Stratégie optimale de transmission de contenus multimédia

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Inscriptions closes à cette réunion.

Inscriptions

7 personnes membres du GdR ISIS, et 14 personnes non membres du GdR, sont inscrits à cette réunion.
Capacité de la salle : 100 personnes.

Annonce

GDR ISIS – Thème D

Stratégie optimale de transmission de contenus multimédia

Vendredi 18 Octobre 2013

TELECOM ParisTech
46, rue Barrault, 75013 Paris

Organisateurs :

• Institut XLIM : {clency.perrine, christian.olivier, yannis.pousset@univ-poitiers.fr}
• Institut IEMN : {patrick.corlay, Francois-Xavier.Coudoux@univ-valenciennes.fr}

Dans le monde des communications, on assiste ces toutes dernières années à un foisonnement au quotidien de nouveaux services qui font appel à divers réseaux sans fil et/ou filaires (Réseaux ad-hoc, Réseaux cellulaires, CPL, …) et à différents types de terminaux (smartphone, tablette, ...) pour lesquels les contraintes d’énergie, de débit, de mobilité sont croissantes et mal appréhendées.

Pour pallier ces verrous, il existe un certain nombre de solutions partielles (approche basée bloc par bloc, mais jamais globale) permettant d’atteindre des résultats acceptables quand les conditions de transmission sont favorables en termes de ressources radio (énergie, bande passante, puissance), d’environnement de propagation, ….

Dans des conditions plus difficiles de transmission (fortes perturbations du canal, débit et ressources radio limités, portabilité et mobilité importantes), la Qualité de Service (QdS) associée aux transmissions multimédia n’est plus garantie. En effet, le théorème de séparation de Shannon, justifiant l’approche partielle bloc par bloc, est valide uniquement sous certaines hypothèses (information ergodique et de longueur infinie,…) qui se vérifient rarement en pratique.

Actuellement, il émerge une tendance transverse à considérer conjointement un ensemble  de blocs ou couches constituants la chaîne d’émission/réception (modèle OSI) et permettant d’augmenter la qualité visuelle en prenant en compte le contenu, les utilisateurs et les services. Cette tendance consiste à exploiter simultanément, sous contraintes (complexité, énergie, …), les diversités sources et canal (fréquentielles, spatiales, temporelles) mais également les différentes couches (approche cross-layer). Enfin, garantir une QdS optimale revient à considérer une adaptation permanente de ces systèmes face à la variabilité de l’environnement et des services.

Les objectifs de cette journée GDR sont de répondre, via une participation d'acteurs à la fois académiques et industriels, à des besoins sociétaux liés aux techniques de gestion des ressources radios. Ces dernières sont indispensables à la mise en place du concept de « Radio intelligente » et de « wireless green networks » qui ont, entre autre, pour défi d’optimiser la gestion de l’énergie.

Programme

 

PROGRAMME FINAL

9h-9h45		Accueil + Introduction (Amphi Thevenin)
9h45-10h30	Tutoriel	Daniel Negru (LABRI) Déploiement d’un écosystème multimédia, à travers des environnements réseaux ubiquitaires et sensible aux contenus.
10h30-11h00	Contribution	Eric Nassor (Canon Research) Compression et transmission de régions d'intérêt dans des vidéos de très grande résolution
11h00-11h30	Contribution	Benoît Parrein (IRCCyN) et Pierre Evenou (Fizians) Codes à effacement pour le stockage distribué en mode Cloud
11h30-12h00	Contribution	Nesrine Changuel (Alcatel) et Michel Kieffer (L2S) Control of Distributed Servers for Quality-Fair Delivery of Multiple Video Streams
12h00-12h30	Contribution	Cyril Bergeron (THALES Communications & Security) Sensibilités intrinsèques de l'information vidéo
12h30-14h00		Repas
14h00-14h30	Contribution	Yves Bervillier (Institut Jean Lamour) Architecture dédiée au transcodage temps réel de flux vidéo H.264 et MPEG2
14h30-15h00	Contribution	Claudio Greco (LTCI, Télécom ParisTech) Joint Source/Network Coding RD-Optimization
15h00-15h30	Contribution	Muhammad Moiz Anis (Télécom Bretagne) Multimedia broadcast repair at Smartphones
15h30-16h00	Contribution	Gwenaël Le Lay (Orange Labs) Corrélation des indicateurs de QoS/QoE dans un contexte LTE : application aux services conversationnels à composante vidéo
16h00-17h00		Discussions autour du thème

 

 

Résumés des contributions

 

Résumé des exposés

 

Daniel Negru (LABRI)

Déploiement d’un écosystème multimédia, à travers des environnements réseaux ubiquitaires et sensible aux contenus

L’objectif du projet ALICANTE est le déploiement d'un « écosystème multimédia », basé sur la coopération entre différent acteurs comme fournisseurs des services, des réseaux et les utilisateurs finaux.   La solution proposée permet à tout utilisateur non seulement d’accéder efficacement les services multimédias adaptés aux différents contextes, mais aussi de distribuer son propre contenu aux autres utilisateurs de façon dynamique et transparente.

 

Pour atteindre cet objectif, ALICANTE introduit dans son architecture deux nouvelles couches virtuelles au-dessus de la couche réseau physique : une couche réseau CAN (Content-Aware Network) pour le traitement des paquets, et une couche Home-Box pour la distribution de contenu.  Les entités innovantes sont proposées pour chaque couche virtuelle : les routeurs MANEs (Media-Aware Network Elements) forment la couche réseau CAN.  Ils sont capables de traiter des paquets en fonction du type de contenu (sensibilité au contenu). Au-dessus de réseau CAN, les Home-Box forment une autre couche virtuelle.  Ce sont des entités physiques et logiques situées du côté de l'utilisateur final, pour collecter des informations sur son environnement et pour activer la sensibilité aux contextes.  En plus, ils échangent des informations avec la couche réseau CAN pour les fonctionnalités sensibles aux conditions réseau.  Grâce aux différentes sensibilités (contenu, contexte, réseau), l’adaptation des services multimédia peut s’effectuer de façon distribuée et coordonnée, afin de fournir aux utilisateurs la meilleure expérience possible.

 

 

Eric Nassor (Canon Research), S. Lasserre (Technicolor), F. Le Léannec (Technicolor) et J. Taquet (Canon Research)

Compression et transmission de régions d'intérêt dans des vidéos de très grande résolution

Les capacités croissantes des capteurs permettent maintenant de réaliser des caméras vidéo de très haute résolution 4K2K et bientôt 8K4K. Pour pouvoir transmettre ces vidéos à partir de petits appareils portables, il est nécessaire d'avoir des techniques de compression vidéo de faible complexité adaptées à des vidéos de très hautes résolution et permettant de transmettre efficacement des sous parties des images.

Nous présenterons une méthode de compression de vidéo scalable permettant un encodage de faible complexité de calcul et permettant un accès spatial aléatoire dans l'image de très haute résolution. Cette méthode utilise uniquement de la prédiction inter couche Intra. L’efficacité de codage est obtenue par une modélisation des canaux DCT, une quantification optimale calculée à l'avance et une nouvelle méthode d'équilibrage des débits entre canaux DCT. La comparaison des performances de cette méthode à HEVC, et à la version actuelle de SHEVC confirme la faible complexité de calcul de l'encodage et la très bonne compression obtenue.

L'encodage arithmétique non adaptatif utilisé fournit naturellement l’accès aléatoire dans l'image. Le contrôle de débit réalisé est extrêmement précis. Ces caractéristiques permettent ainsi des transmissions adaptatives des vidéos tenant compte à la fois du contenu et du débit réseau disponible.

 

 

 

Benoît Parrein (IRCCyN) et Pierre Evenou (Fizians)

Codes à effacement pour le stockage distribué en mode Cloud

Le Cloud Storage mondial doit se préparer à pouvoir absorber au moins 35 ZBytes de données générées par an à partir de 2020 (source IDC+EMC). Dans le cadre de la protection des données vis-à-vis des pannes matérielles, la pratique de la réplication présente rapidement ses limites puisque il est nécessaire d'adjoindre au volume de données 2 copies (parfois 7...) pour assurer une bonne tolérance aux défaillances possibles de l'infrastructure de stockage (pouvant amener jusqu'à 245 ZB le volume total stocké !).

Les codes à effacement se présentent aujourd'hui comme une réelle alternative à l'approche par réplication en réduisant significativement le volume total stocké et ce, sans dégradation de la qualité de service. À titre d'exemple, la fragmentation d'un fichier en 4 blocs message pour 6 blocs codés permet de résister jusqu'à 2 pannes matérielles mais seulement par l'adjonction de 50 % de redondance contre 200 % dans le cas du recours à 2 copies (soit une réduction d'un facteur 4 de la redondance utilisée). Le prix à payer pour cette réduction de la taille de l'espace de stockage est potentiellement la complexité des algorithmes de codage et décodage particulièrement lorsque ceux-ci sont déterministes et MDS comme dans l'exemple plus haut.

En pratique, nous montrons dans ce papier que par l'emploi de la transformation Mojette et une configuration réseau idoine, il est possible de satisfaire les propriétés attendues du code à effacement tout en appliquant l'approche à des données tièdes qui sont par définition fréquemment lues et écrites comme un flux vidéo dédié à du montage de séquences en enregistrant des débits de l'ordre du GB/sec.

Ce travail s'inscrit dans le cadre du projet ANR Emergence FEC4Cloud (ANR- 12-EMMA-0031-01).

 

 

Nesrine Changuel (Alcatel) et Michel Kieffer (L2S)

Control of Distributed Servers for Quality-Fair Delivery of Multiple Video Streams

In this talk, we present a quality-fair video delivery system able to transmit several encoded video streams to mobile users sharing some wireless resource. Video quality fairness, as well as similar delivery delay is targeted among streams. The proposed control system is implemented within some aggregator located near the bottleneck of the network. This is done by allocating the transmission rate among streams based on the quality of the already encoded and buered packets in the aggregator. Encoding rate targets are evaluated by the aggregator and fed back to each remote video server, or directly evaluated by each server in a distributed way. Each encoding rate target is adjusted for each stream independently based on the corresponding buering delay in the aggregator. The transmission and encoding rate control problems are addressed with a control-theoretic perspective. The system is described with a multi-input multi-output model and several

Proportional Integral (PI) controllers are used to adjust the video quality as well as the buering delay. The study of the system equilibrium and stability provides guidelines for choosing the parameters of the PI controllers. Experimental results show that better quality fairness is obtained

compared to classical transmission rate fair streaming solutions while keeping similar buering delays.

 

 

Cyril Bergeron (THALES Communications & Security)

Sensibilités intrinsèques de l'information vidéo

Dans le domaine des transmissions de données multimédia, de remarquables progrès ont été fait au cours des trente dernières années permettant d'optimiser chaque module d'une chaîne de communication moderne. Mais en dépit de ces excellents résultats, une approche cloisonnée ou "séparée" a montré ses limites dans le cas des communications sans fil. L’approche proposée, qui suit celle du codage source/canal conjoint, a pour objectif de développer des stratégies où le codage de source et le codage canal sont déterminés conjointement tout en prenant en compte les paramètres du réseau et d'éventuelles contraintes utilisateurs.

Cette approche offre la possibilité de faire converser le monde de l'application (codage source) et le monde des transmissions (codage canal) afin qu'ils optimisent conjointement l'usage du lien de communications sans fil de bout en bout. Nous présentons une méthode d'optimisation conjointe de la répartition de débit entre le codeur de source et le codeur de canal au moyen d'un contrôleur applicatif estimant la distorsion globale introduite par ces différents codeurs grâce au calcul de la sensibilité des flux binaires considérés.

 

Yves Bervillier (Institut Jean Lamour)

Architecture dédiée au transcodage temps réel de flux vidéo H.264 et MPEG2

Nous proposons une architecture destinée au transcodage temps réel de flux vidéo encodés grâce au standard H.264 et MPEG2. Cette architecture implique un choix et une définition des régions reconfigurables pour la recherche d’une solution efficace en termes de surface et de rapidité. Nous en déduisons une nouvelle méthodologie et architecture reconfigurable pour le placement de tâches matérielles de tailles différentes sur des partitions reconfigurables. Le but de cette méthodologie est d’une part, d'optimiser l’efficacité en surface des régions reconfigurable et d’autre part d’aider le concepteur à définir et concevoir assez rapidement et efficacement une architecture adaptative. Nous étudions également l’impact du partitionnement des zones reconfigurable sur l’efficacité en surface et nous proposons une procédure permettant le choix du partitionnement optimal des régions reconfigurables. La méthode proposée a été validée sur des plateformes de prototypage FPGAs.

 

 

Claudio Greco (LTCI, Télécom ParisTech) et Béatrice Pesquet-Popescu (LTCI, Télécom ParisTech)

Joint Source/Network Coding RD-Optimization

Network Coding is an innovative paradigm in which intermediate nodes of a multi-hop transmission relay combinations of the packets they receive. This strategy allows to maximize the throughput and minimize the delay in multicast communications affected by a bottlenecks in the transmission network. Our research is focused on joint optimization of source coding and channel

coding for advanced multimedia streaming services, such as multi-view video and multiple description video. By taking into account both the rate-distortion properties of the coding schemes and the particularities of the network coding transmission, we are able to provide a high-quality real-time streaming service to a multitude of users with low delay even in harsh network scenarios, such as mobile networking.

 

Muhammad Moiz Anis (Telecom Bretagne), Xavier Lagrange (Telecom Bretagne) et Ramesh Pyndiah (Telecom Bretagne)

Multimedia broadcast repair at Smartphones

Broadcast is a unidirectional process where the reception of all the packets at the receiver end is not confirmed. The concept of repairing a broadcasted file for each receiver individually via an out-of-band retransmission is already known. In our work we consider a cellular network repairing a broadcast data-flow to the smartphones by retransmitting the missing Digital Video Broadcasting (DVB) packets. In this regard we specifically consider a DVB-T2 broadcast transmission to the smartphones. The smartphones experience a double coverage from both a DVB and a LTE networks.

DVB networks are optimized to broadcast standard and high definition video transmissions to fixed users with roof antennae. A smartphone can decode the DVB transmission by integrating a DVB receiver. Compared to a fixed receiver, a handheld receiver (i.e. a smartphone) has a weaker link budget because of the low antenna gain. The low antenna gain is due to shorter antenna height w.r.t. a roof-top mounted antenna for a fixed receiver.

Secondly, the antenna used in smartphones has a negative antenna gain for the DVB signal frequencies. We analyze and evaluate the extent to which this disadvantage a affects the link budget and the coverage for the DVB handheld reception.

In this talk we present an analysis of the available radio resources in the Long Term Evolution (LTE) access network for retransmitting the lost DVB-T2 packets to the smartphones. We consider the load over LTE network in terms of the number of DVB-T2 packets. Through simulations we analyze the relationship between the load over each eNode B and its position in a DVB Single Frequency Network.

We consider this relationship for different intersite distances in the LTE network. In order to yield some fruitful interpretation we convert the DVB load into the LTE resource blocks per LTE transmission time interval. It was found that not only all the smartphones are efficiently covered for a HD DVB-T2 reception, but we can also save some DVB transmission power against some incremental DVB load in the considered LTE access network.

 

 

Maty NDIAYE (Orange Labs) et Gwenaël Le Lay (Orange Labs)

Corrélation des indicateurs de QoS/QoE dans un contexte LTE : application aux services conversationnels à composante vidéo

L'objectif de ces travaux consiste à établir le(s) lien(s) entre les perturbations réseaux rencontrées sur les réseaux LTE impactant la qualité de service et le ressenti utilisateur  tout en prenant en compte le type de terminal utilisé et de ses caractéristiques (taille de l'écran, résolution supportée, périphériques audio). , etc..). Un des axes important de ces études, porte sur le choix des formats audio et vidéo supportés, et des algorithmes de codage afin d'identifier les artefacts perceptifs vus du client. L'issue de ces travaux permet d'établir différentes combinatoires (codeurs, débits, résolution) qui sont en mesure de proposer différents niveaux de qualité perçue selon la qualité du réseau de transport.