автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.13, диссертация на тему:Влияние помехоустойчивости широкополосных систем беспроводного доступа IEEE 802.16 на качество передачи потокового трафика

АРСЕНЬЕВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА IEEE 802.16 НА КАЧЕСТВО ПЕРЕДАЧИ ПОТОКОВОГО ТРАФИКА

05.12.13 - Системы, сети и устройства телекоммуникаций

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2010

004603974

Работа выполнена на кафедре «Информационные системы» ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»

Заслуженный деятель науки РФ доктор технических наук, профессор Шелухин Олег Иванович

доктор технических наук, профессор Румянцев Константин Евгеньевич

кандидат технических наук Голованов Сергей Валерьевич

ФГУП НИИ «Платан» с заводом при НИИ (г. Фрязино, М/О)

Защита состоится « // » июня 2010 года в 14°° часов на заседании диссертационного совета Д 212.150.08 при ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса» по адресу: 141221, Московская обл., Пушкинский р-н, п. Черкизово, ул. Главная, 99, каб. 1209 Зал заседаний советов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса»

Автореферат разослан « & » сЛ^й^Ц_2010 года.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, профессор

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

В.К. Душин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние годы наблюдаются развитие и бурный рост мультимедийных технологий, использующих в качестве транспорта беспроводные технологии широкополосного доступа, которые являются серьезной альтернативой сотовым системам связи. Для организации единой широкополосной беспроводной сети разработан и предложен стандарт IEEE 802.16, названный WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access).

Благодаря своим преимуществам (возможность обеспечения широкополосной связи в условиях отсутствия прямой видимости, большая зона покрытия, высокое качество предоставляемых услуг, простота построения сети, а следовательно меньшие затраты), технология WiMAX считается наиболее перспективной при переходе к сетям четвертого поколения (4G). В подобных системах пользователи, как правило, работают с приложением в реальном времени, когда невозможно осуществить повторную передачу данных. При этом из-за ограниченности полосы пропускания потеря одного пакета означает значительное ухудшение качества принятой информации. Наиболее важным компонентом потокового трафика является потоковое видео.

Основным недостатком передачи видео по беспроводным сетям является отсутствие достаточной синхронизации между оригинальной последовательностью и декодированной на приемной стороне копией. Из-за агрессивной среды передачи пакеты данных могут претерпевать серьезные искажения или, вообще, теряться. На сегодняшний день не существует стандартных подходов к определению влияния комплекса ошибок на качество передачи предоставляемых сервисов.

Исходя из этого тема диссертационной работы, посвященная исследованию влияния помехоустойчивости систем широкополосного беспроводного доступа на качество передачи потокового трафика, является актуальной и представляет научный и практический интерес.

Цель и задачи работы. Оценка влияния помехоустойчивости систем широкополосного доступа WiMAX на качество передачи потокового трафика (видео, мультимедиа и данных), разработка рекомендаций по выбору параметров системы передачи с целью обеспечения заданного качества восприятия информации.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Экспериментальные исследования статистических характеристик потокового трафика с помощью разработанного измерительного комплекса с целью разработки математической модели для имитационного моделирования широкополосной системы беспроводного доступа WiMAX с учетом подвижности пользователей.

2. Разработка алгоритмов оценки вероятности пакетирования ошибок в каналах связи широкополосных систем беспроводного доступа на основе экспериментально полученных статистических характеристик потоков ошибок.

3. Оценка влияния битовых ошибок и потерь пакетов на качество передачи потокового видео стандарта Н.264/ЛУС в широкополосных сетях беспроводного доступа WiMAX с учетом подвижности пользователей и характеристик декодеров.

Объект исследования. Телекоммуникационные системы.

Предмет исследования. Качество услуг, предоставляемых широкополосными системами беспроводного доступа.

Методы исследования. Теоретические исследования проведены с использованием методов теории информации, теории вероятности, математической статистики, случайных процессов, теории телетрафика, теории массового обслуживания. Экспериментальная часть работы основана на численных методах машинного моделирования и вычислительного эксперимента с использованием языков программирования высокого уровня.

Достоверность научных положений, выводов и практических рекомендаций подтверждается полнотой и корректностью исходных посылок, теоретическим обоснованием, основанным на использовании строгого математического аппарата, совпадением теоретических результатов с результатами проведенных экспериментов, апробацией на научных конференциях.

Научная новизна

1. Предложен алгоритм количественной оценки вероятности пакетирования т или большего количества ошибок в блоке данных длиной п бит, на основе оценок элементов матрицы переходных вероятностей Марковской модели, найденных из экспериментальных статистических характеристик потока ошибок в каналах широкополосного доступа, показавших, что для большинства анализируемых расстояний средняя длина пакетов ошибок составляет от 2 до 4.

2. Впервые разработаны и исследованы алгоритмы оценки алгоритмов объективной оценки качества восприятия потокового видео стандарта Н264/АУС как в условиях одиночных битовых ошибок, так и при пакетировании ошибок в каналах беспроводного широкополосного доступа.

;

3. Доказано, что при потоковом видео потеря даже очень малого числа пакетов (около 1%) приводит к появлению непреодолимых проблем при декодировании, а увеличение «битрейта» и способа кодирования практически не влияет на качество воспроизведения потокового видео.

Практическая ценность. Предложенный алгоритм оценки помехоустойчивости систем беспроводного доступа WiMAX позволяет количественно оценивать качество передачи потокового трафика в условиях пакетирования ошибок, возникающих из-за многолучевого распространения.

На основе программной реализации алгоритма в среде Matlab Simulink создана имитационная система оценки помехоустойчивости видео и мультимедийной информации на базе комплексного учета основных особенностей стандарта IEEE 802.16.

Внедрение разработанных алгоритмов объективной оценки качества восприятия потокового видео стандарта H264/AVC как в условиях одиночных битовых ошибок, так и при пакетировании ошибок в каналах беспроводного широкополосного доступа позволяет производить количественную оценку эффективности декодирования видео в зависимости от информационных и индивидуальных характеристик кодеров в реальном масштабе времени.

На основе программной реализации алгоритмов создан программно-аппаратный комплекс оценки качества потокового видео с учетом помехоустойчивости среды передачи.

Основные положения и результаты, выдвигаемые на защиту:

1. Необходимым условием количественной оценки качества передачи потокового трафика в системах беспроводного широкополосного доступа WiMAX является определение вероятности пакетирования ошибок, вызванного в основном подвижностью абонентов. Найденные вероятности позволяют обосновать выбор глубины перемежения показавшего, что с увеличением скорости перемещения эффективность перемежения падает.

2. Необходимым и достаточным условием удовлетворительного качества передачи потокового видео является потеря числа пакетов не более I %, и битовая ошибка BER < 3*10"5. При невыполнении этих условий при декодировании увеличение «битрейта» и способа кодирования практически не влияет на качество воспроизведения видео. Наличие фонового FTP трафика приводит к дополнительному ухудшению объективного качества, увеличивая процент потерянных пакетов.

3. Качество объективных оценок потокового видео зависит от информационных и индивидуальных особенностей характеристик кодера H.264/AVC и приводит к дополнительному группированию ошибок, влияние которых на декодированное видео значительнее битовых ошибок в каналах беспроводного доступа.

Использование результатов работы. Диссертационные исследования являются частью плановых научно-исследовательских работ, проводимых факультетом сервиса. Результаты диссертационной работы реализованы в учебном процессе факультета сервиса Российского государственного университета туризма и сервиса (имеются соответствующие акты о внедрении).

Личный вклад автора. Основные научные результаты (алгоритмы оценки вероятности пакетирования ошибок и разработанные на их основе программные средства, экспериментальные исследования, приведенные в диссертации) получены автором лично.

Реализация и внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде алгоритмов и программ используются в учебном процессе ФГОУВПО «РГУТиС» по дисциплинам «Радиоэлектронные средства бытового назначения», «Моделирование систем», что подтверждается соответствующим актом о внедрении. Полученные результаты диссертационной работы использованы в ОАО «Мультисервисная радиосеть» для оценки эффективности систем беспроводного доступа, о чем свидетельствуют соответствующий акт внедрения.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, проводимых различными организациями в том числе

- XI, XII, XIII- й международных научно-практических конференциях «Наука-Сервису». Москва, 2006 - 2008 г.г.

- 2-й межвузовская Научно техническая конференция «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем»; Москва, 2007.

- 4-й отраслевой научной конференции - форуме «Технологии информационного общества», Москва, 2010.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, одна из них в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 189 наименований. Работа представлена на 152 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 31 таблицу, приложения объемом 38 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе анализируется состояние современных широкополосных систем беспроводного доступа и тенденции их развития. Приводятся основные характеристики стандарта IEEE 802.16. Дается определение потокового трафика и приводятся основные количественные характеристики, определяющие его качество на приемной стороне. Принимая во внимание, что основная проблема, связанная с использованием потокового трафика сводится к передаче потокового видео, рассматриваются основные показатели цифрового кодирования видео в стандартах MPEG4 и Н264. Приводится сравнительный анализ показателей, характеризующих субъективное и объективное качество восприятия видео при потоковой передаче. На основании анализа проблем, возникающих при передаче потокового трафика связанных с помехоустойчивостью систем широкополосного беспроводного доступа формулируются цель и задачи работы.

Во второй главе рассмотрены экспериментально полученные результаты статистических характеристик помехоустойчивости систем передачи широко-плосных сигналов на примере развернутой сети WiMAX стандарта IEEE 802.16е с использованием базовой и абонентской станций, общая схема подключений которой представлена на рис.1. Трансляция по сети осуществлялась при помощи сервера потокового вещания DarwinStreamingServer и медиа плеера QuickTimePlayer компании Apple. Информация о передаваемых и принятых из сети пакетов производилось с помощью анализатора протоколов Wireshark. Синхронизация переданной и принятой видеопоследовательности видео стандарта Н.264 /АУС производилась с помощью программы VirtualDub.

Lie?'} / г*

Рис. 1 Сетевая архитектура сета широкоплосного доступа WIMAX

Для оценки качества передачи потокового видео использовались две тестовые последовательности - Форман и Клэр закодированные в формате МРЕС4 при помощи программном обеспечения РРМРЕС- кодировщик при низком, среднем и высоком качестве видеопотока, соответствующем скоростям 64, 256 и 768 Кбит/с. Топология сети представляет собой сервер видеопотоков, два магистральных маршрутизатора и несколько (фиксированных/мобильных, проводных/беспроводных) видео клиентов.

; Анализ статистических характеристик потокового трафика, полученных с помощью разработанного программно-аппаратного комплекса показал, что вероятность пакетирования1'ошибок в системах беспроводного доступа \ViMax удваивается при каждом увеличении размера пакета на 300 байт, и является экспоненциальной функцией расстояния.

Экспериментальное распределение дополнительной функции распределения (ДФР) дЛин ошибок, Имеет вид представленный на рис. 2.

1

0,1

0,01 -0,001 -0,0001

О 10 20 30 40 50 х, пакет

Рис. 2 ДФР дли ошибок

Показано, что из-за подвижности пользователя вероятность ошибки пакетов примерно на 30% выше средней. Средняя длина пакетных ошибок составляет от 2 до 4 пакетов для большинства анализируемых расстояний, что позволяет разделить распределение длин ошибок на два состояния, как в восходящем так и в нисходящем канале. Средние длины безошибочных интервалов для различных расстояний изменяются в пределах двух порядков по величине и имеют большую стандартную дисперсию. Для аналитического описания и последующего имитационного моделирования предложено использовать Марковскую модель Фричмана, параметры которой могут быть найдены из аппроксимации ДФР длин ошибок и безошибочных интервалов с помощью суммы двух экспоненциальных распределений, как это видно из рис. 2.

В заключение главы в результате статистического вейвлет-анализа показано, что потоковый трафик в сети WiMAX стандарта IEEE 802.16е обладает свойствами самоподобия на различных интервалах разрешения, что свидетельствуют о мультифрактальном характере исследуемого трафика и может быть использовано при оценке качества передаваемых сервисов.

В третьей главе рассмотрены результаты имитационного моделирования системы широкополосного доступа стандарта 802.16 в среде Matlab Simulink при семи режимах работы, определяемых соответствием типа используемой модуляции и общим коэффициентом кодирования. Показаны преимущества применения технологии MIMO при построении системы WiMAX, среди которых - увеличенная по сравнению со схемой SISO устойчивость к замираниям в радиоканале вследствие подвижности абонентов, за счёт одновременной передачи нескольких символов OFDM в один период времени при использовании нескольких передающих радиоантенн.

Применение механизма адаптивных модуляции и кодирования (AMC) не позволяет полностью устранять битовые ошибки, однако позволяет удержать коэффициент BER ниже определенного уровня за счёт динамической смены типа модуляции и скорости кодирования. Такой подход позволяет автоматически выбирать более энергетически выгодный режим работы системы, опираясь на данные о помехах в радиоканале. В качестве примера на рис. 3 представлены зависимости BER от ЕЬ/Мо при использовании различных режимов AMC в схеме MIMO.

Рис. 3 График зависимостей BER от Eb/N0 при использовании различных режимов AMC в МГМО

Замирания сигнала из-за многолучевого распространения являются в системах беспроводного доступа основной причиной искажений принимаемого сигнала, поскольку из-за корреляции или памяти-процесса замираний замирания обычно вызывают пакетирование ошибок. Показано, что основная проблема помехоустойчивости связана с аналитической оценкой вероятности Р(т,п) наличия т или большего количества ошибок в блоке данных длиной «бит, которая может быть определена с помощью модели Фричмана в виде:

Г(т,п) = '£РЛ(т,п),

где Р, - вероятность нахождения в ;-м устойчивом состоянии, а распределение Л(.т,п) имеет'¡вид:

Здесь Ри элементы матрицы переходных вероятностей Марковской цепи, размера 1хЬ.

На основании и анализа экспериментальных данных, с помощью предложенной методики определены значения элементов матрицы переходных вероятностей рдля предложенной модели вероятности пакетирования ошибок и значения элементов вектора финальных вероятностей. Результаты расчетов представлены в врде матриц и графиков для различных скоростей движения объекта. Показано, что при низкой скорости движения объекта (менее 5 км/час) перемежение практически не оказывает влияния на величину вероятности появления т ошибок в блоке длиной п. Видно также, что вероятность появления неисправленных ошибок может быть оценена на уровне 10"5. При более высоких скоростях движения (до 60 км/час) при увеличении глубины перемежения вероятность появления т ошибок в блоке длиной и уменьшается, причем при более высокой скорости движения этот эффект проявляется в большей степени. При малой скорости движения вероятность появления определенного числа ошибок в блоке информации меньше, чем при более высокой скорости. Так, при скорости движения 5 км/час вероятность появления 5 ошибок составляет 1,1х10"5, а при скорости движения объекта 60 км/час эта величина (без учета перемежения) возрастает до значения 0,1. При увеличении длины блока вероятность появления определенного числа ошибок в блоке возрастает. При увеличении скорости движения объекта вероятность ошибки растет в меньшей степени, то есть, при более низких скоростях движения допустимую длину блока

следует определять более тщательно. При применении перемежения эффект от него сильнее проявляется при меньшей длине блоков. ,г .

В четвертой главе с помощью разработанного программно-аппаратного комплекса (ПАК), структура которого представлена на рис. 4, проведены исследования влияния помехоустойчивости беспроводной среды передачи на качество восприятия потокового видео стандарта H.264/AVC. Объективное качество видео обычно измеряется среднеквадратической ошибкой MSE (от англ. Mean Square Error) или пикового отношением сигнала к шуму PSNR (от англ. Peak Signal-to-Noise Ratio), однозначно определяемого из MSE. Указанные метрики являются традиционными, позволяющими сравнить любые два изображения.

Исходное Y'l!V видео

*.yuv

I

)ВДВ1Д

'Г

Видсокодек

nipcg-iaicocler.cM

Видео передатчик*

MP4.exe

рЦСЙШАЧССШ fiHJMDt

ISTMK cu.

Jkiuru тряс 1-Я

Имитация NS-2

Трасс» арягма

Восстановленное \VV видео

Искаженно« VUV видео

тм й.пртери namwl

•yuv

Восстановление видео

niyfi\yiiv.exe

Видеодекодер . Оценка трассы

*.УМУ : mpcg-lJccodcr.cvc

Рис. 4 Функциональная схема ПАК г.

Текущая оценка объективного качества видео потока, полученная на выходе канала связи вычислялась в ПАК с помощью соотношений

'Я.Ц- А. . ;

PSNR(n)dБ-20 logц

¡-О )• О

(О

где Vpeak = 2 -1 и к равно числу бит на пиксел.

Уравнение (1) устанавливает соотношение между PSNR и компонентами яркости Y исходного (S) и полученного (D) изображения. Используя (1) с помощью ПАК получены зависимости вероятности достижения определенного

качества видео при различных условиях передачи, пример которых представлен на рис. 5.

1 2 3 4 5

П 300 копт с 0,5 0.4 0.09 0,006 0,004

СШОкбнтс 0.25 0,44 0.25) 0,012 0,008

□ 350 кбит с 0,14 0.42 O.J- 0.06 0,01

ШКОкош'С 0,12 0.2S 0.3" 0.1 0.13

■ ШОкЛгс.о 0,07 0,2 0.3« 0,15 0.22

Рис. 5 Вероятность достижения определенного качества видео при различных условиях передачах

С целью исследование влияния битовых ошибок на полученное качество было проведено имитационное моделирование передачи 30-минутного видео стандарта H.264/AVC через беспроводную сеть стандарта IEEE 802.16 со случайными битовыми ошибками в канале с помощью программы VCDemo.

Гистограммы распределений PSNR, характеризующие качество видеопоследовательности (рис.6) при различных значениях BER, имеют бимодальный вид. Один из максимумов характеризует значение PSNR видеопотока при отсутствии ошибок (декодер способен исправить битовые ошибки при их незначительном количестве в кадре). Второй максимум характеризует ухудшение PSNR вследствие большого числа искаженных видеокадров в моменты замираний (декодер неспособен исправить большое количество битовых ошибок). В процессе передачи, в зависимости от уровня ошибок, значения того или иного максимума возрастает.

О 20 — 20- BER =4' 10"э

Рис. 6 Гистограммы распределения значения PSNR

Исследования воздействия ошибок покачали, что при BER < 3*10"5 битовые ошибки не влияют на качество принимаемого видео и легко устраняются известными, реализованными в WiMax способами защиты от ошибок. При BER>4*10 3 потери пакетов в сети достигают максимального значения и приводят к неприемлемому качеству принимаемого видео. Гарантировать объективное превосходное качество видеопотока при передаче по каналу можно при величине вероятности битовой ошибки не более 1*10~4, хорошее качество в диапазоне 1*10'4 ..... 4*104, удовлетворительное качество в диапазоне

4*10'4...... 8*10^, плохое качество в диапазоне 8*10"*...... 1*10~3 и очень плохое при BER> 1*103.

На рис. 7а показана стандартная девиация качества вычисленная с использованием средних значений PSNR по формуле

по значениям MOS (от англ. Mean Opinion Score) показана на рис. 76. Использование в системах беспроводного доступа стандарта кодирования видео H.264/AVC с кодами переменной длины VLC (от англ. Variable-Length Coding) может приводить к нарушению синхронизации декодированных видеопоследовательностей. Это в свою очередь приводит к дополнительному группированию ошибок, влияние которых на декодированное видео значительнее битовых ошибок, поскольку приводит к потере больших сегментов видеоинформации.

I i N-\{

И

PSNR „ - PSNR

2

а соответствующая градация качества

5 Б 7 в 9 «О И 12 13 ti Номер ж спеллинг»

5 Б У 8 9 (0 II 12 13 М Й 16 17 ¡В 19 7, Howp ЖСПСрНМЙШ

а)

б)

Рис. 7 Значения показателей качества видеопоследовательностей: а) девиация качества по средним значениям PSNR, Ь) градация качества по значениям MOS

Установлено, что суммарная задержка не оказывает сильного влияния на объективное качество воспроизведения видео, однако является критическим фактором для служб реального времени и влияет на субъективное восприятие качества. Установлен факт идентичности использования фиксированного беспроводного клиента и мобильного, а также их несущественного отличии от проводного аналога при высокой пропускной способности каналов. В сценариях с участием двух беспроводных клиентов (оба мобильные либо один из них стационарный) качество видео (на стороне мобильно клиента) ниже по отношению к сценариям, где один клиент проводной. Во втором случае (мобильный + проводной) качество со стороны мобильного клиента заметно выше, но хуже, чем в сценариях с одиночным беспроводным клиентом.

Найдено, что при потоковом видео потеря даже очень малого числа пакетов (около 1%) приводит к появлению непреодолимых проблем при декодировании, а увеличение «битрейта» и способа кодирования практически не влияет на качество воспроизведения. Увеличение «битрейта» улучшает QoS в пересчете на критерии субъективного и объективного качества, причем стационарный беспроводной пользователь имеет несколько более высокий уровень качества, чем мобильный. Наличие фонового FTP трафика приводит к дополнительному ухудшению объективного качества видео, поскольку увеличивает процент потерянных пакетов.

В приложении к диссертации приведено описание программного обеспечения для имитационного моделирования системы широкополосного доступа WiMAX в среде MATLAB Simulink.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена важная актуальная научно-техническая задача оценки влияния помехоустойчивости систем широкополосного доступа WiMAX ка качество передачи потокового трафика (видео и мультимедийных данных) и разработаны рекомендации по выбору параметров кодирования и системы передачи с целью обеспечения заданного качества восприятия.

1. Анализ статистических характеристик потокового трафика полученных с помощью разработанного программно-аппаратного комплекса показал, что вероятность пакетирования ошибок в системах беспроводного доступа WiMax удваивается при каждом увеличении размера пакета на 300 байт и является экспоненциальной функцией расстояния. Показано, что из-за подвижности пользователя вероятность ошибки пакетов примерно на 30% выше средней. Средняя длина ошибки составляет от 2 до 4 пакетов для большинства анализируемых расстояний. Средние длины безошибочных интервалов для различных расстояний изменяются в пределах двух порядков по величине и имеют большую стандартную дисперсию.

2. На основании анализа экспериментальных данных с помощью предложенной методики получены аналитические соотношения для оценки вероятности наличия т или большего количества ошибок в блоке данных длиной п бит Р(т,п), найдены значения элементов матрицы переходных вероятностей для используемой модели и значения элементов вектора финальных вероятностей. Показано, что при низкой скорости движения объекта (менее 5 км/час) переме-жение практически не оказывает влияния на величину вероятности появления m ошибок в блоке длиной п. Видно также, что вероятность появления неисправленных ошибок может бьпъ оценена на уровне 10~\ При более высоких скоростях движения (до 60 км/час) при увеличении глубины перемежения вероятность появления m ошибок в блоке длиной п уменьшается, причем при более высокой скорости движения этот эффект проявляется в большей степени.

3. Показано, что при BER < 3*10"5 битовые ошибки не влияют на качество принимаемого видео и легко устраняются известными, реализованными в WiMax способами защиты от ошибок. При BER > 4*10 3 потери пакетов в сети достигают максимального значения и приводят к неприемлемому качеству принимаемого видео. Гарантировать объективное превосходное качество видеопотока при передаче по каналу можно при величине вероятности битовой ошибки не более 1*10"", хорошее качество в диапазоне ГМО"4.....4*10"\ удов-

летворителыюе качество в диапазоне 4*10"4... 8*10 4, плохое качество в диапазоне 8* 10"4... 1 *I0"3 и очень плохое при BER> 1 * 10'3.

4. Использование в системах беспроводного доступа стандарта кодирования видео H.264/AVC с кодами переменной длины VLC может приводить к нарушению синхронизации декодированных видеопоследовательностей и возникновению дополнительного группирования ошибок, влияние которых на декодированное видео значительнее битовых ошибок, поскольку приводит к потере больших сегментов информации.

5. Установлено, что суммарная задержка не оказывает сильного влияния на объективное качество воспроизведения видео, однако является критическим фактором для служб реального времени, и влияет на субъективное восприятие качества. Установлен факт идентичности использования фиксированного беспроводного клиента и мобильного, а также их несущественного отличие от проводного аналога. В сценариях с участием двух беспроводных клиентов (оба мобильные либо один из них стационарный) качество видео (на стороне мобильно клиента) ниже по отношению к сценариям, где один клиент проводной. Во втором случае (мобильный + проводной) качество со стороны мобильного клиента заметно выше, но хуже, чем в сценариях с одиночным беспроводным клиентом.

6. При потоковом видео потеря даже очень малого числа пакетов (не более 1%) приводит к появлению непреодолимых проблем при декодировании, и увеличение «битрейта» и способа кодирования практически не влияет на качество воспроизведения. Увеличение «битрейта» улучшает QoS в пересчете на критерии субъективного и объективного качества, причем стационарный беспроводной пользователь имеет несколько более высокий уровень качества чем мобильный пользователь. Наличие фонового FTP трафика приводит к дополнительному ухудшению объективного качества видео поскольку увеличивает процент потерянных пакетов.

7. При файловом воспроизведении из-за способности TCP/IP корректировать ошибки передачи наблюдаются существенное улучшение качества воспроизведения, поскольку чувствительность к потерям пакетов при воспроизведении файлов через TCP/IP, оказывается меньше, чем с протоколом UDP и «битрейт» и способ кодирования оказывают влияние на восприимчивость к ошибкам передачи.

Основные публикации по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК

1.Арсеньев A.B. Оценка самоподобия трафика в сети широкополосного доступа WiMAX с использованием алгоритма автоматического выбора границ масштабирования. Электромагнитные волны и электронные системы - №1, -2009 - с. 44-49,0,35 п.л.

Публикации в других изданиях

2. Окулов К.Ю., Перегняк А.Е., Арсеньев A.B. Сравнительный анализ результатов моделирования трафика на основе различных вейвлет-моделей. [Текст]: // Электротехнические и информационные комплексы и системы - №4 - 2008 г. - с.46-51,0,35 пл. (в т.ч. лично автором 0,12 п.л.);

3. Ахметшин P.P., Арсеньев A.B., Перегняк А.Е. Моделирование телекоммуникационного трафика с использованием мультифрактальной вейвлет-модели. [Текст]: // Электротехнические и информационные комплексы и системы - №4 - 2008 г. - с.52-59,0,47 п.л. (в т.ч. лично автором 0,16 п.л.).

4. Арсеньев A.B. Оценка поведения беспроводных каналов, на основе слежения за статистическими характеристиками качества связи. [Текст]: // Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса-№1(8) -2009г. -с. 63-69,0,41 пл.

5. Шелухин О.И., Арсеньев A.B. Фоминский В.Ю. Алгоритм оценки вероятности пакетирования ошибок в каналах связи систем беспроводного доступа с подвижными объектами. [Текст]: // Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса -№1(8) -2009 - с. 70-77, 0,41 пл. (в т.ч. лично автором 0,14 пл.).

6. Арсеньев A.B., Фоминский В.Ю., Симонян А.Г. Оценка фрактальных свойств телекоммуникационного трафика в сети широкополосного доступа WiMAX. [Текст]: // Электротехнические и информационные комплексы и системы - №1 - 2009 г. - с.48-52, 0,3 п.л. (в т.ч. лично автором 0,1 п.л.).

7. Арсеньев A.B. Динамика качества каналов беспроводного доступа с многолучевыми замираниями при пакетной коммутации. [Текст]: // Электротехнические и информационные комплексы и системы» - №1 - 2009 г. - с.53-57, 0,23 пл.

8. Фоминский В.Ю., Арсеньев A.B. Марковская модель беспроводного канала с механизмом ARQ/FEC. [Текст]: // Электротехнические и информационные комплексы и системы - №3 - 2009 г. - с.19-24,0,3 пл. (в т.ч. лично автором 0,15 пл.).

9. Шелухин О.И., Иванов Ю.А., Арсеньев A.B. Анализ алгоритмов обработки интерактивной видеоконференцсвязи в системах беспроводного доступа.

[Текст]: // Электротехнические и информационные комплексы и системы - №2 - 2009 г. - с. 17-26,0,52 пл. (в т.ч. лично автором 0,17 пл.).

10. Шелухин О.И., Арсеньев A.B., Перегняк А.Е. Мультифрактальный анализ видеосигналов стандарта H.264/AVC. [Текст]: // Электротехнические и информационные комплексы и системы - №3 - 2009 г. - с. 35-43, 0,52 п.л. (в т.ч. лично автором 0,17 пл.).

АРСЕНЬЕВ АНДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ВЛИЯНИЕ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА IEEE 802.16 НА КАЧЕСТВО ПЕРЕДАЧИ ПОТОКОВОГО ТРАФИКА

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Сдано в производство 04.05.2010 Тираж 120 экз.

Объем 1,25 пл. Формат 60x84/16 Изд. № 28 Заказ 28

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный университет туризма и сервиса» (ФГОУВПО «РГУТиС») 141221, Московская обл., Пушкинский р-он, пос. Черкизово, ул. Главная, 99

ФГОУВПО «РГУТиС», 2010

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ПОТОКОВЫХ СЕРВИСОВ В ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМАХ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Характеристика стандарта IEEE 802.16.

1.2. Характеристика потокового трафика и параметры качества, характеризующие непрерывность предоставляемых услуг.

1.3 Обзор стандартов цифрового видео.

1.4 Современные методы оценки качества декодирования потокового видео в беспроводных сетях.

1.4.1 Влияние вероятности потери пакета на качество декодирования видео.

1.4.2 Оценка вероятности битовой ошибки.

1.4.3 Оценки качества воспроизведения видео.

1.5 Сравнительный анализ методов оценки качества цифрового видео.

1.5.1. Объективные методы оценки качества.

1.5.2. Субъективные методы оценки качества видео.

1.6. Постановка задачи исследования.

ГЛАВА 2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКОВОГО ТРАФИКА И РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ СИСТЕМ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА.

2.1 Структура измерительного комплекса и параметры трафика.

2.1.1 Экспериментальные измерения качества передачи трафика с учетом подвижности абонентов.

2.1.2. Основные сведения о среде измерений.

2.1.3. Тестовые последовательности.

2.2. Оценка поведения беспроводных каналов на основе слежения за статистическими характеристиками качества связи.

2.3. Статистические характеристики пакетирования ошибок в беспроводных сетях.

2.3.1. Марковской модель с двумя состояниями.

2.3.2. Модифицированная модель с двумя состояниями.

2.4. Оценка самоподобия потокового трафика в сети широкополосного доступа WiMAX.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ПОТОКОВЫХ ДАННЫХ В ШИРОКОПОЛОСНЫХ СИСТЕМАХ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА

3.1 Результаты имитационного моделирования помехоустойчивости WiMAX в среде Mathworks Matlab и пакете визуального моделирования Simulink.

3.1.1. Постановка задачи.

3.1.2. Влияние скорости передвилсения терминала пользователя на помехоустойчивость.

3.1.3. Влияние на помехоустойчивость технологии MIMO.

3.1.4. Влияние механизма АМС на помехоустойчивость.

3.2 Динамика качества каналов беспроводного доступа с многолучевыми замираниями при пакетной коммутации.

3.3. Оценка вероятности пакетирования ошибок в широкополосных системах беспроводного доступа.

3.3.1. Оценка вероятности пакетирования ошибок вызванная замираниями

3.3.2. Особенности оценки вероятности пакетирования ошибок в системах WiMax.

3.4. Алгоритм оценки вероятности пакетирования ошибок в каналах связи систем беспроводного доступа с подвижными объектами.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ПОТОКОВОГО ВИДЕО В СИСТЕМАХ БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА.

4.1. Структура программно-аппаратного комплекса для оценки качества потокового видео.

4.2. Результаты оценки качества передачи потокового видео. с помощью ПАК.

4.3. Влияние ошибок на качество передачи потокового видео стандарта H.264/AVC в сетях WiMAX.

4.3.1. Влияние битовых ошибок на качество потокового видео.

4.3.2. Оценка эффективности передачи видеопотока по беспроводным сетям к условиях помех.

4.4. Чувствительность к потерям пакетов при потоковой передаче видео. 147 4.4.1. Чувствительность к потерям пакетов при воспроизведении файлов

Развитие и рост мультимедийных технологий, использующих в качестве транспорта беспроводную среду передачи данных, привлекают внимание все большей аудитории.

За несколько прошедших лет появились и получили бурное развитие беспроводные технологии широкополосного доступа, являющиеся серьезной альтернативой сотовым системам связи 3G. Для организации единой широкополосной беспроводной сети (городские беспроводные сети (WMAN)), работающей на больших расстояниях, был разработан и предложен стандарт IEEE 802.16, названный WiMAX - Worldwide Interoperability for Microwave Access (международное взаимодействие для микроволнового доступа). WiMAX относится к технологии Wireless MAN, которая может соединяться с точками доступа стандарта IEEE 802.11 (Wi-Fi) и является серьезной альтернативой прокладке кабеля или линии DSL при организации последней мили. Благодаря своим преимуществам (возможность обеспечения широкополосной связи в условиях отсутствия прямой видимости, большая зона покрытия, высокое качество предоставляемых услуг, простота построения сети, а следовательно меньшие затраты, технология WiMAX считается наиболее перспективной при переходе к сетям четвертого поколения (4G). Благодаря использованию схемы модуляции OFDM системы WiMAX работают при отсутствии прямой видимости между антеннами базовой станции и абонентского устройства (по переотраженным сигналам). Видеопоток передается через сеть от приложения, установленного на сервере, к пользователю. Беспроводная среда, как правило, используется для передачи данных и видео контента.

При этом из-за ограниченности полосы пропускания приходиться работать с видео с низким разрешением, и потеря одного пакета означает значительное ухудшение качества принятой информации. Кроме того, как правило, пользователи работают с приложением в реальном времени (потоковый трафик), когда невозможно осуществить повторную передачу данных.

Основным недостатком передачи видео по беспроводным сетям является отсутствие достаточной синхронизации между оригинальной последовательностью и декодированной на приемной стороне копией. Из-за агрессивной среды передачи пакеты данных могут претерпевать серьезные искажения или, вообще, теряться. Другим важным параметром характеризующим качество систем беспроводного доступа является степень интеграции услуг, что очень важно для передачи беспроводного видео в условиях ограниченности видео по размеру и по мощности мобильных устройств. На сегодняшний день не существует стандартных подходов к определению комплексных ошибок передачи.

В современных видео системах, как правило, используется кодек H.264/AVC - самый новый кодек, используемый для сжатия изображений, обеспечивающий лучшее качество при использовании меньшей полосы пропускания. В этом и состоит его отличие от кодеков Н.263 и MPEG 4. Эта особенность кодека Н.264 может быть использована в мобильных сетях передачи информации, то есть там, где имеется ограниченная полоса пропускания. Для передачи мультимедийных данных в распределенной окружающей среде необходимо учитывать ограничения, накладываемые на протоколы IP. Именно из-за этого появляются нежелательные эффекты, сказывающиеся на качестве обслуживания, что, в свою очередь, приводит к невозможности передавать высококачественную телевизионную картинку. С другой стороны, существует множество параметров, определяющих качество потокового видео (скорость передачи данных, коэффициент ошибок, дрожание фаз (джиттер)). В работе оценивается качество видео, переданного через мобильную сеть высокоскоростного пакетного доступа, который широко применяется и характеризуется более широкой полосой пропускания и более низкими временными задержками.

Целью диссертационной работы является оценка влияния помехоустойчивости систем широкополосного доступа WiMAX на качество передачи потокового трафика (видео и мультимедийных данных) и разработка рекомендаций по выбору параметров кодирования и системы передачи с целью обеспечения заданного качества восприятия.

Для достижения поставленной цели должны быть решены следующие задачи:

1 .Экспериментальные исследования статистических характеристик потокового трафика с помощью разработанного измерительного комплекса с целью разработки математической модели для имитационного моделирования широкополосной системы беспроводного доступа WiMAX с учетом подвижности пользователей

2. Разработка алгоритмов оценки вероятности пакетирования ошибок в каналах связи широкополосных систем беспроводного доступа с подвижными объектами на основе полученных экспериментально результатов статистических характеристик потоков ошибок

3. Оценка влияния битовых ошибок и потерь пакетов на качество передачи потокового видео стандарта Н.264 /AVC в широкополосных сетях беспроводного доступа WiMAX с учетом подвижности пользователей и характеристик декодеров.

Методы исследования. Для проведения исследований использовались методы теории вероятности, математической статистики, случайных процессов, теории телетрафика, теории массового обслуживания, а также методы имитационного моделирования. Математические расчеты выполнены в среде NS-2, Matlab 2007.

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами экспериментальных измерений трафика, а также статистическим анализом характеристик телекоммуникационного трафика в системах широкополосного доступа, результатами имитационного моделирования, которые не противоречат известным результатам, а также длительностью экспериментальных исследований, повторяемостью и контролируемостью.

Научная новизна.

1. Предложен алгоритм количественной оценки вероятности пакетирования m или большего количества ошибок в блоке данных длиной п бит, которая может быть определена с помощью элементов матрицы переходных вероятностей Марковской модели, найденных из экспериментальных статистических характеристик потока ошибок в каналах широкополосного. Исследования показали, что средняя длина пакетных ошибок составляет от 2 до 4 пакетов для большинства анализируемых расстояний.

2. Впервые разработаны и исследованы алгоритмы объективной оценки качества восприятия потокового видео стандарта H.264/AVC как в условиях одиночных битовых ошибок, так и при пакетировании ошибок в каналах беспроводного широкополосного доступа.

3. Доказано, что при потоковом видео потеря даже очень малого числа пакетов (около 1%) приводит к появлению непреодолимых проблем при декодировании, а увеличение «битрейта» и способа кодирования практически не влияет на качество воспроизведения видео.

Практическая ценность. Предложенный алгоритм оценки помехоустойчивости систем беспроводного доступа WiMAX позволяет впервые одновременно количественно оценивать качество передачи потокового трафика в условиях пакетирования ошибок, возникающих из-за многолучевого распространения.

На основе программной реализации алгоритма в среде Matlab Simulink создана система оценки помехоустойчивости видео и мультимедийной информации на базе комплексного учета основных особенностей стандарта IEEE 802.16. Внедрение разработанных алгоритмов объективной оценки качества восприятия потокового видео стандарта H.264/AVC как в условиях одиночных битовых ошибок, так и при пакетировании ошибок в каналах беспроводного широкополосного доступа позволяет впервые производить количественную оценку эффективности декодирования видео в зависимости от информационных и индивидуальных характеристик кодеров в реальном масштабе времени.

На основе программной реализации алгоритмов создан программно-аппаратный комплекс оценки качества потокового видео с учетом помехоустойчивости среды передачи.

Основные положения и результаты, выдвигаемые на защиту:

1. Необходимым условием количественной оценки качества передачи потокового трафика в системах беспроводного широкополосного доступа WiMAX является определение вероятности пакетирования ошибок, вызванного в основном подвижностью абонентов. Найденные вероятности позволяют обосновать выбор глубины перемежения показавшего, что с увеличением скорости перемещения эффективность перемежения падает.

2. Необходимым и достаточным условием удовлетворительного качества передачи потокового видео является потеря числа пакетов не более 1 %, и битовая ошибка BER < 3*10"5 . При невыполнении этих условий при декодировании увеличение «битрейта» и способа кодирования практически не влияет на качество воспроизведения видео. Наличие фонового FTP трафика приводит к дополнительному ухудшению объективного качества, увеличивая процент потерянных пакетов

3. Качество объективных оценок потокового видео зависит от информационных и индивидуальных особенностей характеристик кодера H.264/AVC и приводит к дополнительному группированию ошибок, влияние которых на декодированное видео значительнее битовых ошибок в каналах беспроводного доступа.

Использование результатов работы. Диссертационные исследования являются частью плановых научно-исследовательских работ, проводимых факультетом сервиса. Результаты диссертационной работы реализованы в учебном процессе факультета сервиса Российского государственного университета туризма и сервиса (имеются соответствующие акты о внедрении).

Апробация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях, проводимых различными организациями, в том числе на:

- XI, XII, XIII - й международных научно-практических конференциях и «Наука-Сервису», Москва, 2006- 2008 гг.;

- 2-й межвузовской научно-технической конференции «Проблемы развития электротехнических комплексов и информационных систем», Москва, 2007;

- 4-й отраслевой научной конференции - форуме «Технологии информационного общества», Москва, 2010.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 10 печатных работ, одна из них в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы, включающего 189 наименований. Работа представлена на 152 страницах машинописного текста, содержит 59 рисунков и 31 таблицу, приложения объемом 38 страниц.

3.5. Выводы

Рассмотрены результаты имитационного моделирования системы широкополосного доступа стандарта 802.16 в среде Matlab Simulink при семи режимах работы, определяемых соответствием типа используемой модуляции и общим коэффициентом кодирования. Использование каждого режима модуляции и кодирования объясняется оптимальностью данного режима при определённых качественных параметрах канала.

Имитационное моделирование произведено при следующих параметрах: частота нисходящих передач 2 ГГц; пропускная способность канала 20 МГц; коэффициент длины циклического префикса G=l/16; тип модуляции и коэффициент кодирования, соответствующие режиму АМСЗ; максимальная величина сдвига Доплера, одинаковая для всех путей распространения сигнала рэлеевской модели канала, соответствующая определённым скоростям передвижения передатчика

Показано, что применение нескольких передающих и принимающих антенн ощутимо понижает вероятность возникновения битовой ошибки, при относительном перемещении передающего и принимающего устройств, что следует из факта, что приращение помехоустойчивости системы от применения технологии многоантенной передачи напрямую зависит от частоты смены канальных коэффициентов радиоканала. При увеличении скорости движения канальная матрица меняется с большей частотой, а следовательно системе становится сложнее справиться с возросшей нагрузкой на функциональный блок STC.

Проведенные расчеты показали преимущества применения технологии MIMO при построении системы WiMAX, среди которых увеличенная по сравнению со схемой SISO устойчивость к замираниям в радиоканале вследствие подвижности абонентов, что достигается за счёт одновременной передачи нескольких символов OFDM в один период времени при использовании нескольких передающих радиоантенн.

Применение механизма адаптивных модуляции и кодирования АМС позволяет не полностью убирать вероятность битовых ошибок, а держать коэффициент BER ниже определенного уровня за счёт динамической смены типа модуляции и скорости кодирования. Такой подход позволяет автоматически выбирать более энергетически выгодный режим работы системы, опираясь на данные о помехах в радиоканале. В результате система более рационально использует мощность излучения и пропускную способности радиоканала, жертвуя лишь небольшим снижением помехоустойчивости.

При возрастании скорости движения коэффициент ошибок ощутимо возрастает, что объясняется тем, что при увеличении сдвига Доплера функциональным модулям, обеспечивающим реализацию механизма АМС, необходимо гораздо быстрее переключаться из одного режима работы в другой, вследствие чего задержка обратной связи между передатчиком и приемником становится определяющим фактором качества работы всего механизма в целом.

Замирания сигнала из-за многолучевого распространения являются в системах беспроводного доступа основной причиной искажений принимаемого сигнала, поскольку из-за корреляции или памяти процесса замираний замирания обычно вызывают пакеты ошибок. Показано, что основная проблема помехоустойчивости связана с аналитической оценкой вероятности Р(ш,п) наличия m или большего количества ошибок в блоке данных длиной п бит.

На основании и анализа экспериментальных данных, с помощью предложенной методики определяет величины, необходимые для такого расчета. Найдены значения элементов матрицы переходных вероятностей для используемой модели и значения элементов вектора финальных вероятностей.

Результаты расчетов, представлены в виде матриц и графиков для различных скоростей движения объекта. Показано, что при низкой скорости движения объекта (5 км/час) перемежение практически не оказывает влияния на величину вероятности появления m ошибок в блоке длиной п . Видно также, что вероятность появления неисправленных ошибок может быть оценена на уровне 10'5. При более высоких скоростях движения (до 60 км/час) при увеличении глубины перемежения вероятность появления m ошибок в блоке длиной п уменьшается, причем при более высокой скорости движения этот эффект проявляется в большей степени.

При малой скорости движения вероятность появления определенного числа ошибок в блоке информации меньше, чем при более высокой скорости. Так, при скорости движения 5 км/час вероятность появления 5 ошибок составляет 1,1x10"5, а при скорости движения объекта 60 км/час эта величина (без учета перемежения) возрастает до значения 0,1.

При увеличении длины блока вероятность появления определенного числа ошибок в блоке возрастает. При увеличении скорости движения объекта вероятность ошибки растет в меньшей степени, то есть при более низких скоростях движения допустимую длину блока следует определять более тщательно. При применении перемежения эффект от него сильнее проявляется при меньшей длине блоков.

4. ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ПЕРЕДАЧИ ПОТОКОВОГО ВИДЕО В СИСТЕМАХ

БЕСПРОВОДНОГО ДОСТУПА

4.1. Структура программно-аппаратного комплекса для оценки качества потокового видео

На рис. 4.1 представлена структурная схема разработанного программно-аппаратного комплекса (ПАК) для оценки качества потокового видео при передаче в различных телекоммуникационных сетях. В этой схеме отражено взаимодействие между модулями при передаче цифрового видео от источника через сеть связи к зрителю.

Для проведения оценки качества необходимо иметь данные видеофайла до передачи по сети (на передающей стороне) и после приема из сети (на приемной стороне). На передающей стороне необходимыми данными являются: исходное не кодированное видео в формате YUV, закодированное видео в формате MPEG-4, а также время отправки и тип каждого отправленного в сеть пакета. На приемной стороне необходимо получить следующие данные: время приема и тип каждого принятого из сети пакета, закодированное видео (возможно, искаженное) в формате MPEG-4 и декодированное видео в формате YUV для отображения.

В случае полной потери кадра отсутствует необходимая синхронизация кадров до и после передачи по сети.

На втором этапе обработки эта проблема решается на основе анализа информации о потерях. Синхронизация кадров восстанавливается путем добавления последнего отображенного кадра вместо потерянных. Это позволяет провести дальнейшую покадровую оценку качества.

На третьем этапе для анализа качества декодированного видео используются восстановленный и исходный видеофайл.

Функциональные модули ПАК. На рис.4.2 представлена функциональная схема ПАК. Рассмотрим назначение основных файлов и модулей, входящих в состав ПАК.

Рис. 4.2 Функциональная схема ПАК

Представление исходных файлов и формат видео. Цифровое видео представляет собой некоторую последовательность изображений. Независимо от того, как эта последовательность закодирована - с использованием пространственной (как JPEG) или временной (как MPEG или Н.263) избыточности, в конечном итоге каждый видеокодек производит последовательность из «сырых» изображений (пиксель за пикселем), которые можно затем отобразить. Обычно таким изображением является просто двухмерное множество пикселей. Каждый пиксель соответствует одному из трех цветов RGB - красному, синему или зеленому. Однако при кодировании видео пиксели представлены как комбинация яркости (Y) и значений хроматических данных: цвету (U) и насыщенности (V). Соответствие RGB и YXJY представлено следующими уравнениями:

Y= 0,299R + 0,578G + 0,114Д- U = 0,565(В - Y); F=0,713(R-Y); R = Y+ 1,403 F; G = 7-0,344£/-0,714F; £ = Y+1,770U.

Известно, что визуальное восприятие человека наиболее чувствительно к яркостному компоненту, чем к компонентам хроматических данных. Именно поэтому при кодировании видео компонент яркости вычисляется для каждого пикселя, а два остальных компонента часто усредняются по более чем четырем пикселям. В качестве исходного (незакодированного) видеоматериала обычно используется формат YUV QCIF (176x144) или YUV CIF (352x288). Такие файлы могут быть получены из различных источников [99, 100, 101].

Кодирование исходного видео производится программой mpeg4encoder.exe следующим образом: mpeg4encoder.exe [example.par] где example.par - файл настроек кодека, в котором можно указать разрешение видео, тип кодирования, число кадров и др.

После кодирования исходного видео получают mpeg-4 файл.

Модуль видеопередатчика. Целью работы модуля ВП является генерация видеотрассы из закодированного видео (mpeg-4 файла). В файле видеотрассы (табл.4.1) содержатся следующие данные: номер кадра, тип кадра, размер и число сегментов при разделении кадра на UDP (от англ. User Data Protocol) пакеты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена важная актуальная научно-техническая задача оценки влияния помехоустойчивости систем широкополосного доступа WiMAX на качество передачи потокового трафика (видео и мультимедийных данных) и разработка рекомендаций по выбору параметров кодирования и системы передачи с целью обеспечения заданного качества восприятия.

1. Анализ статистических характеристик потокового трафика, полученных с помощью разработанного программно-аппаратного комплекса, показал, что вероятность пакетирования ошибок в системах беспроводного доступа WiMax удваивается при каждом увеличении размера пакета на 300 байт, и является экспоненциальной функцией расстояния. Показано, что из-за подвижности пользователя вероятность ошибки пакетов примерно на 30% выше средней. Средняя длина ошибки составляет от 2 до 4 пакетов для большинства анализируемых расстояний. Средние . длины безошибочных интервалов для различных расстояний изменяются в пределах двух порядков по величине и имеют большую стандартную дисперсию.

2. Получены на основании и анализа экспериментальных данных, с помощью предложенной методики аналитические соотношения для оценки вероятности наличия m или большего количества ошибок в блоке данных длиной п бит Р(ш,п), найдены значения элементов матрицы переходных вероятностей для используемой модели и значения элементов вектора финальных вероятностей. Показано, что при низкой скорости движения объекта (5 км/час) перемежение практически не оказывает влияния на величину вероятности появления m ошибок в блоке длиной п. Видно также, что вероятность появления неисправленных ошибок может быть оценена на уровне 10"5. При более высоких скоростях движения (до 60 км/час) при увеличении глубины перемежения вероятность появления m ошибок в блоке длиной п уменьшается, причем при более высокой скорости движения этот эффект проявляется в большей степени.

3. Показано, что при BER < 3*10"5 битовые ошибки не влияют на качество принимаемого видео и легко устраняются известными, реализованными в WiMAX способами защиты от ошибок. При BER > 4*10" потери пакетов в сети достигают максимального значения и приводят е неприемлемому качеству принимаемого видео. Гарантировать объективное превосходное качество видеопотока при передаче по каналу можно при величине вероятности битовой ошибки не более 1*10" , хорошее качество в диапазоне т

1*10"4 . 4*10"4, удовлетворительное качество в диапазоне 4*10"4 . 8*10"4, плохое качество в диапазоне 8* 10"4 . 1 * 10"3 и очень плохое при BER> 1 * 10"3

4. Использование в системах беспроводного доступа стандарта кодирования видео H.264/AVC с кодами переменной длины VLC (от англ. Variable-Length Coding), приводит к рассинхронизации декодированных видеопоследовательностей и возникновению дополнительного группирования ошибок, влияние которых на декодированное видео значительнее битовых ошибок, поскольку приводит к потере больших сегментов информации.

5. Установлено, что суммарная задержка не оказывает сильного влияния на объективное качество воспроизведения видео, однако является критическим фактором для служб реального времени, и влияет на субъективное восприятие качества. Установлен факт идентичности использования фиксированного беспроводного клиента и мобильного, а таюке их несущественного отличие от проводного аналога. В сценариях с участием двух беспроводных клиентов (оба мобильные либо один из них стационарный) качество видео (на стороне мобильно клиента) ниже по отношению к сценариям, где один клиент проводной. Во втором случае (мобильный + проводной) качество со стороны мобильного клиента заметно выше, но слабее, чем в сценариях с одиночным беспроводным клиентом.

6. При потоковым видео потеря очень малого числа пакетов (более 1%) приводит к появлению непреодолимых проблем при декодировании и увеличение битрейт и способа кодирования практически не влияет на качество воспроизведения. Увеличение «битрейта» улучшает QoS в пересчете на критерии субъективного и объективного качества, причем стационарный беспроводной пользователь имеет несколько более высокий уровень качества чем мобильный пользователь. Наличие фонового FTP трафика приводит к дополнительному ухудшению объективного качества видео поскольку увеличивает процент потерянных пакетов.

7. При файловом воспроизведении из-за способности TCP/IP корректировать ошибки передачи наблюдаются существенное улучшение качества воспроизведения, поскольку чувствительность к потерям пакетов при воспроизведении файлов через TCP/IP, оказывается меньше, чем с протоколом UDP и «битрейт» и способ кодирования оказывают влияние на восприимчивость к ошибкам передачи.

1. Артюшенко В. М., Шелухин О. И., Афонин М. Ю. Цифровое сжатие видеоинформации и звука: Учебное пособие / Под ред. В.М. Артюшенко. М.: «Дашков и К0», 2003.

2. F. Kozamernik, V. Steinmann, P. Sunna, E. Wyckens "SAMVIQ A New EBU Methodology For Video Quality Evaluations in Multimedia".

3. S. Winkler, "A perceptual distortion metric for digital colour images", Proc. of the 5th IEEE International Conference on Image Processing (ICIP '98), Chicago, IL, October 4-7, 1998.

4. ANSI Tl.801.03-1996, "American National Standard for telecommunications digital transport of one-way video signals-parameters for objective performance assessment", American National Standards Institute.

5. Stephen Wolf, and Margaret H. Pinson, "Spatial-temporal distortion metrics for inservice quality monitoring of any digital video system", Proc. of SPIE International Symposium on Voice, Video, and Data Communications, Boston, MA, September 11- 22, 1999.

6. T. Alpert, V. Baroncini, D. Choi, L. Contin, R. Koenen, F. Pereira, Ii. Peterson,"Subjective Evaluation of MPEG-4 Video Codec Proposals: Methodological Approach and Test Procedures".7. http://ffmpeg.sourceforge.net/index.php.

7. Feamster N. and Balakrishnan H., Packet Loss Recovery for Streaming Video, 12th International Packet Video Workshop, Apr. 2002. Sect. С (3), July-September 2008, pp. 9-16.

8. Dardari D., Martini M. G., Mazzotti M., and Chiani M., Layered Video Transmission on Adaptive OFDM Wireless Systems EURASIP Journal on Applied Signal Processing 2004 №10, pp. 1557-1567/

9. IEEE802.il, part 11, Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: High Speed Physical Layer in the 5GHz Band, P802.Ha/D7.0, July 1999.

10. Channel Models for Fixed Wireless Applications IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group IEEE 802.16.3c-01/29r4.

11. ITU-R BT.500-11 Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures/

12. ITU-T Recommendation P.800.1, Mean opinion score (MOS) terminology, Mar. 2003.14. http://www.ixbt.com/divideo/estimatel .shtml

13. В.С.Сюваткин, В.И.Есипенко, И.П.Ковалев,В.Г.Сухоребров WiMAX технолгия беспрводной связи: теоретические основы, стандарты, применения / под. Ред В.В.Крылова- СПб.: БХВ-Петербург, 2005 - 368 с.

14. Шелухин О.И., Тенякшев A.M., Осин А.В. Моделирование информационных систем./ Под ред. О.И. Шелухина-М.: Сайнс-Пресс., 2005.

15. Dai М. and Loguinov D. Analysis and modeling of MPEG-4 and H.264 multi-layer video traffic, in Proceedings of IEEE INFOCOM, Miami, FL, Mar. 2005.

16. Feng W.-C. Buffering Techniques for Delivery of Compressed Video in Video-on-Demand Systems. Kluwer Academic Publisher, 1997.

17. Krunz M. and Tripathi S., Exploiting the temporal structure of MPEG video for the reduction of bandwidth requirements, in Proc. of IEEE Infocom, vol. 1, No. 1, Kobe, Japan, Apr. 1997, pp. 6774.

18. Krunz M., Sass R., and Hughes H., Statistical characteristics and multiplexing of MPEG streams, in Proceedings of IEEE INFOCOM, Boston, MA, Apr. 1995, pp. 455-462.

19. Liebeherr J. and Wrege D., Traffic characterization algorithms for VBR video in multimedia networks, Multimedia Systems, vol. 6, No. 4, pp. 271-283, July 1998.

20. Roberts J. W., Internet traffic, QoS, and pricing, Proceedings of the IEEE, vol. 92, No. 9, pp. 1389- 1399, Sept. 2004.

21. Rose O., Statistical properties of MPEG video traffic and their impact on traffic modelling in ATM systems, University of Wuerzburg, Institute of Computer Science, Tech. Rep. 101, Feb. 1995.

22. Sarkar U., Ramakrishnan S., and Sarkar D., Study of longduration MPEG-trace segmentation methods for developing frame-size-based traffic models, Computer Networks, vol. 44, No. 2, pp. 177— 188, Feb. 2004.

23. Seeling P., Reisslein M., and Kulapala В., Network performance evaluation with frame size and quality traces of singlelayer and two-layer video: A tutorial, IEEE Communications Surveys and Tutorials, vol. 6, No. 3, pp. 58-78, Third Quarter 2004.

24. Layered video coding offset distortion traces for tracebased evaluation of video quality after network transport, in Proc. of IEEE Consumer Communications and Networking Conference CCNC, Las Vegas, NV, Jan. 2006, pp. 292-296.

25. Feamster N. and Balakrishnan H., Packet Loss Recovery for Streaming Video, 12th International Packet Video Workshop, Apr. 2002. Sect. С (3), July-September 2008, pp. 9-16.

26. Telatar I. Capacity of multi-antenna gaussian channels vol. 10, No. 6, pp. 585-595, Nov. 1999.

27. Dardari D., Martini M. G., Mazzotti M., and Chiani M., Layered Video Transmission on

28. Adaptive OFDM Wireless Systems EURASIP Journal on Applied Signal Processing 2004 №10, pp. 1557-1567.

29. IEEE802.il, part 11, Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications: High Speed Physical Layer in the 5GHz Band, P802.1 la/D7.0, July 1999.

30. Channel Models for Fixed Wireless Applications IEEE 802.16 Broadband Wireless Access Working Group IEEE 802.16.3c-01/29r4.

31. ITU-R BT.500-11 Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures.34. wwvv.compression.ru

32. ITU-T Recommendation P.800.1, Mean opinion score (MOS) terminology, Mar. 2003.36. http://vvww.ixbt.com/divideo/estimatel .shtml37. http://www.ixbt.com/divideo/codex-psnr.shtml

33. Rohaly M. Video Quality Experts Group: Current Results and Future Directions, In: SPIE Visual Communications and Image Processing, Perth, Australia, June 21-23, 2000, Vol. 4067, p.742-753.

34. Lakshman Т., Ortega A., and Reibman A., VBR video: Tradeoffs and potentials, Proceedings of the IEEE, vol. 86, No. 5, pp. 952-973, May 1998.

35. Avcibas I. Image Quality Statistics and their use in steganalysis and compression. PhD Thesis.Bogazichi Univ, 2001, p. 113.

36. M.B. Pursley, D.V. Sarwate and W. Stark, "Error Probability for Direct-Sequence Spread-Spectrum Multiple-Access Communications Part I: Upper and Lower Bounds 1", IEEE Trans. Communications, vol. COM-30, pp. 975-984, May 1982.

37. E.A. Cieraniotis and M.B- Pursley, "Error Probability for Direct-Sequence Spread-Spectrum Multiple-Access Communications Part II: Approximations", IEEE Trans. Communications, vol. COM-30, pp. 985-95, May 1982.

38. D. Laforgia, A. Luvison and V, Zingarelli, "Bit Error Rate Evaluation for Spread-Spectrum Multiple-Access Systems", IEEE Trans. Communications, vol. COM-32, pp. 660-669, 1084.

39. P,G.W, van Rooyen, Maximum Entropy Analysis of a DS/SSMA Diversity System, D.Eng Dissertation, Rand Afrikaans University, Johannesburg, 1994.

40. A.J. Viterbi "Very Low Rate Convolutional Codes for Maximum Theoretical Performance of Spread-Spectrum Multiple-Access Channels", IEEE J. Selected Areas in Communications, vol. 8, pp. 641-649, May 1990.

41. D.B. Fritchman, "A Binary Channel Characterization using Partitioned Markov Chains", IEEE Trans, on Information Theory, vol. IT-13, pp. 221-227, 1967.

42. M.B. Pursley, "Performance Evaluation for Phase-Coded Spread-Spectrum Multiple-Access Communications Part I; System Analysisll, IEEE Trans. Communications, vol. COM-25, pp.795799, August 1977.

43. S. Tsai, "Markov characterization of the H.F. channel" , IEEE Trans, on Communication Technology, vol. COM-17, pp. 24-32, Feb. 1969.

44. M.D. Knowles and A.I. Drukarev, "Bit Error Rate Estimation for Channels with Memoryll, IEEE Trans, on Communications'4 vol. 36, pp, 767-769, June 1988.

45. A.I. Drukarev and K.P. Yiu, "Performance of Error-Correcting Codes on Channels with Memoryl" IEEE Trails, on Communications, vol COM-34, pp. 513-521, June 1986

46. F. Swarts, Markov Characterization of Fading Channels, M.Eng Thesis, Rand Afrikaans University, Johannesburg, 1991.

47. A. Papoulis, Probability, Random Variables, and Stochastic Processes, Singapore: McGraw-Hill, 1991.

48. L.N. К anal and A.R.K. Sastry, "Models for Channels with Memory and Their Applications to Error Control", in Proc. IEEE, vol. 60, pp.724-744, July 1978.

49. G.C. Clark, Jr. and J. Bibb Cain, Error- Correction Coding for Digital Communications, New York: Plenum Press, 1981.

50. Rao K., Bojkovic Z., Milovanovic D., Multimedia Communication Systems: Techniques, Standards, and Networks, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, USA, 2002.

51. Wang Y., Osterman J., Zhang Y. Q., Video Processing and Communications, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, USA, 2002.

52. Schafer R., Wiegand Т., Schwarz H., "The emerging Н.264/ AVC standard," EBUTechnical Review, No. 293,2003.

53. ITU-T, H.263 Recommendation, ITU-T, Geneva, Switzerland, 2000.

54. Draft ITU-T Rec. H.264, ISO/IEC 14496-10,2002 E.

55. Garrett M., Contributions toward real-time services on packet switched networks, Ph.D. thesis, Columbia University, New York, NY, USA, 1993.

56. Riedi R. Vehel J. L., "Multifractal properties of TCP traffic: a numerical study," INRLA Research Report 3129, IN-RLA, Rocquencourt, Le Chesnay Cedex, France, 1997;65. http://www.stat.rice.edu/%7Eriedi/cv publications.html.

57. Fitzek F. Reisslein M., MPEG-4 and H.263 video traces for network performance evaluation, TKN Technical Report TKN-00-06, Technical University Berlin, Berlin, Germany, 2000.

58. Krishna M., Gadre V., Desai U., Multifractal Based Network Traffic Modeling, Kluwer Academic Press, Boston, Mass, USA, 2003.72. www.acticom.de.

59. Дворкович A.B. Эффективное кодирование видеоинформации в новом стандарте H.264/AVC // Труды НИИР, 2005.

60. Reljin I., Samcovic A., Reljin В. H.264/AVC Video Compressed Traces: Multifractal and Fractal Analysis , Hindawi Publishing Corporation EURASIP Journal on Applied Signal Processing Volume 2006, Article ID 75217, pp. 1-13.

61. Reljin В., Reljin I., Multimedia: the impact on the teletraffic, in Book 2, N. Mastorakis, Ed., pp. 366 373, World Scientific and Engineering Society Press, Clearance Center, Danvers, Mass, USA, 2000.

62. Reljin I,, Reljin B. Fractal and multifractal analyses of compressed video sequences," Facta Universitatis (NIS) Series: Electronics and Energetics, vol. 16, No. 3, pp. 401 414, 2003.

63. Taqqu M., Teverovsky V., Willinger W. Estimators for long-range dependence: an empirical study, Fractals, vol. 3, No. 4, pp. 785 788, 1995.

64. Peitgen H., Jurgens II., Saupe D. Chaos and Fractals, Springer, New York, NY, USA, 1992.

65. Vehel L., Mignot P. Multifractal segmentation of images, Fractals, vol. 2, no. 3, pp. 371 377, 1994.

66. Vehel L. Introduction to the multufractal analysis of images, Tech. Rep., INRIA, Rocquencourt, Le Chesnay Cedex, France, 1996.

67. Reljin I., Reljin B. Fractal geometry and multifractals in analyzing and processing medical data and images, Archive of Oncology, vol. 10, No. 4, pp. 283 293, 2002.

68. Stojic, Reljin I., Reljin B. Adaptation of multifrac-tal analysis to segmentation of microcalcifications in digital mammograms, Physica A: Statistical Mechanics and its Applications, vol. 367, pp. 494-508, 2006.

69. Chhabra, Jensen R. Direct determination of the f(a) singularity spectrum, Physical Review Letters, vol. 62, No. 12, pp. 1327- 1330, 1989.

70. Шелухин О.И., Осин A.B., Смольский C.M. Самоподобие и фракталы. — Телекоммуникационные приложения/ Под ред. О.И. Шелухина М.: Физматлит, 2008.

71. Шелухин О.И., Лукьянцев Н.Ф. Цифровая обработка и передача речи. М.: Радио и связь, 2000 г.

72. Коржик В.И., Финк JI.M., Щелкунов К.Н., Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений, Справочник, М.: Радио и связь, 1981 г

73. Маковеева М.М., Шинаков Ю.С. Системы связи с подвижными объектами. М.: Радио и связь, 2002,- 440 с

74. Aguiar А. С., Ноепе С., Klaue J., Karl Н., Wolisz A., and Miesmer H. Channel-aware schedulers for voip and MPEG-4 based on channel prediction, to be published at MoMuC, 2003.

75. Sanneck H., Mohr W., Le L., Iloene C., and Wolisz A. Quality of service support for voice over ip over wireless. Wireless IP and Building the Mobile Internet, December 2002.

76. Wu D., Hou Y. Т., Zhu W., Lee H.-J., Chiang Т., Zhang Y.-Q., and Chao H. J. On end-to- end architecture for transporting mpeg-4 video over the internet. IEEE Transactions on Circuits and Systems for Yideo Technology, 10(6) pp. 923-941, September 2000.

77. Hertrich D. MPEG4 video transmission in wireless LANs basic QoS support on the data link layer of 802.1 lb. Minor Thesis, 2002.

78. WolfS. and Pinson M. Video quality measurement techniques. Technical Report 02 392, U.S. Department of Commerce, NTIA, June 2002.

79. Sarnoff Corporation. Jndmetrix-iq software and jnd: A human vision system model for objective picture quality measurements, 2002.

80. Project P905-PF EURESCOM. Aquavit assessment of quality for audio-visual signals over Internet and UMTS, 2000.98. http://www.isi.edu/nsnam/ns/ns-documentation.html

81. MPEG-4 Industry Forum (http://www.m4if.org/ resources.php)

82. MPEG (http://mpeg.nist.gov/)101. http://trace.eas.asu.edu/index.html102. http://www.tcpdump.org103. http://windump.polito.it104. http://www.tkn.tu-berlin.de/research/evalvid/fw.html

83. ISO-IEC/JTC1/SC29/WG11. ISO/EEC 14496: Information technology Coding of audiovisual objects, 2001.

84. ITU-R Recommendation BT.500-10. Methodology for the subjective assessment of the quality of television pictures, March 2000.

85. ITU-T Recommendations P.910 P.920 P.930. Subjective video quality assessment methods for multimedia applications, interactive test methods for audiovisual communications, principles of a reference impairment system for video, 1996.

86. ANSI Tl.801.01/02-1996. Digital transport of video teleconferencing / video telephony signals. ANSI, 1996.

87. ANSI Tl.801.03-1996. Digital transport of one-way video signals parameters for objective performance assessment. ANSI, 1996.

88. ISO-IEC/JTC1/SC29/WG11. Evaluation methods and procedures for july mpeg-4 tests, 1996.

89. Hanzo L., Cherriman P. J. and Streit J. Wireless Video Communications. Digital & Mobile Communications. IEEE Press, 445 Hoes Lane, Piscataway, 2001.

90. Berts J. and Persson A. Objective and subjective quality assessment of compressed digital video sequences. Master's thesis, Chalmers University of Technology, 1998.

91. Sarnoff Corporation. Jndmetrix-iq software and jnd: A human vision system model for objective picture quality measurements, 2002.

92. Klaue J., Gross J., Karl H., and Wolisz A. Semantic-aware link layer scheduling of mpeg- 4 video streams in wireless systems. In Proc. of Applications and Services in Wireless Networks (AWSN), Bern, Switzerland, July 2003.

93. Nemethova O., Ries M., Siffel E., Rupp M. Quality Assessment for H.264 Coded Low-Rate and low-Resolution Video Sequences, Proc. of Conf. on Internet and Inf. Technologies (CIIT), St. Thomas, US Virgin Islands, pp. 136-140, 2004.

94. Шелухин О.И., Иванов Ю.А., Арсеньев A.B. Анализ алгоритмов обработки интерактивной видеоконференцсвязи в системах беспроводного доступа // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2009, т.5, №2, С. 17-26.

95. F. Kozamernik, V. Steinmann, P. Sunna, E. Wyckens "SAMVIQ A New EBU

96. Methodology For Video Quality Evaluations in Multimedia".

97. S. Winkler, "A perceptual distortion metric for digital colour images", Proc. of the5th IEEE International Conference on Image Processing (ICIP '98), Chicago, IL,1. October 4-7, 1998.

98. Rohaly M. et al. (2000) "Video Quality Experts Group: Current Results and Future Directions", In: SPIE Visual Communications and Image Processing, Perth, Australia,June 21-23, 2000, Vol. 4067, p.742-753.

99. ANSI Tl.801.03-1996, "American National Standard for telecommunicationsdigital transport of one-way video signals-parameters for objective performance assessment", American National Standards Institute.

100. T. Alpert, V. Baroncini, D. Choi, L. Contin, R. Koenen, F. Pereira, H. Peterson, "Subjective Evaluation of MPEG-4 Video Codec Proposals: Methodological Approach and Test Procedures".123. http://ffmpeg.sourceforge.net/index.php.

101. J. Klaue, B. Rathke and A. Wolish, "EvalVid A Framework for Video

102. Transmission and Quality Evaluation".

103. How to evaluate MPEG video transmission using the NS2 simulator126. http://140.116.72.80/~smallko/ns2/EvalvidJnNS2.htm

104. MSU Perceptual Video Quality tool128.http://compression.ru/video/qualitymeasure/perceptualvideoqualitytoolen.html.

105. Арсеньев A.B. Оценка самоподобия трафика в сети широкополосного доступа WiMAX с использованием алгоритма автоматического выбора границ масштабирования. Электромагнитные волны и электронные системы №1, 2009, с 17-21

106. Окулов К.Ю., Перегняк А.Е., Арсеньев А.В. Сравнительный анализ результатов моделирования трафика на основе различных вейвлет-моделей. «Электротехнические и информационные комплексы и системы» №4 2008 г., стр.46-51

107. Ахметшин P.P., Арсеньев А.В., Перегняк А.Е.Моделирование телекоммуникационного трафика с использованием мультифрактальной вейвлет-модели «Электротехнические и информационные комплексы и системы» №4 2008 г., стр.52-59

108. Арсеньев А.В. Оценка поведения беспроводных каналов, на основе слежения за статистическими характеристиками качества связи. «Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса» №1(8) 2009 , стр. 63-69

109. Шелухин О.И., Арсеньев А.В. Фоминский В.Ю.Алгоритм оценки вероятности пакетирования ошибок в каналах связи систем беспроводного доступа с подвижными объектами. Вестник ассоциации вузов туризма и сервиса» №1(8) 2009 , стр. 70-77

110. Арсеньев А.В., Фоминский В.Ю.,Симонян А.Г.Оценка фрактальных свойств телекоммуникационного трафика в сети широкополосного доступа WiMAX. Электротехнические и информационные комплексы и системы» №1 2009 г., стр.48-52

111. Арсеньев А.В. Динамика качества каналов беспроводного доступа с многолучеывыми замираниями при пакетной коммутации. Электротехнические и информационные комплексы и системы» №1 2009 г., стр.53-57

112. Арсеньев А.В., Фоминский В.Ю. Марковская модель беспроводного канала с механизмом ARQ/FEC. Электротехнические и информационные комплексы и системы» №2 2009 г., стр. 19-24

113. Шелухин О.И., Иванов Ю.А., Арсеньев А.В. Анализ алгоритмов обработки интерактивной видеоконференцсвязи в системах беспроводного доступа. Электротехнические и информационные комплексы и системы» №2 2009 г., стр. 17-26.

114. Шелухин О.И., Арсеньев А.В., Перегняк А.Е. Мультифрактальный анализ видеосигналов стандарта H.264/AVC . Электротехнические и информационные комплексы и системы» №3 2009 г., стр.35-43.

115. T. Wiegand, G. J. Sullivan, G. Bjontegaard, and A. Luthra, "Overview of the H.264/AVC video coding standard," IEEE Trans. Circuits Syst. Video Technol., vol. 13, pp. 560-576, July 2003.

116. Kolkeri V. Error concealment techniques in H.264/AVC, for video transmission over wireless network, The University of Texas at Arlington, 2008

117. Romer M. MPEG-4 Video Quality Analysis, Florida Atlantic University, Video Communications Project, Spring 2004

118. Hohlfeld O. Markovian Packet Loss Generators and Video QoE, T Systems, February 2008

119. ITU-T Recommendation H.320, Narrow-Band Visual Telephone Systems and Terminal Equipment, Rev. 4 May 1999.

120. ISO/IEC International Standard 13818; Generic coding of moving pictures and associated audio information, Nov. 1994.

121. Wenger S., Stockhammer Т., and Hannuksela M.M. RTP payload Format for H.264 Video, Internet Draft, Work in Progress, March 2003.

122. Parrein В., Boulos F., Callet P., Guedon J. Priority Image and Video Encoding Transmission Based on a Discrete Radon Transform IEEE Packet Video 2007, Lausanne: Switzerland (2007)

123. Lee J.B., Kalva H. The VC-1 and H.264 Video Compression Standards for Broadband Video Services, Springer, 2008

124. Richardson I. H.264 and MPEG-4 Video. Compression: Video Coding for Next-Generation. Multimedia, John Wiley & Sons, 2003

125. Neve W.D., Leroage S., Lambert P., Van de Walle R. A performance evaluation of MPEG-21 BSDL in the context of H.264/AVC Ghent University, Sint-Pietersnieuwstraat 41 B-9000, Ghent, Belgium

126. Дворкович А. В. Эффективное кодирование видеоинформации в новом стандарте H.264/AVC // Труды НИИР, 2005.

127. Wenger S. H.264/AVC Over IP, IEEE Transactions On Circuits And Systems for Video Technology, 13, no. 7, pp. 645 656, Jul. 2003.

128. Ries M. Video Quality Estimation for Mobile Video Streaming, Dissertation, Technischen Universitat Wien Fakultat fur Elektrotechnik und Informationstechnik, Wien, September 2008

129. PostelJ. "Transmission Control Protocol," RFC 793, 1981.169 . PostelJ. "User Datagram Protocol," RFC 768, 1980.

130. Schnlzrinne H., Casner S., Frederick R., Jacobson V. "RTP: A Transport Protocol for RealTime Applications," RFC 1889, 1996.

131. Schidzrinne II., Rao A., Lanphier R. Real Time Streaming Protocol (RTSP), RFC 2326, 1998.

132. Шелухин О.К, Иванов Ю.А., Арсенъев А.В. Анализ алгоритмов обработки интерактивной видеоконференцсвязи в системах беспроводного доступа // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2009, т.5, №2, С. 17-27.

133. Ebert J.-P. Willig A. A Gilbert-Elliot Bit Error Model and the Efficient Use in Packet Level Simulation // TKN Technical Reports, Berlin, March 1999

134. Wang H., Moayeri N. Finite state markov channel a useful model for radio communication channels. IEEE Transaction on Vehicular technology, 44(2): 163-171, February 1995.

135. Куликов Д.Л., Ватолин Д.С. Оценка качества работы видеодекодеров стандарта MPEG-2 при работе в ненадежной среде передачи данных // Тр. конф. Graphicon-2006, С. 367 370.

136. Куликов Д.А. Методы маскирования искажений в видеопотоке после сбоев работы кодека: дисс. канд. ф.-м. н. / МГУ им. М.В. Ломоносова, 164 с.

137. ITU-T Recommendation Р.910, Subjective video Quality assessment methods for multimedia applications.

138. ETSI TR 102 493. Guidelines for the use of Video Quality Algorithms for Mobile Applications.

139. Быков P.E. Теоретические основы телевидения. С.-Пб.: Изд-во "Лань", 1998 г.

140. Шиманский Е.Ю. Разработка и исследование методов и устройств сокращения временной избыточности цифровых видеопотоков: дисс. канд. т. н. / ЛЭТИ, 2006.144 с.

141. Цифровая обработка телевизионных и компьютерных изображений. Под ред. Зубарева Ю.Б., Дворковича В.П., г. Москва: Издательство МНТЦИ, 1997 г. 255 с.

142. Иванов Ю.А., Невструев И.А. Структура и помехоустойчивость систем беспроводного доступа с OFDM // Электротехнические и информационные комплексы и системы, 2009, т.5, №3, С.25-29.

143. Information and Communication Technologies "ADAMANTIUM" // D4.4 PQoS Models and Adaptation Mechanisms www.ict-adamantium.eu