TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN

 Các khái niệm cơ bản  Tín hiệu – dữ liệu  Dữ liệu đa phương tiện  Hệ thống truyền thông đa phương tiện...  Truyền thông đa phương tiện multimedia communication là sự kết hợp của

TS ĐINH ĐỒNG LƯỠNG – KHOA CNTT – ĐẠI HỌC NHA TRANG

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN

 Các khái niệm cơ bản

 Tín hiệu – dữ liệu

 Dữ liệu đa phương tiện

 Hệ thống truyền thông đa phương tiện

1 Signal vs Data ?

2 Anolog vs Digital signal ?

Câu hỏi thảo luận

H1

Để truyền đi, dữ liệu phải chuyển sang tín hiệu Tín hiệu có dạng sóng điện từ lan truyền trong những môi trường khác nhau, tùy thuộc vào phổ tín hiệu

Dữ liệu có thể là tương tự hoặc số Dữ liệu tương tự lấy giá trị liên tục trong một khoảng thời gian (ví dụ: âm thanh và video) Dữ liệu số lấy giá trị rời rạc (ví dụ: văn bản hoặc số

tự nhiên)

Tín hiệu có thể là tương tự hoặc số Tín hiệu tương tự có giá trị thay đổi liên tục theo thời gian Tín hiệu số được xác định trên một tập rời rạc theo thời gian

Khái niệm: Dữ liệu và tín hiệu

Tín hiệu tuần hoàn gọi là sóng mang, Tín hiệu mang thông tin gọi là tín hiệu được điều chế, Các thông số của sóng mang được dùng trong quá trình điều chế có thể là biên độ, pha, tần số

Minh họa: Điều chế tín hiệu

Một tín hiệu x(t) được gọi là tuần hoàn nếu tốn tại một hằng

số T0 sao cho x(t)=x(t+T0)

Tín hiệu không tuần hoàn luôn thay đổi không có tập giá trị hay chu kỳ nào được được lập lại theo thời gian

Trong truyền thông, người ta thường sử dụng tín hiệu tương

tự tuần hoàn và tín hiệu số không tuần hoàn

Tín hiệu tuần hoàn và không tuần hoàn

Multi + Media

 Multi : many; much; multiple

 Medium : An intervening substance through which something is transmitted or

carried on; A means of mass communication such as a newspaper, magazine or TV

 Franklin Kuo:

 “Multimedia concerns the representation of mixed modes of

information – text, data, image, audio and video – as digital

 Truyền thông đa phương tiện (multimedia communication) là sự kết hợp của hai công nghệ xử lý dữ liệu đa phương tiện và mạng truyền thông

 Dữ liệu đa phương tiện (Multimedia) là tổng hợp của nhiều kiểu

Media Types: Two broad classes:

 Static, time-independent discrete media: Text,

graphics, images Information in these media consist

exclusively of a sequence of individual elements without a time component

 Dynamic, time-dependent continuous media: Sound,

video Information is expressed as not only of its

individual value, but also by the time of its occurrence

Khái niệm : Media Types

Dữ liệu tự nhiên và nhân tạo

 Dữ liệu tự nhiên (natural): được thu nhận trực tiếp từ thế giới thực (ví dụ?)

 Dữ liệu nhân tạo (artificial): thông tin được tạo ra từ máy tính (ví dụ?)

Dữ liệu rời rạc và liên tục

 Dữ liệu rời rạc: chỉ bao gồm các chiều về không gian (ví dụ?)

 Dữ liệu liên tục: Bao gồm các chiều về cả thời gian và không gian (ví dụ?)

Dễ dàng thực hiện các tương tác với phương tiện dạng số bằng máy tính điện tử

Dễ dàng thao tác, xử lý, mã hóa và nhân bản

Hệ thống có độ tin cậy cao, tính chống nhiễu tốt hơn

Dễ tích hợp khi truyền thông

Tín hiệu: analog vs digital signal

Hệ thống tương tự

Hệ thống số

Minh họa khả năng chống nhiễu của

hệ thống

1 Multi-data, digital signal processing ?

Văn bản thô (Plain text)

 Lưu thông tin định dạng bên cạnh từ mã của ký tự

 Nhiều chuẩn khác nhau

 Ký tự có nhiều kích cỡ, hình dạng và kiểu dáng

Dữ liệu: Text

 Phương pháp thống kê: Mã Huffman

 Phương pháp từ điền: Lempel-Ziv

 Tỷ lệ nén: 1/2 - 2/3 kích thước văn bản

Mã hóa và nén văn bản

Văn bản có thể chỉnh sửa, chứa các thông tin cấu trúc như

đường thẳng, hình tròn v.v…

Thường được tạo ra bởi các chương trình máy tính như Corel

Draw, Adobe Illustrator

Dữ liệu: Graph

Tập hợp các điểm ảnh trong không gian 2 chiều

 Điểm ảnh: phần tử nhỏ nhất biểu diễn ảnh

 Điểm ảnh được biểu diễn bởi một số lượng bit nhất định

 Pixel depth: số lượng bit biểu diễn một điểm ảnh

Không chứa thông tin cấu trúc

Ảnh đưa vào máy tính bằng máy quét (scanner)

Dữ liệu: Image

Ví dụ về ảnh tĩnh

 Ảnh nhị phân: pixel depth 1

 Ảnh đa mức xám: pixel depth 8

 Ảnh màu: pixel depth 24

Dữ liệu: Image

Đồ họa

 Có thể chỉnh sửa, thay đổi

 Chứa các thông tin cấu trúc

 Nội dung ngữ nghĩa được bảo toàn lúc trình chiếu

 Miêu tả bằng các đối tượng

Ảnh tĩnh

 Không thể chỉnh sửa, thay đổi

 Không ý thức được các thông tin cấu trúc

 Nội dung ngữ nghĩa không được bảo toàn lúc trình chiếu

 Miêu tả bằng các điểm ảnh

Graph vs image

Nén không mất mát thông tin

 Mã loạt dài (RLC)

 Mã từ điền Lempel-Ziv

 GIF, BMP, TIFF

Nén mất mát thông tin

 Nén dựa trên các biến đổi không gian (Transform coding)

 Giảm mẫu kênh màu (Chroma sub-sampling)

 JPEG, JPEG2000

Ảnh nén

Cả hai đều là chuỗi các ảnh tĩnh hoặc đồ họa được trình chiếu trong một khoảng thời gian để tạo ra cảm giác chuyển động

 Lưu tập hợp của các đối tượng

 Chuyển động của các đối tượng dựa trên tính toán

Video vs Animation

International Telecommunication Union (ITU-T)

 H.261: ISDN Video Phone (px64 kb/s)

 H.263: PSTN Video Phone (<64 kb/s)

 H.26L: Nhiều ứng dụng khác nhau (<64 kb/s)

• Truyền hình theo yêu cầu, Video Mail

International Organization for Standard (ISO)

 MPEG-1 Video: CD-ROM (1.2 Mb/s)

 MPEG-2 Video: SDTV, HDTV (4-80 Mb/s)

 MPEG-4 Video: Nhiều ứng dụng khác nhau (24-1024 kb/s)

Nén Video

Âm thanh (âm thanh thoại, âm nhạc, tiếng ồn)

 Tín hiệu tương tự một chiều biến thiên theo thời gian

 Được lan truyền dựa trên áp suất và tương tác giữa các phân tử trong môi trường truyền dẫn

Sóng âm thanh: Có dạng hình sin với các đặc trưng

Tín hiệu âm thanh được chuyển sang dạng số

 High-Density File Transfers

 Graphics File Transfers

 Audio File Transfers

 Video File Transfers

 Text Files: txt, doc, rtf

 Audio Files: au, aif, wav

 Graphic files: jpg, gif, tif, bmp, pict, pcx

 Moving video files: qt, mov, avi

 Animation: fli, flc

Các loại tập tin lưu trữ dữ liệu ĐPT

Minh họa ảnh amination

Đặc tính của dữ liệu đa phương tiện

Mô hình truyền dữ liệu

 Thiết bị nguồn tạo ra dữ liệu cần truyền

 Thiết bị truyền chuyển đổi và mã hóa dữ liệu thánh sóng điện từ để truyền đi trong môi trường truyền dẫn

 Hệ thống truyền dẫn có thể là đường truyền hoặc mạng máy tính để kết nối giữa thiết bị nguồn và đích

 Thiết bị nhận chuyển đổi tín hiệu điện từ thành dạng dữ liệu

 Thiết bị đích nhận dữ liệu từ thiết bị nhận

The media streams are digital They can be processed (e.g., compressed/ decompressed, analyzed) in the computer

Minh họa

Thiết bị đa phương tiện

Nhiệm vụ của hệ thống truyền thông

 Thu nhận/tái tạo ( Production)

Sự phát triển hạ tầng mạng

Sự phát triển của băng thông trong mạng

Thế hệ 1:

 Truyền dữ liệu đa phương tiện từ máy tính đến máy tính khác

 Trình bày dữ liệu đến người sử dụng

Thế hệ 2:

 Các qui trình xử lý như so sánh, tìm kiếm, tái tạo âm thanh, hình ảnh thời gian thực và nhận dạng được sử trong các hệ thống đa phương tiện

 Trong hệ thống đa phương tiện tương lai là sự tích hợp của xử lý

và truyền thông

Sự phát triển của hệ thống truyền thông ĐPT

Minh họa: Mạng truyền thông đa phương tiện

Transmission

Compression Processing

Audio/Video Presentation Playback

Audio/Video Perception/

Multimedia system, OSI, TCP/IP Stack

So sánh các kiến trúc phân lớp (layer)

Giao thức internet trong TTĐPT

 Multimedia over TCP

 Multimedia over UDP

Real-time Transport Protocol (RTP) provides support for the transport of real-time data such as video and audio streams

RTP needs support from lower layers that actually have

control over resources in switches and routers

Giao thức truyền thông (RTP/RTCP)

 Real-Time Control Protocol extends RTP

 In an RTP session, participants periodically send RTCP packets to convey feedback on quality of data delivery and information of membership

 Packets defined for carrying control information:

 SR: Sender report, for transmission and reception statistics from session participants that are

 active senders

 RR: Receiver report, for reception statistics from session participants, that are not active

 senders

 SDES: Source description items, including CNAME

 BYE: Indicates end of participation

 APP: Application specific functions

Giao thức truyền thông (RTCP)

 SDR, VIC, VAT and RAT, WB, NTE

Giao thức truyền thông ĐPT

RSVP

 Network control protocol

 Allows data receiver to request a special end-to-end quality of

service for its data flows

RTSP

 A client-server multimedia presentation protocol to enable controlled delivery of streamed multimedia data over IP network

 Aims to provide the same services on streamed audio and video just

as HTTP does for text and graphics

Giao thức truyền thông ĐPT

 Hai mô hình truyền thông chính trong hệ thống

 Mô hình giao tiếp người với người

 Mô hình giao tiếp người và máy

Các thành phần hệ thống TTĐPT

Transport

Use Interface

Use Interface

Transport

Processing Storage and Retrieval

Use Interface

Yêu cầu người sử dụng:

 Fast preparation and presentation

 Dynamic control of multimedia applications

 Intelligent support to users

 Standardization

Yêu cầu về mạng

 High speed and varible bit rates

 Multiple virtual connections using the same access

 Synchronization of different information types

 Suitable standardized services along with support

Such requirements are known as Quality-of-Service (QoS) guarantees

Những yêu cầu đặt ra

Guaranteeing QoS has the following effects in a

There are three levels of QoS

1 Best-effort service - the system makes a best effort with no QoS guarantees

2 Soft QoS - allows different traffic streams to

be prioritized, however no QoS guarantees are made

3 Hard QoS - the QoS rquirements are

guaranteed

Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

Parameters Defining QoS:

Throughput - the total amount of work completed during a specific time interval

Delay - the elapsed time from when a request is first submitted to when the desired result is

produced

Jitter - the delays that occur during playback of a stream

Reliability - how errors are handled during

transmission and processing of continuous media

Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

Examples of A/V QoS Parameters

 QoS for Audio service:

• Sample rate – 8000 samples/second (8KHz), 44.1 KHz

• Sample resolution – 8 bits per sample, 16 bits per sample

 QoS for Video service:

• Video frame rate – 25 frames per second, 30 frames per second

Examples of Network QoS

QoS for network service:

• Throughput – Number of bits per second

– e.g., 100 Mbps (Ethernet throughput) – level 1 – e.g., 10 Mbps (WiFi throughput) – level 2 – e.g., 128 kbps (ISDN throughput) – level 3

• Connection setup time – time how long it take to connect the sender and receiver

Quality of Experience

Quality of Service

Đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS

Multimedia Information Systems: Cơ sở dữ liệu đa phương

tiện, Sách điện tử, Hệ thống chuyên gia, v.v…

 Multimedia Communication Systems: VOIP, Truyền

thông audio và video, Computer-supported collaborative

works, Hội nghị truyền hình, IPTV, Dịch vụ truyền dữ liệu

đa phương tiện từ xa, v.v…

 Multimedia Entertainment Systems: Game, Game 3D,

Thiết kế đa phương tiện, Multiplayer networks, Sản phẩm

tương tác dựa trên audio và video, v.v

Các ứng dụng điển hình

Multimedia Educational Systems: E-Books, Elearning,

Flexible teaching materials, Simulation

education systems, v.v

Multimedia Business Systems: Thương mại điện tử,

Mua sắm dựa trên hiện thực ảo v.v…

Các ứng dụng điển hình

Trong lĩnh vực truyền thông:

 Điện tín, điện thoại, fax

 Phát thanh và truyền hình (video on Demand)

 Điện thoại có hình, điện thoại internet (Voice IP)

 Hội thảo trực tuyến (Video Conferences), …

 Hệ thống đào tạo từ xa, khám bệnh từ xa (telemedecine),…

Các ứng dụng điển hình

Trong lĩnh vực xử lý thông tin:

 Kỹ thuật xử lý đồ họa được tích hợp (Photoshop, coreldraw, 3D max, Unity,…)

 Các ứng dụng có tích hợp và xử lý nhanh tín hiệu đa phương tiện (office editor: word, powerpoint, … )

 Các ứng dụng e-learning

Các ứng dụng điển hình

Truyền hình theo yêu cầu (VoD)

Yêu cầu

 Tìm hiểu:

 Tổng quan

 Trình bày phân loại

 Chi tiết từng loại

 Minh họa, lập trình demo (nếu có, khuyến khích)

 Viết báo cáo:

 Một báo cáo: khoảng 10-20 trang (docx), font chữ 12pt, kiểu chữ Time New Roman, Slide báo cáo: khoảng 15-30 slide

Một ví dụ về cấu trúc thông tin của một tập tin Wave 72 bytes được biểu diễn như sau:

Minh họa đọc file âm thanh wav

Giao diện chính của matlab

Lịch sử

về các lệnh

Xem cú pháp của lệnh: >>help <tên lệnh>

Minh họa đọc file text trong matlab: textread

Đọc file: imread(…), hiển thị file ảnh: imshow(…) Minh họa đọc file ảnh trong matlab

Minh họa đọc file wav trong matlab

Đọc file: wavread(…), ghi file: wavwrite(…), phát âm thanh: sound(…)