 15 n The Optimal solution Transmission Schedule Y = 5.0000 5.0000 8.0000 10.0000 10.0000 5.0000 5.0000 5.5000 5.5000 9.0000 5.0000 8.5000 8.5000 10.0000 10.0000

70. 69 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Total Rate = 3.5, 3.5, 3.5, 3.5 Optimal Rate = 3.5 (Buffer = 5)

71. 70 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Optimal Peak Rate vs Total Buffer Size (Buffer = 5 for each Video Stream)

72. 71 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Total Rate = 7, 6, 8, 7 Optimal Rate = 8 (Buffer = 2)

73. 72 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Zooming of Total Accumulative stream

74. 73 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Zooming of Total Bit-rate

75. 74 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Multiplexing Comparison Interval PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming 020406080100120140160180200 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 x 10 7 Rate(Mbit/sec) Buffer size = 1 Mbytes

76. 75 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming 020406080100120140160180200 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 x 10 7 Interval Rate(Mbit/sec) Buffer size = 2 Mbytes

77. 76 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת 7 PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming 020406080100120140160180200 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 x 10 Interval Rate(Mbit/sec) Buffer size = 3 Mbytes

78. 77 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת 020406080100120140160180200 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 x 10 7 Interval Rate(Mbit/sec) PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming Buffer size = 5 Mbytes

79. 78 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת 020406080100120140160180200 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 x 10 7 Interval Rate(Mbit/sec) PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming Buffer size = 10 Mbytes

80. 79 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת 020406080100120140160180200 3.5 4 4.5 5 5.5 6 6.5 7 7.5 8 8.5 x 10 7 Interval Rate(Mbit/sec) Channel Bandwidth = C Multiplexed Stream

81. 80 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 Total Ploss 405060708090100 Bandwidth(Mbit/sec) P loss PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming Buffer size = 1 Mbytes R max = 78 Mbit/s R max = 65 Mbit/s

82. 81 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת 4045505560657075808590 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 bandwidth(Mbit/sec) P loss R max = 64 Mbit/s R max = 78 Mbit/s Buffer size = 2 Mbytes PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming

83. 82 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Total Ploss PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming 40455055606570758085 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 bandwidth(Mbit/sec) P loss Buffer size = 5 Mbytes R max = 78 Mbit/s R max = 63 Mbit/s

84. 83 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Total Ploss 304050607080 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 bandwidth(Mbit/sec) P loss R max = 78 Mbit/s R max = 62.5 Mbit/s PCRTT multiplexing without any manipulations Multiplexing through Linear Programming Buffer size = 10 Mbytes

85. 84 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Block diagram for future research VoD Disks Video Server Clients Encoding + Streaming Video Source High Speed Networ k Video Rate Smoothing & Efficient schemes for Multiplexing Stored Content Live Video R total_Max (R 3 _ Max, B 3 _ max ) (R 1 _ Max, B 1 _ max ) (R 2 _ Max, B 2 _ max )

86. 85 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Ongoing Work n Smoothing with Linear filtering u Allows us to calculate analytically the rate histogram. n Smoothing after multiplexing  Aggregated Smoothing. n Efficient smoothing algorithm for CBR service u Deriving the optimum channel rate and initial play back delay under the constraint of client buffer size. n Optimization of the Multiplexing problem with different constraints. Multiplexing of smoothed video streams in Video on Demand System.

87. 86 רשתות תקשורת מולטימדיה (37111231) אוניברסיטת בן - גוריון בנגב - המחלקה להנדסת מערכות תקשורת Future work n Construct an admission control suitable for real-time. n Implement other re-smoothing heuristics. n Comparing these algorithms with the optimal multiplexing algorithm. n Implementing a real VoD system which will include various multiplexing schemes.