實驗八 影像傳輸效能分析與評估

指導教授：許子衡 教授學生：王志嘉

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實驗目的 暸解各種影響影像傳輸之因素

暸解各種因素之間的相關性

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背景知識 在這個章節中，列出了會影響傳輸品質的幾個因

素： GOP(Group of Picture) pattern 、壓縮量化參數(Quantization value) 、封包長度 (Packet Size) 和封包錯誤率 (Packet Error rate)

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名詞解釋 GOP(Group of Picture) pattern ：一般來說， MPEG

的影像可以被分解為以 GOP 為單位去進行編碼的動作。一個 GOP 的式可以用兩個參數表示 GOP(N,M) ； N 值代表是從一個 I-frame 到下一個 I-frame之間的畫面數； M 表示的是從 I-frame 到下一個P-frame 或 B-frame 之間的畫面數。

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名詞解釋 壓縮量化參數 (Q value) ：量化 (Quantization) 是用

來減少描述各係數的位元數，也就是用較粗糙的度量單位描述各係數

量化是破壞性壓縮技巧，經過量化後的資料再將之還原時，不會與原來的資料完全相同，因此壓縮失真的程度，主要決定於量化位階 (Quantization Scale) 。

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名詞解釋 進行影像編碼時，我們可以選用不同的 quantizatio

n scale 去進行影像壓縮，但是選用較大的 quantization scale 會讓編碼出來的影像品質變得較差，但其資料量會較小。

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實驗步驟—模擬的網路架構圖

模擬網路架構圖

Video Server InternetWireless

Access PointVideo Receiver

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Step1&2

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Step2 解釋 ./ffmpeg.exe -s qcif -vcodec mpeg4 -r 30 -g 9 -bf 2 -qs

cale 31 -i foreman_qcif.yuv foreman_qcif.m4v

我們利用 ffmpeg.exe 來對 YUV 檔案進行轉檔，轉成 m4v 的檔案

-s 為 set frame size ； qcif 指的是 176*144 ； -vcodec 參數是指定壓縮的方式；這裡用 mepg4 去壓縮。

-r 為 set frame rate ；這裡設計 30 frame/sec -g 為 set the group of picture size ；這裡設定 9 fram

e/gop

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Step2 解釋 -bf 為 use “frames” B frames ，這裡設定 I 與 P 之間

或 P 與 P 之間有兩個 B frame

-i 為 input file name ，輸入影片檔名為 foreman_qcif.yuv ；處理後的檔名為 foreman_qcif.m4v

qscale 是一個量化階級；值的範圍在 2~31 之間，31 為所有的量化階級

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Step3

轉成 m4v 檔案後，接著要使用 MP4Box 檔案將影片再轉成 mp4 檔案。

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Step4

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Step4 解釋 ./mp4trace.exe -f -s 192.168.0.2 12346 foreman_qcif.

mp4 > foreman_qcif.st

在把影片轉成 mp4 的檔案後，利用 mp4trace 程式將影片中的每一個 frame 相關資訊擷取出來並存放到副檔名為 st 的檔案中

這裡設定的 192.168.0.2 為要傳送出去的目的 IP ，12346 為目標的 port 。

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foreman_qcif.st 檔案內容

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執行 lab 8.tcl 的結果

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Step 6

在這裡會使用模擬過程中產生的傳送端記錄檔 sd 、接收端記錄檔 rd 及影片記錄檔 foreman_qcif.st 檔案和 mp4 檔案，經由 etmp4 程式產生一個有畫面遺失的影片 mp4 檔

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Step 7

再使用 ffmpeg 程式將上一步驟所得之重建後之 mp4 回復成 yuv 影片檔。

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Step 8

在這裡我們可以使用 avgpsnr 程式去針對重建後的yuv 影片檔及原始 yuv 影片檔，獲得重建後 yuv 影片的 PSNR 值的大小。

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影響影像傳輸因素之探討 我們在這裡會把前面幾項跟影像品質有關的因素

其關聯性做探討。主要針對網路上不同的封包錯誤率和 GOP pattern 之間的關聯性作探討。 ( 在這裡 qscale 固定為 10 和 mtu 為 1024)

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影響影像傳輸因素之探討 產生 GOP length 9 的方式：

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影響影像傳輸因素之探討 產生 GOP length 15 的方式：

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影響影像傳輸因素之探討

Packet error rate GOP 9 GOP 15

0.0 32.28 32.09

0.02 31.80 30.91

0.04 31.10 29.88

0.06 30.76 28.79

0.08 29.53 27.42

0.1 27.92 26.13

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影響影像傳輸因素之探討 接著討論量化參數跟影像品質之間的關聯性， pac

ket error 設為 0.01 ， mtu 設 1024,GOP length 設為9 ，下表是模擬結果的平均 PSNR 值

壓縮量化參數 (Q value) GOP 9

2 37.68

10 32.24

20 28.70

31 26.64

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影響影像傳輸因素之探討 最後，討論封包長度跟影像品質之間的關聯性， p

acket error 設為 0.05,Q value 設為 10,GOP length 設為 9 ，下表是模擬結果的平均 PSNR 值

MTU Average PSNR

200 22.45

400 27.20

600 27.96

800 29.35

1000 30.44