Video coding standards comparison for adaptive HTTP streaming applications

Abstract

Οι ραγδαίες εξελίξεις στον τομέα της τεχνολογίας δεν αποτελούν πλέον είδηση. Στην καθημερινότητα μας μπορούμε να διακρίνουμε τα τεράστια βήματα που γίνονται όσον αφορά την ποιότητα του βίντεο που μπορούμε να παρακολουθήσουμε μέσω της τηλεόρασης, του υπολογιστή μας ή και του κινητού μας τηλεφώνου, που διαδραματίζει ολοένα και περισσότερο το ρόλο ενός υπολογιστή τσέπης. Ενώ μέχρι τώρα ένα βίντεο με ανάλυση Full HD (1920x1080) μπορεί να ήταν το ζητούμενο από μέρους μας, βλέπουμε την βιομηχανία του βίντεο να μας προσφέρει πλέον αναλύσεις 2K (2048x1080), 4K (4096x2160) και να προχωρά προς υλοποίηση αναλύσεων 8K (7680x4320) και 16K (15360x8640) για χρήστες οιουδήποτε μέσου αναπαραγωγής βίντεο. Παράλληλα αντιλαμβανόμαστε καθημερινά και την εξέλιξη των ασύρματων δικτύων και των συσκευών ασύρματης δικτύωσης. Περνάμε από την εποχή του 4G στην 5G στην κινητή τηλεφωνία. Έτσι μπορούμε να διακρίνουμε μεγαλύτερες ταχύτητες μετάδοσης δεδομένων, με μικρότερη καθυστέρηση και με μεγαλύτερες και πιο απρόσκοπτες δυνατότητες σύνδεσης στα ασύρματα δίκτυα. Η μετάδοση βίντεο στις μέρες μας κυριαρχεί με ποσοστό άνω του 70% στο συνολικό ποσοστό μετάδοσης δεδομένων παγκόσμια. Μεγάλη είναι η ανάγκη λοιπόν για καλύτερες τεχνικές συμπίεσης που θα μεταφέρουν την ίδια ποιότητα βίντεο πιο γρήγορα και με μικρότερο μέγεθος. Στόχος της μεταπτυχιακής διατριβής είναι να αναλυθούν διεξοδικά οι τεχνολογίες συμπίεσης ψηφιακού βίντεο και μέσω ερευνητικής διαδικασίας και αξιολόγησης να επιτευχθεί η σύγκριση της επίδοσης συμπίεσης των πρότυπων κωδικοποίησης ψηφιακού βίντεο που υπάρχουν αυτή την στιγμή, για την αποδοτικότερη αξιοποίηση τους δια μέσου του πρωτοκόλλου MPEG-DASH. Η ερευνητική μέθοδος που ακολουθήθηκε προς εξαγωγή ασφαλών συμπερασμάτων ήταν να χρησιμοποιήσουμε πρότυπα και ασυμπίεστα βίντεο διαφορετικών αναλύσεων και μέσω της, ελεύθερου λογισμικού, πλατφόρμας επεξεργασίας ψηφιακής εικόνας FFMPEG, να τα επεξεργαστούμε με τους κωδικοποιητές H264, HEVC, VP8, VP9 και του νέου και πολλά υποσχόμενου AV-1. Τα αποτελέσματα βασίστηκαν σε αντικειμενικές μετρικές αξιολόγησης της ποιότητας εικόνας (όπως PSNR) και του απαιτούμενου εύρου ζώνης, καθώς και συνδυαστικά, με τη χρήση του αλγόριθμου BD-Rate/PSNR. Τα εξαχθείσα αποτελέσματα οδηγούν σε ασφαλή συμπεράσματα ως προς την υπεροχή του νέου κωδικοποιητή AV-1 σε σχέση με τους υπολοίπους.