VIDEO STREAMING over wireless netwo

VIDEO STREAMING over wireless networks (VSoWN) has become a popular application due to the advance of computer and network technologies [1], [2]. However, VSoWN is easily affected by wireless network conditions such as the noise interference and the delay in medium access conflict to lose or damage packets, so the receiver usually gets incomplete video streaming. To reconstruct video streaming at the receiver, VSoWN further poses a challenge for scientists because the features of the multimedia frame dependency and the packet error propagation [3], [4] have to be dealt with. Automatic retransmission request (ARQ) and forward error correction (FEC) mechanisms are well-known and commonly used error recovery mechanisms. The ARQ mechanism retransmits the lost packet to the receiver once failing to receive the acknowledgement until certain expiration time or receiving the explicit retransmission request from the receiver. But ARQ mechanism is impracticable to VsoWN because of the retransmission delay. In contrast to the ARQ mechanism, the FEC mechanism is considered more suitable to VSoWN. The FEC mechanism encodeskpackets with (n−k) redundant packets to form a FEC block with the npackets at the sender. Then, the FEC mechanism can tolerate the loss of (n−k) packets in networks and recover the kpackets from the FEC block at the receiver. However, the FEC mechanism can recover thek packets from the FEC block only if the (n−k) packets are lost uniformly (i.e., uniform packet loss) instead of lost continuously (i.e., burst packet loss). The burst packet loss problem is a common phenomenon in wireless networks [5]. The characteristic of burst packet loss problem is that the packets will lose continuously to cause a serious damage and tremendous impact on video quality because of the frame dependency. Once one of the frames is lost, it will have an error propagation to severely degrade quality of the video decoded by the receiver. Take a popular video streaming format such as the group of MPEG for example, the continuous packet loss has been proved to make a negative impact on the video quality [6]. For another example, the video streaming using H.264 as its format will be seriously influenced by the burst packet loss problem. While the video streaming is transmitted over wireless networks with uniform packet loss, the decoder on the receiver side will compensate a damaged frame with previous and next packets in the frame to alleviate the negative impact on the video quality due to the lost packets. On the other hand, the decoder at the receiver cannot make appropriate compensation for the continuous packets loss in one frame, and thus has the inferior video quality [7]. Therefore, the burst packet loss problem is a serious problem in VSoWN. When burst packet loss happens, the FEC mechanism can only recover certain of thekpackets, which still have few help with the reconstruction of video streaming at the receiver. Accordingly, the receiver may have extremely awful video quality. Currently, several FEC-based solutions have been proposed, but cannot efficiently recover the lost packets at the receiver. An adaptive multi-hop FEC mechanism [1] calculates the average packet loss rate to dynamically adjust the number of FEC redundant packets, but cannot work without any information about burst packet loss in advance, e.g., the number of lost packets in burst packet loss. A dynamic MAC-level FEC mechanism [8], a dynamic sub-packet FEC mechanism [3], and a dynamic combination of byte level and sub-packet level FEC mechanism [9] are proposed to solve the problems in VSoWN with byte level FEC, but have to dynamically change the MAC frame, which is impracticable to the Internet. Most importantly, the proposals focus on handling each FEC redundant packet, but cannot work in burst packet loss when the whole packet is lost. An adaptive packet and block length FEC mechanism [10] is proposed to overcome burst packet loss for VSoWN by expanding the FEC block according to the burst packet loss length, but suffers a serious end-to-end delay problem. A network adaptive FEC mechanism [11] waits for the arrival of the interleaving FEC blocks through different transmission paths, but suffers a serious end-to-end delay problem too. An adaptive hybrid error correction mechanism [12] works to adjust its FEC parameter according to network conditions in VSoWN, but cannot overcome the burst packet loss problem efficiently. The authors proposed a correlated FEC scheme to improve transmission reliability over burst error wireless channels [13]. This paper introduces an FEC packet capable of providing error packet recovery in its own FEC block and packet recovery in preceding FEC blocks. Unfortunately, the scheme cannot overcome burst packet loss because the FEC redundancy cannot recover lost packets in its FEC block when the length of burst packet loss is larger than the length of FEC redundancy. At that time, its FEC block fails to recover lost packets in preceding FEC blocks as well. Accordingly, a practicable FEC-based solution for VSoWN should target the packet burst loss and minimize the recover overhead without incurring a long end-to-end delay and expanding the FEC block to waste network bandwidth. In this paper, the forward-looking forward error correction (FL-FEC) mechanism is proposed to recover the lost packets for VSoWN in order to improve video streaming quality. The FL-FEC mechanism recovers not only the lost packet from its FEC block but also the previous FEC block from the recovered packet, repeating the recovery procedure until recovering the first FEC block. If the play-out buffer of the receiver is large, the FL-FEC mechanism can execute a chain of recovery procedures to ultimately recover all lost packets without any negative impact on application performance. The FL-FEC mechanism selects non-continuous source packets in previous FEC blocks to generate FEC redundancy with the FEC block. Thus, the FL-FEC mechanism can significantly disperse burst packet loss into different FEC blocks. The FL-FEC mechanism can decrease the length of burst packet loss and increase the chance that the FEC redundancy recovers the lost packets. No matter how large is, the FL-FEC mechanism can efficiently work against burst packet loss by forward looking subset packets of previous FEC blocks. The FL-FEC mechanism uses an analytical model to decide the number of FEC redundant packets in order to obtain the minimum recovery overhead. The FL-FEC mechanism neither expands the FEC block towaste network bandwidth nor interleaves the delivery of FEC block over multiple paths to suffer a long end-to-end delay. Nevertheless, the FL-FEC mechanism can work with current FEC block expanding and interleaving technologies to maximize recovery performance if wasting network bandwidth or suffering a long end-to-end delay is acceptable. The FL-FEC mechanism is tested to show the benefits of high recovery performance and low recovery overhead in improving the peak signal-to-noise ratio (PSNR) and the decodable frame rate (DFR) of video streaming over wireless networks.

Kết quả (Việt) 1:

VIDEO STREAMING trên mạng không dây (VSoWN) đã trở thành một ứng dụng phổ biến do cuộc tiến công nghệ máy tính và mạng [1], [2]. Tuy nhiên, VSoWN dễ dàng bị ảnh hưởng bởi mạng không dây hạn chẳng hạn như sự can thiệp tiếng ồn và sự chậm trễ trong cuộc xung đột vừa truy cập để mất hoặc thiệt hại gói, do đó, người nhận thường được không đầy đủ hình ảnh. Để tái tạo lại hình ảnh lúc người nhận, VSoWN tiếp tục đặt ra một thách thức cho các nhà khoa học bởi vì các tính năng của phụ thuộc khung đa phương tiện và gói lỗi truyền [3], [4] phải được xử lý. Yêu cầu tự động retransmission (ARQ) và phía trước lỗi sửa chữa (FEC) cơ chế những lỗi nổi tiếng và thường được sử dụng phục hồi cơ chế. Cơ chế ARQ retransmits gói bị mất cho người nhận một lần không thể nhận được ghi nhận cho đến khi thời gian hết hạn nhất định hoặc nhận được yêu cầu rõ ràng retransmission từ người nhận. Nhưng cơ chế ARQ là viển vông để VsoWN vì sự chậm trễ retransmission. Trái ngược với cơ chế ARQ, cơ chế FEC được coi là phù hợp hơn để VSoWN. Encodeskpackets cơ chế FEC với gói dữ liệu dự phòng (n−k) để tạo thành một khối FEC với các npackets tại người gửi. Sau đó, cơ chế FEC có thể chịu đựng tổn thất gói dữ liệu (n−k) trong các mạng và phục hồi các kpackets từ khối FEC tại người nhận. Tuy nhiên, cơ chế FEC có thể phục hồi thek gói từ khối FEC chỉ khi các gói dữ liệu (n−k) bị mất thống nhất (tức là, thống nhất gói mất) thay vì bị mất liên tục (tức là, burst gói mất). Vấn đề mất gói dữ liệu nổ là một hiện tượng phổ biến trong mạng không dây [5]. Các đặc điểm của vấn đề mất gói dữ liệu nổ là rằng các gói dữ liệu sẽ mất liên tục gây ra một thiệt hại nghiêm trọng và tác động to lớn vào chất lượng video vì phụ thuộc khung. Một khi một trong khung bị mất, nó sẽ có một lỗi tuyên truyền để bị làm suy giảm chất lượng video giải mã bởi người nhận. Có một đoạn video phổ biến trực tuyến định dạng, chẳng hạn như nhóm MPEG ví dụ, là sự mất mát liên tục gói đã được chứng minh để làm cho một tác động tiêu cực trên chất lượng video [6]. Cho một ví dụ khác, các hình ảnh bằng cách sử dụng H.264 như định dạng của nó sẽ được nghiêm túc bị ảnh hưởng bởi vấn đề mất gói dữ liệu nổ. Trong khi hình ảnh được truyền qua mạng không dây với đồng phục gói mất, các bộ giải mã bên nhận sẽ bồi thường một khung bị hư hỏng với gói tin trước và tiếp theo trong khung để làm giảm bớt tác động tiêu cực về chất lượng video do các gói dữ liệu bị mất. Mặt khác, các bộ giải mã lúc người nhận không thể làm cho thích hợp bồi thường cho tổn thất gói dữ liệu liên tục trong một khung, và do đó đã đệ trình lên video chất lượng kém [7]. Vì vậy, vấn đề mất gói dữ liệu nổ là một vấn đề nghiêm trọng trong VSoWN. Khi burst gói mất xảy ra, cơ chế FEC chỉ có thể khôi phục một số thekpackets, mà vẫn còn có vài trợ giúp với việc tái thiết của video streaming tại người nhận. Theo đó, người nhận có thể có chất lượng video rất khủng khiếp. Hiện nay, một số FEC dựa trên giải pháp đã được đề xuất, nhưng hiệu quả không thể khôi phục các gói dữ liệu bị mất lúc người nhận. Một cơ chế FEC đa hop thích nghi [1] tính toán tỉ lệ tổn thất gói trung bình để tự động điều chỉnh số lượng gói dữ liệu dự phòng FEC, nhưng không thể làm việc mà không có bất kỳ thông tin nào về nổ gói mất trước, ví dụ như, số lượng gói dữ liệu bị mất burst gói mất. Một cơ chế MAC cấp FEC năng động [8], một cơ chế FEC động tiểu gói [3], và sự kết hợp năng động của byte cấp và gói phụ cấp cơ chế FEC [9] được đề xuất để giải quyết các vấn đề trong VSoWN với mức độ byte FEC, nhưng có thể tự động thay đổi khung MAC, đó là viển vông vào Internet. Quan trọng nhất, các đề xuất tập trung vào xử lý mỗi gói tin FEC dự phòng, nhưng không thể làm việc mất gói dữ liệu nổ khi toàn bộ gói bị mất. Một thích nghi gói và khối dài FEC cơ chế [10] được đề xuất để vượt qua nổ gói mất cho VSoWN bằng cách mở rộng FEC khối theo chiều dài mất gói dữ liệu nổ, nhưng đau khổ một vấn đề nghiêm trọng kết thúc để kết thúc sự chậm trễ. Một mạng lưới thích ứng FEC chế [11] chờ đợi cho sự xuất hiện của các khối FEC interleaving thông qua con đường truyền khác nhau, nhưng đau khổ một vấn đề nghiêm trọng kết thúc để kết thúc sự chậm trễ quá. Một cơ chế điều chỉnh thích ứng lai lỗi [12] làm việc để điều chỉnh tham số FEC theo những điều kiện mạng tại VSoWN, nhưng không thể khắc phục vấn đề mất gói bùng nổ một cách hiệu quả. Các tác giả đã đề xuất một đề án FEC tương quan để cải thiện độ tin cậy truyền qua nổ lỗi không dây Kênh [13]. Bài báo này giới thiệu một gói dữ liệu FEC có khả năng cung cấp các lỗi gói phục hồi phục hồi khối và gói riêng của mình FEC ở ngay trước FEC khối. Thật không may, các chương trình không thể khắc phục burst gói mất vì sự thừa FEC không thể khôi phục gói dữ liệu bị mất trong khối FEC khi chiều dài của burst gói mất là lớn hơn độ dài của FEC dự phòng. Tại thời điểm đó, khối FEC không phục hồi gói dữ liệu bị mất ở ngay trước FEC khối là tốt. Theo đó, một giải pháp dựa trên FEC tốt cho VSoWN nên nhắm mục tiêu các gói dữ liệu nổ mất và giảm thiểu phục hồi chi phí mà không incurring một sự chậm trễ dài kết thúc để kết thúc và mở rộng FEC khối để lãng phí băng thông mạng. Trong bài báo này, cơ chế điều chỉnh (FL-FEC) chuyển tiếp-looking forward lỗi được đề xuất để phục hồi các gói dữ liệu bị mất cho VSoWN để cải thiện chất lượng video trực tuyến. Cơ chế FL-FEC phục hồi không chỉ là gói dữ liệu bị mất từ khối FEC của nó mà còn khối FEC trước từ gói bị thu hồi, lặp đi lặp lại các thủ tục phục hồi cho đến khi phục hồi FEC khối đầu tiên. Nếu các bộ đệm chơi-out của người nhận lớn, cơ chế FL-FEC có thể thực hiện một chuỗi các phục hồi thủ tục để phục hồi cuối cùng gói dữ liệu bị mất tất cả mà không có bất kỳ tác động tiêu cực về hiệu suất ứng dụng. Cơ chế FL-FEC chọn gói dữ liệu nguồn không liên tục trong trước FEC khối để tạo ra sự thừa FEC với khối FEC. Do đó, cơ chế FL-FEC đáng kể có thể giải tán burst gói mất vào khác nhau FEC khối. Cơ chế FL-FEC có thể giảm chiều dài của burst gói giảm cân và tăng cơ hội dư thừa FEC phục hồi các gói dữ liệu bị mất. Không có vấn đề như thế nào lớn là, cơ chế FL-FEC hiệu quả có thể làm việc với nổ gói giảm cân bằng cách nhìn về phía trước gói dữ liệu tập hợp con của trước FEC khối. Cơ chế FL-FEC sử dụng một mô hình phân tích để quyết định số FEC gói dữ liệu dự phòng để có được chi phí tối thiểu phục hồi. Cơ chế FL-FEC không mở rộng băng thông mạng FEC khối towaste cũng không interleaves giao hàng của FEC khối trên nhiều đường dẫn đến bị một sự chậm trễ dài kết thúc để kết thúc. Tuy nhiên, cơ chế FL-FEC có thể làm việc với hiện tại FEC khối mở rộng và cách công nghệ để tối đa hóa hiệu suất phục hồi nếu lãng phí băng thông mạng hoặc đau khổ một sự chậm trễ lâu end-to-end là chấp nhận được. Cơ chế FL-FEC thử nghiệm để hiển thị những lợi ích của hiệu suất cao phục hồi và phục hồi thấp chi phí trong việc cải thiện tỷ lệ tín hiệu đến tiếng ồn cao điểm (PSNR) và tỷ lệ khung hình decodable (DFR) của video streaming trên mạng không dây.

Kết quả (Việt) 2:

Video Streaming trên các mạng không dây (VSoWN) đã trở thành một ứng dụng phổ biến do sự tiến bộ của công nghệ máy tính và mạng [1], [2]. Tuy nhiên, VSoWN được dễ dàng bị ảnh hưởng bởi điều kiện mạng không dây như sự can thiệp tiếng ồn và sự chậm trễ trong cuộc xung đột vừa truy cập để mất hoặc gói thiệt hại, do người nhận thường bị đầy đủ video streaming. Để tái tạo lại video streaming ở người nhận, VSoWN tục đặt ra một thách thức đối với các nhà khoa học bởi vì các tính năng của sự phụ thuộc khung đa phương tiện và công tác tuyên truyền lỗi gói [3], [4] phải được xử lý. Yêu cầu truyền lại tự động (ARQ) và sửa lỗi trước (FEC) cơ chế rất nổi tiếng và thường được sử dụng các cơ chế phục hồi lỗi. Các cơ chế ARQ truyền lại các gói tin bị mất cho người nhận một lần thất bại trong việc nhận được sự thừa nhận cho đến khi hết hạn thời gian nhất định hoặc nhận được yêu cầu truyền lại rõ ràng từ người nhận. Nhưng cơ chế ARQ là không khả thi để VsoWN vì sự chậm trễ truyền lại. Ngược lại với các cơ chế ARQ, cơ chế FEC được coi là phù hợp hơn để VSoWN. Cơ chế FEC encodeskpackets với (n-k) các gói tin dư thừa để tạo thành một khối FEC với npackets ở người gửi. Sau đó, cơ chế FEC có thể chịu đựng được sự mất mát của (n-k) các gói tin trong mạng lưới và phục hồi các kpackets từ khối FEC ở người nhận. Tuy nhiên, cơ chế FEC có thể phục hồi các gói Thek từ khối FEC chỉ nếu (n-k) các gói tin bị mất thống nhất (tức là, mất gói thống nhất) thay vì mất liên tục (tức là, vỡ mất gói tin). Các vấn đề mất gói burst là một hiện tượng phổ biến trong các mạng không dây [5]. Các đặc trưng của phá vỡ vấn đề mất gói tin là các gói sẽ bị mất liên tục gây ra một thiệt hại nghiêm trọng và ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng video do sự phụ thuộc khung. Khi một trong những khung hình bị mất, nó sẽ có một tuyên truyền lỗi để làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng của video được giải mã bởi người nhận. Hãy tuyến định dạng video phổ biến như các nhóm MPEG ví dụ, các gói tin bị mất liên tục đã được chứng minh để làm cho một tác động tiêu cực đến chất lượng video [6]. Ví dụ khác, các video streaming sử dụng H.264 như định dạng của nó sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi các vấn đề mất gói tin bùng nổ. Trong khi các video streaming được truyền qua mạng không dây với mất gói đồng nhất, các bộ giải mã trên phía người nhận sẽ bù đắp một khung bị hư hỏng với các gói tin trước đó và tiếp theo trong khung để làm giảm bớt những tác động tiêu cực đến chất lượng video do các gói tin bị mất. Mặt khác, các bộ giải mã ở người nhận không thể thực hiện bồi thường thích hợp cho việc mất gói tin liên tục trong một khung hình, và do đó có chất lượng video kém hơn [7]. Vì vậy, vấn đề mất gói vỡ là một vấn đề nghiêm trọng trong VSoWN. Khi mất gói nổ xảy ra, các cơ chế FEC chỉ có thể phục hồi nhất định thekpackets, mà vẫn còn có vài sự giúp đỡ tái thiết của video streaming ở người nhận. Theo đó, người nhận có thể có chất lượng hình ảnh cực kỳ khủng khiếp. Hiện nay, một số giải pháp FEC dựa trên đã được đề xuất, nhưng không thể có hiệu quả phục hồi các gói tin bị mất ở người nhận. Một FEC cơ chế thích nghi đa-hop [1] tính toán tỷ lệ mất gói tin trung bình để tự động điều chỉnh số lượng các gói tin dư thừa FEC, nhưng không thể làm việc mà không có bất kỳ thông tin về việc mất vỡ gói trước, ví dụ, số lượng các gói tin bị mất việc mất gói tin bùng nổ . Một FEC cơ chế MAC cấp năng động [8], một FEC cơ chế năng động phụ gói [3], và sự kết hợp năng động của mức byte và phụ gói cấp cơ chế FEC [9] được đề xuất để giải quyết các vấn đề trong VSoWN với mức byte FEC, nhưng có để tự động thay đổi khung MAC, mà là không khả thi với Internet. Quan trọng nhất, các đề xuất tập trung vào xử lý mỗi gói tin dư thừa FEC, nhưng không thể làm việc trong gói tin bị mất vỡ khi toàn bộ gói tin bị mất. Một cơ chế FEC adaptive gói và khối chiều dài [10] được đề xuất để khắc phục mất gói nổ cho VSoWN bằng cách mở rộng các khối FEC theo chiều dài gói tin bị mất burst, nhưng bị một vấn đề nghiêm trọng end-to-end chậm trễ. Một mạng lưới thích ứng cơ chế FEC [11] chờ đợi sự xuất hiện của các khối FEC đan xen thông qua con đường truyền dẫn khác nhau, nhưng bị một vấn đề nghiêm trọng end-to-end chậm trễ quá. Một cơ chế sửa lỗi lai thích nghi [12] hoạt động để điều chỉnh thông số FEC của nó theo điều kiện mạng trong VSoWN, nhưng không thể khắc phục được vấn đề mất gói tin bùng nổ một cách hiệu quả. Các tác giả đã đề xuất một kế hoạch FEC tương quan để cải thiện độ tin cậy truyền trên các kênh nổ lỗi không dây [13]. Báo này giới thiệu một gói FEC có khả năng cung cấp các gói phục hồi lỗi trong FEC khối gói và phục hồi riêng của mình ở trước khối FEC. Thật không may, kế hoạch này không thể vượt qua mất mát gói tin bùng nổ vì sự thừa FEC không thể phục hồi các gói tin bị mất trong khối FEC của nó khi chiều dài của gói tin bị mất burst là lớn hơn so với chiều dài của sự thừa FEC. Vào thời điểm đó, khối FEC của nó không phục hồi các gói tin bị mất trong trước khối FEC là tốt. Theo đó, một giải pháp khả thi FEC-dựa cho VSoWN nên nhắm vào việc mất gói tin bùng nổ và giảm thiểu các chi phí phục hồi mà không phải chịu một sự chậm trễ dài end-to-end và mở rộng khối FEC để lãng phí băng thông mạng. Trong bài báo này, (FL-FEC) cơ chế chuyển tiếp-mong sửa lỗi được đề xuất để phục hồi các gói tin bị mất cho VSoWN để cải thiện chất lượng video streaming. Cơ chế FL-FEC hồi phục không chỉ các gói tin bị mất từ ​​khối FEC của mình mà còn block FEC trước đó từ các gói tin bị thu hồi, lặp đi lặp lại thủ tục thu hồi cho đến khi phục hồi các khối FEC đầu tiên. Nếu bộ đệm play-ra của máy thu là lớn, cơ chế FL-FEC có thể thực hiện một chuỗi các thủ tục phục hồi để cuối cùng phục hồi tất cả các gói dữ liệu bị mất mà không bất kỳ tác động tiêu cực đến hiệu suất ứng dụng. Cơ chế FL-FEC chọn gói nguồn không liên tục trong các khối FEC trước đó để tạo ra sự dư thừa FEC với khối FEC. Như vậy, cơ chế FL-FEC đáng kể có thể phân tán vỡ mất gói tin thành các khối FEC khác nhau. Cơ chế FL-FEC có thể làm giảm chiều dài của gói tin bị mất burst và nâng cao khả năng dự phòng FEC phục hồi các gói tin bị mất. Không có vấn đề làm thế nào lớn là, các cơ chế FL-FEC hiệu quả có thể làm việc chống lại sự mất gói tin bùng nổ bởi mong tìm gói tập hợp con của các khối FEC trước. Cơ chế FL-FEC sử dụng một mô hình phân tích để quyết định số lượng các gói tin dư thừa FEC để có được những phí phục hồi tối thiểu. Cơ chế FL-FEC không mở rộng băng thông mạng khối towaste FEC cũng không interleaves việc cung cấp các khối FEC trên nhiều con đường bị trì hoãn lâu end-to-end. Tuy nhiên, cơ chế FL-FEC có thể làm việc với khối FEC hiện mở rộng và công nghệ interleaving để tối đa hóa hiệu phục hồi nếu lãng phí băng thông mạng hoặc bị trì hoãn lâu end-to-end là chấp nhận được. Cơ chế FL-FEC được thử nghiệm cho thấy những lợi ích của hiệu suất thu hồi cao và chi phí phục hồi thấp trong việc cải thiện các đỉnh tín hiệu-to-noise tỷ lệ (PSNR) và tỷ lệ giải mã khung (DFR) của video streaming qua mạng không dây.