Resumen de Aplicación de técnicas para la mejora de la transmisión de contenido multimedia en entornos de redes vehiculares
P. Pablo Garrido Abenza
La transmisión de contenido multimedia en entornos de redes vehiculares, o Vehicular Ad-hoc NETworks (VANETs), puede tener un gran número de aplicaciones. Sin embargo, el uso de un canal inalámbrico compartido por todos los nodos de la red y el alto requerimiento de ancho de banda para el envío de vídeo pueden hacer que la calidad del vídeo recibido no sea aceptable, sobre todo en aplicaciones en tiempo real (p. ej., video streaming), donde se requiere, además, un bajo retardo y una variación de retardo acotada. A todos estos problemas se les añaden los continuos cambios en la topología debido a la movilidad de los nodos de la red, especialmente en este tipo de redes, donde la alta velocidad de los vehículos limita drásticamente el tiempo de comunicación entre ellos o con la infraestructura fija. Mediante el uso de técnicas de codificación o compresión de vídeo, como el estándar High Efficiency Video Coding (HEVC), se reduce la cantidad de datos necesaria para su almacenamiento, así como el ancho de banda requerido para su transmisión. Sin embargo, la calidad de vídeo percibida por el receptor puede verse muy afectada por los problemas ocurridos durante la transmisión, por lo que se requieren otros mecanismos que aumenten la robustez de las secuencias de vídeo transmitidas.
Esta Tesis Doctoral está enmarcada en la investigación de técnicas que permitan mejorar significativamente la calidad con la que un usuario percibe la recepción de un flujo de vídeo HEVC en entornos de redes vehiculares. Para la consecución de este objetivo, se comenzó con el desarrollo de ciertas herramientas software que permitieran la realización de los diversos experimentos necesarios. Como primer resultado se obtuvo la aplicación GatcomSUMO, que permite la generación de escenarios y movilidad de los vehículos para el simulador OMNeT++, el framework Veins y el simulador de tráfico SUMO. Posteriormente se desarrolló el entorno denominado Video Delivery Simulation Framework over Vehicular Networks (VDSF-VN), con objeto de realizar la codificación de secuencias de vídeo mediante el codificador HEVC, la ejecución de simulaciones con los simuladores mencionados, la decodificación de las secuencias de vídeo recibidas, y la generación de gráficos con las estadísticas recogidas de forma automatizada, entre otras utilidades. Con todo lo anterior se llevaron a cabo diversos experimentos mediante simulación para evaluar la calidad de secuencias de vídeo transmitidas bajo diferentes condiciones de tráfico en la red. En primer lugar, se actuó sobre los parámetros del codificador de vídeo HEVC, utilizando modos de codificación con distintos patrones de refresco Intra y variando el número de fragmentos (tiles) de cada imagen de vídeo (frame). Los modos de codificación con mayor refresco Intra (p. ej., All Intra) requieren un mayor bitrate para su transmisión, sufren una mayor pérdida de paquetes, un mayor retardo (delay) y una alta variación de retardo (jitter). Sin embargo, en presencia de otro tipo de tráfico en la red (tráfico de fondo), se evidenció que son más robustos que otros modos con menor refresco Intra, en los que la pérdida de un cuadro (frame) puede tener un mayor efecto negativo en la calidad final del vídeo recibido debido a las interdependencias existentes entre frames. En cuanto al uso de tiles, se utilizaron distintos patrones uniformes junto con varios modos de codificación. Cuando se incrementa el número de tiles por frame, aunque se pierde algo de eficiencia de codificación, se consigue mayor robustez en presencia de tráfico de fondo, es decir, una mejor calidad del vídeo reconstruido. Sin embargo, el uso de tiles introduce una sobrecarga en el bitstream resultante y, puesto que a partir de un determinado valor el incremento de calidad no es significativo, con objeto de no saturar la red se determinó que lo óptimo es el uso de valores intermedios (entre 4 y 8 tiles por frame). En segundo lugar, y en combinación con los mecanismos anteriores, se utilizó la calidad de servicio (QoS) definida en el IEEE Std. 802.11p-2010, mediante la asignación de una mayor prioridad a los paquetes correspondientes a los frames de tipo I, y a los de todos los frames de vídeo. Los mejores resultados se obtuvieron en este último caso. En comparación a cuando no se utiliza QoS, las pérdidas correspondientes a los frames prioritarios se reducen considerablemente, sin perjudicar demasiado al resto de tráfico de menor prioridad existente en la red (tráfico de fondo), obteniéndose un mejor aprovechamiento del canal inalámbrico.
