Video Smoothing of Aggregates of Streams with Bandwidth Constraints

Compressed variable bit rate (VBR) video transmission is acquiring a growing importance in the telecommunication world. High data rate variability of compressed video over multiple time scales makes an efficient bandwidth resource utilization difficult to obtain. One of the approaches developed to face this problem are smoothing techniques. Various smoothing algorithms that exploit client buffers have been proposed, thus reducing the peak rate and high rate variability by efficiently scheduling the video data to be transmitted over the network. The novel smoothing algorithm proposed in this paper, which represents a significant improvements over the existing methods, performs data scheduling both for a single stream and for stream aggregations, by taking into account available bandwidth constraints. It modifies, whenever possible, the smoothing schedule in such a way as to eliminate frame losses due to available bandwidth limitations. This technique can be applied to any smoothing algorithm already present in literature and can be usefully exploited to minimize losses in multiplexed stream scenarios, like Terrestrial Digital Video Broadcasting (DVB-T), where a specific known available bandwidth must be shared by several multimedia flows. The developed algorithm has been exploited for smoothing stored video, although it can also be quite easily adapted for real time smoothing. The obtained numerical results, compared with the MVBA, another smoothing algorithm that is already presented and discussed in literature, show the effectiveness of the proposed algorithm, in terms of lost video frames, for different multiplexed scenarios

Video Traffic Characteristics of Modern Encoding Standards: H.264/AVC with SVC and MVC Extensions and H.265/HEVC

abstract: Video encoding for multimedia services over communication networks has significantly advanced in recent years with the development of the highly efficient and flexible H.264/AVC video coding standard and its SVC extension. The emerging H.265/HEVC video coding standard as well as 3D video coding further advance video coding for multimedia communications. This paper first gives an overview of these new video coding standards and then examines their implications for multimedia communications by studying the traffic characteristics of long videos encoded with the new coding standards. We review video coding advances from MPEG-2 and MPEG-4 Part 2 to H.264/AVC and its SVC and MVC extensions as well as H.265/HEVC. For single-layer (nonscalable) video, we compare H.265/HEVC and H.264/AVC in terms of video traffic and statistical multiplexing characteristics. Our study is the first to examine the H.265/HEVC traffic variability for long videos. We also illustrate the video traffic characteristics and statistical multiplexing of scalable video encoded with the SVC extension of H.264/AVC as well as 3D video encoded with the MVC extension of H.264/AVC.View the article as published at https://www.hindawi.com/journals/tswj/2014/189481

QoS-Competitive Video Buffering

Many multimedia applications require transmission of streaming video from a server to a client across an internetwork. In many cases loss may be unavoidable due to congestion or heterogeneous nature of the network. We explore how discard policies can be used in order to maximize the quality of service (QoS) perceived by the client. In our model the QoS of a video stream is measured in terms of a cost function, which takes into account the discarded frames. In this paper we consider online policies for selective frame discard and analyze their performance by means of competitive analysis. In competitive analysis the performance of a given online policy is compared with that of an optimal offline policy. In this work we present competitive policies for a wide range of cost functions, describing the QoS of a video stream

Video Traffic Characteristics of Modern Encoding Standards: H.264/AVC with SVC and MVC Extensions and H.265/HEVC

Video encoding for multimedia services over communication networks has significantly advanced in recent years with the development of the highly efficient and flexible H.264/AVC video coding standard and its SVC extension. The emerging H.265/HEVC video coding standard as well as 3D video coding further advance video coding for multimedia communications. This paper first gives an overview of these new video coding standards and then examines their implications for multimedia communications by studying the traffic characteristics of long videos encoded with the new coding standards. We review video coding advances from MPEG-2 and MPEG-4 Part 2 to H.264/AVC and its SVC and MVC extensions as well as H.265/HEVC. For single-layer (nonscalable) video, we compare H.265/HEVC and H.264/AVC in terms of video traffic and statistical multiplexing characteristics. Our study is the first to examine the H.265/HEVC traffic variability for long videos. We also illustrate the video traffic characteristics and statistical multiplexing of scalable video encoded with the SVC extension of H.264/AVC as well as 3D video encoded with the MVC extension of H.264/AVC

Cross-Layer Framework for Multiuser Real Time H.264/AVC Video Encoding and Transmission over Block Fading MIMO Channels Using Outage Probability

We present a framework for cross-layer optimized real time multiuser encoding of video using a single layer H.264/AVC and transmission over MIMO wireless channels. In the proposed cross-layer adaptation, the channel of every user is characterized by the probability density function of its channel mutual information and the performance of the H.264/AVC encoder is modeled by a rate distortion model that takes into account the channel errors. These models are used during the resource allocation of the available slots in a TDMA MIMO communication system with capacity achieving channel codes. This framework allows for adaptation to the statistics of the wireless channel and to the available resources in the system and utilization of the multiuser diversity of the transmitted video sequences. We show the effectiveness of the proposed framework for video transmission over Rayleigh MIMO block fading channels, when channel distribution information is available at the transmitter

Resource management in in-home digital networks using Dantzig-Wolfe decomposition

In een digitaal huisnetwerk zijn in het huis de verschillende digitale consumentenelektronica apparaten met elkaar verbonden, zoals een set-top-box, tv-scherm of harde schijf. Dit maakt nieuwe applicaties mogelijk, zoals het kunnen bekijken van een film op elke mogelijke plek in huis op elk gewenst moment zonder dat men precies weet waar deze film is opgeslagen. Deze nieuwe applicaties leiden echter tot nieuwe `resource management' problemen met als doel de `resources',zoals processoren, opslagapparatuur en communicatieverbindingen, zo efficient en effectief mogelijk te gebruiken.In dit proefschrift beschouwen we een enkele bus (communicatieverbinding) met beperkte bandbreedte, waarmee meerdere apparaten zijn verbonden. Tussen elk apparaat en de bus bevindt zich een buffer met beperkte capaciteit. Verder is er een verzameling video stromen gegeven waarbij elke stroom over de bus van het verzendend apparaat naar het ontvangend apparaat verzonden moet worden. Hierbij willen we voor iedere stroom een vast deel van de bandbreedte en betreffende buffers reserveren. We maken onderscheid tussen twee type stromen, te weten volledig gespecificeerde stromen en `leaky bucket' gereguleerde stromen. Van een volledig gespecificeerde stroom weten we exact hoeveel data er wanneer wordt aangeboden en gevraagd bij de buffers van zijn verzendend respectievelijk ontvangend apparaat. Van een `leaky bucket' gereguleerde stroom kennen we alleen de parameters van de `leaky buckets' die de data-aanvoer van de stroom reguleren.Met deze parameters kunnen we een bovengrens voor de data-aanvoer gedurende elk mogelijk tijdsinterval geven.Allereerst definieren wij het Multiple Streams Smoothing Problem (MSSP). In een instantie van MSSP is een verzameling volledig gespecificeerde stromengegeven, de bandbreedte van de bus en de groottes van de verschillende buffers.Voor elke stroom moet een vast deel van de bandbreedte en de buffergroottes worden bepaald alsmede een verzendschema waarmee alle data voor de stroom op tijd kan worden verzonden. We modelleren MSSP als een lineair programmeringsprobleem en laten zien hoe Dantzig-Wolfe decompositie hierop kan worden toegepast. Dit leidt tot een hoofdprobleem en voor iedere stroom een subprobleem. Het subprobleem voor een stroom bestaat uit het minimaliseren van de kosten van de gereserveerde bandbreedte en buffergroottes, waarbij de kostencoefficienten volgen uit het geoptimaliseerde hoofdprobleem. Voor elke mogelijke combinatie van positievekostencoefficienten beschrijven we voor dit subprobleem een efficiente methode om een optimale oplossing te bepalen. Voor het minimaliseren van enkel de bandbreedte of enkel de buffergrootte van ´e´en van beide buffers passen wij hiervoor bestaande methoden aan. Voor het minimaliseren van beide buffergroottes laten we zien dat een optimale oplossing wordt verkregen door eerst de duurste buffer te minimaliseren en daarna de goedkoopste. Voor het afwegen van de bandbreedtetegen ´e´en buffergrootte beschrijven we een specifieke inruilmethode. Voor het afwegen van de bandbreedte tegen beide buffergroottes herleiden we het subprobleem eerst tot het vinden van het minimum van een stuksgewijs lineaire, convexe functie op de bandbreedte. Vervolgens beschrijven we twee efficente zoekmethoden om het minimum van deze functie met bijbehorende bandbreedte en buffergroottes te bepalen. Met behulp van experimentele resultaten geven we voor problemen van realistische grootte een indicatie van de rekentijd en van de benuttingsgraad van de bepaalde bandbreedte- en bufferreserveringen.Voor de `leaky bucket' gereguleerde stromen definieren wij het MultipleLeaky-Bucket Streams Smoothing Problem (MLBSSP). In een instantie van MLBSSP is een verzameling `leaky bucket' gereguleerde stromen gegeven, waarvoor een vast deel van de bandbreedte en buffergroottes moet worden bepaald als medeverzendstrategien waarmee alle data op tijd kan worden verstuurd. Ook MLBSSP modelleren we als een lineair programmeringsprobleem. Verder tonen we aan dat MLBSSP te reduceren is tot MSSP door de bovengrens op de data-aanvoer als daadwerkelijke data-aanvoer te gebruiken voor iedere stroom. Deze bovengrens heeft een paar specifieke kenmerken, nl. concaviteit en stuksgewijs lineariteit, die we gebruiken om voor `leaky bucket' gereguleerde stromen de subproblemen nog efficienter op te lossen. Hiervoor leiden we vier nieuwe, noodzakelijke en voldoende voorwaarden voor de bandbreedte- en bufferreserveringen van een stroom af. Met behulp van deze voorwaarden is de tijd om een subprobleem op te lossen lineair afhankelijk van het aantal `leaky buckets' i.p.v. de lengte van een stroom,zoals voor volledig gespecificeerde stromen. Een oplossing kan nu binnen eenf ractie van een seconde bepaald worden. Om experimenten uit te voeren voor deze methode voor MLBSSP, genereren we verschillende `leaky bucket' beschrijvingen voor iedere volledig gespecificeerde stroom die gebruikt was in de resultaten voor MSSP. De resultaten van deze experimenten zijn voor stromen die zijn beschreven door hun maximale aantal benodigde `leaky buckets', gelijk aan de resultaten voor de volledig gespecificeerde stromen. Behalve de bovengenoemde `off-line' varianten van MSSP en MLBSSP beschouwen we ook `on-line' varianten van deze problemen. In de `on-line' varianten zijn de starttijden van stromen onbekend en zijn de kenmerken van een stroom pas bekend op het moment dat deze wil starten. Een oplossing voor een`on-line' variant kan worden bepaald door elke keer dat een nieuwe stroom start,de methode voor het `off-line' probleem te gebruiken om nieuwe bandbreedte- en bufferreserveringen te bepalen. Indien de reserveringen van bestaande stromen dan mogen worden aangepast, dient er bij het oplossen van de subproblemen voor deze stromen rekening gehouden te worden met de hoeveelheid data die er in totaal al verzonden is. Verdere toevoegingen aan de `off-line' methode die we beschouwen en die kunnen leiden tot een hoger aantal toegelaten stromen, zijn doelfuncties zoals het minimaliseren van de totale gereserveerde bandbreedte of buffergrootte van een specifieke buffer. Ook laten we zien hoe de maximale relatieve `resource' reservering geminimaliseerd kan worden. Tenslotte beschrijven we een aanpak voor de verzending van data van een stroom, waarbij data pas uit de buffers verwijderd wordt als dat nodig is om ruimte te maken voor nieuw aangeleverde data. Numerieke experimenten laten zien dat verschillende van deze aanpassingen inderdaad tot betere resultaten kunnen leiden. Het aantal toegelaten stromen in deze experimenten is voor een `on-line' variant met bepaalde toevoegingen net zo hoog als voor de `off-line' variant

MDRS: a low complexity scheduler with deterministic performance guarantee for VBR video delivery.

by Lai Hin Lun.Thesis (M.Phil.)--Chinese University of Hong Kong, 2001.Includes bibliographical references (leaves 54-57).Abstracts in English and Chinese.Abstract --- p.iAcknowledgement --- p.ivTable of Contents --- p.vList of Figures --- p.viiChapter Chapter 1 --- Introduction --- p.1Chapter Chapter 2 --- Related Works --- p.8Chapter 2.1 --- Source Modeling --- p.9Chapter 2.2 --- CBR Scheduler for VBR Delivery --- p.11Chapter 2.3 --- Brute Force Scheduler: --- p.15Chapter 2.4 --- Temporal Smoothing Scheduler: --- p.16Chapter Chapter 3 --- Decreasing Rate Scheduling --- p.22Chapter 3.1 --- MDRS with Minimum Buffer Requirement --- p.25Chapter 3.2 --- 2-Rate MDRS --- p.31Chapter Chapter 4 --- Performance Evaluation --- p.33Chapter 4.1 --- Buffer Requirement --- p.35Chapter 4.2 --- Startup Delay --- p.38Chapter 4.3 --- Disk Utilization --- p.39Chapter 4.4 --- Complexity --- p.43Chapter Chapter 5 --- Conclusion --- p.49Appendix --- p.51Bibliography --- p.5