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Recenti sviluppi sulle comunicazioni wireless hanno favorito la nascita di nuove tipologie di applicazioni multimediali
SCENARIO APPLICATIVO 1
Esempi sono la TV digitale terrestre, servizi multimediali per dispositivi mobili e sistemi di video sorveglianza……
Video Jet VCS RemoteVu Guardian Vanguard
H263, MPEG 2/4
CIF / QCIF
4 Kbps – 128 Kbps
3 Fps – 30 Fps
Video Transmitter
Multicast Session
Multicast Session
Video Receiver Video Receiver Video Receiver
SCENARIO APPLICATIVO 2
Un modello classico per il monitoraggio della qualità percepita:
3
Caratteristiche di tale architettura
feedback per ridurre l’output bit rate dell’encoder sorgente
Confronto di quality feature del video in ricezione e trasmissione
Problema: Le variazioni delle condizioni di rete producono dei ritardi nei pkt che si manifestano in degradazioni della qualità video percepita
Limiti di tale architettura per trasmissioni MULTICAST Il sender gestisce n canali di feedback
Overhead per il sender (Confronto delle quality feature di n video in ricezione con quelle in trasmissione)
PROBLEMA
Obiettivo: Avere un monitor della qualità percepita che sia quanto più semplice e quanto meno invasivo possibile
Come definito dall ITU-T (working group SG 12):La qualità di un servizio multimediale, dalla prospettiva dell’utente, è definita da tre parmetri (NP):
Delay (d)Delay variation (dv)Information loss (il)
Negli ultimi anni si sono affermate metriche della qualità percepita del video
Oggettive Soggettive
Relazione tra i singoli parametri di rete e le metriche di qualità percepita
Dipendenza tra i parametri di rete in funzione della qualità percepita
Unico indice che sula base dei 3 parametri di rete rifletta la qualità percepita
Receiver
Decode
Sender
ReceptionTrasmission
Encode
Network
Acquisition Presentation
USER
AcquisitionDevice
DetectorSystem
4OBIETTIVO
Progetto del MobiLAB Group per il meccanismo di failure detection basato sulle distribuzioni temporali dei parametri di rete
MeterError
DetectorError
Filtering
tdsi(n)
tdvsi(n)
tilsi(n)
dsp
ec
dv
spec
ilspec
Application Requirements
eDV(n)
eIL(n)
eD(n)
Filtering Parameters
f
….….….
….….….
….….….
ilspecdvspecdspec
Error Detector: L’error Detector rileva un errore quando il sistema sta fornendo una qualità del servizio al di sotto di quella nominale
L’Error Detector fornisce 3 valori booleani in uscita: eD(n)= tdsi(n) > dspec
eDV(n)= tdvsi(n) > dvspec
eIL(n)= tILsi(n) > ilspec
? QUESTIONS: Fissata la qualità percepita, le soglie sono fisse o variabili?
Le 3 soglie saranno tra loro dipendenti o indipendenti?
Failure Detector
5FAILURE DETECTOR
143.225.229.231
Receiver - Savesession
Misuratore di parametri di rete
Router Multicast
Com3
Sender
Sul Router Multicastgira
NIST Net
192.168.229.232
192.168.229.48143.225.229.204
143.225.229.234
Session multicast Session multicast
Session multicast
Testbed:Il testbed permette di mettere in relazione i parametri di rete con la qualità percepita dall’utente
NIST Net:Emulatore di rete WAN
Sender:Invia la session Multicast
Receiver:Salva la sessione Multicast
Meter:Misura i parametri di rete relativi alla sessione Multicast
Scelte Implementative: Codec H263 Protocollo di trasmissioneRTP/RTCPFramework JMF 2.1.1 (Java Media Framework)
6TESTBED
Receiver - SaveSession
Misuratore di parametri di rete
Sender
Session multicast Session multicast
Session multicast
.:: NIST Net è un emulatore di rete WAN:Alimentiamo NIST NET con i valori dei parametri misurati per una Multicast BackBone
M – Bone
.:: Uky – Ga TechI dati a nostra disposizione riguardano flussi RTP e sono: Delay medioSigma medio del delay%iloss
.:: Variazione dei parametri di rete
.:: Valutazione della qualità percepita
7M-BONE
Video Quality Metric
0 1
0.2
Il video “originale” e quello “elaborato” rappresentano i dati di ingresso ad un algoritmo che ne calcola la distorsione
VQM è una metrica di qualità del video oggettiva sviluppata dalla NTIA/ITS .
VQM fornisce valori vicini a quelli ottenibili con metriche soggettive.
.:: VQMVQM fornisce un punteggio che varia tra 0 e 1.
0: video originale uguale al video elaborato
1: massima distorsione: Video elaborato molto diverso dal video originale
8VQM
Receiver - Savesession
Misuratore di parametri di rete
Sender
Session multicast
Session multicast
Session multicast
VQM Score
Video Originale
Video Processed
VQM
….….….
….….….
….….….
%pkt lossjitterdelay
Ad ogni secondo di filmato viene generato un punteggio di VQM ed una terna di parametri NP
9USO DEL TESTBED
.:: Obiettivi dei test
.: Fissata la soglia di VQM a 0,6
.: Individuare le terne dei parametri di rete consentiti
.: Ricavare la mutua dipendenza tra i tre parametri
.: Aggregare i 3 parametri in ununico indice che sia espressione della qualità percepita
.:: Campagna sperimentale
Mean Dela
y
Standard Deviation
Delay
linear correlation of
pkt-to-pkt delay
Mean Packet loss %
Linear correlation of pkt pkt% pkt loss
1–16 1 – 5 0.1 – 0.9 – –
– – – 1 – 5 0.1 – 0.9
1 –16 1 – 5 0.1 – 0.9 1 – 5 0.1 – 0.9
Mean Dela
y
Standard Deviation
Delay
linear correlation of
pkt-to-pkt delay
Buffer dimension (ms)
1 50 0.5167 (1frame), 210
(3frame) 350 (5frame)
10CAMPAGNA SPERIMENTALE
VQM(Delay)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
7 9 11 13 15 17 19
Delay (ms)
VQ
M
VQM(Delay) VQM(Delay) Poli. (VQM(Delay)) Poli. (VQM(Delay))
% pkt loss = 0
jitter medio = 8,7 ms
% pkt loss = 0
jitter medio = 12 ms
.:: VQM (Delay) All’aumentare del jitter medio lo score VQM cresce più o meno rapidamente in funzione dei valori di delay
.:: la rete non perde pacchetti
.:: Il buffer in ricezione è di 240 ms (~4 frame)
….….….
08,718
01212,7
%pkt lSPECJitterSPECdSPEC
11RISULTATI SPERIMENTALI
VQM(jitter)
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
0,7
0,75
5 10 15 20 25 30 35
Jitter (ms)
VQ
M
VQM(jitter) VQM(jitter) Poli. (VQM(jitter)) Poli. (VQM(jitter))
% pkt loss = 0
delay medio = 5
% pkt loss = 0
delay medio = 10
….….….
0335
01310
%pkt lSPECJitterSPECdSPEC
.:: VQM (Jitter) …analogamente, all’aumentare del delay medio la curva di VQM subisce una traslazione
.:: la rete non perde pacchetti
.:: Il buffer in ricezione è di 240 ms (~4 frame)
12RISULTATI SPERIMENTALI
VQM(%loss)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5 6
%loss
VQ
M
VQM(%loss) VQM(%loss) Poli. (VQM(%loss)) Poli. (VQM(%loss))
delay medio = 4 ms
jitter medio = 11,3 ms
delay medio = 10 ms
jitter medio = 11 ms
….….….
411,34
2,51110
%pkt lSPECJitterSPECdSPEC
.:: VQM (%packet loss) All’aumentare del delay medio lo score VQM cresce più rapidamente
.:: la rete perde pacchetti
.:: Il buffer in ricezione è di 240 ms (~4 frame)
13RISULTATI SPERIMENTALI
VQM(%loss)
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0 1 2 3 4 5 6
%loss
VQ
M
VQM(%loss) VQM(%loss) Poli. (VQM(%loss)) Poli. (VQM(%loss))
delay medio = 4 ms
jitter medio = 11,3 ms
delay medio = 8 ms
jitter medio = 19 ms
.:: VQM (%packet loss)Per la stessa variazione del delay all’aumentare del jitter medio lo score VQM si trova mediamente a valori più alti
….….….
411,34
3,5198
%pkt lSPECJitterSPECdSPEC
.:: la rete perde pacchetti
.:: Il buffer in ricezione è di 240 ms (~4 frame)
14RISULTATI SPERIMENTALI
.:: Oss: Un ruolo fondamentale è quello del buffer in ricezione
%loss(Buffer[ms])
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Buffer[ms]
%lo
ss
%loss(Buffer[ms])
VQM(Buffer[ms])
0,45
0,46
0,47
0,48
0,49
0,5
0,51
0,52
0,53
0,54
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Buffer[ms]
VQ
M
VQM(Buffer[ms])
.:: Incidenza del buffer sul packet loss .:: Incidenza del buffer sulla qualità percepita
.:: NOTA : In quest’ analisi non abbiamo inserito perdite di rete
15RISULTATI SPERIMENTALI
1. Fissato lo score VQM i 3 parametri non sono tra di loro indipendenti
2. E’ possibile costruire un monitor della qualità percepita che sia basato sui parametri di rete
3. La grandezza del buffer incide notevolmente sulla qualità percepita
Problema : Come aggregare i 3 parametri in un unico indice che sia espressione della qualità
percepita?
Una possibile Soluzione : OWA
(Ordered Weighted Averaging )
Delay
DelayVariation
Inf. Loss
Indice di qualità percepita
16CONCLUSIONI E PROBLEMA
Corelazione indice OWA e VQM Score
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,45 0,5 0,55 0,6 0,65 0,7 0,75 0,8
Indice OWA
VQ
M S
CO
RE
indice OWA Lineare (indice OWA)
[0 – 2,3] [8 – 16]ms[8 – 10]ms
%pkt ld variation delay
Correlazione tra INDICE OWAe VQM SCORE:
Pearson correlation: 0,98
Spearman correlation: 0,99
Al di fuori del suddetto intervallo
Valori molto bassi degli indicatori di correlazione
17INDICE SINTETICO
L’indice di aggregazione OWA basato sui parametri di rete ha mostrato ottimi risultati per essendo limitato ad un preciso
intervallo di variabilità dei parametri
SVILUPPI FUTURI
.:: Costruzione di un meccanismo di Recovery adatto per il MULTICAST
.:: Costruzione di un meccanismo di Fault Forecasting basandosi sull’andamento delle curve studiate
.:: Prendere in considerazioni nuovi indici e effettuare uno studio comparativo
18CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI
