A step-by-step tuning of H.264 for unreliable dynamic networks

Autores:

Carlos T. Calafate

Manuel P. Malumbres

Grupo de Redes de Computadores: http://www.grc.upv.esUniversidad Politécnica de Valencia

Tópicos

⇨ Mecanismos de robustez del H.264⇨ Propiedades de las MANETs⇨ Evaluación de protocolos de encaminamiento⇨ Efectos de la congestión y movilidad⇨ Mejores estrategias para actualización de

macrobloques del tipo intra⇨ Conclusiones

Mecanismos de robustez del H.264

Mecanismos generales:

⇨ Actualizaciones de

macrobloques del tipo Intra

⇨ Slices

⇨ Rate/Distortion optimization

Decodificador:

⇨ Técnicas de detección y ocultación de errores

Mecanismos contra ráfagas de errores:

⇨ Múltiples cuadros de referencia

⇨ Flexible Macroblock Ordering

⇨ Estrategia de actualización de macrobloques intra

Evaluación con pérdidas aleatorias

Resultados para actualizaciones aleatorias de macrobloques

(secuencia Foreman)

⇨Utilización de cuadros intra más efectiva para tasas de actualización bajas⇨Utilización de actualizaciones aleatorias de macrobloques más efectiva para tasas de actualización altas

Evaluación con pérdidas aleatorias

Evaluación bajo ráfagas de errores

Pérdida de 1/4 de cuadro Pérdida de 2/3 de cuadro

Resultados con diferentes tamaños de ráfaga

PSNRno-loss

– PSNRloss

PSNRno-loss

Recuperación después de la pérdida de 1 o más cuadros con la técnica de actualizaciones aleatorias de macrobloques

Evaluación bajo ráfagas de errores

Propiedades de las MANETs

⇨ Sin infraestructura: dinámicas, móviles⇨ Varios nodos cooperan para formar una

red: las tareas de encaminamiento se realizan en cada nodo (no existe una entidad central que gestione la red)

⇨ Acceso al medio físico: CSMA/CA con detección de errores para cada paquete, RTS/CTS para evitar colisiones, imposibilidad de garantizar QoS

Propiedades de las MANETs

Códigos de detección de errores en todos los paquetes (CRC):

⇨Se descartan los paquetes recibidos con errores⇨Limitación del número de retransmisiones⇨Las pérdidas de paquetes son el único tipo de

pérdida

Ruido, interferencia, colisiones, congestión:

⇨Pérdidas aleatorias de paquetes

Variaciones del SNR en distancias límite y movilidad:

⇨Pérdidas de paquetes en ráfaga

Prestaciones de diferentes protocolos de encaminamiento

⇨ 1 flujo de vídeo

⇨ 5 flujos TCP

⇨ Espera = 5s

⇨ 30 nodos

⇨ 670x670 m

Degradación del vídeo por saturación

⇨ El AODV ofrece mejores resultados

Degradación del vídeo por falta de mecanismos de QoS

⇨ El AODV ofrece peores resultados en el rango de interés

Efectos de la movilidad y de la congestión: PSNR

⇨ Movilidad: pérdidas en ráfagas⇨ Congestión: pérdidas aleatorias

Efectos de la movilidad y de la congestión: Delay

⇨ Número medio de saltos = 3

⇨ X: Límite entre encaminamiento normal y con latencia

⇨ Y: Mínima latencia con 3 saltos

⇨ Congestión: Latencia máxima de 1 seg.

⇨ Movilidad: Latencias hasta 6 segundos.

Efectos de la movilidad y de la congestión: Jitter

⇨ Congestión: Jitter muy variable pero de poca amplitud

⇨ Movilidad: Jitter puntual pero de elevada amplitud.

Estrategias de actualización de macrobloques

Método actualizaciónAvg. PSNR (dB)

(20% packet loss)

Avg. PSNR (dB)

(12% packet loss)

Avg. PSNR (dB)

(4% packet loss)

1/3 de macrobloques actualizados de forma aleatoria

25,58 28,22 30,63

GOP IPP… 24,01 27,18 30,19

GOP IPPPPP… 23,35 27,04 29,32

Actualización aleatoria de una línea de macrobloques

22,79 26,12 28,93

Sin actualización 20,62 22,93 25,84

Conclusiones⇨ Debido a las características de las MANETs, no es

suficiente el uso de técnicas reducción y ocultación de errores en el codec H.264

⇨ La congestión afecta las tareas de encaminamiento de forma que protocolos con características teóricamente superiores pueden ofrecer peores resultados

⇨ El tráfico de vídeo en MANETs es sensible a las pérdidas de paquetes aleatorias y en ráfagas

⇨ Utilizando técnicas de QoS a nivel físico, se mejorarán las prestaciones en términos de pérdidas por congestión (TCP) y harán más efectivos los protocolos de encaminamiento.

⇨ Los efectos de la movilidad podrán atenuarse si recurrimos a técnicas de encaminamiento multi-camino

¿Preguntas?