Error concealment-aware encoding for robust video transmission

In this paper an error concealment-aware encoding scheme is proposed to improve the quality of decoded video in broadcast environments prone to transmission errors and data loss. The proposed scheme is based on a scalable coding approach where the best error concealment (EC) methods to be used at the decoder are optimally determined at the encoder and signalled to the decoder through SEI messages. Such optimal EC modes are found by simulating transmission losses followed by a lagrangian optimisation of the signalling rate - EC distortion cost. A generalised saliency-weighted distortion is used and the residue between coded frames and their EC substitutes is encoded using a rate-controlled enhancement layer. When data loss occurs the decoder uses the signalling information is used at the decoder, in case of data loss, to improve the reconstruction quality. The simulation results show that the proposed method achieves consistent quality gains in comparison with other reference methods and previous works. Using only the EC mode signalling, i.e., without any residue transmitted in the enhancement layer, an average PSNR gain up to 2.95 dB is achieved, while using the full EC-aware scheme, i.e., including residue encoded in the enhancement layer, the proposed scheme outperforms other comparable methods, with PSNR gain up to 3.79 dB

Error resilience and concealment techniques for high-efficiency video coding

This thesis investigates the problem of robust coding and error concealment in High Efficiency Video Coding (HEVC). After a review of the current state of the art, a simulation study about error robustness, revealed that the HEVC has weak protection against network losses with significant impact on video quality degradation. Based on this evidence, the first contribution of this work is a new method to reduce the temporal dependencies between motion vectors, by improving the decoded video quality without compromising the compression efficiency. The second contribution of this thesis is a two-stage approach for reducing the mismatch of temporal predictions in case of video streams received with errors or lost data. At the encoding stage, the reference pictures are dynamically distributed based on a constrained Lagrangian rate-distortion optimization to reduce the number of predictions from a single reference. At the streaming stage, a prioritization algorithm, based on spatial dependencies, selects a reduced set of motion vectors to be transmitted, as side information, to reduce mismatched motion predictions at the decoder. The problem of error concealment-aware video coding is also investigated to enhance the overall error robustness. A new approach based on scalable coding and optimally error concealment selection is proposed, where the optimal error concealment modes are found by simulating transmission losses, followed by a saliency-weighted optimisation. Moreover, recovery residual information is encoded using a rate-controlled enhancement layer. Both are transmitted to the decoder to be used in case of data loss. Finally, an adaptive error resilience scheme is proposed to dynamically predict the video stream that achieves the highest decoded quality for a particular loss case. A neural network selects among the various video streams, encoded with different levels of compression efficiency and error protection, based on information from the video signal, the coded stream and the transmission network. Overall, the new robust video coding methods investigated in this thesis yield consistent quality gains in comparison with other existing methods and also the ones implemented in the HEVC reference software. Furthermore, the trade-off between coding efficiency and error robustness is also better in the proposed methods

QoE on media deliveriy in 5G environments

231 p.5G expandirá las redes móviles con un mayor ancho de banda, menor latencia y la capacidad de proveer conectividad de forma masiva y sin fallos. Los usuarios de servicios multimedia esperan una experiencia de reproducción multimedia fluida que se adapte de forma dinámica a los intereses del usuario y a su contexto de movilidad. Sin embargo, la red, adoptando una posición neutral, no ayuda a fortalecer los parámetros que inciden en la calidad de experiencia. En consecuencia, las soluciones diseñadas para realizar un envío de tráfico multimedia de forma dinámica y eficiente cobran un especial interés. Para mejorar la calidad de la experiencia de servicios multimedia en entornos 5G la investigación llevada a cabo en esta tesis ha diseñado un sistema múltiple, basado en cuatro contribuciones.El primer mecanismo, SaW, crea una granja elástica de recursos de computación que ejecutan tareas de análisis multimedia. Los resultados confirman la competitividad de este enfoque respecto a granjas de servidores. El segundo mecanismo, LAMB-DASH, elige la calidad en el reproductor multimedia con un diseño que requiere una baja complejidad de procesamiento. Las pruebas concluyen su habilidad para mejorar la estabilidad, consistencia y uniformidad de la calidad de experiencia entre los clientes que comparten una celda de red. El tercer mecanismo, MEC4FAIR, explota las capacidades 5G de analizar métricas del envío de los diferentes flujos. Los resultados muestran cómo habilita al servicio a coordinar a los diferentes clientes en la celda para mejorar la calidad del servicio. El cuarto mecanismo, CogNet, sirve para provisionar recursos de red y configurar una topología capaz de conmutar una demanda estimada y garantizar unas cotas de calidad del servicio. En este caso, los resultados arrojan una mayor precisión cuando la demanda de un servicio es mayor

QoE on media deliveriy in 5G environments

231 p.5G expandirá las redes móviles con un mayor ancho de banda, menor latencia y la capacidad de proveer conectividad de forma masiva y sin fallos. Los usuarios de servicios multimedia esperan una experiencia de reproducción multimedia fluida que se adapte de forma dinámica a los intereses del usuario y a su contexto de movilidad. Sin embargo, la red, adoptando una posición neutral, no ayuda a fortalecer los parámetros que inciden en la calidad de experiencia. En consecuencia, las soluciones diseñadas para realizar un envío de tráfico multimedia de forma dinámica y eficiente cobran un especial interés. Para mejorar la calidad de la experiencia de servicios multimedia en entornos 5G la investigación llevada a cabo en esta tesis ha diseñado un sistema múltiple, basado en cuatro contribuciones.El primer mecanismo, SaW, crea una granja elástica de recursos de computación que ejecutan tareas de análisis multimedia. Los resultados confirman la competitividad de este enfoque respecto a granjas de servidores. El segundo mecanismo, LAMB-DASH, elige la calidad en el reproductor multimedia con un diseño que requiere una baja complejidad de procesamiento. Las pruebas concluyen su habilidad para mejorar la estabilidad, consistencia y uniformidad de la calidad de experiencia entre los clientes que comparten una celda de red. El tercer mecanismo, MEC4FAIR, explota las capacidades 5G de analizar métricas del envío de los diferentes flujos. Los resultados muestran cómo habilita al servicio a coordinar a los diferentes clientes en la celda para mejorar la calidad del servicio. El cuarto mecanismo, CogNet, sirve para provisionar recursos de red y configurar una topología capaz de conmutar una demanda estimada y garantizar unas cotas de calidad del servicio. En este caso, los resultados arrojan una mayor precisión cuando la demanda de un servicio es mayor