Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (III)

TREBALL DE FI DE CARRERA TÍTOL: Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (III) AUTOR: González Maña, Albert DIRECTOR: Ferrús Ferré, Ramon DATA: 29 de juny de 2005 Títol: Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) Autor: González Maña, Albert Director: Ferrús Ferré, Ramon Data: 29 de juny de 2005 Resum L’objectiu d’aquest TFC és muntar un entorn que permeti realitzar mesures objectives del deteriorament de la qualitat en la transmissió de vídeo en una sessió de videoconferencia sobre una xarxa d’accés ràdio, UMTS. Per satisfer aquesta necessitat es requereix la cerca de software que permeti la transmissió i captura de les seqüències de vídeo. Tanmateix es requereix d’un programa que permeti realitza una mesura objectiva basada en el en el càlcul del paràmetre PSNR. Pel que respecta a la simulació de la xarxa d’accés radio, es disposa d’un demostrador modificable instal·lat en el laboratori. Un altre apartat important es l’anàlisi de la normativa referent a aquest fet per tal de trobar aspectes aprofitables com la selecció del contingut de les seqüències de vídeo, el tractament estadístic de les dades o les condicions de les mesures. Title: Study on the perception of QoS in a demostrador UMTS (Part III) Author: González Maña, Albert Director: Ferrús Ferré, Ramon Date: June, 29th 2005 Overview The TFC objective is to mount one environment that allow to make objective measures of the degradation of the quality of the video transmission in a videoconferencia session on an access network radio, UMTS. In order satisfy this necessity it’s required to look for a software that allows transmission and captures of the video sequences. A program is required as well that allows to make an objective measurement based on parameter PSNR. In order to simulate the access network radio, it is had a demostrador installed in the laboratory. Another important section is the annals of the norm referring to this fact with the purpose of finding usable aspects like the selection of the content of the video sequences, the statistical treatment of the data or the conditions of the measures. ÍNDEX INTRODUCCIÓ.............................................................................................................................................1 CAPÍTOL 1. NORMATIVA ...........................................................................................................................2 1.1. Mètodes d’anàlisi .............................................................................................................................2 1.1.1. P.910: Formes d’avaluació subjectiva de la qualitat de vídeo per aplicacions multimedia...3 1.1.2. P.911: Mètodes Subjectius d’Anàlisis de la Qualitat Audio-visual per Aplicacions Multimedia..........................................................................................................................................9 1.1.3. P.920, Mètodes de Test (Prova) Interactius per Comunicacions Audio-visuals...................9 1.1.4. P.930, Principis d’un sistema de degradacions de referència per vídeo..............................9 1.1.5. P.931, Retard en Comunicacions Multimedia, Sincronització, i Mesures de Tassa de Trama 11 1.1.6. Altra normativa...................................................................................................................12 CAPÍTOL 2. SELECCIÓ DE SOFTWARE DE VIDEOCONFERENCIA I CAPTURA.................................13 2.1. Muntatge inicial..............................................................................................................................13 2.1.1. Objectiu..............................................................................................................................13 2.1.2. Descripció Software inicial.................................................................................................14 2.2. Muntatge sobre Windows..............................................................................................................15 2.2.1. VIC i software de captura...................................................................................................15 2.2.2. VIC i MMCR.......................................................................................................................16 2.2.3. Cerca d’un nou software....................................................................................................17 CAPÍTOL 3. EINES QUALITAT SERVEI, VQS..........................................................................................20 3.1. Selecció de la eina .........................................................................................................................20 3.1.1 Video Quality Studio ..........................................................................................................20 3.1.2 Video Quality Metrics.........................................................................................................21 3.1.3 Generació de seqüències de prova per VQM....................................................................22 3.2. Funcionament de VQM ..................................................................................................................23 3.2.1. Descripció..........................................................................................................................23 3.2.2. Passos a seguir per mesurar.............................................................................................24 CAPÍTOL 4. MESURES PSNR...................................................................................................................26 4.1 VIC, software de captura i VQS.....................................................................................................26 4.2 Comparació VQS i VQM.................................................................................................................27 4.3 FlyConferencing Suite i VQM........................................................................................................29 4.4.1 Ajustos...............................................................................................................................29 4.4.2. Mesures.............................................................................................................................33 4.4.3. Alternativa..........................................................................................................................44 Conclusions ..............................................................................................................................................46 Bibliografia ................................................................................................................................................47 Annexos.....................................................................................................................................................48 ANNEX I. Formats de vídeo.............................................................................................................48 ANNEX II. Glossari...........................................................................................................................50 Introducció 1 INTRODUCCIÓ El que es pretén en aquest TFC és simular la transmissió d’una videoconferencia a traves d’una xarxa d’accés radio amb la finalitat de mesurar la degradació de la senyal rebuda d’una forma objectiva. La degradació d’aquesta senyal de vídeo estada produïda pels diferents aspectes inherents en la pròpia transmissió i que seran simulats pel demostrador UMTS. En el capítol inicial realitza l’anàlisi de la normativa referent a la mesura de la qualitat de vídeo per tal de poder guiar els posteriors anàlisis a realitzar. Es pretén trobar formats de vídeo adequats, condicions de mesura de referència, etc. Tot seguit es requereix d’un software que permeti realitzar la transmissió de vídeo a traves d’una xarxa IP i posteriorment mesurar la qualitat d’aquest vídeo amb un altre software de mesura de qualitat de servei. La transmissió la transmissió es realitzarà a traves del demostrador, el quals permet simular una xarxa de comunicacions mòbils i ens degradarà la qualitat del vídeo transmès respecte el rebut. Alhora de realitzar la tasca esmentada ens apareixen dos possibilitats diferenciades. Es pot realitzar la captura del vídeo mitjançant un software adequat o cercar un programa que ens capturi aquest vídeo en un format adequat per a realitzar la mesura de qualitat. Un cop trobats els programes es realitzen un conjunt de proves per tal de comprovar el correcte funcionament dels programes i posteriorment es passa a realitzar les mesures de qualitat. Al realitzar aquesta tasca apareix la problemàtica d’adaptació de formats entre els programes de captura i mesura de qualitat que s’arreglen amb l’ajut d’un conversor de formats. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 2 CAPÍTOL 1. Normativa 1.1. Mètodes d’anàlisi • Mètodes subjectius: Aquest mètodes representen les tècniques de mesura de qualitat de vídeo mes utilitzades degut a que els mètodes objectius no prediuen l’opinió de l’usuari en la percepció de la qualitat audio-visual amb l’exactitud desitjada. El principal inconvenient d’aquests mètodes es que requereixen la intervenció dels usuaris i estan poc mecanitzats. Per la tendència futura es trobar tècniques objectives per a la mesura de diversos efectes individuals i combinats amb factors com la compressió digital, la transmissió, el emmagatzematge i altres en la percepció dels sistemes de qualitat audio-visual. Es important també verificar que aquestes tècniques son significatives mitjançant la correlació dels test objectius amb les dades dels test subjectius. • Mètodes objectius: Es necessari continuar desenvolupant nous mètodes subjectius per tractar els nous serveis audio-visuals. La qualitat percebuda depèn del us i les tasques per les quals va destinada l’aplicació. Per exemple, en una conversació gratuïta a traves de vídeo-telèfon, la qualitat percebuda depèn principalment del retard, de la sincronització dels llavis i la qualitat del àudio, en canvi en una aplicació d’us unidireccional com l’ensenyament a distancia la percepció de la qualitat esta relacionada principalment amb la qualitat dels gràfics i les seqüències d’imatge amb moviments lents. A continuació es mostren el conjunt de noves Recomanacions ITU que han sorgit per implementar els mètodes subjectius: - P.910, Mètodes Subjectius d’Anàlisis de la Qualitat de Vídeo per Aplicacions Multimedia. - P.911, Mètodes Subjectius d’Anàlisis de la Qualitat Audio-visual per Aplicacions Multimedia. - P.920, Mètodes de Test (Prova) Interactius per Comunicacions Audio-visuals. - P.930, Principis d’un sistema de degradacions de referència per vídeo. Normativa 3 El treball en els mètodes objectius va donar fruit a dos Recomanacions ITU: - P.931, Retard en Comunicacions Multimedia, Sincronització, i Mesures de Tassa de Trama. - P.861, Mesures en codecs de discurs de Qualitat Objectives de la Banda Telefònica (300-3 400 Hz). La major part de la feina en aquesta qüestió es realitza en conjunt amb el Video Quality Experts Group (VQEG). El grup VQEG esta format per un conjunt d’experts procedents de diferents afiliacions incloent organitzacions internacionals reconegudes. El grup es va formar al octubre de 1997 i la majoria de participants estan treballant simultàniament en la ITU i el VQEG. 1.1.1. P.910: Formes d’avaluació subjectiva de la qualitat de vídeo per aplicacions multimedia Aquesta recomanació descriu els mètodes d’avaluació subjectiva no interactius per determinar la qualitat general de vídeo unidireccional per aplicacions multimedia com la videoconferencia, l’emmagatzematge amb recuperació, i la telemedicina, etc. Els mètodes es podem utilitzar amb diverses finalitats, com la selecció d’algoritmes, la classificació de la qualitat de funcionaments de sistemes audiovisuals i l’avaluació del nivell de qualitat d’una connexió de vídeo. Aquesta recomanació també descriu les característiques de la seqüència font de vídeo. • Entorn de la videoconferencia: Les fonts lluminoses poden situar-se per sobre de la camera o la seva vora. Es deurien d’evitar les llums d’estudi i utilitzar il·luminació de sostre que ens permet crear unes escenes d’un ambient típicament empresarial. Les condicions d’il·luminació de la sala en el camp de visió poden variar d’uns 100 lux a 10.000 lux per interiors. En el cas de fluorescents s’ha de contemplar la variació (freqüència de corrents alterna) de la llum que pot provocar fluctuacions en la seqüència de vídeo gravada. • Camera: Les seqüències d’imatges han de ser registrades amb una camera CCD d’alta qualitat. La relació S/N de la senyal de vídeo d’entrada en afecta a la qualitat de funcionament del codec. La relació S/N ponderada ha de ser superior a 45 dB (valor quadratic mig) i s’ha de mesurar segons la Recomanació J.61. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 10 - Desdibuixat. Es la reducció de la nitidesa del contorn i del detall espacial. Sovint es produeix en els algoritmes de compressió per l’intercanvi de bits de codificació de resolució i moviment. - Vibració de contorn. Produeix una distorsió concentrada en el contorn dels objectes, i es produeix per la utilització d’uns nivells primaris de quantificació durant el procés de codificació dins d’un bloc que conte contorns que delimiten zones uniformes i pixels amb un nivell mig notablement diferent. - Soroll. Existeixen molts tipus de degradacions per soroll, les mes freqüents son el soroll de mosquit i el de quantificació. El primer d’ells es una forma de vibració de contorn caracteritzada per efectes paràsits en moviment o diagrames de soroll amb taques superposades als objectes. El segon tipus es pot crear en l’etapa de quantificació, durant el procés de codificació per compressió i es semblant a un procés de soroll aleatori, podent ser gris o colorat però no uniforme al llarg de tota la imatge. - Trepidació. Es tracta d’un moviment, en principi uniforme i continu, percebut com un seguit d’instantànies diferents (moviment amb sacsejades). S’observa en sistemes de baixa velocitat binària i es degut a la omissió de trames de vídeo per reduir la quantitat d’informació transmesa. • Càlcul de la relació senyal/soroll de cresta. Les degradacions de la senyal de vídeo es poden mesurar objectivament calculant la relació senyal/soroll de cresta (PSNR, Peak Signal-to-Noise Ratio) a cada trama processada i el valor mig de PSNR en totes les trames d’una seqüència d’imatges processada. La PSNR no ponderada serveix com a mesura per avaluar la distorsió de la seqüència processada. Per a cada trama processada, k, es calcula el soroll RMS (quadratic mig), amb la formula següent: on: Uij = Valor de lluminancia de pixel no degradat en la ubicació fila i y columna j. Iij = Valor de lluminancia de pixel degradat en la ubicació fila i y columna j. N = 240 per una imatge SIF. M = 352 per una imatge SIF. k = k-ésima trama. [ ] )13.( 1 1 2 − ⋅ − = ∑∑ = = I MN IU N N i M j ijij rms k Normativa 11 Per calcular el PSNR d’una seqüència de K trames, es determina primer el valor mig de soroll per trama, aplicant l’equació (I.3-1). Desprès es calcula el valor mig de soroll, N rms , al llarg de la seqüència de K trames amb la següent equació: Per últim es calcula el PSNR amb l’equació (I.3-3): on: Sp es el nombre de nivells amb els quals es quantifica la intensitat de lluminancia. (Si el sistema quantifica els bits de lluminancia amb 8 bits, tenim Sp = 256). Donat que la mesura del PSNR no ponderat anomenada anteriorment està poc correlada amb el sistema visual humà, pot ser necessària una mitja objectiva mes precisa. 1.1.5. P.931, Retard en Comunicacions Multimedia, Sincronització, i Mesures de Tassa de Trama La present recomanació especifica els paràmetres i mètodes de mesura del temps de transmissió o retard a través d’un canal que es decisiu per avaluar si un sistema es adequat per a la conversació i el seu us interactiu. El mètode basat en el error quadratic mig preveu i mesura les variacions instantànies de retard de vídeo i que poden variar en gran mesura dins el curs de seqüències breus. )23.( 1 1 −= ∑ = IN K N K k rmsrms k )33.(log*20 10 −= I N S PSNR rms p Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 12 1.1.6. Altra normativa Per finalitzar cal esmentar que hi ha normativa ANSI (American National Standards Institute) que especifica com realitzar mesures de qualitat objectives en els serveis de telecomunicacions de vídeo digital. Aquesta normativa va aparèixer abans que la seva respectiva ITU degut a que la investigació Americana esta sent superior. L’Institut per les Ciències de Telecomunicacions (ITS) Video Quality Research Project va desenvolupar un nou paradigma de mesura basat en l’extracció i comparació de les característiques de percepció amb un ample de banda reduït (p. e. :gestos, contorns) que es poden apreciar amb facilitat sobre la xarxa de radiodifusió. Aquestes mesures van rebre tres patents Americanes que van ser adoptades com a Standard ANSI l’any 1996 (ANSI T1.801.03-1996, revisada l’any 2003). Posteriorment, l’any 2004, aquest Standard es va introduir en dues recomanacions ITU: ITU-T Recomanació J.144R i ITU-R Recomanació BT.1683. En la següent taula es mostra l’evolució dels Standard ANSI: ANSI T1.801.01 proporciona un conjunt d’escenes de vídeo de test en format digital que `poden ser utilitzades en sistemes de vídeo subjectius i objectius. Les seqüències Standard son importants perquè repercuteixen durant la compressió digital i la transmissió (detall i moviment). ANSI T1.801.02 es un diccionari de termes de vídeo digital. Es mostren característiques del deteriorament del vídeo digital com les pampallugues, taques, error de bloc, sotragades, etc. ANSI T1.801.03 defineix un nou mètode de treball per paràmetres objectius que es poden utilitzar per mesurar la qualitat dels sistemes digitals de vídeo. ANSI T1.801.04 defineix mètodes de mesura pel retard d’àudio, vídeo i la sincronització audio-visual. Aquest paràmetres son i importants pels serveis de telecomunicacions interactius A mes aquest paradigmes de mesura estan reconeguts internacionalment com a referència per la mesura de qualitat de vídeo en la ITU-T Recomanació J.143, "Requeriments d’usuari per la percepció de mesures objectives de qualitat de vídeo en la televisió digital per cable". Ames els mètodes han estat provats en un rang ampli de sistemes de vídeo i tasses de bit incloent la videoconferencia (MPEG 1,2 i4). L’any 2002 l’ITS va desenvolupar el software Video Quality Metric (VQM) per enviar-lo al grup VQEG (ITU) per a verificar el seu funcionament d’una forma independent. En diferents test de vídeo VQM proporciona un coeficient de correlació amb les dades subjectives superior al 95%, que es molt proper al límit teòric. Selecció de software de videoconferencia i captura 13 CAPÍTOL 2. Selecció de software de videoconferencia i captura 2.1. Muntatge inicial 2.1.1. Objectiu Es disposa del demostrador UMTS en el Laboratori 301 el funciona sota el sistema operatiu Linux. Es disposa de dos ordinadors els quals simulen respectivament el terminal UMTS sotmès a prova i el servidor multimedia. El objectiu inicial es la utilització del software de videoconferencia VIC (Video Conferencing Tool) que esta instal·lat i funcionant correctament en les dues màquines esmentades. En el següent diagrama es mostra aquest esquema: El PC1 es el terminal mòbil sotmès a prova que es comunica amb el demostrador el qual ha de simular una xarxa de comunicacions radio en la qual tenim un ample de banda limitat, hi haurà pèrdua de paquets i congestió deguda a altres usuaris. El PC2 serà el servidor de dades multimedia. L’aplicació de videoconferencia funcionarà sobre una xarxa IP i s’executarà en els dos PC. Els vídeos capturats poden ser traslladats a un altre PC per a realitzar la mesura de qualitat amb els software mes indicat. En aquest entorn s’ha de determinar aspectes el codec utilitzat, quins seran els formats de vídeo acceptats pels programes (necessitat de conversors de formats), etc. Tenim doncs tres possibilitats per assolir el objectiu de captura de vídeo: a) Utilitzar un software de captura de pantalla per capturar el vídeo del VIC. b) Utilitzar l’eina MMCR (Multicast Multimedia Conference Recorder). c) Cerca d’un software de vídeo conferencia que ens permeti capturar el vídeo. PC1 PC2 Demostrador Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 14 Desprès de realitzar la cerca de captadors de pantalla per Linux sense assolir el objectiu es decideix passar a buscar-ne pel sistema operatiu Windows en el qual es troba Camtasia Studio. Pel que fa al software de videoconferencia es troben un conjunt de programes però o no satisfan les necessitats de captura, molts estan en fase de desenvolupament i es complicada la seva instal·lació (falta de llibreries, etc.). Per tant també es decideix realitzar la cerca del software de videoconferencia pel sistema operatiu Windows. Tot seguit es mostren el dos programes de videoconferencia que funcionen sobre el sistema operatiu Linux. - GnomeMeeting: esta dissenyat per l’entorn Gnome i suporta múltiples codecs de àudio i vídeo, però no suporta captura. - Projecte Jiboia: es tracta d’un API de comunicacions per desenvolupadors Java i proporciona a Java les funcions necessàries per poder processar a baix nivell tota classe de comunicacions de xarxa, podent així desenvolupar un entorn de videoconferencia. 2.1.2. Descripció Software inicial El VIC es tracta d’un software desenvolupat pel Grup de Recerca de Xarxes Multimedia de l’UCL (Col·legit Universitari Londres). Permet realitzar videoconferencies unicast i multicast escollint el codec desitjat d’un ventall ampli de possibilitats ames del nombre de trames per segon transmeses. Aquest software funciona tant sobre el sistema operatiu Linux com sobre Windows. Per executar el VIC només hem de dirigir-nos a la Konsola i executar la comanda que es mostra a continuació: Prompt> vic [opcions] <host_remot/port> Les direccions IP del servidor i el client corresponen a les de la tarja Ethernet 02 dels PC’s del laboratori i son: PC Server: 192.168.2.10, PC Client: 192.168.2.9. El port indicat ha de ser el mateix en ambdós ordinadors i ha de ser inferior a 5002. Selecció de software de videoconferencia i captura 15 En la següent captura (Figura 2) podem observar les principals finestres del programa des de les que modifiquen les opcions. Figura 2. Captura del programa VIC. 2.2. Muntatge sobre Windows En aquest apartat es mostren les tres possibilitats al hora de realitzar les mesures. En la primera d’elles s’utilitza el programa VIC amb un software de Captura, en la segona s’analitza MMCR i en la tercera es passa a buscar un nou software que permeti capturar el vídeo directament. 2.2.1. VIC i software de captura Es realitza la transmissió de vídeo amb el programa VIC i la captura de vídeo amb el programa Camtasia Studio que permet la captura de la finestra del VIC directament. Els ventall de formats de sortida que s’obtenen son molt elevats però ens centrarem en l’ avi que es dels mes comuns. El software Camtasia Studio ens indica en tot moment tant el nombre de trames capturades com la durada total del vídeo capturat. Això ens permet que les dues captures siguin iguals en nombre de trames i duració que es un requisit necessari per un dels software de mesura de qualitat dels quals disposem: Vídeo Quality Studio. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 16 En la següent figura (Figura 3) es mostra una captura dels clips generats tal com s’ha anomenat anteriorment. En la primera imatge podem veure el vídeo capturat directament. En les dues seqüències s’ha introduït un quadre de color blanc i color vermell respectivament que ens permetrà realitzar proves amb els programes de VQS. Figura 3. Captura de clips de vídeo generats. Alhora de realitzar la captura s’ha de tenir en compte el retard degut a la transmissió. Aquest retard es aproximada ment de dos segons amb el programa VIC amb una tassa de trama de 8 trames/segons i una tassa de dades de 10 kbps mitjançant el codec h263+. Si utilitzem una codificació amb una compressió inferior con jpeg el retard es redueix a la meitat aproximadament i tassa de dades augmenta a 145 kbps. Per tal de que la pèrdua de qualitat a l’hora de capturar no ens afecti a les mesures de qualitat ens hem d’assegurar de que els paràmetres del software de captura son el mateixos. El format de vídeo de sortida acceptat pels programes es el que correspon a les trames sense comprimir i color real (24-bit de tamany de mostra de vídeo). 2.2.2. VIC i MMCR El MMCR es un programa en Java capaç d’enregistrar i tornar a reproduir dades multimedia enviades amb VIC. El problema que ens trobem, i que no queda especificat a la pagina oficial, es que el format d’emmagatzematge del software es propi i no podem processar el vídeo amb aquest format. Un cop descarregat el software l’executa en el demostrador desprès d’haver executat la Maquina Virtual Java amb la següent comanda: export PATH=/usr/java/j2sdk1.5.2_05/bin:$PATH Per tant descartem la utilització d’aquest programa i en quedarem amb les altres dues opcions que ens resten per a realitzar les mesures de qualitat. Selecció de software de videoconferencia i captura 17 2.2.3. Cerca d’un nou software El nombre de programes pel sistema operatiu Windows es molt superior. Des pres de realitzar la cerca s’analitzen el programes i s’instal·len per la seva avaluació. Els dos principals factors tenir en compte son la possibilitat d’enregistrament i la facilitat a l’hora d’obtenir-lo, donant prioritat a software de lliure distribució. En la següent taula es mostren el conjunt de programes trobats que inclouen la captura de vídeo: Aplicació Tipus de videoconf. 1 VPN /IP 2 Trans. Arxius Enregis. Sessió Llicencia SO im4cam M VPN /IP X X Gratis Win 95/ 98/ Me/200 0 Flyonthewall V VPN /IP X X 7 Dies Win 95, 98, NT, ME, 2000, XP Video VoxPhone Conference V VPN /IP X X - Win 95/98 iSpQ VideoChat V VPN /IP X 21 Dies Win95/ 98/ Me/ NT /2000 Dwyco Video Conferencing M VPN X X - Win95/ 98/ Me/ NT /2000 SeeSaw Communicator M X Free to try, $20 to buy Window s 98/NT/2 000 Ara descriurem el conjunt de programes per saber si s’adapten o no a les nostres necessitats. 1 V/M/A, Videoconferencia Punt a punt / Multiconferencia / Audioconferencia 2 VPN, Xarxa Virtual Privada Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 18 • im4cam Només es pot gravar el vídeo en el destí, per tant segueix tenint el problema d’enregistrar el vídeo origen i si realitzem una captura amb un altre programa tindrem el problema de que la pèrdua de qualitat serà diferent i ens afectarà alhora de realitzar les mesures de qualitat. El format d’enregistrament es desconegut amb extensió .tvc. El programa requereix d’un registre inicial per poder accedir a la xarxa virtual privada. • Flyonthewall: FlyConferencing Suite. FlyConferencing Suite s’instal·la i funciona correctament i permet la captura tant del vídeo transmès com el rebut. A mes el format del vídeo de sortida es AVI el qual accepten els mesuradors de qualitat de vídeo. • Video VoxPhone Conference. Video VoxPhone Conference s’instal·la i s’executa correctament però no es visible cap opció d’enregistrament de vídeo. S’han de donar dades d’ISP (Internet Service Provider) per poder realitzar trucades. • iSpQ VideoChat. Aquesta aplicació s’instal·la i funciona correctament però el format d’enregistrament es propi i no permet modificar els clips capturats. Només es permet la captura i la posterior reproducció a treves de la finestra de conversació. El programa requereix d’un registre inicial per poder accedir a la xarxa virtual privada. • Dwyco Video Conferencing. Aquest software s’instal·la correctament però no l’he aconseguit executar degut a requereix la compra d’una subscripció. • SeeSaw Communicator. Aquest programa requereix d’una tarja de crèdit per tal de poder obtenir una copia de prova del programa. Selecció de software de videoconferencia i captura 19 Del llistat anterior es pot observar que el únic programa que compleix el nostre principal requisit es FlyConferencing Suite i per tant es el que analitzarem a continuació. Per començar una videoconferencia s’ha de realitzar una trucada des de la pantalla inicial del programa indicant la direcció IP de del destí. Entre les seves opcions modificables trobem la tassa de trama i la compressió del vídeo la qual influeix considerablement sobre la tassa de transmissió de les dades a traves de la xarxa. Entre els codecs disponibles tenim MPEG-4, Intel 4:2:0 i la opció de deixar els quadres complerts sense comprimir. Les tasses de trama per a una imatge amb moviment constant son de 500 KB/segon per al vídeo sense comprimir amb un retard d’un segon aproximadament i 20 KB/segon per al vídeo compres amb MPEG-4 amb un retard inapreciable. Pel que fa al format tenim que amb una resolució de 320x240 podem tenir un volum de 230300 Bytes per al format RGB i aquest volum queda reduït a 115200 per al format IYUV. En la següent imatge (Figura 4) es mostra una captura del programa en la qual es pot observar la opció de qualitat de vídeo dins la finestra de comandes la si es modificada fa que el programa comprimeixi la dimensió de la trama de vídeo. Figura 4. Captura de FlyConferencing Suite. Les opcions que s’han escollit per la realització de les captures en posteriors apartats son: resolució 320x240, tassa trama 5 trames/segon., quadres sense compressió i format RGB24. Aquestes opcions s’utilitzaran quan es facin mesures de prova per comprovar el funcionament dels programes però desprès haurem d’adequar-les a un canal radio. Una de les coses que s’ha observat al realitzar transmissions i no es pot modificar es que el programa realitza les captures del vídeo rebut amb una tassa de trama del doble de les transmeses, obtenint així una major qualitat. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 26 CAPÍTOL 4. Mesures PSNR En aquest capítol es mostren els diferents test realitzats amb les seves corresponents mesures obtingudes. Amb els diferents test es prova de determinar el correcte funcionament dels programes i es pretén aconseguir mesures per tal de poder determinar la qualitat de la transmissió realitzada. També es mostra una possible opció de presentació de les dades obtingudes per al seu posterior anàlisi. 4.1 VIC, software de captura i VQS. En aquest apartat s’utilitzen les seqüències generades en el apartat 2.2.1. per realitzar mesures amb VQS. Les mesures presentades son les gràfiques dels valors de PSNR obtinguts per a cada una de les components Y, U i V. En el eix de les x (Figura 9) es mostra el nombre de trama al qual pertany la mesura i en el de les y la mesura de PSNR en dB. La línia groga mostra la mesura del PSNR en les dues seqüències capturades i en les quals no s’ha introduït cap tipus de modificació i la línia blava mostra la mesura obtinguda desprès de les modificacions. Al hora d’analitzar les gràfiques hem de tindré en compte que la modificació del vídeo es produeix entre les trames 16 a 31 introduït un quadrat de color blanc i entre les trames 54 a 139 introduint un quadrat de color vermell. Aquest fet queda visible en la línia de color blau. A la gràfica observem la tendència que te el PSNR a disminuir al comparar seqüències de vídeo diferents degut a que el soroll RMS serà superior. Figura 9. Gràfiques mesures PSNR. Mesures PSNR 27 El augment de la mesura observable en la gràfica d’Y entre les trames 98 a 154 es degut a una major similitud entre les dues seqüències comparades. Aquest fet demostra que la mesura de PSNR es coherent. La introducció del quadre vermell queda reflectida en major grau dins de la component V degut a que mesura la diferencia entre R i Y. Processant les dades proporcionades pel software mitjançant exel podem obtenir amb facilitat la mitja de cada una de les components. D’aquestes dades observem que la disminució en PSNR ha estat de 3,67 dB. Sense Modificar Modificat Component Y U V Y U V Mitja lineal 12,73 127,81 116,60 8,35 74,53 58,81 (dB) 22,1 42,13 41,33 18,43 37,45 35,4 4.2 Comparació VQS i VQM Per poder realitzar una comparació amb els dos programes realitzarem la mesura de PSNR amb el programa VQM amb les mateixes seqüències utilitzades en el apartat anterior. A mes s’ha creat una nova seqüència a partir de les anteriors (mitjançant Camtasia Studio) en la qual la única variació introduïda es un quadre de color blanc durant tota la seqüència. VQM proporciona la mesura de PSNR de la component Y i ens proporciona un únic valor que correspon al valor mig. En la següent taula es mostren els valors de PSNR obtinguts amb els dos programes: • El valor de PSNR amb seqüències sense modificar i VQS es: 22,1 dB • El valor de PSNR amb seqüències sense modificar i VQM son: 21,4519 / 21,6904 dB En aquest cas ens apareixen dos errors que son Non-zero processed vertical shift of 2 frames lines i Temporal registration failed for clip, repeat calibration with larger uncertanty. El segon error el podem eliminar desactivant el registre temporal des de les opcions avançades (vídeos no sincronitzats) que ens ofereix el programa i ens dona lloc a la segona mesura mostrada en anteriorment. • El valor de PSNR amb seqüències modificades i VQS es: 17,93 dB • El valor de PSNR amb seqüències modificades i VQM es: 15,5430 / 15,5710 dB En aquest cas apareix un error que Temporal registration failed for clip, repeat calibration with larger uncertanty i el podem eliminar com hem fet anteriorment. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 28 En posteriors mesures realitzades amb seqüències transmeses a traves de la xarxa o el demostrador el que realitzarem es un calibratge automàtic o un alineat manual de les seqüències, que es una de les opcions que ens permet VQM. Per tal de poder realitzar una millor comparació realitzem noves captures amb Camtasia Studio aquesta vegada en els PC’s del laboratori i capturant la finestra de FlyConferencing Suite. Diferenciem entre les seqüències amb sense moviment i amb moviment que ens afectarà a la mesura de PSNR degut a que si la imatge es estàtica un decalatge temporal tindrà un efecte inferior sobre la mesura. Al realitzar mesures amb vídeos iguals (webcam fixada i es realitzen dos captures seguides) ens adonem de que el programa VQS ens dona un valor de PSNR de 41,78 dB i VQM no ens deixa realitzar la mesura perquè els vídeos son molt semblants. Si fem la prova d’introduir el mateix vídeo canviat de nom als programes VQS ens dona ∞ dB que ens indica que els vídeos son idèntics i VQM en dona un valor de 40,34 dB. Al realitzar mesures amb vídeos en moviment obtenim de PSNR: Estàtic 1 Estàtic 2 Imatges est. dif. Mov. persona Mov. Camera VQS (Component Y dB) 25,54 17,28 11,46 17,71 15,61 VQM (dB) 25,81 17,998 2,93 18,34 13,94 Per tant tenim que VQM es fiable quan les imatges son semblants i tenim el moviment d’una persona en el centre de la imatge (cas d’una videoconferencia). Ens ha aparegut el error de registre temporal en les seqüències estàtiques i de moviment de la persona. En el cas de les imatges estàtiques diferents també ens ha aparegut el error de guanys (comentat en el apartat 4.4.1) i per aquesta raó no podem donar per valida la mesura, es a dir no podem mesurar imatges diferents. Mesures PSNR 29 4.3 FlyConferencing Suite i VQM 4.4.1 Ajustos En aquest apartat realitzarem unes primeres mesures amb vídeos capturats amb FlyConferencing Suite amb ordinadors que no pertanyen al laboratori per tal de poder veure quins son els valors de PSNR obtinguts i poder eliminar els errors que ens apareguin en VQM i realitzar les mesures finals en el següent apartat. En la següent figura (Figura 10) podem apreciar les opcions avançades d’ajust i quines son les modificacions que podem realitzar abans de fer la mesura a mes del format de sortida de les mesures de PSNR. Figura 10. Captura de les opcions avançades de VQM al realitzar un test. Si realitzem aquestes mesures ens apareix el error de guanys. Aquest error es degut a la diferencia entre les dues seqüències de vídeo introduïdes al software i ens apareix en el factor d’escala de l’amplitud aplicat per l’HRC a les escenes de vídeo. Aquest error apareix tant en el guany com en el offset. La formula aplicada es processat = guany * original + offset i els valors ideals per al dos factors son respectivament 1 i 0. Quan els VQM ha d’aplicar un valor de correcció superior als indicats en ensenya el error de calibratge que ens indica que la mesura no serà correcte. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 30 El efecte de desactivar l’ajust de guany i offset en les opcions avançades del programa de un efecte molt important en la mesura de PSNR fent-la disminuir fins a un valor de 20 dB. Una altre opció es donar una major incertesa a la mesura, tal com aconsella el programa (aquest efecte queda reflectit en la mesura realitzada a continuació). Ara passarem a realitzar mesures per tal d’analitzar el efecte que produeix la variació de la tassa de trama de sortida introduïda en el programa Camtasia Studio. Com ja hem remarcat anteriorment ens cal una recodificació del vídeo mitjançant aquest programa per tal de que el format sigui acceptat per VQM (VQM transforma aquest format en yuv extraient la capçalera del arxiu de vídeo). - Les dades dels vídeos capturats son les següents: Tamany d’imatge 320x240 pixels Tassa de trama (tx): 5 trames/segon, (rx): 10 trames/segon Nombre trames (tx) (85 trames), (rx) (169 trames) Durada vídeo (tx): 17 segons, (rx): 16 segons Tamany de mostreig 24 bits Compressió de vídeo IR32 (Intel Indeo(R) Video R3.2) Aquest vídeos els hem de processat amb Camtasia Studio per obtenir el format RGB24. La tassa de trama serà de 15 trames/segon (Es la mínima de VQM), també deixarem les tasses de sortida de FlyConferencing per veure quin es el seu efecte sobre VQM. Les dades dels vídeos de sortida son de Camtasia Studio les mostrades en la taula anterior però amb la variació de que no hi ha compressió de vídeo (compressió de vídeo: Uncompressed) i la variació de la tassa de trama segons dues possibilitats. Anàlisis del que succeeix si definim la tassa de trames: a) Automàtica. Tassa de trama (tx): 5 trames/segon, (rx): 10 trames/segon Nombre trames (tx): 85 trames, (rx): 169 trames Durada vídeo (tx): 17 segons, (rx): 16 segons Ens apareix el error de registre temporal que el solucionem afegint la opció de registre temporal manual i alineant nosaltres mateixos els dos clips. El error d’offset de la component Y el solucionem donant una major incertesa a la mesura, la incertesa per defecte es 1 segons i li hem donat una incertesa 1,2 segons. Mesura: 12,2348 dB Mesures PSNR 31 b) Fixada a 15 trames per segon. Tassa de trama (tx): 15 trames/segon, (rx): 15 trames/segon Nombre trames (tx): 255 frames, (rx): 253 frames Durada vídeo (tx): 15 segons, (rx): 16 segons Primera Mesura: 28,778 dB El que aparentment, analitzant els vídeos trama a trama mitjançant VQM, fa Camtasia Studio es copiar les mateixes trames dos vegades o realitzar la mitja entre trames consecutives. Per tant consideraren la mesura b) com a correcta per es troba dins del rang de valors correctes de PSNR quan es mesurem vídeos transmesos a traves d’una xarxa (entre 20 i 40 dB aproximadament). La mesura a) no es correcte perquè no compara les mateixes trames. Per tal d’assegurar la validesa de la mesura b) realitzem dos mesures mes amb noves captures i comparem el valor de PSNR obtingut en el anterior per determinar si les condicions de mesura han estat adequades. Segona Mesura Tercera Mesura 24,2035 dB 22,503 dB Com a ultima comprovació tornarem a repetir la primera mesura però modificant les opcions de calibratge de VQM. Sense calibrar el registre temporal Sense calibrar el guany 12,242 dB 5,3694 dB Podem observar que el realitzar la mesura sense calibrar els calibrat del registre temporal ens dona un valor de PSNR semblant al cas en que les tasses de trama son les originals i no les hem modificat amb Camtasia Studio. Les mesures amb un error de calibratge de guany no les podem donar com a bones com ja hem esmentat amb anterioritat. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 32 Com a ultima comprovació abans de passar a vídeos de FlyConferencing Suite decalarem, mitjançant VQM, el segon vídeo per veure el possible efecte que produeix sobre el PSNR el desalineament i poder determinar rang de valors correctes per mesurar. Decalatge (Trames) PSNR (dB) Efecte Calibratge Automàtic 28,778 0 28,7609 1 28,778 2 28,7609 3 28,7438 Es comença a observar visualment un decalatge entre vídeos. 4 28,7349 5 28,7176 6 28,7003 7 28,744 8 28,7266 9 28,709 10 28,7374 20 21,7216 Temporal registration failed, apareix el error de registre temporal. 30 21,5917 40 17,4973 50 15,5974 60 15,2897 100 12,7005 200 An exception in calibration has ocurred No es pot realitzar la mesura. El efecte d’una disminució important en la mesura s’observa a partir d’un decalatge de 20 trames. Com que VQM introdueix trames grisos quan els dos vídeos no tenen la mateixa durada, de les dades de la taula anterior podem dir que el efecte produït per aquest decalatge no es considerable fins que superem aquestes 20 trames, per tant no es rellevant. Mesures PSNR 33 4.4.2. Mesures Per finalitzar passarem a realitzar les mesures sobre el demostrador del laboratori. Es separem els diferents test realitzats per tal de poder determinar els efectes que produeix cada una de les modificacions realitzades. En un dels test també es realitza un anàlisis del tràfic per poder veure que es el que succeeix. • Test 1. Adaptació de a les condicions del canal. En aquest apartat modificarem els paràmetres dels programes per tal d’adaptar-nos a les condicions d’un canal mòbil: codec, format de vídeo, nombre de trames, etc. (Aquesta adaptació s’ha realitzat amb el demostrador sense limitacions = = notun) Objectiu (per streaming) Tassa de transferència 64 kbps a 384 kbps = = 1 kBps a 48 kBps Resolució 176x144 pixels en format de seqüència QCIF (320 X 240 pixels y un tamany de 128 kbits) 7,5 trames/segon Codec AVC/H.264 Les millors condicions obtingudes han estat: Configuració de la transmissió Compressió Tassa trama Tasses de transferència Resolució: 160x120 pixels. Profunditat de bits: RGB24 Tamany: 57600 Codec: Ligos Indeo Video 5.11 Qualitat: 100% 5 trames/s Des de 4,1 kBps fins 21,1 kBps Si ara mesurem la PSNR amb aquestes noves condicions obtenim 23,15 dB per a seqüències sense moviment i 17,6436 dB per a seqüències amb moviment. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 34 • Test 2. Anàlisi de tràfic i efecte limitacions del demostrador. Per tal de poder analitzar quin tipus de tràfic genera el software FlyConferencing Suite es realitzaran diverses captures amb Ethereal (software de captura i anàlisis de tràfic). Amb aquestes captures podem mesurar el volum de dades real que s’està transmetent, analitzar quin es el tipus de tràfic generat per FlyConferencing Suite i verificar el funcionament correcte del demostrador (alhora de limitar el ample de banda i pèrdua de paquets). Quan capturem aquest tràfic hem de tenir present que el volum de dades capturat serà el total que s’està transmetent a traves del demostrador, per tant, dins d’aquest volum hi tenim tant el vídeo transmès com el rebut. Aquest fet es degut a que el demostrador ens limita la tassa de transmissió entre servidor i client a un valor fixat x, i aquest valor es el volum de dades que permet transmetre en ambdues direccions de la comunicació. Per tant si limitem en un ample de banda x obtenim: Les captures de tràfic realitzades son de 30 segons aproximadament. Pel que fa al volum de dades corresponents a la codificació d’àudio s’observa que es tracta de tràfic UDP i que el seu volum es bastant considerable. El nombre de paquets pot arribar a igualar el dels corresponents a la transmissió de vídeo. Aquest factor no s’avia observat amb anterioritat i en conseqüència en les següents mesures passarem a eliminar el àudio i anul·larem la variació del volum de dades transmeses introduïda al codificar àudio. Les dades transmeses varien al parlar o al enviar soroll de fons a traves del micro integrat dins de la webcam. Aquest fet queda reflectit en la següent taula mesurada amb la configuració reduïda i la imatge estàtica: Tipus Soroll Tassa Total Mesurada Ethereal (kbps) Fons 163 Parlant 236 Eliminat 128 Demostrador x kbps x kbps Servidor Client Mesures PSNR 35 Pel que fa al vídeo s’observa que el tràfic de vídeo generat es TCP. Això es un inconvenient alhora de poder realitzar mesures precises de PSNR perquè quan forcem pèrdues de paquets, el transmissor no rebrà els corresponents ack’s (camp del protocol TCP) que l’indiquen al transmissor que les dades han estat rebudes correctament, i en conseqüència, el software intentarà tornar a enviar les dades per tal de que arribin al seu destí. El demostrador ens permet configurar les següents opcions amb les corresponents comandes: a) (-r) Limitar la tassa de transferència entre 64 i 4096 kbps. b) (-u) Establir el valor ULP (0-99 %). Pèrdues incondicionals: que ens marquen directament la probabilitat de pèrdua de paquets. c) (-c) Establir el valor CLP (0-99 %). Pèrdues condicionals: ens indiquen la probabilitat de pèrdua en funció dels paquets perduts amb anterioritat, Aquesta opció el que fa es produir efectes de ràfegues de pèrdua de paquets concentrant-nos les pèrdues en un espai de temps localitzat. d) (-q) Tamany de la cua de paquets (0-1024 kB). e) (-b) Tamany màxim del bucket (0-1024 kB). Es una forma de gestionar la cua. En la següent figura (Figura 11) es postren les configuracions per defecte del demostrador: Figura 11. Configuracions per defecte del demostrador. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 42 El resum de les mesures realitzades s’observa ens els següents gràfics (Figura 16, Figura 17): Figura 16. Mesures sobre el demostrador (autocalibratge). Figura 17. Mesures sobre el demostrador (manual). Mesures PSNR 43 En el primer d’ells tenim les mesures obtingudes amb calibratge automàtic i en el segons es mostres les mateixes mesures però amb el calibratge temporal realitzat manualment.. En el gràfic tenim el valor de PSNR obtingut per a cada una de les 4 mesures (eix de les x) realitzades en funció dels percentatges de pèrdua incondicional aplicats. Com ja hem vist anteriorment les mesures realitzades amb imatges sense moviment ens produeixen una major variabilitat degut a que el alineament temporal es realitza amb dificultat (no les prenem com a fiables i ens centrarem en les seqüències que tenen moviment). Si extraiem els increments de PSNR (Figura 16, amb moviment) per tal de determinar la disminució en la mesura, en funció del percentatge de pèrdues, obtenim: Increment Pèrdues (%) Mesura 1 Mesura 2 Mesura 3 Mesura 4 De 0 a 3 8,4007 5,8324 4,8058 7,6204 De 3 a 5 -1,1376 -0,6526 -2,0515 -3,9485 De 5 a 10 2,1841 3,7685 6,3918 3,7266 D’aquestes mesures cal esmentar que les que corresponen a un percentatge del 5 % son superiors a les que corresponen al 3 %. Aquest fet deu es degut a la variabilitat que ens proporciona el tràfic TCP. La progressió general es l’esperada per que al introduir un major nombre de pèrdues ens disminueix el PSNR que es degut al fet de tenir un soroll rms superior. Aquest fet es degut a que el numero de vegades que el programa es queda sense rebre informació es superior i la imatge del vídeo rebut es queda congelada durant períodes de temps superiors que provoquen que VQM mesuri trames diferents En les mesures tenim el problema que TCP proporciona una variabilitat en les mesures degut a que el comportament del tràfic no es el mateix per a totes les mesures. També cal remarcar la variabilitat en les mesures realitzades amb un mateix percentatge de pèrdues que poden ser degudes al calibratge i tenen un ordre de magnitud semblant a les produïdes per la variació del percentatge de pèrdues. Aquesta variabilitat s’observa tant en el cas de realitzar mesures amb autocalibratge com en el cas de realitzar mesures retardant una trama el vídeo transmès. En principi aquesta mesura hauria de ser la correcte perquè la disminució de la PSNR estaria directament relacionada amb la comparació errònia de trames. Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS (Part III) 44 4.4.3. Alternativa Per finalitzar comprovarem l’evolució de les mesures quan es realitza una transmissió amb VIC 5 en la qual no es realitzarà cap control d’errors sobre el tràfic generat. La captura de les seqüències de vídeo les realitzarem amb Camtasia Studio i estaran codificades directament en el format acceptat de VQM. Al introduir pèrdues sobre el tràfic UDP del VIC obtenim la pixel·lació de la imatge rebuda. Aquest fet es degut a que els paquets perdut no son reenviats al receptor el qual no disposa d’aquestes dades per mostrar-les. Aquest efecte el podem observar en la figura que es mostra a la dreta (Figura 18). Figura 18. Efecte pèrdues UDP. Per realitzar aquestes mesures no introduirem cap limitació de tassa de transferència mitjançant el demostrador 6 sinó que únicament introduirem les pèrdues incondicionals de paquets. Per aquesta raó no podrem comparar les mesures amb les obtingudes en els test del apartat anterior. El Vic i Camtasia Studio els configurem segons com es mostra en la següent taula: Codec H263+ (Màxima qualitat, normal) Tassa transferència enviada 1004 kbps Tassa trames enviades 15 trames/segon Resolució captura 360 x 349 pixels Tassa trames capturades 15 trames/segon 5 S’ha comprovat amb Ethereal que el tràfic generat es UDP. 6 Tassa de transferencia de 4096 kbps, la de transmissió del VIC s’esculleixx inferior. Mesures PSNR 45 Les mesures realitzades les podem observar en el següent gràfic (Figura 19): Figura 19. Mesures amb tràfic UDP. Les mesures les hem realitzat amb autocalibratge perquè en aquest cas el desajustos seran únicament en pèrdua de qualitat, no es manté la imatge congelada i el programa realitza l’ajust temporal correctament. L’evolució de la gràfica es la correcte i ens disminueix la PSNR al augmentar el nombre de paquets perduts en la transmissió. Compararem aquest gràfic amb les mesures obtingudes en la Mesura 1 (amb moviment i autocalibratge) que es veu en la següent gràfic (Figura 20). Figura 20. Mesures amb tràfic TCP. Si comparem les dues gràfiques observem que la evolució ha estat lineal en al primera es progressiva i en el segon cas es variable degut al tràfic TCP. El marge valor de PSNR per el qual en movem es el mateix en els dos casos però les mesures estables son les que es realitzen amb aquest últim entorn de mesura. 46 Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS Conclusions Ha estat complert el objectiu d’obtenir un entorn de mesures estable que permet mesurar la degradació en la qualitat de les seqüències de vídeo. Per arribar a les mesures ens hem trobat amb dues formes principals de realitzarles. En la primera d’elles hem realitzat la transmissió mitjançant un software que permet enregistrar la sessió de la videoconferencia en un format adequat per realitzar la mesura de qualitat, aquesta transmissió es realitza amb tràfic TCP 7 . En la segona es realitza una captura de pantalla de la seqüència mitjançant el programa adequat i el software que realitza la transferència ho fa mitjançant tràfic UDP 8 . Per a realitzar la mesura de la qualitat també es disposa de dos programes que donen unes mesures semblants però tenen unes condicions de mesura diferents. El utilitzar tràfic TCP proporciona variació en les mesures degudes a l’aleatorietat del tràfic generat al introduir pèrdues de paquets incondicionals. Aquesta variació no es percep al realitzar les mateixes mesures amb tràfic UDP de forma que considerarem que es el camí mes correcte per realitzar les mesures. Per continuar el TFC seria adequat repetir les mesures realitzades en el Capítol 4 amb el software UDP, per tal poder determinar amb facilitat quina ha estat la qualitat de la transmissió a partir de la mesura de la PSNR. Recentment ha aparegut un nou software, desenvolupat pels creadors de VQM, que permet la transmissió de vídeo per la seva posterior mesura amb VQM. S’hauria de determinar quin es el tipus de tràfic generat per aquest programa i realitzar mesures de qualitat per comprovar la seva utilitat. Per finalitzar es podria mirar la normativa ANSI respecte la mesura de qualitat de transmissions de vídeo per tal de comparar-la amb la ITU i poder trobar condicions de mesura fàcils de recrear que permetin estabilitzar tot el procés. 7 FlyConferencing Suite 8 VIC Bibliografia 47 Bibliografia [1] Pagina oficial de la Unió Internacional de Telecomunicacions (ITU). Ultima Visita: 24/2/2005. http://www.itu.int/home/ [2] Pagina del departament de Ciències Computades de l’UCL en la qual trobem el VIC. Ultima Visita: 30/5/2005. http://www-mice.cs.ucl.ac.uk [3] Servidor de la assignatura xarxes avançades en el qual hi ha software i projectes sobre mesures de qualitat de vídeo. Ultima Visita: 24/2/2005. http://www.redes.upv.es/~mperez/rav/ [4] Pagina del Video Quality Research Group en la qual trobem el VQM. Ultima Visita: 24/2/2005. http://www.its.bldrdoc.gov/n3/video/Default.htm [5] Pagina en la que es s’analitza un conjunt de software de videoconferencia pel sistema operatiu Linux. Ultima Visita: 24/2/2005. http://linux.bankhacker.com/aplicaciones.phtml?endescripcion=&palabra=Video conferencia [6] Enllaç per a la descarrega del programa MMCR. Ultima Visita: 23/6/2005. http://www-mice.cs.ucl.ac.uk/multimedia/projects/merci/deliverables/d3/d3.html [7] Llistat de programes de videoconferencia per Windows. Ultima Visita: 24/2/2005. http://www.recursosvoip.com/netmeeting/alternativas.php [8] Llistat de software per gravar videoconferencies. Ultima Visita: 24/2/2005. http://www.cesga.es/ga/default.html?Teleensino/vconf/comparavcp.html&2 [9] Pagina oficial del programa Video Quality Studio. Ultima Visita: 24/2/2005. http://www.everwicked.com/vqstudio/ [10] Pagina amb informació sobre els formats RGB i YUV. Ultima Visita: 24/2/2005. http://www.videoedicion.org/manuales/compresion/compresion.htm#1.2%20YU V [11] Informació del format YUV. Ultima Visita: 24/2/2005. http://msdn.microsoft.com/library/default.asp?url=/library/enus/dnwmt/html/YUVFormats.asp 48 Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS Annexos ANNEX I. Formats de vídeo Per enregistrar una hora de vídeo PAL a pantalla completa (720x576) necessitem un FBR (Flux Constant de dades) de 32.768 KB/s que son un total de 117,96 GB per emmagatzemar. Per això es imprescindible la utilització de codecs (Codificador-Descodificador) • RGB Amb aquest format capturem el 100% de la qualitat sense cap tipus de compressió. Al parlar de RGB hem d’especificar també la profunditat del color, expressada en bits. Si parlem d’RGB24 estem indicant que el vídeo te una profunditat de color de 24 bits (16.777.216 colors). Els valors possibles son RGB-32, 24, 16, 15. • YUV Aprofitant la característica de que l’ull humà es mes sensible a la lluminositat (quantitat de llum per pixel) que al color es pot centrar la compressió en el color preservant la lluminositat a partir de la transformació de la combinació lineal de les components RGB en les senyals equivalents YUV. D’aquesta forma s’aconsegueix reduir la grandària sense afectar massa a la qualitat. El canal Y fa referència a la Luma (lleugerament diferent que la lluminancia), que es el valor del rang entre la llum i la foscor, es a dir el senyal que veiem en televisor en blanc i negre. Aquesta senyal per tant no conté informació del color Y queda expressada matemàticament per: Y=0,3R+0,59G+0,11B i9 ens indica la proporció de cada una se les components RGB que forma part de la senyal Y. Tanmateix els canals U (CB) i V (CR) s’extreuen de les diferencies B-Y i R-Y respectivament aconseguint així reduir la informació de color. Aquest valors es poden tornar a agrupar per obtenir la mescla RGB. El senyal YUV te el mateix contingut que el RGB, però existeix una clara diferencia, el senyal RGB ocupa un ample de banda de 5 MHz per a cada una de les components. Tanmateix la senyal YUV requereix 5 MHz per la component Y i 1 MHz per cada component U i V. Si apliquem les senyals U i V a un modulador controlat per un generador de sincronismes, obtindrem la codificació que dona lloc a la senyal de crominancia C i la senyal YUV s’haurà transformat en senyal Y/C que tan sols requereix un ample de banda de 2 MHz. De la mescla dels senyals Y/C s’obté la senyal de vídeo compost. Annexos 49 Aquesta transformació queda il·lustrada en la següent figura (Figura 21): Figura 21. Procés de transformació d’una senyal RGB en vídeo compost. El principal aspecte a tenir en compte d’aquest format es el submostreig. Aquest submostreig s’expressa de la següent manera: - 4:4:4: es manté intacta tant la informació de lluminositat com la de color. - 4:2:2: redueix el mostreig del color a la meitat. - 4:1:1: redueix el mostreig del color a la quarta part (valor utilitzat en la compressió JPG). - 4:2:0: Elimina un dels valors de color deixant l’altre a la meitat (valor utilitzat en la compressió MPEG). Entre els formats YUV mes comuns trobem: - YUV2: Es el mes utilitzat i equival a 4:2:2. S’obté la lluminositat de cada pixel i el color de cada dos. - YUV8: S’elimina per complert la informació de color deixant tan sols la lluminositat (escala de grisos de 8 bits per pixel i 256 tons). - YUV9: La lluminositat s’obté de cada pixel a la vegada que el color s’obté d’un valor mig d’una matriu de 3x3. - BTYUV: Es equivalent a 4:1:1. Es conserva la lluminositat de cada pixel i pel color s’agrupen 4 pixels per línia i se’n obté la mitja. - YUV12: aquest format es molt utilitzat5 en la compressió MPEG, obté un valor mig de la lluminositat i el color per cada matriu de 2x2. Això explica la pixelació amb un flux de dades baixos. 50 Estudi sobre la percepció de QoS en un demostrador UMTS ANNEX II. Glossari • API’s Java: es tracta d’una amplia jerarquia de classes que cobreixen gran quantitat d’aspectes relacionats amb el desenvolupament de software. • AVI (Àudio Vídeo Entrellaçats): un format d’arxiu en el qual el àudio i el vídeo estan emmagatzemats consecutivament. • Bloc (o pixel): Conjunt de pixels. Pe exemple, un bloc de 8x8 pixels es el bloc de codificació mes petit utilitzat en algoritmes MPEG-1. • Distorsió de bloc: distorsió de la imatge caracteritzada per l’aparició d’una estructura de codificació de blocs subjacent. • Guany: es tracta d’un factor multiplicatiu i modificable per l’HRC per a tots els pixels per a una imatge individual, es conegut com a contrast. • HRC (Hypothetical Reference Circuit): El sistema de vídeo sotmès a prova com un codec o un sistema de transmissió de vídeo. • Multicast: connexió amb un nombre il·limitat de participants (tots els participants reben la imatge de la videoconferencia). • Offset: es tracta d’un factor additiu aplicat per l’HRC a tots el pixels d’una imatge individual, es conegut com a brillantor. • PAL (Phase-Altering Line): El sistema de vídeo composat analògic en color i 625 línies adoptat principalment a Europa. • RAW Vídeo: Vídeo sense cap informació de capçalera. Consisteix únicament dels bits que construeixen les trames de vídeo i no conte informació de les dimensions de les trames, la tassa de trama, etc. RAW Vídeo s un terme genèric que es pot aplicar a un vídeo amb qualsevol format com: UYVY, YUV12, YUY2, i RGB24. • RGB24: Mostres RGB (Red, Green, Blue) descomprimides amb 24 bits per pixel. • Unicast: connexió entre els dos terminals durant tot el període de la videoconferencia.