Artículo:
Streaming de Video usando la Catalogación de Tasa Dinámica y el Control de Flujo TCP.
Autores: Stephen Jacobs, Alexandros Eleftheriadis
1. Introducción
La transmisión de información audiovisual digital através de los sistemas de comunicación es un problema bien entendido. Su esencia yace en las suposiciones clave hechas por lo diseñadores de codec sobre las posibles redes que pueden transportar la información comprimida, y las suposiciones hechas por los diseñadores de red sobres los tipos de tráfico que su red está destinado a transportar.
El interés en el paper se centra en la entrega de video digital en tiempo real a través de Internet, en particular en video MPEG-1 y MPEG-2.
Las tecnologías subyacentes del Internet de hoy en día no son suficientes para soportar las garantías de la Calidad de Servicio, las cuales facilitarían los servicios de tiempo real. Es probable que la infraestructura de red del futuro tenga Calidad de Servicio y que los usuarios sean capaces de pedir conexiones con o sin Calidad de Servicio. Estas consideraciones indican que la transmisión de información de tiempo real con o sin Calidad de Servicio no es solo importante hoy, sino que permanecerá pertinente incluso en redes que puedan proveer Calidad de Servicio.
La falta de Calidad de Servicio se traduce en la variación del potencial del ancho de banda disponible para tranmisión de audio y video. Aunque se han desarrollado técnicas para emplear la tasa de control para fuentes en vivo de control de tasa basadas en retroalimentación de red, estas no funcionarán con material pregrabado. Entonces es crucial ser capaces de modificar la tasa de bits de video MPEG, incluso después de que la codificación ya ha tomado lugar.
Esta operación de manipulación de tasa se conoce como Catalogación Dinámica de Tasa (DRS: Dynamic Rate Shaping).El término Dinámica se refiere a la posibilidad de que las limitantes de tasa varían con el tiempo, mientras que Catalogación es usado en lugar de Control de Tasa para: 1) diferenciarle con el control de tasa codificador clásico, y 2) para caputar con más exactitud la naturaleza posterior de la operación. El método de Catalogación Dinámica de Tasa es diferente al de Catalogacíon de Tráfico.
2. Catalogación dinámica de Tasa
Se define la Catalogación de tasa como la operación en la cual, dada una entrada de stream de bits de video y un conjunto de restricciones de tasa, produce un stream de bits de video que cumple con las restricciones dadas. Si se permite que las restricciones varíen con el tiempo, la operación será llamada dinámica.
2. Catalogación dinámica de Tasa
Se define la Catalogación de tasa como la operación en la cual, dada una entrada de stream de bits de video y un conjunto de restricciones de tasa, produce un stream de bits de video que cumple con las restricciones dadas. Si se permite que las restricciones varíen con el tiempo, la operación será llamada dinámica.
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| Operación del Catalogador Dinámico de Tasa |
2.1 Definición del problema en el método DRS
La opreación del método de Catalogación de tasa es descrita en la figura anterior. Es importante notar que no existe ruta de comunicación entre al Catalogador y la fuente del stream de bits de entrada, el cual asegura que no es necesario el acceso al codificador.
Asumiendo que se usa MPEG-2 para generar la entrada de stream de bits y decodificar el stream de bits de salida, hay dos maneras fundamentales de reducir la tasa: 1) Modificar los coeficientes de transformación cuantificados al emplear la cuantificación de grueso, y 2) eliminando los coeficientes de transformación. En general, ambos esquemass pueden ser usados para realizar el catalogado de tasa; la recuantificación, sin embargo, nos lleva a algoritmos tipo re-codificación, los cuales no están sujetas a una implementación rápida y no tienen tan buen desempeño como los algoritmos de transimisón selectivós. Solo se considerarán algoritmos basados en transmisión selectiva, y más especificamente se direcciona al caso particular de truncamiento. Esta aproximación será llamada Catalogado Dinámico de Tasa Constreñido.
3. El protocolo
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| Framework del protocolo de internet amigable |
El protocolo recibe datos de una fuente catalogadora de media (Media Shaping Source). Esta fuente es responsable de emparejar la tasa de bit de el stream con el ancho de banda disponible estimado en la red; el protocolo provee este estimado. La fuente está continuamente llenando el buffer con la media. Mientras, la bomba de media (media pump) lee los datos del buffer y los manda a la red usando UDP/IP. La ventana de congestión (congestion window) es la tercera parte de el servidor. La bomba de media solo manda datos cuando la ventana de congestión indica que mas datos pueden entrar en la red.
Si la fuente de catalogamiento de media está llenando el bufer a una tasa R, y la ventana de congestión a través del tiempo está permitiendo que la bomba de media mande datos solo a una tasa S < R, entonces el buffer comenzará a llenarse. La fuente de catalogamiento de media debería entonces decrecer la tasa entrante al buffer. Un algoritmo de control de tasa es responsable de traducir las dinámicas de ocupación del buffer en un ajuste a la tasa de la fuente de catalogamiento de media para asegurar que el buffer no se desborda.
3.2 Control de Tasa
El algoritmo de control de tasa es una parte esencial de la estimación de ancho de banda. Durante periodos de congestion, la bomba de media no puede mandar mucha información a la red debido a la ventana de congestion de TCP. Cuando esto pasa, el buffer (de la figura del protocolo de internet amigable) comenzará a llenarse. En este caso, un algoritmo de control de tasa debe forzar a la fuente catalogadora de media a reducir la tasa entrando al buffer. Si el buffer subsecuentemente comienza a vaciarse, el control de tasa debería pedir un incremento en la tasa entrando al buffer desde la fuente. Claramente, las dinamicas del buffer modulan la tasa. Así, el estimado del ancho de banda disponible viene de el algoritmo de control de tasa pero es un resultado indirecto de las dinamicas de la ventana de congestion de TCP.
El período de muestreo de ocupación del buffer para el algoritmo de control de tasa depende del medio. Ya que el video MPEG consiste de varios tipos de frameworks diferentes cuyos tamaños varían mucho, las estimaciones de la ocupación del buffer deben ser tomadas como promedios sobre no menos que un intervalo de un segundo para evitar fluctuaciones momentáneas en la ocupación del buffer. Un periodo de muestro pequeño significa que el algoritmo de control de tasa se puede adaptar más rápidamente para cambios repentinos en la red.
Las metas para un algoritmo de control de tasa en este ambiente, en orden de importancia, son:
1. Prevenir la sobrecarga del buffer, la cual causará retraso,
2. Converger rápidamente a una nueva tasa de salida,
3. minimizar el tamaño de las oscilaciones alrededor de la nueva tasa de salida,
4. prevenir el bajo rendimiento del buffer, a menos que la fuente de media adaptable esté en su tasa máxima, y
5. mantener el buffer a la ocupación deseada.
Referencias
Enero 21, 1998
Falta algunos datos en la referencia y además una discusión de crítica propia al final. 6 pts.
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