Unequal Error Protected JPEG 2000 Broadcast Scheme with Progressive Fountain Codes

This paper proposes a novel scheme, based on progressive fountain codes, for broadcasting JPEG 2000 multimedia. In such a broadcast scheme, progressive resolution levels of images/video have been unequally protected when transmitted using the proposed progressive fountain codes. With progressive fountain codes applied in the broadcast scheme, the resolutions of images (JPEG 2000) or videos (MJPEG 2000) received by different users can be automatically adaptive to their channel qualities, i.e. the users with good channel qualities are possible to receive the high resolution images/vedio while the users with bad channel qualities may receive low resolution images/vedio. Finally, the performance of the proposed scheme is evaluated with the MJPEG 2000 broadcast prototype

Layer-Aware Forward Error Correction for Mobile Broadcast of Layered Media

The bitstream structure of layered media formats such as scalable video coding (SVC) or multiview video coding (MVC) opens up new opportunities for their distribution in Mobile TV services. Features like graceful degradation or the support of the 3-D experience in a backwards-compatible way are enabled. The reason is that parts of the media stream are more important than others with each part itself providing a useful media representation. Typically, the decoding of some parts of the bitstream is only possible, if the corresponding more important parts are correctly received. Hence, unequal error protection (UEP) can be applied protecting important parts of the bitstream more strongly than others. Mobile broadcast systems typically apply forward error correction (FEC) on upper layers to cope with transmission errors, which the physical layer FEC cannot correct. Today's FEC solutions are optimized to transmit single layer video. The exploitation of the dependencies in layered media codecs for UEP using FEC is the subject of this paper. The presented scheme, which is called layer-aware FEC (LA-FEC), incorporates the dependencies of the layered video codec into the FEC code construction. A combinatorial analysis is derived to show the potential theoretical gain in terms of FEC decoding probability and video quality. Furthermore, the implementation of LA-FEC as an extension of the Raptor FEC and the related signaling are described. The performance of layer-aware Raptor code with SVC is shown by experimental results in a DVB-H environment showing significant improvements achieved by LA-FEC. © 2011 IEEE.Hellge, C.; Gómez Barquero, D.; Schierl, T.; Wiegand, T. (2011). Layer-Aware Forward Error Correction for Mobile Broadcast of Layered Media. IEEE Transactions on Multimedia. 13(3):551-562. doi:10.1109/TMM.2011.2129499S55156213

Contributions à la fiabilisation du transport de la vidéo

Les applications vidéo rencontrent un franc succes dans les nouveaux réseaux de communication. Leur utilisation dans des contextes de plus en plus difficiles : réseaux de paquets non fiables (internet), diffusion vers des récepteurs mobiles via des canaux sans fil, ont requis le développement de nouvelles solutions plus efficaces et mieux adaptées. Les travaux de cette thèse sont une tentative de réponse à ces besoins. Les solutions qui ont été développées peuvent être regroupées en deux ensembles : des solutions issues de travaux nouveaux développés dans un contexte d'utilisation ordinaire et des solutions issues de l'amélioration et l'optimisation de travaux existants développés pour des contextes extrêmes.Le canal de Bernoulli a représenté pour nous le cadre de travail pour le développement des nouvelles solutions. Ainsi pour les applications de diffusion vidéo, nous avons ciblé la protection inégale et avons développé un mécanisme à protection inégale des données vidéo (DA-UEP). Ce mécanisme se situe à proximité de la source vidéo et adapte le niveau de protection des données à leur degré d'importance. Son originalité réside dans sa manière d'intégrer la particularité d'interdépendances des données vidéo dans le générateur de la protection inégale. Dans un travail d'approfondissement et d'exploration, nous avons combiné la protection inégale des couches hautes produite par DA-UEP avec de la protection inégale de la couche physique produite par de la modulation hiérarchique. L'optimisation de ce système a permis d'obtenir des gains significatifs et a validé le bien fondé de cette piste de recherche. Pour les communications vidéo interactives, nous avons évalué les performances du mécanisme Tetrys pour les communications vidéo. Ce mécanisme de codage à la volée avec intégration des acquittements a permis d'obtenir des résultats à la hauteur de ceux obtenus par la protection inégale dans un cadre de diffusion. Ces résultats ont aussi permis de mettre en avant tout le potentiel de ce mécanisme.Pour les canaux satellites mobiles, nous nous sommes intéressés à la diffusion vidéo vers des récepteurs mobiles. Dans ce cadre, nous avons évalué des mécanismes tels que les codes correcteurs d'erreurs, les entrelaceurs de la couche physique et de la couche liaison et les codes à effacement de niveau intermédiaire. Nous avons travaillé sur un canal réaliste en prenant en compte les contraintes pratiques telles que les temps de zapping et la vitesse de déplacement des récepteurs. Nous avons révélé les relations qui existent entre vitesse de déplacement, étalement spatial et qualité de réception. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence les combinaisons de mécanismes qui permettent d'obtenir les meilleurs résultats en termes de fiabilité et de temps de zapping dans ce contexte particulier.Video applications are growing more and more successful in the new communication networks. Their utilization in growing harder context as lossy packet network (Interne), satellitemobile broadcasting wireless channel, call for the developments of more ecient and well adapted solutions. The work done in this thesis is an attempt to answer those new needs. The proposed solutions can be grouped into two sets : solutions based on new works developed for medium context and solutions based on the improvement and optimization of existing works developed for extremes contexts. The Bernoulli channel represented the working environment to develop new solutions. So for video streaming application, we targeted unequal protection mechanisms and developed dependency-aware unequal protection codes (DA-UEP). This mechanism is located near the source application and adapt the protection level to the importance of the data. Its originality comes from its ability to integrate video data dependencies into the protection generator. In a forward work of improvement and exploration, we combined DA-UEP unequal protection from high layers with hierarchical-modulation unequal protection from lower layer. The system optimization achieves substantial gains and validate the righteous of this research area. For conversational video applications, we evaluated the performances of Tetrys in the video communication context. This On-the-y coding mechanism with acknowledgment integration achieves performances as high as those obtained by unequal protection in streaming context. Those performances also advances the high potential of this mechanism. The land mobile satellite channels represented the working environment to improve and optimize existing solutions. We particulary focus on satellite to mobile video broadcasting applications. In this context, we evaluated mechanisms such as forward errors correcting codes (FEC), data interleaving at physical or link layers and forward erasures correcting codes at intermediates layers. The evaluation is made on a realistic satellite channel and takes into account practical constraints such as the maximum zapping time and the user mobility at several speeds. We reveal the existing relations between user velocity, data spreading and reception quality. Consequently, We identied the combinations of mechanisms that give the best performance in terms of reliability and zapping time in this particular framework.TOULOUSE-INP (315552154) / SudocSudocFranceF

Contributions à la fiabilisation du transport de la vidéo

Les applications vidéo rencontrent un franc succes dans les nouveaux réseaux de communication. Leur utilisation dans des contextes de plus en plus difficiles : réseaux de paquets non fiables (internet), diffusion vers des récepteurs mobiles via des canaux sans fil, ont requis le développement de nouvelles solutions plus efficaces et mieux adaptées. Les travaux de cette thèse sont une tentative de réponse à ces besoins. Les solutions qui ont été développées peuvent être regroupées en deux ensembles : des solutions issues de travaux nouveaux développés dans un contexte d'utilisation ordinaire et des solutions issues de l'amélioration et l'optimisation de travaux existants développés pour des contextes extrêmes.Le canal de Bernoulli a représenté pour nous le cadre de travail pour le développement des nouvelles solutions. Ainsi pour les applications de diffusion vidéo, nous avons ciblé la protection inégale et avons développé un mécanisme à protection inégale des données vidéo (DA-UEP). Ce mécanisme se situe à proximité de la source vidéo et adapte le niveau de protection des données à leur degré d'importance. Son originalité réside dans sa manière d'intégrer la particularité d'interdépendances des données vidéo dans le générateur de la protection inégale. Dans un travail d'approfondissement et d'exploration, nous avons combiné la protection inégale des couches hautes produite par DA-UEP avec de la protection inégale de la couche physique produite par de la modulation hiérarchique. L'optimisation de ce système a permis d'obtenir des gains significatifs et a validé le bien fondé de cette piste de recherche. Pour les communications vidéo interactives, nous avons évalué les performances du mécanisme Tetrys pour les communications vidéo. Ce mécanisme de codage à la volée avec intégration des acquittements a permis d'obtenir des résultats à la hauteur de ceux obtenus par la protection inégale dans un cadre de diffusion. Ces résultats ont aussi permis de mettre en avant tout le potentiel de ce mécanisme. Pour les canaux satellites mobiles, nous nous sommes intéressés à la diffusion vidéo vers des récepteurs mobiles. Dans ce cadre, nous avons évalué des mécanismes tels que les codes correcteurs d'erreurs, les entrelaceurs de la couche physique et de la couche liaison et les codes à effacement de niveau intermédiaire. Nous avons travaillé sur un canal réaliste en prenant en compte les contraintes pratiques telles que les temps de zapping et la vitesse de déplacement des récepteurs. Nous avons révélé les relations qui existent entre vitesse de déplacement, étalement spatial et qualité de réception. Ainsi, nous avons pu mettre en évidence les combinaisons de mécanismes qui permettent d'obtenir les meilleurs résultats en termes de fiabilité et de temps de zapping dans ce contexte particulier. ABSTRACT : Video applications are growing more and more successful in the new communication networks. Their utilization in growing harder context as lossy packet network (Interne), satellitemobile broadcasting wireless channel, call for the developments of more ecient and well adapted solutions. The work done in this thesis is an attempt to answer those new needs. The proposed solutions can be grouped into two sets : solutions based on new works developed for medium context and solutions based on the improvement and optimization of existing works developed for extremes contexts. The Bernoulli channel represented the working environment to develop new solutions. So for video streaming application, we targeted unequal protection mechanisms and developed dependency-aware unequal protection codes (DA-UEP). This mechanism is located near the source application and adapt the protection level to the importance of the data. Its originality comes from its ability to integrate video data dependencies into the protection generator. In a forward work of improvement and exploration, we combined DA-UEP unequal protection from high layers with hierarchical-modulation unequal protection from lower layer. The system optimization achieves substantial gains and validate the righteous of this research area. For conversational video applications, we evaluated the performances of Tetrys in the video communication context. This On-the-y coding mechanism with acknowledgment integration achieves performances as high as those obtained by unequal protection in streaming context. Those performances also advances the high potential of this mechanism. The land mobile satellite channels represented the working environment to improve and optimize existing solutions. We particulary focus on satellite to mobile video broadcasting applications. In this context, we evaluated mechanisms such as forward errors correcting codes (FEC), data interleaving at physical or link layers and forward erasures correcting codes at intermediates layers. The evaluation is made on a realistic satellite channel and takes into account practical constraints such as the maximum zapping time and the user mobility at several speeds. We reveal the existing relations between user velocity, data spreading and reception quality. Consequently, We identied the combinations of mechanisms that give the best performance in terms of reliability and zapping time in this particular framework

Multidimensional layered forward error correction using rateless codes

Modern layered or scalable video coding technologies generate a video bit stream with various inter layer dependencies due to references between the layers. This work proposes a method for extending forward error correction (FECs) codes following dependency structures within the media. The proposed layer-aware FEC (L-FEC) generates repair symbols so that protection of less important dependency layers can be used with protection of more important layers for combined error correction. The L-FEC approach is exemplary applied to rateless LT and Raptor codes. Gains for more important layers can be achieved without increasing the total FEC code rate. The performance gain of the L-FEC is shown by simulation results with receiver-driven layered multicast transmission using scalable video coding (SVC) with a Raptor-based L-FEC

Provider-Controlled Bandwidth Management for HTTP-based Video Delivery

Over the past few years, a revolution in video delivery technology has taken place as mobile viewers and over-the-top (OTT) distribution paradigms have significantly changed the landscape of video delivery services. For decades, high quality video was only available in the home via linear television or physical media. Though Web-based services brought video to desktop and laptop computers, the dominance of proprietary delivery protocols and codecs inhibited research efforts. The recent emergence of HTTP adaptive streaming protocols has prompted a re-evaluation of legacy video delivery paradigms and introduced new questions as to the scalability and manageability of OTT video delivery. This dissertation addresses the question of how to enable for content and network service providers the ability to monitor and manage large numbers of HTTP adaptive streaming clients in an OTT environment. Our early work focused on demonstrating the viability of server-side pacing schemes to produce an HTTP-based streaming server. We also investigated the ability of client-side pacing schemes to work with both commodity HTTP servers and our HTTP streaming server. Continuing our client-side pacing research, we developed our own client-side data proxy architecture which was implemented on a variety of mobile devices and operating systems. We used the portable client architecture as a platform for investigating different rate adaptation schemes and algorithms. We then concentrated on evaluating the network impact of multiple adaptive bitrate clients competing for limited network resources, and developing schemes for enforcing fair access to network resources. The main contribution of this dissertation is the definition of segment-level client and network techniques for enforcing class of service (CoS) differentiation between OTT HTTP adaptive streaming clients. We developed a segment-level network proxy architecture which works transparently with adaptive bitrate clients through the use of segment replacement. We also defined a segment-level rate adaptation algorithm which uses download aborts to enforce CoS differentiation across distributed independent clients. The segment-level abstraction more accurately models application-network interactions and highlights the difference between segment-level and packet-level time scales. Our segment-level CoS enforcement techniques provide a foundation for creating scalable managed OTT video delivery services