Bài giảng Mạng máy tính - Chương 12: Công nghệ Multimedia - Nguyễn Linh Giang

1Cụng nghệ MULTIMEDIA Chuyờn ngành Truyền thụng và Xử lý tin TS. Nguyễn Linh Giang giangnl@it-hut.edu.vn giangnl@gmail.com Khoa Cụng nghệ Thụng tin Bộ mụn Truyền thụng và Mạng mỏy tớnh 2Cụng nghệ MULTIMEDIA 1. Những khỏi niệm cơ bản của Multimedia 2. Cỏc dạng dữ liệu của Multimedia 3. Mụi trường Multimedia 4. Mụ hỡnh hoỏ và lưu trữ thụng tin Multimedia 5. Nộn dữ liệu Multimedia 6. Tổ chức tỡm kiếm thụng tin Multimedia 7. Truyền thụng Multimedia 8. Một số ứng dụng tiờn tiến của Multimedia 37.Truyền thụng Multimedia
Ứng dụng truyền thụng ða phương tiện.
Mạng ða phương tiện.
Cỏc giao thức truyền thụng thời gian thực.
Multicast
QoS 4ứng dụng công nghệ Đa ph−ơng tiện
Video quảng bá  Khả năng l−u trữ và trình diễn video của các Multimedia server  Ưu điểm của Multimedia server so với kỹ thuật ghi băng
Video theo yêu cầu VOD ( video on demand )  VOD phải có khả năng đáp ứng số l−ợng lớn các yêu cầu xem video phân tán.  Hai ứng dụng VOD gia đình và VOD đào tạo. 5
VOD gia đình:  Khách hàng có thể lựa chọn, xem video trực tuyến, thực hiện các thao tác với video.  Việc cho phép lựa chọn video dẫn đến sự cần thiết duy trì các luồng phân phối riêng rẽ cho từng client
VOD đào tạo:  Hệ thống VOD sử dụng bởi các tr−ờng cung cấp dịch vụ đào tạo qua mạng. ứng dụng công nghệ Đa ph−ơng tiện 6Môi tr−ờng mạng Đa ph−ơng tiện
Môi tr−ờng phân phối Đa ph−ơng tiện     Compressed data Compressed data Compressed data Multimedia Server Network End-to-end protocols End-to-end protocols End-to-end protocols Mụi trường phõn phối dữ liệu ða phương tiện 7
Giao tiếp ng−ời sử dụng.  Cho phép lựa chọn các ch−ơng trình trình diễn multimedia.  Xử lý các lệnh từ ng−ời sử dụng.  Duy trì kênh giao tiếp qua lệnh từ user đến server.
Truy xuất dữ liệu Đa ph−ơng tiện  Hỗ trợ quá trình truy xuất dữ liệu Đa ph−ơng tiện.  Hỗ trợ quá trình cấp phát băng thông theo quyền và mức độ −u tiên của ng−ời sử dụng dịch vụ. Môi tr−ờng mạng Đa ph−ơng tiện 8
Gửi, nhận Video và Audio  Dữ liệu gửi đi d−ới dạng nén và đ−ợc giải nén khi nhận.
Thực hiện bằng phần cứng chuyên dụng hoặc phần mềm  Với adapter chuyên dụng chất l−ợng của ảnh nén t−ơng đối cao
Môi tr−ờng client:  Hệ thống client t−ơng tác trực tiếp với ng−ời sử dụng.  Những ứng dụng khác nhau có hệ thống client khác nhau, với các chức năng cơ bản khác nhau. Môi tr−ờng mạng Đa ph−ơng tiện 9
Môi tr−ờng mạng.  Mạng truyền thông Đa ph−ơng tiện phải đáp ứng những yêu cầu:
Phải có những cơ chế truyền dẫn thích hợp để truyền tải yêu cầu và dữ liệu Đa ph−ơng tiện.
Dữ liệu Đa ph−ơng tiện phải đ−ợc phân phối với chất l−ợng phụ thuộc yêu cầu.  Các công nghệ mạng hỗ trợ truyền thông Đa ph−ơng tiện
Các công nghệ mạng băng rộng. Môi tr−ờng mạng Đa ph−ơng tiện 10
Hệ thống thời gian thực  Hệ thống trong đó hoạt động phụ thuộc vào:
Cho kết quả đúng đắn
Đ−a ra kết quả đúng thời điểm.  Đặc điểm của hệ thời gian thực
Các sự kiện bên trong và bên ngoài có thể xảy ra một cách định kỳ hoặc tự phát.
Hoạt động hệ thống phụ thuộc vào việc đáp ứng các ràng buộc thời gian. Truyền thông đa ph−ơng tiện thời gian thực 11  Các yêu cầu đối với hệ thời gian thực
Xác định đ−ợc hành vi tuỳ theo đặc tả
Các kết quả thoả mãn yêu cầu đặt ra.
Có thể dự đoán đ−ợc các sự kiện bất ngờ.
Có thể lập lịch đầy đủ.
Có khả năng ổn định trong các điều kiện quá tải.
Hệ thống đa ph−ơng tiện  Cung cấp tích hợp các chức năng l−u trữ, truyền dẫn và trình diễn các dạng dữ liệu rời rạc (văn bản, đồ hoạ, ảnh tĩnh) và liên tục (audio, video ) trên máy tính số. Truyền thông đa ph−ơng tiện thời gian thực 12 Các giao thức truyền thông thời gian thực IP TCP UDP H.323 SIP RTSP RSVP RTPRTCP ðặt trước ðo lường Vận chuyển ðPTQoSCỏc giao thức bỏo hiệu thoại internet Cỏc giao thức thời gian thực 13 Cỏc giao thức truyền thụng ða phương tiện
Giao thức vận chuyển thời gian thực (Real Time Protocol - RTP)
Giao thức điều khiển thời gian thực (Real Time Control Protocol – RTCP )
Giao thức đặt trước tài nguyờn (Resourse Reservation Protocol - RSVP)
Giao thức truyền dũng thời gian thực (Real Time Streaming Protocol - RTSP) 14 Giao thức RTP
Giao thức RTP  Là giao thức Internet để vận chuyển dữ liệu ða phương tiện thời gian thực ( Video, Audio ).  Là giao thức phớa trờn UDP.
Chức năng của RTP  Cung cấp cỏc dịch vụ chuyển dữ liệu thời gian thực đầu cuối.
Xỏc định dạng tải payload, Số thứ tự (sequence numbering), nhón thời gian và giỏm sỏt quỏ trỡnh phõn phối. 15 o UDP khụng cú khả năng phỏt hiện mất gúi và khụi phục tớnh tuần tự của gúi. o RTP giải quyết được vấn đề này (bằng cỏch sử dụng số thứ tự, nhón thời gian). o RTP cung cấp cấu trỳc phự hợp để sử dụng cựng với cỏc giao thức QoS. IP Media Application RTP UDP Data Link Physical Giao thức RTP 16 Physical Data Link IP UDP RTP Application 1-PDU Frame IP Datagram UDP Segment RTP Packet Media Chunk 1-PDU Frame IP Datagram UDP Segment RTP Packet Media Chunk IP Header UDP Header RTP Header RTP Payload Giao tiếp sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực. ðúng gúi RTP trong gúi IP Giao thức RTP: ðúng gúi giao thức 17 Giao thức RTCP
Chức năng của RTCP  Giao thức internet để giỏm sỏt chất lượng dịch vụ và để khảo sỏt cỏc thụng tin về cỏc đối tượng tham gia trong một phiờn đang diễn ra.  Làm việc liờn kết với RTP.  Mỗi đối tượng tham gia trong phiờn RTP định kỳ gửi gúi tin điều khiển RTCP tới tất cả cỏc bờn tham dự.  Thụng tin phản hồi cú thể được sử dụng để điều khiển hiệu năng.  Bờn gửi cú thể thay đổi quỏ trỡnh truyền dựa vào thụng tin phản hồi.  Mỗi gúi RTCP chứa cỏc thụng bỏo của bờn gửi và /hoặc bờn nhận.  Số liệu thống kờ bao gồm số lượng gúi được gửi, số lượng gúi mất ,jitter bờn trong ... 18 Giao thức RSVP
Là giao thức điều khiển mạng cho phộp bờn nhận yờu cầu chất lượng dịch vụ đầu cuối cho dũng dữ liệu.
Cỏc đặc điểm cơ bản:  ðặt trước đơn giản: Chỉ đặt trước một chiều  Bờn nhận định hướng vớ dụ : Bờn nhận dũng dữ liệu khởi tạo và duy trỡ tài nguyờn đặt trước sử dụng cho dũng dữ liệu đú. 19 Giao thức RSVP. Bản tin PATH (hướng về).  Phõn phối thụng tin lưu lượng nguồn.  Tập hợp thụng tin đường đi.  Thiết lập cỏc trạng thỏi cần thiết. Bản tin RESV (hướng đi).  ðược chuyển theo đường đi đó dự trự bằng thụng điệp PATH  Chỉ định yờu cầu tài nguyờn.  Thiết lập trạng thỏi trong đường đi. 20 Cỏc thành phần của RSVP 21 Giao thức dũng thời gian thực Real-time Streaming Protocol (RTSP)
Chức năng của RTSP:  Cho phộp chương trỡnh đa phương tiện điều khiển truyền tải dũng dữ liệu đa phương tiện (vớ dụ : tạm dừng/tiếp tục, định vị lại vị trớ phỏt, tua nhanh, tua lại ).  Lấy dữ liệu đa phương tiện từ mỏy chủ .  Yờu cầu mỏy chủ đưa thờm dữ liệu đa phương tiện trong một phiờn đang làm việc.  Ghi lại nội dung thảo luận. 22 Mối quan hệ giữa RTP, RTCP và RTSP
RTP là một giao thức vận chuyển dựng để chuyển cỏc dữ liệu thời gian thực, bao gồm cỏc luồng dữ liệu õm thanh và video.
RTCP là một phần của RTP và cú sự hỗ trợ việc quản lý chất lượng QoS.
RTSP là một giao thức điều khiển cho việc khởi tạo định hướng việc vận chuyển cỏc dũng dữ liệu đa phương tiện từ mỏy chủ đa phương tiện.
RTSP khụng chuyển dữ liệu, mặc dự kết nối RTSP cú thể được sử dụng để tạo đường hầm lưu lượng RTP nhằm sử dụng để vượt qua với tường lửa và cỏc thiết bị mạng khỏc.
RTP và RTSP được sử dụng cựng nhau trong nhiều hệ thống và khụng thể tỏch rời. ðặc điểm kỹ thuật của RTSP chứa cỏc nội dung chi tiờts liờn quan đến việc sử dụng RTP. 23 Multicast
Broadcast:  Là phương phỏp gửi luồng dữ liệu đến tất cả những người sử dụng kết nối vào mạng.
Multicast:  Là phương phỏp gửi một luồng dữ liệu từ một nguồn đến một nhúm cỏc trạm nhận.  ðịa chỉ multicast
Trong Ipv4, là cỏc địa chỉ ở lớp D từ 224.0.0.0 đến 239.255.255.255.
Khụng xỏc định một host(unicast).
Xỏc định một nhúm multicast ở một khoảng thời gian. 24 Nhúm Multicast  Một trạm bất kỳ cú thể tham gia vào nhúm multicast mà khụng cần phải xỏc thực.  Một trạm cú thể thuộc vào nhiều nhúm khỏc nhau khụng hạn chế.  Một nguồn bất kỳ cú thể gửi thụng tin đến nhúm multicast khụng nhất thiết phải thuộc nhúm. 25 ðịnh tuyến trong multicast
ðịnh tuyến trong unicast.  ðịnh tuyến là tỡm đường đi trong mạng với chi phớ hoặc trễ tối thiểu.  Sử dụng cỏc giải thuật tỡm đường đi ngắn nhất.
Giải thuật Dijkstra
Bellman –Ford
Cỏc giải thuật này thực hiện tỡm đường đi tối ưu (chi phớ hoặc trễ) nhất từ trạm gửi đến một nỳt khỏc trờn mạng. 26
ðịnh tuyến trong multicast.  Một liờn mạng cú thể được mụ hỡnh hoỏ bằng đồ thị cú hướng, G=(V,E).  M: là nhúm multicast, M là tập con của V.  Bài toỏn tỡm đường multicast:
Tỡm ra một hoặc nhiều đồ thị con của G chứa đường đi đến tất cả cỏc nỳt trong M.
M là tập con của V do đú giải thuật tối ưu là rất phức tạp. Vớ dụ: tỡm Steiner tree là bài toỏn NP đầy đủ.
Nếu M bằng V, lỳc đú bài toỏn là giải được với thời gian đa thức. ðịnh tuyến trong multicast 27 ðảm bảo chất lượng trong mạng Muticast 28 ðảm bảo chất lượng ứng dụng Hệ thống - Tính toán - Dành tài nguyên - Lập lịch Yêu cầu ðảm bảo 29 đảm bảo chất l−ợng Mụ hỡnh lớp QoS User Application File system Local processing Transport system MM system ...... . ...... . 30 Trễ Mất gói tin (Độ tin cậy) Băng thông Đảm bảo chất l−ợng
Các tham số QoS  Thời gian trễ  Băng thông  Tỷ lệ mất gói  Jitter 31 Xác định QoS. Xác định QoS yêu cầu và QoS mong muốn của ứng dụng. QoS yêu cầu QoS mong muốn QoS tồi QoS chấp nhận đ−ợc QoS tốt đảm bảo chất l−ợng 32 Các thông số của đảm bảo chất l−ợng
Tính ổn định và khả năng tới đích  Khả năng kết nối và tới đích trong một khoảng thời gian xác định sự ổn định của mạng.  Kết nối đ−ợc giữa hai hệ thống đầu cuối có nghĩa là có thể truyền dữ liệu giữa hai hệ thống này với chất l−ợng tốt nhất  Khả năng tới đích của mạng Multicast chịu ảnh h−ởng
Từ sự phức tạp của giao thức định tuyến và hạn chế kinh nghiệm của quản trị mạng về những kỹ thuật này.
Một vấn đề khác là sự không t−ơng thích giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau và thêm vào đó là sự không hoàn thiện của mộtchồng các giao thức. 33 Các thông số đảm bảo chất l−ợng
Sự ổn định mạng liên quan chặt chẽ đến khả năng kêt snối
Tất cả các thử nghiệm QoS th−ờng bắt đầu với việc kiểm tra khả năng kết nối.
Một hệ thống sẵn sàng cao, yêu cầu sự ổn định gần bằng 100%. 34 Các thông số đảm bảo chất l−ợng
Trễ truyền dẫn  Trễ truyền dẫn là khoảng thời gian tính từ lúc bên phát truyền một gói tin đi đến khi bên thu nhận thành công gói tin này.  ðo độ trễ cần phân biệt trễ một h−ớng(One – Way – Delay: OWD) và trể hai h−ớng (Round – Trip - Time) 35 Các thông số đảm bảo chất l−ợng 36 Các thông số đảm bảo chất l−ợng  Trễ một h−ớng (OWD:One – Way – Delay ) 37 Các thông số đảm bảo chất l−ợng  Trễ truyền dẫn hai h−ớng(Round-Trip- Time:RTT)
tA0 = tsent,
tB1 = trcvd,
tB1 = tsent’,
tA3 = trcvd’
Round-Trip-Time ∆tRTT đ−ợc tính nh− sau: ∆tRTT = ∆tOWD’+∆tOWD = = trcvd’ - tsent 38 Các thông số đảm bảo chất l−ợng
Jitter (Delay variation)  Sự biến đổi về thời gian tới giữa các gói tin tại nơi nhận đ−ợc gọi là Jitter.  Theo ph−ơng pháp đo, Jitter có những cách xác định khác nhau. Có hai h−ớng tiếp cận để đo và xác định Jitter nh− sau:
Theo trễ truyền dẫn.
Theo thời gian nhận. 39 Các thông số đảm bảo chất l−ợng  Sự thay đổi của trễ truyền dẫn: −ớc l−ợng Jitter
Đo trễ truyền dẫn đ−ợc thực hiển trong một khoảng thời gian xác định.
Jitter đ−ợc tính nh− là độ lệch cực đại của trễ truyền dẫn xung quanh giá trị trung bình.
Thông th−ờng, Jitter đ−ợc tính bằng cách sử dụng phép đo trễ truyền dẫn một h−ớng. 40 Các thông số đảm bảo chất l−ợng  Sự thay đổi giữa các thời điểm tới đích:
Phía nhận đo khoảng thời gian giữa những lần nhận gói tin.
Jitter có thể đ−ợc tính bằng giá trị cực đại của độ lệch thời gian tới so với giá trị trung bình xét trong một khoảng thời gian xác định. 41 Các thông số đảm bảo chất l−ợng
Tỷ lệ mất gói tin  Tỷ lệ mất gói tin là số l−ợng gói tin bị mất trong một khoảng thời gian xác định.  Tỷ lệ mất gói tin gây ra:
Một số ch−ơng trình ứng dụng sẽ không thực hiện tốt nếu tỷ lệ mất gói tin lớn hơn một giá trị ng−ỡng.
Mất gói tin quá nhiều sẽ gây nên khó khăn cho một ch−ơng trình ứng dụng đa ph−ợng tiện.
Số l−ợng gói tin bị mất càng lớn thì càng khó khăn cho giao thức tầng giao vận duy trì đ−ợc băng thông truyền cao. 42 Các thông số đảm bảo chất l−ợng
Tỷ lệ sắp xếp lại và trùng lặp các gói tin  Tại đích các gói tin đến không đúng nh− trật tự mong muốn.  Trùng lặp các gói tin là kết quả của định tuyến lặp lại hoặc có nhiều đ−ờng đi tới đích.  Một nguyên nhân khác của trùng lặp gói tin:
sử dụng nhiều bộ định tuyến để nhận đ−ợc khả năng dự phòng cao.
Nếu các bộ định tuyến không đ−ợc cấu hình tốt thì trùng lặp gói tin có thể xảy ra đối với tất cả các truyền dẫn multicast.