1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia było zbadanie wpływu błędów transmisji w sieci Internet na jakość obrazu plików multimedialnych. W ćwiczeniu laboratoryjnym do oceny kompresji zastosowaliśmy pliki video formatów Mpeg1 i Mpeg4. Pliki te służyły głównie do transmisji (strumieniowania) w czasie rzeczywistym. Symulowaliśmy wpływ protokołów transportowych ATM i UDP na jakość obrazu.

2. Wykonanie ćwiczenia.

Jako pierwszy zbadaliśmy plik: http://www.fun.anfa.pl/mpg/data/levis2.mpg

Wielkość [bajty]

817,156

Czas trwania

8 sekund

Typ strumienia

MPEG-1 System Stream

Klatek na sekundę

24

Rozdzielczość

320 x 240

00029721.gif 

Protokół ATM (długość rozmiar nagłówka: 5 bajtów, długość pola danych: 48 bajtów):

Usuwanie pakietów

Stopa błędu [%]

Wielkość [bajty]

Ocena jakości [%]

WMP 10

V-player

0,006

817,108

98

99

0,008

817,108

93

94

0,01

817,108

86

85

0,04

816,868

70

75

0,07

816,624

50

55

0,1

816,340

40

40

0,4

813,892

5

10

0,7

811,427

0

0

00029722.gif 

Uszkadzanie pakietów

Stopa błędu [%]

Wielkość [bajty]

Ocena jakości [%]

WMP 10

V-player

0,01

817,156

95

95

0,04

817,156

90

95

0,07

817,156

85

85

0,1

817,156

80

80

0,4

817,156

65

60

0,7

817,156

40

40

1

817,156

25

20

4

817,156

5

10

00029723.gif 

Jak widać na wykresach filmy kopiowane przez protokół ATM wykazują dosyć duża tolerancję na błędy, jeśli weźmiemy pod uwagę jakość oglądanego filmu. Porównując dane tabelaryczne można zauważyć, że różnica pomiędzy jakością filmu odtwarzanego w różnych odtwarzaczach jest praktycznie taka sama, niewielkie różnice ocen są wyłącznie kwestią gustu. Film da się przyjemnie oglądać poniżej stopy błędu: 0,04% dla usuwania pakietów, 0,2% dla uszkadzania pakietów. Wykres zależności wielkości pliku od stopy błędu jest niemal taki sam dla obu protokołów. W przypadku uszkadzania plików wykresu nie rysowałem, gdyż rozmiar się nie zmienia.

Protokół UDP(-Lite)+RTP (łączna długość nagłówków: 8+12 bajtów, długość pola danych 8)

Usuwanie pakietów

Stopa błędu [%]

Wielkość [bajty]

Ocena jakości [%]

WMP 10

V-player

0,004

817,121

99

98

0,007

817,095

95

95

0,01

817,076

85

90

0,04

816,836

65

60

0,07

816,548

50

55

0,1

816,340

30

35

0,4

813,892

0

0

00029724.gif 

Uszkadzanie pakietów

Stopa błędu [%]

Wielkość [bajty]

Ocena jakości [%]

WMP 10

V-player

0,004

817,156

99

95

0,007

817,156

95

90

0,01

817,156

80

85

0,04

817,156

75

75

0,07

817,156

55

50

0,1

817,156

40

45

0,4

817,156

25

20

0,7

817,156

0

0

00029725.gif 

Różnice pomiędzy usuwaniem a uszkadzaniem w protokole UDP są zdecydowanie mniejsze niż miało to miejsce w protokole ATM. Porównując natomiast różny wpływ błędów na oba protokoły, można dojść do wniosku, że w przypadku plików Mpeg-1 protokół ATM jest dużo bardziej odporny na błędy. Różnice stają się szczególnie widoczne w przypadku uszkadzania pakietów. Filmy da się oglądać z zadowalającą jakością nawet przy dziesięciokrotnie większej stopie błędu od protokołu UDP. W przypadku protokołu UDP film da się przyjemnie oglądać poniżej stopy błędu: 0,02% dla usuwania pakietów, 0,04% dla uszkadzania pakietów.

Następnie zbadaliśmy plik: http://txc.net.au/~mapie/bud_light_third_arm.avi

Wielkość [bajty]

1,685,504

Czas trwania

31 sekund

Typ strumienia

S-Mpeg 4 version 2 

Klatek na sekundę

25

Rozdzielczość

352 x 264

00029726.gif 

Protokół ATM (długość rozmiar nagłówka: 5 bajtów, długość pola danych: 48 bajtów):

Usuwanie pakietów

Stopa błędu [%]

Wielkość [bajty]

Ocena jakości [%]

WMP 10

V-player

0,003

1 685 024

99

98

0,005

1 685 456

60

65

0,007

1 685 408

40

40

0,009

1 685 360

35

30

0,012

1 685 312

25

25

0,016

1 685 260

15

15

0,022

1 685 163

5

10

0,035

1 685 025

0

0

00029727.gif 

Uszkadzanie pakietów

Stopa błędu [%]

Wielkość [bajty]

Ocena jakości [%]

WMP 10

V-player

0,1

1,685,504

99

98

0,15

1,685,504

80

65

0,2

1,685,504

70

40

0,25

1,685,504

60

30

0,4

1,685,504

55

25

0,5

1,685,504

30

15

0,6

1,685,504

5

10

0,7 

1,685,504

0

00029728.gif 

Podobnie jak w przypadku Mpeg-1 , od razu widać, ze format Mpeg-4 jest bardziej odporny na uszkadzanie pakietów niż na ich usuwanie. Film da się przyjemnie oglądać poniżej stopy błędu: 0,004% dla usuwania pakietów, 0,15% dla uszkadzania pakietów.

Protokół UDP(-Lite)+RTP (łączna długość nagłówków: 8+12 bajtów, długość pola danych 8)

Usuwanie pakietów

Stopa błędu [%]

Wielkość [bajty]

Ocena jakości [%]

WMP 10

V-player

0,0001

1 685 022

99

100

0,0002

1 685 454

80

85

0,0003

1 685 406

70

75

0,0005

1 685 368

60

55

0,0010

1 685 310

50

50

0,0015

1 685 268

30

33

0,0020

1 685 161

0

0

00029729.gif 

Uszkadzanie pakietów

Tutaj można zauważyć pewną losowość, ponieważ filmy które miały wyższą stopę procentową błędu mogły zostać odtworzone, podczas gdy te zmniejszą mogły zostać na przykład w ogóle nie wczytane. Można powiedzieć, że dla stopy procentowej 0,005% jest możliwość, że film nie zostanie odtworzony. I znowu w porównaniu do ATM, UDP wypada tutaj bardzo słabo.

Stopa błędu przy której "sensownie" da się oglądać film w przypadku protokołu UDP wynosi zaledwie 0,003% dla usuwania plików, natomiast uszkadzanie plików okazało się niemożliwe do zanalizowania.

3. Wnioski końcowe.

Porównując dwa badane typy plików: Mpeg-1 oraz Mpeg-4, stwierdzam że dużo bardziej odporny na uszkodzenia jest format Mpeg-1. Jest to zapewne spowodowane mniejszym stopniem kompresji obrazu. Plik Mpeg-1 trzykrotnie krótszy, o mniejszej rozdzielczości od pliku Mpeg-4, zajmuje porównywalną ilość miejsca. Więc w przypadku małej stopy błędu, w zastosowaniach internetowych bardziej opłaca stosować się pliki formatu Mpeg-4.

Wpływ użytego odtwarzacza na jakość odtwarzania badaliśmy z użyciem programów Windows Media Player 10 oraz V-player. Programy te odtwarzały większość uszkodzonych plików, natomiast programy takie jak Quick Time, Real Player, Winamp, często nie potrafiły otworzyć znacznie uszkodzonego pliku. Można zauważyć że wyniki jakości od stopy błędu, otrzymane dla poszczególnych odtwarzaczy różnią się nieznacznie, ocena jakości jest sprawą bardzo subiektywną i możliwe jest że inna grupa badając podobny plik oceniła go zgoła inaczej.

Jeszcze nie tak dawno temu w sieci Internet dominował wyłącznie format Mpeg-1, jego wadą był jednak dosyć mały stopień kompresji. Wraz ze wzrostem mocy obliczeniowej komputerów możliwe stało się zastosowanie formatu Mpeg-4, który pozwala nam na cieszenie się dobrą jakością obrazu oraz małą objętością. Format Quick Time jest stosowany głównie w celach komercyjnych, gdyż licencja na jego wykorzystanie jest własnością firmy Apple. Format Real Media jest wciąż popularny w sieci ze względu na małą objętość plików, jednak odbiorcą musi być człowiek, któremu niespecjalnie zależy na jakości obrazu, a na samej treści. Real Media prezentuje nam wręcz fatalną jakość obrazu. Zazwyczaj spotykamy go przy ciągłej transmisji obrazu.

Podsumowując, przeprowadzone ćwiczenie uważam za przeprowadzone poprawnie, otrzymane rezultaty wydają się być zgodne z logiką oraz potwierdzają nasze przypuszczenia, odnośnie zachowywania się określonych formatów plików video spotykanych w sieci Internet.