Analysis of the Impact of Impulsive Noise Parameters on BER Performance of OFDM Power-Line Communications

It is well known that asynchronous impulsive noise is the main source of distortion that drastically affects the power-line communications (PLC) performance. Recently, more realistic models have been proposed in the literature which better fit the physical properties of real impulsive noise. In this paper, we consider a pulse train model and propose a thorough analysis of the impact of impulsive noise parameters, namely impulse width and amplitude as well as inter-arrival time, on the bit error rate (BER) performance of orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) broadband PLC. A comparison with the conventional Bernoulli-Gaussian (BG) impulsive noise model exhibits the difference between the two approaches, showing the necessity of more realistic models.Comment: The 7th International Symposium on Signal, Image, Video and Communications (ISIVC 2014) , Nov 2014, Marrakech, Morocc

Combined Source and Channel Strategies for Optimized Video Communications

ISBN 978-953-7619-70-

Extending Coverage of High Definition TV Services over ADSL2 with Optimized Reception Quality using H.264/AVC Transrating

In this paper, we present a new Joint Source-Channel Coding (JSCC) architecture to extend the coverage of H.264/AVC High Definition (HD) video delivery over Digital Subscriber Line (DSL). The proposed solution combines low complexity H.264/AVC transrating as well as multi-carrier transmission and takes into account realistic ADSL2 specifications including all OSI layers. Both transrating and bit and power loading transmission parameters are automatically optimized in terms of end-user perceived quality, with respect to the characteristics of the given subscriber’s loop. Several originalities have been included: a new optimization algorithm has been developed, as well as a full rate-distortion modelling of the H.264/AVC transrater’s performances. Simulation results show that the proposed solution can extend the coverage area of HD video delivery up to more than one kilometre. It should allow the widespread distribution of HD video contents and increase the number of eligible subscribers.ADSL2, H.264/AVC, joint source channel coding, transrating, Quality of Experience (QoE

Transmission optimisée de flux vidéo haute définition H.264/AVC et SVC sur ADSL2 (adaptation conjointe des paramètres de codage source et de transmission)

L éligibilité d un client ADSL à un service vidéo dépend principalement de la longueur de sa ligne. Au delà d une certaine distance, la transmission d une vidéo au débit requis avec un niveau de qualité de service donné est impossible. Dans ces travaux nous avons proposé différentes solutions pour étendre la zone d éligibilité aux services vidéo, et plus particulièrement les services haute définition. Elles s appuient sur des techniques de réduction du débit du flux vidéo H.264, dont les paramètres sont optimisés en termes de qualité reçue, conjointement avec les paramètres de transmission ADSL2. La première solution concerne un flux vidéo Haute Définition non scalable dont le débit est réduit grâce au transcodeur proposé. Le flux vidéo adapté est ensuite uniformément protégé et transmis sur ADSL2 selon les paramètres calculés lors de l optimisation. Avec cette solution, l éligibilité à été étendue de 1,2 Km en moyenne sur les lignes testées, avec une qualité visuelle résultante tout à fait acceptable. Les deux autres solutions concernent un flux vidéo scalable compressé avec l extension scalable de H.264/AVC. La première est basée sur une approche de réduction de débit hybride (scalabilité puis transcodage). Cette solution a permis d améliorer la qualité des vidéos reçues avec des valeurs de PSNR jusqu à 3dB supérieures. Ces premiers résultats avec SVC, nous ont conduits à évaluer les performances de ce codeur scalable pour des résolutions spatiales variables (CIF à Full-HD). Il est apparu que les performances de ce codec sont plus faibles pour les vidéos de résolutions inférieures. La dernière solution proposée pour l extension d éligibilité avec un flux vidéo scalable a donc été réalisée pour des vidéos de résolution CIF. Il s agit d une approche bi-résolution, où le flux vidéo scalable est scindé en deux parties d importances variables, inégalement protégées. Cette proposition a permis d améliorer les performances obtenues en comparaison avec une approche de protection égale jusqu'à 0.5 dB.The eligibility of any ADSL subscriber to video services strongly depends on the length of his line. Beyond a given distance, video transmission is no more possible at the desired bit rate with a targeted quality of service level. In this work, we propose different solutions to extend the area of eligibility for high-definition video services. These solutions rely on bit rate adaptation techniques of the H.264 compressed video streams, whose parameters are jointly optimized together with the ADSL2 transmission parameters in terms of received quality. In a first solution, we consider that the input high definition compressed video streams are non scalable: in this case, bit rate reduction is performed by means of appropriate transrating. The adapted video stream is then equally protected and transmitted according to optimal ADSL2 parameters. Thanks to this solution, eligibility was extended by 1.2 km on average over the tested lines, with resultant satisfying visual quality. Two other solutions are then proposed when the input video stream is compressed thanks to the scalable extension of H.264 named SVC. First, we propose a hybrid solution for bit rate adaptation, which relies on scalability then transrating. This solution improves the quality of received videos up to +3 dB in terms of PSNR values. Preliminary results obtained with the scalable extension of H.264/AVC lead us to evaluate SVC performances for varying spatial resolutions (CIF to Full-HD). We show that the performances of this codec are reduced for lower resolutions videos. The last proposed solution for ADSL eligibility extension is finally presented for CIF resolution videos. It consists in a multi-resolution approach, where the scalable video stream is divided into two separated parts of variable relevance, which are therefore unequally protected. This proposal improves the performances up to 0.5 dB obtained in comparison with an equal protection approach.VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

Schéma de protection systématique à scalabilité fréquentielle d'un flux vidéo compressé basé sur le codage de Wyner-Ziv

Les fournisseurs d accès Internet proposent aujourd hui des offres quadruple play (services Internet, TVIP éventuellement en Haute Définition, vidéo à la demande et services mobiles) qui reflètent la convergence actuelle des différents réseaux de diffusion. Les transmissions vidéo numériques doivent s adapter à des ressources de plus en plus hétérogènes en termes de réseau et de récépteur. Typiquement, les flux vidéo sont transmis sous forme de paquets dont la perte a des conséquences extrèmement dommageables sur la qualité vidéo reconstruite. Il est donc nécessaire de développer des nouvelles solutions de transmission flexibles et résistantes aux erreurs. Nous présentons dans le cadre de cette thèse un système original de protection systématique d une transmission vidéo basé sur une scalabilité fréquentielle. La scalabilité fréquentielle permet d accéder à une version basse résolution spatiale de la vidéo à moindre complexité. Elle présente également l avantage de faciliter l adaptation du format d affichage de la séquence vidéo à l hétérogèneité des récepteurs. Le système proposé adjoint une description basse résolution de la séquence, obtenue par codage de Wyner-Ziv, au flux principal. Au décodeur, ce flux est utilisé pour reconstruire sans erreur une version de résolution spatiale inférieure des zones de l image corrompues. En diminuant la résolution spatiale du flux adjacent, on peut augmenter la capacité corrective du système proposé sans augmenter le débit dédié à la protection. La qualité de la séquence vidéo diffusée évolue graduellement en fonction des conditions de transmission, sans nécessiter un codage par couches. De plus notre système est parfaitement compatible avec les systèmes de diffusion existants. Un modèle analytique a été développé afin d estimer la distorsion due à la transmission et les paramètres optimaux du système proposé (capacité corrective et résolution protégée). Des motifs de pertes de paquets corrélées issus de simulations et de mesures réelles lors d une transmission 802.11g (WiFi) ont été utilisés. Les performances de la protection ont été évaluées en termes de résistance aux erreurs et qualité vidéo reconstruite. Finalement, les résultats analytiques et expérimentaux du système mettent en évidence la supériorité de la solution proposée par rapport à une protection classiqueInternet providers currently propose quaduple play services (Internet services, IPTV optionnally in high definition, video on demand, mobile services) which illustrate nowadays convergence between different broadcasting networks. Digital video transmissions have to adapt increasingly heterogenous ressources concerning network and reception devices. Typically, video streams are formated into packets which loss has extremely damaging consequences on reconstructed video quality. It is necessary to find a new flexible error resilient transmission solution. We present an original systematic error protection scheme for video transmission based on frequency scalability. Frequency scalability allows to reduce a sequence saptial resolution with low complexity. It also eases the adaptation of the video sequence display format to heterogeneous receivers. In this scheme, a reduced spatial resolution description of the sequence obtained using Wyner-Ziv coding is transmitted jointly with the main video stream. At the decoder side, the side stream is used to ensure reconstruction of the low spatial resolution version, which is substituted to the corrupted main stream parts. By lowering the side stream resolution, a higher corrective capacity can be achieved at the same protection bit rate. The video sequence quality degrades gracefully with worsening error conditions, without requiring layered coding. Moreover the proposed systeme is fully backward compatible. An analytical model has been developped to estimate the transmission distorsion, which allowed us to derive the optimal system parameters (corrective capacity and protected resolution). Correlated loss patterns from simulations and 802.11g transmission measurements have been used. Performances of our scheme have been evaluated upon robustness to packet loss and reconstructed video quality. Finally, analytical and experimental results put in relief the superiority of the proposed solution compared to a classical protectionVALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

Mise en oeuvre d'architectures de transcodage vidéo H.264/AVC et SVC (application à la transmission optimisée de la vidéo haute définition)

Les travaux présentés dans ce manuscrit de thèse se sont déroulés majoritairement dans le cadre du projet TOSCANE dont l objectif était d optimiser les transmissions de flux vidéo haute définition (HD). Pour cela, deux types d architectures de transcodage à complexité réduite des flux H.264/AVC sont proposés afin d adapter le débit vidéo à la bande passante du canal de transmission. La première architecture s applique aux flux H.264/AVC et réalise une sélection fréquentielle des coefficients résiduels. Après comparaison en termes de réduction de débit et de qualité vidéo entre cette solution et celle par requantification, nous avons constaté que notre architecture donnait majoritairement de meilleurs résultats. Puis, cette solution est intégrée dans un scénario de transmission vidéo HD par courant porteur en ligne. Ce type de canal est soumis à des changements d états fréquents nécessitant une nouvelle estimation du canal et allocation des bits et des puissances afin de garantir un débit quasiment sans erreur. Au prix d une légère baisse de PSNR, les flux sont dynamiquement transcodés afin d adapter leur débit à celui du canal et rendre la transmission possible. La seconde architecture s applique aux flux H.264 SVC utilisant une échelonnabilité spatiale. Elle consiste à sélectionner par position fréquentielle les coefficients résiduels de la couche d amélioration la plus haute afin d obtenir des débits intermédiaires tout en restant dans la définition spatiale la plus élevée. Cette solution est mise en œuvre dans le cas d une transmission ADSL, permettant d augmenter la zone d éligibilité des services vidéo HD et fournissant aux abonnés une qualité progressivement réduite.The works presented in this thesis are mainly part of the French ANR TOSCANE project which aims to optimize high definition video transmission. We propose two types of low complexity transrating architectures for H.264/AVC streams to adapt video bitrate to channel bandwidth. The first transrating architecture is based on frequency selectivity of residual coefficients from H.264/AVC streams. A comparison between this solution and the well known requantization processing in terms of bitrate reduction and video quality shows that our solution often gives better results. Then, our solution is included in a high definition video transmission scheme using power line communications. This type of channel can exhibit sudden changes states; as a consequence transmission needs a new channel estimation, bit and power allocation to guarantee quasi error free transmission. By means of a slight video distortion, transrating architecture is used to dynamically adapt video bitrate to channel one. The second transrating architecture is applied to H.264 SVC streams using spatial scalability. It consists in selectively removing residual coefficients of upper enhancement layer to obtain intermediate bitrates with upper spatial definition. This transrating solution is used in an ADSL transmission, allowing the extension of the area of eligibility for high definition video services while providing a progressive reduced video quality to subscribers.VALENCIENNES-BU Sciences Lettres (596062101) / SudocSudocFranceF

An Adaptive Systematic Lossy Error Protection Scheme for Broadcast Applications Based on Frequency Filtering and Unequal Picture Protection

Systematic lossy error protection (SLEP) is a robust error resilient mechanism based on principles of Wyner-Ziv (WZ) coding for video transmission over error-prone networks. In an SLEP scheme, the video bitstream is separated into two parts: a systematic part consisting of a video sequence transmitted without channel coding, and additional information consisting of a WZ supplementary stream. This paper presents an adaptive SLEP scheme in which the WZ stream is obtained by frequency filtering in the transform domain. Additionally, error resilience varies adaptively depending on the characteristics of compressed video. We show that the proposed SLEP architecture achieves graceful degradation of reconstructed video quality in the presence of increasing transmission errors. Moreover, it provides good performances in terms of error protection as well as reconstructed video quality if compared to solutions based on coarser quantization, while offering an interesting embedded scheme to apply digital video format conversion

[Tutorial] Soft Video Delivery: Getting seamless quality adaptation in mobile and latency-critical applications

International audienceConventional video coding and transmission systems are currently based on digital video compression (e.g., HEVC) on a suitable network protocol (802.11, 4G, or 5G) and rely on Shannon separation theorem. However, they suffer from some inherent limitations when the video content is transmitted over wireless error-prone networks. First, the coding choices (compression rate, channel coding rate) are decided a priori and at the transmitter and are the same for all the potential receivers. They could misfit with the actual channel conditions. Some user(s) with degraded channels may undergo digital cliff (glitches or freeze of the video) while other(s) may have a very good channel and yet not taking fully benefit of it since the design choices are based on more pessimistic hypotheses. Second, the traditional techniques require a permanent adaptation of the coding parameters by the transmitter relying on an estimate of the rate-distortion characteristic of the source and on an estimation of the channel characteristics, implying additional delay to perform this adaptation. Third, delay is introduced by the various buffers present at the encoder, within the network, and at the receiver. They are either required to smooth out variations of the encoding rate and of the channel characteristics, or due to the shared network infrastructure.Soft Video Delivery (SVD) architectures, pioneered by the SoftCast scheme, have demonstrated over the last decade a high potential to address/mitigate these issues. SVD architectures are joint source-channel video coding and transmission schemes that process pixels by successive linear operations (spatio-temporal decorrelation transform, power allocation, analog modulation) and directly transmitthe information without quantization or coding. SVD architectures deliver a single data stream that can be decoded by any receiver, even those experiencing bad channel quality. This data stream allows each receiver to decode a video quality commensurate with its channel quality, without requiring any feedback information, while avoiding the complex adaptation mechanisms of conventional schemes. Moreover, SVD architectures offer a relatively low and controlled latency that can be adjusted through the size of the temporal transform. This is a paradigm break with respect to traditional video transmission architectures, which has the potential of dramatically improving the quality of experience in wireless and latency-constrained scenarios.This tutorial will first introduce use cases where SVD architectures can make a difference compared to traditional schemes relying on conventional encoded video streams (e.g., HEVC) over a suitable network protocol (802.11, 4G, or 5G). Issues with conventional digital schemes will also be discussed (e.g., complex adaptation, cliff-effect, etc.), justifying the SVD approaches. Then, a block-by-block description of the components of the baseline SoftCast SVD scheme will be presented and visual examples provided to facilitate the understanding. A third part will be devoted to real implementations of SVD architectures, the dense modulation process and bandwidth computation will be detailed. Recent technical innovations and results from the literature will be presented and discussed. Finally, current research challenges related to the development of SVD architectures will be presented