Articoli di approfondimento - Video in streaming 2.0: un approccio innovativo
Grazie soprattutto ai siti di condivisione di video e alle applicazioni di videochiamata, i video in streaming hanno avuto una crescita esplosiva negli ultimi anni. Rappresentano già circa la metà di tutto il traffico internet e si prevede che supereranno l'80% già tra un paio di anni; e anche se la maggior parte di essi saranno ancora guardati su PC e televisioni a casa o in ufficio, molti di più saranno quelli guardati su una varietà in costante aumento di dispositivi mobili: dagli schermi da due pollici dei più piccoli smartphone, fino ai nove pollici di un tablet o ai 21 pollici di un computer portatile. Ancora più importante è il fatto che la maggior parte di essi saranno forniti in modalità wireless - su reti WiFi, WiMax o, in particolare, attraverso comunicazioni mobili 3G e 4G - e avranno dimensioni e forme molto diverse, con diversi formati, codec, frequenze dei fotogrammi, qualità ecc. Questo mix di dispositivi, metodi di distribuzione e formati eterogenei per contenuti multimediali diversi è la difficoltà più grande da superare per gli ingegneri che cercano di soddisfare le sempre più esigenti richieste di applicazioni e servizi audio-video da parte di un numero crescente di utenti. È un compito difficile, ma i ricercatori che stanno lavorando al progetto Optimix ("Optimisation of Multimedia over wireless IP links via X-layer design"), finanziato dall'UE, hanno già dimostrato di poterlo portare a termine attraverso l'innovazione del modo in cui i video in streaming sono codificati e distribuiti. I ricercatori di Optimix hanno sviluppato soluzioni innovative per permettere un miglior streaming dei video in un contesto point-to-multipoint (emittente-universo di fruitori) per sistemi eterogenei wireless basati su IP. I test hanno mostrato che i miglioramenti che ne risultano nella qualità dei video sono sostanziali, al punto che, in molti casi, gli utenti non potevano distinguere il video in streaming dalla fonte originale del video. "Tutti gli utenti dovrebbero poter avere un'esperienza senza problemi delle applicazioni e dei servizi multimediali. L'integrità dei media trasmessi dovrebbe essere mantenuta dovunque e in ogni momento," spiega Roberta Fracchia del progetto Optimix, una program manager della Thales Communications e Security in Francia. "I consumatori connessi si aspettano anche di poter spostare contenuti liberamente e facilmente tra i loro dispositivi e di poter condividere i contenuti con gli amici. Dovranno poter controllare i contenuti e rivederli in un formato a prova di futuro su qualsiasi supporto, a prescindere da quello usato per registrare, conservare o modificare il contenuto." "Il metodo attuale si basa su una tradizionale separazione di tecniche, ma se ci occupiamo solo di servizi distribuiti su reti omogenee non riusciremo a soddisfare le continue richieste di mantenere la qualità di servizio necessaria per utenti che hanno esigenze e richieste diverse," osserva la dott.ssa Fracchia. Usare al meglio le risorse della rete e dei supporti Sin dal primo video trasmesso in streaming, la separazione tra la codificazione, il mezzo di trasmissione e il supporto finale sul quale il video viene guardato è stata la pratica standard. Questo metodo funziona bene in reti omogenee point-to-point (emittente-fruitore, come per esempio da un server a un PC a casa), ma non può soddisfare le esigenze di un ambiente di distribuzione point-to-multipoint nel quale reti, dispositivi e contenuti sono sempre più eterogenei. In termini molto semplificati, i video in streaming che usano il metodo della separazione consistono nel codificare il contenuto alla fonte in un formato come MPEG per la trasmissione e un codice di canale che si trova nel dispositivo fisico e corregge gli errori, come quelli causati da rumore o fluttuazioni nella larghezza di banda. In genere la codificazione alla fonte e la codificazione di canale sono effettuate separatamente: in pratica, la mano sinistra non sa quello che fa la mano destra. Il risultato finale è che la qualità del video non è sempre ottima per il dispositivo sul quale si guarda perché la fonte non ha idea delle capacità del dispositivo o della rete e l'utente non può neanche passare facilmente il video da un supporto a un altro, come per esempio dal PC a un dispositivo mobile. Perché ciò avvenga, ognuna delle due "mani" deve sapere cosa sta facendo l'altra. Un primo passo in questa direzione è stato ottenuto attraverso il perfezionamento di una tecnica chiamata JSCC/D (Joint Source Channel Coding/Decoding) creata dal progetto Phoenix , predecessore di Optimix. I ricercatori di Phoenix hanno sviluppato un sistema completo di codificazione e decodificazione joint source e di canale in grado di regolare la codificazione al volo per offrire una migliore qualità per la stessa larghezza di banda o la stessa qualità su una larghezza di banda più bassa. I ricercatori di Optimix hanno portato questo approccio congiunto ancora più avanti facendo comunicare tra di loro tutti i principali elementi della catena di trasmissione (dalla codificazione del video ai moduli di rete fino al livello MAC e al livello fisico) attraverso l'uso di controllori congiunti dalla parte del server e osservatori di unità mobile dalla parte del cliente. Dalla parte del server, lo streaming è controllato da un Master Application Controller (MAC), mentre dalla parte del cliente i dati sono gestiti da un Base Station Controller. Questi sono accoppiati a un Motore di avvio che comunica tra il server, le stazioni base e i clienti. Ottimizzando congiuntamente tutti i diversi livelli di trasmissione, i controllori armonizzano i parametri di stream multimediali e forniscono le migliori prestazioni possibili per i diversi riceventi utilizzando in modo efficiente le risorse di rete e dei dispositivi a disposizione. "In futuro le maggiori capacità di comunicazione previste per i supporti portatili saranno associate a diverse specifiche e parametri riguardo le loro capacità di presentazione multimediale (e cioè potenza di elaborazione multimediale, dimensioni dello schermo o capacità audio). Tali parametri determineranno la qualità multimediale che il supporto portatile è in grado di raggiungere," dice la dott.ssa Fracchia. I test effettuati usando contenuti codificati con gli standard MPEG-4 hanno dimostrato notevoli miglioramenti in seguito all'implementazione del sistema Optimix. I ricercatori hanno esaminato in particolare il picco del rapporto segnale/rumore (PSNR), il rapporto tra la massima potenza possibile del segnale e la potenza del rumore corruttore che influenza la fedeltà della sua rappresentazione, misurato in decibel (dB). Usando il Master Application Controller da solo, il 90 percento dei fotogrammi avevano un PSNR al di sopra dei 25dB, mentre uno schema completamente ottimizzato risultava nel 90 percento dei fotogrammi al di sopra dei 30dB, molto meglio di qualsiasi tecnica di streaming tradizionale. Durante i test, gli spettatori della Kingston University di Londra e dell'Università di Budapest cui era stato chiesto di guardare sia il video sorgente originale che la versione in streaming spesso non riuscivano a distinguerli tra di loro. "I risultati hanno mostrato che con tutte le sequenze video prese in considerazione i vantaggi delle soluzioni Optimix sono evidenti," dice la dott.ssa Fracchia. Sulla base del loro lavoro, i ricercatori di Optimix stanno dando il loro contributo a diversi enti di standard audiovisivi, come il Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC) di ISO/IEC MPEG e l'ITU-T VCEG, e l'Internet Engineering Task Force (IETF). Hanno anche lanciato un progetto di proseguimento, Concerto , che si occupa in particolare di ottimizzare lo streaming di video wireless per applicazioni sanitarie per le quali l'affidabilità, la qualità video e il delay sono questioni fondamentali per assicurare una diagnosi medica impeccabile. Optimix ha ricevuto un finanziamento di ricerca di 3,71 milioni di euro nell'ambito dell'elemento Media in rete del Settimo programma quadro (7° PQ) della Commissione europea. Link utili: - Sito web del progetto Optimix - "Optimisation of Multimedia over wireless IP links via X-layer design" - Scheda informativa del progetto Optimix su CORDIS - Sito web del progetto Phoenix - "Jointly optimising multimedia transmission in IP based wireless networks" - Scheda informativa del progetto Phoenix su CORDIS - Scheda informativa del progetto Concerto su CORDIS Articoli correlati: - Bandwidth gets 50% boost, progetto Phoenix su ICT Results - OMEGA al top per il trasferimento dei dati - Comunicazioni ancora più veloci - MUSE favorisce la tecnologia a banda larga in Europa