Efficient Rate-Distortion Optimized Media Streaming
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Diese Dissertation betrachtet das Problem, optimale Übertragungsstrategien für raten- und verzerrungsoptimiertes Multimediastreaming über Kanäle mit zufälligem Paketverlust und zufälligen Übertragungsverzögerungen zu finden. Ein komprimierter Multimediadatenstrom, zum Beispiel ein Audio- oder Videodatenstrom, der in meist voneinander abhängige Datenblöcke unterteilt ist, soll an einen Empfänger zum sofortigen Abspielen gesendet werden. Die Abhängigkeiten zwischen den Datenblöcken werden als gerichteter azyklischer Graph dargestellt. Ziel ist es, Übertragungsstrategien zu finden, die die erwartete Abspielverzerrung für eine gegebene Übertragungsrate und die Verlust- und Verzögerungscharakteristik des Kanals minimieren. Es wird gezeigt, dass das Problem in zwei Schritten gelöst werden kann. Im ersten Schritt werden alle optimalen Übertragungsstrategien für ein einzelnes Datenpaket ermittelt. Im zweiten Schritt werden diese Übertragungsstrategien zu einer Übertragungsstrategie für eine Gruppe voneinander abhängiger Datenblöcke kombiniert. Es werden Algorithmen für beide Schritte entwickelt. Für den ersten Schritt werden Branch and Bound Algorithmen vorgeschlagen, die exakt und schneller als alle früheren Algorithmen sind. Für den zweiten Schritt werden ebenfalls Branch and Bound Algorithmen vorgeschlagen. Diese sind zwar langsamer als frühere Verfahren, aber sie sind die einzigen Algorithmen, die für alle Abhängigkeitsstrukturen exakt sind. Es wird außerdem der besondere Fall von baumreduzierbaren Paketabhängigkeiten betrachtet. In diesem Fall können die Abhängigkeiten zwischen den Paketen als Baum dargestellt werden, und optimale Übertragungsstrategien können durch dynamisches Programmieren gefunden werden. Diese Methode ist wesentlich effizienter als die allgemein anwendbaren Branch and Bound Algorithmen. Es werden auch zwei heuristische Verfahren vorgeschlagen, die das effiziente dynamische Programmieren für praktische Streamingsysteme anwendbar machen. Ein heuristisches Verfahren reduziert die Komplexität der dynamischen Programmierung, das andere transformiert beliebige Abhängigkeitsgraphen in Bäume. Obwohl durch Anwendung dieser heuristischen Verfahren die Exaktheit der dynamischen Programmierung verloren geht, sind die gefundenen Übertragungsstrategien besser als solche die mit früheren Verfahren gefunden werden können. Die vorgeschlagenen Verfahren werden in Simulationsexperimenten und in einem Übertragungsexperiment über eine Internetverbindung analysiert.
Zusammenfassung in einer weiteren Sprache
This thesis considers the problem of finding optimal transmission strategies in rate-distortion optimized media streaming over a packet erasure channel with random delay. A compressed media stream, such as an audio or video stream, that is split into a set of usually interdependent data units, is to be sent to a receiver for instant playback. The data unit dependencies are modeled as a directed acyclic graph. The goal is to find transmission strategies that minimize the expected playback distortion for a given transmission rate and the loss and delay characteristics of the channel. We show that the problem can be solved in two steps. The first step is to find all optimal transmission policies for a single data unit, the second step is to combine these optimal transmission policies into optimal transmission strategies for a group of interdependent data units. We develop algorithms for both steps. For the first step, we propose branch and bound algorithms that are exact and faster than all previously proposed methods. We also propose branch and bound algorithms for the second step. They are much slower than previously proposed methods, but they are the only algorithms that are exact for any data unit dependency structure. For the special case where the dependencies between data units can be represented as a tree, we propose more efficient dynamic programming algorithms that are exact as well. We develop two heuristics to make these dynamic programming algorithms suitable for application in a practical streaming system. One heuristic reduces the computational complexity of the algorithms, the other one constructs trees for arbitrary dependency structures. Although exactness is lost by the use of these heuristics, experimental results show that the solutions found are better than the solutions found by previously proposed heuristic methods. In addition to channel simulations, the methods presented in this thesis are also evaluated in a practical streaming system on an Internet connection.
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ISO 690
RÖDER, Martin, 2007. Efficient Rate-Distortion Optimized Media Streaming [Dissertation]. Konstanz: University of KonstanzBibTex
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