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研究生: 林軒緯
Lin, Hsiuan-Wei
論文名稱: 基於頻道歷史資訊比對預測使用者行為以減少網際網路協定電視頻道切換時間
Reducing IPTV channel zapping time based on historical channel change information with Pattern Matching
指導教授: 蘇銓清
Sue, Chuan-Ching
學位類別: 碩士
Master
系所名稱: 電機資訊學院 - 資訊工程學系
Department of Computer Science and Information Engineering
論文出版年: 2011
畢業學年度: 99
語文別: 中文
論文頁數: 106
中文關鍵詞: IPTV頻道切換時間群播資料比對
外文關鍵詞: IPTV, channel zapping time, multicast, pattern matching
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  • 網際網路協定電視(IPTV)是結合網路與多媒體的應用服務,其主要特質為利用網路傳送影像、聲音、資料等資訊的一種三合一整合服務(Triple Play),其可細分為遞送群播電視、隨選視訊、音樂、網路電視、網頁服務、以及電子郵件收發等。上述之服務項目是一般傳統電視所無法提供之互動式服務。
    使用者經驗(Quality of user Experience, QoE)則是IPTV服務成功的重要因素之一,使用者QoE越高代表使用者對IPTV服務越滿意,提升使用者的QoE以擴增使用IPTV服務的客戶是IPTV服務業者的目標。
    IPTV服務中頻道切換時間(Channel zapping time)是影響使用者的QoE的原因之一,定義為:使用者切換頻道時按下遙控器按鍵,到畫面顯示到螢幕上這段時間。這段期間會有黑屏現象並影響到使用者的感受,黑屏的時間太長會讓使用者的QoE下降,因此頻道切換時間被視作是衡量使用者QoE的一項重要指標。
    現有的文獻有數種減少頻道切換時間的方法,其中一種是預測使用者行為以預收頻道,當使用者的操作行為滿足其預測時,使用者可以馬上切換至預收頻道,減少頻道切換時間,達到使用者的QoE的提升。我們參考這些方法優點提出新的頻道預收策略,其策略為結合資料比對(Pattern Matching)、模式分析(Pattern Analysis)與資訊理論(Information theory)概念之演算機制預測使用者下一步的轉台操作並預收相對應的頻道。將預測的頻道預收至機上盒,提升預收頻道的準確率,讓使用者更容易切換到預收頻道以減少頻道切換時間。

    Internet Protocol Television (IPTV) is a combination of network and multimedia applications. It is a triple play service such as multicast television, Video on Demand, music, Internet television, Web services and network mail services that transmits video, audio and data. The above services are not provided by traditional television.
    Quality of user Experience (QoE) is one of the key factors involved in the success of IPTV service. The higher the QoE, the more satisfied users of IPTV services are. Enhancing the QoE in order to increase the number of customers in IPTV service is the primary goal of IPTV service providers.
    Channel zapping time is one of the factors that affects QoE in IPTV Service, and it is defined as: Delay time is the period from a channel request being sent by remote control until the first video frame appears on the screen. The screen is black during the delay time and affects user experience, and user experience is worse as a result of a longer channel zapping delay time. Therefore, channel zapping time is seen as an important measure and indicator of QoE.
    Literature on this topic has described are several methods by which to reduce channel zapping time. One of those methods is predicting user behavior and then prejoining a related channel. When the user's operational behavior matches the predicted user behavior, users can immediately change to the prejoin channel and reduce channel zapping time, thus enhancing QoE. We refer to the advantages of these methods and propose a new prejoin channel strategy, which is a mechanism combining pattern matching, pattern analysis and information theory concepts to predict a user’s next channel change operation and then prejoining a corresponding channel. Receiving a prejoin channel in the set-top box makes it easier for users to change to the prejoin channel by enhancing the accuracy of the prejoin channel and thus reduces the channel zapping time.

    中文摘要 4 Abstract 6 1. 簡介( Introduction) 15 1.1. 背景 15 1.2. 頻道切換時間(Channel Zapping Time) 18 1.3. 研究動機 20 1.4. 論文架構 21 2. 相關研究(Related Work) 22 2.1. 視訊編碼(Video coding) 22 2.2. 預收頻道機制(Prejoin Channel) 24 2.2.1. 預收鄰近頻道 24 2.2.2. 頻道重新排序與預收鄰近頻道 24 2.2.3. 收集使用者使用遙控器按鍵之資訊以預測預收頻道 25 2.3. 問題描述 27 2.4. 使用者觀看頻道重複性之假設 28 2.5. 本研究解決問題之概念 29 3. 研究方法 31 3.1. 目的 31 3.2. 儲存使用者描述記錄內歷史資訊於機上盒之假設 31 3.3. 頻道歷史資訊分析演算法之結構(Channel history information analyzing algorithm-CHIAA) 32 3.3.1. Input 32 3.3.2. Method 33 3.3.3. Output 35 3.4. 資料比對(Pattern Matching) 35 3.5. 模式分析(Pattern Analysis) 36 3.6. 儲存頻道歷史資訊之資料結構CCP-Tree 37 3.6.1. CCP-Tree概念: 39 3.6.2. CCP-Tree特點: 41 3.6.3. 建立頻道壓縮前綴樹流程 43 3.6.4. 歷史資料比對流程(Pattern Matching Process) 46 3.7. CHIAA藉由消息理論的概念篩選Switcing Pattern 47 3.7.1. 目的 47 3.7.2. CHIAA中使用消息理論的概念 49 3.8. 頻道歷史資訊分析演算流程 53 3.8.1. 頻道歷史資訊分析演算法參數定義 53 3.8.2. CHIAA演算流程 54 4. 模擬與分析 59 4.1. 使用者行為模擬與設定 59 4.1.1. 藉由遙控器按鍵模擬使用者轉台行為(Surfing Behavior with Remote Control Button) 59 4.1.2. 依照不同頻道類型瀏覽電視頻道(Surfing Behavior with Channel Category) 63 4.2. 頻道歷史資訊重複性之量測 67 4.3. 模擬設定 73 4.3.1. 模擬環境說明 73 4.3.2. 模擬參數設定 73 4.4. 模擬結果 74 4.4.1. 機上盒預收頻道之命中率 74 4.4.2. 家庭閘道器預收頻道之命中率與頻寬消耗 77 4.4.3. 歷史資訊量與歷史資訊的重複性與各方法命中率之比較 79 4.5. Tree Pattern內頻道的個數對預收命中率的影響(Hit rate with variation of Tree Pattern) 80 4.6. CHIAA時間複雜度的分析 82 4.6.1. CCP-Tree建構與更新消耗的時間 82 4.6.2. 執行Pattern Matching消耗的時間 82 4.6.3. CHIAA遞迴次數分析 86 4.6.4. CHIAA執行遞迴與SP依序比對之比較 87 4.6.5. CHIAA執行時間之測試 89 4.7. 頻道切換時間(Channel zapping time)分析 91 4.7.1. 頻道切換時間(Channel zapping time)各項因子評估 91 4.7.2. 頻道切換時間與CHIAA演算法執行時間之關係 96 4.8. CHIAA結合消息理論(Indormation Theory)之探討 98 4.8.1. Switching Pattern頻道各數與消息理論之關係 98 5. 結論 102 6. 未來工作 103 參考文獻 104 圖目錄 圖表 1 1 IPTV系統架構圖 16 圖表 1 2 群播與IGMP示意圖 17 圖表 1 3 IPTV頻道切換時序圖 19 圖表 2 1文獻[8]MULTICAST INSTANT CHANNEL CHANGE 23 圖表 2 2文獻[9]利用H.264 SVC之頻道預收示意圖 23 圖表 2 3文獻[10]SFCS同步串流示意圖 23 圖表 2 4文獻[4]頻道預收示意圖 24 圖表 2 5文獻[11]頻道環狀排序 25 圖表 2 6文獻[12]提出的瀏覽模式與其狀態轉移圖 26 圖表 2 7文獻[12]提出的相同按鍵切換示意圖 27 圖表 2 8文獻[8]頻道預收示意圖 27 圖表 2 9文獻[12]問題示意圖 28 圖表 2 10文獻[12]改善問題之概念 30 圖表 3 1 CHIAA結構 32 圖表 3 2 PATTERN MATCHING的概念 36 圖表 3 3上下鍵分析 36 圖表 3 4喜好鍵分析 37 圖表 3 5返回鍵分析 37 圖表 3 6壓縮與線性比對示意圖 38 圖表 3 7頻道序列壓縮示意圖 39 圖表 3 8 CCP-TREE概念 41 圖表 3 9 CCP-TREE節點資料結構 42 圖表 3 10 CCP-TREE建樹與更新流程 43 圖表 3 11 CCP TREE 建構流程示意圖 45 圖表 3 12 CCP TREE 比對示意圖 47 圖表 3 13 SP BINARY TREE 51 圖表 3 14 CSP選擇示意圖 52 圖表 3 15遞迴條件示意圖 53 圖表 3 16 CHIAA演算流程 54 圖表 3 17 SP BINARY TREE與CSP分佈示意圖 55 圖表 3 18 SP BINARY TREE與CSP分佈示意圖 56 圖表 3 19 SP BINARY TREE與CSP分佈示意圖 57 圖表 3 20 SP BINARY TREE與CSP分佈示意圖 57 圖表 4 1遙控器按鍵分類之狀態轉移圖 60 圖表 4 2使用者觀看電視時間CDF分佈圖 62 圖表 4 3模擬使用者轉台程序 65 圖表 4 4環狀序列模擬數字鍵轉台 66 圖表 4 5 PATTEN取樣示意圖 68 圖表 4 6調整P(SJ|SJ)與歷史資訊的重複性METRIC之關係 71 圖表 4 7歷史資訊量歷史資訊的重複性METRIC之關係 72 圖表 4 8 HIT RATE OF SURFING BEHAVIOR WITH REMOTE CONTROL BUTTON ON STB 75 圖表 4 9 HIT RATE OF SURFING BEHAVIOR WITH CHANNEL CATEGORY ON STB 76 圖表 4 10遙控器按鍵模擬使用者轉台行為於家庭閘道器預收頻道命中率 77 圖表 4 11遙控器按鍵模擬使用者轉台行為於家庭閘道器之頻寬消耗 78 圖表 4 12個方法在不同P(SJ|SJ)之命中率比較 80 圖表 4 13不同TREE PATTERN儲存歷史資訊於機上盒預收頻道命中率 81 圖表 4 14頻道列表搜尋示意圖 83 圖表 4 15頻道路徑WORST CASE 84 圖表 4 16一般線性比對示意圖 85 圖表 4 17 SP BINARY TREE 86 圖表 4 18 CHIAA遞迴與SP依序比對命中率比較 88 圖表 4 19 CHIAA遞迴與SP依序比對執行時間比較 89 圖表 4 20 文獻[12]使用者行為下各演算法執行時間之比較 90 圖表 4 21 本研究提出之使用者行為下各演算法執行時間之比較 91 圖表 4 22 IPTV階層式網路架構 93 圖表 4 23 [7]頻道熱門程度機率分佈 94 圖表 4 24 文獻[12]使用者行為模擬之頻道切換時間 97 圖表 4 25本研究提出的使用者行為模擬之頻道切換時間 97 表目錄 表格 1 1頻道切換時間各因素延遲的時間 21 表格 3 1 PATTERN MATCHING參數定義 35 表格 3 2參數定義 48 表格 3 3 SPI相關參數分佈 48 表格 3 4頻道歷史資訊分析演算法參數定義 53 表格 4 1頻道持續觀看時間參數定義 62 表格 4 2頻道觀看時間長度模擬參數 63 表格 4 3文獻[12]使用者行為模擬參數 63 表格 4 4本研究提出之使用者行為模擬參數 67 表格 4 5歷史資訊的重複性之METRIC模擬參數 70 表格 4 6各方法預收頻道之模擬參數 74 表格 4 7固定P(SJ|SJ)在不同使用者行為上之命中率比較 80 表格 4 8參數定義 88 表格 4 9 測試之硬體設備規格 90 表格 4 10參數定義 90 表格 4 11頻道數量於路由器之分析參數 93 表格 4 12頻道切換時間之分析參數 96 表格 4 13參數定義 98

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