Bibliographic Metadata

Title
Multimedia streaming over best effort networks using multi-level adaptation and buffer smoothing algorithms / Michael Kropfberger
AuthorKropfberger, Michael
CensorHellwagner, Hermann ; Böszörmenyi, Laszlo
Published2004
DescriptionXII, 177 S.
Institutional NoteKlagenfurt, ,Univ., Diss., 2004
Annotation
Zsfassung in dt. u. engl. Sprache
Bibliographic Source
http://www.kropfberger.com
LanguageEnglish
Bibl. ReferenceKB2004 26 ; OeBB
Document typeDissertation (PhD)
Keywords (DE)Multimedia Strömen Netzwerk Puffer IP Adaption Umschalten RTP RTSP MPEG-4 ViTooKi
Keywords (EN)multimedia streaming network buffer IP adaptation switching RTP RTSP MPEG-4 ViTooKi
Keywords (GND)Multimedia / Streaming <Kommunikationstechnik>
URNurn:nbn:at:at-ubk:1-29718 Persistent Identifier (URN)
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Multimedia streaming over best effort networks using multi-level adaptation and buffer smoothing algorithms [7.78 mb]
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Abstract (German)

Neben den bereits bekannten Netzwerkanwendungen wie das Versenden von E-Mails und das Surfen im Internet, ist eine neue Technologie im Vormarsch: das StrÃmen von Multimediadaten. Doch bevor dieser neue Anwendungsfall sich wirklich im heutigen Internet durchsetzen kann, mÃssen noch einige Probleme beseitigt werden. Die folgenden MaÃnahmen sind absolut notwendig fÃr eine funktionierende Streaming-Umgebung:

- Das gleichmÃ$Ãige Aussenden von StrÃmen mit variablen Bitraten, welches unnÃtige Spitzenbelastungen verhindert.

- Kontrolle des clientseitigen PufferfÃllstands, um ein ruckelfreies Abspielen der Daten zu gewÃ$hrleisten.

- Das Erkennen von Paketverlusten und deren Fehlerbehebung bzw. die Veranlassung einer erneuten Ãbertragung.

- Schnelle und exakte Messung der real vorhandenen Bandbreite.

- Auf kurzfristige und kleinbereichige Bandbreitenvariationen muss schnell und effektiv mit Adaptionsstrategien (wie zB das Verwerfen von Frames) reagiert werden, welche die benÃtigte Bandbreite verringern, aber trotzdem die visuelle QualiÃ$t nicht ÃbermÃ$Ãig beeintrÃ$chtigen.

- Bei langfristigen und starken Bandbreitenvariationen muss der aktuell aktive Strom durch eine Bitraten-mÃ$Ãig angepasste Variante ersetzt werden.

Viele Forscher haben die obig genannten Themen bereits erkannt und behandelt. Leider wurden diese immer nur als Einzelprobleme angesehen, und es wurden niemals alle miteinander in einem groÃen Server-Client Streaming-System eingesetzt und auf deren Zusammenspiel analysiert.

Diese Dissertationsarbeit hat sich genau dieses zum Ziel gesetzt und wird die am meisten versprechenden Kombinationen prÃ$sentieren und analysieren.

Da die einfache Kommunikation zwischen Multimedia-Servern und Klienten eine der wichtigsten Anforderungen fÃr alle Internetapplikationen darstellt, wurde besonderer Wert auf StandardkonformitÃ$t gelegt. Als Ergebnis daraus entstand ein fre Open-Source-Projekt, welches das StrÃmen und Adaptieren von Multimediadaten in Internet-Ã$hnlichen Netzwerken unterstÃtzt. Diese einfach zu erweiternde Software nennt sich "ViTooKi -- The Video ToolKit" und ist unter http://vitooki.sourceforge.net zu finden. Die Ã$usserst flexible Programmierbibliothek reprÃ$sentiert ein stabiles Streaming-Testsystem und ermÃglicht ein effizientes StrÃmen von Multimediadaten im Internet. Es vereint alle obig genannten Themen wie gleichmÃ$Ãiges Aussenden von Daten, sichere Pufferverwaltung, erneutes Senden bei Paketverlusten und schnelle Bandbreitenanpassung durch eine Kombination von fein- und grobgranularen Adaptionsmechanismen. All das immer unter Bedacht der absoluten StandardkonformitÃ$t, um mit anderen Multimedia-Applikationen auch in Zukunft zusammenarbeiten zu kÃnnen.

Abstract (English)

In addition to the well-known networking applications like email and browsing the Web, there is a new emerging "killer application":

multimedia streaming. Before this new use case will be widely available within today's Internet, there are various obstacles which have to be solved first. The measures, which are vital for a well-functioning streaming environment are as follows:

- smoothed streamout of variable bit rate streams, to avoid peaks over the full connection time, - monitoring the fill state and restrictions of the client buffer, to guarantee jitter-free playback, - detecting packet loss and reacting with appropriate error correction or retransmission of the packets, - fast and accurate measuring of the really available bandwidth, - ways to overcome short-term and small-ranged bandwidth fluctuations by using fast and effective methods of adaptation like frame dropping, which reduces the needed bandwidth without decreasing the perceived quality too much, - reacting to long-term massive bandwidth changes by completely switching from the active stream to a version encoded for lower bandwidth and quality.

Many researchers have investigated different parts of the above mentioned measures, offering interesting solutions. Unfortunately, those works were always seen as seperate problems, they were never put together for analyzing their coexistence when combined in a full-fledged server-client streaming environment. This thesis wants to combine all of the above mentioned measures by using and evaluating the most promising and performance-wise feasible solutions.

Since inter-connectivity between various multimedia servers and clients is one of the most important requirements for Internet applications, it was absolutely important to be compliant to available standards and to offer well-known and widely accepted ways of communication.

As a result, a freely available open-source client-server environment for multimedia streaming and adaptation for best effort networks is available for world-wide usage and for further extension. It is called "ViTooKi -- The Video ToolKit" and is downloadable on http://vitooki.sourceforge.net.

The very flexible library incorporates a well-tested and analyzed streaming testbed which meets all requirements of high quality multimedia streaming with respect to best effort networks, combining the above mentioned topics like smoothed streamout and buffer management, packet retransmission and fast bandwidth adjustment using a combination of fine- and coarse-grained adaptation methods, always keeping in mind standard conformance for coexistence with other multimedia applications.

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