Forward Error Correction for Demanding Multimedia Transfers

Mgr. Milan Kabát

Advanced ('rigorózní') thesis

Abstract:

Systémy pro přenos vysoce kvalitního videa v reálném čase jsou obvykle založené na nespolehlivých protokolech, díky kterým mohou dosahovat nízké přenosové latence. Tyto protokoly jsou ale náchylné na síťové ztráty. Ztráta dát při přenosu může mít negativní dopad na výslednou obrazovou kvalitu. Protože retransmise není použitelná v případech, kdy je důležité zachovat nízkou latenci přenosu dat, je potřebné zapojit mechanismy dopředné korekce (FEC). Náročné přenosy ale vyžadují, aby se při dopředné korekci také bral ohled na latenci a propustnost. Dopředná korekce za pomoci kódů s řídkými generujícími maticemi (LDGM) poskytuje dostatečně velkou opravnou sílu. V této práci se zabýváme poskytováním vysokovýkonné dopředné korekce pro video s vysokým rozlišením (FullHD, 4K) v reálném čase. Náš přístup je založen na LDGM kódování a dosahuje potřebné propustnosti zapomocí paralelizace kódovacích algoritmů. Použitelnost tohoto kódovacího schématu dokazují naše výsledky testování v různých reálných podmínkách.

Abstract:

To provide lowest-possible latency, systems delivering high-quality real-time video are usually built on unreliable, best-effort protocols which might suffer from packet loss. If not addressed, packet loss may have adverse impact on the resulting visual quality. Since retransmission is not an option when low latency is important, mechanisms of Forward Error Correction (FEC) have to be deployed. However, demanding multimedia transfers pose additional requirements on such coding schemes. Apart from latency, throughput and efficiency have to be taken into account. Recently, Low-density Generator Matrix (LDGM) codes have been shown to provide satisfactory error-correcting capabilities. In this work, we introduce high-performance FEC for high-resolution (FullHD, 4K) real-time video. Our approach is based on LDGM codes and achieves necessary throughput and low-latency by employing parallelized encoding and decoding mechanisms. Our results confirm the usability of this scheme in various real-world scenarios.

Keywords

forward error correction, low-density generator matrix, low-density parity check, high-definition video, 4K video, graphics processing unit (GPU), vector-parallel CPU, low latency transmissions, UltraGrid

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 11. 2015

Thesis defence

• Date of defence: 16. 3. 2016
• Reader: doc. Ing. Jan Staudek, CSc., Dr. Ing. Sven Ubik

Masaryk University

Faculty of Informatics

Advanced ('rigorózní řízení') programme / field:
Informatics / Computer Networks and Communication