Network coding meets multimedia: a review

While every network node only relays messages in a traditional communication system, the recent network coding (NC) paradigm proposes to implement simple in-network processing with packet combinations in the nodes. NC extends the concept of "encoding" a message beyond source coding (for compression) and channel coding (for protection against errors and losses). It has been shown to increase network throughput compared to traditional networks implementation, to reduce delay and to provide robustness to transmission errors and network dynamics. These features are so appealing for multimedia applications that they have spurred a large research effort towards the development of multimedia-specific NC techniques. This paper reviews the recent work in NC for multimedia applications and focuses on the techniques that fill the gap between NC theory and practical applications. It outlines the benefits of NC and presents the open challenges in this area. The paper initially focuses on multimedia-specific aspects of network coding, in particular delay, in-network error control, and mediaspecific error control. These aspects permit to handle varying network conditions as well as client heterogeneity, which are critical to the design and deployment of multimedia systems. After introducing these general concepts, the paper reviews in detail two applications that lend themselves naturally to NC via the cooperation and broadcast models, namely peer-to-peer multimedia streaming and wireless networkin

Interactivity And User-heterogeneity In On Demand Broadcast Video

Video-On-Demand (VOD) has appeared as an important technology for many multimedia applications such as news on demand, digital libraries, home entertainment, and distance learning. In its simplest form, delivery of a video stream requires a dedicated channel for each video session. This scheme is very expensive and non-scalable. To preserve server bandwidth, many users can share a channel using multicast. Two types of multicast have been considered. In a non-periodic multicast setting, users make video requests to the server; and it serves them according to some scheduling policy. In a periodic broadcast environment, the server does not wait for service requests. It broadcasts a video cyclically, e.g., a new stream of the same video is started every t seconds. Although, this type of approach does not guarantee true VOD, the worst service latency experienced by any client is less than t seconds. A distinct advantage of this approach is that it can serve a very large community of users using minimal server bandwidth. In VOD System it is desirable to provide the user with the video-cassette-recorder-like (VCR) capabilities such as fast-forwarding a video or jumping to a specific frame. This issue in the broadcast framework is addressed, where each video and its interactive version are broadcast repeatedly on the network. Existing techniques rely on data prefetching as the mechanism to provide this functionality. This approach provides limited usability since the prefetching rate cannot keep up with typical fast-forward speeds. In the same environment, end users might have access to different bandwidth capabilities at different times. Current periodic broadcast schemes, do not take advantage of high-bandwidth capabilities, nor do they adapt to the low-bandwidth limitation of the receivers. A heterogeneous technique is presented that can adapt to a range of receiving bandwidth capability. Given a server bandwidth and a range of different client bandwidths, users employing the proposed technique will choose either to use their full reception bandwidth capability and therefore accessing the video at a very short time, or using part or enough reception bandwidth at the expense of a longer access latency

Modelling contents status for IPTV delivery networks

Since IPTV has been invented, IPTV is considered a dominant technology to distribute high quality videos and live channels anytime anywhere over challenging environment to end users who are having different preferences and demands. Presently, IPTV service providers manage IPTV delivery networks, in terms of contents, channels, resources, based on contents popularity distribution and/or users’ preferences only. Although content popularity and users’ preferences play an important role to cope with the increasing demand of IPTV contents/channels, these two measures fail in producing efficient IPTV delivery networks For that, IPTV delivery network designing should integrate the IPTV content characteristics like size, interactivity, the rapid changing lifetime. Therefore, the idea of this paper is to build a mathematical model that integrates all these factors in one concept called IPTV content status. Modeling the contents status according to its characteristics is an important point to design Content-Aware IPTV delivery networks.The experimental results showed the superiority of modeling IPTV content status in balancing the load and reducing the resources waste

Diseño centrado en calidad para la difusión Peer-to-Peer de video en vivo

El uso de redes Peer-to-Peer (P2P) es una forma escalable para ofrecer servicios de video sobre Internet. Este documento hace foco en la definición, desarrollo y evaluación de una arquitectura P2P para distribuir video en vivo. El diseño global de la red es guiado por la calidad de experiencia (Quality of Experience - QoE), cuyo principal componente en este caso es la calidad del video percibida por los usuarios finales, en lugar del tradicional diseño basado en la calidad de servicio (Quality of Service - QoE) de la mayoría de los sistemas. Para medir la calidad percibida del video, en tiempo real y automáticamente, extendimos la recientemente propuesta metodología Pseudo-Subjective Quality Assessment (PSQA). Dos grandes líneas de investigación son desarrolladas. Primero, proponemos una técnica de distribución de video desde múltiples fuentes con las características de poder ser optimizada para maximizar la calidad percibida en contextos de muchas fallas y de poseer muy baja señalización (a diferencia de los sistemas existentes). Desarrollamos una metodología, basada en PSQA, que nos permite un control fino sobre la forma en que la señal de video es dividida en partes y la cantidad de redundancia agregada, como una función de la dinámica de los usuarios de la red. De esta forma es posible mejorar la robustez del sistema tanto como sea deseado, contemplando el límite de capacidad en la comunicación. En segundo lugar, presentamos un mecanismo estructurado para controlar la topología de la red. La selección de que usuarios servirán a que otros es importante para la robustez de la red, especialmente cuando los usuarios son heterogéneos en sus capacidades y en sus tiempos de conexión.Nuestro diseño maximiza la calidad global esperada (evaluada usando PSQA), seleccionado una topología que mejora la robustez del sistema. Además estudiamos como extender la red con dos servicios complementarios: el video bajo demanda (Video on Demand - VoD) y el servicio MyTV. El desafío en estos servicios es como realizar búsquedas eficientes sobre la librería de videos, dado al alto dinamismo del contenido. Presentamos una estrategia de "caching" para las búsquedas en estos servicios, que maximiza el número total de respuestas correctas a las consultas, considerando una dinámica particular en los contenidos y restricciones de ancho de banda. Nuestro diseño global considera escenarios reales, donde los casos de prueba y los parámetros de configuración surgen de datos reales de un servicio de referencia en producción. Nuestro prototipo es completamente funcional, de uso gratuito, y basado en tecnologías bien probadas de código abierto

Mathematical analysis of scheduling policies in peer-to-peer video streaming networks

Las redes de pares son comunidades virtuales autogestionadas, desarrolladas en la capa de aplicación sobre la infraestructura de Internet, donde los usuarios (denominados pares) comparten recursos (ancho de banda, memoria, procesamiento) para alcanzar un fin común. La distribución de video representa la aplicación más desafiante, dadas las limitaciones de ancho de banda. Existen básicamente tres servicios de video. El más simple es la descarga, donde un conjunto de servidores posee el contenido original, y los usuarios deben descargar completamente este contenido previo a su reproducción. Un segundo servicio se denomina video bajo demanda, donde los pares se unen a una red virtual siempre que inicien una solicitud de un contenido de video, e inician una descarga progresiva en línea. El último servicio es video en vivo, donde el contenido de video es generado, distribuido y visualizado simultáneamente. En esta tesis se estudian aspectos de diseño para la distribución de video en vivo y bajo demanda. Se presenta un análisis matemático de estabilidad y capacidad de arquitecturas de distribución bajo demanda híbridas, asistidas por pares. Los pares inician descargas concurrentes de múltiples contenidos, y se desconectan cuando lo desean. Se predice la evolución esperada del sistema asumiendo proceso Poisson de arribos y egresos exponenciales, mediante un modelo determinístico de fluidos. Un sub-modelo de descargas secuenciales (no simultáneas) es globalmente y estructuralmente estable, independientemente de los parámetros de la red. Mediante la Ley de Little se determina el tiempo medio de residencia de usuarios en un sistema bajo demanda secuencial estacionario. Se demuestra teóricamente que la filosofía híbrida de cooperación entre pares siempre desempeña mejor que la tecnología pura basada en cliente-servidor

Ontwerp en evaluatie van content distributie netwerken voor multimediale streaming diensten.

Traditionele Internetgebaseerde diensten voor het verspreiden van bestanden, zoals Web browsen en het versturen van e-mails, worden aangeboden via één centrale server. Meer recente netwerkdiensten zoals interactieve digitale televisie of video-op-aanvraag vereisen echter hoge kwaliteitsgaranties (QoS), zoals een lage en constante netwerkvertraging, en verbruiken een aanzienlijke hoeveelheid bandbreedte op het netwerk. Architecturen met één centrale server kunnen deze garanties moeilijk bieden en voldoen daarom niet meer aan de hoge eisen van de volgende generatie multimediatoepassingen. In dit onderzoek worden daarom nieuwe netwerkarchitecturen bestudeerd, die een dergelijke dienstkwaliteit kunnen ondersteunen. Zowel peer-to-peer mechanismes, zoals bij het uitwisselen van muziekbestanden tussen eindgebruikers, als servergebaseerde oplossingen, zoals gedistribueerde caches en content distributie netwerken (CDN's), komen aan bod. Afhankelijk van de bestudeerde dienst en de gebruikte netwerktechnologieën en -architectuur, worden gecentraliseerde algoritmen voor netwerkontwerp voorgesteld. Deze algoritmen optimaliseren de plaatsing van de servers of netwerkcaches en bepalen de nodige capaciteit van de servers en netwerklinks. De dynamische plaatsing van de aangeboden bestanden in de verschillende netwerkelementen wordt aangepast aan de heersende staat van het netwerk en aan de variërende aanvraagpatronen van de eindgebruikers. Serverselectie, herroutering van aanvragen en het verspreiden van de belasting over het hele netwerk komen hierbij ook aan bod