PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của lĩnh vực CNTT&TT, hạ tầng mạng viễn thông đã tạo thuận lợi cho nhà khoa học nghiên cứu và triển khai nhiều ứng dụng truyền thông trên mạng Internet cho cộng đồng như PPlive, Sopcast, Skype, IPTV, MobileTV, .đặc biệt là hệ thống truyền hình trực tuyến đang ngày càng được ứng dụng phổ biến và đem lại lợi ích to lớn cho xã hội. Hệ thống truyền hình trực tuyến được xây dựng dựa trên nền tảng giao thức truyền thông thời gian thực cho phép dữ liệu như hình ảnh, âm thanh, video và văn bản được truyền trực tuyến giữa người dùng ở vị trí khác nhau qua mạng Interent. Nhờ đó, người dùng không nhất thiết phải gặp nhau trực tiếp mà vẫn có thể trao đổi với nhau không chỉ bằng văn bản, âm thanh mà còn hình ảnh và video theo thời gian thực. Với lợi ích to lớn như vậy, hệ thống truyền hình trực tuyến đang ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giáo dục, y tế, truyền hình và hành chính công.
Tuy nhiên, với đặc điểm của mạng Internet là băng thông không ổn định, dẫn đến tốc truyền tải dữ liệu thay đổi ngẫu nhiên trong cùng một ứng dụng truyền thông khi hoạt động trên mạng Internet. Đối với hệ thống truyền hình trực tuyến thì điều này sẽ dẫn đến những vấn đề như mất đồng bộ dữ liệu hình ảnh và âm thanh, hình ảnh bị giật và âm thanh đứt quãng cho hệ thống truyền hình trực tuyến trên mạng. Bởi vậy, chủ đề nghiên cứu về giao thức truyền thông thời gian thực luôn được cộng đồng khoa học quan tâm nghiên cứu nhằm cải tiến để khắc phục những nhược điểm trên cho hệ thống truyền hình trực tuyến trên mạng [1], [2], [3], [4], [5], [6], [7], [8], [9], [10]. Chính vì vậy, việc nghiên cứu một số giao thức truyền thông thời gian thực như H323, RTP (Real Time Protocol), RTCP (Real-time Transport Control Protocol), RTMP (Real Time Messaging Protocol) nhằm nắm vững phương pháp, cơ chế liên kết truyền thông của những giao thức này và ứng dụng xây dựng hệ thống truyền hình trực tuyến đa điểm trên mạng Internet là chủ đề nghiên cứu có ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH TRỰC TUYẾN 1. HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH TRỰC TUYẾN 1. Hội nghị truyền hình Hội nghị truyền hình không đơn giản là điện thoại hình trên máy vi tính cá nhân. Hội nghị truyền hình là công nghệ đa phương tiện cho phép người sử dụng nghe và nhìn thấy nhau, trao đổi dữ liệu và cùng nhau chế biến chúng trong chế độ tương tác nhờ sử dụng những khả năng của máy vi tính đã quen thuộc với tất cả mọi người.
Để làm được điều đó nhất thiết phải có hai điều kiện cực kỳ quan trọng: - Trong máy tính của bạn phải cài đặt card liên kết hội nghị truyền hình với phần mềm tương ứng. - Bạn cần phải có khả năng kết nối với đồng nghiệp hoặc là qua mạng máy tính hoặc là qua các kênh liên kết điện thoại số. Những vấn đề cơ bản của việc truyền thông tin âm thanh và hình ảnh Để truyền thông tin âm thanh và hình ảnh cần phải giải quyết 2 vấn đề: Vấn đề thứ nhất là kênh kết nối dùng để truyền thông tin phải có độ cao. Các kênh điện thoại thông thường hoàn toàn tích hợp để truyền tín hiệu âm thanh, nhưng không đảm bảo truyền ảnh có chất lượng được (ở đây thực sự có nhiều cách giải quyết các hệ thống nén chia kênh, nhưng chúng không phải lúc nào cũng ứng dụng được.
Hiện nay có lẽ hiếm các cơ quan nào mà các máy tính không nối mạng. Một mạng như vậy hoàn toàn thích hợp để tổ chức hội nghị truyền hình chất lượng cao. Vấn đề thứ hai là vấn đề biến luồng thông tin âm thanh và hình ảnh nghĩa là mã hoá dữ liệu truyền đi và giải mã dữ liệu nhận được. Vấn đề là trong hội nghị truyền hình đã sử dụng những thuật toán đặc biệt và rất hiệu quả nén hàng chục và hiện nay là hàng trăm lần.
Có thể nói rằng truyền đi không phải chính 2 các tín hiệu âm thanh và hình ảnh mà chỉ là những tham số quan trọng nhất của chúng để khôi phục tín hiệu ở đầu nhận với chất lượng cao được. Nếu như máy vi tính không kịp xử lý luồng tín hiệu thì sẽ có những ảnh bị bỏ qua và lỗi ở kênh xuất. Để giải quyết các vấn đề trên cần có các bản vi mạch đặc biệt vì: Các thuật toán chế biến tín hiệu rất đòi hỏi đến tài nguyên của hệ thống tính toán. Mặc dù có những giải quyết hoàn toàn bằng phần mềm, nhưng chúng yêu cầu rất lớn đối với tài nguyên hạ tầng cơ sở của hệ thống xử lý.
Kết quả là với cả những máy tính cá nhân rất hiện đại cũng làm chậm rất đáng kể sự hoạt động của các thiết bị liên quan và chất lượng liên kết hình ảnh yêu cầu cũng rất khó đạt được. Thực tế toàn cầu phải chấp nhận giải pháp là sử dụng các thiết bị chuyên dụng (các bo mạch đặc biệt: bộ mã hoá - giải mã (code), chúng được cắm vào một rãnh dự trữ trên bo mạch chính của máy PC). Các bộ code nén các tín niệu và giải mã nó để cho kênh kết nối (tương ứng là giải nén và giải mã ở phía bên nhận). Các kênh có thể dùng cho hội nghị truyền hình Sơ đồ hệ thống (cổ điển) thực hiện hội nghị truyền hình được hiểu là sự liên kết giữa các đầu cuối bằng các đường ISDN (Mạng số với sự kết hợp các tiện ích).
Việc sử dụng các kênh ISDN cũng như các mạng khác với việc đảm bảo chất lượng kênh nối được chỉ dẫn bằng hàng loạt các khuyến nghị H.320 đã được chế tác bởi ITU-T. Tuy nhiên thời gian không dừng tại một chổ, mấy năm gần đây việc truyền bá rộng rãi hơn cả là hội nghị truyền hình sử dụng mạng IP như là mạng nội bộ vừa có ý nghĩa của mạng phân vùng lãnh thổ vừa có tính toàn cầu. Khuyến thị tương ứng là chuẩn H.323 cho hội nghị truyền hình bằng mạng IP đã được ITU-T đưa ra cuối năm 1996. Nói chung có thể nói thực tế đến nay hội nghị truyền hình có thể sử dụng bất kỳ kênh kết nối nào với một thông lượng đủ lớn.
Công nghệ truyền thông đa phƣơng tiện thời gian thực Trong những năm qua, công nghệ truyền thông đa phương tiện thời gian thực luôn được quan tâm và đang ngày càng phát triển về chất lượng dịch vụ (QoS) [2] nên đã tạo thuận lợi cho các nhà phát triển phần mềm xây dựng sản phẩm truyền thông đa phương tiện đa đạng và phong phú như IPTV, Videophone, Voicemail, Multimedia SMS [11] và VoD. Bởi vậy, hiện nay có nhiều công nghệ cho phép chúng ta xây dựng hệ thống truyền thông đa phương tiện thời gian thực như công nghệ H323, công nghệ Silverlight, công nghệ Streaming và công nghệ Socket. Trong đó, công nghệ Streaming thời gian thực đang được quan tâm và ứng dụng phổ biến. Công nghệ Socket: Socket là kỹ thuật lập trình cơ bản nhất được phát triển bởi đại học California, Hoa Kỳ.
Socket được hiểu như là giao diện kết nối giữa lớp ứng dụng với lớp truyền thông TCP/UPD. Nhà phát triển sử dụng socket để thực hiện việc truyền thông dữ liệu qua giao diện này. Bởi vậy, quá trình xử lý dữ liệu trước khi gửi đi sẽ được xử lý trực tiếp. Hiện nay, Socket được phát triển phổ biến trong nhiều môi trường lập trình như Java,.
Công nghệ H323 [9]: Công nghệ này là một chuẩn quốc tế phục vụ cho việc hội thoại trên mạng được phát triển bởi Hiệp hội viễn thông quốc tế - ITU. Công nghệ này cho phép truyền thông dữ liệu đa phương tiện thời gian thực qua mạng IP, với đầy đủ các hỗ trợ cho các nhà phát triển và tính tương thích hệ thống cao. Công nghệ Silverlight: Công nghệ này được phát triển và đóng gói thành plug-in bởi Microsoft. Với đặc điểm là độc lập với đa nền tảng và trình duyệt, công nghệ Silverlight cung cấp mô hình lập trình mềm dẻo và đồng nhất trên nhiều môi trường như Internet Explorer, Firefox, Safari và các ngôn ngữ khác nhau như Ajax, Python, Ruby,.
Công nghệ Streaming: Công nghệ streaming là một kỹ thuật để chuyển dữ liệu được xử lý như một dòng ổn định và liên tục dựa trên cách thức phát lại dữ liệu đa phương tiện được lưu trữ trên các máy chủ trên mạng tới người dùng khi muốn xem dữ liệu đa phương tiện đó mà không cần tải dữ liệu đa phương tiện đó 4 về trên máy tính của mình. Công nghệ Streaming được ứng dụng rộng rãi để phát triển hệ thống truyền thông đa phương tiện trực tuyến. ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG 1. Khái niệm QoS Chất lượng dịch vụ là một vấn đề khó định nghĩa chính xác và theo cách định lượng, bởi vì nhìn từ các góc độ khác nhau người ta có thể có quan điểm về chất lượng dịch vụ khác nhau.
Ví dụ, với người sử dụng dịch vụ thoại, chất lượng dịch vụ cung cấp tốt nhất khi thoại được rõ ràng, tức là chúng ta cần phải đảm bảo tốt về giá trị tham số trễ, biến thiên độ trễ và giá trị tham số mất gói tin với một tỉ lệ tổn thất nào đó có thể chấp nhận được. Nhưng đối với khách hàng là người sử dụng trong truyền số liệu ở ngân hàng thì điều tối quan trọng là độ tin cậy, có thể chấp nhận trễ lớn, biến thiên độ trễ lớn nhưng thông số mất gói tin, độ bảo mật kém thì không thể chấp nhận được. Từ góc nhìn của nhà cung cấp dịch vụ mạng, công việc đảm bảo QoS cho các dịch vụ mà họ cung cấp cho người sử dụng là thực hiện các biện pháp để duy trì các mức QoS theo nhu cầu, với cơ sở hạ tầng mạng hiện có, thõa mãn các tiêu chuẩn như độ tin cây, tính bảo mật và băng thông với thời gian trễ chấp nhận được. Với các dịch vụ đa phương tiện chất lượng cao như nghe nhạc, xem phim trực tuyến, VoIP,.
được truyền trên mạng thì quá trình phát và nhận theo thời gian thực đòi hỏi phải triển khai một mạng có hỗ trợ việc đảm bảo chất lượng dịch vụ. ATM là một giao thức được thiết kế để có thể triển khai thực hiện đảm bảo chất lượng dịch vụ ở nhiều mức.