Error-Correcting Codes in Application to Digital Multimedia Transmitting and Storage

Ing. Konstantin SHINKARENKO

Doctoral thesis

Abstract:

The present research is aimed at the problem of digital multimedia data transmitting over error-prone environment. The existing methods available in coding theory are investigated. The thesis provides a classification of error-correcting codes, analysis of their abilities to correct certain types of errors. Convolutional, block and erasure (Luby Transform, COP#3) codes are reviewed. The conclusion is done, that erasure codes are the most suitable error-correcting codes for digital TV over IP delivery. Comprehensive study of digital TV broadcasting state-of-theart technologies is performed. Author reviews the modern video and audio compression formats, broadcasting standards and IP protocols used for digital TV delivery, outlining the specificity of the multimedia formats and formulating the requirements to errorcorrecting codes given by that specificity. Author performs critical analysis of existing methodology of erasure coding applicability to nowadays challenges of digital multimedia broadcasting. A conclusion is done that there is a need for development of a novel approach to account the specificity of multimedia data transmitting over packet-loss environment. The novel NEC (Non-random Erasure Codes) codes are designed. The simulation results showed that the designed NEC codes overperforms known codes in sense of packet loss recovery effectiveness and robustness, as well as providing lower end-to-end latency.

Abstract:

Současný výzkum je zaměřen na problém ochrany digitálního přenosu multimediálních dat přes prostředí s rušenim. Jsou zkoumány stávající metody dostupné v teorii kódování. Práce poskytuje klasifikaci kódového zabezpečení a analyzuje jejich schopnosti opravit některé druhy chyb. Jsou přezkoumávány konvolučni, blokové a vymazávací (Luby Transformace, COP # 3) kódy. V závěru se konstatuje, že vymazávací kódy jsou nejvhodnější pro ochranu dat v digitálních multimediálních aplikacich pro TV přes IP. Komplexní studie se zabývá současným stavem techniky vysílání digitální televize. Autor hodnotí moderní video- a audiokompresní formáty standardů vysílání a IP protokoly používané pro vysílání digitálni televize, navrhuje specifické multimediální formáty a formuluje požadavky ochrany dat před chybami v TV systémech. Autor provádí kritickou analýzu stávající metodiky vymazávaciho kódování a jeho použitelnosti pro soudobé digitální multimediální vysílání. Závěrem lze konstantovat, že potřeba pro vývoj nového přístupu ke specifickým multimediálním přenosům údajů přes prostředí se ztrátou paketů. Jsou navrženy nové NEC (Non-random Erasure Codes) kódy. Výsledky simulace ukázaly, že navržené NEC kódy eliminují proti známým kódům využití ztráty paketů a zlepšují účinnost a odolnost, jakož i poskytování nejkratšího zpoždění mezi vysílačem a přijímačem.

Keywords

kódové zabezpečení, kódování chyb, vysílání digitální televize, vymazávací kódy, TV přes IP, ztráty paketů, přenos multimediálních dat.

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 6. 12. 2010

Identifier: 20804

Thesis defence

• Date of defence: 23. 2. 2011

Tomas Bata University in Zlín

Faculty of Applied Informatics

Doctoral programme / field:
Chemical and Process Engineering / Technical Cybernetics