Low latency H.264 encoding for teleoperation

Abstract

Yksi tärkeimmistä kauko-ohjattavan laitteen käytettävyyden vaatimuksista on videon suoratoiston viive. Toimenpiteen tapahtumisen ja saman toiminnon näytölle näyttämisen välisellä viiveellä on todistettu olevan merkittävä vaikutus ihmisten käyttäjien suorituskykyyn. Tavoitteena on, että viive on alle 50 millisekuntia ottaen huomioon muut tekijät, kuten kaistanleveyden kulutus ja virheensietokyky.

Teleoperaatio tapahtuu usein langattomien verkkojen kautta, joskus huonoissa verkkoolosuhteissa. Kun videodataa siirretään langattomasti, video on pakattava kaistanleveyden kulutuksen vähentämiseksi. Videon käsittely vie aikaa, ja jos se tehdään tehottomasti, se voi merkittävästi lisätä järjestelmän kokonaisviivettä, mikä tekee siitä sopimattoman teleoperaatioon.

Tässä opinnäytetyössä tutkitaan tapoja virittää H.264-videokooderi vastaamaan teleoperaation vaatimuksia. Tämä sisältää alhaisen latenssin, pienen kaistanleveyden kulutuksen ja virheensietokyvyn. Se selittää lyhyesti videon pakkaamisen taustalla olevaa teoriaa, miksi pienen viiveen saavuttaminen on vaikeaa ja mitkä ovat vaiheet, jotta koodausprosessista tulee mahdollisimman nopea. Matalan viiveen kooderin suorituskykyä arvioidaan verrattuna oletuskooderiin, jonka tavoite on säilyttää videon laadun. Kokeellinen järjestelmä perustettiin jäljittelemään etäohjatun ajoneuvon videon suoratoisto-osaa.

Kokeellinen mittaus osoitti, että tässä opinnäytetyössä käsitellyt asetukset paransivat järjestelmän kokonaisviivettä 50 %, vähensivät kaistanleveyden kulutusta ja paransivat merkittävästi videon suoratoisto virheensietokykyä oletuskooderiin verrattuna. Järjestelmän yleinen viive oli kuitenkin paljon enemmän kuin 50 millisekunnin tavoite, mikä johtui lähinnä saatavilla olevan laitteiston rajoituksista.