Esta tesis doctoral aborda el problema de la transmisión de vídeo, en sistemas de transmisión de televisión y vídeo bajo demanda en tiempo real y de videoconferencia, a través de redes IP, haciendo un énfasis especial cuando la conexión se establece entre dispositivos móviles. En la primera parte del trabajo se introduce la transmisión de video en redes IP y se hace especial incapie en la videoconferencia, pasando posteriormente a presentar el estado del arte en ambos ámbitos. Tratamos y estudiamos cuestiones relacionadas con la compresión de vídeo, la calidad del vídeo recibido, la calidad de experiencia (QoE), sistemas para la mejora de la QoE para la videoconferencia y también tecnologías, como Software Defined Networking (SDN), que nos permiten mejorar dinámicamente la configuración de los dispositivos de red para mejorar la QoE percibida por los usuarios finales. Posteriormente, pasamos a describir el diseño de la arquitectura y el protocolo para la transmisión de vídeo en redes IP, con distintos objetivos. Proponemos una arquitectura y un protocolo para mejorar la QoE de los usuarios en la transmisión de vídeo en Internet Protocol Television (IPTV). También lo hacemos para la transmisión de vídeo en Redes Heterogéneas usando HTML5. Por último proponemos un algoritmo y protocolo para mejorar QoE de la transmisión de vídeo en redes empleadas para la monitorización ambiental, basándonos principalmente en un estudio fundamentado en la codificación en función del color predominante de las imágenes del vídeo. En el siguiente capítulo pasamos a proponer una nueva arquitectura y un protocolo para la mejora de la calidad de experiencia de extremo a extremo (E2E QoE) de los usuarios conectados a una videoconferencia. Definimos el proceso del sistema, la máquina de estados finita y el algoritmo necesario para su correcto funcionamiento. Por último, presentamos las distintas pruebas experimentales que se han realizado para estudiar y determinar los mejores sistemas de codificación, y su comportamiento al utilizar tecnologías como SDN en redes de dispositivos móviles, en Redes Heterogéneas usando HTML5 y en videoconferencia. / This doctoral thesis faces the problem of video transmission, in television transmission systems and video on demand in real time, and video conferencing, in IP networks, making a special emphasis when the connection is established between mobile devices. In the first part of the work, video transmission in IP networks is introduced, and a special emphasis is made on videoconference, afterwards presenting the state of the art in both areas. We address several issues related to video compression, the quality of the video received, the Quality of Experience (QoE), systems for improving the QoE for videoconferencing and also technologies, such as Software Defined Networking (SDN), which allow us to dynamically improve the configuration of the network devices to improve the QoE perceived by the end users. Later, we come to describe the design of the architecture and protocol for the transmission of video in IP networks, with different objectives. We propose an architecture and a protocol to improve the QoE of the end users in the transmission of video in Internet Protocol Television (IPTV). We also do it for the transmission of video in Heterogeneous Networks using HTML5. Finally, we propose an algorithm and protocol to improve QoE of video transmission in networks used for environmental monitoring, fundamentated mainly on a study substantiated on coding based on the predominant color of the images of the video. In the next chapter, we propose a new architecture and a protocol for improving the End-to-End Quality of Experience (E2E QoE) of the users connected to a video conference. We define the process of the system, the finite state machine and the algorithm necessary for its correct operation. Finally, we present the different experimental tests that have been carried out to study and determine the best coding systems, and their behavior when using technologies such as SDN in networks of mobile devices, in Heterogeneous Networks using HTML5 and in videoconference. / Aquesta tesi doctoral aborda el problema de la transmissió de vídeo, en sistemes de transmissió de televisió i vídeo sota demanda en temps real, i de videoconferència, a través de xarxes IP, fent un èmfasi especial quan la connexió s'estableix entre dispositius mòbils. En la primera part del treball s'introdueix la transmissió de vídeo en xarxes IP i es fa especial incapie en la videoconferència, passant posteriorment a presentar a l'estat de l'art en tots dos àmbits. Tractem i estudiem qüestions relacionades amb la compressió de vídeo, la qualitat del vídeo rebut, la qualitat d'experiència (QoE), sistemes per a la millora de la QoE per a la videoconferència i també tecnologies, com a Software Defined Networking (SDN), que ens permeten millorar dinàmicament la configuració dels dispositius de xarxa per a millorar la QoE percebuda pels usuaris finals. Posteriorment, passem a descriure el disseny de l'arquitectura i el protocol per a la transmissió de vídeo en xarxes IP, amb diferents objectius. Proposem una arquitectura i un protocol per a millorar la QoE dels usuaris en la transmissió de vídeo en Internet Protocol Television (IPTV). També ho fem per a la transmissió de vídeo en Xarxes Heterogènies usant HTML5. Finalment proposem un algoritme i un protocol per a millorar QoE de la transmissió de vídeo en xarxes emprades per al monitoratge ambiental, basant-nos principalment en un estudi fonamentat en la codificació en funció del color predominant del vídeo. En el següent capítol passem a proposar una nova arquitectura i un protocol per a la millora de la qualitat d'experiència d'extrem a extrem (I2I QoE) dels usuaris connectats a una videoconferència. Definim el procés del sistema, la màquina d'estats finita i l'algoritme necessari per al seu correcte funcionament. Finalment presentem les diferents proves experimentals que s'han realitzat per a estudiar i determinar els millors sistemes de codificació, i el seu comportament en utilitzar tecnologies com SDN en xarxes de dispositius mòbils, en Xarxes Heterogènies usant HTML5 i en videoconferència. / Jiménez Herranz, JM. (2018). Design of an architecture and communication protocol for video transmission and videoconference [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/107321 / TESIS

Les techniques adaptatives de transmission vidéo s’appuient sur un contenu qui est encodé à différents niveaux de qualité et divisé en segments temporels. Avant de télécharger un segment, le client exécute un algorithme d’adaptation pour décider le meilleur niveau de qualité à considérer. Selon les services, ce niveau de qualité doit correspondre aux ressources réseaux disponibles, mais aussi à d’autres éléments comme le mouvement de tête d’un utilisateur regardant une vidéo immersive (à 360°) afin de maximiser la qualité de la portion de la vidéo qui est regardée. L’efficacité de l’algorithme d’adaptation a un impact direct sur la qualité de l’expérience finale. En cas de mauvaise sélection de segment, un client HTTP/1 doit attendre le téléchargement du prochain segment afin de choisir une qualité appropriée. Dans cette thèse, nous proposons d’utiliser le protocole HTTP/2 pour remédier à ce problème. Tout d’abord, nous nous focalisons sur le service de vidéo en direct. Nous concevons une stratégie de rejet d’images vidéo quand la bande passante est très variable afin d’éviter les arrêts fréquents de la lecture vidéo et l’accumulation des retards. Le client doit demander chaque image vidéo dans un flux HTTP/2 dédié pour contrôler la livraison des images par appel aux fonctionnalités HTTP/2 au niveau des flux concernées. Ensuite, nous optimisons la livraison des vidéos immersives en bénéficiant de l’amélioration de la prédiction des mouvements de têtes de l’utilisateur grâce aux fonctionnalités d’initialisation et de priorité de HTTP/2. Les résultats montrent que HTTP/2 permet d’optimiser l’utilisation des ressources réseaux et de s’adapter aux latences exigées par chaque service. / Adaptive video streaming techniques enable the delivery of content that is encoded at various levels of quality and split into temporal segments. Before downloading a segment, the client runs an adaptation algorithm to determine the level of quality that best matches the network resources. For immersive video streaming this adaptation mechanism should also consider the head movement of a user watching the 360° video to maximize the quality of the viewed portion. However, this adaptation may suffer from errors, which impact the end user’s quality of experience. In this case, an HTTP/1 client must wait for the download of the next segment to choose a suitable quality. In this thesis, we propose to use the HTTP/2 protocol instead to address this problem. First, we focus live streaming video. We design a strategy to discard video frames when the band width is very variable in order so as to avoid the rebuffering events and the accumulation of delays. The customer requests each video frame in an HTTP/2 stream which allows to control the delivery of frames by leveraging the HTTP/2 features at the level of the dedicated stream. Besides, we use the priority and reset stream features of HTTP/2 to optimize the delivery of immersive videos. We propose a strategy to benefit from the improvement of the user’s head movements prediction overtime. The results show that HTTP/2 allows to optimize the use of network resources and to adapt to the latencies required by each service.

In a wireless and mobile communication paradigm, distribution and sharing of video content often occurs over unfriendly network environments constrained by lack of sufficient bandwidth, and prone to jitter, delay and packet losses. The research presented in this thesis proposed an assortment of application-specific optimizations designed to enable high-quality video communication over bandwidth constrained and unreliable channels. This assortment of solutions, termed herein as the Application Specific Video Coding and Delivery (ASVCD) toolkit, comprises of content and network adaptive approaches such as Region of Interest (ROI) video coding, Multiple Representation Coding (MRC), and Multiple Representation Coding of the Region of Interest (ROI + MRC). Thus, the effectiveness of ROI based video-coding in facilitating diagnostically lossless delivery of surgical videos over very low bandwidth channels was studied in this thesis. Furthermore, to facilitate error resilient video delivery over channels prone to burst losses and signal loss intervals, the MRC scheme was presented in this thesis. Finally, the thesis proposed a scheme for unequal protection of the ROI in the video by using the MRC scheme to effectively enable a distance learning application. To summarize, the ASVCD toolkit contributed in enabling high-quality video communications applications to become seamless and pervasive.