C3: Inhaltszentrische Sicht

Personalisierte Video-Komposition und -Verteilung

Im Teilprojekt C3 wird die Komposition und Verteilung von personalisierten Videodatenströmen aus heterogenen und insbesondere mobilen Quellen als Beispielanwendung für MAKI erforscht. Dies ist eine wesentliche Herausforderung an zukünftige Kommunikationssysteme. Dabei werden neue Mechanismen für i) die Selektion und Bereitstellung von Videoströmen aus mobilen Quellen, ii) die netzgestützte Komposition personalisierter Videoströme und iii) die Verteilung hybrider Live- und Video-on-Demand-Inhalte unter Berücksichtigung neuartiger Kommunikationspardigmen (z.B. ICN/NDN) entworfen und als transitionsfähige Mechanismen in einem Software-definierten Kommunikationssystem umgesetzt. Besonderer Fokus liegt in C3 auf der Koexistenz der vorgenannten Mechanismen, welche sowohl auf Basis mathematischer Modelle ausgewählter Mechanismen als auch an einem gemeinsamen Simulationsmodell untersucht wird.

Das Teilprojekt C3 erforscht Mechanismen zur Komposition und Verteilung von Inhalten unter stark dynamischen Rahmenbedingungen am Beispiel einer benutzer- und inhaltsorientierten adaptiven Video-Streaming-Anwendung. Dabei liegt der Fokus auf der kontinuierlichen Diensterbringung bei sich stark ändernden Anforderungen, wie sie durch schwankendes Nutzerinteresse oder bei Nutzung mobiler Endgeräte vorliegen. Insbesondere im Kontext von mobilen Anwendungen nimmt der Grad an Personalisierung von Diensten kontinuierlich zu, so dass neue Anforderungen bezüglich der effizienten Komposition und Verteilung von Medieninhalten gestellt werden. Eine wesentliche Anforderung ist hier die Unterstützung von stark heterogenen und dynamischen Medienquellen bei der Auswahl und Komposition von Medienströmen. Existierende Mechanismen adressieren nur bestimmte Aspekte dieser dynamischen Anforderungen. Eine zur Abdeckung der neuen Anforderungen notwendige Koexistenz dieser Mechanismen oder ein Austausch der Mechanismen zur Laufzeit ist ein weitgehend ungelöstes Problem. Das Teilprojekt C3 liefert hier konkrete Erkenntnisse, wie eine Kombination von Mechanismen auf unterschiedlichen Ebenen eine höhere Dienstgüte ermöglicht.

In Phase I bildete das hybride Streaming-System Transit die Grundlage für die Betrachtung von Transitionen zwischen Verteilmechanismen und war zudem Kern des gemeinsamen Demonstrators. In Folgearbeiten wurde der Einfluss von Mechanismen zur Topologieoptimierung sowie zur Unterstützung von spontanen Lastspitzen untersucht. Zur analytischen Abschätzung der Effizienz ausgewählter Verteilmechanismen wurden dedizierte Markovmodelle entwickelt. Darüber hinaus wurden erste Arbeiten zur Einbeziehung von Kernnetzen mittels Software-Defined Networking Konzepten durchgeführt. Die Vielfalt der betrachteten und vorgeschlagenen Verteilmechanismen lieferte die Basis für ein umfassendes Verständnis der Transitionen. Neben den Verteilmechanismen war die Betrachtung der Medieninhalte selbst eine wichtige zweite Säule. Dabei wurden Mechanismen zur Adaption der Videoqualität mittels H.264/SVC untersucht sowie die qualitative Wahrnehmung der Inhalte und der Adaptionsschritte durch den Menschen. Insbesondere wurde erforscht, wie nutzergenerierte Inhalte mit schwankender Qualität automatisiert zu einem konstant hochwertigen Videostrom komponiert werden können. Dies wurde als neuer und herausfordernder Aspekt für die künftige personalisierte Inhaltsverteilung identifiziert.

Die gewonnenen Erkenntnisse zu Verteilmechanismen und zur Inhaltskomposition ermöglichen in Phase II die Untersuchung von koexistenten Multi-Mechanismen. Hierbei wird neben der Inhaltsverteilung über das Internet insbesondere die personalisierte Komposition und Verteilung von nutzergenerierten Medieninhalten aus mobilen Quellen untersucht. Neben der Anzahl solcher Inhalte steigt auch die Aufnahmequalität und damit der Bandbreitenbedarf stetig. Durch eine frühzeitige Identifikation und Auswahl relevanter Inhalte können die verfügbaren Ressourcen effizienter für die Inhaltsverteilung genutzt werden. So sollen Mechanismen erforscht werden, welche die frühzeitige Selektion möglichst nah an der Quelle und den kollaborativen Upload von nutzergenerierten Medienströmen ermöglichen. Dabei stellt die Dynamik der Nutzer, insbesondere deren Mobilität, schwankende Last- und Nutzungsprofile, und die stark schwankende Aufnahmequalität der Videos – aber auch das variierende Nutzerinteresse – eine große Herausforderung dar. Diese Dynamik erfordert die Koexistenz verschiedener Multi-Mechanismen: zur Erfassung und zur Analyse des Netz- und Mechanismenzustands, zur Koordination der beteiligten Entitäten sowie zum letztendlichen kollaborativen Upload und zur Komposition und Verteilung der Medieninhalte. Neben der allgemeinen Modellbildung im B-Bereich soll die in Phase I begonnene Modellbildung dedizierter, transitionsfähiger Mechanismen in C3 fortgeführt werden. Die entwickelten mathematischen Modelle der Verteilmechanismen sollen mit Modellen für den kollaborativen Upload zu einem Gesamtmodell des Szenarios erweitert werden, um so einen proaktiven Wechsel zwischen Mechanismen zu ermöglichen. Simulation und prototypische Evaluation wird auch in Phase II dazu genutzt, die Umsetzbarkeit der entwickelten Konzepte zu zeigen. Hierzu wird die Simulations- und Prototypenplattform aus Phase I weitergeführt.

Für die verlässliche Bereitstellung der nutzergenerierten Inhalte sollen in C3 das Information-centric Networking- Paradigma und die damit assoziierten Konzepte genutzt und erweitert werden. Dies soll Mobilität, speziell von Videoproduzenten, unterstützen und Dienste wie Caching und Naming als Primitive im Netzwerk ermöglichen. Die Kernherausforderung bildet in Phase II die Kombination von Transitionen auf unterschiedlichen Ebenen, wie z. B. zwischen (nutzergenerierten) Live- sowie bereits vorliegenden Video-on-Demand Inhalten, wie sie bei der personalisierten Komposition von Medienströmen auftritt. Neben demWechsel der Medienquelle werden so weitere Transitionen im Kommunikationssystem ausgelöst, beispielsweise können Mechanismen zum Prefetching oder zur Adaption der Medieninhalte (durch Transcoding) erforderlich werden.

C3 bildet damit zusammenfassend die Grundlage für die Untersuchung von koexistenten Multi-Mechanismen im Rahmen von MAKI in einem wichtigen, zukunftsfähigen Anwendungsszenario. Weiterhin sollen proaktive Transitionen für nutzergenerierte Videos durch eine mathematische Modellierung unterstützt werden. Dabei werden die Vorarbeiten zu transitionsfähigen Kommunikationssystemen für adaptives Video-Streaming aus Phase I gezielt genutzt und ergänzt.

Teilprojektleitende C3

  • Prof. Dr.-Ing. Ralf Steinmetz
  • Prof. Dr. techn. Heinz Koeppl
  • Prof. Dr. Andreas Mauthe