Luận văn nghiên cứu các cơ chế adaptive bitrate streaming abs và scalable video coding svc phục vụ các Ứng dụng streaming trên mạng có băng thông thay Đổi

Tôi xim can đoạn nội dụng trình bảy trong luận văn rây là kết quả nghiên cứu và tìm hiểu của tôi trong quá trinh nghiên cứu vả thực hiện để tái: “Nghiễn cứu các cơ chế Adaptive Bitrate S

BẢN CAM ĐOAN

Tôi là Phạm Trường Giang, học viên cao học lớp kỹ thuật điện tử 11BKTĐT khóa

2011 Thay giao hướng din lá PG8.TS Nguyễn Chấn Hùng

Tôi xim can đoạn nội dụng trình bảy trong luận văn rây là kết quả nghiên cứu và tìm hiểu của tôi trong quá trinh nghiên cứu vả thực hiện để tái: “Nghiễn cứu các cơ chế Adaptive

Bitrate Streaming (ABS) và Scalable Video Coding (SVC) phục vụ các ứng đụng

Streaming trên mạng có bằng thông thay đổi ” Các kết quả nghiên cứu trình bảy trong luận văn là hoản toàn trung thực và rõ ràng Mọi thông tin trích dần đều tuân theo luật sỡ tiểu trí tuệ, có hệt kế rõ các tài liệu than khảo Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn với nội dung dược viết trong luận văn này,

Hà nội, ngày 30 tháng 12 nắm 2013

Hoe viên

Phạm Trưởng Giang

hướng dẫn khoa học của tôi Thẫy dã nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo, đưa ra những hưởng

đi, những đóng gép hết sức quỷ báu đề tôi hoàn thành luận văn thạc sĩ này

Tôi xin chẽn thành cảm on các thấy giáo, cô giáo công tác tại Viện Diện b Viễn thông,

Đại học Bách Khoa Hà Nội đã trang bị cho tôi nên tàng kiến thức vững chắc trong thời

gien tôi học lập tại đây

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các anh chỉ, đồng nghiệp Lại Tring tâm Nghiên cứu

và Phát triển Tổng công ty VTC đã tạo diễu kiện và giúp dỡ tôi trong quả trình nghiên cứu, thu thập số liệu cũng như tài liệu tham khảo đề tôi hoàn thành luận văn

Tiên trong cam on!

Phạm Trường Giang

tỏ

Chương2: Lý thuyết cơ sở

2.1 Đặc tinh mạng không dây

3⁄22 Phương thức Progrossivc Dowrdload Strosming,

2.2.3 Phương thức Adaptive Bitrate Streaming

2.2.4 Cáo giải pháp sử dụng Adaptive Bitrate Streaming

2.35 Apple HTTP Live Streaming

2⁄36 Microsofl Silverlight Smooth Streaning

2.2.7 Adobe HTTP Dynamic Streaming

2.2.8 Đánh giá chất lượng các giải pháp Adaptive Bitrate Streaming

243 Hệ thống Wowza eesoceeeessaninnnssvanssseessesecesssseeteenee saevisee

26 Wireless Network Emulator

2.7 Lựa chọn thông sé do

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

SYT | Tir viet tat 'Thuật ngữ tiếng Anh

1 PIV Intemet Protocol Television

ABS ‘Adaptive Bitrate Streaming

3 ASS ‘Adaptive Steaming Server

3 HTTP Hypertext Transfer Protocol

5 HS Apple HTTP Live sirenming

6 |HD§S Adobe HTTP Dynamic Strcaning

7 DASH MPEG Dynamic Adaptive Sucaming over HTTP

8 | RIP Real-time Transport Protocol

9 | PLR Packet Loss Rate

10 | Mss Microsoft Smooth Streaming

11 |STB Set-Top-Box

DANH MỤC CÁC BANG

Bềng 2-1: Các mẫu video trong [ile SMI

Bang 2-2: Cac lénh client giti dén Streaming Server

Băng 2-3: Khả năng tương thích với oác loại định đạng của VLƠ Msdia Playsr Đảng 2-4: Băng giới thiêu các loại Codsc

Bang 2-5: CODEC video va 4m thanh được vài định dạng được hỗ trợ

Bang 3-1: Bang thông số của các kịch bản đơ

Bảng 4-1: Kết quả đo độ trễ video đối với HTTP Ở đây đơn vị đo độ rể là š

Bang 4-2: Kết quả đo độ trễ viđeo đối vái RTP Ở day đơn vị đo độ trễ là s

Tinh 1-3: Mức tăng trưởng của thiết bị đi đông trong những năm gan day .1É

Hình 1-4: Mét hé thang Adaptive Bitrate Streaming đơn giản - 17

11inh 2-1: R'TSP elient and server cormunication sequence coi 2,

Tlinh 2-4: So dé khdi hé théng Adaptive Bitrate Streaming 28

Hình 2-6: Streaning cho nhiều CHent với nhiễu độ phân giải 31 11ình 2-7: Một tập tín danh sách thay đổi 11L5 mình họa 8 proBile đầu ra với tốc độ bịt

Hinh 2-8: Một tập tin danh sách HL5 tử một dòng trực tuyển mồ tá ba đoạn T8 hiện có

Hình 2-9: Phát liên tục đòng dữ liệu theo thông lượng phân mãnh, thông lượng TCP trung

binh và tốc độ bịt yêu cẩu cho phát video dưới các điều kiện băng thông không hạn chế Việc phát lai bat dau ở khoảng _†= 5s, sau khi người đùng ăn Play khoảng 2s 41 Hình 2-16: Phát liên tục dang dữ liệu: Khoảng thời gian nổi tiếp và thời gian tôi xuống,

của video, khoảng thời gian nỏi tiếp và thời gian tải xuống của các đoạn video trong điều

kiện băng thông không hạn chế Mỗi đoạn dải 2 giây S 43 Hinh 2-11: Thông lượng theo từng doạn, thông lượng, TCP trung bịnh và tốc dộ bit yêu

câu cho việc truyền video treng điều kiên băng thông thay đối liên tục Việc phát lại bắt đầu ở khoảng L 103, sau khi người đừng ấn Play khoảng 3s - woe AB

Hinh 2-12: Kha ning tich hop DRM otia hé théng Wowza Media 45 Hinh 2-13: Biéu 46 trinh tu théi pian cae ban tin HTTP 46

Hinh 3-14: Cầu trúc mét file SMIL Lạ HH HH HH HH HH HH HH ruêt 47

Hinh 2-15: Giao dién VLC Media Player

Hìmh 2-16: Mô hình đơn giản của TummtryNeL

Hình 3-1; So sảnh giữa các phương thức do TH HH Hee

Hình 4-1: Đô thị phản bố độ trễ đối với HTTP

Hình 4-2: Đô thị phân bổ độ trể dễi với RTE 11inh 4-3: So sảnh kết quá của 2 hệ thống Ở đây Series 1 lá R'P, Series 2 là HTTE

MỞ DẦU

1 Giới thiệu dề tài

Video Streaming là một trong những cồng nghệ được sử đụng phổ biển hiện nay Kết hợp

với sự phát triển không ngừng của các thiết bị di động, công nghệ này cung cấp cho người xem những trải nghiệm tuyệt vời mọi lúc mọi nơi Tuy nhiên, do nhụ cầu xem

video tăng quá nhanh, hạ tắng mạng không đây không đáp ứng đủ băng thêng cho Video

Sưcaming, Điều do dẫn đến những vẫn để về chất lượng video như trế lủnh, mất khung,

vỡ hình đối với những mạng không dây như 30

Bên cạnh việc không ngừng dầu tư nâng cao chất lượng mạng, các công nghệ Video Streaming mdi liên tục được nghiên cứu và triển khai nhằm tôi uu hóa hệ thống sẵn cỏ

Để tải “Nghiên cứu các cư ché Adaptive Bitrate Streaming (ABS) va Scalable Video

Coding (SVC) phuc vu cae dmg dung Streaming trén mang cé bang thông thay đổi được hình thành trong điều kiện như vậy

2 Mục đích nghiên cứu

Mục tiêu của dễ tải nghiên cứu là từ hiểu và đánh giá chất lượng các công nghệ Video

Streaming nh ABS và SVC Từ những đánh giá đó, nghiên cứu đưa ra tập thông số tôi

ưu dành cho hệ thống Video Sucaming

3 Kết cấu luận văn

Luận văn được trình bày theo 5 chương:

Chương 1: Tổng quan - Dưa ra cải nhìn tổng quan về các điểu kiện hiện tại ảnh hưởng đến hướng nghiên cứu của để tải

Chương 2: Cơ sở lý thuyết - Trinh bảy các khải niệm lý thuyết về A3 và SVC

Chương 3: Mô hình đo đạc hệ thông ABS - Trinh bay vé mét testbed dé đo chất lượng

hệ thắng ABS

Chương 4: Kết quả - Trình bảy kết quả đo và những nhận xét đánh giá

Chương §: Tổng kết - Dưa ra những kết luận đánh giá và các ứng đụng thục tiễn của hệ thẳng này Đồng thời cũng đẻ xuất những hướng nghiên cứu trong tương lai

quan trong đổi với nằm cầu giải trí của người xem

‘Tai Việt Nam, số liệu thực tế cho thấy trong năm 2012, sự gáa tăng số lượng thuê bao 3G

đại đến 25%, mét con số gây ngạc nhiên trong điều kiện kinh tế khó khăn Tuy nhiên, việc đầu tư hạ tầng rất tốn kém, nên chất lượng, Video Strcaming trên mạng 3G còn khá thấp Dỗi với các phương thức Video Streaming truyan thống, các vẫn để như giật hình,

vỡ hình, rót gói xuất hiện thường xuyên Một giải pháp năng cao chất lượng dịch vụ là áp

dụng những công nghệ mới như Adaptive Video Streaming va Scalable Video Coding

Những nghiên cứu đánh giá gân day cho thay hệ thống ABS tăng đáng kế chát lượng, của

ABSTRACT

According to “2012 Sourecbook article on the stale of mobile video” of Tames Careless,

more than half of data consumption on mobile devices is video content Another report of Chris Osika in 2012 shows that subsoribers are completely changing their habit of

entertainment by spending time watching online videos three times more than watching

traditional videos Video Streaming is playing an important part in human life

Tu Vietnam, the statistic shows (hat in 2012 the improvement of 3G subsenbers is about

25 percent, making sense in the bad condition of economy However, as the invesinent of

the infrastruclure is very expensive, the wireless network is not mel ihe requirement of

Video Sucaming.With basic Streaming methods, the performance of video is poor because of the frequency of latency, freezing, or packet loss One solution for this problom is using the new technology of Steaming such as ABS and SVC The recent researches show that the ABS system significantly improve the quality of video comparing to normal Video Streaming That is the motivation for implemanting this

thesis

This thesis focuses on solving the following prablems: 1) Smdying ahout APS and SVC technology, and the applying of them Besides, this thesis also funds the issues of these systems, 2) Setting up a new testbed to measure the ABS system 3) Solving issues of

thom by Finding a scl of parameters that are oplimal lor the systems

Chwong 1: — Téng quan

Streaming là mệt trong những sân phẩm công nghệ ngày cảng được sử đụng rộng rãi thời gian gần đây Dịch vụ này cùng cấp cha người xem những nội dụng số, nội bật là Video, được truyền liên tục từ server đến đầu cuối

Do nbu cau của người xem ngày cảng cao, chất lượng video cũng ngảy cảng tầng lên, trong khi chất lượng đường truyền, tuy có tăng, không kịp đáp ứng, nền các phương thức 8ưcaming liên Lục dược nghiên cứu và ứng dụng nhằm tối ưu hóa khả nắng truyén Adaptive Streaming là một trong số những phương thức như vậy

Theo bao cdo cia Alot Mobile năm 2011, dứt liệu truyều đến di động ngày cảng lăng cao

trong những năm gần đây, đặc biệt là dành cho Sireaming Dưới đây là một số thống kê

có lược

>_ Dữ liệu băng thông rộng trên toàn bộ mạng đi động tăng đến 83% trong chỉ nửa

cuỗi nấm 2Ô1 1

> Dũ liệu Video Streaming không ngìmg chiếm lượng lớn băng thông rộng của

mạng đi động, ước tỉnh vào khoảng 42% của toàn mạng trên

} Youtube chiém đến 24% báng thông toàn thế giới, 11% trong đó là đữ liệu video

chất lượng cno

> Lưu lượng dữ liệu của người dùng Android tăng đến 232%, gấp đèn 4 lần so với người đủng Iphone, biển các hệ sinh thái này thành một cuộc chiến thật sự, không chỉ trong nội dung số mả còn cả lưu lượng đữ liệu truyền tải

VoIP RIM Other Apps mE Video Streaming” AM Web Browsing im file Sharing

Application Traffic Share and Growth

Hình 1-1: Biểu đồ phân phối lưu lượng dữ liệu mạng theo loại hình dịch vu

mm

Hình 1-2: Sự tăng trưởng của lưu lượng dữ liệu đối với các loại hình dịch vu mang

Phần nảy giới thiệu chưng vẻ xu hưởng và điều kiên hiện nay đối với công nghệ chung,

cũng như mảng công nghệ đỏ án này hưởng đến Góc nhìn chung nhất đó sẽ dẫn đến mục tiêu, định hướng và giải pháp cho đẻ tài đặt ra

Với sự tăng trưởng không ngừng của đi động, dịch vụ Video Streaming trên nên di động ngay cảng trở nên thiết yêu Tuy nhiên, do những vấn để về công nghệ không theo kịp

với như cầu của người dùng, dịch vụ nảy phải đổi mặt với những vân đề lớn:

> Thứ nhất, di động được thiết kế vả sản xuất bởi rất nhiều nhà sản xuất khác nhau, với cầu hình và hệ điều hành phong phủ và hoàn toàn khác biệt nhau

> Thứ hai, mạng dữ liệu dành cho di động có những đặc tính không ôn định, băng,

thông còn khá thập củng những vân đề vẻ không dây khác đang cản trở chất lượng

xem Video của người đủng

Một trong những hướng giải quyết các vẫn đề trên, đặc biệt là vẫn dé vé băng thông

mạng di động, đã được nghiên cứu và triển khai là Adaptive Bitrate Streaming

‘Smartphone sales growth 4@ 2007 - 10 2012 by platform

is ioe Tie Via” FS

Hình 1-3: Mie tang trưởng của thiết bị di động trong những năm gần đây

Hình 4 giới thiêu một hệ thông Adaptive Bitrate Streaming Ở đây, Streaming Server lưu

trữ các luỗng Stream của củng một nội dung với nhieu bitrate khác nhau, và tùy thuộc

16

vào băng thông của môi đầu cuối, sẽ có một luỏng bitrate phủ hợp nhất Các luồng

Stream nay được phân nhỏ thành các segment đề gửi đến các đầu cuối Khi băng thông có thay đổi, đầu cuối yêu cầu thay đổi luông Stream vả hệ thông sẽ nhanh chóng gửi lại một

luồng khác phù hợp với băng thông mới hơn

Hình 1-4: Mét hé théng Adaptive Bitrate Streaming đơn giản

Do những vẫn đề của mạng không dây như wili hay 3G ảnh hưởng rất nhiêu đền chất

lượng Video Streaming, nên có rất nhiều giải pháp được nghiên cửu vả ứng dụng của

Adaptive Bitrate Streaming danh cho nhimg mạng này Một trong những hệ thống như vậy có tên là Archies dành cho Adaptive live MPEG-4 Video Streaming trên mạng không,

dây Qua mang wifi 802.11b, những thông sỏ đánh giá chất lượng video bao gom Frame

Rate, Packet Loss duge so sanh gitta Adaptive Bitrate Streaming va Video Streaming truyền thông Kết quả cho thây hệ thống dùng Adaptive Bitrate Streaming có chất lượng

tăng lên đáng kẻ khi xem video MPEG-4 thời gian thực

Một ví dụ khác của việc nghiên cứu các hệ thông Adaptive Streaming nảy là test-bed sử dụng chuẩn nén H264/AVC cho hình ảnh và MPEG-4 AAC cho audio dành cho hệ thông

trên mạng 3GPP Bằng cách chon lua luéng Stream có tốc đô thập hơn băng thông, hệ thống dùng Adaptive Streaming có chất lượng tăng rõ rệt trong điều kiện không ồn định

của mạng 3GPP

17

Một hệ thống khác có tên là MARC được phá triển bởi nhóm của Koo Hệ thông này có

điểm khác biệt là điều chính linh động băng thông truyền dụa rên tình lrựng mạng và cỗ buffer cia phia đầu cuối Kết qua danh gia cho thay hé théng nay không chỉ tăng giá trị

Chương2: Lý thuyết cơ sở

2.1 Đặc tĩnh mạng không dây

Phan này sẽ trình bảy tóm tắt các thuộc tính của kết nói không dây, vốn vẫn tôn tại những

thách thức trong việc truyền dữ liệu một cách hiệu quả Cac kết nói không dây thường có băng thông tương đối thấp, độ trễ và tý lệ lỗi cao Từ đó, có thể đưa ra một số nhận xét

xem các thuộc tỉnh nảy liên quan đến các yêu cân cho người giả lân mạng như thé nao

2.1.1 Bang thong mang

Tắc độ đường truyền của kết nải WAN không đây không thường vượt quá vài chục kilebi trên giây Những đường truyền tốc độ như vậy chủ yếu đành cho người dùng modem quay số Với một số kết nổi không dây, tốc độ đường truyền có thẻ thay đổi theo

thời gian, do sự thay đổi số lượng nguồn sóng đành cho người đúng hoặc sự thay đổi hệ

thống mã hỏa kênh Tốc độ dường truyền có thể bắt dối xứng, như khi sử dụng một vai loại kết nổi vệ tình hoặc GPRS Như vậy, thiết bị giả lập cần tạo ra tốc độ đường truyền mong muốn bằng cách làm trễ các gói đí liệu và tạo ra các cách đề giả lập sự thay đối trong tốc độ đường truyền, độc lập trên cá 2 hướng, Dỗi với phần lớn các đường truyền

WAN không dày, tốc độ lên tới 100 kbps 1 đủ Tuy nhiên việc mỏ hình hóa các mạng

không đây băng thông rộng trong tương lai sẽ yêu cầu lắc độ đường truyền tối thiểu là 2

Mbps

2.1.2 Độ trễ

Sự trễ khi lan truyền của các kết nói không dây thường cao Trẻ thường xuất phát từ các

hệ thông truyền đặc biệt trong kết nếi không đây và từ việc xử lý trễ của các thành phan

19

phân cứng trong kết nối Ví dụ, Hệ thông thông tỉn di động toàn câu (GSM) sử dụng ký

thuật chèn đữ liệu vào kết nối sóng võ luyển để giâm ảnh hưởng của khỏi lỗi và vide này

tạo ra một khoảng trễ 90 ms độc lâp với kích thước gói thà Độ trể còn bị tăng, thêm khi sử

dụng địch vụ đữ liệu GSM còn đo kết nối với nhà cụng cân địch vụ Internet (TSP) và thời gian xử lý trong hệ thống GSM Tổng dỏ trể một chiều lên tới 200 - 300 ms Thiết bị giả lập cần chuẩn hóa một cách chính xác độ trễ này bằng cách thêm vào một khoáng trễ lan truyền cho mỗi gói tin Độ lễ thay đổi có thể xuất hiện trên kết nối không đây do rất nhiều lý do, vi dụ như khỏi phục ARQ ở lớp liên kết, nguồn sóng vô tuyến (phân bé va chuyển vũng chỉ là một vải Dó có thể là một khả năng để tăng độ trễ ngẫu nhiên cho

đồng gói Hn)

2.1.3 Lỗi mất gói

Một số kết nổi không day buộc phải thay đổi một lượng dứt liệu đáng kế do lỗi khi truyền

Tỷ lệ lỗi phụ thuộc vào điều kiện sóng vô tuyến hiện tại và dô mạnh của hệ thông mã hóa

kénh Vi du, 6 dịch vụ đề liệu GSM trong suốt, tý lệ lỗi bịt (312R) chấp nhận được của kết

đợi mút cố chai Số lượng giới hạn bộ đệm có thể được phân bổ trong thiết bị định tuyến

tại điểm cuối cũng theo người sử dụng, Thiết bị giả lập cần chứa một hàng đợi tại kết riổi

cỗ chai được giá lập và tạo ra cáo phương pháp để giới hạn kích thước của hàng theo byte

và số lượng gói lin Ngoài ra có thể sử dụng một bộ đêm để giới hạn thời gian một gồi tin

nằm trong bộ đệm, Các thuật toán quân lý hàng, đợi và chính sách về gói nên được đưa

vào

2.1.5 Vấn để thay đối nút mạng

‘Trong một mạng di động tế bao, tính di động được hiện thực hóa bằng cách thay đổi các điểm truy cập mà người dùng kết nỗi vào, theo vi trí hiện tại của người dùng Tiến trinh chuyển giao có thể gây ra mất gói đữ liệu và gây ra sự thay đổi lớn về địch vụ được cưng

kha nang cho phép thay đối một tập hợp các tham số tại củng một thời điểm đề giã lập sự

thay đổi địch vụ mạng

2.1.6 Mất tín hiệu kết nối

Các kết nổi không đây dễ bị gián đoạn địch vụ tạm thời Một ví đụ điển hình là mắt vũng phủ sóng, điều nảy có thể xây ra do lãi xe trong đường hằm hoặc đi chuyển ra xa điểm truy cập đang phục vụ Mắt tín hiệu có gây ra tỉnh huống như trong một khoáng thời gian, không có đữ liệu người đùng nào được truyền đi thành công qua kết nổi Nên việc hã trợ

Qø8 được thực luện trong mạng không dây, lưu lượng các gồi lim có độ uụ tiên cao hơn

Steaming la mét phuong thie tuyén dé ligu trên Internet Céng oghé streaming cho

phép cac multimedia server truyén di qua mang Intemet (IP) cao déng dit iéu lién tiép 6 thể giải nén và hiển thị ngay lập tức khi tới phía người đùng Đề download về một đoạn phữn ngắn cũng có thể mất tới vài phút trong khi các đữ liêu video sử dụng công nghệ

streaming chi mất vải giây để có thế hiển thị Tính năng này khiến các công nghệ

sIreaming tiết kiệm được thời gian cho người sử dung

Với cdc dinh dang file video truyên thống, đũ liệu chỉ có thể hiển thị khi đã được download toàn bỏ, vì vậy đối với các le video chất lượng cao có dụng lượng lớn thì công việc nảy sẽ tiểu tốn rất nhiều thời gian Streaming video thị khác: nó tiết kiệm thời

gian cho người đùng bằng cách sử dụng các công nghệ giải nén kết hợp với playar hiển

thị đữ liệu dồng thời trong, lúc vẫn tiếp tục download, Qua tinh nay được goi la buffering

và có thể được diễn giải như sau : thay vì được gửi một lần duy nhất, dữ liệu streaming video sẽ được truyền đi thành các gói nhô

22

Ngày nay, công nghệ streaming video phát triển rât nhanh, các nhà nghiền cứu và phát

triển dường như rất hứng thủ trơng lĩnh vực mày Cú thể hoàn toàn hy vọng chất lượng của video streaming dạt được mức chất lượng TV truyền thống, thậm chỉ bằng cả chất

lượng DVD

Video Stream sit dung cdc giao thie RIP, MMS hay ITTTP vv đề truyền dữ liệu theo

dang streaming qua mạng Internet, đẳng thời sử dụng các chuẩn nén để giảm dụng lượng

dữ liệu, cung cấp khá năng nén dữ liệu tại nhiều ruức nén, nhiều kích thước hiển thị để có

thé phủ hợp với độ rồng băng thông của nhiều mạng truyền dẫn đẻ tôi tu hoá việc truyền

đứ liệu qua mạng Cũng chính vỉ vậy việc Strearing Video qua mạng sẽ phụ thuộc rất nhiều vào các sản pham phan mém Video Steaming Server

2.2.1 Phương thức Video Streaming truyén thống

RTSP (Giao thức dòng thời gian thực) là một vi dụ của giao thức dong truyền thống,

Người ta định nghĩa R'SP là giao thức có trạng thái (stateful protocel), nghĩa là máy chứ

luôn lưu giữ thông lăn và trạng thải của máy khách từ khi máy khách kết nổi đến máy chủ lân đầu tiên đến khủ ngắt kết nổi Máy khách trao đổi tình trạng, của nó với máy chủ bằng

cách khởi tạo các lạnh như PLAY, PAUSE hoặc THARDOWN (bắt buộc phải có 2 lệnh

đầu tiên, lệnh cuối cùng được dùng để ngất kết nổi từ máy chủ và đóng phiên trao đối

dòng dữ liệu)

Hinh 2-1: RTSP client and server communication sequence

Sau khi 1 phién trao déi théng tin gitta may khach va may chủ được thiết lập, máy chủ

bat dau truyen dir ligu va mot dong ồn định các gói trì nhỏ (các gói tin này được truyền

dưới dạng RTP) Kích thước chuẩn của gói tin RTP la 1452 bytes, nghia la néu dong

video được mã hóa với tốc đô 1 Megabit 1 giay (Mbps) thi méi goi tin truyén di 11 mili giây video Trong RTSP gói tin có thẻ được truyền qua cả 2 giao thức UDP hoặc TCP

TCP thường được chọn khi tường lửa hoặc proxy chăn các gói tin UDP nhưng có thể lâm tăng độ trễ (gói tin TCP sẽ được truyền lại đến khi bên kia nhận được)

Hình 2-2: RTP packct formiat

Ngược lại, HTTP là giao thúc phi trang thải Nếu một máy khách HTTP yêu cảu dữ liệu,

mày chú sẽ trá lời bằng cách gửi lại dữ liệu, nhưng né sẽ không ghỉ nhớ máy khách hoặc thông tím của máy khách Mỗi yêu cầu HTTP được xử lý hoàn Loàn trong một nhiên độc

Responss2 Request3

dụng để truyền dòng dữ liệu như thế nào? Cúc dịch vụ của Windows Media sử dụng một

phiên bản sửa đối của HTTP, có tên là MS-WMSP (còn được gọi lả Windows Media

HTTP Streaming Protocol trong các giao thức cia Windows media, hod lơ được goi 141 1a Windows Media H1"TP) MS-WMSP sử dụng giao thức HLP chuẩn để truyền đờ liệu và

thông điệp nhưng cũng đúng để duy trì trạng thải của phiên, chuyển dữ liệu tưanh dòng

một cách hiệu quả như giao thức RTSP Các dịch vụ của Windows media cũng hỗ trợ dòng đữ liệu RTSP tir nim 2003 (trong Windows Media Services) trên cả UDP vả TCP

25

Và giao thức được đưa vào thực tế đưới cái tên MS-RTSP Silverlight chỉ hỗ trợ truyền

đứ liệu dựa trên HTTP ir Windows Media Services Nhimg digu quan trong nhất cần nhớ

về cáo giao thức truyền đòng dữ liệu truyền thông như RTSP và Windows Media HTTP

(MS-WMSP) là:

>_ Dặc tình thời gian thực

Máy chủ sẽ gửi các gói đữ liệu din may khách theo thời gian thực, nghĩa lả theo tốc độ

đảng bắt tại thời điểm đữ liệu được mã hóa Ví dụ, một đoạn video được mã hóa với tắc

độ 500 kbps thì đồng dữ liệu cũng được Huyền với tốc độ 500 kbps

> Vấn đề về bộ đệm

May chu chi gyi di dit cdc gôi đữ liệu dến lúc bộ dệm của máy khách day Bộ dệm của

may khách thường năm trong khoảng 1 và 10 giây (Đệ đệm mặc định của Windows

Media Player va Silverlight la 5 giây) Nghĩa là nếu bạn ân Pause khi dang truyén 1 dong video và đợi 10 phút, chí có khoáng 5 giây của đoạn video được tái xuống máy khách tại

thời điểm đó,

Các vi dụ khác của giao thức truyền dòng, dữ liệu truyền thống có thể kế đến Giao thức

RTMP (Real Time Messsge Prolocol) của Adobe và RTSP trởn giao thúc RDT (Reøl

Data Transport) của RealNetworks Linh năng chuyén dong (Dynamic Streaming stream

- switching) trong nên tang Adobe@ I'lash® dura trén giao thtte RTMP va do đỏ, được coi như một phương pháp truyền dong dit liéu truyén théng - truyén dong dữ liệu không tự

điều chính

2.2.2 Phương thức Pragressive Download Streaming

Mội dạng truyền dữ liệu phố biển nữa trên nên Web hiện may là tải xuống liên tục Có thế

hiểu một cách đơn giản như là tái xuống 1 tập thì đơn gián tử máy chi Web HTTP Tai xuống liên tục được hể trợ bởi hầu hết nên tông và các chương trình xem phim nghe

26

nhạc, như Adobe Flash, Silverlight và Windows Media Player Cụm từ “liên tục” bat

nguồn từ thực tế là hẳu hốt các máy trạm dùng để xem phi: đều cho phép

ác lập tìm có

thể dược phát lại khi việc tải xuống vẫn dang tiếp diễn - trước khi toàn bộ tập tia dược ghi lên đĩa (chủ yếu là lên bộ đệm của trình duyệt Web) Những máy khách hỗ trợ tiêu chuẩn kỹ thuật HTTP 1.1 cũng có thể di chuyển dến các vị trí cltưa dược tâi xuống trong tập tin bằng cách thực hiện các yêu cầu truy xuất khoảng byte đến máy chú Web (giá định rằng nó cũng hỗ ro HTTP 1.1)

Các trang web chia sẽ video phổ biển hiện nay như YouTube, Vimeo, MySpace, va MSN

Soapbox, hau như chỉ sử dụng phương pháp tải xuống liên tục Không như các máy chủ truyền dòng dữ liệu truyền thông, hiểm khi gửi hơn 10 giây đữ liệu âm thanh / hình ảnh đến máy khách tại một thời điểm, các máy chủ HTTP Web liên te truyền đữ liêu đến khi việc tải xuống kết thúc Khi lạm đừng, video dạng được tâi xuống liên tục vẫn sẽ dược lãi hét xudng bộ đệm của trình duyệt, cho phép xem toàn bộ video một cach ti chy ma không cỏ một sự gián đoạn nào Phương pháp này cũng có nhược điểm là nên người ding

đã tải xuống được 30 giây của một doạn video 10 phút mả họ lại quyết dịnh không xem nữa, thì cả người đừng và nhà cưng cấp nội dung đều lăng phí băng thông cho 9 phút 30 giây còn lại Để giảm thiểu vẫn đề mày, HS 7.0 dã dưa ra một phần mở rộng gọi là Địt Rate Throttling, cho phép nhà cung cấp nội dung điều chính tốc độ tái xuống theo ding

cách máy chủ trưyển đữ liệu dang sẽ làm để giảm chi phi

2.2.3 Phuong thie Adaptive Bitrate Streaming

» Giới thiện về Adaptive Streaming

Công nghệ strcamuing tốc dộ bít thích ứng (adaptive bitrate streaming) duvc sit dung

thông qua các mạng máy tỉnh Nếu như trước đây các công nghệ sireaming được thực

hiện dựa trên các giao thức RTP như RTRP thì hiện nay công nghệ adaptive streaming

tạ bs}

được thực hiện trên giao thức HTTP vả được thiết kế để hoạt động hiệu quả trên các mạng HTTP phân tản cỡ lớn như Internet

Adaptive streaming hoat động bằng cách phát hiện băng thông và hiệu năng CPU của

người dùng theo thời gian thực và từ đó điều chỉnh chất lượng luồng video phủ hợp tương ứng Công nghệ này yêu câu sử dụng một bộ encoder có thẻ encode nhiều bitrate khác

nhau từ một video nguồn duy nhất Player người dùng sẽ lựa chọn giữa các video bitrate

khác nhau phụ thuộc vao tài nguyên khả dung Kết quả là có rất ít buffer, thời gian bắt đầu nhanh vả trải nghiệm tốt với cả các kết nỏi tốc độ cao vả tốc độ thấp

Điều đặc biệt và được triển khai hiện nay là Adaptive Bitrate streaming là một phương

thức streaming thông qua giao thức HTTP, nội dung nguồn được encode với nhiều

bitrate, sau đỏ môi luông bitrate khác nhau lại được chia nhỏ thảnh nhiều phân thời gian vải giây Streaming Client nhận biết các luông với các bitrate khác nhau và các phan

được chia nhỏ dựa vào các file manifest Khi bat dau, client yéu cau cac segment tir luéng

cé bitrate thấp nhất Nêu client phát hiện ra tốc độ download lớn hơn so với bitrate của

segment da duoc download thì nó sẽ gửi yêu cầu các segment cỏ bitrate cao hơn kế tiếp

Nếu client phát hiện tốc độ download segment thấp hơn bitrate của segment, khiển lưu

lượng mạng suy giảm, thì nỏ lại yêu cầu segment có bitrate thấp hơn Kích thước segment

có thể thay đổi phục thuộc vảo các ứng dụng khác nhau, nhưng thông thường trong

khoảng 2 đên 10 giây

INPUT: High Bt rate OUTPUT: Multiple bitrate =5 =— - Maniest Fie every

Lots of requeste:

diferent bt rate decesding

Hình 2-4: Sơ đồ khối hệ thống Adaptive Bitrate Streaming

Hình 2-5: Đồ thị Apdative Bitrate Streaming

>_ Các yêu câu đâm bảo giao cắt và kết nối mang

Khi kết nồi trong một mạng chưa được quản lý, các thiết bị định tuyên (router), tường lửa (firewall) va cac công được mở có thể chưa được xác định Trong một mạng, có thẻ có các tường lửa cá nhân, các thiết bị định tuyển, các phản mềm bảo mật hoạt động Trong

một mạng Wiñ, các công truy nhập có thể bị giới hạn vi lý do bảo mật Điều này lả một

trở ngại rất lớn với các ứng dụng mạng vả nó được khắc phục bằng cách sử dụng giao thức HTTP trong truyền thông HTTP sử dụng công 80 cho các yêu cầu Các yêu cầu đến

công này hâu hết được cho phép qua bất kỳ tường lửa hoặc router, và nỏ được dùng cho

tất cả các web HTTP sử dụng một kết nổi TCP day đủ trang thái, do đó bắt ky van dé phát sinh bởi các mạng dựa trên NAT cũng được khắc phục

>_ Yêu cảu quan ly bang thông,

Tỉnh nhất quán của băng thông là một vẫn đề lớn Nếu một người đủng đang xem một

video va một người khác trên củng mạng đột ngột chuyên file, băng thông khả dung cho

các video có thể bị ảnh hưởng nghiêm trọng Đề duy trì một chất lượng trải nghiệm tốt, nội dung đo đó cần được encode ở bitrate khác và giao thức truyền phải có khả năng tự đông chuyên đổi bitrate ma không cỏ sự gián đoạn trong việc phát lại hoặc thao tác của

người dùng.

Giao thức HTTT là mật giao thức đẳng bé client dén server nên chỉ cần một yêu câu đuy

Các playlist nảy thông thường có dang m3u§ và chứa một danh sách cáo churfk theo thí

tự Khi một clienL phát hiện hoặc băng thông không đã hoặc bäng thông khả dụng hiểu

hơn, nỏ có thể chuyển sang một trong bai playlist có bitrate thấp hoặc cao hơn và

download các chunks trong danh sách đó Do mỗi chunk được đồng hộ với các đồng

biale khác, nên có một quả Irình chuyển dội liển mạch giữa chúng dể play video không

bị giản đoạn Điều nảy đã duy trì chất lượng trải nghiệm cao

> Nhiéu dé phan gidi man hinh va client

Khi xuất hiện ngày càng nhiêu các thiết bị kết nổi Internet với khả năng duyét va play video ngày cảng lỏn, độ phân giải và bilrate cần thiết đẻ hỗ trợ các thiết bị này tăng theo

cập số nhân Trong quả khứ nhiêu thiết bị đã giao tiếp thông qua mốt giao thức độc

quyền Điều mày không khả thí để có các bộ múi hóa riêng biết, do đó hệ thông DRM và

server cho môi thiết bị cân dược hồ trợ

HTTP Adaptive streaming có khả năng cưng cấp nhiều dỗ phân giải và biuato trên một giao thie chung, m6 Diéu nảy cho phép cúng cổ cơ sở hạ tầng server, bộ mã hóa cho một hẻ thống quan ly duy nhật Một thiết bị mới có thế được thêm vào một cách đơn giản

thông qua một proltle mã hóa mới

30

vác S IEI

=L Z2

4

Hình 2-6: Streaming cho nhiều Client với nhiều độ phân giải

> Bao mat néi dung

Phương pháp phát quảng bá thông thường hạn chế truy nhập nội dung live được thực hiện

bằng việc mã hóa các dòng truyền đi Phương pháp này đã được áp dụng thành công để

truyền trực tiếp video qua mạng Internet: nội dung được mã hỏa giữa bộ mã hóa va server

một lần nữa giữa server và client

Tuy nhiên, nguy cơ của phương pháp này là nội dung được ghi tạm thời vào bộ nhớ

cache trong server trước khi truyền lại ngay lập tức và một lần nữa lại được ghi vào bộ

nhé cache ctia client trước khi phát và xóa Trong những khoảng thời gian ngắn, nội dung,

tồn tại rõ rang, và điều này tiêm ân nguy cơ vẻ bảo mật Ngoài ra, với các dịch vụ truyền

hình Catchup, VOD, nội đung sẽ được lưu trên các server trong mạng hoặc các thiết bị client và phải được bảo mật đẻ trảnh vi phạm bản quyền HTTP Adaptive streaming cho phép mã hỏa các chunk riêng biệt cho ca live streaming va VOD/Catehup Nội dung được

mã hỏa trong hoặc ngay sau khi encode và được duy trì như thẻ trong quá trình truyền qua mạng cũng như khi lưu trữ trên các server hoặc thiết bị client

31

2.2.4 Cac yiai phap six dung Adaptive Bitrate Streaming

TIiện cũng có nhiêu công nghệ truyền dòng đít liệu có khả năng thích nghỉ khác

Move từng là công cụ để phỏ biế động đữ liệu có khả năng thích nghỉ trên giao thức HTTT và có nhiễu bằng sáng chế vẻ công nghệ nay (đủ wuyén đồng

dữ liệu được phân doan đã dược sử dụng trước khi Move phổ biến nó)

Truyén dong dit ligu HTTP cỏ khả năng thích nghỉ 3GPP (AHS) là một phân của chuẩn

3GPP phiên bản phát hành thử 9 (xem AHS), Và 3GPP bản 10 cũng hoạt dộng với chuẩn

có tên gọi là DASIL,

Open TV Forum có chuẩn HTTP Adaptive Streaming (HAS) (xem HAS)

Công nghé MPEG Dynamie Adaptive SIrearring trên nến HTTP (DASH) dựa trên AHS của 3GPP và HAS cia Open TV Forum va gan hoàn thiện, Nó quy định rõ cách sử dụng

cã MP4 hay các đoạn của đòng dữ liệu (TS - transport stream) va cae ban tin KML (duoc

gợi là mô tả biểu diễn đữ liệu hoặc MPD) dược tải di tải lại DASH rất cò nhiều khả năng

trở thành lựa chọn định dạng của tương lai, nhưng hiện tại, do số lượng máy khách hỗ trợ

còn hạn chế nên chuẩn này chí có ưu điểm trên lý thuyết DASH thục sự được sử đụng trong nhiều trường hợp, kế cá tách hoặc nối các déng âm thanh, video và dữ liệu, cũng

như mã hóa Tuy nhiên, nhìn chưng nó cẻ nhiều nhược điểm như các wm điểm, vì nó

khiến khách hàng gặp khó khăn Irong thựo thì

Nhiều nhà cùng cấp DRM cé những thay đổi riêng đối với cáo hệ thống này

2.2.5 Apple IITTP Live Streaming

Không như Microsoft và Adobe, Apple đã lựa chon khéng sit dang dinh dang tap tin MPEG cũa 1SO - một định đạng dựa trên định dạng MOV của Apple - trong céng nghé truyền dòng dữ liệu có khả năng thích nghị Thay vào đỏ, HL8 chọn MPHG-2 T'S va phan

32

mảnh nó thành một chuối các tập tin MPEG-2 TS đề đóng gỏi cả âm thanh vả video Các đoạn này được đặt trên bắt kỳ máy chủ HTTP nảo cùng với các tập tin trong danh sách Tập tin kê khai danh sách (hoặc danh mục) là tập tin văn bản (dựa trên định dạng tập tin

m3u của Winamp) với phần mở rộng m3u8 Chỉ tiết đây đủ có thẻ xem tại [HLS]

HL§ định nghĩa 2 loại tập tin danh sách: thông thường và thay đổi Tập tin danh sách

thông thường liệt kê các URL trỏ đến các đoạn sẽ được phát tuần tu Cac tap tin danh sách thay đổi trỏ đến một bộ các tập tin danh sách thông thường khác nhau, mỗi tap tin dành cho một profile đầu ra Siêu dữ liệu được truyền trong tập tin danh sách như các ý' kiến - các đòng có ký tự # phía trước Trong trường hợp các tập tin danh sách bình thường, siêu dữ liệu bao gồm một số đánh thứ tự chuỗi dùng đề kết hợp các đoạn tử các

profile khác nhau, thông tin về độ đài đoạn, một chỉ dâu bảo hiệu xem các đoạn có được lưu trên bộ đệm không, vị trí của khóa giải mã, loại dòng, vả thông tin vẻ thời gian

Trong trường hợp danh sách thay đổi, siêu dữ liệu bao gồm tốc độ bit của profile, đô phân giải, độ mã hóa, và một ID có thẻ được dùng đề kết hợp các mã khác nhau của củng, một nội dung Hình 9 và Hình 10 minh họa một ví dụ về tập tin danh sách thay đổi HLS

Ap tin danh sách thông thường

'AM-TNE : PROGRAM-TD=1, BÀNDWTDTE=531475

'mn£ m3u8 ŠEXT-X~ETREAM-TNE : EROGSRAM-—TD=1, BANDWIDT!

Tình 2-7: Một tận tín danh sách thay đối H1.§ mình họa 8 profile đầu ra với tắc độ bịt

fEXTINF:1C,505.t5 506.ta

FEXTINE:1C, 507 507.ts

Nhãn #F-XT-X-MEDIA-SEQUENCE xác định số thứ tự chuối cña đoạn đần tiên, 505 ts;

nó được dùng để sắp xếp các đoạn từ các profile khác nhau Cần lưu ý rằng tên đoạn

không chúa thông tin cụ thể nào vê dong dit liệu Nhãn #BXT-X- TARGRTDURATION:1L là khoâng thời gián dự kiến (1Ô giây

thời gian này có thê thay đổi Nhãn #7XT-X-KBY:MBTIIODENONH thé

không có sự mã hỏa nào được sử dụng trong chuỗi này Các nhãn #EXTTNF:10 thế hiện

dộ dài của mỗi đoạn Như trong tập tia danh sách thay dối, các địa chỉ URL liên quan dén địa chỉ URL ca sở được sử dụng đề truy xuất danh sách

"Trong HLL8, một tập tín danh sách tương ứng với một dòng đữ liệu rực tuyến cần được

tải đi tái lại vi vậy máy khách có thế biết các địa chỉ LIRL, của hằu hết các đoạn có sẵn

nhất Danh sách được tải xuống mỗi lần một đoạn được phát, và đo đó, để giảm (hiểu

sẽ lượng các yêu cầu, Apple khuyến khich sử dụng tương đối các doan dai 10 giây Tuy

34

nhiên, kích thước của tập tin danh sách nhỏ hơn so với bắt kỳ nội dung video nào, và máy

khách sẽ duy trì một kết nỗi TCP mỡ đến máy chủ, vì vậy mạng clủu tối không dang ké

Có thể dùng các doan ngắn hơn Điều nảy cho phép máy khách diễu chính cho phủ hợp

với lốc độ tí nhanh hơn, Các đanh sách video theo yêu cầu (VøD) được phân biệt với các danh sách trực tuyến bởi các nhâu #EXT-X-PLAYLIST-TYPE and #EXT-X-

LUNDLIST

HLS là giao thức duy nhất không, yêu câu các đoạn phải bắt đầu với các khung hình IDR

Nó có thể tái xudng cac đoạn từ 2 profile và trao đẻi bộ giải mã giữa các profile trên một

khung hình TDR xuất hiện ở giữa một đoạn Tuy nhiên, việc này sẽ ngồn tiêm băng thông:

do hai doạn tương ứng với cùng một phản của video sẽ được tải về dồng, thời

HS có một số ưu diễm sau:

>- Lâ một giao thức đơm giản để sửa đổi Các danh sách có thể được Iruy cập dé dang

va dinh dang văn bản giúp dơn giãn hóa việc sửa dỗi phục vụ cho các ứng dung

như phát sóng lại hoặc chèn quảng cáo

> Ung dung cua tap tin TS la tao ra một hé sinh thái phong phú dễ thử nghiệp và

+kiêm tra tỉnh tương thích của tập tin

> ‘Tap tin 15 có thể chứa các siêu dữ liệu khác, như các tin hiệu SCTE35 hoặc nhãn ID3 (xem IILSID3)

®_ HL,§ vốn được đúng trên các thiết bị ¡O5 phỏ biến, rà ở đó người dùng thường,

hay trả tiền cho các ứng dụng và dịch vụ khác Do đó, TILS để kiếm tiền hơn

Tuy nhiên HUS có một số nhược diém sau:

>> HI.8 vốn không dược hỗ trợ trên nền tang hệ điều hành Wimdows

> Tap tỉn TS ghép âm thanh, video và đữ liệu với nhau Diễu nảy có nghĩa là việc hỗ trợ đã ngôn ngữ sẽ dẫn đến chỉ phí cho việc gửi đĩ mọi ngôn ngữ rong đoạn hoặc

35