EvalVSN: Outil d’évaluation des Algorithmes de Compression

EvalVSN:Outil d’évaluation des algo. de compression de données vidéo / Laboratoire RIIR

EvalVSN: Outil d’évaluation des Algorithmes de Compression de Données Vidéo pour les Réseaux ce capteurs vidéo

Bayonne – 07 Juin [email protected] RIIR, Université d’Oran

1B.KECHAR - Équipe « Réseaux et Multimédia » / Laboratoire RIIR

Laboratoire RIIR(Recherche en Informatique Industrielle et

en Réseaux)


Plan

� Motivation

� Applications de surveillance

� Evalvid � Structure générale� Fonctionnement

� Contribution : EvalVSN� Fonctionnement� Codage� Gestion de la priorité

� Simulation et évaluation� Paramètres� Métriques d’évaluation� Évaluation

� Conclusion & travaux en cours/en perspectives


Motivation

A E G

KJI

Sink

D F H

S

C1

B

C

Réseau

- Congestion- Interférences- Sécurité- etc…

Codeurs

- Même classe- Adaptés ?

Décodeurs

Qualité Vidéo Codée ?

(Source)Qualité du réseau de transport ?

Qualité Vidéo

Reçue ?

Nœud capteur vidéo à contrainte


Application de surveillance

R3

BS

R4 R5

Ri

BS

R1

S

S

Nœud capteur vidéo Nœud capteur scalaire numéro i Station de base

Zone de couverture radioChamp de vision Lien de transmission

R2

Phase de codage

Phase de transport

Phase de décodage

Caméra reliée au MICAz de Crossbow

MICAz de Crossbow

Scénario illustratif


Evalvid

Fichier de trace frame

EvalvidTraffic

Fichier de trace paquet du coté

émetteurEvalvidUDP

Émetteur

RCSF

Fichier de trace paquet du coté

récepteur

Récepteur

EvalvidSink

Interface de simulation (ex. simulateur réseau

NS2)

ET - programme

d’EvalVidDécodeur Vidéo

Vidéo reconstruite

au format YUV 4:2:0

Évaluation de la qualité vidéo

PSNR - programme d’EvalVid

Codeur VidéoVidéo au format

YUV 4:2:0VS - programme

d’EvalVid

Vidéo reconstruite au format mp4

Phase de codage

Phase de décodage

Phase de simulation

Structure générale [1]


R3

BS

R4 R5

R

BS

R1

S

S



R2

Codeur MPEG4

UDP

AODV

802.11

RF

AODV

DropTail

802.11

RF

Décodeur MPEG4

UDP

AODV

802.11

RF

Evalvid

Fonctionnement


Evalvid

Limites


R3

BS

R4 R5

Ri

BS

R1

S

S



R2

Codeur MMPEG

UDP

AODV

802.11

RF

AOMDV

VideoPri

802.11

RF

Décodeur MMPEG

UDP

AODV

802.11

RF

Contribution

EvalVSN : Fonctionnement


Fichier de trace paquet

côté émetteur

EvalVSNTraffic

EvalvidUDP

Émetteur

RCSF

Fichier de trace paquet coté récepteur

Récepteur

EvalVSNSink

Interface de simulation (ex. simulateur réseau

NS2 [3])

ET MMPEG/SCDécodeurMMPEG/SC

Vidéo AVI en NV reconstruiteAvec perte

Évaluation de la qualité vidéo

PSNR - programme d’EvalVid

Codeur MMPEG/SC

Vidéo AVI en NG

Paquets perdus de la vidéo

Phase de codage

Phase de décodage

Phase de simulation

EvalVSN : Structure générale [2]

Contribution

Fichier de trace frame


Contribution

EvalVSN : Codage

oui

oui

non

oui

oui

non

Codeur MMPEG

oui

non

non

oui

non

non

ouinon


Contribution

EvalVSN : Gestion de la priorité

Supprimer le paquet entrant

oui

non

non

oui

non

oui

non

Paquet entrant

oui

non oui

File d'attentepleine ?

Placer le paquet dans la queue de la file d'attente

Chercher dans la file d'attente un M-Paquet vidéo de faible priorité

Supprimer le plus ancien paquet vidéo de faible priorité par la

queue de la file d'attente

Placer le nouveau paquet vidéo prioritaire dans la

queue de la file d'attente

Trouver un seul ?

Paquet vidéo ?

Placer le paquet dans la queue de la

file d'attenteSupprimer le paquet par la queue de la file

d'attente

File d’attente VideoPriFile d’attente DropTail

Chercher dans la file d'attente un D-Paquet vidéo de faible priorité

Ordonner la file d'attente selon le type du paquet

puis la priorité du paquet

Trouver un seul ?

Paquet entrant

File d'attentepleine ?


Simulation et ÉvaluationParamètres : la vidéo, le codeur et l’interface de simulation

ValeurParamètre

300Images BMP de la scène de capture

hall.aviVidéo source à capturer

128x128Résolution de la vidéo capturée

30 fpsFPS de la vidéo capturée

10 secondesTemps de la vidéo capturée

MQ-MMPEG; MMPEG [4]; SCCodeur

0Seuil de resemblance

13Nombre de priorité

0,2447Coefficient de qualité

128 octetsMTU

128 KbpsDébit de trasmission

AOMDVProtocole de routage

VideoPriOrdonnanceur

5000 octetsTaille de l’ordonnanceur

100Nombre de nœuds

100 mètresDistance

GrilleTopologie

30 joulesÉnergie initiale


Simulation et Évaluation

Métriques d’évaluation

UnitéDéfinitionChamps

%taux de pertes de paquets globalPacket_Loss

%taux de pertes de paquets de type MPacket_Loss_Type_M

%taux de pertes de paquets de type DPacket_Loss_Type_D

décibelsPSNR de référence moyen entre la vidéo capturée et de référence

Mean_PSNR_REF

SSIM de référence moyen entre la vidéo capturée et de référence

Mean_SSIM_REF

décibelsPSNR moyen entre la vidéo capturée et la vidéo reçueMean_PSNR

SSIM moyen entre la vidéo capturée et la vidéo reçueMean_SSIM

joulesénergie consommée par nœudEnergy_Consumed


Simulation et Évaluation

Évaluation


Conclusion

Il s’agissait dans ce travail d’évaluer la qualité de la vidéo transmise via un réseau de capteurs sans fil à l’aide de l’outil EvalVSN.

EvaVSN : développé en s’appuyant sur la méthode de compression MMPEG et l’outil EvalVid.

EvalVSN= Codeur adapté (application de surveillance) + Priorité + Multi-chemins (MQ-MMPEG)

Résultats préliminaires : encourageants en termes de - qualité vidéo (en favorisant les pertes des frames de type D)- Consommation d’énergie, donc durée de vie du réseau


Perspectives

Améliorations envisagés pour EvalVSN (Simulation):

Au niveau du codeur:

� Prévoir d’autres améliorations (même classe de codeurs)

� Explorer le codage de source

(DSC:Distributed Source Coding - Slepian-Wolf )

Au niveau du réseau:

� Gestion de la priorité avec plusieurs files� Multi-chemins avec exploitation en parallèle des chemins de

routage� Gestion des liens de routage� Technologie Zigbee� Couche MAC adaptée (ex: CL-MAC [5])� Contre-mesures contre certaines attaques (ex: Wormhole)� Mécanismes cryptographiques (ex: Courbes elliptiques)


Perspectives

Expérimentation

� Kit capteurs : Waspmote/Meshlium (Libelium [6],Mica-Z (Crossbow),TelosB, ou autres

� Conception et réalisation d’un capteur vidéo (Android )(capture vidéo brute, scan automatique de support réseau Wifi ,bluetooth , cellulaire et le paramétrage)


1) C.-H. Ke, “How to evaluate MPEG video transmission using the NS2 simulator,” http://140.116.72.80/~smallko/ns2/Evalvid_in_NS2.htm.

2) Y.Baaziz, B.Kechar, M.Maimour, L.Sekhri, " EvalVSN - Un outil d’évaluation des codeurs dédié aux réseaux de capteurs vidéo sans fil ”, 2ième édition de la conférence nationale de l’informatique destinée aux étudiants de graduation et de post-graduation, ESI, Oued-Smar (Alger), Algérie,16&17 Avril 2012.

3) Network simulator 2, http://www.isi.edu/nsnam/ns

4) H.S. Aghdasi, M. Abbaspour, M.E. Moghadam and Y. Samei, “An Energy-Efficient and High-Quality Video Transmission Architecture in Wireless Video-Based Sensor Networks,” Shahid Beheshti University, G. C., Evin, Tehran, Iran, 4 August 2008

5) B.Kechar, L.Sekhri, M.K.Rahmouni, " CL-MAC: Energy Efficient and Low Latency Cross-layer MAC Protocol for Delay Sensitive Wireless Sen sor Network Applications ”, The Mediterranean Journal of Computers and Networks, Vol.6, N°1, pp. 1-14 (Print ISSN: 1744-2397), January 2010.

6) http://www.libelium.com

Références


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