臺灣博碩士論文加值系統

本論文主要研究在手持式數位廣播系統中之影像品質控制。除了模擬系統物理層的效能之外，為了在一個有限頻寬的網路中控制影像品質並且減低計算的複雜度，我們還提出一個局部搜尋的演算法，此演算可以快速地得到在傳輸上最佳的封包排程以及適當的錯誤更正能力，以達到最佳的重建影像品質；系統是實行在手持式數位廣播系統 (DVB-H) 的連結層中，我們利用當影像的封包遺失所造成的影像
失真來決定封包的重要程度，而根據這些重要程度來決定當傳輸頻寬不夠時需要丟棄的封包，同時考慮所給予的錯誤更正能力，即考慮在連結層中錯誤更正碼的冗餘位元長度；在一個有限的傳輸頻寬中，當所給予的錯誤更正能力強時，雖然能讓錯誤率下降，但卻多浪費了頻寬，會使得所需要丟棄的封包變多；反之，給予的錯誤更正能力低，我們卻能傳輸更多原始影像的資料，使正確性提高，要怎麼在這兩者
間取得平衡而達到最佳化即本篇論文所要探討的。根據實驗的結果，本篇提出的局部搜尋演算所決定的封包排程以及錯誤更正碼的冗餘位元長度能使得影像經過通道後在解調端得到最佳的影像重建品質。

In this thesis, we focus on video quality control in Digital Video Broadcasting Handheld (DVB-H) system. In addition to the performance analysis of physical layer in
DVB-H, we propose a local search algorithm to control video quality in a constrained network. The algorithm helps to indicate both the optimal packet scheduling and the optimal error protection capability in an effective way. We adopt the packet importance to decide the optimal drop set. Moreover, the redundancy for error protection is also taken
into consideration. If the level of error protection is too high, it has to drop more video packets due to the limited channel capacity. On the contrary, if the level of error protection is little, correspondingly we could transmit more video packets to obtain a better reconstructed video quality at decoder side. The key contribution of this thesis is to achieve the best trade-off between these factors. Simulations using H.264/AVC video were conducted to evaluate the performance of the proposed scheme. The simulation results show that the packet schedule and the level of error protection selected from the local search achieve the optimal reconstructed video uality at decoder side.

中文摘要 I
ABSTRACT II
誌　　謝 III
LIST　OF　TABLES VI
LIST　OF　FIGURES VII
Chapter　1　　Introduction　1
1.1 Research　Background　1
1.2 Research　Motivation　3
1.3 Organization　of　Thesis　4
Chapter　2　　Review　of　Data　Transportation　in　DVB-H　System　6
2.1 Forward　Error　Control　Scheme　in　DVB-H　6
2.1.1 Dynamic　FEC　According　to　Channel　Condition　6
2.1.2 Unequal　Error　Protection　According　to　Packet　Importance　7
2.1.3 Skills　for　Decapsulation　and　Decoding　in　Link　Layer　of　DVB-H　9
2.2 Rate-Distortion　Optimized　Streaming　Technique　9
2.3 Error　Control　Coding　11
2.3.1 Schemes　about　Complexity　Reduction　11
2.3.2 JSCC　for　Different　Forward　Error　Control　Scheme　12
2.3.3 JSCC　Schemes　Based　on　Pre-Simulations　15
2.3.4 Particular　R-D　model　in　JSCC　17
2.3.5 Integrated　JSCC　18
2.3.6 Previous　Literature　about　Formulation　of　Expected　Distortion　20
Chapter　3　　DVB-H　System　and　its　Physical　Layer　Simulation　21
3.1 Overview　of　DVB-H　System　21
3.1.1 Link　Layer　of　DVB-H　23
3.1.1.1　Time-Slicing　23
3.1.1.2　MPE-FEC　24
3.1.2 Physical　Layer　of　DVB-H　25
3.1.2.1　Transport　Multiplex　Adaptation　and　Randomization　for　Energy　Dispersal　29
3.1.2.2　Outer　Coder　and　Outer　Interleaving　29
3.1.2.3　Inner　Coding　30
3.1.2.4　Inner　Interleaving　31
3.1.2.5　Signal　Constellations　and　Mapping　31
3.1.2.6　OFDM　Frame　Structure　35
3.1.2.7　Reference　Signal　36
3.2 Phsical　Layer　Simulation　37
3.2.1 Issues　for　Building　the　Simulation　Model　38
3.2.2 Performance　Analysis　49
Chapter　4　　Robust　Video　Quality　Control　with　Packet　Scheduling　on　Link　Layer　of　DVB-H　System 53
4.1 Introduction　53
4.2 System　Overview　57
4.3 Video　Quality　Control　Mechanism　59　
4.3.1 Packet　Schedule　Based　on　RDHT　59
4.3.2 Dynamic　Forward　Error　Correction　62
4.3.3 The　Proposed　Scheme　&　Computation　of　Expected　Distortion　64
4.3.3.1　Computation　of　Expected　Distortion　64
4.3.3.2　The　Proposed　Scheme　66
4.4 Experimental　Results　72　
4.4.1 Experimental　Environment　&　Parameters　72
4.4.4 Results　72
Chapter　5　　Conclusions　and　Future　Work　82
References　 84

[1]ETSI　EN　300　744,　"Digital　Video　Broadcasting　(DVB);　Framing　Structure,　channel　coding,　and　modulation　for　digital　terrestrial　television;　European　Telecommunication　Stand,”　Jan.　2004.
[2]ETSI　EN　302　304　V1.1.1,　“Digital　Video　Broadcasting　(DVB):　Transmission　systems　for　handheld　terminals,”　2004.
[3]V.K.M.　Vadakital,　M.M.　Hannuksela,　M.　Rezaei,　and　M.　Gabbouj,　“Method　for　unequal　error　protection　in　DVB-H　for　mobile　television,”　in　Proc.　IEEE　PIMRC,　Sept.　2006,　pp.1–5.
[4]J.C.　Kwon　and　J.K.　Kim,　“Adaptive　code　rate　decision　of　joint　source-channel　coding　for　wireless　video,”　Electronic　Letters,　vol.　38,　Issue　25,　5　Dec.　2002,　pp.1752–1754.
[5]J.　Chakareski,　J.G.　Apostolopoulos,　S.　Wee,　W.T.　Tan,　and　B.　Girod,　“Rate-Distortion　Hint　Tracks　for　Adaptive　Video　Streaming,”　IEEE　Tran.　Circuits　　Syst.　Video　Technol.,　vol.　15,　　Issue　10,　pp.1257–1269,　Oct.　2005.
[6]J.　Yao,　W.F.　Huang,　and　M.S.　Chen,　“DFEC:　dynamic　forward　error　control　for　DVB-H,”　in　Proc.　IEEE　Sensor　Networks,　Ubiquitous,　and　Trustworthy　Computing　Conf.,　vol.　2,　2006,　pp.172–177.
[7]J.　Yao,　W.F.　Hunag,　and　M.S.　Chen,　“IP　datacasting　and　channel　error　handling　with　DVB-H,”　in　Proc.　IEEE　Emerging　Information　Technology　Conf.,　15-16,　Aug.　2005,　pp.　3.
[8]N.　Thomos,　S.　Argyropoulos,　N.V.　Boulgouris,　and　M.G.　Strintzis,　“Robust　transmission　of　H.264/AVC　video　using　adaptive　slice　grouping　and　unequal　error　protection,”　in　Proc.　IEEE　Multimedia　and　Expo.　Conf.,　Jul.　2006,　pp.593–596.
[9]M.　Gallant,　and　F.　Kossentini,　“Rate-distortion　optimal　joint　source/channel　coding　for　robust　and　efficient　low　bit　rate　packet　video　communications,”　in　Proc.　IEEE　Image　Processing,　vol.1,　10-13　Sept.　2000,　pp.355　–　358.
[10]H.　Joki,　and　J.　Paavola,　“A　Novel　Algorithm　for　Decapsulation　and　Decoding　of　DVB-H　Link　Layer　Forward　Error　Correction,”　in　IEEE　Communications　Conf.,　vol.　11,　Jun.　2006,　pp.5283　-　5288.
[11]P.　A.　Chou　and　Z.　Miao,　“Rate-distortion　optimized　streaming　of　packetized　media,”　in　IEEE　Trans.　Multimedia.,　vol.　8,　Issue　2,　pp.　390-404,　Apr.　2006.
[12]R.　Hamzaoui,　V.　Stankovic,　and　Zixiang　Xiong,　“Rate-based　versus　distortion-based　optimal　joint　source-channel　coding,”　in　Proc.　IEEE　Data　Compression　Conf.,　Apr.　2002,　pp.63　–　72.

[13]R.　Hamzaoui,　V.　Stankovic,　and　Zixiang　Xiong,　“Fast　algorithm　for　distortion-based　error　protection　of　embedded　image　codes,”　IEEE　Trans.　Image　Processing,　vol.　14,　Issue　10,　pp.1417　–　1421,　Oct.　2005.
[14]S.S.　Channappayya,　G.P.　Abousleman,　and　L.J.　Karam,“Joint　source-channel　coding　of　images　using　punctured　convolutional　codes　and　trellis-coded　quantization,”　in　Proc.　IEEE　ISCAS,　6-9　May　2001,　vol.　5,　pp.133-136.
[15]F.　Zhai,　Y.　Eisenberg,　T.N.　Pappas,　R.　Berry,　and　A.K.　Katsaggelos,　“Rate-distortion　optimized　product　code　forward　error　correction　for　video　transmission　over　IP-based　wireless　networks,”　in　Proc.　IEEE　ICASSP,　vol.　5,　May　2004,　pp.　V-857-60.
[16]J.　Cai　and　C.　W.　Chen,　“Operational　rate-distortion　design　for　joint　source-channel　coding　over　noisy　channels,”　in　Proc.　IEEE　WCNC,　New　Orleans,　LA,　Sept.　1999.
[17]J.　Cai,　C.W.　Chen,“Robust　joint　source-channel　coding　for　image　transmission　over　wireless　channels,”　IEEE　Trans.　Circuits　Syst.　Video　Technol.,　vol.　10,　Issue　6,　pp.962　–　966,　Sept.　2000.
[18]H.　S.　Wang　and　N.　Moayeri,　“Finite-state　Markov　channel—A　useful　model　for　radio　communication　channels,”　IEEE　Trans.　Veh.　Technol,　vol.　44,　pp.　163–171,　Feb.　1995.
[19]A.　Kwasinski,　V.　Chande,　and　N.　Farvardin,　“Delay-constrained　joint　source-channel　coding　using　incremental　redundancy　with　feedback,”　in　Proc.　IEEE　Information　Theory　Workshop,　31　Mar.　–　4　Apr.　2003,　pp.283　–　286.
[20]F.　Zhai,　Y.　Eisenberg,　T.N.　Pappas,　R.　Berry,　and　A.K.　Katsaggelos,　“An　integrated　joint　source-channel　coding　framework　for　video　transmission　over　packet　lossy　networks,”　in　Proc.　IEEE　ICIP,　vol.　4,　24-27　Oct.　2004,　pp.　2531　–　2534.
[21]F.　Zhai,　Y.　Eisenberg,　T.N.　Pappas,　R.　Berry,　and　A.K.　Katsaggelos,　“Rate-distortion　optimized　hybrid　error　control　for　real-time　packetized　video　　transmission,”　IEEE　Trans.　Image　Processing,　vol.　15,　Issue　1,　pp.40　–　53,　Jan.　2006.
[22]J.　Lu,　A.　Nosratinia,　and　B.　Aazhang,　“Progressive　source　channel　coding　for　images　over　bursty　error　channel,”　in　Proc.　IEEE　ICIP,　Oct.　1998,　vol.　2,　pp.127-1312.
[23]J.　Lu,　Aria　Nosratinia　and　Behnaam　Aazhang,　“Progressive　joint　source-channel　coding　in　feedback　channels,”　Department　of　Electrical　and　Computer　Engineering,　Rice　University,　Houston　1999.
[24]Digital　video　broadcasting　(DVB);　DVB-H　Implementation　Guidelines,　DVB　Document　A092,　Jul.　2005.
[25]COST207　(under　the　direction　of　M.　Failly),　“Digital　land　mobile　radio　communications　(final　report),”　Commission　of　the　European　Communities,　Directorate　General　Telecommunications,　Information　Industries　and　Innovation,　pp.　135–147,　1989.