Görüntü Kalitesine İlişkin Test sonuçları

Deneysel test sisteminin çok yöne gönderim uygulamalarındaki verimliliğinin belirlenmesi için ağ koşullarına bağlı olarak değişen testlerin yanı sıra iletimi yapılan video kalitesinin alıcı taraflarda kayıt altına alınan video kalitesi ile mukayese edilmesi işlemlerini içeren testler de ayrıca uygulanarak sonuçları değerlendirilmiştir. Deney sonuçlarının değerlendirilmesi aşamasında, videoların istatistiksel kalitelerini ölçmek için Tepe Sinyal Gürültü Oranı (Peak Signal to Noise Ratio, PSNR) ölçeği kullanılmıştır. Orijinal görüntü ile tekrar elde edilmiş görüntü arasındaki benzerlik ölçüsü olan PSNR, Matlab programı kullanılarak ölçülerek görüntülerin bozulma oranları tespit edilmiştir.

Ölçülen PSNR değerlerinin yüksek olması benzerliklerinin de yüksek olduğu anlamına gelmektedir. İki görüntü arasındaki PSNR değerini hesaplamak için öncelikle Ortalama Kare Hatası (Mean Squared Error–MSE) değeri hesaplanmalıdır (Jonathan ve Hartung 1999).

MSE değerinin hesaplanması için aşağıda verilen 1 ve 2 numaralı denklemler kullanılabilir.

1 1 2

1 1

1

( , ) ( , )

i i

MSE I i j K i j

mn

− −

= =

= ∑∑ −

2

,

( , ) ( , )

M N

I i j K i j

MSE MxN

−

= ∑

(5.2)

92

Bu denklemlerde I ve K birbirleriyle kıyaslanan görüntülerdir. I orijinal görüntüyü K ise yeniden elde edilmiş görüntüyü ifade eder. Görüntü boyutları ise m×n dir. MSE değerinin hesaplanmasının ardından Denklem 3’e göre PSNR değeri hesaplanır. MAX, görüntüye ait bir pikselin alabileceği en yüksek değeri ifade eder.

2

10 log (

MAX )

PSNR = MSE

Çok yöne gönderim sonrasında elde edilen görüntülerin gönderimi yapılan görüntüler ile kıyaslanmasına geçmeden önce ilk olarak orijinal video ile kodlanmış videonun PSNR kıyaslaması yapılmıştır. Buna göre 2000 Kbps bit oranına sahip orijinal video ile 1500 Kbps bit oranında H.264 video formatına dönüştürülmüş video çerçeveleri kıyaslanarak Şekil 5.2’deki PSNR oranları elde edilmiştir.

Şekil 5.2 Orijinal ve kodlanmış video PSNR oranları

93

Şekil 5.2 incelendiğinde H.264 formatına dönüştürülen video çerçevelerinin PSNR değerleri ortalama olarak 42 dB civarında seyretmektedir. PSNR değerlerinde gözlenen anlık düşüş ve çıkışlara rağmen elde edilen video ortalama PSNR değeri göz önüne alındığında H.264 formatında kodlanan videonun görüntü kalitesinin yüksek olduğu gözlemlenmektedir.

Çalışmada önerilen deneysel çok yöne video gönderimi test sistemi kullanılarak H.264 formatında kodlanarak çok yöne gönderimleri gerçekleştirilen ve çok yöne gönderim sonrasında alıcılarda yeniden oluşturulan videolar çok yöne gönderim sisteminin sahip olduğu iletim kalitesini inceleme açısından kıyaslamaya tabi tutulmuştur. İlk olarak Alıcı2 ağına göre daha geniş band genişliğine sahip, seri hat üzerinde QoS uygulamaları ile iletim kalitesi artırılan Alıcı1 ağında çok yöne gönderim sonrasında yeniden oluşturulan video ile iletimi yapılan video arasındaki PSNR değerleri incelenmiştir.

Şekil 5.3 İletim sonrasıda Alıcı1’de yeniden oluşturulan video PSNR değerleri

94

Şekil 5.3 incelendiğinde Alıcı1 ağında çok yöne gönderim sonrasında yeniden oluşturulan video ile çok yöne gönderimi yapılan videonun kıyaslanması ile elde edilen ortalama PSNR değeri 33.7 dB dir. Bu değer PSNR değerlerinde gözlemlenebilen bazı ani düşüş ve çıkışlara rağmen genel olarak görüntü kalitesinin orijinal görüntü ile sonradan elde edilen görüntü arasındaki farkların çıplak gözle ayırt edilemeyecek kadar iyi olduğunu, çok yöne gönderim sisteminde Alıcı1 ağı için kullanılan tüm protokollerin ve ağ koşullarının kaliteli bir video gönderimi yapmak için yeterli olduğunu göstermektedir. Alıcı2 ağında ise Alıcı1’de elde edilen PSNR değerlerine göre daha düşük değerler elde edilmiş, büylece iletim koşullarının ve bant genişliğinin tekrar oluşturulan videoların kalitesinde büyük önem taşıdığı ortaya çıkmıştır.

Şekil 5.4 İletim sonrasıda Alıcı2’de yeniden oluşturulan video PSNR değerleri

Şekil 5.4’de ise Alıcı2 ağında çok yöne gönderim sonrasında yeniden oluşturulan video çerçevelerinin gönderimi yapılan video çerçeveleri ile PSNR kıyaslaması verilmiştir.

Alıcı2 ağında yalnızca çok yöne gönderim veri trafiği altında gerçekleştirilen iletim

95

sonrasında tekrar oluşturulan video çerçevelerine ait PSNR değerleri Alıcı1’de elde edilen değerlere oranla ortalama olarak yaklaşık 4 dB daha düşük ve video çerçevelerinin ortalama PSNR değerlerinin 30 dB civarında olduğu gözlemlenmiştir.

PSNR değerlerinde gözlemlenen bu düşüşler çok yöne gönderim sistemlerinde elde edilen video kalitesinin iletim koşullarına doğrudan bağlı olduğunu ortaya koymuştur.

Şekil 5.5 Alıcı2’de ek %30 trafik yükünde elde edilen video PSNR değerleri

96

Şekil 5.6 Alıcı2’de ek %50 trafik yükünde elde edilen video PSNR değerleri

Ayrıca çok yöne video gönderim sisteminin ağ üzerinde olabilecek diğer olası veri trafiklerinden ne yönde etkilendiği ve bang genişliğinin daha azaltılmasının ne gibi sonuçlar vereceğinin belirlenmesi için Alıcı2 için oluşturulan 1 Mbit seri hat üzerinde hat kapasitesinin %30 u genişliğinde gereksiz TCP, HTTP ve FTP gibi veri trafiği çok yöne video gönderim trafiğine ek olarak oluşturulmuştur. Ek olarak oluşturulan trafik yükünde çok yöne video gönderimi gerçekleştirilmiş ve bu şartlar altında %30 trafik yükünde Alıcı2’de yeniden oluşturulan videonun PSNR değerleri Şekil 5.5’de verilmiştir.

Şekil 5.6’da ise hat kapasitesinin %50’si genişliğinde gereksiz veri trafiği oluşturulmuş Alıcı2 ağında yeniden elde edilen video çerçevelerine ilişkin PSNR değişim grafiği verilmiştir. En düşük PSNR değerlerine ulaşıldığı bu çok yöne gönderim yayınında tekrardan oluşturulan video çerçeveleri için ortalama PSNR değeri 24.95. dB’dir.

97

Test sisteminde elde edilen görüntülerin kalitelerine ilişkin PSNR değerleri 26 dB ile 39 dB değerleri arasında değişmektedir. İyileştirilmiş ağ koşullarına sahip alıcılarda PSNR değerleri 33-39 dB arasında değişmektedir. Şekil 5.7’de video ana bilgisayarından çok yöne gönderimi yapılan H.264 formatında 1500 Kbps bit oranında kodlanmış 416x336 piksel çerçeve boyutundaki bir futbol karşılaşmasından hareketli kesitler içeren videonun çerçevelerine ayrılması sonrasında elde edilen 105 numaralı çerçeve verilmiştir.

Şekil 5.7 İletimi yapılan 105 numaralı video çerçevesi

Şekil 5.8’de ise iletim sonrasında Alıcı1 ağındaki kullanıcı bilgisayarında tekrar oluşturulan çerçeve verilmiştir. Çok yöne gönderim sonrasında tekrar oluşturulan bu çerçeve için PSNR değeri 33.4 dB’dir.

98

Şekil 5.8 İletim sonrasında Alıcı1’de tekrar oluşturulan video çerçevesi

Çok yöne gönderim sistemi üzerinde yetersiz ağ koşullarında ve herhangi bir iyileştirme yapılmadan gerçekleştirilen iletimler sonrasında elde video çerçevelerinde gözle görülebilecek farklılıklar ve bozulmalar gözlemlenebilmektedir. Şekil 5.9 ve Şekil 5.10’da çok yöne gönderimi yapılan videonun 500 numaralı çerçevesi ile Alıcı2 ağındaki kullanıcı bilgisayarda %30 ek trafik yükü altında gerçekleştirilen iletim sonrasında yeniden oluşturulan video çerçevesi verilmiştir. Yeniden oluşturulan bu çerçeve için hesaplanan PSNR değeri 28.85 dB’dir. Buna göre dağınık ağ koşullarına elde edilen görüntülerin farklı kalitelere sahip olduğu, ağ koşulları iyileştirilen sistemlerde yapılan iletim sonrasında elde edilen görüntülerde bozulmaların daha az olduğu anlaşılmıştır.

99

Şekil 5.9 İletimi yapılan 500 numaralı video çerçevesi

Şekil 5.10 İletim sonrasında Alıcı2’de tekrar oluşturulan video çerçevesi

100