Kỹ thuật truyền thông đa phương tiện và ứng dụng trong giảng dạy trực tuyến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Giao tiếp one-to-one qua cuộc gọi point-to-point 3 Hình 1.2: Giao tiếp one-many qua

Trang 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

Mẫu 3 Trang phụ bìa luận văn (title page)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Trang 2

Mẫu 4 Trang bìa 1 tóm tắt luận văn thạc sĩ (khổ 140 x 200 mm)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM VIỆT BÌNH

THÁI NGUYÊN - 2010

Ket-noi.com kho tai lieu mien phi

Trang 3

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan luận văn này do tôi tự nghiên cứu, tìm hiểu và tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác nhau Luận văn tốt nghiệp là kết quả của quá trình học tập, nghiên cứu và thực hiện hoàn toàn nghiêm túc, trung thực của bản thân Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung và sự trung thực trong luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ của mình

Trang 4

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Giao tiếp one-to-one qua cuộc gọi point-to-point 3 Hình 1.2: Giao tiếp one-many qua cuộc gọi point-to-point 3 Hình 1.3: Giao tiếp many-many qua cuộc gọi point-to-point 4 Hình 1.4: Video conference có nhiều bên tham gia qua cuộc gọi đa

Hình 1.5: Nhiều giáo viên cùng giảng một lớp học sử dụng video conference

6

Hình 1.6: Một giáo viên cùng giảng nhiều lớp học sử dụng video conference

6 Hình 1.7: Các nhân tố tạo nên chất lượng dịch vụ 9 Hình 2.1: Các thành phần trong hệ thống H323 22

Hình 2.6 Các vị trí của MC và MP trong hệ thống H.323 28

Hình 2.8 Gatekeeper tìm đường báo hiệu cuộc gọi

Trang 5

viên

Hình 3.5 Biểu đồ usecase của tác nhân

người dạy

57

Hình 3.7 Biều đồ trình tự module voice

Hình 3.15 Giao diện truyền dẫn của module

Video Service

66

Hình 3.16 Giao diện nhận hình ảnh của

module Video Service

Trang 6

MỤC LỤC

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN 3

1.1 Giới thiệu về truyền thông đa phương tiện 4

1.2 Phân loại ứng dụng truyền thông đa phương tiện: 4

1.2.1 Truyền video và audio đã được lưu trữ trên server (streaming stored audio and video) 4

1.2.2 Truyền trực tiếp audio/video (Streaming live audio/video) 5

1.2.3 Ứng dụng tương tác audio/video thời gian thực: 5

1.2.4 Ứng dụng video conference 5

1.2.4.1 Meetings (họp) 6

1.2.4.2 Classroom (giảng dạy) 9

1.2.4.3 Các cơ chế sử dụng trong video conference 11

1.2.5 Các thành phần chất lượng dịch vụ trong ứng dụng mạng đa phương tiện và video conference nói riêng 11

1.2.5.1 Sự mất mát gói tin (packet loss) 11

1.2.5.2 Độ trễ end-to-end (end-to-end delay) 12

1.2.5.3 Jitter - Sự thăng giáng độ trễ 12

1.3 Nén dữ liệu audio/video 14

1.3.1 Một số kĩ thuật nén audio 14

1.3.2 Nén video 18

1.4 Những vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ (QoS) của Multimedia 19

1.4.1 Khái niệm về đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS): 19

1.4.2 Ứng dụng đa phương tiện qua mạng 21

1.4.3 Các ứng dụng đa phương tiện mạng : 21

1.4.4 Ví dụ về các ứng dụng đa phương tiện: 21

1.4.5 Rào cản đối với multimedia trên mạng Internet 22

1.4.5.1 Đặc điểm truyền dữ liệu trên Internet hiện nay 22

1.4.5.2 Cách khắc phục: 23

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN 26

2.1 Kỹ thuật H323 26

2.1.1 Giới thiệu H323: 26

2.1.2 Các thành phần cơ bản của kỹ thuật H.323: 26

2.1.2.1 Các ưu điểm của H.323: 26

2.1.2.2 Kiến trúc hệ thống của H.323: 28

2.1.3 Sơ đồ cấu trúc phân lớp: 35

2.1.3.1.Video Codec: 35

2.1.3.2 Audio Codec: 36

2.1.3.3 Data Channel (Kênh dữ liệu): 36

2.1.4 Điều khiển hệ thống 36

2.1.4.1 Chức năng điều khiển H.245: 36

2.1.4.2 Chức năng báo hiệu RAS H.225.0: 37

2.1.4.3 Chức năng báo hiệu cuộc gọi H.225.0: 38

2.2 Kỹ thuật lập trình socket và công nghệ Silverlight 41

2.2.1 Lập trình socket 41

2.2.2 Silverlight 45

2.2.2.1 Định nghĩa Silverlight 45

2.2.2.2 Đặc tính của Silverlight 45

Trang 7

2.2.2.3 Kiến trúc tổng thể và các mô hình lập trình của Silverlight 46

2.2.2.4 Khả năng hỗ trợ trình duyệt, hệ điều hành và các công nghệ liên quan 49

2.3 Kỹ thuật làm tăng chất lượng dịch vụ cho ứng dụng đa phương tiện 50

2.3.1 Những nhược điểm của mạng IP với dịch vụ cố gắng tối đa (best effort) 50

2.3.2 Sử dụng giao thức UDP ở tầng giao vận 50

2.3.3 Cơ chế loại bỏ jitter ở phía nhận 51

2.3.3.1 Làm trễ việc chơi với thời gian cố định (fixed playout delay) 52

2.3.3.2 Làm trễ thời gian thích nghi (adaptive playout delay) 53

2.3.4 Khôi phục các gói tin bị mất tại phía nhận 55

2.3.4.1 FEC 55

2.3.4.2 Cơ chế xen kẽ (interleaving) 56

2.3.4.3 Cơ chế khôi phục gói tin bị mất chỉ dựa trên phía nhận (receiver- based) 57

CHƯƠNG III: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG 59

3.1 Phân tích thiết kế chương trình 59

3.1.1 Giới thiệu bài toán 59

3.1.2 Phân tích 59

3.1.2.1 Mô hình Client/Server 59

3.1.2.2 Mô hình Peer to Peer 60

3.1.3 Thiết kế 61

3.1.3.1 Sơ đồ hệ thống 61

3.1.3.2 Biểu đồ Usecase 62

3.1.4 Biểu đồ trình tự 64

3.1.4.1 Biểu đồ trình tự của chức năng truyền nhận âm thanh 64

3.1.4.1 Biểu đồ trình tự của chức năng truyền nhận hình ảnh 65

3.1.4.3 Biểu đồ trình tự của chức năng truyền nhận desktop 66

3.1.4.4 Biểu đồ trình tự của server 67

3.2 Kết quả của chương trình 68

3.2.1 Cài đặt chương trình 68

3.2.1.1 Cài đặt Silverlight 68

3.2.1.2Cài đặt IIS 69

3.2.2 Kết quả chương trình 70

3.2.2.1 Khởi tạo Server 70

3.2.2.2 Voice Service 71

3.2.2.3 Video Service 72

3.2.2.4 Desktop Service 73

3.2.2.5 Text Chat 74

Trang 8

MỞ ĐẦU

Ngày nay, truyền thông nói chung, và truyền thông đa phương tiện nói riêng đang rất được quan tâm, bởi tính thực tiễn và kinh tế Nhờ có truyền thông đa phương tiện con người trao đổi thông tin từ xa thông qua văn bản, hình ảnh và âm thanh

Bên cạnh đó, mạng máy tính đã và đang phổ biến trong cơ quan, doanh nghiệp, nên ứng dụng mạng như chia sẻ dữ liệu, phần mềm trực tuyến ngày càng được ưa chuộng và trở thành yếu tố không thể thiếu trong xã hội thông tin hiện đại

Bởi vậy, việc nghiên cứu kỹ thuật truyền thông nói chung, truyền thông đa phương tiện nói riêng nhằm làm chủ và tạo nền tảng phát triển ứng dụng truyền thông mạng như dạy học trực tuyến đang trở thành chủ đề nghiên cứu của nhiều tổ chức nghiên cứu trong và ngoài nước

Luận văn gồm 3 chương:

Chương I: Tổng quan về truyền thông đa phương tiện

Chương này giới thiệu về truyền thông đa phương tiện, phân loại ứng dụng truyền thông đa phương tiện và những vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ truyền thông

đa phương tiện

Chương II: Kỹ thuật truyền thông đa phương tiện

Trong chương này nghiên cứu một số kỹ thuật trong truyền thông đa phương tiện như H323, kỹ thuật lập trình Socket, công nghệ Silverlight

Chương III: Xây dựng ứng dụng

Chương này trình bày về ứng dụng một số kỹ thuật đã nghiên cứu để thiết kế chương trình và cài đặt và cấu hình hệ thống

Trang 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN

1.1 Giới thiệu về truyền thông đa phương tiện

1.1.1 Khái niệm

Hệ mang tin phương tiện là hệ thống cung cấp tích hợp các chức năng lưu trữ, truyền dẫn và trình diễn các kiểu phương tiện mang tin rời rác (văn bản, đồ hoạ, ảnh…)

và liên tục (audio, video) trên máy tính

Các kiểu media trong hệ thống đa phương tiện gồm:

- Media độc lập với thời gian: thông tin không liên quan gì đến việc định thời luồng dữ liệu, ví dụ như văn bản, đồ hoạ, ảnh

- Media phụ thuộc thời gian: thông tin có quan hệ chặt chẽ với thời gian, phải được trình diễn tới người sử dụng vào những thời điểm xác định.ví dụ: animation, audio, video, game online

Hệ thống đa phương tiện cũng là hệ thống thời gian thực

1.2 Phân loại ứng dụng truyền thông đa phương tiện:

Chúng ta có thể chia các ứng dụng mạng đa phương tiện thành 3 lớp lớn

1.2.1 Truyền video và audio đã được lưu trữ trên server (streaming stored audio and video)

Trong lớp ứng dụng này, client yêu cầu các file audio, video đã được nén và được lưu trữ trên server Các file audio có thể là: bài giảng, bài hát … Các file video có thể là: phim, clips… Tại một thời điểm nào đó, client yêu cầu file audio, video từ server Trong hầu hết các ứng dụng loại này, sau một thời gian trễ vài giây, client sẽ chạy file audio, video trong khi tiếp tục nhận file từ server Đặc tính vừa chạy file, trong khi tiếp tục nhận những phần sau của file gọi là streaming Nhiều ứng dụng còn cung cấp tính năng tương tác người dùng (user interactivity) Ví dụ: pause, resume, jump, skip Khoảng thời gian từ lúc người dùng đưa ra yêu cầu (play, skip, forward, jump) tới khi bắt đầu nghe thấy trên máy client nên nằm trong khoảng

từ 1 – 10 giây để người dùng có thể chấp nhận được Yêu cầu đối với độ trễ và thăng giáng độ trễ - jitter của ứng dụng loại này không chặt chẽ bằng ở trong ứng dụng thời gian thực như : điện thoại internet, video conference thời gian thực Hiện nay có các chương trình hỗ trợ streaming stored audio/video như: RealPlayer, Netshow …

Trang 10

1.2.2 Truyền trực tiếp audio/video (Streaming live audio/video)

Các ứng dụng loại này cũng tương tự như phát thanh và truyền hình quảng bá (broadcast) truyền thống chỉ có điều nó được thực hiện trên internet Nó cho phép người dùng nhận được audio/video trực tiếp được phát ra từ bất kỳ nơi nào trên thế giới Trong lớp ứng dụng mạng đa phương tiện loại này, audio/video được truyền trực tiếp, không được lưu trữ trên server như loại ứng dụng mạng đa phương tiện đã nói ở trên, client không thể tương tác người dùng như: pause, forward, rewind,

… Tuy nhiên, nếu các file audio/video được lưu giữ cục bộ tại các client, một số ứng dụng có thể pause, rewind… Truyền hình, phát thanh trực tiếp thường được phát broadcast tới nhiều client qua kĩ thuật multicast hoặc qua nhiều luồng unicast riêng Hạn chế về thời gian trễ (độ trễ) của truyền hình, phát thanh trực tiếp là khắt khe hơn các ứng dụng truyền audio/video được lưu trữ; Độ trễ tới 10 giây là có thể chấp nhận được

1.2.3 Ứng dụng tương tác audio/video thời gian thực:

Lớp ứng dụng này cho phép mọi người dùng audio, video để tương tác thời gian thực với người dùng khác Một ví dụ về audio tương tác thời gian thực là điện thoại internet Nó cung cấp dịch vụ điện thoại với giá rất rẻ so với dịch vụ điện thoại truyền thống nhưng bù vào đó là chất lượng không được tốt và ổn định như điện thoại truyền thống Với tương tác video thời gian thực, còn gọi là video-conferenceing, mọi người có thể giao tiếp với nhau một cách rất trực quan Trong các ứng dụng tương tác audio/video thời gian thực thì độ trễ nên nhỏ hơn vài trăm miligiây Ví dụ với

âm thanh: độ trễ nên nhỏ hơn 400 ms

1.2.4 Ứng dụng video conference

Như đã đề cập ở trên, video conference là ứng dụng mạng đa phương tiện thuộc lớp thứ ba: ứng dụng tương tác thời gian thực Đây là lớp ứng dụng đòi hỏi chất lượng dịch vụ mạng (độ trễ, jitter, sự mất mát gói tin) cao nhất trong ba lớp ứng dụng ở trên để thoả mãn nhu cầu của người dùng Video conference hiện nay được sử dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực: trong cuộc họp của các công ty, các tổ chức; trong giáo dục: đào tạo từ xa; trong y tế: khám chữa bệnh, phẫu thuật từ xa Sau đây là một số ứng dụng tiêu biểu của video conference

Trang 11

1.2.4.1 Meetings (họp)

Những người tham dự cuộc họp là trường hợp đơn giản nhất minh hoạ cho việc sử dụng video conference Với những cuộc họp diễn ra thường xuyên và cần các bên tham gia giao tiếp với nhau (face-to-face communication), video conference

là sự thay thế hoàn hảo cho các cuộc họp bình thường mà các bên tham gia phải cùng có mặt tại cùng một địa điểm Các bên tham gia có thể ở xa nhau và sử dụng video conference để tiến hành họp Điều này sẽ giảm chi phí, thời gian giành cho việc

đi lại và việc tham dự cuộc họp sẽ vô cùng thuận tiện Việc tổ chức các cuộc họp cũng đơn giản hơn và hiệu quả hơn Các cuộc họp sẽ diễn ra thường xuyên, không cần phải lập lịch trước (để chuẩn bị chi phí, thời gian đi lại) và được tiến hành qua video conference, qua đó nâng cao hiệu quả công việc giữa những người cùng làm trong một dự án nhưng lại ở những địa diểm khác nhau Sau đây là một số minh hoạ của việc sử dụng video conference trong việc tổ chức các cuộc họp sử dụng cuộc gọi điểm-điểm (point-to-point call) bao gồm các trường hợp giao tiếp: một-một (one-to-one), một- nhiều (one-to-many) và nhiều-nhiều (many-to-many )

Hình 1.1: Giao tiếp one-to-one qua cuộc gọi point-to-point

Trang 12

Hình 1.2: Giao tiếp one-many qua cuộc gọi point-to-point

Trang 13

Hình 1.3: Giao tiếp many-many qua cuộc gọi point-to-point Trong mỗi trường hợp ở trên, chất lượng của audio/video đóng vai trò rất quan trọng tới thành công của cuộc họp Điều này sẽ khiến cho các bên tham gia họp cảm thấy mình thật sự là phần quan trọng của cuộc họp hay không Trong video conference, audio có thể có vai trò quan trọng hơn video Những ảnh hưởng nhỏ của video như: độ phân giải, độ trễ thường được người sử dụng chấp nhận, nhưng đối với audio thì không

Do đó việc cố gắng cải thiện chất lượng audio trong video conference sẽ đem lại sự thoả mãn của các bên tham gia

Một nhân tố khác ảnh hưởng tới chất lượng của video conference là băng thông mà các bên tham gia kết nối vào Băng thông càng cao thì chất lượng của video conference càng tốt Băng thông khoảng 384 Kbps là tốc độ kết nối được sử dụng nhiều trong thực tế để tiến hành video conference Băng thông như trên làm việc tốt trong trường hợp cuộc họp là “tĩnh” nghĩa là các bên tham gia cuộc họp không di chuyển nhiều, các hoạt động bị hạn chế Nếu trong cuộc họp mà các bên tham gia di chuyển nhiều (tiến hành các hoạt động, minh hoạ ) thì cần phải có băng thông kết nối cao hơn để đảm bảo chất lượng của cuộc họp

Trang 14

Trong các cuộc họp có nhiều bên tham gia sử dụng cuộc gọi đa điểm (multipoint call) phải cần có một MCU (Multipoint Control Unit) Các bên tham gia có thể kết nối với băng thông khác nhau Ví dụ: một bên kết nối với tốc độ

384 Kbps chỉ nhận được 384 Kbps từ bên kết nối với tốc độ 1.5 Mbps Trong trường hợp cuộc họp nhiều bên tham gia (multi-point meeting), ta có minh hoạ như hình dưới:

Hình 1.4: Video conference có nhiều bên tham gia qua cuộc gọi đa điểm (multipoint call)

1.2.4.2 Classroom (giảng dạy)

Trong giảng dạy ở trường học, chúng ta có thể sử dụng video conference Khi đó sẽ có thay đổi so với lớp học truyền thống Có 2 trường hợp

sử dụng phổ biến sau Trường hợp đầu: phía tham gia thêm vào lớp học có thể là một giảng viên nữa hoặc là đồng giảng viên Trong trường hợp thứ hai, một giảng viên có thể giảng thêm cho một lớp học từ xa

Trang 15

Hình 1.5: Nhiều giáo viên cùng giảng một lớp học sử dụng video

conference

Hình 1.6: Một giáo viên cùng giảng nhiều lớp học sử dụng video

conference

Trang 16

1.2.4.3 Các cơ chế sử dụng trong video conference

Các cơ chế điều khiển hiển thị video

• Voice activated: hình ảnh của bên đang nói được hiển thị tại tất cả

các bên tham gia

lại

Các cơ chế điều khiển audio

• Half duplex audio: các bên chỉ có thể nghe thấy một người nói tại

một thời điểm

• Full duplex audio: mọi bên có thể nghe thấy tất cả các bên nói tại

mọi thời điểm

Các cơ chế điều khiển kết hợp có thể là

• Không điều khiển (no control): sử dụng full duplex audio ở tất cả

các bên tham gia Trong trường hợp này, người đứng đầu (lead speaker) được chọn

do các bên tham gia tự thoả thuận Các bên tham gia có thể xem hình ảnh theo kiểu voice- activated hoặc continuous presence

• Chair control: quyền điều khiển được truyền qua cơ chế nào đó, thí dụ

“biểu quyết bằng giơ tay” (electronic hand raising) Bên tham gia nắm quyền điều

khiển sẽ được nhìn và nghe thấy bởi các bên cho tới khi quyền điều khiển được truyền cho người khác

• Lecture-style: Một biến thể của cơ chế chair control Một bên được

gán quyền điều khiển và có thể kích hoạt hoặc không kích hoạt quyền chair control

1.2.5 Các thành phần chất lượng dịch vụ trong ứng dụng mạng đa phương tiện nói chung và video conference nói riêng

1.2.5.1 Sự mất mát gói tin (packet loss)

Có nhiều nguyên nhân gây ra mất gói tin: do lỗi của đường truyền hoặc do gói tin bị loại bỏ tại hàng đợi của chuyển mạch, router (khi hàng đợi đã đầy) Xét một ví dụ với ứng dụng điện thoại Internet Khi một udp datagram (gói tin của giao thức udp) được tạo bởi ứng dụng điện thoại internet, nó được đóng gói trong một ip

Trang 17

datagram, ip datagram được chuyển tới phía nhận Khi datagram truyền qua mạng, nó tới bộ đệm tại hàng đợi trong router Có thể bộ đệm của router đã đầy và không thể nhận datagram Trong trường hợp này, IP datagram bị loại bỏ và coi như bị mất Nó không tới được phía nhận

Sự mất mát gói tin có thể được loại bỏ bằng cách gửi gói tin qua TCP TCP

sẽ truyền lại gói tin Tuy nhiên, cơ chế truyền lại là không thể chấp nhận được đối với ứng dụng thời gian thực như là điện thoại internet bởi vì nó làm tăng độ trễ lên quá lớn Hơn nữa, theo cơ chế điều khiển tắc nghẽn trong TCP , sau khi mất gói tin, tốc độ truyền tại phía gửi có thể giảm tới tốc độ thấp hơn tốc độ đọc phía nhận Điều này ảnh hưởng tới phía nhận Vì thế, hầu hết các ứng dụng điện thoại internet đều chạy trên udp và không quan tâm tới việc truyền lại gói tin bị mất

Tỉ lệ mất gói tin từ 1% tới 20% có thể chấp nhận được, phụ thuộc vào các

cơ chế âm thanh được lập mã và truyền đi và phía nhận sử dụng cơ chế sửa lỗi hay không Ví dụ: cơ chế sửa lỗi tại phía nhận FEC (forward error correction) có thể khắc phục việc mất gói tin Với FEC, thông tin thêm vào được truyền cùng với thông tin ban đầu để dữ liệu bị mất có thể được khôi phục từ chúng Tuy nhiên, nếu tắc nghẽn xảy ra, tỉ lệ mất gói tin vượt quá 20%, chất lượng âm thanh sẽ không đạt yêu cầu

1.2.5.2 Độ trễ end-to-end (end-to-end delay)

Là tổng hợp của : thời gian xử lý và chờ trong hàng đợi của router, thời gian truyền gói tin lên đường truyền (transmission time), thời gian truyền gói tin tới phía nhận (propagation time) và thời gian xử lý của phía nhận Với các ứng dụng tương tác thời gian thực như điện thoại internet, độ trễ end-to-end nhỏ hơn 150ms

là không gây ra vấn đề gì (giác quan con người không cảm nhận được độ trễ này), độ trễ từ 150-

400ms có thể được chấp nhận nhưng chất lượng kém hơn Độ trễ >400ms thì cực tệ không chấp nhận được Phía nhận của ứng dụng điện thoại internet sẽ không xem xét tới bất kì gói tin nào đến trễ hơn một ngưỡng nào đó, ví dụ >400ms Do đó, các gói tin trễ hơn ngưỡng trên coi như là mất

1.2.5.3 Jitter - Sự thăng giáng độ trễ

Một trong những thành phần tạo nên độ trễ end-to-end là thời gian đợi ở hàng đợi của router (thời gian đợi là ngẫu nhiên) Do thời gian này là ngẫu nhiên,

Trang 18

luôn thay đổi nên thời gian từ khi gói tin được tạo tại phía gửi tới khi nó tới bên nhận có thể thay đỗi giữa các gói tin Sự biến đổi độ trễ như vậy gọi là jitter Ví dụ: xét 2 gói tin liên tiếp nhau trong một đoạn của ứng dụng điện thoại internet Phía gửi gửi gói tin thứ 2 sau gói tin đầu 20ms Nhưng khoảng thời gian giữa 2 gói tin được phía nhận nhận có

thể lớn hơn 20ms Để rõ hơn, giả sử gói tin đầu tiên tới khi router có hàng đợi là rỗng, nó sẽ được phục vụ (gửi đi) ngay, nhưng khi gói tin thứ hai tới thì hàng đợi lại đầy, nó sẽ phải chờ đến lượt được phục vụ Khoảng thời gian bên nhận nhận các gói tin cũng có thể nhỏ hơn 20 ms Ví dụ xét 2 gói tin liên tiếp nhau giả sử gói tin đầu tới cuối hàng đợi (hàng đợi này đang đầy), gói tin thứ 2 tới hàng đợi đó và được “xếp hàng” ngay sau gói tin thứ nhất Khi đó khoảng thời gian giữa lúc phía nhận nhận gói tin thứ nhất và gói tin thứ hai sẽ < 20ms Nếu phía nhận bỏ qua jitter

và chơi ngay đoạn âm thanh ngay khi nhận được, kết quả chất lượng âm thanh sẽ rất kém

Hình 1.7: Các nhân tố tạo nên chất lượng dịch vụ

Trang 19

1.3.1 Một số kĩ thuật nén audio

PCM (Pulse Code Modulation)

• Tín hiệu tương tự được lấy mẫu ở tần số cố định, ví dụ: 8 000 mẫu/giây Giá trị của mỗi mẫu là một số thực

• Mỗi mẫu được làm tròn tới một số trong tập các giá trị định trước Thao tác này được gọi là lượng tử hóa Số lượng các số trong tập các giá trị hữu hạn gọi là các giá trị lượng tử, thường là lũy thừa của 2 ví dụ 256

• Mỗi giá trị lượng tử được biểu diễn bằng một số lượng cố định các bit Mỗi giá trị mẫu được chuyển thành dãy bít (1 byte nếu có 256 giá trị lượng tử) Các biểu diễn bit này được chuyển thành dạng biểu diễn số của tín hiệu và được truyền đi

• Bình thường, quá trình lượng tử hoá gồm 2 bước: lượng tử hoá tuyến tính 13 hay 14 bít, rồi nén theo logarit xuống 8 bít

• Nén 13 bít xuống 8 bít là biến đổi A-Law được sử dụng ở Châu Âu, nén 14 bít xuống 8 bít là biến đổi M-Law được sử dụng ở Bắc Mỹ và Nhật Bản

Tôi xin lấy một ví dụ: nếu một tín hiệu audio tương tự được lấy mẫu ở tần số

8000 mẫu/giây, mỗi mẫu được lượng tử và được biểu diễn bởi 8 bit Khi đó tín hiệu số

Trang 20

sẽ có tốc độ bít là 64000 bit/giây Tín hiệu số này có thể được chuyển trở lại thành tín hiệu tương tự (decode) để chơi Tuy nhiên, tín hiệu analog được decode thường khác với tín hiệu ban đầu Bằng cách tăng tần số lấy mẫu và số lượng các giá trị lượng tử, tín hiệu được giải mã có thể tương tự như tín hiệu tương tự ban đầu (thậm chí giống hệt - ở một mức nào đó) Do vậy, rõ ràng có một sự tương ứng giữa chất lượng của tín hiệu được giải mã với yêu cầu bộ nhớ lưu trữ và băng thông của tín hiệu số Mã hóa tiếng nói thường dùng PCM, với tốc độ lấy mẫu khoảng 8000 mẫu/giây, và 8 bit/mẫu cho ta tốc độ là 64Kbps Đĩa CD audio cũng dùng phương pháp PCM với tốc độ lấy mẫu là 44100 mẫu/giây và 16 bit/mẫu cho tốc độ 705,6 Kbps ứng với âm thanh mono

và 1,411 Mbps ứng với âm thanh stereo

• Theo phương pháp này, khi thời gian tăng lên, tỉ lệ lỗi giữa tín hiệu giải mã

và tín hiệu mã hoá sẽ tăng, do đó theo định kì, một mẫu đầy đủ sẽ được mã hoá

ADPCM (Adaptive DPCM)

• Dùng chiến lược đoán sự khác nhau giữa các xung theo kiểu thích nghi

• Cung cấp chất lượng âm thanh như PCM, tốc độ bít là 32 Kbps

LPC (Linear Predictive Coding)

• Cho âm thanh chất lượng robot, tốc độ bit là 1.2 – 2.4 Kbps LPC mô hình hoá tiếng nói như một nguồn được truyền qua bộ lọc

CELP (Code Excited Linear Predictor)

• Sử dụng mô hình như LPC, nhưng có thêm nhiều thông tin về nguồn âm thanh

Trang 21

• Một bảng mã các vector nguồn có tại phía gửi và phía nhận

• Nguồn phát sẽ tìm từ bảng mã trên phần phù hợp nhất với âm thanh vào và gửi đi

• Tốc độ bit thường là 4.8 Kbps, 9.6 Kbps

Trang 22

• Cho âm thanh chất lượng CD (CD quality)

• Chuẩn nén rất phức tạp, sử dụng cơ chế giảm thiểu sự dư thừa

Lƣợc đồ mã hoá Băng thông (Kbps) Chất lƣợng âm

speech)

CD (CD quality audio)

Bảng 1: So sánh các lược đồ mã hoá âm thanh

Trang 23

1.3.2 Nén video

Video là một dãy tuần tự các hình ảnh (image), mỗi hình ảnh được hiển thị với tốc độ không đổi ví dụ 24 hoặc 30 hình/giây Một image không được nén gồm một mảng các pixel, mỗi pixel được mã hóa (encode) thành một số bít để biểu diễn màu và độ sáng Có 2 kiểu của sự dư thừa thông tin trong hình ảnh video, các cơ chế nén video đều dựa trên những điều này Dư thừa về mặt không gian (Spatial redundancy) là dư thừa trong một image cụ thể Ví dụ: một image gồm hầu hết khoảng trống có thể được nén một cách hiệu quả Dư thừa về mặt thời gian (Temporal redundancy) là sự lặp lại image trong image tiếp theo Ví dụ: một image và image tiếp theo là giống nhau , không có lý do gì để mã hóa lại hình ảnh tiếp theo đó Sau đây sẽ là giới thiệu ngắn gọn về chuẩn nén video MPEG

MPEG (Motion Picture Engineering Group) là một chuẩn công nghiệp cho việc nén và truyền audio/video Hiện tại có 3 chuẩn đã được công bố liên quan tới nén video là : MPEG1, MPEG2, MPEG4 Chuẩn mới nhất là MPEG4 đang ở phiên bản 2 và đang được tiếp tục phát triển Có 2 chuẩn khác

là MPEG7 (mô tả nội dung đa phương tiện, metadata) và MPEG21 (mô tả framework cho đa phương tiện) không đóng vai trò quan trọng trong ứng dụng video conference Bảng sau đây tổng kết các định dạng và đặc điểm của MPEG

Bảng 2: Bảng so sánh các chuẩn MPEG

• MPEG1 là một chuẩn ban đầu được thiết kế để nén khoảng 30 phút audio/video vào trong một đĩa CD Nó nén và giải nén khá nhanh nhưng chất lượng video thì không ấn tượng lắm Tốc độ mã hoá từ 1Mbps tới 1.5Mbps

Trang 24

Chuẩn H263 được sử dụng trong các hệ thống H323 cung cấp chất lượng hình ảnh tốt hơn với băng thông thấp hơn MPEG1 không được sử dụng trong các hệ thống video conference

• MPEG2 là lược đồ nén video được sử dụng phổ biến Rất nhiều sản phẩm

sử dụng chuẩn này, cung cấp hình ảnh chất lượng tốt (gần như chất lượng truyền hình quảng bá) Chuẩn này được phát triển cho ứng dụng quảng bá đồng thời cũng được sử dụng trong các môi trường tương tác như video conference MPEG2 là chuẩn rất phức tạp gồm nhiều độ phân giải và định dạng khác nhau: từ chất lượng TV chuẩn cho tới truyền hình chất lượng cao

• MPEG4 là một chuẩn mới hơn (1999) Giống như MPEG2, nó cung cấp một miền tốc độ từ tốc độ thấp (sử dụng trong truyền thông không dây) cho tới tốc độ cao Với tốc độ thấp nó có thể thay thế MPEG2 (nén tốt hơn nhưng chất lượng không đổi) MPEG 1 cho chất lượng video CDROM (1.5 Mbps), MPEG 2 cho chất lượng video DVD (3-6 Mbps) và MPEG 4 cho nén video hướng đối tượng (object- oriented video compression)

1.4 Những vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ (QoS) của Multimedia

1.4.1 Khái niệm về đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS):

Các hệ thống đa phương tiện thường là phân tán, hoạt động trên mạng máy tính, các yêu cầu tài nguyên thường là động (ví dụ trong Video conference thì yêu cầu về tài nguyên phụ thuộc số người tham gia) do đó cần có các giải pháp để đảm bảo chất lượng thoả mãn yêu cầu của người dùng Yêu cầu của người dùng được thoả mãn bởi việc đảm bảo chất lượng dịch vụ ( Quality of Service) Đảm bảo chất lượng dựa trên cơ sở là quản lý tài nguyên vì QoS phụ thuộc vào tài nguyên khả dụng của hệ thống, việc quản lý tài nguyên ở đây là:

- Tính toán hoặc ước lượng được hiệu suất sử dụng tài nguyên

- Dành tài nguyên cho dịch vụ

- Lập lịch truy cập tài nguyên

Trang 25

Xác định các tham số QoS:

Các tham số chính QoS là:

- Độ trễ: là thời gian cực đại để truyền một gói tin, nó phụ thuộc vào tốc độ

truyền tin, tốc độ truyền tin càng lớn, trễ càng nhỏ và ngược lại

- Thông lượng: thông lượng quyết định khả năng truyền tin, thông lượng được tính

là tổng số đơn vị dữ liệu cực đại được truyền trong 1 đơn vị thời gian, chẳng hạn số gói tin, số byte dữ liệu truyền đi trong 1 s

- Tỷ số mất tin: là số đơn vị dữ liệu bị mất cực đại trong một đơn vị thời gian Ngoài ra còn có khái niệm kích thước mất tin: đó là số gói tin bị mất liên tiếp cực đại Bên cạnh tỷ số mất tin ta có thể dùng khái niệm độ tin cậy: tỷ số mất tin tỷ lệ nghịch với độ tin cậy

- Jitter: là độ biến thiên của độ trễ

Đối với một ứng dụng, có các mức chất lượng dịch vụ :

QoS yêu cầu: là QoS tối thiểu mà ứng dụng yêu cầu, nếu dưới giá trị này thì ứng dụng là không chấp nhận được QoS mong muốn là QoS cực đại mà ứng dụng yêu cầu Phải cân đối giữa chi phí QoS và giá thành

Trang 26

1.4.2 Ứng dụng đa phương tiện qua mạng

Ngày nay các ứng dụng đa phương tiện (multimedia) phát triển rất mạnh mẽ,

có thể kể ra một số ứng dụng phổ biến như: điện thoại IP, Internet radio, video conferencing, truyền hình theo yêu cầu… Yêu cầu về chất lượng dịch vụ của chúng khác so với các ứng dụng hướng dữ liệu truyền thống như: web text/image, email, ftp, dns … Các ứng dụng đa phương tiện yêu cầu độ trễ nhỏ và có thể chịu mất mát

dữ liệu ở một mức độ nhất định

Kiến trúc mạng truyền thống vốn được thiết kế chính cho truyền dữ liệu không phù hợp lắm với các ứng dụng đa phương tiện Chúng ta sẽ tìm hiều các nỗ lực mở rộng internet để hỗ trợ cho ứng dụng đa phương tiện

1.4.3 Các ứng dụng đa phương tiện mạng :

Hai đặc tính của ứng dụng đa phương tiện mạng là: chấp nhận mất mát dữ liệu , yêu cầu độ trễ nhỏ (delay sensitive) Ngược lại với các dịch vụ như web text/image, email : độ trễ lớn không đáng lo mà tính toàn vẹn của dữ liệu mới là quan trọng

1.4.4 Ví dụ về các ứng dụng đa phương tiện:

Chúng ta tìm hiều về 3 lớp lớn của các ứng dụng đa phương tiện:

• Truyền video và audio đã được lưu trữ (streaming stored audio and video): Trong lớp ứng dụng này, các client yêu cầu các file audio, video đã được nén và được lưu trữ trên server Các file audio có thể là: bài giảng, bài hát … Các file video

có thể là: các đoạn phim,… Tại một thời điểm nào đó, client yêu cầu một file audio, video từ server Trong hầu hết các ứng dụng loại này, sau một thời gian trễ vài giây, client sẽ chạy file audio, video trong khi vẫn tiếp tục nhận phần còn lại của file từ server Đặc tính vừa chạy file, trong khi tiếp tục nhận những phần sau của file gọi là streaming Nhiều ứng

dụng còn cung cấp tính năng tương tác với người dùng (user interactivity) Ví dụ: Cho phép người dùng sử dụng các chức năng : pause, resume, jump, skip Khoảng thời gian từ lúc người dùng đưa ra yêu cầu (play, skip, forward) tới khi bắt đầu nghe thấy trên máy client nên nằm trong khoảng từ 1 – 10 giây để có thể chấp nhận được Yêu cầu đối với độ trễ và jitter không chặt chẽ bằng ở trong ứng dụng thời gian thực

Trang 27

như: điện thoại internet, video conference thời gian thực Các chương trình dùng để chơi các file audio/video được lưu trữ như: realPlayer, netshow …

• Streaming của audio và video trực tiếp (Streaming live audio and video): điều này cũng tương tự như phát thanh và truyền hình quảng bá (broadcast) truyền thống, chỉ

có điều nó được thực hiện trên Internet Trong lớp ứng dụng này, người dùng nhận được radio và video trực tiếp được phát từ bất kỳ nơi nào trên thế giới Các file audio, video truyền trực tiếp, không được lưu giữ, người dùng không thể pause, forward, rewind,… Tuy nhiên, nếu được lưu giữ cục bộ tại máy của người dùng, một số ứng dụng có thể pause, rewind… Truyền hình, phát thanh trực tiếp thường được phát broadcast tới

nhiều người dùng qua kĩ thuật multicast hoặc qua nhiều luồng unicast riêng Hạn chế về thời gian của truyền hình, phát thanh trực tiếp là khắt khe hơn so với việc truyền audio, video được lưu trữ; độ trễ tới 10 giây là có thể chấp nhận được

• Ứng dụng tương tác audio, video thời gian thực: lớp ứng dụng này cho phép mọi người dùng audio, video để tương tác thời gian thực với người khác Audio tương tác thời gian thực có thể coi như là điện thoại internet Nó cung cấp dịch vụ điện thoại với giá rất rẻ Với tương tác video thời gian thực, trong ứng dụng video-conferenceing, mọi người có thể giao tiếp trực tiếp với nhau Trong các ứng dụng tương tác audio/video thời gian thực thì yêu cầu độ trễ nhỏ hơn vài trăm miligiây Ví

dụ với âm thanh: độ trễ nên nhỏ hơn 400 ms

1.4.5 Rào cản đối với multimedia trên mạng Internet

1.4.5.1 Đặc điểm truyền dữ liệu trên Internet hiện nay

Đặc điểm của Internet hiện nay là cung cấp dịch vụ cố gắng tối đa (Best Effort) Các Router cố gắng chuyển mỗi gói tin (packet; datagram) từ nơi gửi tới nơi nhận thật nhanh theo khả năng của nó Tuy nhiên, dịch vụ cố gắng tối đa không đảm bảo về

độ trễ đầu cuối - đầu cuối (end-to-end) cho một gói tin và không đảm bảo sự thăng gián độ trễ trong một dòng các gói tin Cả TCP và UDP đều chạy trên IP, chúng đều không thể đảm bảo về độ trễ Điều này là vấn đề cản trở sự phát triển ứng dụng mạng đa phương tiện trên Internet Ngày nay, các ứng dụng này đã đạt được một số tiến bộ nhưng vẫn còn hạn chế

Trang 28

Ví dụ: truyền các audio/video được lưu giữ với độ trễ 5-10 s là phổ biến hiện nay, chúng không đạt yêu cầu khi xảy ra tắc nghẽn mạng Điện thoại internet và các ứng dụng video thời gian thực thì lại ít tiến bộ hơn Chúng bắt buộc phải có ràng buộc về độ trễ và jitter của gói tin Jitter là sự biến thiên của độ trễ của các gói tin trong cùng một luồng Âm thanh và hình ảnh thời gian thực chỉ có thể hoạt động tốt trong vùng mà băng thông đạt yêu cầu và khi đó độ trễ và jitter là tối thiểu Nhưng chất lượng có thể kém đi tới mức không thể chấp nhận đuợc khi mà luồng các gói tin qua một node bị tắc nghẽn

Thiết kế của các ứng dụng đa phương tiện sẽ tốt hơn nếu có sự sắp xếp các dịch vụ của lớp thứ nhất và thứ hai Các gói tin của lớp thứ nhất là hạn chế về số lượng và luôn được ưu tiên trong hàng đợi của router Các dịch vụ lớp thứ nhất có thể thỏa mãn yêu cầu về độ trễ Nhưng trong Internet, tại hàng đợi của router tất cả các gói tin nhận được dịch vụ như nhau, không gói nào được ưu tiên kể cả các gói audio và video Cho dù bạn trả bao nhiêu tiền, bạn cũng phải vào cuối hàng đợi và chờ, đó chính là ý nghĩa của cách gọi

dịch vụ cố gắng tối đa (best effort)

Chúng ta đang sử dụng dịch vụ cố gắng tối đa Các gói tin đều phải đợi trong hàng đợi của router, mặc dù vậy chúng ta có thể áp dụng một số giải pháp để cải thiện chất lượng của ứng dụng đa phương tiện mạng

Ví dụ: có thể gửi video, audio qua UDP do đó có thể lọai bỏ giai đoạn thông lượng thấp của TCP trong pha slow-start Có thể dừng chạy file audio, video tại phía nhận khoảng 100 ms hay nhiều hơn để loại bỏ hiệu ứng jitter Có thể gán nhãn các gói tin tại phía gửi để phía nhận biết khi nào gói tin được chạy Với các audio/video được lưu trữ, có thể lấy dữ liệu trước trong khi đang chạy khi bộ nhớ và băng thông phía client là sẵn sàng Có thể gửi thông tin dư thừa theo các thuật toán sửa lỗi để giảm bớt việc mất gói tin…

1.4.5.2 Cách khắc phục:

Ngày nay, việc cải tiến internet để hỗ trợ tốt hơn việc truyền thông đa phương tiện là một vấn đề rất lớn Một số nhà nghiên cứu cho rằng: không cần thay đổi dịch vụ cố gắng tối đa và các giao thức bên dưới Theo họ, chỉ cần thêm băng thông cho các kết

Trang 29

nối Nhưng thực tế, việc tăng băng thông đòi hỏi chi phí cao, và khi băng thông tăng thì lại có sinh ra nhu cầu sử dụng những ứng dụng với yêu cầu về băng thông lớn hơn (ví dụ: video chất lượng cao theo yêu cầu)

Một quan điểm khác: Nên thay đổi nền tảng của internet để các ứng dụng có thể dành riêng băng thông cho ứng dụng Ví dụ: nếu một người dùng muốn gọi điện thoại internet từ máy A tới máy B, thì ứng dụng điện thoại internet nên được giành riêng băng thông ở mỗi kết nối dọc theo đường đi từ máy A tới máy B Điều này sẽ cần có nhiều sự thay đổi lớn Thứ nhất, chúng ta cần một giao thức mà vì yêu cầu của ứng dụng dành băng thông cho ứng dụng Thứ hai, cần sửa chính sách lập lịch trong hàng đợi của router để băng thông được phục vụ ưu tiên Với chính sách lập lịch mới này, tất cả các gói tin không được ưu tiên như nhau nữa, thay vào đó, những gói tin nào trả nhiều tiền hơn sẽ được ưu tiên hơn Thứ ba, để phục vụ ưu tiên, các ứng dụng cần cho mạng biết cụ thể về thông tin mà chúng định gửi đi Mạng phải có chính sách cho lưu lượng mỗi ứng dụng

Cuối cùng, mạng phải có phương tiện để xác định nó có băng thông sẵn sàng đáp ứng yêu cầu hay không Những cơ chế này, khi được kết hợp với nhau, cần các phần mềm mới, phức tạp trên các máy cũng như các kiểu dịch vụ mới

Một quan niệm khác nữa đó là : muốn thay đổi một số ít tại tầng mạng và tầng giao vận Họ giới thiệu lược đồ về chính sách và giá (pricing) (ví dụ: tại giao diện giữa người dùng và Nhà cung cấp dịch vụ - ISP) Ý tưởng là: đưa ra một số nhỏ các lớp (2 chẳng hạn), gán mỗi datagram cho một trong các lớp đó, gán các mức dịch vụ khác nhau (độ ưu tiên) cho mỗi lớp trong hàng đợi của router Một ví dụ đơn giản như sau: đưa một bit vào header của datagram, khi đó tất cả các IP datagram được đánh nhãn thuộc lớp thứ nhất hoặc thứ 2 Trong mỗi hàng đợi router, các gói thuộc lớp thứ nhất sẽ được phục vụ trước lớp thứ 2 Mạng sẽ đếm số lượng các gói datagram mà mỗi người dung sử dụng hàng tuần Khi một người dùng thuê bao một dịch vụ internet, họ có thể được phép gửi tới một mức nào đó số lượng các gói tin ở lớp thứ nhất vào mạng hàng tuần Các gói tin còn lại sẽ được chuyển thành lớp thứ hai Một người dùng cũng có thể chọn dịch vụ mà trong đó tất cả các gói tin đều

Trang 30

thuộc lớp thứ hai Mức giá cả của hai loại dịch vụ này sẽ khác nhau Các dịch vụ lớp thứ nhất sẽ do đó sẽ có độ trễ đạt yêu cầu và phù hợp với ứng dụng đa phương tiện

Trang 31

H323 nằm trong bộ các khuyến nghị H32x cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu đa phương tiện qua các loại mạng khác nhau Một trong các ứng dụng của H323 chính là dịch vụ điện thoại IP và hội nghị đa truyền thông Đến nay, H323 đã phát triển thông qua hai phiên bản Phiên bản thứ nhất được thông qua vào năm

1996 và phiên bản thứ hai được thông qua vào năm 1998 ứng dụng vào chuẩn này rất rộng bao gồm cả các thiết bị hoạt động độc lập cũng như ứng dụng truyền thông nhúng trong môi trường máy tính cá nhân, có thể áp dụng cho đàm thoại điểm - điểm cũng như cho truyền thông hội nghị H323 còn bao gồm cả chức năng điều khiển cuộc gọi, quản lí thông tin đa phương tiện và quản lí băng thông và đồng thời còn cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác

2.1.2 Các thành phần cơ bản của kỹ thuật H.323:

• Cung cấp các bộ mã hoá đã được chuẩn hoá:

H.323 thiết lập các chuẩn nén và giải nén luồng dữ liệu audio và video, bảo đảm cho các thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau có sự hỗ trợ chung

• Tính tương thích cao:

Người sử dụng có thể trao đổi dữ liệu mà không phải lo lắng về tính tương thích ở bên nhận Bên cạnh việc đảm bảo bên nhận có thể giải nén thông tin nhận được, H.323 còn thiết lập một phương thức cho

Trang 32

Tuy H.323 có thể quản lý được những cuộc hội nghị có nhiều kết nối

mà không cần sử dụng thêm một trình điều khiển đa điểm chuyên dụng nào, nhưng việc sử dụng MCU (Multipoint Control Unit – trình điều khiển đa điểm) sẽ cung cấp một kiến trúc mạnh và linh hoạt hơn cho hội nghị kiểu nhiều kết nối

• Quản lý đƣợc băng thông:

Việc truyền các dữ liệu truyền thông đa phương tiện đòi hỏi băng thông rất lớn và có thể làm nghẽn mạch Để giải quyết vấn đề này, H.323 đưa ra trình quản lý băng thông Nhân viên quản trị mạng có thể giới hạn số kết nối H.323 hay giới hạn băng thông cho các ứng dụng sử dụng H.323 Điều này đảm bảo cho sự lưu thông trên mạng không bị tắt nghẽn

• Hỗ trợ khả năng quản bá thông tin:

Giúp cho việc sử dụng băng thông hiệu quả hơn

• Linh hoạt:

Một hội nghị sử dụng chuẩn H.323 có khả năng tiếp nhận các thiết bị đầu cuối khác nhau Ví du: một terminal chỉ hỗ trợ khả năng truyền và nhận âm thanh có thể tham gia hội nghị với các máy hỗ trợ khả năng truyền dữ liệu và hình ảnh Máy sử dụng chuẩn H.323 có thể chia sẽ dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với các máy khác

Trang 33

28

• Khả năng hội nghị liên mạng:

Nhiều người dùng muốn kết nối từ mạng LAN đến một đầu xa chẳng hạn như kết nối giữa hệ thống LAN với hệ thống ISDN H.323 cũng hỗ trợ khả năng này và sử dụng kỹ thuật mã hoá chung từ các chuẩn hội nghị khác nhau để giảm thiểu thời gian chuyển đổi mã và tạo một hiệu suất tối ưu cho hội nghị

2.1.2.2 Kiến trúc hệ thống của H.323:

Chuẩn H.323 của ITU là một tập hợp các tiểu chuẩn, giao thức liên quan đến truyền thông âm thanh và hình ảnh trong mạng LAN mà chất lượng dịch vụ không bảo đảm Kiến trúc của H.323 không bao gồm cả mạng LAN hay tầng transport dùng để kết nối giữa các mạng LAN khác mà chỉ có những thành phần cần thiết cho việc tương tác với mạng chuyển mạch điện tử SCN (Switched Circuit Network)

H.323 gồm có bốn thành phần chính cho một hệ thống truyền tin trên mạng đó là: Terminal, Gateway, Gatekeeper và MCU

Hình 2.1

Trang 34

29

 Terminal:

Terminal là các máy khách hay các thiết bị đầu cuối trên mạng LAN tham gia truyền thông thời gian thực Một H.323 terminal có thể là một máy điện thoại hay một PC chạy ứng dụng H.323 Một H.323 terminal phải hỗ trợ tối thiểu truyền thông thoại còn dữ liệu và hình ảnh có thể tùy chọn H.323 xác định một hình thức tương tác cho các terminal khác nhau cùng hoạt động với nhau

H.323 Terminal Equipment

Hình 2.2 H323 TE

Tất cả các terminal đều phải hỗ trợ giao thức H.245 được dùng để thống nhất khả năng và cách dùng kênh truyền Ba thành phần khác mà mỗi terminal đều phải hỗ trợ là:

Trang 35

30

• Giao thức Q.931 dùng cho báo hiệu và thiết lập cuộc gọi

• Giao thức RAS (Registration / Admission / Status) để giao tiếp với Gatekeeper

• Giao thức RTP / RTCP để sắp xếp các gói âm thanh và hình ảnh Những thành phần tùy chọn của một terminal H.323 là mã hóa hình ảnh, giao thức hội nghị dữ liệu T.120, khả năng điều khiển kết nối đa điểm

 Gateway:

Gateway là thiết bị kết nối trung gian, thực hiện chức năng chuyển đổi các giao thức cho việc thiết lập và giải phóng cuộc gọi, chuyển đổi dạng truyền thông giữa hai mạng khác nhau (mạng theo chuẩn H.323 và mạng không theo chuẩn H.323) như trong mạng điện thoại IP, Gateway thực hiện kết nối giữa mạng IP và mạng PSTN

Hình 2.3: H.323/PSTNGateway

Gateway là một thành phần tuỳ chọn trong hội nghị H.323, thường là các máy tính có nhiều giao diện với các mạng khác nhau Gateway cung cấp nhiều dịch vụ, tổng quát nhất là chức năng biên dịch giữa các đầu cuối H.323

và các loại đầu cuối khác Bằng những bộ chuyển mã thích hợp, Gateway H.323 có thể hỗ trợ những thiết bị đầu cuối tuân theo các chuẩn H.310, H.321, H.322 và V.70 Chức năng này bao gồm biên dịch giữa những khuôn dạng truyền (H.225.0 đến H.221) và giữa những thủ tục truyền thông (H.245

Trang 36

31

sang H.242) Ngoài ra, Gateway cũng biên dịch giữa các bộ mã hoá âm thanh

và hình ảnh, thực hiện thiết lập và kết thúc cuộc gọi trên cả đầu mạng LAN

và đầu mạng chuyển mạch điện tử SCN

Hình 2.4: Các chức năng của Gateway

Những ứng dụng cơ bản của Gateway là:

• Thiết lập kết nối với đầu cuối PSTN tương tự

• Thiết lập kết nối với đầu cuối tương hợp H.320 đầu xa qua mạng chuyển mạch mạch dựa trên nền ISDN

• Thiết lập kết nối với các đầu cuối tương hợp H.324 đầu xa qua mạng PSTN

Các thiết bị đầu cuối giao tiếp với Gateway sử dụng giao thức H.245

và Q.931

Trang 37

32

 Gatekeeper:

Gatekeeper là thành phần quan trọng nhất của mạng H.323 Nó là trung tâm của mọi cuộc gọi trong vùng H.323 Gatekeeper cung cấp các dịch vụ điều khiển cuộc gọi cho các Endpoint Hay có thể coi Gatekeeper H.323 hoạt động như một bộ chuyển mạch ảo Chuẩn H.323 định nghĩa các dịch vụ mà Gatekeeper phải cung cấp và xác định các chức năng tùy chọn khác mà nó có thể cung cấp Một vùng H.323 được quản lý bởi một Gatekeeper duy nhất

Các chức năng cơ bản của Gatekeeper:

• Biên dịch địa chỉ: Cuộc gọi khởi tạo trong mạng H.323 sử dụng

một địa chỉ định danh máy đích Cuộc gọi thiết lập ngoài mạng H.323 và nhận được ở Gateway bằng cách dùng số điện thoại để định địa chỉ đích Gatekeeper biên dịch số điện thoại hoặc bí danh sang địa chỉ IP sử dụng cho mạng

• Ðiều khiển đăng nhập: Gatekeeper điều khiển việc tiếp nhận các

Endpoint bằng cách sử dụng các thông điệp RAS như yêu cầu đăng nhập (ARQ), xác nhận đăng nhập (ARC) và từ chối đăng nhập (ARJ) Ðiều khiển đăng nhập cũng có thể là một hàm rỗng chấp nhận mọi yêu cầu đăng ký của các Endpoint trong mạng

• Ðiều khiển băng thông: Gatekeeper điều khiển băng thông thông

qua các thông điệp RAS, yêu cầu, xác nhận hay loại bỏ băng thông (BRQ/BCF/BRJ) Ðiều này có thể dựa vào chức năng quản lý băng thông của Gatekeeper Ðiều khiển băng thông cũng có thể là một hàm rỗng chấp nhận cho mọi yêu cầu thay đổi băng thông

• Quản lý vùng: Gatekeeper cung cấp tất cả các chức năng trên cho

các đầu cuối, MCU và Gateway đăng ký trong vùng điều khiển của

nó

Một đặc tính tuỳ chọn nhưng quan trong của Gatekeeper là khả năng định tuyến các cuộc gọi H.323 Endpoint gởi các tín hiệu báo hiệu đến

Trang 38

33

Gatekeeper, sau đó Gatekeeper tìm đường đến Endpoint đích Một cuộc gọi được định tuyến thông qua một Gatekeeper sẽ hiệu quả hơn Các chức năng tùy chọn là:

• Báo hiệu điều khiển cuộc gọi: Gatekeeper có thể tìm đường cho

các tín hiệu báo hiệu giữa hai H.323 Endpoint Trong một kết nối điểm - điểm, Gatekeeper xử lý báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225 Gatekeeper cho phép các thông điệp trên được gởi trực tiếp giữa các Endpoint trong mạng

• Chấp nhận cuộc gọi: Gatekeeper có thể tiếp nhận hoặc từ chối

cuộc gọi từ đầu cuối theo khuyến nghị Q.931 Tiêu chuẩn xét không thuộc H.323

• Quản lý băng thông: Gatekeeper có thể từ chối các cuộc gọi từ đầu

cuối nếu nó xét thấy lượng băng thông không đáp ứng đủ Tiêu chuẩn xét băng thông không được định nghĩa trong chuẩn H.323

• Quản lý cuộc gọi: Gatekeeper có thể duy trì danh sách các cuộc gọi

H.323 để biểu thị đầu gọi bị gọi đang bận hoặc để cung cấp thông tin cho chức năng quản lý băng thông

Hình 2.5: Chức năng của Gatekeeper

Trang 39

34

 MCU (Multipoint Control Unit):

MCU hỗ trợ hội nghị từ ba Endpoint trở lên Theo H.323, một MCU gồm một bộ điều khiển đa điểm MC, không hoặc nhiều bộ xử lý đa điểm MP

MC điều khiển tương tác H.245 giữa các đầu cuối để xác định khả năng chung trong việc xử lý âm thanh và hình ảnh MC cũng điều khiển tài nguyên hội nghị bằng cách xác định xem có dòng âm thanh và hình ảnh nào

là quãng bá không

MC không xử lý trực tiếp bất kỳ dòng truyền thông nào Việc này được thực hiện bởi MP MP thực hiện trộn, chuyển mạch và xử lý âm thanh, hình ảnh và các bit dữ liệu Những khả năng của MP và MC có thể cùng có mặt

trong một phần chuyên biệt hoặc một phần của các thành phần H.323 khác

Hình 2.6 Các vị trí của MC và MP trong hệ thống H.323

Trang 40

có thể được dùng thông qua thoả thuận trong H.245 Nhiều kênh hình ảnh được truyền và nhận qua kênh điều khiển H.245

Các tuỳ chọn về tốc độ truyền bit ảnh, dạng ảnh và giải thuật truyền có thể được chấp nhận bởi bộ giải mã được định nghĩa trong suốt thời gian trao đổi khả năng sử dụng H.245.Các đầu cuối H.323 có thể hoạt động ở các tốc

độ bit hình ảnh, tốc độ khung không cân đối và các giải pháp hình ảnh nếu có nhiều giải pháp hình ảnh hỗ trợ Chẳng hạn cho phép một đầu cuối CIF

Định dạng
Số trang	82
Dung lượng	2,17 MB