Contribution à l'amélioration des transmissions vidéo dans les réseaux ad-hoc véhiculaires (VANET)

Contribution to the video transmission improvement in vehicular ad-hoc networks (VANETs)

• Auteur / Autrice : Mohamed Aymen Labiod
• Direction : Noureddine Doghmane, François-Xavier Coudoux, Mohamed Gharbi, Patrick Corlay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique. Acoustique et télécommunications
• Date : Soutenance le 05/07/2019
• Etablissement(s) : Valenciennes en cotutelle avec Université Badji Mokhtar-Annaba
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie - Laboratoire d’Automatique et Signaux d'Annaba (Algérie)
• Partenaire(s) de recherche : Communauté d'Universités et Etablissements (ComUE) : Communauté d'universités et d'établissements Lille Nord de France (2009-2013)
• Jury : Président / Présidente : Abdelhamid Mellouk
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Noureddine Doghmane, François-Xavier Coudoux, Mohamed Gharbi, Patrick Corlay, Amina Serir, Salim Bitam, Anissa Mokraoui
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Abdelhamid Mellouk, Amina Serir

Mots clés

Mots clés contrôlés

IEEE 802.11 (norme)

Conception cross-layer

Streaming (télécommunications)

Réseaux ad hoc de véhicules

Mots clés libres

Hevc

Inter-Couche

Faible délai

Vanet

Mac

Mdc

Cross-Layer

Low delay

Résumé

Actuellement les communications véhiculaires sont devenues une réalité guidée par diverses applications. Notamment, la diffusion de vidéo de qualité élevée avec des contraintes de faible latence requises par les applications temps réel. Grâce au niveau de compression jamais atteint auparavant, l’encodeur H.265/HEVC est très prometteur pour la diffusion de vidéos en temps réel dans les réseaux ad hoc véhiculaire (VANET). Néanmoins, la qualité de la vidéo reçue est pénalisée par les mauvaises caractéristiques du canal de transmission (disponibilité, non stationnarité, rapport signal à bruit, etc.). Afin d’améliorer et d’assurer une qualité vidéo minimale à la réception nous proposons dans ce travail une optimisation conjointe source-canal-protocole de la transmission en tenant compte à la fois des paramètres de transmission et d’encodage vidéo. Dans un premier temps, nous montrons l’intérêt et le gain apporté par les solutions dites inter-couches « cross-layer ». Par la suite, nous développons deux approches l’une exploitant un « cross-layer » entre la couche application et la couche MAC et une seconde exploitant les protocoles de transports dans l’adaptation du flux vidéo. En ce qui concerne la première approche nous proposons une solution utilisant une gestion hiérarchique des trames au niveau des files d’attentes de la couche MAC, basée sur l’importance des images du flux vidéo. Dans une seconde solution, nous retenons le codage par descriptions multiples comme solution de protection à la source. Les résultats de simulations obtenus pour plusieurs types de scénarios véhiculaires réalistes montrent que les différents schémas de transmission véhiculaire proposés offrent des améliorations significatives en termes de qualité vidéo à la réception et de retard de bout en bout par rapport aux schémas classiques.

At present, vehicular communications have become a reality guided by various applications. In particular, high-quality video delivery with low latency constraints is required for real-time applications. The new state-of-the-art high-effciency video coding (HEVC) standard is very promising for real-time video streaming in vehicular ad hoc networks (VANET). Nevertheless, these networks have variable channel quality and a limited bandwidth that penalizes the overall performances of end-to-end video transmission. In order to meet these constraints, we proposed in this work to consider both transmission and video encoding parameters through a joint source-channel-protocol coding approach to provide an improvement in video transmission. First, we have shown the interest and the gain brought by the ''cross-layer'' solutions. Then, we developed two approaches. The first one exploits a ''crosslayer'' solution between the application layer and the Medium Access Control (MAC) layer while the second exploits the transport layer protocols in the adaptation of the video stream. Regarding the first approach, we have proposed solutions to allocate the frames to the most appropriate Access Category (AC) queue on the MAC layer based on the image importance in the video stream. In another solution, we chose multiple descriptions source coding as an error resilient solution. Thus, the simluation results obtained for different realistic vehicular scenarios demonstrate that the proposed transmission schemes offer significant video quality improvements and end-to-end delay reduction compared to conventional transmission schemes.