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ABSTRAIT

On prévoit que l’Internet des objets comprendra plus de 50 milliards d’appareils visant à résoudre des problèmes dans la plupart des domaines de notre société numérique. Une grande partie des données communiquées devrait être constituée de divers contenus multimédias, tels que l’audio en direct et vidéo. Cet article présente une solution pour la communication de la vidéo haute définition dans des scénarios à faible délai (<200 ms) sous les contraintes d'appareils aux ressources matérielles limitées, comme le Raspberry Pi. Nous vérifions qu'il est possible d'activer la diffusion vidéo à faible délai entre les appareils Raspberry Pi à l'aide d'un système Internet des objets distribué appelé plateforme Sensible Things.

Plus précisément, notre implémentation transfère un flux vidéo H.264 6 Mbps de 1280 × 720 pixels à 25 images par seconde entre les appareils avec un retard total de 181 ms sur l’Internet public, dont le surdébit de la plate-forme de communication Internet des objets distribuée uniquement représente 18 ms de ce retard. Nous avons constaté que le goulot d’étranglement le plus important du transfert vidéo sur des appareils Internet des objets limités est le codage vidéo et non la plate-forme de communication distribuée, puisque le codage vidéo représente 90% du retard total.

MATÉRIAUX ET MÉTHODES

Figure 1. Un aperçu de la mise en œuvre

Notre approche est basée sur l’envoi d’unités NAL codées de base H.264 sous forme de paquets P2P sur la plateforme Sensible Things en utilisant des appareils Raspberry Pi 2 modèle B avec des modules de caméra connectés. Nous avons sélectionné ce matériel particulier pour vérifier que notre approche est viable pour les appareils IoT typiques. La plate-forme Sensible Things a été choisie car il s’agit d’une plate-forme middleware ouvertement disponible pour la création d’applications IoT distribuées, capable de communication à très faible délai.

Un aperçu de notre mise en œuvre peut être vu dans la figure 1; un appareil Raspberry Pi 2 modèle B avec un module caméra attaché comme source vidéo, la plateforme Sensible Things qui communiquera les données vidéo de manière P2P, et enfin un deuxième appareil Raspberry Pi 2 modèle B, qui agira comme le récepteur vidéo et restituer le flux vidéo sur un écran connecté via l’interface multimédia haute définition (HDMI).

RÉSULTATS

Figure 2. La vue enregistrée des deux écrans

L’horloge enregistrée a ensuite été affichée sur le deuxième écran (Samsung Sync Master SA450, Samsung, Séoul, Corée du Sud) pour être comparée à l’horloge en direct. Cette comparaison a été possible car les deux affichages ont été enregistrés simultanément avec une caméra 300 FPS et sauvegardés pour une analyse ultérieure. La vidéo du retard du système complet pourrait être calculée en comparant la différence d’horloge, ce qui a été fait en examinant les images fixes enregistrées des deux écrans. Une figure affichant la vue résultante des deux écrans peut être vue sur la figure 2.

Figure 5. Configuration de la mesure avec le réseau local

Le Raspberry récepteur a ensuite transmis les données reçues directement au décodeur et l’a affiché à l’écran. Voir la figure 5 pour un aperçu de la configuration de cette mesure. Les mesures effectuées dans cette configuration ont montré que le délai total d’encodage et de décodage sur deux appareils Raspberry Pi 2 modèle B avec un réseau entre eux était en moyenne de 163 ms avec un écart type de 18,5 ms. C’était très proche de la mesure précédente sans le réseau, ce qui indique que la communication réseau elle-même n’ajoute pas de surcoût significatif si elle est sur un réseau local à vitesse gigabit.

DISCUSSION

Cet article s’est concentré sur le problème de la communication multimédia en direct haute définition pour les applications IoT dans des scénarios à faible délai sous les contraintes des appareils et du matériel IoT typiques. Cela a été démontré en envoyant des unités NAL H.264 via un système de communication IoT basé sur le P2P sur un appareil IoT typique. Cet article a également montré que notre approche satisfait aux trois exigences énoncées. Il a un faible délai source / puits, ce qui était la condition 1.

Nous avons mesuré un délai de 181 ms entre la source et le puits, si la source et le puits se trouvent derrière des réseaux NAT. La vidéo transférée était d’une qualité haute définition de 1280 × 720 à 25 FPS, ce qui était l’exigence 2. Enfin, elle répond à l’exigence 3, car il a été démontré qu’elle fonctionnait sur un appareil Raspberry Pi 2 modèle B, qui peut être considéré comme un IoT typique périphériques avec du matériel limité en ressources. En conclusion, lors de l’utilisation d’un système IoT entièrement distribué, 90% du retard total est dû au codage et au décodage de la vidéo.

Source: Université Mid Sweden
Auteurs: Ulf Jennehag | Stefan Forsstrom | Federico V. Fiordigigli

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