1 - Area Scientifico-disciplinare 2 - diegm

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MINISTERO DELL'ISTRUZIONE DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA
DIREZIONE GENERALE DELLA RICERCA
PROGRAMMI DI RICERCA SCIENTIFICA DI RILEVANTE INTERESSE NAZIONALE
RICHIESTA DI COFINANZIAMENTO (DM n. 1407 del 4 dicembre 2008)
PROGETTO DI UNITÀ DI RICERCA - MODELLO B
Anno 2008 - prot. 2008C59JNA_003
1 - Area Scientifico-disciplinare
09: Ingegneria industriale e dell'informazione 100%
2 - Coordinatore Scientifico
OLMO
GABRIELLA
Professore Associato confermato
Politecnico di TORINO
Facoltà di INGEGNERIA III
Dipartimento di ELETTRONICA
3 - Responsabile dell'Unità di Ricerca
RINALDO
ROBERTO
Professore Ordinario
23/07/1962
RNLRRT62L23D442Q
Università degli Studi di UDINE
Dipartimento di INGEGNERIA ELETTRICA, GESTIONALE E MECCANICA
+39-0432558288
(Prefisso e telefono)
+39-0432558251
(Numero fax)
[email protected]
4 - Curriculum scientifico
Testo italiano
Roberto Rinaldo è nato a Este (PD) il 23 luglio 1962.
Ha conseguito la laurea in Ingegneria Elettronica nel 1987 dall'Università degli Studi di Padova, ottenendo la medaglia d'oro "Antonio Sarpi" quale miglior
laureato della Facoltà di Ingegneria dell'Università di Padova nell'anno accademico 1985-1986.
Dal 1990 al 1992 ha frequentato come "research assistant" la University of California a Berkeley (U.S.A.), dove ha conseguito il titolo di Master of Science in
Electrical Engineering nel 1992 e ha svolto attività di ricerca su analisi di immagini frattali e wavelet.
È stato iscritto presso l'Università di Padova al corso di Dottorato di Ricerca in Ingegneria Elettronica e dell'Informazione ed ha conseguito il titolo di Dottore di
Ricerca in Ingegneria Elettronica e dell'Informazione nell'anno 1992.
Nel 1992 ha conseguito il titolo di ricercatore, settore K03X (Telecomunicazioni), e ha svolto la sua attività presso il Dipartimento di Elettronica e Informatica
dell'Università di Padova. A partire dal 1 novembre 1998, ha ricoperto il ruolo di professore associato (settore disciplinare K03X - Telecomunicazioni) presso
l'Università di Padova. Dal 1 novembre 2001 è stato professore associato confermato presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica
(DIEGM) dell'Università degli Studi di Udine, nel settore disciplinare ING-INF/03 - Telecomunicazioni. Dal 19 dicembre 2003 è professore di I fascia presso lo
stesso dipartimento, dove insegna i moduli di Comunicazioni Elettriche, Teoria dei Segnali e Reti di Telecomunicazione. E' stato confermato nel ruolo di professore
ordinario a partire dal 19 dicembre 2006.
Per il biennio 2005-2007, è stato rappresentante eletto dei professori di prima fascia nel Senato Accademico Allargato dell'Università di Udine. E' stato nuovamente
eletto a tale carica per il biennio 2007-2009.
E' stato nominato dal Rettore, per il biennio 2008-2010, come rappresentante dell'Ateneo presso il CNIT (Consorzio Nazionale Interuniversitario Telecomunicazioni).
E' inoltre rappresentante di sede presso il GTTI (Gruppo Nazionale Telecomunicazioni e Teoria dell'Informazione).
E' coordinatore del dottorato di ricerca in Ingegneria industriale e dell'Informazione dell'Università degli Studi di Udine.
A partire dal 1995 ha partecipato a molti progetti del MIUR e del CNR e a progetti Europei nell'ambito della elaborazione e della codifica di segnale video.
E' stato responsabile scientifico per l'Università di Udine del progetto Europeo CRAFT "Wirenet" (2003-2005), riguardante la trasmissione dati su linee elettriche
MIUR - BANDO 2008 - MODELLO B
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Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
utilizzando tecniche di modulazione impulsiva. Ha partecipato inoltre come ricercatore al progetto FIRB del MIUR "Piattaforme riconfigurabili per comunicazioni
radiomobili a larga banda" in collaborazione con l'Università di Padova. Partecipa come ricercatore al progetto Europeo IP-FP7 Omega: Home Gigabit Access.
E' stato coordinatore nazionale del progetto PRIN 2005 "Trasmissione Multimediale Affidabile su Reti non Affidabili: Tecniche Evolute di Codifica
Sorgente/Canale", con le Università di Udine, Padova e Genova.
Ha svolto, in collaborazione con altri docenti del DIEGM e su incarico della Regione Friuli Venezia Giulia, uno studio sulle "Strutture Immateriali nella Regione
Friuli Venezia Giulia," con lo scopo di definire le azioni per lo sviluppo regionale della larga banda.
Ha coordinato il corso "Comunicazioni Wireless Ubique: Tecnologie Esistenti e Future," presso il CISM (Centro Internazionale Scienze Meccaniche), Udine, maggio
2004.
Ha fatto parte del program committee per le conferenze IEEE International Conference for Image Processing e IEE European Conference on Visual Media
Production. Svolge attività di revisore per le riviste IEEE Transactions on Image Processing, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,
Eurasip Journal on Signal Processing, Multidimensional Signal Processing.
I suoi interessi di ricerca sono nel campo dell'eleborazione del segnale multidimensionale, con particolare riferimento alla codifica del segnale video e di immagini,
alla modellizzazione frattale di immagini e alla trasmissione su reti dati. L'attività ha portato alla pubblicazione di circa 90 lavori su riviste e atti di conferenze
internazionali.
In particolare si è occupato dei seguenti temi.
- Stima spettrale di sequenze televisive, con applicazioni alla televisione ad alta definizione (HDTV), e progetto di filtri FIR ottimi. In particolare, sono stati
sviluppati algoritmi efficienti di stima spettrale per segnali multidimensionali con applicazioni al progetto di filtri multidimensionali per la separazione di luminanza
e crominanza nel segnale PAL.
- Analisi multirisoluzione e trasformata wavelet con applicazioni alla modellizzazione e approssimazione di immagini frattali. La ricerca in questo campo è stata
sviluppata durante la permanenza al Department of Electrical Engineering dell'Università di California a Berkeley.
- Codifica di immagini e sequenze di immagini basata sullo sfruttamento della ridondanza della rappresentazione multirisoluzione. La ricerca in questo campo ha
portato allo sviluppo di codificatori di immagini e video particolarmente efficienti basati sulla trasformata wavelet, in cui la ridondanza fra sottobande viene
sfruttata ai fini di migliorare l'efficienza di codifica.
- Modellizzazione statistica dei segnali nella scomposizione a sottobande con applicazioni al calcolo del guadagno di codifica ed al controllo del buffer in un sistema
di codifica video.
- Codifica video orientata agli oggetti e animazione al ricevitore di volti virtuali. In particolare, il moto della scena, stimato a partire a dalla posizione di punti
caratteristici, viene modellato con un sistema dinamico e stimato con un filtro di Kalman. I parametri di moto vengono utilizzati al ricevitore per animare un volto
virtuale (wireframe).
- Trasmissione impulsiva su linee elettriche. In particolare, si è considerato il progetto di un sistema di trasmissione numerica utilizzando tecniche simili a quelle
analizzate per trasmissione radio Ultra Wide Band.
- Codifica congiunta sorgente/canale e sistemi di codifica a descrizioni multiple. Si tratta dell'argomento di ricerca di cui principalmente si è occupato nell'ultimo
periodo, con particolare riferimento ai sistemi di descrizione basati sulle basi ridondanti. Si sta inoltre occupando del problema della trasmissione efficiente e dello
streaming su reti ad elevato tasso di errore.
Testo inglese
Roberto Rinaldo was born in Este (PD) on July 23rd, 1962. He obtained the laurea degree in Electrical Engineering in 1987 from the University of Padova, Padova,
Italy, with honors and the medal for the best graduation score in the academic year 1985-1986.
From 1990 to 1992 he was at the University of California at Berkeley as a research assistant, where he did research on fractal image modeling and wavelets, and
where he obtained the Master of Science degree in 1992.
He attended the Doctorate program in "Ingegneria Elettronica e dell'Informazione" at the University of Padova, and he obtained the Doctorate degree in 1992.
In 1992, he became a "ricercatore" in Telecommunications and worked at the University of Padova in the Dipartimento di Ingegneria Elettronica e Informatica
(DEI). Starting from November 1st 1998, he became an associate professor in Telecommunications at the University of Padova. On November 1st 2001, he moved to
the University of Udine as an associate professor in Telecommunications (ING-INF/03) in the Dipartimento di Ingegneria Elettrica, Gestionale e Meccanica. Starting
from December 19th, 2003, he is now a "I Fascia" professor in the same Department, where he teaches Electrical Communications, Signal Theory, and
Telecommunication Networks. He was confirmed as a "professore ordinario" on December 19th, 2006.
During 2005-2007 he was elected as the representative of the "I Fascia" professors in the "Senato Accademico Allargato" of the University of Udine. He was elected
to the same position for 2007-2009.
He was appointed by the Dean (Rettore) of the University of Udine, as the University representative within CNIT (Consorzio Nazionale Interuniversitario
Telecomunicazioni).
He is also representative of the research Unit of the University of Udine within GTTI (Gruppo Nazionale Telecomunicazioni e Teoria dell'Informazione).
He is the coordinator of the International Doctorate in Industrial and Information Engineering of the University of Udine.
Starting from 1995, he participated to many MIUR, CNR and European Projects on video signal processing and coding.
He was the scientific leader for the University of Udine in the CRAFT European project "Wirenet" (2003-2005), regarding data transmission on powerlines using
impulsive modulation techniques. He was also a researcher in the FIRB project (funded by MIUR) on Reconfigurable Platforms for Wideband Wireless
Communications, in collaboration with the University of Padova. He is a researcher in the IP-FP7 European Project Omega: Home Gigabit Access. He was the
national coordinator of the PRIN 2005 project Reliable Multimedia Transmission over non-Reliable Networks: Advanced Source/Channel Coding Techniques, with
the Universities of Udine, Padova and Genova.
He collaborated with other Faculty members of the University of Udine to a project, funded by Friuli Venezia Giulia, about telecommunication infrastructures in the
region, with the purpose of developing wideband communication availability and use.
He coordinated the course "Ubiquitous Wireless Communication: Existing and FutureTechnologies," for CISM (International Centre for Mechanical Sciences),
Udine, May 2004.
He was in the program committee for the conferences IEEE International Conference for Image Processing and IEE European Conference on Visual Media
Production.
He is a reviewer for the journals IEEE Transactions on Image Processing, IEEE Transactions on Signal Processing, IEEE Transactions on Circuits and Systems for
Video Technology, Eurasip Journal on Signal Processing, Multidimensional Signal Processing.
His research interests are in the field of multidimensional signal processing, in particular with applications to image and video coding, fractal image modelling and
transmission over data networks. He published about 90 papers on international journals and conference proceedings.
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In particular, he did research on the following topics.
- Spectral estimation of television sequences, with applications to High Definition Television (HDTV) and optimal FIR filter design.
In particular, efficient algorithms for spectral estimation of multidimensional signals and optimal filters for luminance/chrominance separation in PAL signals were
developed.
- Multiresolution analysis and wavelet transform with applications to approximation and modelling of fractal images. Research in this field was mainly carried out at
the Department of Electrical Engineering of the University of California at Berkeley.
- Image and video sequence coding by exploiting the redundancy inherent in the multiresolution representation. Research in this field lead to the design of very
efficient video and image coder/decoders, based on the wavelet transform and where the redundancy among different subbands is exploited to increase coding
efficiency.
- Statistical modelling of signals in a subband decomposition with applications to coding gain evaluation and buffer control in video transmission systems.
- Object oriented video coding and virtual face animation at the receiver. In particular, the motion in a video scene is measured on the basis of the positions of
characteristic points called features, modelled as a dynamical system and estimated by means of a Kalman filter. Motion parameters are then used to animate a
wireframe model at the receiver.
- Impulsive modulation transmission over powerlines. A digital transmission system based on techniques similar to those adopted in UWB radio systems has been
designed.
- Joint source/channel coding and multiple description coding systems. This is the main research topic which is being considered at present, with an emphasis toward
redundant bases (frames) representations. He is also considering the problem of efficient transmission and streaming over error prone networks.
5 - Pubblicazioni scientifiche più significative del Responsabile dell'Unità di Ricerca
1. R. BERNARDINI, M. NACCARI, RINALDO R., M. TAGLIASACCHI, S. TUBARO, P. ZONTONE (2008). Rate
allocation for robust video streaming based on distributed video coding. SIGNAL PROCESSING-IMAGE COMMUNICATION, vol. 23; p.
391-403, ISSN: 0923-5965
2. R. BERNARDINI, RINALDO R. (2008). Probabilistic bounds on error amplification of randomly generated frames. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, vol. 56; p. 4286-4292, ISSN: 1053-587X
3. RICCARDO BERNARDINI, RINALDO R., ANDREA VITALI (2008). A Reliable Chunkless Peer-toPeer Architecture for Multimedia Streaming. In: Proc. IEEE International Data Compression
Conference. Snowbird, UT, USA, March 2008ieee, p. 242-252
4. RICCARDO BERNARDINI, RINALDO R., PAMELA ZONTONE, ANDREA VITALI (2008). Performance
Evaluation of Distributed Video Coding Schemes. In: Proc. IEEE International Conference
on Signal Processing 2008. Las Vegas, Nevada, USA,, April 2008IEEE, p. 709-712
5. SIMONE MILANI, GIANCARLO CALVAGNO, RICCARDO BERNARDINI, RINALDO R. (2008). A LowComplexity Packet Classification Algorithm for Multiple Description Video Streaming Over
IEEE802.11e Networks. In: Proc. IEEE International Conference
on Image Processing 2008. San Diego, CA, USA, October 2008IEEE, p. 3072-3075
6. BERNARDINI R, M. FUMAGALLI, M. NACCARI, RINALDO R., M. TAGLIASACCHI, S. TUBARO AND P, ZONTONE (2007). Error
Concealment Using a DVC Approach for Video Streaming Applications. In: Eusipco 2007. Poznan, poland, Sept. 2007
7. R. BERNARDINI, M. DURIGON, RINALDO R., A.A VITALI, P. ZONTONE (2007). Real-Time Multiple Description Video Streaming Over
QoS-Based Wireless Networks. In: Proc. IEEE International Conference on Image Processing. San Antonio, USA, Sept. 2007
8. R. BERNARDINI, M. DURIGON, RINALDO R., P. ZONTONE (2007). Robust Transmission of Video Using Frame-Based Multiple Descriptions.
ST JOURNAL, vol. 3; p. 61-72, ISSN: 1828-2105
9. RINALDO R., BERNARDINI R (2007). A Lattice Structure for support-adapted filter banks. In: Eusipco 2007. Poznan, Poland, Spet. 2007
10. R. BERNARDINI, M. DURIGON, RINALDO R., A. VITALI, P. ZONTONE (2006). Frame-based multiple description video coding with extended
orthogonal filterbanks. EURASIP JOURNAL ON APPLIED SIGNAL PROCESSING; p. 1-17, ISSN: 1110-8657
11. R. BERNARDINI, RINALDO R. (2006). Distributed coding via folding functions. In: Proc. Data Compression Conference 2006, p. 440
12. R. BERNARDINI, RINALDO R., P. ZONTONE (2006). Wavelet domain distributed coding for video. In: Proc. International Conference on
Image Processing 2006, p. 245-248
13. RICCARDO BERNARDINI, RINALDO R. (2006). Bounds on error amplification in oversampled filter banks for robust transmission. IEEE
TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING, vol. 4; p. 1399-1411, ISSN: 1053-587X
14. RICCARDO BERNARDINI, RINALDO R. (2006). Oversampled filter banks from extended perfect reconstruction filter banks. IEEE
TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING; p. 2625-2635, ISSN: 1053-587X
15. VITALI ANDREA L, BORNEO ANTONIO, FUMAGALLI MARCO, RINALDO R. (2006). Video over IP using
standard-compatible multiple description coding: an IETF proposal. JOURNAL OF ZHEJIANG UNIVERSITY. SCIENCE A, vol. 7; p. 668-676,
ISSN: 1673-565X
16. BERNARDINI RICCARDO, DURIGON MARCO, RINALDO R., TONELLO ANDREA, VITALI ANDREA, ON POWER LINE
COMMUNICATIONS AND ITS APPLICATIONS ISPLC (2005). Robust transmission of multimedia data over power-lines. In: PROCEEDINGS
OF IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ISPLC 2005, p. 295-299
17. BERNARDINI RICCARDO, DURIGON MARCO, RINALDO R., VITALI ANDREA (2005). Comparison between multiple description and single
description video coding with forward error correction. In: PROCEEDINGS OF MMSP 2005
18. BERNARDINI RICCARDO, RINALDO R., ZONTONE PAMELA, CELETTO LUCA, VITALI ANDREA (2005). BIT ALLOCATION AND
QUANTIZER OPTIMIZATION IN MULTIPLE DESCRIPTION CODING WITH OVERSAMPLED FILTERBANKS. In: PROCEEDINGS OF THE
IEEE CONFERENCE ON IMAGE PROCESSING
19. R. BERNARDINI, RINALDO R. (2005). Efficient reconstruction from frame based multiple descriptions. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL
PROCESSING, vol. 53; p. 3282-3296, ISSN: 1053-587X
20. TONELLO ANDREA, RINALDO R. (2005). A frequency domain approach to channel estimation, detection, and interference cancellation for
impulse radio systems. In: PROCEEDINGS OF IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ACOUSTICS, SPEECH, AND SIGNAL
PROCESSING 2005
21. TONELLO ANDREA, RINALDO R. (2005). Frequency domain multiuser detection for impulse radio systems. In: PROCEEDINGS OF IEEE
VEHICULAR TECHNOLOGY CONFERENCE 2005
22. TONELLO ANDREA, RINALDO R., NOVEMBRE (2005). A time-frequency domain approach to synchronization, channel estimation, and
detection for ds-cdma impulse radio systems. IEEE TRANSACTIONS ON WIRELESS COMMUNICATIONS, vol. 4; p. 3005-3017, ISSN:
1536-1276
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23. A. TONELLO, RINALDO R. (2004). Frequency Domain Channel Estimation and
Detection for Impulse Radio Systems. In: Wireless Personal Multimedia Communications Symposium (WPMC) 2004, September, p. 209-213
24. A. TONELLO, RINALDO R., L. SCAREL (2004). Detection algorithms for wide band impulse modulation based systems over power line
channels. In: International Symposium on Powerline Communications (ISPLC) 2004, March, p. 367-372
25. G. CALVAGNO, F. FANTOZZI, RINALDO R., A. VIAREGGIO (2004). Model-based global and local motion estimation for videoconference
sequences. IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY, vol. 14; p. 1156-1161, ISSN: 1051-8215
26. BRUNELLO D., CALVAGNO G., MIAN G.A., RINALDO R. (2003). Lossless Compression of Video Using Temporal Information. IEEE
TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING, vol. 12; p. 1-9, ISSN: 1057-7149
27. CALVAGNO G., G.A. MIAN, RINALDO R., TRABUCCO W. (2001). Two-Dimensional Separable filters for Optimal Reconstruction of
JPEG-Coded Images. IEEE TRANSACTIONS ON CIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY, vol. 11; p. 777-787, ISSN:
1051-8215
28. CALVAGNO G., MIAN G.A., RINALDO R. (2000). Synthesis Filter Bank Optimization in Two Dimensional Separable Subband Coding Systems.
IEEE TRANSACTIONS ON IMAGE PROCESSING, vol. 9; p. 1497-1508, ISSN: 1057-7149
29. G. BOLOGNA, G. CALVAGNO, G.A. MIAN, RINALDO R. (2000). Wavelet Packets and Spatial Adaptive Intraband Coding of Images. SIGNAL
PROCESSING-IMAGE COMMUNICATION, vol. 15; p. 891-996, ISSN: 0923-5965
30. CALVAGNO G., RINALDO R., SBAIZ L. (1998). 3-D Motion Estimation of Objects for Video Coding. IEEE JOURNAL ON SELECTED AREAS
IN COMMUNICATIONS, vol. 16; p. 86-97, ISSN: 0733-8716
6 - Elenco dei partecipanti all'Unità di Ricerca
6.1 - Componenti
Componenti della sede dell'Unità di Ricerca
nº Cognome
Nome
Università/Ente
Qualifica
Disponibilità
temporale
indicativa
prevista
1°
anno
2°
anno
1.
BERNARDINI
Riccardo
Ricercatore confermato
3
3
2.
RINALDO
Roberto
Professore Ordinario
4
4
7
7
TOTALE
Componenti di altre Università / Enti vigilati
Nessuno
Titolari di assegni di ricerca
Nessuno
Titolari di borse
nº Cognome
Nome
Università/Ente
Qualifica
Disponibilità
temporale
indicativa
prevista
1°
anno
1.
CESCO FABBRO
Roberto
TOTALE
Dottorando
2°
anno
6
6
6
6
6.1 bis Vice-responsabile
BERNARDINI Riccardo
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6.2 - Altro personale
Nessuno
6.3 - Personale a contratto da destinare a questo specifico Progetto
nº Tipologia di contratto
1. Assegnista
2. Assegnista
TOTALE
Costo
previsto
Disponibilità Note
temporale
indicativa
prevista
1° anno 2° anno
19.000
19.000
6
6
38.000
12
6 Assegnista di ricerca
6 Assegnista di ricerca
12
6.4 - Dottorati a carico del PRIN da destinare a questo specifico Progetto
Nessuno
7 - Titolo specifico del Progetto svolto dall'Unità di Ricerca
Testo italiano
Codifica a Descrizioni Multiple per Video Streaming su reti Peer-to-Peer
Testo inglese
Multiple Description Coding for Video Streaming over Peer-to-Peer Networks
8 - Abstract del Progetto svolto dall'Unità di Ricerca
Testo italiano
Il paradigma Peer-to-Peer (P2P) è stato recentemente proposto per la trasmissione video su Internet. Il vantaggio di una soluzione P2P è che ogni utente può agire
come server verso evenutali altri utenti, migliorando la scalabità del sistema. Per contro, poiché in una rete P2P non c'è controllo sul comportamento dei singoli
nodi, un utente può osservare perdite di pacchetti (e conseguente calo della qualità del segnale visualizzato) in seguito all'abbandono improvviso di uno o più nodi.
Poiché la ritrasmissione non è tipicamente possibile in un contesto di streaming (in particolare, streaming verso molti nodi) si tende a proteggere i dati trasmessi
tramite l'uso di codici per la correzione degli errori (Forward Error Correction, FEC) applicati in modalità cross-pacchetto. Un approccio alternativo per il
recupero delle perdite di pacchetti recentemente apparso nella letteratura scientifica è l'uso delle descrizioni multiple ridondanti (Redundant Multiple Descriptions,
RMD) che, per certi aspetti, si basano su un concetto simile a quello dei FEC (l'introduzione di ridondanza per rendere possibile il recupero in caso di perdite), ma
operano a livello di segnale multimediale invece che a livello di simbolo. Il vantaggio delle RMD è che permettono una ricostruzione approssimata, anche in caso di
perdite eccessive (i FEC per contro diventano quasi inutili quando le perdite superano un certo livello). Nel tipico approccio P2P per la condivisione di file, ogni file
è partizionato in blocchi (noti come "chunk"). Un utente che voglia scaricare un certo file, contatta più nodi sulla rete P2P e chiede a ciascuno un particolare chunk.
Tale soluzione purtroppo non è adatta alla trasmissione video in tempo reale perché i chunk futuri non esistono ancora e quelli passati sono ormai inutili.
L'approccio che proponiamo non fa uso di chunk (è, dunque, un approccio "chunkless"), ma divide ogni pacchetto in porzioni più piccole che consentono la
ricostruzione del pacchetto quando un numero sufficiente di porzioni viene ricevuto. Un esempio può essere utile per chiarire la differenza tra la soluzione con i
chunk e quella proposta: supponendo che il filmato a cui è interessato l'utente duri venti minuti, nella soluzione "classica" l'utente contatta due nodi e chiede al
primo i primi dieci minuti e all'altro i rimanenti dieci minuti; nella soluzione chunkless può chiedere al primo le sole righe pari del filmato e al secondo le sole righe
dispari. Noi crediamo che un approccio chunkless in cui singoli flussi sono generati tramite l'applicazione di tecniche RMD possa essere la soluzione più conveniente
per lo streaming di materiale multimediale. L'uso delle RMD nel P2P potrebbe permettere di creare uno schema che è sia chunkless che robusto (con degrado dolce
delle prestazioni in caso di peggioramento del canale). Inoltre, dato che le RMD operano a livello del segnale, ci aspettiamo che si possa ottenere un controllo più
fine della qualità/bitrate del segnale. L'obiettivo principale di questo progetto è di studiare soluzioni sicure, robuste ed economiche per la trasmissione in real-time
di video su Internet tramite architetture P2P. Il compito principale di questa Unità è di analizzare l'uso delle descrizioni multiple nell'ambito dello sviluppo di una
soluzione "chunkless" per la trasmissione P2P di materiale multimediale. In particolare, questa Unità considererà l'uso di RMD ottenute tramite l'utilizzo di banchi
di filtri sovracampionanti. Più in dettaglio, ci proponiamo di determinare, attraverso analisi teoriche e simulazioni, lo schema RMD più appropriato per lo streaming
video. Da un punto di vista applicativo, prevediamo di implementare in un modulo software (modulo MD) le soluzioni MD sviluppate durante il progetto. Tale
modulo potrà essere usato come strumento generale per l'implementazione di strutture P2P per la trasmissione multimediale. Il modulo MD si occuperà solamente
degli aspetti di elaborazione del segnale multimediale demandando gli aspetti di protocollo P2P (es. contatto degli altri nodi) e di visualizzazione ad altri due
moduli: il modulo P2P ed il Visualizzatore. Il modulo P2P verrà sviluppato in collaborazione con le altre Unità, mentre il modulo di visualizzazione sarà sviluppato
da questa Unità.
Infine, i programmi ed i confronti con le tecniche sviluppate dalle altre Unità saranno dimostrati all'interno di un framework comune sviluppato durante il progetto,
con l'obiettivo di creare una infrastruttura Peer-to-Peer per la fruizione in tempo reale di lezioni didattiche erogate per i corsi di Dottorato delle Università
impegnate nel progetto. Lo sviluppo di questo dimostratore costituirà un riferimento importante per le tecniche analizzate e sviluppate dalle diverse Unità, e
costituirà un utile strumento di arricchimento per una collaborazione duratura fra le sedi, anche oltre il termine del progetto stesso.
Testo inglese
The Peer-to-Peer (P2P) paradigm has been recently proposed for video streaming over the Internet. As a matter of fact, since in a P2P network each end user can act
as a server for other potential users, it is possible to alleviate the scalability problem of centralized solutions. Moreover, since in a P2P network packets may not be
delivered to the peers due to node departures or to congestion or network failures, it is necessary to provide some sort of packet error resilience. Since
retransmission may not be an option for streaming applications, Forward Error Correcting (FEC) codes have traditionally been used to provide sufficient
redundancy for error recovery. Recently, Multiple Description Coding has been proposed for error resilience. In particular, it is possible to design redundant
Multiple Description schemes which are similar in spirit to FEC solutions - increasing redundancy for recovery purposes - but that operate at the signal instead of the
symbol level. Approximate information recovery is possible even in the presence of excessive errors that, for instance, would make FEC redundancy totally useless.
In a typical P2P approach for file-sharing, each file is divided into chunks, and different peers send different chunks to each user. Such a solution can not be easily
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adopted for video streaming in low-delay applications, since future chunks do not exist and past chunks are useless. In the proposed approach, we consider a
chunkless solution, where each packet is split into several portions, inheriting the same time-stamp of the original packet, and where different peers send different
portions. An example can clarify the differences between a scheme based on chunks and the proposed scheme. In the typical approach, if a user wants to access a 20
minute movie, she/he may have to contact two nodes, and request the first 10 minute chunk to one peer and the last 10 minute chunk to another peer. In a chunkless
solution, she/he may receive a stream containing the even rows of a video sequence from one peer, and the odd rows from another peer. We believe that chunkless
P2P could prove to be the right solution for multimedia streaming. Given its superficial similarity with MD coding (a single media stream is divided into several data
streams), we believe that one could get a scheme which is both resilient (with graceful degradation) and chunkless by exploiting redundant MD (RMD) techniques.
Moreover, we expect that since RMD works at the signal level, one could achieve a finer control of the output bitrate by changing the way each description is coded
(e.g., by changing the quantization step). The main objective of this project is to analyze and test resilient, secure and cost-effective solutions for real time video
streaming across the Internet, with emphasis on the P2P architecture. The specific task of this research Unit is to investigate the use of Multiple Description
techniques in the context of the development of a chunkless and resilient P2P structure for multimedia delivery. In particular, we will consider redundant MD (RMD)
schemes obtained from oversampled filterbanks. In particular, we plan to determine, through theoretical and simulative work, the most appropriate RMD scheme for
the video streaming application. From an applicative standpoint, we will develop a software solution implementing a Multiple Description Module to be used as a
tool in a general P2P transmission framework - the P2P module, which is mostly independent of the MD module, will be developed in collaboration with the other
research Units. One other specific task of this research Unit is the development of a Player module, which can be used by all partners as a simulation tool. Finally,
the software and the comparison with the techniques developed by the other Research Units, will be demonstrated within a common framework with the objective to
create a Peer-to-Peer infrastructure for real-time delivery of Doctorate courses, given at the University institutions participating to the project.
The development of this demonstrative tool will constitute a valuable validation benchmark for the techniques analyzed by the research Units during the project.
Moreover, this tool will be useful for continuing collaboration among the Units, even after the end of the project.
9 - Settori di ricerca ERC (European Research Council)
PE Mathematics, physical sciences, information and communication, engineering, universe and earth sciences
PE5 Information and communication: informatics and information systems,computer science, scientific computing, communication technology, intelligent
systems
PE5_15 Signals, Speech and Image Processing
PE5_11 Multimedia
10 - Parole chiave
Testo italiano
STREAMING VIDEO
CODIFICA A DESCRIZIONI MULTIPLE RIDONDANTI
Testo inglese
VIDEO STREAMING
REDUNDANT MULTIPLE DESCRIPTION CODING
11 - Stato dell'arte
Testo italiano
L'uso di Internet per la distribuzione di materiale audio/video è una possibilità di sicuro interesse sotto vari aspetti, come evidenziato da vari studi nel settore [15].
Purtroppo, la trasmissione di informazione multimediale su Internet presenta alcune difficoltà [10].
In particolare, i principali problemi che affligono la trasmissione su Internet sono
Scalabilità/banda limitata: Nonostante la banda a disposizione del singolo utente sia notevolmente aumentata negli ultimi tempi, la trasmissione multimediale
introduce nuovi problemi, in particolare per il broadcasting. In effetti, la soluzione più ovvia di avere un singolo nodo che serve tutti gli utenti, non è praticabile,
poiché la banda richiesta al server cresce linearmente col numero degli utenti stessi. Tale soluzione risulta dunque non scalabile con il numero degli utenti.
Il metodo attualmente utilizzato per aumentare la scalabilità fa uso della architettura CDN (Content Delivery Network). Questa architettura prevede l'utilizzo di
numerosi server, sincronizzati tra loro e posizionati in punti strategici della rete; in questo modo, gli utenti vengono distrubuiti sui vari server. D'altra parte questa
soluzione non è comunque in grado di scalare oltre certi limiti ed inoltre risulta particolarmente costosa, sia come messa in opera che come gestione e manutenzione
[20]. A questo riguardo, si ritiene conveniente l'approccio distribuito garantito dalle architetture P2P.
Perdita di dati: Come ben noto, il protocollo IP non garantisce che i dati trasmessi siano effettivamente ricevuti. Nello scenario più tipico, i dati vengono persi a
causa di congestioni sulla rete od errori di trasmissione. In sistemi con architettura P2P, correntemente utilizzati per la condivisione di file in Internet, a tali cause si
aggiunge anche il fatto che un nodo può abbandonare la rete P2P senza preavviso. Come si può immaginare, l'analisi di tali problemi è tuttora oggetto di ricerca e
sono disponibili soluzioni parziali con diverse caratteristiche.
Limitazione della banda: In [1], viene presentata un'introduzione alle tecniche attualmente in uso per risolvere il problema della scalabilità. Secondo quanto
apparso nella recente letteratura scientifica, l'approccio Peer-to-Peer (P2P) viene considerato una soluzione interessante al problema dello streaming video su
Internet [2-6]. Nell'approccio classico alla trasmissione P2P, ogni utente si comporta anche da server ritrasmettendo i dati ricevuti verso altri utenti. Tale approccio
distribuisce in maniera uniforme il carico della trasmissione e i server principali devono solo inizializzare ("seed") il sistema, trasmettendo i loro dati ad un numero
limitato di utenti. Il problema principale di questo approccio è che l'utente tipico (che utilizza, ad es., una connessione ADSL) ha una banda riservata al download
molto più grande di quella riservata all'upload. In particolare, la banda di upload non è generalmente sufficiente a garantire la trasmissione di video di elevata
qualità. Una soluzione tipica a tale problema di asimmetria è di dividere il materiale in blocchi (noti come "chunk"). Tipicamente, l'utente contatta più nodi e chiede
ad ogni nodo un chunk differente. La soluzione classica funziona bene per il trasferimento di file (senza vincoli temporali), ma non è facile da applicare allo
streaming, dato che in tale caso i chunk futuri non esistono e quelli passati sono ormai inutili. Un approccio che non fa uso dei chunk ("chunkless") è il sistema
Octoshape descritto in [1]. Nonostante l'articolo non illustri il funzionamento interno del sistema, si intuisce che il flusso di dati originale viene diviso in N
sotto-flussi con la proprietà che il flusso originale può essere ricostruito non appena si ricevono M minore di N sotto-flussi (la suddivisione è fatta in maniera
ridondante). Ogni utente che voglia ricevere il materiale multimediale, contatta M nodi ed ad ognuno chiede un sotto-flusso. Dopo aver ricostruito il flusso originale
l'utente crea un nuovo sotto-flusso che invierà ad altri eventuali nodi.
Perdita di dati: I dati possono non raggiungere un nodo in una rete P2P per vari motivi. Oltre ai consueti problemi di congestione ed errori di trasmisssione, una
possibile causa di perdita di dati può essere l'improvviso abbandono della rete P2P da parte di un nodo. Chiaramente, poiché la perdita di dati si ripercuote in un
inaccettabile calo della qualità percepita dall'utente, è necessario prendere delle contromisure. Due possibili soluzioni per limitare la perdita di dati su reti P2P sono
-6-
l'uso di codici per la correzione degli errori (Forward Error Correction codes, FEC) e la codifica a descrizioni multiple (Multiple Description, MD) [4,7-8].
Nell'ambito dell'uso dei FEC, il metodo per contrastare la perdita di pacchetti dovuta all'abbandono dei nodi in una rete P2P è conosciuto come Network Coding
[16][17]. Ogni chunk viene suddiviso in blocchi dei quali viene creata un'opportuna combinazione lineare che viene trasmessa tra i peer. Quando un peer riceve un
numero sufficiente di pacchetti, può ricostruire i dati originali. Il vantaggio di questa tecnica è che può non essere necessaria una coordinazione tra i nodi nella
scelta dei pacchetti per la ricostruzione ed è utilizzabile indipendentemente dal tipo di codifica video utilizzata.
Mentre i FEC operano a livello di pacchetto e sono soggetti al noto "cliff effect" [9], le MD operano al livello del segnale multimediale. Le MD dividono il segnale in
diversi sotto-segnali (detti "descrizioni") che sono codificati e trasmessi indipendentemente l'uno dall'altro. Il vantaggio delle MD è che anche se un utente riceve un
sottoinsieme delle descrizioni, il segnale originale può comunque essere ricostruito, eventualmente con una qualità inferiore. Tale proprietà delle MD permette un
degrado "dolce" della qualità anche in presenza di alti tassi di perdita dei dati. Nonostante in [8] si faccia notare che l'approccio MD potrebbe non essere di
interesse nell'ambito P2P, poiché in caso di perdita di una descrizione il calo di qualità potrebbe propagarsi ai nodi successivi, è in realtà possibile progettare
schemi MD che introducono della ridondanza esplicita [7,11]. Tali schemi hanno il vantaggio che le descrizioni perse possono essere praticamente rigenerate,
limitando così la propagazione degli errori.
Topologia della rete: Oltre al tipo di codifica, è inoltre molto importante considerare la struttura dell'overlay P2P. Attualmente vi sono due tipologie preponderanti
conosciute come Tree-Based (o multiple-tree) e Mesh-Based. Nella prima tipologia, i nodi formano un'overlay ordinato, strutturato ad albero, dove il vertice è
rappresentato dal server che pubblica il contenuto. Lo stream viene distribuito lungo tutto l'albero a partire dalla radice. Questa struttura permette una diffusione
dello stream efficiente, tuttavia risulta sensibile alle instabilità dei nodi. La versione multiple-tree ha prestazioni migliori di quella ad albero singolo ma la sua
gestione risulta più complessa.
La seconda tipologia di struttura, detta mesh-based (es. [18]), non organizza i nodi secondo una struttura ben definita; in genere ogni nodo è connesso ad un certo
numero di altri nodi in modo casuale. Lo stream viene suddiviso in chunk e questi diffusi ad un certo numero di nodi che a loro volta lo distribuiranno ad altri.
Questo approccio semplifica la gestione dell'overlay a scapito di un certo overhead. Alternativamente in letteratura si trovano degli approcci ibridi nei quali viene
formata una struttura ad albero su nodi particolarmente stabili mentre tutti nodi formano una mesh [19].
Riassumendo, crediamo che l'uso di tecniche MD con ridondanza sia un approccio promettente alla trasmissione video su P2P. Lo studio di tale soluzione è uno degli
obiettivi di questo progetto, assieme alla sua integrazione in uno schema complessivo che tenga conto dei vari aspetti evidenziati precedentemente.
Testo inglese
Using the Internet to distribute audio/video content is an interesting option, as demonstrated by several sources [15]. Unfortunately, multimedia transmission over the
Internet is notoriously a hard task (see [10] for a general introduction).
The main problems which plague multimedia transmission over the Internet are:
Limited bandwidth/scalability: Although the bandwidth available to the end user has increased in the last few years, multimedia transmission poses new challenges,
especially in multimedia broadcasting. Actually, with the naive solution of having a single host serving all the users, the data rate required to the single server grows
linearly with the number of users. Serving lots of users with high-quality content could be practically impossible. This solution is therefore not scalable with the
number of users.
The method which is currently used to increase scalability use the CDN (Content Delivery Network) architecture. In this architecture, several synchronized servers
are located at strategic points in the network; in this way, a single server can be accessed by a relatively small subset of users. On the other hand, this solution is not
scalable beyond certain limits, and is generally very expensive for deployment and maintenance [20]. To this respect, the distributed approach obtainable with a P2P
architecture can be more appropriate.
Data packet loss: As well known, Internet is a best effort network, which means that there is no guarantee about the actual delivery of the transmitted data. Typically,
data get lost because of router congestion or transmission errors (especially over wireless channels). In a P2P system, the vulnerability of the data link is due to the
fact that one peer can stop its participation to the data exchange. As one can expect, those problems are currently subjects of active research and some partial
solutions, with different characteristics, are currently available.
Limited bandwidth: A good introduction to the currently available techniques and challenges for solving the scalability problem can be found in [1]. Recent work,
that we will consider specifically in the current projecty, suggests that the peer-to-peer paradigm can be a successful solution for video streaming over the Internet
[2-6]. In a classical peer-to-peer approach each client acts also as a server by retransmitting the received stream to other users. This approach distributes evenly the
load over the network and the root servers need only to "seed" the system by sending the data to few users. The main problem of this approach is that typically ADSL
users have an upload bandwidth smaller than the download one. This means that the data rate that a user can retransmit is bounded by the upload bandwidth and
this is incompatible with the requirement of having a high quality stream. A typical solution to the asymmetric bandwidth problem is to have each node to download
from several other nodes, asking to each node a different piece (chunk) of the desired file. The classical P2P solution works quite well for transferring files, but it is
not easy to apply on live streams, since in such a case future chunks do not exist yet and past chunks are useless. A chunkless approach, named Octoshape, is
proposed in [1]. Although the paper does not describe the internal details, it is said that each packet in the original data stream is partitioned into N sub-packets with
the property that the whole packet can be reconstructed as soon as M less than N sub-packets are received (information splitting is redundant). Any node which
wants to join the network, contacts M peers and receives M streams of sub-packets. After receiving M sub-packets, it reconstructs the original packet and recreates a
new sub-packet which will be sent to other peers. With this approach the user can have a download bandwidth that is M times larger than the upload bandwidth.
Data losses: There are several reasons for which packets may not be delivered to the nodes in the P2P networks. Beside reasons which are not specific of P2P
networks, such as transmission errors or network congestion, a possible source for data losses in P2P networks is node departure. Of course, the loss of a packet
usually causes an unacceptable drop of quality and suitable countermeasures must be taken. Two possible approaches to the problem of data losses in P2P networks
are Forward Error Correction codes (FEC) and Multiple Description coding (MD) [4,7-8].
As for FEC-based systems, the method to recover packet losses due to P2P node departures is known as Network Coding [16][17]. Every chunk is divided into blocks,
and an appropriate linear combination of these blocks is sent to the other peers. When a user receives a sufficient number of packets, it can reconstruct the orginal
information. This technique has the advantage that it is possible to devise techniques that do not require to coordinate node operations and are independent on the
coded video bitstream structure.
While the FEC approach operates at the packet level, and gives rise to the well-known cliff effect [9], the MD approach operates at the signal level. MD divides the
stream in multiple substreams (called descriptions) which are separately encoded and transmitted. Even if the user receives only a subset of the descriptions, the
signal can be reconstructed, possibly with a lower quality. It is clear that with the MD approach the quality degrades smoothly when packet loss increases. In [8], it is
observed that MD could be of limited use when peers receiving a subset of the descriptions cannot regenerate the missing ones, thus causing the propagation of losses
in the P2P network. However, it is possible to design MD schemes that introduce explicit redundancy, e.g., via the use of redundant bases [7,11]. In this case, it is
possible to reconstruct the lost descriptions and to have both the advantages of error resilience and smooth quality degradation in case of excessive errors.
Network topology: Besides coding, it is important to design the structure of the P2P overlay. In the literature, two major overlay structures are currently considered,
i.e., tree-based (or multiple-tree-based) and mesh-based structures. In tree-based overlays, the nodes are organized as an ordered tree, with the server that distributes
the information located at the tree root. The video stream is distributed to the tree nodes starting from the root. This structure allows an efficient delivery of the
stream, but can be vulnerable to erratic and unstable nodes. The organization with multiple trees is more robust, at the expense of a more difficult management.
In mesh-based overlays, the nodes are not organized into a fixed structure: each node can be connected to other nodes, that can be chosen arbitrarily. The stream is
divided into chunks, which are sent to nodes, which, in turn, send this information to other nodes. This approach simplifies the overlay management, at the expense of
a certain structure overhead. In some hybrid schemes proposed in the literature, some stable nodes are organized according to the tree structure, while the other
nodes are connected in a mesh [19].
In summary, we believe that the use of redundant MD schemes is a promising option for P2P video streaming, and the investigation of such possibility is one of the
-7-
specific objectives of this project, together with its integration in a complete scheme that takes into consideration the various aspects considered above.
12 - Riferimenti bibliografici
[1] Stephen Alstrup and Theis Rauhe, Introducing Octoshape - a new technology for large-scale streaming over the internet, EBU Technical Review (2005), no. 303.
[2] A. Santinelli, G. Marfia, M. Gerla, L. Kleinrock, S. Tewari, "Will IPTV ride the Peer-to-Peer stream?", Communications Magazine, IEEE, June 2007
Volume: 45, Issue: 6O, pp. 86-92
[3] Li, B.; Yin, H., "Peer-to-peer live video streaming on the internet: issues, existing approaches, and challenges," Communications Magazine, IEEE
Volume 45, Issue 6, June 2007 pp. 94-99
[4] Fodor, V.; Dan, G., "Resilience in live peer-to-peer streaming," Communications Magazine, IEEE Volume 45, Issue 6, June 2007 Page(s):116 - 123
[5] M. Castro et al., "SplitStream: High-Bandwidth Multicast in a Cooperative Environment," Proc. ACM Symp. Op. Sys. Principles, Oct. 2003.
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Journal on Applied Signal Processing 2006 (2006), Article ID 53623, 17 pages.
[8] Viktoria Fodor and Gyorgy Dan, "Resilience in live peer-to-peer streaming," IEEE Communications Magazine 45 (2007), no. 6, 116-123.
[9] Vivek Goyal, Multiple description coding: Compression meets the network, Signal Processing magazine (2001), 74-93.
[10] F. Kozamernik, Webcasting - the webcasters' perspective, EBU Technical Review (2000), no. 282.
[11] Roman Vershynin, Frame expansions with erasures: an approach through the non-commutative operator theory, Applied and Computational Harmonic Analysis
(2005), 167-176.
[12] T. Small, B. Liang, and B. Li, "Scaling Laws and Trade-Offs in Peer-to-Peer Live Multimedia Streaming," Proc. ACM Multimedia, Oct. 2006.
[13] Vitali Andrea L., Borneo Antonio, Fumagalli Marco, Rinaldo Roberto, "Video over IP usingstandard-compatible multiple description coding: an IETF
proposal", Journal of Zhejiang University SCIENCE A, 2006 7(5):668-676.
[14] Riccardo Bernardini, Roberto Rinaldo, "Oversampled filter banks from extended perfect reconstruction filter banks," IEEE Transactions on Signal Processing,
54(7):2625--2635, July 2006.
[15] Jiangchuan Liu, Sanjay G. Rao, Bo Li, and Hui Zhang. Opportunities and challenges of peer-to-peer internet video broadcast. In In (invited) Proceedings of the
IEEE, Special Issue on Recent Advances in Distributed Multimedia Communications, 2007
[16] Baochun Li Cheng Feng. On large-scale peer-to-peer streamings systems with network coding. In In Proceeding of the 16th ACM international conference on
Multimedia, pages 269-278, Vancouver, British Columbia, Canada, Oct 2008
[17] Baochun Li Mea Wang. R2: Random push with random network coding in live peer-to-peer streaming. IEEE Journal on Selected Areas in Communications,
25:1655-1666, Dec 2007
[18] N. Magharei and R. Rejaie. Prime: Peer-to-peer receiver-driven mesh-based streaming. In INFOCOM 2007. 26th IEEE International Conference on Computer
Communications. IEEE, pages 1415-1423, 2007.
[19] Liu Jiangchuan Wang Feng, Xiong Yongqiang. mtreebone: A hybrid tree/mesh overlay for application-layer live video multicast. In ICDCS '07: Proceedings of
the 27th International Conference on Distributed Computing Systems, page 49, Washington, DC, USA. IEEE Computer Society, 2007
[20] Cheng Huang, Jin Li, and Keith W. Ross. Can internet video-on-demand be profitable? In SIGCOMM '07: Proceedings of the 2007 conference on Applications,
technologies, architectures, and protocols for computer communications, pages 133-144, New York, NY, USA, 2007
13 - Descrizione del programma e dei compiti dell'Unità di Ricerca
Testo italiano
Il compito principale di questa Unità di ricerca, è lo studio di tecniche a Descrizioni Multiple (Multiple Descriptions, MD) nel contesto dello sviluppo di un sistema
P2P chunkless e robusto per la trasmissione di segnale multimediale. Questa Unità parteciperà inoltre, assieme alle altre Unità di ricerca, allo sviluppo di un
dimostratore di rete con architettura P2P, con applicazione alla diffusione di corsi didattici di Dottorato. Tale progetto permetterà di valutare e confrontare le
tecniche proposte, oltre che la realizzazione di uno strumento che permetterà una durevole collaborazione fra le sedi e lo sviluppo di un progetto didattico di qualità.
Motivazione: Si ritiene che un'architettura P2P di tipo chunkless possa essere una soluzione efficace per lo streaming di segnale multimediale. Date le similitudini
con la codifica MD (un singolo flusso di informazione viene suddiviso in un certo numero di flussi dati), si ritiene sia possibile progettare uno schema che sia
contemporaneamente robusto (con degrado dolce della qualità) e chunkless, utilizzando Descrizioni Multiple ridondanti (Redundant Multiple Descriptions - RMD). Si
ritiene inoltre che, dato che le tecniche RMD operano a livello di segnale, sia possibile ottenere una calibrazione fine del bitrate, e quindi una regolazione della
banda, cambiando i parametri di codifica delle descrizioni (ad esempio modificando il passo di quantizzazione). Inoltre, uno dei vantaggi della struttura proposta è
che essa può essere resa trasparente rispetto ad eventuali tecniche crittografiche applicate al contenuto multimediale. Questo permetterebbe l'applicazione diretta di
tecniche di DRM (Digital Right Management) al segnale trasmesso - un'opzione molto importante per le applicazioni di streaming.
Attività previste: Dato che l'approccio proposto è innovativo, sarà necessario sia un lavoro teorico che applicativo. L'approccio d'uso delle RMD sarà confrontato e
integrato con le tecniche sviluppate dalle altre Unità di Ricerca. L'obiettivo finale è lo sviluppo di un modulo software che potrà essere utilizzato all'interno
dell'ambiente realizzato durante il progetto.
Analisi Teorica: E' necessario risolvere alcune questioni allo scopo di individuare la migliore architettura per la trasmissione P2P. Per esempio, occorre
determinare quale sia lo schema RMD più opportuno. Al momento, si ritiene che uno schema RMD basato sulle basi ridondanti (frames, come considerati in [7]),
possa essere una soluzione efficace per il problema dello streaming, e ci si propone di confrontare questa tecnica con approcci alternativi.
Un'altra questione importante riguarda la scelta del numero ottimo di sottoflussi N trasmessi e del numero di sottoflussi M minore di N richiesto da ciascun client.
Dato che ciascun sottoflusso sarà codificato con perdite, sarà importante determinare l'assegnazione ottima del bitrate. Altre questioni importanti riguardano la
misura di "qualità" di una trasmissione P2P (ritardo per il collegamento, qualità della riproduzione, probabilità di perdita dei pacchetti,...).
Infine, occorre notare che, con l'approccio proposto, ciascun nodo deve produrre una differente descrizione. Si potrebbe pensare che, per ottenere le migliori
prestazioni, sia necessario prevedere un meccanismo di controllo centralizzato, che assegna a ciascun nodo la descrizione da produrre. Tuttavia, ciò è contrario allo
-8-
spirito della trasmissione P2P, e se la trasmissione interessa un numero molto elevato di nodi, può essere molto difficile distribuire i compiti in maniera efficiente.
Per ovviare a tali difficoltà, ciascun nodo potrebbe scegliere in modo probabilistico quale descrizione generare per inoltrarla sulla rete. Questo significa che un
nuovo nodo che si colleghi al sistema, riceverà un insieme casuale di descrizioni (uno schema in cui le descrizioni da generare vengono scelte casualmente, verrà
denominato con la sigla BMD - Blind Multiple Description). Lo studio delle tecniche BMD è molto recente, ma crediamo che la sua importanza crescerà
nell'immediato futuro (si veda [11] per un lavoro collegato alle BMD).
L'analisi teorica dell'approccio P2P proposto continuerà per tutta la durata del progetto.
Figura 1: Struttura del software P2P chunkless e robusto che verrà sviluppato da questa Unità di ricerca.
Analisi Sperimentale: Si intende realizzare il software relativo alla struttura P2P proposta. Il software sviluppato sarà integrato nel sistema completo sviluppato
nell'ambito del progetto insieme alla altre Unità di ricerca. Allo scopo di permettere uno sviluppo più semplice e parallelizzabile, lo schema del software P2P
sviluppato nel progetto sarà suddiviso in tre moduli (vedi anche la Fig. 1).
Modulo MD - Questo modulo è la parte principale del sistema analizzato e realizzato da questa Unità. Il funzionamento di massima del modulo MD può essere
descritto nel modo seguente: esso riceve le descrizioni dagli altri peer attraverso porte UDP, a partire dalle descrizioni ricostruisce l'informazione multimediale, e
inoltra agli altri peer, via UDP, la nuova descrizione calcolata. Si noti che questo modulo non si occupa, ad esempio, della scoperta dei peer o di P2P handshaking.
Tali attività sono compito del modulo P2P.
Modulo di visualizzazione - Questo modulo riceve dal modulo MD il contenuto multimediale ricostruito per presentarlo all'utilizzatore. Si noti che, a causa dello
schema utilizzato, il modulo MD è indipendente dal protocollo P2P utilizzato e per molti versi anche dal formato multimediale leggibile dal visualizzatore (player). Di
nuovo, il modulo di visualizzazione può essere realizzato come uno strumento utilizzabile da tutti i partner del progetto. Il visualizzatore verrà specificatamente
realizzato da questa Unità di ricerca, possibilmente modificando software disponibile.
Modulo P2P - Questo modulo si occuperà del protocollo P2P, ad esempio per quanto riguarda la scoperta dei peer e la connessione con essi. Dopo la connessione,
questo modulo dovrà configurare il modulo MD per ricevere e/o trasmettere i sottoflussi informativi. Si noti che questo modulo è, di nuovo, indipendente dal modulo
MD, e quindi può essere realizzato modificando software esistente, che potrà essere utilizzato da tutti i partner del progetto come uno strumento comune per le
simulazioni. Il modulo P2P verrà analizzato e realizzato in collaborazione con altre Unità di ricerca, mentre questa Unità si occuperà in particolare della
realizzazione dell'interfaccia con il modulo MD.
* Descrizione dettagliata dell'attività dell'Unità di Ricerca
Come spiegato precedentemente, il compito specifico di questa Unità sarà lo sviluppo e l'analisi delle prestazioni di tecniche a descrizioni multiple nel contesto del
problema dello streaming video in architettura P2P. In particolare, questa Unità considererà l'utilizzo di tecniche MD basate su basi ridondanti (frames). Le
prestazioni della struttura proposta verranno valutate in un sistema di trasmissione P2P, sviluppato in collaborazione con le altre Unità. Inoltre, le tecniche
analizzate da questa Unità verranno confrontate e integrate con quelle sviluppate dalle altre Unità. Durante il progetto, e specialmente alla fine di ogni fase, ci sarà
una specifica attività di coordinamento fra le Unità.
La nostra attività nel progetto viene dettagliata come di seguito riportato.
+ Fase 1: Ricerca preliminare e pianificazione del progetto (2 mesi)
* Descrizione della Fase 1
All'inizio della prima fase, occorrerà completare l'analisi dello stato dell'arte relativo alle descrizioni multiple e a altre tecniche di error resilience nell'ambito della
trasmissione P2P. In particolare, considereremo tecniche MD basate su basi ridondanti e banchi di filtri sovracampionati. Verranno selezionate le soluzioni più
convenienti per la trasmissione dei dati multimediali, in particolare di segnale video. L'analisi della letteratura verrà effettuata tenendo presente sia gli aspetti di
accesso flessibile che di protezione agli errori permessi dalle tecniche MD. Durante questa fase, verranno inoltre delineati i protocolli di comunicazione fra il modulo
MD e gli altri due moduli (P2P e visualizzatore/player). I protocolli sviluppati saranno eventualmente rivisti nelle fasi successive, in accordo alle indicazioni ricevute
dagli altri partner.
*Output della Fase 1
Il primo prodotto della fase 1 sarà un sommario dell'analisi dello stato dell'arte. Si produrrà inoltre una descrizione formale della prima versione del protocollo di
comunicazione fra i tre moduli. I documenti prodotti saranno usati come base di discussione per la pianificazione dettagliata della Fase 2.
Riassumendo, l'output della Fase 1 è costituito da
O1.A) Sommario della letteratura scientifica su MD e P2P.
O1.B) Prima versione del protocollo inter-moduli
* Evoluzione temporale della Fase 1
L'Evoluzione temporale della Fase 1 (2 mesi) è la seguente
1.1) Analisi dello stato dell'arte e pianificazione attività futura (2 mesi).
+ Fase 2: Sviluppo del modulo MD (16 mesi)
Durante la Fase 1, e durante la transizione fra Fase 1 e Fase 2, ci sarà un coordinamento con le altre Unità, in modo da definire i dettagli della struttura complessiva
-9-
del software P2P. Successivamente, pianifichiamo di realizzare e testare in una configurazione stand-alone il modulo MD. I test della versione stand-alone
richiederanno lo sviluppo di versioni solo dimostrative e incomplete del modulo P2P e del visualizzatore. Molto probabilmente, tali moduli saranno saranno in un
primo tempo realizzati come semplici programmi di lettura/scrittura da/su disco, con lo scopo di utilizzarli per il test del modulo MD.
In parallelo allo sviluppo del modulo P2P, si intende adattare software di pubblico dominio per il visualizzatore/player. Infine, il modulo MD sarà integrato con il
modulo di visualizzazione e il sistema completo verrà testato. Durante lo sviluppo del modulo MD, collaboreremo con le altre Unità allo sviluppo del modulo P2P.
Questo richiederà incontri periodici fra le Unità.
* Output della Fase 2
Alla fine della Fase 2, ci aspettiamo di avere una versione funzionante del modulo MD o del visualizzatore. Se necessario, verrà anche realizzata una versione
aggiornata del protocollo di comunicazione inter-moduli.
Riassumendo, l'output della Fase 2 è il seguente.
O2.A) Una prima versione del modulo MD
O2.B) Una prima versione del modulo visualizzatore/player
O2.C) Una descrizione formale del protocollo di comunicazione inter-moduli
O2.D) Disseminazione dei risultati
Inoltre, ci aspettiamo che sia realizzata una prima versione del modulo P2P, adatta all'integrazione con il software realizzato da questa Unità.
* Evoluzione temporale della Fase 2
L'evoluzione temporale della Fase 2 è la seguente.
2.1) Sviluppo del protocollo inter-moduli (2 mesi)
2.2) Sviluppo dei moduli semplificati P2P e Player (2 mesi)
2.3.a) Sviluppo e test stand-alone test del modulo MD (10 mesi)
2.3.b) Sviluppo e test stand-alone test del modulo Player (10 mesi)
2.4) Integrazione dei moduli MD e Player, e test (2 mesi)
Si noti che le attività 2.3.a e 2.3.b verranno svolte in parallelo.
Inoltre, durante tutta la Fase 2, si investigheranno i problemi teorici legati allo sviluppo del modulo MD.
+ Fase 3: Sviluppo finale, test del sistema di comunicazione e sviluppo dell'applicazione (6 mesi)
All'inizio di questa Fase, ci sarà un coordinamento con le altre Unità, allo scopo di definire la struttura del software finale e l'organizzazione dei test di confronto.
Durante la Fase 3, il modulo P2P verrà integrato con i moduli MD e Player realizzati da questa Unità, in modo da realizzare il software P2P completo. La soluzione
proposta da questa Unità verrà testata e confrontata con le altre tecniche considerate nel progetto. Inoltre, il sistema sviluppato verrà integrato in un'applicazione
per la trasmissione P2P in streaming di materiale didattico.
* Output della Fase 3
Alla fine della Fase 3, ci aspettiamo di avere
O3.A) Un documento che riassuma l'evoluzione del progetto e i risultati
O3.B) Software P2P funzionante per la fruizione in streaming di materiale didattico
O3.C) Disseminazione dei risultati ottenuti in workshop e dimostrazioni pubbliche
* Struttura temporale della Fase 3
La struttura temporale della Fase 3 è la seguente (6 mesi).
3.1) Integrazione dei moduli P2P, MD e Player, sviluppo dell'applicazione relativa alla didattica (5 mesi)
3.2) Test finale e confronti (1 mese).
Testo inglese
The main duty of this research unit will be the investigation of Multiple Description techniques in the context of the development of a chunkless and resilient
peer-to-peer (P2P) structure for multimedia delivery. This Unit will also participate, together with the other reserach Units, to the development of a P2P network
demonstrator, with application to the real-time transmission of Doctorate courses. This project will permit to evaluate and compare the proposed techniques, and to
develop a tool for a durable collaboration among the research Units, providing a high quality support for teaching activities.
Motivation: We believe that chunkless P2P could prove to be the right solution for multimedia streaming. Given its superficial similarity with MD coding (a single
media stream is divided into several data streams), we believe that one could get a scheme which is both resilient (with graceful degradation) and chunkless by
exploiting redundant MD (RMD) techniques. Moreover, we expect that since RMD works at the signal level, one could achieve a finer control of the output bitrate
by changing the way each description is coded (e.g., by changing the quantization step). Moreover, an advantage of the structure we plan to investigate is that it can
be made "transparent" to any cryptography applied to the multimedia content and this would allow for the application of Digital Right Management (DRM)
techinques to the broadcasted content, which is a very important option in streaming applications.
Planned activity: Since the approach that we propose is new, theoretical and development work will be needed. The RMD approach will be compared and possibly
integrated with other techniques explored by the other research Units. The final goal is to develop a software module that can be used in the common environment
developed within the project.
Theoretical work: Several questions need to be answered in order to find the best structure for P2P transmission. For example, a first question is about which RMD
to employ. Currently we believe that frame-based RMD (such as the one in [7]) is a viable solution to P2P streaming, and we plan to compare this solution to
alternative approaches.
Another important question is about the optimal minimum number of substreams N and the number of substreams M less than N required by each client. Since each
sub-stream will be lossy coded, it is also important to know which is the best bitrate assignment. Other important questions are how one measures the "quality" of a
P2P experience (setting time, reproduction quality, probability of excessive packet loss, ...).
Finally, it should be noted that, with the proposed approach, each node must produce a different description. It is reasonable to expect that in order to obtain the best
performance, one should employ a centralized control assigning to each node the description to be produced. However, this is against the spirit of P2P and if many
nodes are included in the P2P network, distributing the duties among the nodes could prove to be a very difficult task.
In order to overcome such a problem, one could let each node to choose its description at random. This means that a new node joining the network will receive a
random set of descriptions (we will call MD schemes where the descriptions are chosen at random from a set of available descriptions "blind multiple descriptions"
or BMD). The study of BMD is still in its infancy, but we predict that it could gain importance in the immediate future (see [11] for a work related to BMD).
The theoretical work on the proposed P2P approach will continue for the whole timespan of the project.
- 10 -
Figure 1: Decomposition of the chunkless error resilient P2P software to be developed by this unit.
Development work: We plan to implement the proposed P2P structure in software. The developed software will be actually integrated within the common framework
developed during the project in collaboration with the other reserach Units. In order to allow for an easier and parallelizable development, the final chunkless P2P
software proposed in this project is structured into three modules (see also Fig. 1).
MD module: This module will be the core part of the system. An overview of the behavior of the MD module is as follows: it receives descriptions from the other
peers through UDP ports, it uses the received descriptions to reconstruct the multimedia content, it uses the reconstructed content to create a new description and
forwards the new description to other peers via UDP. It is important to note that this module does not do any P2P handshaking, nor does peer discovery. Such
activities are duties of the P2P module.
Player module: This module will receive from the MD module the reconstructed multimedia content to be presented to the user. Note that because of such
partitioning, the MD module is independent on the adopted P2P protocol and, to some extent, also on the multimedia format interpreted by the player. Again, the
player module will be constructed as a common tool for the project and will be specifically developed by this research Unit, possibly modifying publicly available
software.
P2P module: This module will take care of the P2P protocol, e.g., peer discovery and handshaking with other peers. After handshaking, it will configure the MD
module to receive and/or transmit content substreams. Note that this module is again independent of the MD module, so that it can be built with little modifications
from available software, which can be used by all the project partners as a common tool for simulations. The P2P module will be analyzed and constructed in
collaboration with the other research Units, while this Unit will concentrate on the development of the interface with the MD module.
* Detailed description of the research activity of this Unit
As explained above, the specific duty of this Unit will be the development and the analysis of the performance of multiple description techniques in the context of P2P
video streaming. In particular, this Unit will consider MD techniques based on redundant bases (frames). The performance of the proposed structure will be
simulated in a P2P transmission environment, developed in collaboration with the other Units. Moreover, the techniques studied by this Unit will be compared and
integrated with those developed from the others Units. During the whole develepment, but especially at the end of each phase, we plan to coordinate with the other
Units.
Our activity in the project is detailed below.
+ Phase 1: Preliminary research and project planning (2 months)
* Phase 1 description
At the beginning of the first phase the analysis of the state of the art of MD and other resilience techniques in the context of P2P transmission will be completed. In
particular, we will consider MD techniques based on redundant bases and oversampled filter banks. The more convenient solutions for the transmission of
multimedia data, in particular video sequences, will be selected. The analysis of the literature will be carried out by keeping in mind both the aspects of flexible
access and protection that MD techniques offer. During this phase we will also outline the communication protocols between the MD module and the other two
modules (P2P and player). The developed protocols will be eventually refined in the following phases, according to the input of the other units.
*Phase 1 outcomes
The products of phase 1 will be a summary of the state-of-the-art analysis. A formal description of the first release of the communication protocol between the three
modules will be produced. The produced documents will be used as a discussion basis for the detailed planning of phase 2.
Summarizing, the phase 1 outcomes are
O1.A) Summary of the scientific literature related to the MD.
O1.B) First release of the inter-module protocol
* Phase 1 temporal structure
The temporal structure of phase 1 (2 months) is the following
1.1) Analysis of the state of the art and planning of future activities (2 months).
+ Phase 2: MD module development (16 months)
During phase 1, and at the transition between phase 1 and phase 2, we will coordinate with the other units in order to define the details of the overall structure of the
P2P software. Subsequently, we plan to produce and test in a stand-alone configuration the MD module. Such stand-alone tests will require the production of
"mock" versions of the P2P module and the player module.
Most probabily, such modules will be replaced, for the sake of testing the MD module, with simple programs which read/write from/to disk files.
In parallel with the development of the MD module, we plan to proceed with the adaptation of an open-source player in order to create the player module. Finally,
the MD module will be integrated with the player module and the whole system will be tested.
During the development of the MD module, we will collaborate with the other Units to develop the P2P module. This will require periodical coordination meetings
among the Units.
- 11 -
* Phase 2 outcomes
At the end of phase 2 we expect to have a working version of the MD module and the player module. If necessary, an updated version of the inter-module
communication protocol will be produced.
Summarizing, the outcomes of phase 2 are
O2.A) A first release of the MD module
O2.B) A first release of the Player module
O2.C) A formal description of the inter-module communication protocol
O2.D) Dissemination of results achieved so far
Moreover, we expect that a first release of the P2P module will be produced, suitable for the integration with the software produced by this Unit.
* Phase 2 temporal structure
The temporal structure of phase 2 is the following.
2.1) Inter-module protocol development (2 month)
2.2) Development of the mock P2P and Player modules (2 month)
2.3.a) Development and stand-alone test of the MD module (10 months)
2.3.b) Development and stand-alone test of the Player module (10 months)
2.4) Integration of the MD and Player modules and test (2 month)
Note that activities 2.3.a and 2.3.b will be carried out in parallel.
Moreover, during the whole phase 2 investigation of the theoretical problems related to the development of the MD module will be carried out.
+ Phase 3: final development, test of the communication system and application software development (6 months)
At the beginning of this phase, we will coordinate with the other units in order to decide the structure of the final software and the organization of the comparison
tests. During phase 3, we will merge the P2P module with the MD and Player modules produced by this unit, in order to produce the P2P software. The proposed
solution will be tested and compared with other techniques developed during the project. Moreover, the modules will be integrated in an application for real-time
streaming of Doctorate courses.
* Phase 3 outcomes
At the end of phase 3 we expect to have
O3.A) A document summarizing the project history and results.
O3.B) Working P2P software
O3.C) Dissemination of achieved results in workshops and public demonstrations.
* Phase 3 structure
The temporal structure of phase 3 (6 months) is the following.
3.1) Merge of the P2P module with the MD and Player modules, development of the application for streaming of Doctorate courses (5 months)
3.2) Final test and comparisons (1 month).
14 - Descrizione delle attrezzature già disponibili ed utilizzabili per la ricerca proposta
Testo italiano
Nessuna
Testo inglese
Nessuna
15 - Descrizione delle Grandi attrezzature da acquisire (GA)
Testo italiano
Nessuna
Testo inglese
Nessuna
16 - Mesi persona complessivi dedicati al Progetto
Numero
Disponibilità
temporale indicativa
prevista
Totale
mesi
persona
- 12 -
1° anno
Componenti della sede dell'Unità di Ricerca
Componenti di altre Università/Enti vigilati
Titolari di assegni di ricerca
Titolari di borse
Dottorato
Post-dottorato
Scuola di Specializzazione
Personale a contratto
Assegnisti
Borsisti
Altre tipologie
Dottorati a carico del PRIN da destinare a questo specifico progetto
Altro personale
2
0
0
1
0
0
2
0
0
0
0
TOTALE
5
2° anno
7
7
14
6
6
12
12
12
24
0
0
0
25
25
50
17 - Costo complessivo del Progetto dell'Unità articolato per voci
Voce di spesa
Materiale inventariabile
Grandi Attrezzature
Materiale di consumo e
funzionamento
(comprensivo di eventuale quota
forfettaria)
Spese per calcolo ed elaborazione
dati
Personale a contratto
Dottorati a carico del PRIN da
destinare a questo specifico progetto
Servizi esterni
Missioni
Spesa
in
Euro
Descrizione dettagliata
(in italiano)
Descrizione dettagliata
(in inglese)
5.000 1 PC fisso, 2 portatitili, webcam per streming video
1 workstation, 2 laptops, webcams for
video streaming
0
7.000 funzionamento, spese per gestione amministrativa del
progetto, manutenzioni e riparazioni,
software,componentistica, compreso overhead.
Administrative expenses, maintenance,
software,components, overhead expenses
included.
0 L'uso dei sistemi di calcolo universitari è gratuito.
The use of University computer systems is
free.
38.000 Due assegnisti di ricerca per 24 mesi uomo complessivi.
24 month research fellowship.
0
8.000 Incontri fra i partner del progetto e missioni per
disseminazione dei risultati.
Project meetings among partners and
participation national and international
workshops for result
dissemination.
Pubblicazioni (*)
3.000 Iscrizione a convegni nazionali e internazionali.
Partecipazione / Organizzazione
convegni (*)
Altro (voce da utilizzare solo in caso
di spese non riconducibili alle voci
sopraindicate)
61.000
Subtotale
7.000
Costo convenzionale
68.000
Totale
Tutti gli importi devono essere espressi in Euro arrotondati alle centinaia
Subscription to national and
internationalworkshops.
(*) sono comunque rendicontabili le spese da effettuare per pubblicazioni e presentazione dei risultati finali della ricerca nei dodici
mesi successivi alla conclusione del progetto, purché le relative spese siano impegnate entro la data di scadenza del progetto e purché
le pubblicazioni e la presentazione dei risultati avvengano entro nove mesi dalla conclusione del progetto.
18 - Prospetto finanziario dell'Unità di Ricerca
Voce di spesa
a.1) finanziamenti diretti, disponibili da parte di
Università/Enti vigilati di appartenenza dei ricercatori
dell'unità operativa
a.2) finanziamenti diretti acquisibili con certezza da parte di
Università/Enti vigilati di appartenenza dei ricercatori
Importo in Euro
13.400
- 13 -
dell'unità operativa
a.3) finanziamenti connessi al costo convenzionale
b.1) finanziamenti diretti disponibili messi a disposizione da
parte di soggetti esterni
b.2) finanziamenti diretti acquisibili con certezza, messi a
disposizione da parte di soggetti esterni
c) cofinanziamento richiesto al MIUR
(max 70% del costo complessivo)
Totale
7.000
47.600
68.000
19 - Certifico la dichiarata disponibilità e l'utilizzabilità dei finanziamenti a.1) a.2) a.3) b.1) b.2)
SI
Firma _____________________________________
I dati contenuti nella domanda di finanziamento sono trattati esclusivamente per lo svolgimento delle funzioni istituzionali del
MIUR. Incaricato del trattamento è il CINECA- Dipartimento Servizi per il MIUR. La consultazione è altresì riservata al MIUR D.G. della Ricerca -- Ufficio IV -- Settore PRIN, alla Commissione di Garanzia e ai referee scientifici. Il MIUR potrà anche
procedere alla diffusione dei principali dati economici e scientifici relativi ai progetti finanziati. Responsabile del procedimento è il
coordinatore del settore PRIN dell'ufficio IV della D.G. della Ricerca del MIUR.
Firma _____________________________________
Data 09/02/2009 ore 11:10
- 14 -
ALLEGATO
Curricula scientifici dei componenti il gruppo di ricerca
Testo italiano
1.
BERNARDINI Riccardo
Curriculum:
Riccardo Bernardini è nato a Genova, il 26 Novembre 1964. Al momento è ricercatore (settore scientifico disciplinare ING/INF-03 Telecomunicazioni)
confermato (da Novembre 2004) presso l'Università di Udine e si occupa trasmissione robusta di segnali multimediali tramite tecniche a descrizione multipla.
Breve Cronologia
1990 Laurea in Ingegneria Elettronica presso l'Università di Padova
1990--1994 Dottorando presso l'Università di Padova
1994--1995 "Visiting Scientist" a AT&T Bell Labs presso Dr. Jelena Kovacevic
1995--1997 Postdoc all'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne presso il Prof. Martin Vetterli
1997--2001 Assegnista presso l'Università di Padova
2001--2006 Ricercatore presso l'Università di Udine
Titoli di studio
Dottorato di ricerca in Elettronica Industriale ed Informatica ottenuto il 26/11/1996. Università di Padova. Principali argomenti di ricerca: calcolo veloce
delle correlazioni multidimensionali, FFT multidimensionale ed applicazioni conversione tra reticoli di campionamento multidimensionale, banchi di filtri ed
analisi tempo--frequenza. Titolo della tesi: Algoritmi veloci per l'elaborazione del segnale multidimensionale
Laurea (1990) in Ingegneria Elettronica (107/110), Università di Padova. Titolo della tesi: "Analisi spettrale tridimensionale di sequenze televisive"
Attività didattiche
Università di Udine
A.A. 05/06, 06/07, 07/08
Supplente per il corso di "Analisi del segnale per le telecomunicazioni"
Supplente per il corso di "Sistemi di Telecomunicazione I"
A.A. 03/04, 04/05
Supplente per il corso di "Analisi del segnale per le telecomunicazioni"
Supplente per il corso di "Teoria dei Segnali I"
A.A. 01/02, 02/03
Supplente per il corso di "Teoria dei Segnali I"
Supplente per il corso di "Teoria dei Segnali II"
Università di Padova
Esercitatore per il corso di "Elaborazione e Trasmissione delle Immagini I" e "Comunicazioni Elettriche" durante l'anno accademico 2000/2001.
Università di Brescia
A.A. 03/04, 04/05, 05/06
Supplente per il corso di "Elaborazione numerica dei segnali C"
- 15 -
A.A. 97/98
Supplente per il corso di "elaborazione numerica dei segnali"
Attività di ricerca
L'attività di ricerca di Riccardo Bernardini ha riguardato principalmente l'elaborazione dei segnali per applicazioni alle telecomunicazioni. In particolare si
è occupato di banchi di filtri e wavelet (in collaborazione con la Dr. Jelena Kovacevic e con il prof. Martin Vetterli) e di trasmissione robusta del segnale
multimediale. E` autore di più di 25 pubblicazioni su rivista internazionale, di cui 18 su "Transactions IEEE", di una monografia e di due brevetti.
Università di Udine
Ricercatore da Novembre 2001, confermato da Novembre 2004
Attività nel campo della codifica a descrizione multipla. Argomenti di ricerca: ricostruzione a bassa complessità da codifica a frame
Assegnista (da Gennaio 1999 a Novembre 2001)
Attività nel campo delle comunicazioni caotiche. Argomenti di ricerca: uso di sistemi caotici nella generazione di numeri casuali per applicazioni
crittografiche, modulazione caotica, trasmissione di modelli 3D, creazione di modelli 3D.
Università di Padova,
Borsista (Da Maggio 1997 a Dicembre 1998)
Attività nel campo dell'elaborazione del segnale multimediale. Argomenti di ricerca: riduzione del rumore in ``range data,'' colorimetria
Ecole Polytechnique Federale de Lausanne.
Postdoc con Prof. M. Vetterli da Aprile 1996 a Aprile 1997
In questo periodo ha svolto attività di ricerca col Prof. Martin Vetterli su banchi di filtri e wavelet multidimensionali. Argomenti di ricerca: basi a coseni
locali a tempo continuo e wavelet non separabili con campionamento a quinconce.
AT&T Bell-Labs
Visiting Scientist (con Dr. J. Kovacevic da Ottobre 1994 a Ottobre 1995)
In questo periodo ha svolto attività di ricerca con la Dr. Kovacevic su di banchi di filtri multidimensionali. I risultati ottenuti in questo periodo si sono
concretizzati in due brevetti. Argomenti di ricerca: basi locali multidimensionali e applicazioni alla codifica del segnale.
Dottorando (da Maggio 1990 a Ottobre 1994)
Attività nel campo dell'elaborazione del segnale multidimensionale Argomenti di ricerca: calcolo veloce delle correlazioni multidimensionali; FFT
multidimensionale su reticoli generici; FFT multidimensionale per segnali simmetrici e sua applicazione al filtraggio di Volterra; algoritmi per il calcolo
veloce della convoluzione multidimensionale; preelaborazione di immagini per compressione senza perdite; conversione tra reticoli di campionamento
multidimensionale
Progetti di ricerca
Coordinatore scientifico nel Progetto Finalizzato Beni Culturali del CNR ``Tecniche di acquisizione di oggetti e luoghi di interesse museale'' (1997--2000)
mirante al progetto e costruzione di un sistema di acquisizione di dati 3D finalizzato alla documentazione di Beni Culturali.
Progetto europeo MAVI (Model Based Analysis of Video Information), 1997--1998.
Progetto europeo EPOC (European Posters Collection), 1998--1999.
Progetto europeo METAVISION, 2000--2002
Progetto di Ateneo (Università di Padova) ``Realizzazione di un sistema per l'acquisizione 3D di superfici anatomiche esterne,'' 2001--2002.
Progetto europeo CRAFT WireNet 2003--2005
Progetto PRIN 2006--2007 (Trasmissione Multimediale Affidabile su Reti non Affidabili: Tecniche Evolute di Codifica Sorgente/Canale)
Altre attività
È stato revisore di articoli per le seguenti riviste tecniche internazionali
IEEE Transactions on Signal Processing,
IEEE Signal Processing Letters,
IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,
IEEE Transactions on Image Processing,
IEE Proceedings on Vision, Image and Signal Processing,
Multidimensional Systems and Signal Processing (Kuwler).
Signal Processing (Elsevier),
Applied and Computational Harmonic Analysis,
Journal of Visual Communication and Image Representation.
- 16 -
Pubblicazioni:
BERNARDINI R., GIANCARLO CALVAGNO, RICCARDO BERNARDINI, PAMELA ZONTONE (2008). CROSS-LAYER JOINT OPTIMIZATION OF FEC
CHANNEL CODES AND MULTIPLE DESCRIPTION CODING FOR VIDEO DELIVERY OVER IEEE 802.11E LINKS. In: Proceedings 2008 IEEE
International Workshop on FUTURE MULTIMEDIA NETWORKING
BERNARDINI R., GIANCARLO CALVAGNO, RICCARDO BERNARDINI, ROBERTO RINALDO (2008). A low-complexity packet classification algorithm
for multiple description streaming over {IEEE 802.11e} Networks. In: Proc. IEEE Conf. on Image Proc
BERNARDINI R., NACCARI M, RINALDO R, TAGLIASACCHI M, TUBARO S, ZONTONE P (2008). Rate Allocation for robust video streaming based on
distributed video coding. SIGNAL PROCESSING-IMAGE COMMUNICATION, vol. 23; p. 391-403, ISSN: 0923-5965
BERNARDINI R., RINALDO R (2008). Probabilistic bounds on error amplification of randomly generated frames. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL
PROCESSING, vol. 56; p. 4286-4292, ISSN: 1053-587X, doi: 10.1109/TSP.2008.925967
BERNARDINI R., RINALDO R, VITALI A (2008). A Reliable Chunkless Peer-to-peer architecture for multimedia streaming. In: Proc. Data Compr. Conf.
Snowbird, Utah, USA, marzo 2008, p. 242-251
BERNARDINI R. (2007). Banchi di Filtri. PADOVA: SGE, ISBN: 88-89884-06-1
BERNARDINI R. (2007). Time-Variant Unit Norm Tight Frames by Means of Modulated Filter Banks. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING,
vol. 55; p. 4320-4324, ISSN: 1053-587X
BERNARDINI R., DURIGON M, RINALDO R, VITALI A, ZONTONE P (2007). Multiple Description Video Streaming over QOS-Based Wireless Networks.
In: Proceedings of ICIP 2007. San Antonio, Texas, USA, Settembre
BERNARDINI R., DURIGON M, RINALDO R, ZONTONE P (2007). Robust Transmission of Video Using Frame-Based Multiple Description. ST
JOURNAL, vol. 3; p. 61-72, ISSN: 1828-2105
BERNARDINI R., FUMAGALLI M, NACCARI M, RINALDO R, TAGLIASACCHI M, TUBARO S, ZONTONE P (2007). Error Concealment Using a DVC
Approach for Video Streaming Applications. In: Proceedings EUSIPCO 2007. Poznan
BERNARDINI R., RINALDO R (2007). A Lattice Structure for support-adapted filter banks. In: Proceedings EUSIPCO 2007. Poznan
BERNARDINI R., MARCO DURIGON, ROBERTO RINALDO, ANDREA VITALI, PAMELA ZONTONE (2006). Frame-Based Multiple Description Video
Coding with Extended Orthogonal Filterbanks. EURASIP JOURNAL ON APPLIED SIGNAL PROCESSING
BERNARDINI R., RINALDO R (2006). A Simple Distributed Coding Algorithm for Sensor Networks. In: Proc. of MobiMedia 2006. Alghero (Italy)
BERNARDINI R., RINALDO R (2006). Distributed Coding via Folding Functions. In: Proc. DCC 2006. SNOWBIRD, UT, MARZO 2006, p. 440
BERNARDINI R., RINALDO R, ZONTONE P (2006). Wavelet Domain Distributed Coding for Video. In: Proc. International Conference on Image
Processing 2006. Genova, p. 245-248
BERNARDINI R., ROBERTO RINALDO (2006). Bounds on error amplification in oversampled filter banks for robust transmission. IEEE TRANSACTIONS
ON SIGNAL PROCESSING, vol. 54; p. 1399-1411, ISSN: 1053-587X
BERNARDINI R., ROBERTO RINALDO (2006). Oversampled filter banks from extended perfect reconstruction filter banks. IEEE TRANSACTIONS ON
SIGNAL PROCESSING, vol. 54; p. 2625-2635, ISSN: 1053-587X
BERNARDINI R., MARCO DURIGON, ROBERTO RINALDO, ANDREA TONELLO, ANDREA VITALI (2005). Robust Transmission of Multimedia Data
over Power-Lines. In: IEEE International Symposium on Power Line Communications and Its Applications 2005, p. 295-299
BERNARDINI R., MARCO DURIGON, ROBERTO RINALDO, ANDREA VITALI (2005). Comparison Between Multiple Description and Single
Description Video Coding with Forward Error Correction. In: MMSP 2005
BERNARDINI R., RINALDO R. (2005). Efficient Reconstruction from Frame Based Multiple Descriptions. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL
BERNARDINI R., ROBERTO RINALDO, PAMELA ZONTONE, LUCA CELETTO, ANDREA VITALI (2005). Bit Allocation and Quantizer Optimization in
Multiple Description Coding with Oversampled Filterbanks. In: ICIP 2005
ANDREA VITALI, FABRIZIO ROVATI, ROBERTO RINALDO, BERNARDINI R., MARCO DURIGON (2004). Video Streaming over Lossy/Variable
Bandwidth Networks by means of Multiple Description. In: MMSP 2004, p. 498-501
BERNARDINI R., MARCO DURIGON, ROBERTO RINALDO, LUCA CELETTO, ANDREA VITALI (2004). POLYPHASE SPATIAL SUBSAMPLING
MULTIPLE DESCRIPTION CODING OF VIDEO STREAMS WITH H264. In: ICIP 2004, p. 3213-3216
BERNARDINI R., R. RINALDO (2004). A robust iterative algorithm for reconstruction from redundant filter banks. In: ICASSP 2004
BERNARDINI R., ROBERTO RINALDO, ANDREA TONELLO, ANDREA VITALI (2004). Frame based Multiple Description for Multimedia Transmission
over Wireless Networks. In: WPMC 2004
ANDREA TONELLO, BERNARDINI R. (2003). Analysis of the Achievable Time-Frequency diversity gain in coded OFDM. In: WPMC 2003, p. 193-198
BERNARDINI R. (2003). Practical Issues in the Implementation of Anosov Diffeomorphisms. In: Nonlinear Signal and Image Processing 2003, p. 100-104
BERNARDINI R., R. RINALDO, A. TONELLO (2003). Efficient Reconstruction of Frames Based Joint Source-Channel Coded Streams in the Presence of
Data Loss. In: WPMCS 2003, p. 15-19
A. GEROSA, BERNARDINI R., S. PIETRI (2002). A Fully Integrated Chaotic System for the Generation of Truly Random Numbers. IEEE TRANSACTIONS
ON CIRCUITS AND SYSTEMS. 2, ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSING; p. 993-999, ISSN: 1057-7130
BERNARDINI R. (2000). Image distortions inherited by the Fourier trasform. ELECTRONICS LETTERS, vol. 36; p. 1454, ISSN: 0013-5194
2.
CESCO FABBRO Roberto
Curriculum:
Roberto Cesco Fabbro è nato a Pieve di Cadore (BL), il 20 Aprile 1982. Nel 2005 consegue la laurea triennale in Ingegneria Elettronica presso l'Univeristà
- 17 -
degli Studi di Udine. Nel 2008 ha effettuato un tirocinio presso il Telecom Italia Lab di Torino per la realizzazione della tesi sulla località nelle reti P2P e la
realizzazione di un servizio di fonia. Ha conseguito la laurea specialistica in Ingegneria Elettronica il 29 Ottobre 2008 con la votazione di 110 e lode su 110
presso l'Università degli Studi di Udine. Attualmente frequenta un dottorato di ricerca in telecomunicazioni presso l'Università degli Studi di Udine nel
campo dello streaming video su reti P2P.
pubblicazioni non disponibili
Testo inglese
1.
BERNARDINI Riccardo
Curriculum:
Riccardo Bernardini was born in Genova in 26/11/1964. Currently he is a researcher at the University of Udine. His main research interest is multimedia
reliable transmission.
Chronology
1990 Laurea degree in Electronic Engineering at the University of Padova
1990-1994 PhD student at the University of Padova
1994-1995 Visiting Scientist at the AT&T with Jelena Kovacevic
1995-1997 Postdoc at the Ecole Polytechnique Federale de Lausanne with Prof. Martin Vetterli
1997-2001 "Assegnista" at the University of Padova
2001- Researcher at the University of Udine
Teaching experience
2005-2008 R. Bernardini teaches "Analisi del segnale per le telecomunicazioni" and "Sistemi di Telecomunicazione I" at the University of Udine
2003-2005 R. Bernardini teaches "Analisi del segnale per le telecomunicazioni", "Teoria dei Segnali I" and "Sistemi di Telecomunicazione I" at the
University of Udine and "Elaborazione numerica dei segnali C" at the University of Brescia
2001-2003 R. Bernardini teaches "Analisi del segnale per le telecomunicazioni", "Teoria dei Segnali I" and "Teoria dei segnali II" at the University of Udine
1997-1998R. Bernardini teaches "Elaborazione numerica dei segnali" at the University of Brescia
Research activity
The research activity of Riccardo Bernardini was mostly about signal processing for telecommunications. More precisely, he worked on wavelet and filter
banks (with Martin Vetterli and Jelena Kovacevic) and reliable transmission of multimedia over unreliable channels such as channels affected by packet loss.
He authored more than 25 papers on internaational journal (mainly IEEE transactions), a book and two patents.
Projects
Riccardo Bernardini worked in the following projects
European project MAVI (Model Based Analysis of Video Information), 1997--1998.
European project EPOC (European Posters Collection), 1998--1999.
European project METAVISION, 2000--2002
European project CRAFT WireNet 2003--2005
PRIN 2006--2007
Other activities
Riccardo Bernardini acted as a reviewer for the following international journals
IEEE Transactions on Signal Processing,
IEEE Signal Processing Letters,
IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,
IEEE Transactions on Image Processing,
IEE Proceedings on Vision, Image and Signal Processing,
Multidimensional Systems and Signal Processing (Kuwler).
Signal Processing (Elsevier),
Applied and Computational Harmonic Analysis,
- 18 -
Journal of Visual Communication and Image Representation.
Pubblicazioni:
BERNARDINI R., GIANCARLO CALVAGNO, RICCARDO BERNARDINI, PAMELA ZONTONE (2008). CROSS-LAYER JOINT OPTIMIZATION OF FEC
CHANNEL CODES AND MULTIPLE DESCRIPTION CODING FOR VIDEO DELIVERY OVER IEEE 802.11E LINKS. In: Proceedings 2008 IEEE
International Workshop on FUTURE MULTIMEDIA NETWORKING
BERNARDINI R., GIANCARLO CALVAGNO, RICCARDO BERNARDINI, ROBERTO RINALDO (2008). A low-complexity packet classification algorithm
for multiple description streaming over {IEEE 802.11e} Networks. In: Proc. IEEE Conf. on Image Proc
BERNARDINI R., NACCARI M, RINALDO R, TAGLIASACCHI M, TUBARO S, ZONTONE P (2008). Rate Allocation for robust video streaming based on
distributed video coding. SIGNAL PROCESSING-IMAGE COMMUNICATION, vol. 23; p. 391-403, ISSN: 0923-5965
BERNARDINI R., RINALDO R (2008). Probabilistic bounds on error amplification of randomly generated frames. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL
PROCESSING, vol. 56; p. 4286-4292, ISSN: 1053-587X, doi: 10.1109/TSP.2008.925967
BERNARDINI R., RINALDO R, VITALI A (2008). A Reliable Chunkless Peer-to-peer architecture for multimedia streaming. In: Proc. Data Compr. Conf.
Snowbird, Utah, USA, marzo 2008, p. 242-251
BERNARDINI R. (2007). Banchi di Filtri. PADOVA: SGE, ISBN: 88-89884-06-1
BERNARDINI R. (2007). Time-Variant Unit Norm Tight Frames by Means of Modulated Filter Banks. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL PROCESSING,
vol. 55; p. 4320-4324, ISSN: 1053-587X
BERNARDINI R., DURIGON M, RINALDO R, VITALI A, ZONTONE P (2007). Multiple Description Video Streaming over QOS-Based Wireless Networks.
In: Proceedings of ICIP 2007. San Antonio, Texas, USA, Settembre
BERNARDINI R., DURIGON M, RINALDO R, ZONTONE P (2007). Robust Transmission of Video Using Frame-Based Multiple Description. ST
JOURNAL, vol. 3; p. 61-72, ISSN: 1828-2105
BERNARDINI R., FUMAGALLI M, NACCARI M, RINALDO R, TAGLIASACCHI M, TUBARO S, ZONTONE P (2007). Error Concealment Using a DVC
Approach for Video Streaming Applications. In: Proceedings EUSIPCO 2007. Poznan
BERNARDINI R., RINALDO R (2007). A Lattice Structure for support-adapted filter banks. In: Proceedings EUSIPCO 2007. Poznan
BERNARDINI R., MARCO DURIGON, ROBERTO RINALDO, ANDREA VITALI, PAMELA ZONTONE (2006). Frame-Based Multiple Description Video
Coding with Extended Orthogonal Filterbanks. EURASIP JOURNAL ON APPLIED SIGNAL PROCESSING
BERNARDINI R., RINALDO R (2006). A Simple Distributed Coding Algorithm for Sensor Networks. In: Proc. of MobiMedia 2006. Alghero (Italy)
BERNARDINI R., RINALDO R (2006). Distributed Coding via Folding Functions. In: Proc. DCC 2006. SNOWBIRD, UT, MARZO 2006, p. 440
BERNARDINI R., RINALDO R, ZONTONE P (2006). Wavelet Domain Distributed Coding for Video. In: Proc. International Conference on Image
Processing 2006. Genova, p. 245-248
BERNARDINI R., ROBERTO RINALDO (2006). Bounds on error amplification in oversampled filter banks for robust transmission. IEEE TRANSACTIONS
ON SIGNAL PROCESSING, vol. 54; p. 1399-1411, ISSN: 1053-587X
BERNARDINI R., ROBERTO RINALDO (2006). Oversampled filter banks from extended perfect reconstruction filter banks. IEEE TRANSACTIONS ON
SIGNAL PROCESSING, vol. 54; p. 2625-2635, ISSN: 1053-587X
BERNARDINI R., MARCO DURIGON, ROBERTO RINALDO, ANDREA TONELLO, ANDREA VITALI (2005). Robust Transmission of Multimedia Data
over Power-Lines. In: IEEE International Symposium on Power Line Communications and Its Applications 2005, p. 295-299
BERNARDINI R., MARCO DURIGON, ROBERTO RINALDO, ANDREA VITALI (2005). Comparison Between Multiple Description and Single
Description Video Coding with Forward Error Correction. In: MMSP 2005
BERNARDINI R., RINALDO R. (2005). Efficient Reconstruction from Frame Based Multiple Descriptions. IEEE TRANSACTIONS ON SIGNAL
BERNARDINI R., ROBERTO RINALDO, PAMELA ZONTONE, LUCA CELETTO, ANDREA VITALI (2005). Bit Allocation and Quantizer Optimization in
Multiple Description Coding with Oversampled Filterbanks. In: ICIP 2005
ANDREA VITALI, FABRIZIO ROVATI, ROBERTO RINALDO, BERNARDINI R., MARCO DURIGON (2004). Video Streaming over Lossy/Variable
Bandwidth Networks by means of Multiple Description. In: MMSP 2004, p. 498-501
BERNARDINI R., MARCO DURIGON, ROBERTO RINALDO, LUCA CELETTO, ANDREA VITALI (2004). POLYPHASE SPATIAL SUBSAMPLING
MULTIPLE DESCRIPTION CODING OF VIDEO STREAMS WITH H264. In: ICIP 2004, p. 3213-3216
BERNARDINI R., R. RINALDO (2004). A robust iterative algorithm for reconstruction from redundant filter banks. In: ICASSP 2004
BERNARDINI R., ROBERTO RINALDO, ANDREA TONELLO, ANDREA VITALI (2004). Frame based Multiple Description for Multimedia Transmission
over Wireless Networks. In: WPMC 2004
ANDREA TONELLO, BERNARDINI R. (2003). Analysis of the Achievable Time-Frequency diversity gain in coded OFDM. In: WPMC 2003, p. 193-198
BERNARDINI R. (2003). Practical Issues in the Implementation of Anosov Diffeomorphisms. In: Nonlinear Signal and Image Processing 2003, p. 100-104
BERNARDINI R., R. RINALDO, A. TONELLO (2003). Efficient Reconstruction of Frames Based Joint Source-Channel Coded Streams in the Presence of
Data Loss. In: WPMCS 2003, p. 15-19
A. GEROSA, BERNARDINI R., S. PIETRI (2002). A Fully Integrated Chaotic System for the Generation of Truly Random Numbers. IEEE TRANSACTIONS
ON CIRCUITS AND SYSTEMS. 2, ANALOG AND DIGITAL SIGNAL PROCESSING; p. 993-999, ISSN: 1057-7130
BERNARDINI R. (2000). Image distortions inherited by the Fourier trasform. ELECTRONICS LETTERS, vol. 36; p. 1454, ISSN: 0013-5194
2.
CESCO FABBRO Roberto
- 19 -
Curriculum:
Roberto Cesco Fabbro was born in Pieve di Cadore (BL) on April 20th 1982. In 2005 he obtained the Bachelor of Science in Electronic Engineering at the
University of Study of Udine. In 2008 he attended an intern at Telecom Italia Lab in Torino as thesis writer, working on the locality in p2p networks and
phony service. In October the 29th 2008, he obtained th Master of Science in Electronic Engineering at University of Study of Udine with the grade of 110
cum laude /110. Currently he attend a Ph.D in Telecommunications at University of Study of Udine working on straming video over P2P netoworks.
- 20 -

1 - Area Scientifico-disciplinare 2 - diegm

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