Applicazioni » La multimedialità
Il contributo principale dell’Internet Media Group del Politecnico di Torino al progetto VICSUM ha riguardato lo studio e l'implementazione di una architettura software per lo streaming di informazioni multimediali su reti wireless interveicolari.
In un contesto di trasmissione di contenuti multimediali su una reti dati a commutazione di pacchetto, la consegna dello stream multimediale si basa su protolli di rete (RTP/UDP/IP) che non garantisco una consegna affidabile delle informazioni, ammettendo pertanto una perdita della qualità del media durante la sua fruizione.
In uno scenario con reti cablate, a causa della elevata affidabilità del mezzo di trasmissione, questo fenomeno è poco visibile , al contrario, in uno scenario wireless le variazioni di affidabilità del canale di trasmissione possono causare perdite significative di informazioni e la fruizione di contenuti audio e video rischia di risultare completamente insoddisfaciente per l’utente finale.
L’obiettivo alla base della definizione dell’architettura di streaming è stato quindi quello di realizzare un sistema in grado di proteggere le informazioni multimediali dalle perdite nella rete, mantenendo al tempo stesso la piena compatibilità con gli standard definiti dall’ Internet Engineering Task Force (IETF) [ietf] per il trasporto delle informazioni multimediali su reti a pacchetto. Un ulteriore obiettivo è stato quello di realizzare una suite di streaming open source da rilasciare con licenza GPL, in modo da garantire la libera fruizione delle tecnologie sviluppate. In base a questo secondo, ma non meno basilare principio, la suite di streaming che ha costituito l'ambiente di base per lo sviluppo del progetto è stata, per la parte server, il progetto LSCube già dell'Internet Media Group, afferente al Dipartimento di Automatica e Informatica del Politecnico di Torino, e per la parte client, il progetto Mplayer.
La definizione dell’architettura di streaming per il progetto è partita da una analisi sul campo di pregi e difetti delle soluzioni di protezione delle informazioni disponibili nella letteratura scientifica, che ha evidenziato come l’efficacia di queste tecniche in uno scenario wireless di tipo interveicolare sia maggiore adoperando più tecniche congiuntamente. L’analisi realizzata ha inoltre permesso di individuare le tecniche di protezione delle informazioni migliori da adottare in funzione dello scenario di riferimento, trasmissione live o on demand.
Valutando le criticità dello streaming multimediale live su reti wireless ad alta mobilità (vincoli su massimo ritardo consentito e percentuale di pacchetti persi) si è individuato come in tali scenari le tecniche migliori di protezione delle informazioni da adottare siano quelle denominate Forward Error Correction (FEC), con codici di protezione degli errori a bassa complessità e latenza. Inoltre la trasmissione di pacchetti multimediali in ordine diverso da quello di produzione (uso di tecniche di interleaving) permette di ridurre la dimensione dei burst di perdite, incrementando le performance delle tecniche FEC e di riflesso la qualità percepita della risorsa multimediale proposta all’utente.
In uno scenario di tipo on demand le criticità della trasmissione della risorsa multimediale sono leggermente differenti, parte dello stream può infatti essere memorizzato in un buffer di ricezione, ammettendo quindi requisiti meno stringenti sul ritardo di consegna delle informazioni trasmesse. I maggiori ritardi di trasmissione consentiti in questo secondo scenario fanno si che le tecniche migliori di protezione delle informazioni siano quelle basate su ritrasmissioni dei pacchetti persi, che il client può nuovamente richiedere al server di streaming in caso di necessità, implementando di fatto un meccanismo di feedback nella rete.
Le tecniche di robustezza delle informazioni proposte per i due scenari di riferimento permettono un ottimo recupero delle perdite dei pacchetti multimediali, senza però voler garantire la completa ricezione di tutti i dati, concetto di semi-reliability, in quanto in caso di canale wireless altamente inaffidabile è preferibile riprodurre i flussi video tollerando alcune perdite, ma garantendo bassi ritardi.
Le quattro soluzioni proposte per la protezione delle informazioni multimediali (FEC, codici a correzione di errore a complessità lineare, interleaving e ritrasmissioni) sono state implementate, secondo gli standard dell’IETF, nella suite di streaming nell’arco temporale dell’intero progetto, e le performance ottenute valutate sia in modo simulativo sia tramite trasmissioni reali in scenari interveicolari.
Il risultato fondamentale del contributo dell’Internet Media Group al progetto VICSUM è quindi una suite di streaming con caratteristiche avanzate di protezione delle informazioni trasmesse, libera da brevetti e con soluzioni innovative per la robustezza della trasmissione multimediale su reti wireless ad alta mobilità basate su messaggi di feedback tra trasmettitore e ricevitore.
La suite sviluppata può essere utilizzata con successo da aziende operanti nel settore della diffusione dei contenuti multimediali, intrattenimento a bordo veicolo, automotive e/o della videosorveglienza per la creazione di servizi di streaming multimediale da bordo veicolo volti, ad esempio, ad interpretare il comportamento del guidatore. Per testare in uno scenario mobile la validità delle tecniche implementate si è provveduto a realizzare con successo il porting del server di streaming su piattaforme wireless embedded basate su sistema operativo OpenWRT, rilasciato anch’esso con licenza open source, mantenendo pertanto l’impronta di soluzione libera da brevetti data originariamente alla suite di streaming. Da sottolineare anche l’impulso alla ricerca e innovazione che il software prodotto può generare, come piattaforma di test per nuovi protocolli di trasmissione, per nuove tecniche di protezione delle informazioni e per la creazione di nuovi servizi basati sulla multimedialità. A tal proposito si è sviluppata una libreria per la ricezione dei flussi di streaming, libnemesi, già inserita nel progetto Mplayer client di streaming basati sulla libreria sviluppata, Libnemesi, e che verrà presto integrata nel player multimediale conosciuto come VLC. Inoltre l’utilizzo di protocolli standard fa sì che la suite di streaming prodotta possa essere utilizzata anche come importante strumento didattico all’interno dei corsi universitari di multimedia e networking.
Parte dell'attività di studio svolta all'interno del progetto ha riguardato poi la caratterizzazione e analisi di algoritmi di protezione adattativa dello streaming multimediale per il particolare scenario di trasmissioni wireless interveicolari. I risultati sono stati oggetto di pubblicazione su atti di conferenze internazionali.
