Влияние сюжета потокового видео на качество передачи по беспроводным сетям

Растущая популярность передачи мультимедийных приложений - фактор, приведший к необходимости оптимизации распределения полосы пропускания телекоммуникационных сетей. Методика моделирования беспроводной сети со случайными битовыми ошибками в канале.

Рубрика Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 24.11.2020
Размер файла 17,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Влияние сюжета потокового видео на качество передачи по беспроводным сетям

Понкин Алексей Викторович

The article presents the dependence of quality of streaming video from a plot transferred on wireless networks; calculation of existential characteristics of streaming video with the subsequent division into 3 subject groups: static subject group (SSG), inactive subject group (ISG), highly-dynamic subject group (HDSG). Results of imitating modeling of transfer of streaming video on wireless communication networks taking into account distinction of existential characteristics of various plot groups.

Keywords: MPEG, streaming video, quality of video, PSNR

Рассмотрена зависимость качества потокового видео от сюжета, передаваемого по беспроводным сетям; вычисление пространственно-временных характеристик потокового видео с последующим разделением на 3 сюжетных группы: статичная сюжетная группа (ССГ), малоподвижная сюжетная группа (МПСГ), высокодинамичная сюжетная группа (ВДСГ). Представлены результаты имитационного моделирования передачи потокового видео по беспроводным сетям связи с учетом различия пространственно-временных характеристик различных сюжетных групп.

Ключевые слова: MPEG, потоковое видео, качество видео, PSNR

Постановка задачи.

Растущая популярность передачи мультимедийных приложений привела к необходимости оптимизации распределения полосы пропускания телекоммуникационных сетей. Качество воспроизведения видео в определенной степени зависит от типа сюжета этих приложений. Например, при просмотре высокодинамичных видеороликов (спортивные игры, кинофильмы) необходимо, прежде всего, сохранять высокое качество, тогда как в сравнении с более статическими сюжетами (новости или видеоконференции), где более важно содержание. Современные телекоммуникационные сети должны уметь поддерживать качество различных приложений с различным уровнем QoS [1]. Требования QoS, как правило, зависимы от параметров сетевого и прикладного уровней [2]. На прикладном уровне QoS зависит от таких факторов, как разрешение, битрейт, скорость кадров, тип видео- и аудиокодека и т.д. На сетевом уровне вводятся такие искажения, как задержка, джиттер, потеря пакета и т.д.

Как правило, передача данных по проводным сетям, в которых полоса пропускания не ограничена, характеризуется очень низкой вероятностью появления ошибочных битов. Однако вследствие непредсказуемости условий передачи при трансляции приложений в реальном времени, передача данных по беспроводному каналу имеет ряд особенностей. Беспроводные каналы связи характеризуются случайно распределенными и независимыми битовыми ошибками. В связи с этим при имитации беспроводного канала, часто применяют модель «белого шума», при которой определенный бит в последовательности искажается (инвертируется) с заданной вероятностью. Влияние различных типов сюжета, например, статических (новости), высокодинамических (спортивные игры) на конечное качество видео, переданного через беспроводные сети, с учетом параметров сетевого и прикладного уровней сети практически не рассматривалось.

Объединение видеопотоков в определенную сюжетную группу позволяет говорить об их сходных характеристиках. Это позволит организовать контроль за приоритетом и следовательно, оптимизировать распределение полосы пропускания определенного видеопотока. Автоматическая классификация видеосюжета позволит предсказать качество видео с определенной вероятностью.

Сюжет каждого видео клипа может существенно отличаться в зависимости от его динамики (то есть пространственной сложности и временной активности изображения). Видеопоследовательности классифицируются на различные группы, основываясь на пространственном и временном изменении элементов изображения [3].

Вычисление временных изменений

Движение в видеоклипе вычисляется показателем суммы абсолютных различий SAD (от англ. Sum of Absolute Difference), который вычисляет попиксельную сумму абсолютных различий между двумя сравниваемыми кадрами

где Bn и Bm - два кадра размером NЧМ, и i и j - координаты пиксела.

Вычисление пространственных изменений

Пространственные особенности вычисляются на краях блока, контрастности и яркости между текущим и предыдущим кадром. Яркость вычисляется как модуль разности между средним значением яркости предыдущего и текущего кадра.

где Brav(n) и - средняя яркость n-го кадра размером NЧМ, и i и j - координаты пиксела.

На основании проведенных вычислений видеопоследовательности можно разделить на три типа сюжетов.

1. Статичная сюжетная группа (ССГ): включает последовательности с небольшой областью наблюдения (например, лицо диктора) на статическом фоне.

2. Малоподвижная сюжетная группа (МПСГ): видеопоследовательности с непрерывным и однородным изменением изображения (напримр, художественный фильм).

3. Высокодинамичная сюжетная группа (ВДСГ): видеопоследовательности, где локальные или глобальные участки изображения изменяются резко и неоднородно (напр. спортивные игры).

Классификация сюжета основывается на вышеупомянутых определенных параметрах. Из-за обширного набора объективных параметров использовался статистический метод для анализа данных и классификации по сюжетам. Каждый из описанных типов сюжета определяется уникальными статистическими особенностями движения. Полученные эмпирические функции распределения каждого видеоклипа принадлежащего к определенному сюжету имеют существенные различия.

Затем был проведен эксперимент трансляции видео по беспроводной сети при различных условиях. В качестве исходных тестовых видеопоследовательностей использовались 6 стандартных тестовых видеоклипов в формате YUV с разрешением CIF (352x288), представленные на сайте http://trace.eas.asu.edu и рекомендованные для проведения тестовых испытаний организацией IТU. Эти видеоролики были объединены в вышеописанные сюжетные группы, по два видеоклипа в каждой. Исходные видеопоследовательности формата YUV кодировались кодеком MPEG-2 с типом GOP IBBPBBPBB. При этом каждое видео кодировалось с различным битрейтом (128, 384, 768 и 1150 кбит/с).

Кодирование/декодирование исходных видеопоследовательностей и моделирование беспроводной сети со случайными битовыми ошибками в канале производилось с помощью программы VCDemo [5]. Имитация передачи видео потока через беспроводную сеть выполнялось согласно модели OSI на известных уровнях: прикладном, транспортном, сетевом, канальном и физическом.

На прикладном уровне модели OSI производится кодирование/декодирование и пакетирование видеопотока. Видеопоток делится на пакеты переменной длины размером до 1500 байтов, добавляя при этом 12-байтовый заголовок RTP. При добавлении заголовка RTP к данным, битовый поток MPEG сегментируется таким образом, чтобы стартовые коды MPEG содержались в начале пакетов данных.

На транспортном уровне моделируется протокол UDP, соответственно добавляя заголовок и контрольную сумму (8 байт). И далее на сетевом уровне добавляется 20-байтовый заголовок IP.

На канальном уровне связи моделируется протокол IEEE 802.11. Пропускная способность канала устанавливается равной 20 Мб/с.

На физическом уровне производится имитация случайной битовой ошибки в канале (гауссовский шум) с заданной вероятностью BER (от англ.), задаваемой равной 10-6, 10-5, 10-4 и 10-3.

Таким образом, произведено изменение параметров передаваемого видео по беспроводной сети на прикладном (изменение скорости битрейта) и на сетевом уровнях (изменение BER).

В качестве показателя качества использовались показатели PSNR и MOS, вычисленные с помощью инструментов программно-аппаратного комплекса. Передача каждого видеоклипа по сети имитировалась 16 раз с учетом различных настроек.

Выводы.

Имитационное моделирование показало, что различные сюжетные группы по-разному влияют на воспринимаемое качество при передаче по сетям. Необходимо учитывать не только качество транслируемого и впоследствии декодируемого видеопотока на прикладном (битрейт) и сетевом (BER) уровне, но и другой, не менее важный критерий - сюжет видеопотока. Так, было показано, что в условиях передачи по сети с малой вероятностью появления ошибок (BER=10-6, BER=10-5) минимальное значение битрейта (128 кбит/с) сохраняет приемлемое качество видеопотока, соответствующее MOS > 3 для всех типов сюжета. При этом увеличение битрейта в большей степени сказывается на качестве видеопоследовательностей ССГ, тогда как для видеоизображений с движущимися элементами (МПСГ и ВДСГ) заметного выигрыша в качестве не наблюдается. Присутствие небольших ошибок (BER=10-4) не сказывается на качестве декодирования видеопоследовательностей ССГ, но проявляется в МПСГ и ярко выражено в ВДСГ. Это позволяет судить о способности декодера исправлять небольшие ошибки только в условиях статичного изображения. Увеличение числа ошибок до BER=10-3 сказывается на декодировании видеопоследовательностей всех сюжетных групп. При этом ССГ и МПСГ демонстрируют удовлетворительное, а ВДСГ -- плохое качество с точки зрения субъективной оценки. Таким образом, приемлемым числом ошибочных битов и, следовательно, порогом с точки зрения качества, при котором воспринимаемое пользователями изображение остается приемлемым является BER=10-4 для всех типов сюжета.

Литература

мультимедийный телекоммуникационный беспроводной сеть

1. Ghinea G., Thomas J. P. QoS impact on user perception and understanding of multimedia video clips, Proc. Of ACM Multimedia'98, Bristol, UK. Р. 49--54. 1998.

2. Khan A., Li Z., Sun L., Ifeachor E. Audiovisual quality assessment for 3G networks in support of E-healthcare, Proc. of CIMED , Plymouth, UK, 25-27 July 2007.

3. Khan A., Sun L., Ifeachor E. Content Clustering Based Video Quality Prediction Model for MPEG4 Video Streaming over Wireless Networks IEEE ICC CQRM 14-18 June 2009, Dresden, Germany.

4. Шелухин О.И., Иванов Ю.А. Оценка качества передачи потокового видео в телекоммуникационных сетях с помощью программно-аппаратных средств // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2009, т.5, №4, С.48-56.

5. http://ict.ewi.tudelft.nl/vcdemo (Дата обращения 23.01.2010).

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Исследование и анализ беспроводных сетей передачи данных. Беспроводная связь технологии wi–fi. Технология ближней беспроводной радиосвязи bluetooth. Пропускная способность беспроводных сетей. Алгоритмы альтернативной маршрутизации в беспроводных сетях.

    курсовая работа [825,8 K], добавлен 19.01.2015

  • Характеристика и методы организации локальных сетей, структура связей и процедуры. Описание физической и логической типологии сети. Техническая реализация коммутаторов, ее значение в работе сети. Алгоритм "прозрачного" моста. Способы передачи сообщений.

    реферат [217,5 K], добавлен 22.03.2010

  • Структура сетей телеграфной и факсимильной связи, передачи данных. Компоненты сетей передачи дискретных сообщений, способы коммутации в них. Построение корректирующего кода. Проектирование сети SDH. Расчет нагрузки на сегменты пути, выбор мультиплексоров.

    курсовая работа [69,5 K], добавлен 06.01.2013

  • Характеристика современного состояния цифровых широкополосных сетей передачи данных, особенности их применения для передачи телеметрической информации от специальных объектов. Принципы построения и расчета сетей с использованием технологий Wi-Fi и WiMax.

    дипломная работа [915,0 K], добавлен 01.06.2010

  • Расчёт трафика, генерируемого абонентами объектов сети и формирование матрицы взаимного тяготения между объектами. Выбор коммутационного оборудования узлов и формирование требований к системе передачи линий связи по предоставлению полосы пропускания.

    курсовая работа [322,6 K], добавлен 03.02.2014

  • Составление обобщенной структурной схемы передачи дискретных сообщений. Исследование тракта кодер-декодер источника и канала. Определение скорости модуляции, тактового интервала передачи одного бита и минимально необходимой полосы пропускания канала.

    курсовая работа [685,0 K], добавлен 26.02.2012

  • Анализ стандарта беспроводной передачи данных. Обеспечение безопасности связи, основные характеристики уязвимости в стандарте IEEE 802.16. Варианты построения локальных вычислительных сетей. Виды реализаций и взаимодействия технологий WiMAX и Wi-Fi.

    курсовая работа [1,7 M], добавлен 13.12.2011

  • Понятие беспроводной связи, организация доступа к сети связи, к интернету. Классификация беспроводных сетей: спутниковые сотовые модемы, инфракрасные каналы, радиорелейная связь, Bluetooth. WI-FI - технология передачи данных по радиоканалу, преимущества.

    реферат [350,6 K], добавлен 06.06.2012

  • Определение затухания (ослабления), дисперсии, полосы пропускания, максимальной скорости передачи двоичных импульсов в волоконно-оптической системе. Построение зависимости выходной мощности источника оптического излучения от величины электрического тока.

    контрольная работа [352,3 K], добавлен 21.06.2010

  • Что такое ТСР? Принцип построения транкинговых сетей. Услуги сетей тракинговой связи. Технология Bluetooth - как способ беспроводной передачи информации. Некоторые аспекты практического применения технологии Bluetooth. Анализ беспроводных технологий.

    курсовая работа [139,1 K], добавлен 24.12.2006

  • Исследование обычной схемы Wi-Fi сети. Изучение особенностей подключения двух клиентов и их соединения. Излучение от Wi-Fi устройств в момент передачи данных. Описания высокоскоростных стандартов беспроводных сетей. Пространственное разделение потоков.

    лекция [139,5 K], добавлен 15.04.2014

  • Анализ технологий беспроводной связи в городе Алматы. Технология проектирования сети WiMAX. Базовая станция Aperto PacketMax-5000 на объекте ЦА АО "Казахтелеком" (ОПТС-6). Расчет параметров сети и оптимизации пакета. Финансовый план построения сети.

    дипломная работа [3,0 M], добавлен 01.04.2014

  • Вероятность битовой ошибки в релеевском канале в системе с разнесенным приемом. Использование искусственного шума и пропускная способность. Соотношение амплитуд полезного сигнала и искусственного шума. Влияние шума на секретность передачи информации.

    лабораторная работа [913,8 K], добавлен 20.09.2014

  • Расчет полосы пропускания трафика. Расчет общей полосы пропускания и обоснование выбора уровня иерархии SDH. Обоснование выбора топологии сети. Расчет затухания на участках исходя из таблицы расстояний. Обоснование выбора оптического передатчика.

    курсовая работа [884,6 K], добавлен 29.03.2015

  • Архитектура, компоненты сети и стандарты. Сравнение стандартов беспроводной передачи данных. Типы и разновидности соединений. Безопасность Wi-Fi сетей, адаптер Wi-Fi ASUS WL-138g V2. Интернет-центр ZyXEL P-330W. Плата маршрутизатора Hi-Speed 54G.

    реферат [28,0 K], добавлен 18.02.2013

  • Виды сетей передачи данных. Типы территориальной распространенности, функционального взаимодействия и сетевой топологии. Принципы использования оборудования сети. Коммутация каналов, пакетов, сообщений и ячеек. Коммутируемые и некоммутируемые сети.

    курсовая работа [271,5 K], добавлен 30.07.2015

  • Протокол беспроводной передачи данных, помогающий соединить n-ное количество компьютеров в сеть. История создания первого Wi-Fi. Стандарты беспроводных сетей, их характеристики, преимущества, недостатки. Использование Wi-Fi в промышленности и быту.

    реферат [31,3 K], добавлен 29.04.2011

  • Характеристика района внедрения сети. Структурированные кабельные системы. Обзор технологий мультисервисных сетей. Разработка проекта мультисервистной сети передачи данных для 27 микрорайона г. Братска. Расчёт оптического бюджета мультисервисной сети.

    дипломная работа [2,7 M], добавлен 23.10.2012

  • Типы линий связи и способы физического кодирования. Модель системы передачи информации. Помехи и искажения в каналах связи. Связь между скоростью передачи данных и шириной полосы. Расчет пропускной способности канала с помощью формул Шеннона и Найквиста.

    курсовая работа [1,3 M], добавлен 15.11.2013

  • Технологии построения сетей передачи данных. Обоснование программных и аппаратных средств системы передачи информации. Эргономическая экспертиза программного обеспечения Traffic Inspector. Разработка кабельной системы волоконно-оптических линий связи.

    дипломная работа [2,2 M], добавлен 24.02.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.