Langaton reaaliaikainen videostriimaus videokamerasta LTE-, 3G- ja WLAN-verkon yli

Abstract

Insinöörityössä tutkittiin langatonta reaaliaikaista videostriimausta videokamerasta pieni-kokoisen miniCASTER-enkooderin kautta suoraan LTE-, 3G- ja WLAN-verkkoon. Videostriimi vastaanotettiin Wowza-striimauspalvelimelle, josta se ohjattiin sisältöverkkoon tai suoraan asiakkaalle. Toisessa sovelluksessa videostriimi siirrettiin suoraan studioon, jossa se liitettiin osaksi lähetystä.

Käytännön testien avulla tavoitteena oli löytää testilaitteiston luotettavan langattoman reaaliaikaisen videostriimauksen mahdollisuudet ja haasteet. Tavoitteena oli saada teräväpiirtovideo siirtymään luotettavasti mobiiliverkossa ja langattomassa verkossa. Videostriimiä testattiin eri bittinopeuksilla ja resoluutioilla ja pyrittiin saamaan esiin kulloinkin verkon maksimaalinen suorituskyky.

Hyvissä olosuhteissa kaikissa testitapauksissa onnistuttiin reaaliaikaisen teräväpiirtovideon siirrossa. Langattoman verkon suuri bittinopeuden vaihtelu aiheutti sen, että välillä videostriimi saattoi katketa signaalin heiketessä. Tästä tehtiin se johtopäätös, että tehokas virheenkorjaus, useamman yhtäaikaisen yhteyden ja lisäantennien käyttö on välttämätöntä laadun takaamiseksi. Testiin valittu enkooderi on lupaava laite, mutta vielä kehitysvaiheessa. Enkooderissa havaittiin selviä ongelmia langattoman striimauksen kanssa ja se muodostui konseptin pullonkaulaksi, joka pystyttiin kiertämään lisälaitteilla, mutta laite vaatii vielä testausta ennen tuotantokäyttöä.

Tutkimuksen tavoitteet saavutettiin ja onnistuttiin toteuttamaan järjestelmä, jolla voitiin striimata reaaliaikaisesti kuvaa langattomissa verkoissa, suoraan kamerasta miniCASTER-laitteen avulla.

Konsepti on erittäin kustannustehokas ja mahdollistaa ajantasaiset urheilu-, uutis- ja tapahtumalähetykset. Ratkaisua voi soveltaa myös esimerkiksi poliisin erikoisjoukkojen käytössä välittämään reaaliaikaista kuvaa johtokeskukseen tai käyttää videotuotannossa osana kameralta tulevan kuvan sekä metadatan keräämisessä että kuvan tarkkailussa.

Real-time streaming from a video camera using a small encoder to the network with wireless connection via LTE, 3G or WLAN was studied in this thesis. The stream was passed to a Wowza streaming server, where it was transmitted to a Content Delivery Network, CDN or straight to end user. Another case was where the stream was transmitted to a studio to be received with a hardware decoder and then joined as part of a live-broadcast.

Through practical tests the goal was to determine the performance and reliability of wireless real-time streaming for high definition video with the test equipment used. Video was first encoded using H.264 and coupled with AAC encoded audio. Then it was encapsulated to MPEG2-TS-packets to be transmitted over IP-network via RTP/UDP-protocol. Streaming was tested with various settings with varying the bit rate and resolution. With different settings and setups the maximum network performance was tested for the studied cases.

In optimum circumstances HD-stream was transmitted with success over LTE, 3G and WLAN networks. Fluctuation of the wireless network speed caused errors in the stream from time to time. This lead to a conclusion that error correction, multiple simultaneous connections and external antennas must be used to guarantee quality of the service in most of the cases. The miniCASTER-encoder used was a promising device, handling most of the test cases with ease, but had obvious problems in the area of wireless transmission. Through workaround those problems were bypassed. However, the encoder still needs development and testing for stable production use.

The goals of the study were achieved and a solution for wireless real-time streaming was built and tested directly from a video camera via a miniCASTER-encoder. The built concept is very cost-efficient and enables live broadcast for sports, news or similar events and can even be used to some extend by special police forces to stream live broadcast to the command center. Also this solution could be used in video production to stream live video from a video camera to the director for inspection and also collect metadata from the camera at the same time.