Die Nutzung von WiMAX1 als Medium ist noch relatives Neuland, daher ist es wichtig erste
Daten zu sammeln im Bezug auf QoS2, Streaming und anderen Applikationen über WiMAX.
Solche Applikationen önnen simuliert, die Datenraten rechnerisch ermittelt werden. Ob diese
allerdings mit den tatsächlichen Werten Übereinstimmen und unter realen Bedingungen
verwendbar sind, muss noch untersucht werden.
Die Menge an Parametern, die den Kanal beeinflussen, ist vielfältig. Einige dieser Parameter
unterliegen stochastischem Verhalten und können daher weder in einer Messung noch einer
Berechnung berücksichtigt werden.
Wie schon erwähnt, gibt es viele Simulationen und Tools um Bandbreiten und Verhalten eines
WiMAX Kanals zu berechnen. Tests unter realistischen Bedingungen sind jedoch unabdingbar,
um eine sichere Aussage zu treffen.
In dieser Arbeit wurden unterschiedliche Messungen durchgeführt, indem ein Video-Stream
über WiMAX subjektiv betrachtet und analysiert wird. Mit den Daten dieser Studie soll eine
Abschätzung des Verhaltens von WiMAX im Bezug auf Streaming und hochbreitbandinge,
zeitkritische Anwendungen getroffen werden.
[...]
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
3.1.1 Systemschicht
Es befinden sich Audio- und Video-Elementarströme in einem Bitstrom. Des Weiteren ist es möglich, mehrere Systemströme zu Transportströmen zu verbinden. Hierzu werden die Daten paketiert und mit Zusatzinformationen und Fehlerschutzmechanismen versehen, so dass eine parallele Übertragung per ATM-Netze durchführbar ist. Jedes Paket besitzt einen 4-Byte-Marker (die sog. Startcodes). Anhand diesem werden die Audio- und Videomodule getrennt.
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.
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- Dipl.-Ing.(FH) Frank Hamm (Autor), 2007, Video-Streaming über WiMAX, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/117039
