title: Entwicklung und Validierung eines Live-Videostreaming Protokolls für fehlerbehaftete Transportmedien mit geringer Latenz
Creators: name: Rees, Lucas
Publisher: name: FH Vorarlberg (Fachhochschule Vorarlberg)
Year: 2024
Subjects: subject: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft

description: In der Masterarbeit „Entwicklung und Validierung eines Live-Videostreaming-Protokolls für fehlerbehaftete Transportmedien mit geringer Latenz“ wird ein neues, effizientes UDP basiertes Protokoll entwickelt, das JPEG als Codec nutzt. Ziel der Arbeit ist es, eine verbesserte Lösung für das Livestreaming in fehleranfälligen Netzwerken mit geringer Bandbreite und Latenz zu schaffen. Die Übertragung erfolgt in einem Single-Hop-Netzwerkmodell, wobei HD-Videos mit einer maximalen Bandbreite von 10 Mbit/s über unverschlüsselte digitale Kanäle gesendet werden. Im ersten Schritt wird eine FFMPEG basierte Testsuite für Live-Video-Protokolle implementiert. Anschließend wird das Verhalten das Realtime Transport Procotol und des Secure Reliable Transport - Protokoll bei Paketverlusten von 0%, 0,1%, 0,5%, 1%, 2%, 5%, 7%, 10%, 15% und 20% unter Verwendung des H.264, H.265 und MJPEG Codec analysiert. Dabei werden die Stärken und Schwächen der beiden Protokolle und Codecs identifiziert und für die Entwicklung des neuen Protokolls verwendet. Das daraus entwickelte Segmented Image Streamer Protocol wird unter den selben Vorraussetungen analysiert und mit SRT und RTP verglichen. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Verbesserung der Latenz bis in den Millisekunden Bereich und konstanteren Jitter im Vergleich zu den anderen Protokollen. Die Analyse zeigt zudem, dass RTP nicht für den Einsatz auf fehlerbehafteten Übertragungsmedien geeignet ist und bereits bei geringen Paketverlust schwere Bildfehler entstehen. SRT ist durch das erneute Senden von Paketen in der Lage ist mit geringen Paketverlusten umzugehen. Jedoch leidet auch hier die Videoqualität bei höherem Paketverlust ab 5%. Das neu entwickelete Protokoll erzielt bei Qualität, Latenz und Jitter deutlich bessere Ergebnisse als die beiden Vergleichsprotokolle und bietet eine Lösung für Anwendungen mit strengen Latenzanforderungen, bei denen geringe Bildfehler akzeptabel sind.
description: The master's thesis ''Development and Validation of a Live Video Streaming Protocol for Error-Prone Transport Media with Low Latenc'' presents the development of a new, efficient UDP-based protocol that utilizes JPEG as the codec. The objective of this work is to create an improved solution for live streaming in error-prone networks with low bandwidth and latency. The transmission is carried out in a single-hop network model, where HD videos are sent over unencrypted digital channels with a maximum bandwidth of 10 Mbit/s. In the first step, an FFMPEG-based test suite for live video protocols is implemented. Subsequently, the performance of the RTP and SRT protocols is analyzed under packet loss rates of 0%, 0.1%, 0.5%, 1%, 2%, 5%, 7%, 10%, 15%, and 20% using the H.264, H.265, and MJPEG codecs. The strengths and weaknesses of both protocols and codecs are identified and used for the development of the new protocol. The resulting Segmented Image Streamer Protocol is analyzed under the same conditions and compared with SRT and RTP. The results show a significant improvement in latency, reaching the millisecond range, and more consistent jitter compared to the other protocols. The analysis also demonstrates that RTP is unsuitable for use in error-prone transmission media, as even minimal packet loss causes severe image errors. SRT is capable of handling low packet loss by retransmitting packets. However, even with SRT, video quality degrades when packet loss exceeds 5%. The newly developed protocol achieves significantly better results in terms of quality, latency, and jitter compared to the two benchmark protocols and offers a solution for applications with strict latency requirements, where minor visual artifacts are acceptable.