Streaming de Vidéos Encodées en Couches sur Internet avec Adaptation au Réseau et au Contenu

• Main Author: de Cuetos, Philippe
• Published: Télécom ParisTech 2003
• Subjects: streaming vidéo codage en couches réseau Internet optimisation
• Online Access: http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00000489; http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/49/96/90/PDF/thesis_decuetos.pdf

Dans cette thèse nous proposons de nouvelles techniques et de nouveaux algorithmes pour améliorer la qualité des applications de streaming vidéo sur Internet. Nous formulons des problèmes d'optimisation et obtenons des politiques de contrôle pour la transmission sur le réseau Internet actuel sans qualité de service. Cette thèse étudie des techniques qui adaptent la transmission à la fois aux conditions variables du réseau (adaptation au réseau) et aux caractéristiques des vidéos transmises (adaptation au contenu). Ces techniques sont associées au codage en couche de la vidéo et au stockage temporaire de la vidéo au client. Nous évaluons leurs performances à partir de simulations avec des traces réseau (connexions TCP) et à partir de vidéos encodées en MPEG-4 FGS. Nous considérons tout d'abord des vidéos stockées sur un serveur et transmises sur une connexion TCP-compatible sans perte. Nous comparons les mécanismes d'ajout/retranchement de couches et de changement de versions; nous montrons que la flexibilité du codage en couches ne peut pas compenser, en général, le surcoût en bande passante par rapport au codage vidéo conventionnel. Deuxièmement, nous nous concentrons sur une nouvelle technique de codage en couches, la scalabilité à granularité fine (dite FGS), qui a été conçue spécifiquement pour le streaming vidéo. Nous proposons un nouveau cadre d'étude pour le streaming de vidéos FGS et nous résolvons un problème d'optimisation pour un critère qui implique la qualité des images et les variations de qualité durant l'affichage. Notre problème d'optimisation suggère une heuristique en temps réel dont les performances sont évaluées sur des protocoles TCP-compatibles différents. Nous montrons que la transmission sur une connexion TCP-compatible très variable, telle que TCP, résulte en une qualité comparable à une transmission sur des connexions TCP-compatibles moins variables. Nous présentons l'implémentation de notre heuristique d'adaptation dans un système de streaming de vidéos MPEG-4. Troisièmement, nous considérons le cadre d'étude général du streaming optimisé suivant les caractéristiques débit-distorsion de la vidéo. Nous analysons des traces débit-distorsion de vidéos de longue durée encodées en MPEG-4 FGS, et nous observons que le contenu sémantique a un impact important sur les propriétés des vidéos encodées. A partir de nos traces, nous examinons le streaming optimal à différents niveaux d'agrégation (images, groupes d'images, scènes); nous préconisons l'adaptation optimale scène par scène, qui donne une bonne qualité pour une faible complexité de calcul. Finalement, nous proposons un cadre d'optimisation unifié pour la transmission de vidéos encodées en couches sur des canaux à pertes. Le cadre d'étude proposé combine l'ordonnancement, la protection contre les erreurs par les FEC et la dissimulation d'erreur au décodeur. Nous utilisons des résultats sur les Processus de Décision de Markov (MDPs) à horizon infini et gain moyen, pour trouver des politiques de transmission optimales avec une faible complexité et pour un large éventail de mesures de qualité. Nous montrons qu'il est crucial de considérer la dissimulation d'erreur au décodeur dans la procédure d'optimisation de l'ordonnancement et de la protection contre les erreurs afin d'obtenir une transmission optimale.