European Master on Critical Networked Systems Modulo su Mobile Systems

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1 Modulo su Parte V: Lezione 3: Applicazioni multimediali per dispositivi mobili Una strategia di adattamento video per applicazioni multimediali su dispositivi mobili Docente: Ing. Generoso PAOLILLO Dipartimento di Informatica e Sistemistica Via Claudio 21, Napoli

2 ::. Contenuti della lezione Introduzione alla problematica Motivazioni Idea di base Strategia di adattamento Funzione di utilità Risultati sperimentali Osservazioni finali Alcuni dettagli implementativi

3 ::. Introduzione (1/2) Scenario applicativo: servizi real-time di video streaming per dispositivi mobili Migrazione dei dispositivi tra differenti zone di copertura Fattori impredicibili: Interferenze e fenomeno del fading Banda del link wireless soggetta a fluttuazioni Queste variazioni nella qualità della trasmissione possono comportare delle degradazioni del servizio inaccettabili Soluzione adottata: Video adaptation

4 ::. Introduzione (2/2) Gli schemi di adattamento video possono essere classificati sulla base delle seguenti caratteristiche: Scope: su quali informazioni si basa l adattamento (network condition, device capability, user preferences, specific domain) Level: modalità di adattamento (sintattica e/o semantica) Location: posizione dell adattamento nell infrastruttura (client, server, proxy) Timing: tempistica dell adattamento (statico o dinamico)

5 ::. Motivazioni Classiche tecniche di adattamento: riduzioni della qualità video di tipo sintattico (es. riduzione della qualità spaziale e temporale): Pro : facili da implementare Contro: coinvolgono l intera frame Nuove tecniche si concentrano su codifiche basate su oggetti facendo uso di annotation systems : Pro : adattamento completamente automatico Contro: sovra e sotto stima degli errori, non è generalmente applicabile Nuove strategie sono necessarie nei casi in cui l oggetto di interesse è dipendente dall utente finale e può cambiare impredicibilmente (es. video sorveglianza)

6 ::. Idea di base La tipica applicazione target è caratterizzata dalla necessità di: Preservare una ottima qualità del video principalmente per una specifica regione dell intera immagine La regione può cambiare dinamicamente in base alle preferenze dell utente Adattare dinamicamente lo stream video in modo da ottimizzare la soddisfazione dell utente Soluzione proposta: Tagliare progressivamente il contorno della regione di interesse Lasciando inalterata la qualità Riducendo la banda necessaria alla consegna del video stream

7 ::. Architettura del sistema Acquisition Device Access Network Filter Encoder Transmitter Video streaming Region coordinates Adaptation Module User interest region Mobile Device Client State Video Quality Detector QoS feedback

8 ::. Strategia di adattamento Streaming server Mobile device Video streaming Adaptation User interest region QoS feedback

9 ::. Funzione di utilità (1/2) Per valutare l efficacia di una strategia di adattamento ci sono diversi aspetti da tener presente: La soddisfazione dell utente (dipendente dall applicazione) L ottimizzazione delle limitate risorse disponibili Un buon adattamento dovrebbe sempre incontrare il gradimento dell utente durante tutta la durata del servizio A tale scopo è stata introdotta una funzione di utilità per: Quantificare il beneficio dell utente rispetto al servizio erogato Enfatizzare le specificità dell applicazione Combinarequestedue per rappresentare la soddisfazione dell utente date le sua espettative

10 ::. Funzione di utilità (2/2) È stata definita una semplice funzione di utilità per valutare la qualità video relativamente alla sola regione di interesse: f( Reg, Bnd ) = VQP( Reg, Bnd ) f = relative utility function; VQP = video quality perceived by using objective tool Reg = interest region; Bnd = bandwidth delivered to the receiver Utilizzo della funzione di utilità: Valutazione compartiva con altre strategie di adattamento video Considerando diverse condizioni di banda Valutando la qualità video con metriche oggettive Tenendo presente le caratteristiche dell applicazione target

11 ::. Testbed per la valutazione sperimentale Il testbed è composto da: Video streaming server: trasmette il video stream adattandolo dinamicamente PDA: utilizzato per valutare la qualità soggettiva Laptop: memorizza lo stream al fine di valutare il video ricevuto rispetto a quello originale (valutazione della qualità oggettiva di tipo full-reference con il tool VQM) Laptop Video Streaming Sever User Mobile Device Wireless link: b PDA: Sharp Zaurus SL-5600 with EVM Jeode Uncompressed Video: RGB 24 bit Video Codec: H.263 at 10fps

12 ::. Testbed per la valutazione sperimentale Le altre due tecniche valutate sono la temporal quality reduction e la spatial quality reduction. Condition # Bitrate Adaptation Main Effect VQM Score Kb/s Spatial reduction Temporal quality reduction Spatial quality reduction 18% reduction Jerky 36% Blurring 18% La funzione di utilità è stata valutata sotto tre condizioni di banda : 2 96 Kb/s Spatial reduction Temporal quality reduction 36% reduction 0.15 Jerky 51% 0.47 Spatial quality reduction Blurring 25% 0.34 Spatial reduction 68% reduction Kb/s Temporal quality reduction Jerky 65% 0.51 Spatial quality reduction Blurring 40% 0.47 (a) Spatial reduction, condition 3 (b) Spatial quality reduction, condition 3

13 ::. Osservazioni finali La startegia proposta è caratterizzata da: Un coinvolgimento diretto dell utente nel processo di adattamento: Pro: lo stream è ottimizzato rispetto alle preferenze dell utente Contro: il meccanismo non è completamente automatico Tagliando il contorno si riduce l ampiezza di banda necessaria più di quanto accade con le altre strategie: Pro: si allunga la sopravvivenza del servizio Contro: l utente perde visibilità del contorno Indipendenza dal codec video utilizzato Il processo di adattamento avviene lato server: non impiega risorse del dispositivo mobile

14 ::. Dettagli: PDA Caratteristiche tecniche PDA Sharp Zaurus SL-5600:

15 ::. Dettagli: PDA Architettura software Sharp Zaurus SL-5600:

16 ::. Dettagli: PDA Il software di base del PDA Sharp Zaurus SL-5600 comprende una Java Virtual Machine autorizzata da SUN denominata Jeode: Personal Java 1.2: java virtual machine completa J2SE 1.1 Evoluzione di Java: 1990: Java cominciò come progetto interno della Sun Microsystems 1995: prima release (JDK 1.0) 1999: Conferenza JavaOne: suddivisione di Java in: - Java 2 Enterprise Edition (J2EE) - Java 2 Standard Edition (J2SE) - Java 2 Micro Edition (successore di Personal Java e Embedded Java) 2000/01: Primo cellulare con supporto per J2ME

17 ::. Dettagli: PDA Programmazione del PDA con la Jeode: Usare il Java Development Kit per scrivere e compilare applicazioni Java sul pc desktop Compilare con l opzione target per specificare la JVM 1.1: javac -target 1.1 HelloPP.java Trasferire i file sul PDA Eseguire con la Jeode: evm HelloPP

18 ::. Riferimenti D. Cotroneo, G. Paolillo, C. Pirro,, A User-driven Adaptation Strategy for Mobile Video Streaming Applications. Proc. of the 1st Intern. Workshop on Services and Infrastructure for the Ubiquitous and Mobile Internet (SIUMI'05), (in conjunction with the 25th Intern. Conference on Distributed Computing Systems - ICDCS'05), June 2005, Page(s): Informazioni sullo sviluppo di applicazioni per dispositivi mobili equipaggiati con PersonalJava: 18