Optimized Network-Adaptive Multimedia Transmission Over Packet Erasure Channels

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Prüfsumme: MD5:4909a0502f1957dd7aa6a5e5677dda99

AHMAD, Shakeel, 2008. Optimized Network-Adaptive Multimedia Transmission Over Packet Erasure Channels [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz

@phdthesis{Ahmad2008Optim-5770, title={Optimized Network-Adaptive Multimedia Transmission Over Packet Erasure Channels}, year={2008}, author={Ahmad, Shakeel}, address={Konstanz}, school={Universität Konstanz} }

Die Übertragung von Multimediadaten mit geringer Zeitverzögerung über Kanäle mit zufälligem Paketverlust, wie das Internet, führt zu einer Herrausforderung, da diese Netzwerke einen Datentransport nur mit der Güte "best-effort" bieten und keinen zeitsynchronen Transport der Datenpakete garantieren. Datenpakete die verloren gehen oder den Empfänger nach der vereinbarten Abgabefrist erreichen haben verheerende Auswirkungen auf die wahrnehmbare Qualität von Multimedia.<br />Dieses Problem kann man umgehen mittels Techniken wie Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC), Automatische Wiederholungsanfrage (ARQ), fehlerresistente Kodierung, Fehlerverdeckung, oder jegliche Kombination dieser.<br />Während das Transmission Control Protokoll (TCP) für Daten ohne Echtzeitanforderung, wie z.B. Dateitransfer, gut arbeitet, ist seine Nutzbarkeit für Echtzeit- bzw. verzögerungskritischen Anwendungen umstritten. Typische Szenarien sind z.b., wenn ein Nutzer ein 3D Mesh in einer bestimmten Zeit downloaden möchte oder das Video Streaming, bei dem für eine flüssige Wiedergabe jedes Einzelbild innerhalb einer Übertragungsfrist übertragen und angezeigt werden muss. Für solche Anwendungen wäre FEC die bessere Lösung.<br />Der erste Teil dieser Dissertation befasst sich mit dem Problem des optimalen Fehlerschutzes von progressiv komprimierten 3D Meshs. Wir nutzen ein State of the Art System, das schichtweise Quellenkodierung und FEC (unter Nutzung von Reed-Solomon Kodes) implementiert, um 3D Meshs über Kanäle mit zufälligen Paketverlust zu übertragen.<br />Unter der Angabe einer Gesamtbandbreite kann die Leistung dieses Systems optimiert werden, in dem man festlegt wie viele Schichten übertragen werden sollten und wie viele Paritätsbits jeder übertragenen Schicht zugewiesen werden, um die erwartete Störung beim Empfänger zu minimieren. Die bisherige Lösung für dieses Optimierungsproblem nutzt die vollständige Suche, welche für eine hohe Übertragungsbandbreite nicht brauchbar ist. Wir schlagen stattdessen einen exakten Algorithmus vor, der dieses Optimierungsproblem in linearer Zeit und mit linearem Speicherbedarf löst. Es ist weiterhin entscheidend, wie jede übertragene Schicht paketiert ist. Wir beschreiben eine flexible Paketiertechnik. Die Ergebnisse unserer Experimente illustrieren die Vorteile unserer vorgeschlagenen Ansatzes.<br />Der zweite Teil der Dissertation zeigt ein Video Streaming Framework, das FEC in der Anwendungsschicht nutzt, um den Effekt des Paketverlustes abzuschwächen. Die Wahl der richtigen Koderate für den Kanalkodierer ist nicht trivial. In den früheren FEC basierten Lösungen.<br />Der erste Teil dieser Dissertation befasst sich mit dem Problem des optimalen Fehlerschutzes von progressiv komprimierten 3D Meshs. Wir nutzen ein State of the Art System, das schichtweise Quellenkodierung und FEC (unter Nutzung von Reed-Solomon Kodes) implementiert, um 3D Meshs über Kanäle mit zufälligen Paketverlust zu übertragen. Unter der Angabe einer Gesamtbandbreite kann die Leistung dieses Systems optimiert werden, in dem man festlegt wie viele Schichten übertragen werden sollten und wie viele Paritätsbits jeder übertragenen Schicht zugewiesen werden, um die erwartete Störung beim Empfänger zu minimieren. Die bisherige Lösung für dieses Optimierungsproblem nutzt die vollständige Suche, welche für eine hohe Übertragungsbandbreite nicht brauchbar ist. Wir schlagen stattdessen einen exakten Algorithmus vor, der dieses Optimierungsproblem in linearer Zeit und mit linearem Speicherbedarf löst. Es ist weiterhin entscheidend, wie jede übertragene Schicht paketiert ist. Wir beschreiben eine flexible Paketiertechnik. Die Ergebnisse unserer Experimente illustrieren die Vorteile unserer vorgeschlagenen Ansatzes.<br />Der zweite Teil der Dissertation zeigt ein Video Streaming Framework, das FEC in der Anwendungsschicht nutzt, um den Effekt des Paketverlustes abzuschwächen. Die Wahl der richtigen Koderate für den Kanalkodierer ist nicht trivial. In den früheren FEC basierten Lösungen wird die Koderate entweder durch Abschätzung der Paketverlustrate vorher festgelegt oder sie wird adaptiv an die Messung aktueller Paketverlustraten angepasst. Dennoch ist die Effizienz dieser Lösung fraglich, wenn die Paketverlustrate des Kanals stark über die Zeit schwankt und damit schwer in ausreichender Genauigkeit vorherzusagen ist. Tatsächlich führt die Unterschätzung der Paketverlustrate zu Kodierfehlern und die Überschätzung zum Vergeuden von Bandbreite.<br />Um mit der stark fluktuierenden Paketverlustrate umzugehen, führen wir einen neuen Ansatz ein, der auf Kodes ohne fester Übertragungsrate und Empfängerfeedback basiert. Für jeden Datenblock der Quelle sendet der Sender die kodierten Symbole solange weiter bis er eine Bestätigung vom Empfänger erhält, dass der Datenblock erfolgreich dekodiert wurde. Innerhalb des Frameworks zeigen wir einen effizienten Algorithmus, der die Nutzung der Bandbreite minimiert und dabei eine erfolgreiche Dekodierung garantiert, unter Beachtung der oberen Grenze durch die Paketverlustrate. Analytische und simulierte Ergebnisse beweisen, dass im Vergleich zu traditionellen FEC basierten Ansätzen, das vorgeschlagene Schema eine wesentlich bessere Einsparung der Bandbreite bei gleichbleibender Wiedergabequalität bietet. In einem Experiment bei dem eine H.264 kodierte Foreman Sequenz über einen Internet Kanal (Konstanz-Peking-Konstanz) übertragen wurde, übertraf unsere vorgeschlagene Lösung die anderen FEC basierten Ansätze, z.B. betrug der Zuwachs des Signal-Rausch-Abstand gegenüber fixed-rate FEC 3,5 Dezibel bei 90 kbps. eng 2011-03-24T15:59:56Z deposit-license Optimierte netzwerk-adaptive Multimedia-Übertragung über Kanäle mit Paketverlust Optimized Network-Adaptive Multimedia Transmission Over Packet Erasure Channels Ahmad, Shakeel 2008 application/pdf 2011-03-24T15:59:56Z Ahmad, Shakeel

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