Conception and implementation of an hardware accelerated video adaptation platform in a home network context

Les avancées technologiques ont permis la commercialisation à grande échelle de terminaux mobiles. De ce fait, l’homme est de plus en plus connecté et partout. Ce nombre grandissant d’usagers du réseau ainsi que la forte croissance du contenu disponible, aussi bien d’un point de vue quantitatif que qualitatif saturent les réseaux et l’augmentation des moyens matériels (passage à la fibre optique) ne suffisent pas. Pour surmonter cela, les réseaux doivent prendre en compte le type de contenu (texte, vidéo, ...) ainsi que le contexte d’utilisation (état du réseau, capacité du terminal, ...) pour assurer une qualité d’expérience optimum. A ce sujet, la vidéo fait partie des contenus les plus critiques. Ce type de contenu est non seulement de plus en plus consommé par les utilisateurs mais est aussi l’un des plus contraignant en terme de ressources nécéssaires à sa distribution (taille serveur, bande passante, …). Adapter un contenu vidéo en fonction de l’état du réseau (ajuster son débit binaire à la bande passante) ou des capacités du terminal (s’assurer que le codec soit nativement supporté) est indispensable. Néanmoins, l’adaptation vidéo est un processus qui nécéssite beaucoup de ressources. Cela est antinomique à son utilisation à grande echelle dans les appareils à bas coûts qui constituent aujourd’hui une grande part dans l’ossature du réseau Internet. Cette thèse se concentre sur la conception d’un système d’adaptation vidéo à bas coût et temps réel qui prendrait place dans ces réseaux du futur. Après une analyse du contexte, un système d’adaptation générique est proposé et évalué en comparaison de l’état de l’art. Ce système est implémenté sur un FPGA afin d’assurer les performances (temps-réels) et la nécessité d’une solution à bas coût. Enfin, une étude sur les effets indirects de l’adaptation vidéo est menée.On the one hand, technology advances have led to the expansion of the handheld devices market. Thanks to this expansion, people are more and more connected and more and more data are exchanged over the Internet. On the other hand, this huge amound of data imposes drastic constrains in order to achieve sufficient quality. The Internet is now showing its limits to assure such quality. To answer nowadays limitations, a next generation Internet is envisioned. This new network takes into account the content nature (video, audio, ...) and the context (network state, terminal capabilities ...) to better manage its own resources. To this extend, video manipulation is one of the key concept that is highlighted in this arising context. Video content is more and more consumed and at the same time requires more and more resources. Adapting videos to the network state (reducing its bitrate to match available bandwidth) or to the terminal capabilities (screen size, supported codecs, …) appears mandatory and is foreseen to take place in real time in networking devices such as home gateways. However, video adaptation is a resource intensive task and must be implemented using hardware accelerators to meet the desired low cost and real time constraints.In this thesis, content- and context-awareness is first analyzed to be considered at the network side. Secondly, a generic low cost video adaptation system is proposed and compared to existing solutions as a trade-off between system complexity and quality. Then, hardware conception is tackled as this system is implemented in an FPGA based architecture. Finally, this system is used to evaluate the indirect effects of video adaptation; energy consumption reduction is achieved at the terminal side by reducing video characteristics thus permitting an increased user experience for End-Users