Diseño y evaluación de sistemas de estimación de ancho de banda disponible para servicios adaptativos de vídeo streaming

Pozueco Álvarez, Laura. Diseño y evaluación de sistemas de estimación de ancho de banda disponible para servicios adaptativos de vídeo streaming . 2014. Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales.

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Nombre Descripción Tipo MIME Size
POZUECO_ALVAREZ_Laura_Tesis.pdf Full text (open access) application/pdf 12.77MB

Título Diseño y evaluación de sistemas de estimación de ancho de banda disponible para servicios adaptativos de vídeo streaming
Autor(es) Pozueco Álvarez, Laura
Resumen La transmisión de contenidos multimedia a través de la red es una de las aplicaciones más demandadas actualmente. No en vano, más de la mitad del tráfico en Internet se corresponde con servicios de streaming de vídeo en lo que calificamos como “horas punta”. Garantizar la calidad en la percepción de los contenidos frente a la gran demanda del servicio es el gran desafío al que se enfrentan los servicios de vídeo streaming. Además, hoy en día, el acceso a contenidos multimedia puede realizarse a través de diversos tipos de redes y con una amplia variedad de terminales que presentan diferentes restricciones. Por tanto, la adaptación de los contenidos a un entorno heterogéneo como es Internet será un proceso clave en la mejora de la percepción de la calidad del usuario. La presente tesis doctoral aborda esta problemática, aportando soluciones para tres formas diferentes de llevar a cabo la adaptación de los contenidos. Primeramente, se presenta un estimador no intrusivo para la tecnología streaming, basando la adaptación de los contenidos en la transcodificación de los mismos en tiempo real. Analizando los paquetes de vídeo recibido en la aplicación del cliente, el estimador es capaz de seleccionar el bitrate de codificación más adecuado para el ancho de banda disponible end-to-end. La estimación del ancho de banda disponible se lleva a cabo con métodos no intrusivos, basados en métricas clásicas como los paquetes perdidos o el jitter pero también en métricas novedosas como la linealidad de los instantes de recepción de los paquetes RTP. El estimador ha sido integrado en una arquitectura real cliente/servidor y evaluado con diferentes situaciones de tráfico en la red. La segunda solución para un sistema streaming adaptativo está basada en el empleo de la tecnología Scalable Video Coding (SVC), recientemente estandarizada como extensión del códec H.264/AVC. Empleando información de feedback de los clientes acerca del estado de la transmisión, el servidor es capaz de seleccionar la combinación más adecuada de capas SVC para el ancho de banda disponible. Las métricas de estimación de ancho de banda analizadas en el sistema anterior se adaptan a la tecnología SVC para perfeccionar el algoritmo de estimación. El sistema se implementa en equipos reales y los resultados muestran la correcta operación y la precisión del sistema ante diferentes variaciones del ancho de banda disponible, así como la mejora en la escalabilidad del sistema cuando al servicio acceden clientes de manera simultánea. Por último, no podemos obviar el incremento de popularidad de las soluciones streaming basadas en HTTP. A pesar de que los protocolos basados en TCP no fueron considerados, en un principio, aptos para la transmisión de contenido multimedia en tiempo real, el reciente desarrollo del estándar Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH) proporciona una solución. De esta forma, basándose en protocolos ampliamente utilizados en Internet, se facilita el reaprovechamiento de la infraestructura de red desplegada. En este sentido, en esta tesis se propone un último sistema streaming adaptativo empleando dicha tecnología. Al igual que en las propuestas previas, el sistema se implementará en equipos reales y se analizarán las mejoras introducidas.
Abstract The transmission of multimedia content over the network is one of the most demanded applications. Not surprisingly, more than half of Internet traffic corresponds to video streaming services in the "peak hours". Guarantee the quality of the contents in spite of the great demand of the service is the main challenge that video streaming services face. Moreover, access to multimedia content can be done through various kinds of networks and a wide variety of terminals with different constraints. Therefore, the adaptation of the contents to a heterogeneous environment such as the Internet is a key process in improving the perceived quality of the user. This thesis addresses this issue, providing solutions for three different ways to carry out the adaptation process. First, a non intrusive estimator, based on transcoding techniques, for streaming technology is presented. Analyzing the video packets received by the client application, the estimator is capable of selecting the most suitable encoding bitrate for the available bandwidth in the end-to-end path. Estimation of the available bandwidth is performed with non-intrusive methods based on conventional metrics such as jitter or packet loss but also in novel metric as the linearity of the instants of reception of RTP packets. The estimator has been integrated in a real client / server architecture and evaluated with different network traffic situations. The second solution to an adaptive streaming system is based on the use of Scalable Video Coding (SVC) technology, recently standardized as an extension of H.264 / AVC. Using feedback information from clients about the transmission status, the server is able to select the most suitable combination of SVC layers for the available bandwidth. Bandwidth estimation metrics are adapted to the SVC technology, improving the estimation algorithm. The system is implemented in real equipment and the results show the correct operation and accuracy of the system when adapting to different variations of the available bandwidth. Also, the system scalability is improved when clients access the service simultaneously. Finally, we can not ignore the increasing popularity of HTTP-based streaming solutions. Although protocols based on TCP were not considered suitable for the transmission of multimedia content in real time, the recent development of the standard Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH) provides a solution. Thus, based on widely used protocols on the Internet, the reuse of deployed network infrastructure is provided. Here, in this thesis a final adaptive streaming system is proposed using such technology. As in previous proposals, the system is implemented in real equipment and the improvements will be discussed.
Materia(s) Ingeniería Industrial
Palabras clave streaming
vídeo de alta calidad
estimación de ancho de banda
adaptación
transcodificación
Scalable Video Coding (SVC)
Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH).
streaming
high quality video
bandwidth estimation
adaptation
transcoding
Scalable Video Coding (SVC)
Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH).
Editor(es) Universidad Nacional de Educación a Distancia (España). Escuela Técnica Superior de Ingenieros Industriales.
Director de tesis Díaz Orueta, Gabriel (Director de Tesis)
García Pañeda, Xabiel (Codirector de Tesis)
Fecha 2014-01-01
Formato application/pdf
Identificador tesisuned:IngInd-Lpozueco
http://e-spacio.uned.es/fez/view/tesisuned:IngInd-Lpozueco
Idioma spa
Versión de la publicación publishedVersion
Nivel de acceso y licencia http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0
info:eu-repo/semantics/openAccess
Tipo de recurso Thesis
Tipo de acceso Acceso abierto

 
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Creado: Mon, 16 Feb 2015, 11:17:16 CET