Adaptive bitrate streaming (ABR) has become the de facto technique for video streaming over the Internet. Despite a flurry of techniques, achieving high quality ABR streaming over cellular networks remains a tremendous challenge. ABR streaming can be naturally modeled as a control problem. There has been some initial work on using PID, a widely used feedback control technique, for ABR streaming. Existing studies, however, either use PID control directly without fully considering the special requirements of ABR streaming, leading to suboptimal results, or conclude that PID is not a suitable approach. In this paper, we take a fresh look at PID-based control for ABR streaming. We design a framework called PIA (PID-control based ABR streaming) that strategically leverages PID control concepts and incorporates several novel strategies to account for the various requirements of ABR streaming. We evaluate PIA using simulation based on real LTE network traces, as well as using real DASH implementation. The results demonstrate that PIA outperforms state-of-the-art schemes in providing high average bitrate with significantly lower bitrate changes (reduction up to 40 percent) and stalls (reduction up to 85 percent), while incurring very small runtime overhead. We further design PIA-E (PIA Enhanced), which improves the performance of PIA in the important initial playback phase.

中文翻译：

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ABR 视频流的控制理论方法：重新审视基于 PID 的速率自适应

自适应比特率流 (ABR) 已成为通过 Internet 进行视频流的事实上的技术。尽管有一系列技术，但在蜂窝网络上实现高质量的 ABR 流仍然是一个巨大的挑战。ABR 流可以自然地建模为控制问题。在将 PID（一种广泛使用的反馈控制技术）用于 ABR 流媒体方面，已有一些初步工作。然而，现有研究要么直接使用 PID 控制，而未充分考虑 ABR 流的特殊要求，导致结果不理想，要么得出 PID 不是合适方法的结论。在本文中，我们重新审视了基于 PID 的 ABR 流控制。我们设计了一个称为 PIA（基于 PID 控制的 ABR 流）的框架，它战略性地利用了 PID 控制概念并结合了几种新颖的策略来满足 ABR 流的各种要求。我们使用基于真实 LTE 网络轨迹的模拟以及使用真实的 DASH 实现来评估 PIA。结果表明，PIA 在提供高平均比特率、比特率变化（减少高达 40%）和停顿（减少高达 85%）的情况下优于最先进的方案，同时产生非常小的运行时开销。我们进一步设计了 PIA-E（PIA Enhanced），它在重要的初始播放阶段提高了 PIA 的性能。结果表明，PIA 在提供高平均比特率、比特率变化（减少高达 40%）和停顿（减少高达 85%）的情况下优于最先进的方案，同时产生非常小的运行时开销。我们进一步设计了 PIA-E（PIA Enhanced），它在重要的初始播放阶段提高了 PIA 的性能。结果表明，PIA 在提供高平均比特率、比特率变化（减少高达 40%）和停顿（减少高达 85%）的情况下优于最先进的方案，同时产生非常小的运行时开销。我们进一步设计了 PIA-E（PIA Enhanced），它在重要的初始播放阶段提高了 PIA 的性能。