Video-Streaming über WiMAX

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

2 WiMAX

2.1 Was ist WiMAX?

2.1.1 Technische Grundlagen

2.1.2 Vorteile von WiMAX

2.1.3 Das WiMAX-Forum

2.1.4 IEEE 802.16-2004 Standard für Frequenzen zwischen 2 und 11 GHz

2.1.5 IEEE 802.16-2005 Standard für Frequenzen zwischen 2 und 11 GHz

2.1.6 Unterschiede zwichen WiMAX und Wireless Lan

2.1.7 Praxis

2.2 Technische Daten

2.2.1 Technische Daten MacroMax

2.2.2 Technische Daten EasyST

2.2.3 Technische Daten WayMax

2.2.4 Technische Daten WayMax CPE

2.2.5 Technische Daten der Antennen

2.3 Sektorenaufteilung

3 Video Kompression

3.1 MPEG-1/2 Standard

3.1.1 Systemschicht

3.1.2 Kompressionsverfahren

3.1.2.1 Struktur der Video-Elementarströme

3.1.2.2 Codierung von I-Frames

3.1.2.3 Codierung von P- und B-Frames

3.1.2.4 Bewegungskompensation

3.1.2.5 Bitratensteuerung

3.1.2.6 Profile

3.1.3 Decodieren

4 H.264

4.1 Einführung

4.2 Grundlagen

4.3 Dekorrelation

4.3.1 Örtliche Prädiktion

4.3.2 Bewegungskompensation

4.3.3 Prädiktion von Bewegungsvektoren

4.3.4 Transformation

4.4 Quantisierung

4.5 Codierung

4.6 Unterdrückung von Block Artefakten

4.7 Level

5 MPEG-4

5.1 Einführung

5.2 Codierung

5.3 Video Objekte

5.4 Anwendung

5.5 MPEG-4 Derivate

5.5.1 DivX

5.5.2 XviD

6 QuickTime

6.1 Einführung

6.2 Daten

6.3 Struktur

6.3.1 Movie-Atom

6.3.2 Media-Atom

6.3.3 Movie-Data-Atom

6.3.4 Sample-Table-Atom

7 Windows Media

7.1 Einführung

7.2 AVI-Format

7.3 AVI-Struktur

8 Audiokompression

8.1 Einleitung

8.2 Psychoakustik

8.3 MP3

8.3.1 Datenkompression

8.3.2 Anwendung

8.4 MPEG-Audio

8.4.1 Einführung

8.4.2 Audio-Codierung

8.4.3 Audio-Datenstrom

8.4.4 MPEG-2-AAC

8.4.5 MPEG-4-Audio

8.5 Dolby Digital (AC3)

8.5.1 Einführung

8.5.2 AC-3-Codierung

8.5.3 AC-3-Datenstrom

9 Kanalkodierung

9.1 Einleitung

9.2 Fehlerkorrekturverfahren

9.3 Kodierungsverfahren

9.3.1 Blockcode

9.3.1.1 Lineare Blockcodes

9.3.1.2 Blockcodes in Matrixbeschreibung

9.3.1.3 Zyklische Blockcodes

9.3.1.4 Reed-Solomon, Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Codes

9.3.2 Faltungscodes

9.3.2.1 Trellis-Diagramm

9.3.2.2 Zustandsdiagramm

9.3.2.3 Terminierte Faltungscodes

9.3.2.4 Punktierte Faltungscodes

9.3.2.5 Viterbi-Algorithmus

10 Streaming

10.1 Einleitung

10.2 Übertragungsstandards

10.3 Routing

11 Bit Error Rate

12 Streaming-Software

13 VLC-Streaming

14 Streaming Vorbereitung

15 Auswertung Kabelnetzwerk

15.1 Limitierung von Seiten des Clients

15.2 Limitierung von Seiten des Servers

16 Wimax Basisstation

16.1 Airspan-Management-System

16.2 Siemens-WayMAX-Management-System

17 Bandbreiten Messung

17.1 WiMAX

17.2 WayMAX

18 Auswertung Streaming über WiMAX

19 Auswertung Streaming über WayMAX

20 Auswertung

20.1 Bandbreitenmessung

20.2 Streaming

20.3 Basisstation

20.4 Codecs

21 Schlussbemerkung

21.1 Messungen

21.2 Für die Zukunft

Zielsetzung & Themen

Die Arbeit untersucht das bisher wenig beachtete Einsatzgebiet von Video-Streaming über WiMAX-Netzwerke. Ziel ist es, unter realistischen Bedingungen zu evaluieren, welche Streaming-Qualitäten bei verschiedenen Bandbreitenkonfigurationen erreicht werden können, und die Zweckmäßigkeit verschiedener Codecs für zeitkritische Anwendungen zu analysieren.

• Analyse des Übertragungsverhaltens von WiMAX bei Video-Streams
• Vergleichende Untersuchung verschiedener Videocodecs (MPEG-1/2, H.264, MPEG-4) unter WiMAX-Bedingungen
• Messtechnische Verifizierung der Bandbreiten von Airspan- und WayMAX-Basissystemen mittels IPERF
• Subjektive Qualitätsbewertung des Video-Streams (Blockfehler, Ruckler, Filmabrisse)
• Untersuchung der Auswirkungen von Bandbreitenlimitierungen auf Server- und Client-Seite

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Einleitung erläutert die Relevanz der Untersuchung von WiMAX für zeitkritische Video-Streaming-Anwendungen und definiert die Rahmenbedingungen der geplanten Tests.

2 WiMAX: Dieses Kapitel bietet einen theoretischen Überblick über die WiMAX-Technologie, ihre Standardisierung, Vor- und Nachteile sowie technische Spezifikationen verschiedener Hardwarekomponenten.

3 Video Kompression: Es werden die Grundlagen des MPEG-1/2 Standards beschrieben, inklusive der Systemschicht, Kompressionsverfahren und der Struktur von Video-Elementarströmen.

4 H.264: Dieses Kapitel behandelt das H.264-Kompressionsverfahren, wobei der Fokus auf den Neuerungen gegenüber MPEG-4 und den technischen Mechanismen wie Dekorrelation und Transformation liegt.

5 MPEG-4: Der Fokus liegt hier auf dem MPEG-4 Standard, den technischen Aspekten der Codierung sowie den Derivaten DivX und XviD.

6 QuickTime: Das Kapitel erläutert die Struktur des QuickTime-Formats, insbesondere den Aufbau der verschiedenen Atome (Movie, Media, Sample Table).

7 Windows Media: Es werden das AVI-Format und dessen Container-Struktur im Kontext von Microsofts Windows Media-Technologien analysiert.

8 Audiokompression: Dieses Kapitel widmet sich den psychoakustischen Grundlagen und verschiedenen Audio-Kompressionsstandards wie MP3, MPEG-Audio und Dolby Digital (AC3).

9 Kanalkodierung: Es werden Methoden der Fehlererkennung und -korrektur, wie Blockcodes und Faltungscodes, sowie deren praktische Bedeutung für die Nachrichtenübertragung dargelegt.

10 Streaming: Dieses Kapitel definiert Streaming-Grundlagen, Übertragungsstandards und verschiedene Routing-Methoden wie Unicast, Multicast und Broadcast.

11 Bit Error Rate: Es wird die Definition und Bedeutung der Bitfehlerhäufigkeit (BER) als Qualitätsmaß für Übertragungsstrecken erklärt.

12 Streaming-Software: Vorstellung verschiedener Open-Source-Streaming-Server-Lösungen wie Darwin Streaming Server, VideoLAN, Helix und LScube.

13 VLC-Streaming: Detaillierte Anleitung zur Nutzung des VideoLAN-Clients für die Bereitstellung und Konfiguration von Video-Streams.

14 Streaming Vorbereitung: Beschreibung des Versuchsaufbaus, der verwendeten Testdaten (z.B. "Elephants Dream") und der Bandbreitenkonfigurationen für die Messungen.

15 Auswertung Kabelnetzwerk: Analyse der Streaming-Ergebnisse in einer kabelgebundenen Umgebung zur Etablierung eines Referenzmaßstabs.

16 Wimax Basisstation: Erläuterung der Konfiguration der Airspan- und WayMAX-Management-Systeme zur Definition der Service-Klassen und Bandbreiten.

17 Bandbreiten Messung: Detaillierte Darstellung der messtechnischen Verifizierung der WiMAX- und WayMAX-Systeme mittels IPERF.

18 Auswertung Streaming über WiMAX: Subjektive Bewertung der Qualität der Video-Streams bei der Übertragung über WiMAX unter verschiedenen Bandbreiten-Szenarien.

19 Auswertung Streaming über WayMAX: Vergleichbare Auswertung der Streaming-Qualität, jedoch spezifisch für das WayMAX-System.

20 Auswertung: Synthese der Ergebnisse aus Bandbreitenmessungen und Streaming-Tests sowie Einordnung der beobachteten Fehlerbilder.

21 Schlussbemerkung: Resümee der Messreihe und Ausblick auf zukünftige Untersuchungen, insbesondere im Kontext des IEEE 802.16e-Standards.

Schlüsselwörter

WiMAX, Video-Streaming, MPEG-4, H.264, Audiokompression, Kanalkodierung, Bitfehlerhäufigkeit, Netzwerkmanagement, VLC, IPERF, QoS, Streaming-Qualität, Bandbreitenmanagement, Video-Objekte, OFDM

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundlegend?

Die Arbeit befasst sich mit der Eignung von WiMAX-Netzwerken für das Streaming von Video-Inhalten, ein Anwendungsgebiet, das zum Zeitpunkt der Erstellung noch als Neuland galt.

Welche zentralen Themenfelder deckt die Arbeit ab?

Die Arbeit deckt die Bereiche drahtlose Netzwerktechnologie (WiMAX), Videokompression (MPEG-Standards, H.264), Audiokompression, Kanalkodierung sowie praktische Streaming-Methoden ab.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Das Ziel ist die subjektive und messtechnische Evaluierung der Übertragungsqualität von Video-Streams über WiMAX-Medien bei unterschiedlichen Bandbreiten und Codec-Konfigurationen.

Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?

Es werden praktische Testreihen durchgeführt, in denen Video-Streams in einer fest verdrahteten Kabelumgebung sowie über eine WiMAX-Teststrecke übertragen und anschließend subjektiv hinsichtlich Artefaktbildung und Rucklern bewertet werden. Zudem wird die Bandbreite messtechnisch mittels IPERF verifiziert.

Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?

Der Hauptteil gliedert sich in einen theoretischen Teil über Codecs und Kodierungsverfahren sowie einen umfangreichen praktischen Teil, der die Konfiguration von Streaming-Servern, die Durchführung der Bandbreitenmessungen und die detaillierte Auswertung der Streaming-Qualität beschreibt.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?

Die wichtigsten Begriffe sind WiMAX, Video-Streaming, MPEG-4, H.264, Bit Error Rate (BER) und Kanalcodierung.

Welche Rolle spielt die Software VLC bei den durchgeführten Tests?

VLC dient als zentrale, quelloffene Plattform für das Streaming, da sie die Anforderungen für die transkodierte Ausstrahlung von Videos über das Netzwerk im Versuchsaufbau erfüllte.

Welches Fazit zieht der Autor in Bezug auf die Robustheit der Codecs?

Der Autor stellt fest, dass MPEG-1 und MPEG-2 die robustesten Verfahren darstellen, da sie bei Datenverlusten ein schnelleres Wiederaufsynchronisieren erlauben als die anderen getesteten, moderneren Codecs.