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實驗八 影像傳輸效能分析與評估
指導教授:許子衡 教授學生:王志嘉
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實驗目的 暸解各種影響影像傳輸之因素
暸解各種因素之間的相關性
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背景知識 在這個章節中,列出了會影響傳輸品質的幾個因
素: GOP(Group of Picture) pattern 、壓縮量化參數(Quantization value) 、封包長度 (Packet Size) 和封包錯誤率 (Packet Error rate)
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名詞解釋 GOP(Group of Picture) pattern :一般來說, MPEG
的影像可以被分解為以 GOP 為單位去進行編碼的動作。一個 GOP 的式可以用兩個參數表示 GOP(N,M) ; N 值代表是從一個 I-frame 到下一個 I-frame之間的畫面數; M 表示的是從 I-frame 到下一個P-frame 或 B-frame 之間的畫面數。
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名詞解釋 壓縮量化參數 (Q value) :量化 (Quantization) 是用
來減少描述各係數的位元數,也就是用較粗糙的度量單位描述各係數
量化是破壞性壓縮技巧,經過量化後的資料再將之還原時,不會與原來的資料完全相同,因此壓縮失真的程度,主要決定於量化位階 (Quantization Scale) 。
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名詞解釋 進行影像編碼時,我們可以選用不同的 quantizatio
n scale 去進行影像壓縮,但是選用較大的 quantization scale 會讓編碼出來的影像品質變得較差,但其資料量會較小。
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實驗步驟—模擬的網路架構圖
模擬網路架構圖
Video Server InternetWireless
Access PointVideo Receiver
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Step1&2
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Step2 解釋 ./ffmpeg.exe -s qcif -vcodec mpeg4 -r 30 -g 9 -bf 2 -qs
cale 31 -i foreman_qcif.yuv foreman_qcif.m4v
我們利用 ffmpeg.exe 來對 YUV 檔案進行轉檔,轉成 m4v 的檔案
-s 為 set frame size ; qcif 指的是 176*144 ; -vcodec 參數是指定壓縮的方式;這裡用 mepg4 去壓縮。
-r 為 set frame rate ;這裡設計 30 frame/sec -g 為 set the group of picture size ;這裡設定 9 fram
e/gop
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Step2 解釋 -bf 為 use “frames” B frames ,這裡設定 I 與 P 之間
或 P 與 P 之間有兩個 B frame
-i 為 input file name ,輸入影片檔名為 foreman_qcif.yuv ;處理後的檔名為 foreman_qcif.m4v
qscale 是一個量化階級;值的範圍在 2~31 之間,31 為所有的量化階級
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Step3
轉成 m4v 檔案後,接著要使用 MP4Box 檔案將影片再轉成 mp4 檔案。
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Step4
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Step4 解釋 ./mp4trace.exe -f -s 192.168.0.2 12346 foreman_qcif.
mp4 > foreman_qcif.st
在把影片轉成 mp4 的檔案後,利用 mp4trace 程式將影片中的每一個 frame 相關資訊擷取出來並存放到副檔名為 st 的檔案中
這裡設定的 192.168.0.2 為要傳送出去的目的 IP ,12346 為目標的 port 。
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foreman_qcif.st 檔案內容
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執行 lab 8.tcl 的結果
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Step 6
在這裡會使用模擬過程中產生的傳送端記錄檔 sd 、接收端記錄檔 rd 及影片記錄檔 foreman_qcif.st 檔案和 mp4 檔案,經由 etmp4 程式產生一個有畫面遺失的影片 mp4 檔
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Step 7
再使用 ffmpeg 程式將上一步驟所得之重建後之 mp4 回復成 yuv 影片檔。
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Step 8
在這裡我們可以使用 avgpsnr 程式去針對重建後的yuv 影片檔及原始 yuv 影片檔,獲得重建後 yuv 影片的 PSNR 值的大小。
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影響影像傳輸因素之探討 我們在這裡會把前面幾項跟影像品質有關的因素
其關聯性做探討。主要針對網路上不同的封包錯誤率和 GOP pattern 之間的關聯性作探討。 ( 在這裡 qscale 固定為 10 和 mtu 為 1024)
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影響影像傳輸因素之探討 產生 GOP length 9 的方式:
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影響影像傳輸因素之探討 產生 GOP length 15 的方式:
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影響影像傳輸因素之探討
Packet error rate GOP 9 GOP 15
0.0 32.28 32.09
0.02 31.80 30.91
0.04 31.10 29.88
0.06 30.76 28.79
0.08 29.53 27.42
0.1 27.92 26.13
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影響影像傳輸因素之探討 接著討論量化參數跟影像品質之間的關聯性, pac
ket error 設為 0.01 , mtu 設 1024,GOP length 設為9 ,下表是模擬結果的平均 PSNR 值
壓縮量化參數 (Q value) GOP 9
2 37.68
10 32.24
20 28.70
31 26.64
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影響影像傳輸因素之探討 最後,討論封包長度跟影像品質之間的關聯性, p
acket error 設為 0.05,Q value 設為 10,GOP length 設為 9 ,下表是模擬結果的平均 PSNR 值
MTU Average PSNR
200 22.45
400 27.20
600 27.96
800 29.35
1000 30.44