An Efficient NVoD Scheme Using Implicit Error Correction and Subchannels for Wireless Networks

Implicit Error Correction (IEC) is a near Video-on-Demand (nVoD) scheme that trades bandwidth utilization for initial playback delay to potentially support an infinite number of users. Additionally, it provides error protection without any further bandwidth increase by exploiting the implicit redundancy of nVoD protocols, using linear combinations of the segments transmitted in a given time slot. However, IEC packet loss protection is weaker at the beginning of the playback due to the lack of implicit redundancy and lower decoding efficiency, resulting in worse subjective playback quality. In tackling this issue, this paper contributes with an extension of the original nVoD architecture, enhancing its performance by adding a new element namely, subchannels. These subdivisions of the original channels do not provide further packet loss protection but significantly improve the decoding efficiency, which in turn increases playback quality, especially at the beginning. Even for very high packet loss probabilities, subchannels are designed to obtain higher decoding efficiency which results in greater packet loss protection than that provided by IEC. The proposed scheme is especially useful in wireless cooperative networks using techniques such as network coding, as content transmissions can be split into different subchannels in order to maximize network efficiency.This work was supported by the AEI/FEDER, UE Project AIM under Grant TEC2016-76465-C2-1-R

Design and analysis of stream scheduling algorithms in distributed reservation-based multimedia systems

Ph.DDOCTOR OF PHILOSOPH

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

Resource management in cable access networks

Een kabelnetwerk is tegenwoordig niet meer alleen een medium waarover analoge TV-signalen vanuit een centraal punt, kopstation genaamd, naar de aangesloten huizen worden gestuurd. Sinds enkele jaren is het mogelijk om thuis data digitaal te versturen en te ontvangen. Deze data gaat via een kabelmodem thuis en het kopstation, dat in verbinding staat met andere netwerken. Op deze wijze zijn kabelnetwerken onderdeel geworden van het wereldwijde Internet en kunnen computers thuis hier mee verbonden worden. Door aan zo’n kopstation een digitaal videosysteem met duizenden films te koppelen, ontstaat er de mogelijkheid een video-op-verzoek dienst aan te bieden: Via de computer of zelfs de TV thuis kunnen films worden besteld en direct bekeken, of worden opgeslagen in de computer. Om dit te bewerkstelligen is meer nodig dan alleen een netwerk: Voor de transmissie van video data dient er zorg voor te worden gedragen dat deze zonder hinderende interrupties kan geschieden, omdat dergelijke gebeurtenissen door de gebruiker direct te zien zijn in de vorm van een stilstaand of zwart beeld. Verder is ook de reactiesnelheid van het systeem van belang voor het ondersteunen van operaties door de gebruiker, zoals het bestellen van een film, maar ook het vooruit- of terugspoelen, pauzeren, enzovoorts. Binnen deze context beschrijven en analyseren we in dit proefschrift zes problemen. Vier daarvan houden verband met de transmissie van data over het kabelnetwerk en de overige twee houden verband met het opslaan van video data op een harde schijf. In twee van de vier problemen uit de eerste categorie analyseren we de vertraging die data ondervindt wanneer die vanuit een modem wordt gestuurd naar het kopstation. Deze vertraging bepaalt met name de reactiesnelheid van het systeem. Karakteristiek voor dataverkeer in deze richting is dat pakketten van verschillende modems tegelijkertijd mogen worden verstuurd en daardoor verloren gaan. Met name de vereiste hertransmissies zorgen voor vertraging. Meer concreet beschouwen we een variant op het bekende ALOHA protocol, waarbij we uitgaan van een kanaalmodel dat afwijkt van het conventionele model. Het afwijkende model is van toepassing wanneer een modem een eerste contact probeert te leggen met het kopstation na te zijn opgestart. Met name na een stroomuitval, wanneer een groot aantal modems tegelijkertijd opnieuw opstart, kunnen de vertragingen aanzienlijk zijn. Daarnaast beschouwen we modems tijdens normale operatie en analyseren wij de verbetering in vertraging wanneer pakketten die vanuit ´e´en modem moeten worden verstuurd, worden verpakt in een groter pakket. In beide studies worden wiskundige resultaten vergeleken met simulaties die re¨ele situaties nabootsen. In de andere twee van de vier problemen richten wij ons op de transmissie van video data in de andere richting, namelijk van het kopstation naar de modems. Hierbij spelen stringente tijdsrestricties een voorname rol, zoals hierboven reeds is beschreven. Meer specifiek presenteren we een planningsalgoritme dat pakketten voor een aantal gebruikers op een kanaal zodanig na elkaar verstuurt dat de variatie in de vertraging die de verschillende pakketten ondervinden, minimaal is. Op deze wijze wordt zo goed mogelijk een continue stroom van data gerealiseerd die van belang is voor het probleemloos kunnen bekijken van een film. Daarnaast analyseren we een bestaand algoritme om een film via een aantal kanalen periodiek naar de aangesloten huizen te versturen. In dit geval ligt de nadruk op de wachttijd die een gebruiker ondervindt na het bestellen van een film. In deze analyse onderbouwen we een in het algoritme gebruikte heuristiek en brengen hierin verdere verbeteringen aan. Daarnaast bewijzen we dat het algoritme asymptotisch optimaal is, iets dat reeds langer werd aangenomen, maar nooit rigoreus bewezen was. Bij de laatste twee problemen, die verband houden met het opslaan van video data op een harde schijf, analyseren we hoe deze data zodanig kan worden opgeslagen dat die er nadien efficient van kan worden teruggelezen. In het ene probleem beschouwen we een bestaand planningsalgoritme om pakketten van verschillende videostromen naar een harde schijf te schrijven en passen dit aan om ervoor te zorgen dat het teruglezen van de stroom met bijvoorbeeld een andere pakketgrootte mogelijk wordt zonder daarbij de schijf onnodig te belasten. In het andere probleem analyseren we hoe we effectief gebruik kunnen maken van het gegeven dat data aan de buitenkant van de schijf sneller gelezen kan worden dan aan de binnenkant. We bewijzen dat het probleem van het zo efficient mogelijk opslaan van een gegeven aantal video files NPlastig is en presenteren een eenvoudige heuristiek die, hoewel voor bijzondere instanties een bewijsbaar slechte prestatie levert, in de praktijk in het algemeen goede prestaties levert. Hierbij maken we met name gebruik van het verschil in populariteit van de verschillende films

Architectural support for ubiquitous access to multimedia content

Tese de doutoramento. Engenharia Electrotécnica e de Computadores (Telecomunicações). Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 200

An architecture for an ATM network continuous media server exploiting temporal locality of access

With the continuing drop in the price of memory, Video-on-Demand (VoD) solutions that have so far focused on maximising the throughput of disk units with a minimal use of physical memory may now employ significant amounts of cache memory. The subject of this thesis is the study of a technique to best utilise a memory buffer within such a VoD solution. In particular, knowledge of the streams active on the server is used to allocate cache memory. Stream optimised caching exploits reuse of data among streams that are temporally close to each other within the same clip; the data fetched on behalf of the leading stream may be cached and reused by the following streams. Therefore, only the leading stream requires access to the physical disk and the potential level of service provision allowed by the server may be increased. The use of stream optimised caching may consequently be limited to environments where reuse of data is significant. As such, the technique examined within this thesis focuses on a classroom environment where user progress is generally linear and all users progress at approximately the same rate for such an environment, reuse of data is guaranteed. The analysis of stream optimised caching begins with a detailed theoretical discussion of the technique and suggests possible implementations. Later chapters describe both the design and construction of a prototype server that employs the caching technique, and experiments that use of the prototype to assess the effectiveness of the technique for the chosen environment using `emulated' users. The conclusions of these experiments indicate that stream optimised caching may be applicable to larger scale VoD systems than small scale teaching environments. Future development of stream optimised caching is considered

Smart network caches : localized content and application negotiated recovery mechanisms for multicast media distribution

Thesis (Ph. D.)--Massachusetts Institute of Technology, Program in Media Arts & Sciences, 1998.Includes bibliographical references (p. 133-138).by Roger George Kermode.Ph.D

Quality-oriented adaptation scheme for multimedia streaming in local broadband multi-service IP networks

The research reported in this thesis proposes, designs and tests the Quality-Oriented Adaptation Scheme (QOAS), an application-level adaptive scheme that offers high quality multimedia services to home residences and business premises via local broadband IP-networks in the presence of other traffic of different types. QOAS uses a novel client-located grading scheme that maps some network-related parameters’ values, variations and variation patterns (e.g. delay, jitter, loss rate) to application-level scores that describe the quality of delivery. This grading scheme also involves an objective metric that estimates the end-user perceived quality, increasing its effectiveness. A server-located arbiter takes content and rate adaptation decisions based on these quality scores, which is the only information sent via feedback by the clients. QOAS has been modelled, implemented and tested through simulations and an instantiation of it has been realized in a prototype system. The performance was assessed in terms of estimated end-user perceived quality, network utilisation, loss rate and number of customers served by a fixed infrastructure. The influence of variations in the parameters used by QOAS and of the networkrelated characteristics was studied. The scheme’s adaptive reaction was tested with background traffic of different type, size and variation patterns and in the presence of concurrent multimedia streaming processes subject to user-interactions. The results show that the performance of QOAS was very close to that of an ideal adaptive scheme. In comparison with other adaptive schemes QOAS allows for a significant increase in the number of simultaneous users while maintaining a good end-user perceived quality. These results are verified by a set of subjective tests that have been performed on viewers using a prototype system

The contexts of use and the innovation of TV-centric network technologies: as viewers become consumer-users

This thesis seeks to explore something of the current nature of human, social and business contingencies constituting and motivating design, production, consumption and the use of technologies. It places a particular emphasis on the innovation of TV-centric network technologies - 'new' media technologies, particularly interactive television (i-Tv), intended to link, enhance or otherwise augment existing television technology and content. The empirical work in the thesis studied the development and implementation of a complex large-scale i-Tv trial in Cambridge, UK. Issues arising from the research led to the development of a general research framework - Contextual Usability (CU) - whose central aim is to draw awareness to the complex and multiple dimensions of the use process as a social and organisational construction, and also to redefine its place as an intrinsic experiential dimension in the domestication of products and services.Various senior managers and designers were interviewed within the company designing and producing the i-Tv technology and interface for the trial, as were 11 participant households. The author concludes with an overview suggesting the interconnected and interdependent nature of trials, technology, users, design, designers and organisation. For this he uses CU in relation to Molina's notion of Sociotechnical Constituencies to illustrate how social, cultural and organisational elements of trials both rely and impinge upon the implementation and interpretation of user and consumer research, and thus working 'images'of the user and the use process