適用於媒體串流之多重描述視訊編碼法

Abstract

同儕網路(Peer-to-Peer, or P2P network)由於其低成本及簡單具延展性的特性，已經越 來越被廣泛使用在不同的應用上，從早期的檔案分享、快速檔案下載、到影音媒體串流 等，都是很熱門的應用。然而，在影音串流的應用中，由於影音的大頻寬需求，使得頻 寬不足的Peer 而言，無法下載高頻寬的影音資料，或貢獻其上載頻寬協助影音串流，使 得P2P 的特性無法充分發揮。要解決上述網路與Peer 的異質性問題，方法之一就是將 高頻寬的影音資料切割成多個低頻寬的子影音檔，如此一來，低頻寬Peer 也能參與上載 或下載較低頻寬的子影音檔。而多重描述編碼法(Multiple Descriptor Coding)就是一種將 影片切割成多個低頻寬子影片的視訊編碼法. 多重描述編碼法所切割出來的子影片是可以獨立被個別解碼的。 收到少數子影片 檔的Peer 可解出較低品質的影片；而收到愈多子影片檔的peer，則可解出愈高品質的影 片。同時，由於各個子影音檔在傳輸時可能走不同路徑，封包遺失可以藉由其他子影片 檔的內容來加以修復，因此大幅減低封包遺失對影片品質的影響。 多重描述編碼法雖然能為網路與Peer 的異質性提供解決之道，然而在實際的應用中 卻未被廣為使用，主要在於編碼效能與即時性的問題。如果單純將影片檔的資料切割成 多份分別壓縮，則個別單一的子影片品質難以接受且壓縮的效率也差，要讓單一的子影 片的品質提昇，則必須加入些redundancy，因而更減低了編碼效能。要達到最佳的編碼 效能往往會增加演算法的複雜度，也影響到編碼的即時性。 在此研究計畫中，我們預計以三年為期完成以下三個目標：１. 研究利用錯誤編碼 法改善多重描述編碼之效能的方法; 2. 研究設計階層式架構的混合多重描述編碼架構; 3. 實現所設計的階層式多重描述編碼於實際的P2P系統中。 計畫第一年主要是著重在 研究使用不對等保護(Unequal Error Protection, UEP)的方式改善多重描述編碼之編碼效 能的方法。我們將根據影片資料的重要性決定分配的方式，來讓錯誤糾正碼的使用效率 較好。我們將不預設descriptor 的數目，而是根據視訊檔本身的內容、網路狀況、或使 用者的需求情形來訂定。 第二年的研究重點在於階層式的混合多重描述編碼架構的研 究與設計，主要的想法是希望能結合不同MDC 架構中，對於不同視訊特性切割的優點， 希望兼顧視訊資料的多個特性來達到較佳的編碼效能與錯誤容忍能力。同時考慮多種特 性的混合式MDC 雖也有人提出，但僅限於交錯式的混合架構，因此，在video sequence 的每個時間點上，其實都只用了一種特性的切割。在本計畫中，我們擬提出階層式的混 合MDC 架構，使得在sequence 中的每個時間點都是結合多種特性的混合切割，我們預 期如此的切割能有不錯的效果。第三年我們將根據前兩年的研究結果，實作出所設計的 MDC 方法於P2P streaming 網路中，並分析其在實際應用中的系統效能。

Peer-to-Peer (or P2P) network, due to its low-cost and scalability, has been widely used for various applications, such as file sharing, fast downloading, VOIP, IPTV, etc. However, not all the clients can enjoy the media-streaming services over P2P networks due to the problems of heterogeneous device bandwidth and dynamic network congestion. Multiple description coding (MDC) addresses such problems by means of striping a video sequence into two or more descriptions in such a way that each description in independently decodable. The quality of the received video improves with each received description, so devices can determine the number of descriptions to receive according to their available bandwidths. Loss of any one of these descriptions does not cause complete failure. If one of the descriptions is lost, the playback can continue with only a slight reduction in overall quality. There have been a number of proposals for MDC coding each providing their own tradeoff between compression efficiency and error resilience. And very few researches have addressed the problem of coding complexity which is important for streaming applications. In this project, we plan to design a MDC-based coding solution for video streaming over P2P network. There are three goals that we would like to achieve in three years: 1. Study on improving the coding efficiency of MDC by using error correction code, 2. Study on MDC using hierarchical hybrid architectures, 3. Design and implement the proposed MDC solution for P2P applications. In the first year, we will focus on the design of MDC which improves the coding efficiency by using the technique of unequal error protection (UEP) to make the use of error correction code more efficiently. In the second year, we will focus on designing a hierarchical hybrid architecture of MDC which takes advantages of different video features in error concealment. In the third year, we will implement the proposed MDC on a P2P network and evaluate the performance. .