Effective Adaptive BitRate (ABR) algorithm or policy is of paramount importance for Real-Time Video Communication (RTVC) amid this pandemic to pursue uncompromised quality of experience (QoE). Existing ABR methods mainly separate the network bandwidth estimation and video encoder control, and fine-tune video bitrate towards estimated bandwidth, assuming the maximization of bandwidth utilization yields the optimal QoE. However, the QoE of a RTVC system is jointly determined by the quality of compressed video, fluency of video playback, and interaction delay. Solely maximizing the bandwidth utilization without comprehensively considering compound impacts incurred by both network and video application layers, does not assure the satisfactory QoE. And the decoupling of network and video layer further exacerbates the user experience due to network-codec incoordination. This work therefore proposes the Palette, a reinforcement learning based ABR scheme that unifies the processing of network and video application layers to directly maximize the QoE formulated as the weighted function of video quality, stalling rate and delay. To this aim, a cross-layer optimization is proposed to derive fine-grained compression factor of upcoming frame(s) using cross-layer observations like network conditions, video encoding parameters, and video content complexity. As a result, Palette manages to resolve the network-codec incoordination and to best catch up with the network fluctuation. Compared with state-of-the-art schemes in real-world tests, Palette not only reduces 3.1\%-46.3\% of the stalling rate, 20.2\%-50.8\% of the delay, but also improves 0.2\%-7.2\% of the video quality with comparable bandwidth consumption, under a variety of application scenarios.


翻译:在该大流行期间,实现无损体验的有效自适应比特率(ABR)算法或策略对于实时视频通信(RTVC)至关重要。现有的ABR方法主要将网络带宽估计和视频编码器控制分开,并将视频比特率调整到估计的带宽上,假定最大化带宽利用可以产生最佳的体验质量(QoE)。然而,RTVC系统的QoE是由压缩视频的质量、视频播放的流畅性和交互延迟共同确定的。仅仅是最大化带宽利用,没有全面考虑网络和视频应用层同时产生的复合影响,不能保证令人满意的QoE。而且,由于网络-编解码器不协调,网络和视频层的解耦更加恶化了用户体验。因此,本文提出了调色板(Palette),这是一种基于强化学习的ABR方案,它将网络和视频应用层的处理统一起来,直接最大化QoE作为视频质量、卡顿率和延迟的加权函数。为此,提出了跨层优化来使用跨层观测,如网络条件、视频编码参数和视频内容复杂度,推导即将到来的帧的细粒度压缩因子。结果,Palette设法解决了网络-编解码器不协调问题,并最好地跟上了网络波动。在现实测试中与现有的最先进方案相比,Palette不仅减少了3.1%-46.3%的卡顿率、20.2%-50.8%的延迟,还提高了0.2%-7.2%的视频质量,同时带宽消耗相当,并且应用场景各不相同。

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