Analyse et modélisation de la qualité perçue des applications de visiophonie

Analysis and modeling of the perceived quality for videophone applications

• Auteur / Autrice : Inès Saidi
• Direction : Olivier Déforges
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Signal, Image, Vision
• Date : Soutenance le 28/02/2018
• Etablissement(s) : Rennes, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques et sciences et technologies de l'information et de la communication (Rennes)
• Partenaire(s) de recherche : Comue : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Entreprise : Orange (Firme)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Électronique et de Télécommunications (Rennes)
• Jury : Président / Présidente : William Puech
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Déforges, William Puech, Frédéric Dufaux, Alexander Raake, Mohamed-Chaker Larabi, Lu Zhang, Vincent Barriac
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Dufaux, Alexander Raake

Mots clés

Mots clés contrôlés

Visiophone

Vidéocommunications

Qualité d'expérience (télécommunications)

Mots clés libres

Qualité audiovisuelle

Mesures subjectives

Métriques objectives de qualité vidéo

Quality of experience

Audiovisual quality

Conversational service

Evaluation

Subjective measures

Objective metrics

Résumé

Dans un contexte fortement concurrentiel, l'un des principaux enjeux pour les opérateurs et les fournisseurs de services de visiophonie est de garantir aux utilisateurs une qualité d'expérience (QoE) optimale. Il existe un fort besoin d'une mesure qui reflète la satisfaction et la perception des utilisateurs de ces services. La qualité audiovisuelle d'un appel vidéo doit être contrôlée pour répondre à deux besoins principaux. Le premier concerne la planification de nouvelles technologies en cours de développement. Le second est axé sur le contrôle des communications existantes en évaluant la qualité des services offerts. Aujourd'hui, deux approches sont utilisées pour évaluer la qualité audiovisuelle : les tests subjectifs en collectant des notes données par des participants sur des échelles de qualité, après visualisation et écoute de séquences audiovisuelles et les métriques objectives basées sur des algorithmes automatiques d'évaluation de la qualité d'un signal audio, vidéo ou audiovisuel. Concernant les services de téléphonie, des décennies de recherche, de standardisation et d'exploitation des réseaux ont permis aux opérateurs de maîtriser les outils de diagnostic et de déterminer les métriques représentatives de la qualité vocale. Cependant, les méthodes de mesure de la qualité audiovisuelle des services conversationnels ne sont pas encore matures et peu exploitées par les opérateurs de télécommunication. Le présent travail est centré sur la recherche de métriques représentatives de la perception de la qualité des nux associés aux services de visiophonie et de visioconférence. Ces métriques objectives sont calculées à partir du signal audio et vidéo. Des tests subjectifs sont menés afin de collecter le jugement des utilisateurs du service sur la qualité perçue en fonction de différents niveaux de dégradations. Nous avons étudié l'impact des conditions réseau (perte de paquet, gigue et désynchronisation) sur la QoE d'un appel vidéo. Le principe général est ensuite d'établir une corrélation forte entre les métriques objectives sélectionnées et la qualité perçue telle qu'elle est exprimée par les utilisateurs. Les résultats ont montré que les nouvelles métriques de qualité globale audiovisuelle qui prennent en compte l'aspect temporel de la vidéo sont plus performantes que les métriques basées qualité d'images. D'autre part l'utilisation d'une approche machine learning représente une solution pour générer un modèle de prédiction de la qualité globale à partir des métriques de dégradation (flou, pixellisation, gel d'images, ... )

In a highly competitive environment, one of the key challenges for operators and providers of video telephony services is to ensure the highest quality of experience (QoE). There is a strong need for a measure that reflects users satisfaction and perception of these services. The audio-visual quality of a video call must be controlled to meet two main needs. The first concerns the planning of new technologies under development. The second is focused on the control of existing communications by assessing the quality of the services offered and evaluating them. Two approaches are used to evaluate audio-visual quality: subjective tests by collecting scores given by participants on quality scales, after viewing and listening to audiovisual sequences and objective metrics based on automatic audio/ video or audiovisual quality evaluation algorithms. Concerning telephony services, decades of research, standardization work and network exploitation, have allowed operators to master the automatic monitoring tools and to determine the representative metrics of voice quality. However, the metrics for measuring the audiovisual quality of a conversational services are not yet mature and not exploited by telecommunication operators. The present work focuses on finding representative metrics of the perception of the video telephony anc videoconferencing services quality. These objective metrics are calculated from the audio and video signals. Subjective tests are conducted to collect the judgment of service users on the perceived quality according to different levels of degradation. We studied the impact of network conditions (packet loss, jitter and desynchronization) on the QoE of a video call. The general principle is then to establish a correlation between the selected objective metrics and the perceived quality as expressed by the users. The results showed that new metric of overall audiovisual quality that take into account the temporal aspect of video are more powerful than image quality based metrics. On the other hand, the use of a machine learning approach represents a solution to generat a global quality prediction model from the degradation metrics (blur, pixelization, image freezing, ... )