Diseño y evaluación de sistemas de estimación de ancho de banda disponible para servicios adaptativos de vídeo streaming

Abstract

La transmisión de contenidos multimedia a través de la red es una de las aplicaciones más demandadas actualmente. No en vano, más de la mitad del tráfico en Internet se corresponde con servicios de streaming de vídeo en lo que calificamos como �horas punta�. Garantizar la calidad en la percepción de los contenidos frente a la gran demanda del servicio es el gran desafío al que se enfrentan los servicios de vídeo streaming. Además, hoy en día, el acceso a contenidos multimedia puede realizarse a través de diversos tipos de redes y con una amplia variedad de terminales que presentan diferentes restricciones. Por tanto, la adaptación de los contenidos a un entorno heterogéneo como es Internet será un proceso clave en la mejora de la percepción de la calidad del usuario. La presente tesis doctoral aborda esta problemática, aportando soluciones para tres formas diferentes de llevar a cabo la adaptación de los contenidos. Primeramente, se presenta un estimador no intrusivo para la tecnología streaming, basando la adaptación de los contenidos en la transcodificación de los mismos en tiempo real. Analizando los paquetes de vídeo recibido en la aplicación del cliente, el estimador es capaz de seleccionar el bitrate de codificación más adecuado para el ancho de banda disponible end-to-end. La estimación del ancho de banda disponible se lleva a cabo con métodos no intrusivos, basados en métricas clásicas como los paquetes perdidos o el jitter pero también en métricas novedosas como la linealidad de los instantes de recepción de los paquetes RTP. El estimador ha sido integrado en una arquitectura real cliente/servidor y evaluado con diferentes situaciones de tráfico en la red. La segunda solución para un sistema streaming adaptativo está basada en el empleo de la tecnología Scalable Video Coding (SVC), recientemente estandarizada como extensión del códec H.264/AVC. Empleando información de feedback de los clientes acerca del estado de la transmisión, el servidor es capaz de seleccionar la combinación más adecuada de capas SVC para el ancho de banda disponible. Las métricas de estimación de ancho de banda analizadas en el sistema anterior se adaptan a la tecnología SVC para perfeccionar el algoritmo de estimación. El sistema se implementa en equipos reales y los resultados muestran la correcta operación y la precisión del sistema ante diferentes variaciones del ancho de banda disponible, así como la mejora en la escalabilidad del sistema cuando al servicio acceden clientes de manera simultánea. Por último, no podemos obviar el incremento de popularidad de las soluciones streaming basadas en HTTP. A pesar de que los protocolos basados en TCP no fueron considerados, en un principio, aptos para la transmisión de contenido multimedia en tiempo real, el reciente desarrollo del estándar Dynamic Adaptive Streaming over HTTP (DASH) proporciona una solución. De esta forma, basándose en protocolos ampliamente utilizados en Internet, se facilita el reaprovechamiento de la infraestructura de red desplegada. En este sentido, en esta tesis se propone un último sistema streaming adaptativo empleando dicha tecnología. Al igual que en las propuestas previas, el sistema se implementará en equipos reales y se analizarán las mejoras introducidas.