CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ STREAMING VIDEO Trong chương này đồ án sẽ giới thiệu tổng quan về công nghệ streaming video nói chung và công nghệ streaming video thích ứng sử dụng giao thức HTTP (HAS) nói riêng. Trình bày các cơ sở lý thuyết nền tảng như các khái niệm, các bộ giao thức cốt lõi trong streamimg video và hệ thống streaming video thích ứng sử dụng giao thức HTTP. Trình bày các thông số ảnh hưởng tới chất lượng trải nghiệm của người dùng trong streaming video thích ứng.
Đồng thời nêu lên những khó khăn hiện tại trong streaming video hiện nay trong mô hình mạng được quản lý với một đường truyền có băng thông hạn chế. Từ đó đưa ra giải pháp thực hiện trong các chương sau.1 Tổng quan về truyền thông đa phương tiện 1.1 Đa phương tiện và truyền thông đa phương tiện Đa phương tiện (multimedia) là nội dung mà sử dụng kết hợp các hình thức nội dung khác nhau như văn bản, âm thanh, hình ảnh, hoạt hình, video và các nội dung có tính tương tác. Đa phương tiện có thể được ghi lại và được phát, hiển thị, tương tác, hoặc được truy cập bởi các thiết bị xử lý thông tin như các thiết bị điện tử, máy tính. Tuy nhiên, đa phương tiện cũng có thể là một phần của một cuộc trình diễn trực tiếp.
Các thiết bị đa phương tiện là các thiết bị truyền thông điện tử được sử dụng để lưu trữ và giúp người dùng trải nghiệm nội dung đa phương tiện. Truyền thông đa phương tiện (streaming media) là hình thức đa phương tiện được truyền và trình bày (chơi, phát, hiển thị) tới người dùng cuối một cách liên tục trong khi vẫn được truyền bởi một nhà cung cấp dịch vụ đa phương tiện. Ý nghĩa của động từ “stream” ở đây là nói về quy trình của việc truyền và nhận được đa phương tiện. Thuật ngữ này chỉ phương thức truyền và nhận của các loại đa phương tiện chứ không chỉ riêng loại đa phương tiện nào hay hình thức tải toàn bộ nội dung của các tập tin đa phương tiện trước khi trình phát chúng.
Người dùng cuối có thể dùng một chương trình để phát nội dung đa phương tiện trong khi một phần nội dung của đa phương tiện vẫn đang được truyền tải. 5 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat Tốc độ bit mã hoá đa phương tiện (bitrate) là số bit được mã hoá trong một đơn vị thời gian được tính bằng kích thước của tệp đa phương tiện tính bằng byte chia cho thời gian phát lại bản ghi tính bằng giây và nhân với tám. Video là một đa phương tiện điện tử để ghi, sao chép, phát lại, truyền tải và hiển thị một cách trực quan của chuyển động. Video có những đặc trưng như số khung hình trên giây, tỷ lệ khung hình, mô hình màu và độ sâu, chất lượng video.Video thường được lưu trữ và truyền đi sau khi mã hoá.
Mục đích của việc mã hoá video là để giảm đi lượng dữ liệu dư thừa nhằm tiết kiệm không gian lưu trữ cũng như băng thông khi truyền đi. Một trong những đặc trưng quan trọng của video là chất lượng video được đo thông qua một hệ thống truyền hoặc xử lý video. Một phép đo chính thức hoặc không chính thức sự suy giảm chất lượng của video so với video gốc. Một hệ thống xử lý, truyền nhận video có thể gây ra một lượng nhiễu hay méo nhất định đến tín hiệu video, sự biến động của thông lượng mạng gây nên sự gián đoạn tại phía người dùng cuối.
Những điều này ảnh hưởng tiêu cực đến trải nghiệm của người dùng. Do vậy với các bên liên quan như nhà cung cấp nội dung, nhà cung cấp dịch vụ và nhà điều hành mạng việc đảm bảo chất lượng video làm một nhiệm vụ quan trọng. Có nhiều cách và tiêu chí để phân loại video như nội dung, độ dài, hay chất lượng, tuy nhiên đồ án chỉ tập trung vào phương pháp phân loại video theo tốc độ bit mã hoá của video. Theo tiêu chí này video có thể được chia làm hai loại như sau: Video VBR là video có tốc độ bit biến đổi trong mỗi phân đoạn của video, hay nói cách khác lượng dữ liệu đầu ra của bộ mã hoá trên mỗi phân đoạn thời gian là khác nhau.
Với cách mã hoá tốc độ bit biến đổi, mỗi mức chất lượng đặc trưng bởi tham số lượng tử (QP) của bộ mã hoá cố định, mỗi khung hình (hoặc phân đoạn) được mã hoá với kích thước dữ liệu khác nhau tuỳ thuộc vào kích cỡ, nội dung, màu sắc của các khung hình, làm cho chất lượng đầu ra không thay đổi trong khi tốc độ bit video thay đổi trong từng khung hình hoặc phân đoạn. Điều này làm cho chất lượng của các khung hình được mã hoá sẽ tốt hơn khi sử dụng một tốc độ bit cố định.1 biểu diễn tốc độ bit của một video được mã hoá theo kiểu tốc độ bit biến đổi với các mức tham số lượng tử khác nhau. 6 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat 5000 4500 4000 3500 Tóc độ bit (Kbps) 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 1 13 25 37 49 61 73 85 97 109 121 133 145 157 169 181 193 205 217 229 241 253 265 277 289 Chỉ số phân đoạn video QP22 QP28 QP34 QP38 QP42 QP48 Hình 1. 1 Tốc độ bit các phân đoạn của video VBR.
Video CBR là một dạng mã hoá với tốc độ bit cố định. Khác với video VBR mã hoá video CBR với mỗi mức chất lượng thì tốc độ bit được giữ cố định trong suốt quá trình mã hoá hay tốc độ dữ liệu đầu ra của bộ mã hoá là không đổi. Mã hoá video CBR rất hữu ích trong streaming các nội dung đa phương tiện trên kênh truyền có dung lượng hạn chế vì nó cho biết chính xác tốc độ bit thay vì chỉ biết tốc độ bit trung bình. Tuy nhiên video CBR có nhược điểm là đối với những phân đoạn video nhiều cảnh tĩnh, ít chuyển động thì bị phân bố dư thừa dữ liệu.
Và ngược lại những cảnh nhiều chuyển động lại không phân đủ dữ liệu dẫn đến chất lượng video đầu ra không ổn định.2 Một số khái niệm và thuật ngữ Băng thông và thông lượng là hai khái niệm thường đi với nhau trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện, trong đó: Băng thông (bandwidth) là tốc độ truyền dữ liệu tối đa theo lý thuyết trong một đơn vị thời gian của một đường truyền vật lý, đơn vị đo lường là bit trên giây (bps). Băng thông được dùng đặc trưng như băng thông mạng, băng thông dữ liệu, băng thông số. Khái niệm băng thông này khác với khái niệm băng thông 7 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat trong lĩnh vực xử lý tín hiệu được đo bằng đơn vị hertz có ý ngĩa là khoảng tần số giữa tần số thấp nhất và tần số cao nhất đạt được. Thông lượng (throughput) là lượng dữ liệu thực tế được gửi qua một kết nối đường truyền vật lý trong một đơn vị thời gian, đơn vị bps.
Thông lượng luôn luôn nhỏ hơn hoặc bằng băng thông. Đối với streaming video, thông lượng được đo sau khi máy khách nhận được một phân đoạn video. Thông lượng được tính bằng tỉ số giữa kích thước dữ liệu của phân đoạn và khoảng thời gian tải phân đoạn đó. Khoảng thời gian tải phân đoạn được tính từ thời điểm máy khách gửi truy vấn cho đến khi nó nhận được byte cuối cùng của phân đoạn được truy vấn.
Goodput là thông lượng tại tầng ứng dụng của một kết nối hay lượng dữ liệu thu được tại lớp ứng dụng trên một đơn vị thời gian. Goodput luôn nhỏ hơn hoặc bằng throughput và throughtput luôn nhỏ hơn hoặc bằng bandwidth. Trong truyền thông đa phương tiện để đánh giá chất lượng một dịch vụ hay ứng dụng thông số tổng thể thường được sử dụng là chất lượng trải nghiệm của người dùng QoE. QoE là mức độ hài lòng hoặc khó chịu của người dùng một ứng dụng hoặc dịch vụ nào đó.
Nó là kết quả của việc đáp ứng mong đợi của người đó đối với tiện ích và/hoặc sự thích thú đối với ứng dụng hoặc dịch vụ trong tính cách của người dùng và trạng thái hiện tại của họ. Định nghĩa này đã được tổ chức Liên minh Viễn thông quốc tế (ITU) thông qua năm 2016 và đang được sử dụng rộng rãi trong cộng đồng để đánh giá chất lượng của một ứng dụng hoặc dịch vụ. QoE nhằm mục đích xem xét mọi yếu tố đóng góp vào chất lượng cảm nhận của người dùng đối với hệ thống hoặc dịch vụ bao gồm các yếu tố về con người, hệ thống và bối cảnh. Các yếu tố ảnh hưởng được phân loại như sau: Yếu tố con người: o Tâm trạng, tính cách; o Độ tuổi; o Nền tảng văn hoá xã hội; o Nhu cầu, mục tiêu, ….
Yếu tố hệ thống: o Nội dung, đa phương tiện: mã hoá, độ phân giải, .; 8 TIEU LUAN MOI download : skknchat123@gmail.com moi nhat o Mạng truyền thông: băng thông, độ trễ,.; o Thiết bị trình diễn: độ phân giải màn hình, tốc độ xử lý, …. Yếu tố bối cảnh: o Bối cảnh xã hội; o Kinh tế; o Vị trí địa lý; …. Các nghiên cứu trong lĩnh vực QoE thường tập trung vào các yếu tố hệ thống. QoE được đánh giá và đo lường theo phương pháp khách quan và chủ quan.
Phương pháp đánh giá khách quan là việc sử dụng các mô hình toán học nhằm mục đích xấp xỉ kết quả từ phương pháp đánh giá chất lượng chủ quan. Trong đó, mô hình toán học có thể là những mô hình thống kê hay những phương trình toán học dựa vào các tham số đặc trưng có thể đo lường được một cách khách quan như thông lượng mạng, tốc độ xử lý của các thiết bị đầu cuối, độ trễ truyền,…. Khác với phương pháp đánh giá khách quan, phương pháp đánh giá chủ quan là dựa vào quan điểm của người dùng thông qua việc xem các video. Quy trình đo lường chất lượng video chủ quan được mô tả trong ITU-R recommendation BT.500 và ITU-T recommendation P.
Trong quy trình này một tập các video được trình diễn cho một nhóm người xem. Các ý kiến của người xem về video được quy thành thang điểm trung bình (MOS) từ một đến năm; trong đó, một là chất lượng thấp nhất, năm là chất lượng trải nghiệm tốt nhất; điểm MOS được tính trung bình để đánh giá chất lượng của video. Tuy nhiên việc đánh giá chất lượng video theo phương pháp chủ quan phụ thuộc khá nhiều vào tâm trạng của người xem tại thời điểm xem và khả năng xử lý video của hệ thống sử dụng để chạy thí nghiệm.