Protection inégale pour la transmission d'images et vidéo codées en Jpeg 2000 sur les canaux sans fil

Unequal data protection for Jpeg 2000 based images and video transmission over wireless channels

• Auteur / Autrice : Djidjoho Max Agueh
• Direction : Jean-François Diouris
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Nantes
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Nantes. Faculté des sciences et des techniques

Mots clés

Mots clés contrôlés

Codes de Reed-Solomon

IEEE 802.11 (norme)

Systèmes de communication sans fil

JPEG (norme de codage d'images)

Résumé

La protection des données dans les systèmes multimédia sans fil est un enjeu majeur. Ainsi, le nouveau standard de représentation d’image JPEG 2000 spécifie dans sa onzième partie (JPEG 2000 sans fil), des techniques de protection afin d’améliorer la robustesse des images et vidéos JPEG 2000 contre les erreurs de transmission dans ces réseaux. Bien que la norme JPEG 2000 définisse les codes de Reed-Solomon (RS) à utiliser, elle ne spécifie pas de méthodes de sélection de ces codes. Dans cette étude nous analysons des traces réelles de canaux sans fil de type 802. 11 puis nous en déduisons un modèle comportemental d’erreur au niveau applicatif dans les réseaux sans fil (modèle de Gilbert). A partir des modèles de Gilbert obtenus, nous proposons une méthodologie de compensation de perte a priori qui consiste à sélectionner empiriquement les codes RS. Nous montrons que les performances en termes de Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) de la méthodologie de compensation de perte a priori sont supérieures à celles d’une transmission sans protection. Toutefois, l’efficacité de la méthodologie de compensation de perte a priori est limitée car cette dernière n’est pas en mesure d’adapter le niveau de protection des données aux changements de l’environnement de transmission. Nous proposons alors une méthodologie de compensation de perte dynamique qui est basée sur la protection inégale des couches de qualité des images et vidéos JPEG 2000. Cette méthode offre des performances de l’ordre de 10% supérieures aux méthodes proposées dans la littérature telles que la méthode de protection proposée par Zhaohui Guo et al tant en termes de PSNR que de taux de décodage d’image avec succès. Malgré l’avantage que présentent ces méthodes du fait de leur faible complexité ces méthodes sont sub-optimales car elles n’exploitent pas la différence entre les paquets d’une même couche de qualité. Nous proposons alors une méthodologie de compensation de perte optimale basée sur la protection inégale des paquets JPEG 2000. Pour des canaux fortement perturbés et pour des images constituées d’un nombre raisonnable de paquets JPEG 2000 (inférieur à 1000 paquets), la compensation de perte optimale offre des performances supérieures aux techniques précédentes tout en offrant l’avantage d’être légèrement plus complexe. Au-delà des méthodologies de protection proposée, notre étude se veut être un pas vers la garantie de Qualité de Service (QoS) dans les applications multimédia sans fil

Nowadays, data protection against transmission errors in wireless multimedia systems is a crucial issue. JPEG 2000, the new image representation system, addresses this issue by defining in its 11th part (Wireless JPEG 2000 - JPWL) some tools such as Forward Error Correction with Reed-solomon (RS) codes in order to enhance the robustness of JPEG 2000 based images and videos against transmission errors. Although JPWL defines a set of RS codes for data protection, it does not specify how to select those codes in order to handle error rate in wireless multimedia systems. In our work, based on the analysis of 802. 11 based Ad-hoc network traces, we first derive application level channel models (Gilbert model). Then, we propose a methodology for JPEG 2000 images and videos protection with a priori and empiric channel code rate selection. We highlight the interest of the a priori FEC allocation methodology by comparing it to non protected data transmission. We show that the effectiveness of the proposed scheme can be drastically reduced when the channel state changes because the FEC rate allocation is not adaptative. In this context, we propose a dynamic FEC rate allocation methodology which is a layer-based unequal error protection scheme. We demonstrate the effectiveness of this scheme thanks to a wireless client/server JPEG 2000 based images and video streaming application. The dynamic FEC rate allocation scheme overcomes in order of 10% other existing schemes such as the layer-based unequal error protection scheme proposed by Zhaohoui Guo et al both in terms of Peak Signal to Noise Ratio (PSNR) and successful image decoding rate. However, despite their effectiveness layer-based schemes are sub-optimal because they do not take into account the importance of data packets which limits their performances particularly in highly varying environments. We then propose an optimal FEC rate allocation methodology which is a packet-based unequal error protection scheme. The proposed scheme is slightly more complex than layer-based schemes as far as the number of packets constituting the JPEG 2000 image is low (under 1000 packets) and it offers superior performances in terms of PSNR and successful decoding rate. However, if the number of JPEG 2000 packet is significantly important (more than 1000 packets) the optimal methodology can be inefficient for real-time streaming application due it complexity. Beyond the proposition of FEC rate allocation methodologies, our work can be viewed as a step toward the guaranty of Quality of Service (QoS) in wireless multimedia applications