Projet :
TEMICS
Précédent : Régulation source-canal
Remonter : Résultats nouveaux Suivant :
Contrats industriels
(nationaux, européens et
Sous-sections
Couplage source-réseau
Participants : Christine Guillemot, François Toutain,
Fabrice Le Léannec, Xavier Hénocq.
Participants : Christine Guillemot, François Toutain,
Fabrice Le Léannec, Xavier Hénocq.
Mots clés : Internet, réseaux IP, modèles
de trafic, controle de congestion, qualité de service (QoS),
vidéo. .
Ces travaux sont menés partiellement dans le
cadre d'une CTI avec le CNET. Ils visent un compromis optimal
entre efficacité de compression et résistance aux pertes de
paquets. Après la mise en évidence des limitations des approches
traditionnelles de codage vidéo pour l'Internet, reposant sur les
techniques de rafraîchissement conditionnel, un algorithme
adaptatif de sélection de modes de codage, qui tient compte à la
fois des caractéristiques du signal vidéo et des caractéristiques
du réseau, a été développé. Il repose sur une procédure
d'optimisation débit-distorsion, utilisant une nouvelle métrique
de distorsion faisant intervenir les modèles d'Elliot-Gilbert
souvent utilisés pour modéliser le trafic sur les réseaux
Internet de type ``Best-Effort" ou ``Au-Mieux". Cette méthode
nous a permis, sous les mêmes conditions de transmission,
d'accroître fortement la robustesse aux pertes, en approchant la
robustesse fournie par les approches classiques de
rafraîchissement conditionnel, tout en conservant une efficacité
de compression voisine de celle fournie par les schémas à base de
prédiction temporelle, tels que les schémas MPEG et en
particulier MPEG-4.
La technique ci-dessus permet donc d'augmenter la robustesse
aux pertes de paquets du train binaire compressé, mais ne permet
pas de réduire les pertes sur le réseau, dans la mesure où la
source est régulée à débit constant. Le schéma a donc été ensuite
étendu par un mécanisme de contrôle de débit qui tient compte de
l'état de congestion du réseau. Ce mécanisme de régulation de
débit utilise les mécanismes de contrôle de congestion hybride
décrits ci-après. Le nouveau mécanisme de régulation de débit
développé permet, dans un contexte de transmission avec pertes de
paquets, de maintenir la qualité du signal vidéo constante, tout
en réduisant de manière significative le débit de la source. Ceci
s'explique par une réduction de l'état de congestion du réseau,
du fait de la diminution du débit de la source, qui se traduit
par un effet bénéfique sur la qualité du signal reçu, pour un
débit moindre.
La transmission de flux continus de données dans
l'Internet remet d'actualité le problème classique du contrôle de
congestion, dans une perspective nouvelle cependant, du fait des
contraintes de délai qui interdisent l'usage des techniques
classiques d'acquittement / retransmission. Dans le cadre de
l'action incitative DEVIN menée en partenariat avec l'équipe
Rodéo de Sophia-Antipolis, nos études ont mis en évidence
l'intérêt d'une approche prédictive basée sur une modélisation du
débit d'une connexion TCP. De tels modèles ont été récemment
proposés dans un but de contrôle de conformité au sein du réseau,
et des travaux menés par l'équipe Rodéo ont montré leur intérêt
dans une approche applicative, en contexte multicast. Nous avons
quant à nous mis en évidence les limitations de l'exploitation de
ces modèles ``TCP-friendly" dans une approche de régulation de
source vidéo, limitations liées aux variations de trafics (en
dents de scie, à l'instar de TCP) qui en résultent, ainsi qu'à
l'absence de prédiction valable dans un environnement sans perte.
Nous avons alors proposé un mécanisme de contrôle de congestion
hybridant un modèle prédictif ``TCP-Friendly" avec un contrôle
basé sur l'observation du délai d'aller-retour, et montré au
travers de simulations et d'expérimentations dans l'Internet
qu'un tel contrôle se révèle plus adapté au pilotage de sources
vidéo.
Ces travaux sont menés dans le cadre de
l'action coopérative de recherche INRIA DEVIN menée entre les
projets TEMICS (Inria-Rennes) et RODEO (Inria-Sophia). Dans le
cadre de cette action, une nouvelle stratégie de contrôle de
congestion multipoint, nommée Regulated Subband Multicast (RSM),
est à l'étude. Cet algorithme est un contrôle de congestion de
type hybride source / récepteurs, réalisant une coopération entre
ces entités, et dédié à des codecs travaillant en sous-bandes.
L'architecture générale de RSM prévoit la mise en place d'un
canal de contrôle multipoint. Ce canal permet à la source de
diffuser une description des sous-bandes qu'elle génère, en
termes de débit binaire et de dépendances entre sous-bandes.
L'approche, du fait de la prédiction de débit aux récepteurs,
est à la fois compatible avec un Internet à qualité de service
(QoS) déterministe, et neutre vis-à-vis d'un Internet à services
différentiels. Elle est utilisable à la fois sur un flux
mono-bande (ce qui revient à un contrôle de congestion à la
source), et sur des flux encodés en multirésolution. Les apports
de l'approche sont en outre:
- une bonne cohabitation avec TCP (selon le modèle prédictif
choisi),
- une technique d'adaptation vivace (abonnement à plusieurs
sous-bandes simultanément),
- l'amélioration de la granularité d'adaptation,
- la prise en compte d'ordres partiels sur les
sous-bandes.
Dans le cadre
de notre contribution au projet ACTS-COMIQS, un format de
transport de flux audio-visuels, aussi générique que possible, et
utilisable pour le transport de tout type de flux audio-visuels
et de description de scènes prévus dans le cadre des applications
visées par le standard MPEG-4, a été développé, et a fait l'objet
d'une contribution à l'IETF. De même des mécanismes d'extension
des concepts de contrôle de flux, et des modèles de temps prévus
dans le protocole RTSP (Real-Time Streaming Protocol), ont été
spécifiés, afin de répondre aux contraintes d'interactivité
accrue et basée objet ou contenu , des applications multimédia
sur Internet; dans un tel cadre, le standard MPEG-4 de
représentation et de description des scènes audio-visuelles est
utilisé.
Enfin, toujours sur le thème de la transmission vidéo sur
réseaux Internet, mentionnons la labélisation, dans le cadre du
2ième appel d'offres national RNRT 1998, du projet
pré-compétitif, RNRT-VISI qui débutera concrétement en 1999. Dans
le cadre de l'appel d'offre ISIS de la commission Européenne,
nous participons également au montage du projet ISIS-MMOSIS.
(a) 
(d)
(b) 
(e)
(c) 
(f)
Images de la séquence "coastguard" decodées après pertes. Images
(a), (b) et (c) : codage MPEG-4 sans contrôle de congestion.
Images (d), (e) et (f) : codage avec sélection de modes et
contrôle de congestion.
Participante : Christine Guillemot.
Ce thème d'études a été initialisé par les travaux de stage de
Vincent Le Goff (DEA) et Jean-Baptiste Garreau (ENST).
Les communications sans fils, caractérisées par des
transmissions fortement bruitées avec des erreurs ponctuelles,
ont engendré de nouveaux défis dans le domaine de la
représentation des signaux audio-visuels. L'approche classique
consistant à traiter de manière séparable le problème de la
compression de source et du codage de canal, largement
sous-optimale dans des environnements bruités, est supplantée par
des approches de codage conjoint source-canal. Les objectifs de
forte compression conduisent à l'utilisation de codes
statistiques à longueurs variables. Néanmoins, en plus de leur
forte sensibilité au bruit, une difficulté supplémentaire est la
dérivation analytique de leur performance débit-distorsion, en
cas de corruption de bits. Avec une approche de protection
inégale de sous-flux issus d'une décomposition par paquets
d'ondelettes, les résultats obtenus à ce jour ont donc d'abord
consisté à définir et à valider des métriques de distorsion
associées à une stratégie d'allocation conjointe de débit de
source et de débit de canal (codes RCPC - codes convolutionnels
pondérés), dans un contexte de quantification scalaire associé à
un codage statistique à longueur variable. Motivés par les bonnes
performances de compression obtenues par des structures de
décompositions par paquets d'ondelettes associées à de la
quantification vectorielle sur réseaux de points (qui se sont
avérées supérieures aux techniques EZW), ces résultats ont été
étendus à la quantification vectorielle sur réseaux de points.
Les travaux que nous menons dans ce domaine sont
- l'optimisation conjointe quantification (scalaire et/ou
vectorielle sur réseaux de points) et codage de Canal (codes
RCPC 'Rate-Compatible Punctured Convolutional codes, et Turbo
codes)
- l'étude de transformations à descriptions multiples,
- l'étude de quantification, et en particulier quantification
vectorielle, à descriptions multiples,
- les techniques de décodage de source pondéré, tenant compte
des probabilités d'erreurs au niveau du canal,
- les mécanismes de masquage et de dissimulation des pertes
au niveau du décodage de source dans un contexte de canal à
évanouissement.
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