Escenario de Emulación de Red IP

Con la finalidad de realizar las pruebas, fue montado un escenario de red de transmisión de paquetes totalmente controlado, es decir, sin ningún tráfico de dato adicional que pueda influenciar las evaluaciones. Este escenario de prueba está compuesto de 3 PC’s, como puede ser observado en la Figura 2.6, donde: PC-1 es el punto final de comunicación que actua como un servidor Web, PC-2 es un computador que emula un canal de transmisión, donde son configurados diferentes escenarios de red basados principalmente en el factor de degradación de variación de retardo de paquetes y, finalmente PC-3 es un punto final que utiliza el servidor Web para descargar archivos de video. En la Figura 2.7 es representada la

configuración lógica de las direcciones IP, donde PC-2 cumple la función de ruteador de la red, interconectando las redes de PC-1 y PC-3. En este escenario es posible realizar pruebas considerando factores de degradación de red como retardo punto a punto, probabilidad de pérdida de paquetes, corrupción de paquetes, duplicación de paquetes, reordenamiento de paquetes y variación de retardo de paquetes. Es importante resaltar que el escenario fue montado con base en softwares con código fuente abierto, siendo de fácil reproducción.

Figura 2.6: Configuración del escenario de emulación de red IP propuesto con herramientas.

Figura 2.7: Configuración lógica de direccionamiento IP para el escenario de emulación usado.

Las herramientas utilizadas en la implementación del escenario de emulación de red, conforme a la Figura 2.6 fueron el NetEm (Network Emulator) [NETEM, 1991] en el PC-2 y el VLC (VideoLan Client) [VLC, 2001] en los PC-1 y PC-3. El NetEm es el emulador de red usado en el presente trabajo, siendo posible configurar los factores de degradación de red, en nuestro caso la variación de retardo (ver Anexo 1). Es encontrado en el paquete de Linux iproute2, que es una coletánea de herramientas para control de paquetes TCP (Transmission Control Protocol)/IP. Para el fator de degradación de variación de retardo el NetEm utiliza una distribución uniforme como configuración estándar (default). Además de la distribución normal, pueden ser generadas la distribución Pareto y la distribución Paretonormal. La distribución de muestras es basada en datos experimentales. El NetEm está limitado por el temporizador (timer) del Linux para la creación de paquetes con un umbral de 1 ms.

PC-1 crossover PC-2 crossover PC-3

Eth-1 Eth-1 Eth-2 Eth-2

NetEm VLC VLC PC-1 PC-2 PC-3 1 9 2 .1 6 8 .0 .1 1 9 2 .1 6 8 .1 .7 7 1 9 2 .1 6 8 .1 .1 1 9 2 .1 6 8 .0 .2 2 Ruteador Linux

La otra herramienta utilizada en el escenario propuesto es el VLC, este cumple dos funciones, la primera como administrador de servidor web, donde son almacenados los archivos de videos que serán visualizados por el usuario para el escenario descrito y, la segunda función como software de grabación de los videos degradados en el PC-3. Conforme la Figura 2.6 el servidor PC-1 y el cliente PC-3 tienen instalado el VLC media player, los computadores son conectados en una rede local LAN (Local Area Network) usando la tecnología de interconexión Ethernet a través de cables de par trenzado en el estándar RJ-45. La configuración del VLC para transmisión y grabación de videos se encuentra en [DWARAKA & KILARI, 2010].

En el presente trabajo es usado el protocolo UDP (User Datagram Protocol) para transmitir los videos, y la transcodificación para escoger el formato de video y la tasa de bits deseada. Por tanto, fue usado el codificador H.264 y el encapsulamiento MPEG-TS (MPEG transport stream) requerido para transmisión UDP. En la codificación de video el VLC utiliza una tasa de bits de 800 kbps y una tasa de cuadros de 25 fps como codificación estándar. En el presente trabajo, también fue usada la configuración alternativa con tasa de bits de 1024 kbps y tasa de cuadros de 29,97 fps. El tamaño de los buffers de lectura y escritura es 16384 bytes. La decodificación y la codificación son realizadas en paquetes de 188 bytes. En la transmisión, la interface de red empaqueta una unidad máxima de transmisión (MTU – Maximum Transmission Unit) de 1400 bytes (ver Anexo 2).

Figura 2.9: Video degradado de Foreman con variación de retardo de 0,4,8,12,16 y 20 ms.

Figura 2.10: Video degradado de Football con variación de retardo de 0,4,8,12,16 y 20 ms.

Se puede observar en las Figuras 2.8 a 2.10 el efecto del factor de degradación de variación de retardo con valores de 0, 4, 8, 12, 16 y 20 ms para el mismo quadro de las secuencias Akiyo, Foreman y Football respectivamente. Para las imágenes mostradas, se puede observar que la calidad de los videos disminuye conforme el factor de degradación de variación de retardo aumenta. El modelo de evaluación de video empleado en el presente

trabajo es del tipo FR (referencia completa), pues para la determinación de la calidad del video observado por el usuario son utilizadas dos entradas: el archivo de video de referencia y el archivo de video degradado.

En la evaluación objetiva de calidad de video, fue utilizada la versión freeware del software MSU Video Quality Measurement Tool (VQMT) [MSU Graphics & Media Lab, 2011], que es una herramienta para determinar la calidad de video comparando el video original y el video degradado, a través de métricas objetivas como: PSNR, SSIM [WANG, BOVIK, & SHEIKH, 2004] y VQM [XIAO, 2000]. Tal software soporta diferentes formatos de video con entradas como: avi (Audio Video Interleaved), avs (Audio Video Standard), yuv, bmp, mov, wmv (Windows Media Video), mp4, mpeg, flv (Flash Video) y otras. En el presente trabajo, fue realizada la conversión de los videos de referencia y degradados para el formato avi, debido a que la herramienta VQMT utiliza este formato como base. En la evaluación objetiva son usadas las métricas PSNR, SSIM y VQM para la componente de luminancia (𝑌).