NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VIDEO TRONG HỆ THÓNG IPTV

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VIDEO TRONG HỆ THỐNG IPTV GVHD SVTH MSSV Lớp : TS HOÀNG THU HÀ : PHẠM NGUYÊN VINH : 910519D : 09DD2N TP.HỒ CHÍ MINH –THÁNG 01/2010 LỜI CẢM ƠN Sau thời gian tìm hiểu, luận văn hồn thành tốt đẹp theo lịch trình quy định nhà trường giảng viên hướng dẫn Việc đạt kết không nỗ lực em mà giúp đỡ, bảo giảng viên hướng dẫn bạn sinh viên Em xin chân thành cảm ơn động viên, giúp đỡ bảo tận tình giảng viên hướng dẫn T.S Hoàng Thu Hà trình nghiên cứu hồn thành đề tài Xin cám ơn bạn sinh viên khoa giúp đỡ nhiều mặt : tài liệu, ý kiến … Trong trình thực đề tài này, chúng em cố gắng, xong chắn khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận góp ý, phê bình, dẫn quý thầy cô bạn đọc Một lần xin chân thành cảm ơn! Thành Phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 Sinh viên Phạm Nguyên Vinh NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN   LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển mạng Internet tồn cầu nói riêng cơng nghệ thơng tin nói chung đem lại tiến phát triển vượt bậc khoa học kĩ thuật Internet rút ngắn khoảng cách không gian, thời gian mà mang lại cho người, quốc gia giới lợi ích to lớn Tốc độ phát triển nhanh chóng cơng nghệ thơng tin lợi ích to lớn, có vai trị quan trọng tầm ảnh hưởng rộng khắp Với phát triển nhanh chóng mạng Internet băng rộng làm thay đổi nội dung kĩ thuật truyền hình Hiện truyền hình có nhiều dạng khác nhau: truyền hình số, truyền hình vệ tinh, truyền hình cáp, truyền hình Internet IPTV IPTV cấp độ cao công nghệ truyền hình tương lai Sự vượt trội kĩ thuật truyền hình IPTV tính tương tác hệ thống với người xem, cho phép người xem chủ động thời gian khả triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng tiện ích khác hệ thống nhằm đáp ứng nhu cầu người sử dụng Hiện giới có số quốc gia triển khai thành công IPTV Theo chuyên gia dự báo tốc độ phát triển thuê bao IPTV tăng theo cấp số nhân theo năm Ở Việt Nam nay, số nhà cung cấp thử nghiệm dịch vụ IPTV mạng băng rộng ADSL Trong luận văn em xin trình bày đề tài “ Nghiên cứu đánh giá chất lượng video hệ thống IPTV ” bao gồm chương sau đây: CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IPTV CHƯƠNG 2:CHUẨN NÉN SỬ DỤNG TRONG IPTV CHƯƠNG 3: ĐÓNG GÓI NỘI DUNG VIDEO CHƯƠNG 4: TRUYỀN DẪN VÀ PHÂN PHỐI CHƯƠNG 5: KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU VÀ VIDEO CHO HỆ THỐNG IPTV CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG IPTV   MỤC LỤC CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ IPTV 1.1 Giới thiệu truyền hình số theo giao thức IP 1.2 Một số đặc tính IPTV 1.3 Sự khác biệt IPTV truyền hình Internet 1.4 Cơ sở hạ tầng mạng IPTV 1.5 Ưu điểm IP lựa chọn IP cho IPTV 1.6 Nhu cầu thực tế ứng dụng IPTV 1.7 Kết luận CHƯƠNG 2:CHUẨN NÉN SỬ DỤNG TRONG IPTV 2.1 Khái quát nén MPEG 2.1.1 Cấu trúc dòng bit MPEG 2.1.2 Các loại ảnh chuẩn MPEG 10 2.1.3 Nhóm ảnh (GOP) 11 2.1.4 Bù chuyển động chuẩn nén MPEG 12 2.1.5 Nguyên lý nén MPEG 13 2.1.6 Nguyên lý giải nén MPEG 14 2.2 Sự phát triển chuẩn nén H264/ MPEG-4 part 10 14 2.2.1 Kỹ thuật mã hoá video 15 2.2.2 Chia ảnh thành Macro-Block 16 2.2.3 Dự đoán ảnh Intra- Frame 16 2.2.4 Bù chuyển động Slice P (Prediction Inter Frame) 17 2.2.5 Bù chuyển động Slice B (Bi-Direction Prediction Inter Frame) 19 2.2.6 Xác định Vector chuyển động (Motion Estimation) 20 2.2.7 Nén video 21 2.2.8 Bộ lọc tách khối 23 2.2.9 Kỹ thuật giải mã video 24 2.2.10 So sánh hiệu mã hố H264/MPEG-4Part10 với tiêu chuẩn trước 24 2.2.11 Ưu điểm H.264/AVC 25 2.2.12 Các ứng dụng H.264/AVC 25 2.3 Kết luận 26 CHƯƠNG 3: ĐÓNG GÓI NỘI DUNG VIDEO 3.1 Lớp mã hóa video 28 3.2 Lớp đóng gói Video 28 3.3 Lớp cấu trúc dòng truyền tải 29 3.4 Lớp giao thức truyền tải thời gian thực( tùy chọn) 29 3.5 Lớp truyền tải 30 3.6 Lớp IP 35 3.7 Lớp liên kết liệu 38 3.8 Lớp vật lí 38 3.9 Kết luận 39 CHƯƠNG 4: TRUYỀN DẪN VÀ PHÂN PHỐI 4.1 IP Unicast 41 4.2 IP Multicast 42 2.1 Truyền thông IP Multicast 42 4.2.2 Định tuyến truyền thông IP Multicast 43 4.3 Truyền thông IP Simulcast 44 4.3.1 Nguyên lý truyền thông IP Simulcast 44 4.3.2 Phương thức hoạt động truyền thông IP Simulcast 46 4.4 So sánh phương thức truyền dẫn 48 CHƯƠNG 5: KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU VÀ VIDEO CHO HỆ THỐNG IPTV 5.1 Tóm lược tiêu chuẩn MPEG 49 5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng video 51 5.2.1 Ảnh hưởng hệ thống mã hóa/giải mã 51 5.2.2 Giới hạn băng thông 51 5.2.3 Mất gói tin 52 5.2.4 Nghẽn máy chủ 52 5.2.5 Jitter Timing drift 52 5.3 Các mô hình tiêu đánh giá 52 5.3.1 Mơ hình tham chiếu đầy đủ 53 5.3.2 Mơ hình khơng tham chiếu 53 5.3.3 Mơ hình tham chiếu rút gọn 54 5.4 Kết luận 54 CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG IPTV Cấu hình hệ thống bước tiến hành 55 KẾT LUẬN CHUNG 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT AVC : Advanced Video Coding ADSL : Assymmetric Digital Subscriber Line API: Application Programming Interface BMA : Block Matching Algorithm CAVLC: Context-based Apdaptive Variable Length Coding CABAC: Context-based Apdaptive Binary Arithmetic Coding CRC: Cyclic Redundancy Check CVQE: Continuous Video Quality Evaluation DPCM: Differential Pulse Code Modulation DCT : Discrete Cosine Transform DRM: Digital Rights Management DTS: Decode Time Stamp EDTV: Extended Definition Television GOP : Group of Picture HDTV: High-definition television IPTV: Internet Protocol Television IPTVCD: Internet Protocol Television Consumer Devices ISO : International Standard Organization ITU : Inernational Telecommunication Union IEC : International Electrotechnical Commission (Part of the ISO) ISDN: Integrated Service Digital Network JVT : Joint Video Team JPEG : Joint Photographic Expert Group LAN: Local Area Network MPEG : Moving Picture Expert Group MB : Macro-Block M – JPEG: Motion - Joint Photographic Expert Group MOS: Mean Opinion Score MPQM: Moving Pictures Quality Metric MRG: Multimedia Research Group NTSC : National Television System Committee PSTN: Public Switched Telephone Network PAL : Phase Alternative Line PES: Packetized Element Stream PSNR: Peak Signal to Noise Ratio PTS: Presentation Time Stamps QP : Quantization Parameter QoS: Quality of Service ROD: Record On Demand RTP: Real-time Transport Protocol TCP: Transmission Control Protocol TS: Transport Stream UDP: User Datagram Protocol VLC : Variable Length Coding VLSI: Very Large-Scale Integration VOD: Video On Demand VQEG: Video quality Experts Group VQM :   Video Quality Metric  Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà liệu nén thể nhiều sơ đồ đóng gói khác để thích nghi với tốc độ truyền tải khác nhau, lực xử lý khác máy PC Các sơ đồ đóng gói lại sử dụng để cung cấp dòng liệu cho máy khách client đứng sau để tiếp tục phát lại - Truyền phát gói liệu nguồn chương trình nén - Kết nối máy trạm client có chức phát lại Việc xác lập đường cung cấp phụ cho máy trạm client có yêu cầu nhận liệu bổ sung để sửa lỗi thực sau : có máy trạm client gửi yêu cầu đến server đề nghị sửa lỗi Server định máy trạm client thích hợp hoạt động gần để làm nguồn gửi liệu phục vụ sửa lỗi cho máy trạm có u cầu thơng qua đường cung cấp phụ thiết lập hai máy - Kết nối thơng tin thống kê, server kiểm sốt việc tạo dựng huỷ bỏ kết nối Nhóm modul phát chuyển tiếp máy trạm client mơ hình tháp truyền thông thực chức : - Thiết lập kết nối : máy trạm client gửi yêu cầu kết nối đến máy chủ, máy chủ thiết lập kết nối riêng cho máy trạm - Kết nối lại : kết nối bị gián đoạn, máy trạm đưa yêu cầu thực kết nối lại theo đạo máy chủ - Lưu giữ gói liệu : gói liệu nhận cần phân đoạn cất giữ phục vụ cho việc xác định gói liệu bị thất lạc - Đưa yêu cầu phát lại để sửa lỗi : yêu cầu gửi đến máy chủ để thiết lập đường cung cấp phụ phục vụ cho việc truyền phát lại gói liệu bị thất lạc - Khắc phục cố : trường hợp gói liệu bị hỏng sửa được, máy trạm client cần thực số động tác tình : hiển thị trống (play silence), phát lại hình ảnh có, giảm cấp chất lượng - Giải nén dịng liệu nhận - Hiển thị dòng liệu giải nén cho khán giả xem chương trình - Đồng với máy chủ : tốc độ hiển thị máy trạm cần làm đồng (phù hợp) với tốc độ thu phát máy chủ hay máy trạm đứng trước làm nhiệm vụ phát chuyển tiếp để tránh tượng tải băng thông mạng hay trống rỗng nhớ đệm máy trạm Các máy trạm cần có khả thích nghi với sai khác nhỏ tốc độ truyền phát thuộc phạm vi cho phép Modul phát lại phục vụ sửa lỗi máy trạm thuộc mơ hình thực chức : - Truyền phát gói liệu nén truyền từ nguồn, hai đường cung cấp phụ hỗ trợ chức này, đường có khả nhận truyền phát lại nhờ chức máy trạm thu nhận dòng liệu - Truyền phát lại gói liệu bị lỗi cho máy trạm đứng sau thông qua đường cung cấp phụ SVTH : Phạm Nguyên Vinh 47 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà 4.4 So sánh phương thức truyền dẫn a) IP Unicast: đã trình bày trên, nhược điểm lãng phí băng thơng, khó mở rộng dịch vụ số khách hàng tăng lên, dịch vụ bị giới hạn thời gian (như IPTV), nên IP Unicast không thật thích hợp cho dịch vụ truyền hình mơi trường mạng b) IP Multicast: so với IP Unicast, truyền thông IP Multicast cho phép phân phối liệu từ điểm đến nhiều điểm với hiệu băng thông cao nhiều, tồn số vấn đề : -Các định tuyến trung gian (Router) cần phải có khả multicast -Yêu cầu cao tính cấu hình tường lửa mạng subnet (tính thiết bị lực quản trị mạng) -Vấn đề độ tin cậy khả kiểm soát lỗi truyền liệu -Các yêu cầu liên quan đến máy thu: cần có Card mạng phần mềm hỗ trợ IP Multicast… Nhìn chung, dịch vụ truyền hình trực tuyến mơi trường mạng có nhu cầu mở rộng khơng lớn, IP Multicast phương thức truyền thông phổ biến c) IP Simulcast: So với giải pháp truyền thông IP Unicast IP Multicast, giải pháp IP Simulcast cho số ưu điểm hẳn như: -Chi phí đầu tư thấp nhiều so với giải pháp khác khơng có u cầu đặc biệt liên quan đến máy chủ server, thiết bị mạng nói riêng hạ tầng kỹ thuật mạng nói chung -Độ linh hoạt hệ thống tốt, cho phép xây dựng giải pháp mạng tổng thể với khả nâng cấp mở rộng hệ thống thời gian dài -Chất lượng dịch vụ cao: IP Simulcast giải pháp thiết kế để truyền thông video trực tuyến môi trường Internet, cho phép sửa lỗi kiểm soát chất lượng thu trình hoạt động thời gian thực mà khơng cần thêm chi phí bổ sung băng thông Đây điều mà giải pháp truyền thông video thời gian thực mạng phổ biến chưa đáp ứng SVTH : Phạm Nguyên Vinh 48 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà CHƯƠNG 5: KỸ THUẬT ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU VÀ VIDEO CHO HỆ THỐNG IPTV Trong năm gần xuất nhiều ứng dụng truyền video thời gian thực qua mạng IP, kể đến như: IPTV, video phone, video-conferencing, telemedical hay video theo yêu cầu (VoD),v.v chất lượng video vấn đề quan trọng Trong trình truyền tải video từ nguồn đến đích có nhiều yếu tố ảnh hưởng làm suy giảm chất lượng video: mã hóa/giải mã tham số mạng như: tỷ lệ gói, trễ, jitter, băng thông,… Một phương pháp đánh giá chất lượng video cho kết tốt phương pháp đánh giá chủ quan người (Mean Opinion Score - MOS) Tuy nhiên, phương pháp tốn thời gian tiền bạc, lúc thực Các nghiên cứu gần tập trung xây dựng mơ hình cho phép đánh giá chất lượng hình ảnh từ tham số liên quan đến mạng truyền dẫn hệ thống mã hóa giải mã Có ba mơ hình bản: Tham chiếu tồn phần – Full reference; Không tham chiếu – Zero reference Tham chiếu rút gọn – Reduced reference 5.1 Tóm lược tiêu chuẩn MPEG Mã hóa giải mã video khâu quan trọng ứng dụng đa phương tiện Hiện có hai hệ thống tiêu chuẩn việc thiết lập tiêu chuẩn nén video Đó ITU (International Telecommunications Union) MPEG (Motion Picture Experts Group) Trong năm qua hai hệ thống tiêu chuẩn đưa tiêu chuẩn cho việc mã hóa giải mã video Hình 1: Quá trình phát triển tiêu chuẩn mã hóa Được thiết lập từ năm 1998, MPEG (Motion Picture Experts Group) nhóm nghiên cứu thuộc ISO/IEC, có nhiệm vụ phát triển tiêu chuẩn mã hóa cho hình ảnh âm kỹ thuật số Cho đến nay, nhóm nghiên cứu phát triển số tiêu chuẩn cho việc nén âm hình ảnh Mỗi tiêu chuẩn áp dụng cho ứng dụng cụ thể tương ứng có tốc độ bit khác SVTH : Phạm Nguyên Vinh 49 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà · MPEG-1: Được thiết kế tốc độ tối đa đến 1.5Mbps Tiêu chuẩn nén cho âm hình ảnh động Được dùng phổ biến cho ứng dụng video CD-ROM ứng dụng video internet (các file có phần mở rộng *.mpg) Một phần mở rộng tiêu chuẩn (level 3) áp dụng cho mã hóa nén âm thanh, biết đến với tên MP3 · MPEG-2: Được thiết kế cho ứng dụng có tốc độ bit từ 1.5Mbps đến 15Mbps Tiêu chuẩn MPEG-2 áp dụng cho Truyền hình kỹ thuật số (SDTV), HDTV, Video theo yêu cầu (VoD) ứng dụng DVD MPEG-2 thiết kế dựa MPEG-1, có yêu cầu đặc biệt cho việc nén truyền tải Truyền hình kỹ thuật số Một khác biệt so với MPEG-1 việc nén hiệu cho video tích hợp · MPEG-4: Được thiết kế cho ứng dụng có tốc độ bit thấp ứng dụng có tốc đọ bit cao Ứng dụng MPEG-4 ứng dụng đa phương tiện internet hay mạng không dây Kỹ thuật nén MPEG-4 dựa việc nén theo đối tượng, đối tượng cảnh video theo dõi riêng rẽ nén lại · MPEG-7 (Multimedia Content Description Interface): tiêu chuẩn phát triển Tiêu chuẩn cung cấp qui định khung cho nội dung đa phương tiện bao gồm nội dung video thông tin điều khiển (các thao tác, lọc hay cá nhân hóa,…) · MPEG-21 (Multimedia Framework): tiêu chuẩn phát triển MPEG-21 mô tả thành phần cần thiết mối quan hệ chúng, để tạo nên sở hạ tầng cho việc chuyền tải sử dụng nội dung đa phương tiện MPEG-4 thiết kế đặc biệt cho việc nén hình ảnh âm thanh, tiêu chuẩn cho phép cung cấp dịch vụ nội dung có chất lượng từ thấp chất lượng cao qua môi trường truyền tải khác như: băng rộng, không dây, chuyển mạch gói MPEG-4 thực tập tiêu chuẩn công nghệ nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ từ nhà cung cấp dịch vụ nội dung đến người dùng cuối MPEG-4 bao gồm thành phần sau: · MPEG-4 Systems · MPEG-4 Visual · MPEG-4 Audio · Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF) Trong MPEG-4, âm hình ảnh lưu trữ truyền riêng biệt, thiết bị đầu cuối cần phải có khả kết hợp thành phần riêng biệt liệu đa phương tiện thực để trình diễn Thành phần MPEG-4 Systems mô tả mối liên hệ hai thành phần âm hình ảnh, cho phép tổng hợp lại nội dung đa phương tiện đầu cuối SVTH : Phạm Nguyên Vinh 50 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà 5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng video 5.2.1 Ảnh hưởng hệ thống mã hóa/giải mã Dữ liệu Video ứng dụng đa phương tiện thường mã hóa nén MPEG2, MPEG4 Part 10/H.264, Microsoft WMV9/VC1 số chuẩn nén khác Các mã hóa video thường hỗ trợ khoảng rộng tốc độ nén, điều cho phép lựa chọn khác chất lượng băng thông Phần lớn phương pháp nén video dựa vào việc mã khác frame (interframe) Điều có nghĩa là, thay phải gửi tất frame, gửi sai khác frame với frame trước Phương pháp mã hóa làm việc tốt với video có thay đổi hình ảnh ít, nhiên ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng hình ảnh băng thơng có thay đổi lớn frame hình ảnh Đa số chuẩn mã hóa vừa cho phép mã hóa với tốc độ bít cố định (chất lượng hình ảnh thay đổi) hay tốc độ bít thay đổi (chất lượng hình ảnh thay đổi) Các phương pháp mã hóa video nói chung thường kết hợp kiểu mã hóa intraframe inter-frame Trong kiểu mã hóa intra-frame, frame ảnh chia thành khối, khối biến đổi thành tập hệ số thông qua biến đổi Cosin rời rạc Một nhóm khối kết hợp lại thành thực thể (slice), đóng gói vào gói Nếu có lỗi đường truyền xảy nhóm khối bị mất, tạo nên “sọc” ảnh dải mã Điều xảy hệ số biến đổi Cosin rời rạc khối tính tốn dựa khối slice, lỗi làm thông tin khối tất khối cịn lại slice khơng xác định Một vài lỗi làm hỏng cấu trúc frame, khơng có khả tái tạo lại frame Với kiểu mã hóa inter-frame (motion based coding), vector chuyển động xác định mã hóa cho khối Trong hệ thống mã hóa kiểu inter-frame, việc frame làm cho frame theo sau trở nên khơng sử dụng I-frame nhận, kết thu hình ảnh video trắng hay hình ảnh bị đơng cứng, chất lượng video bị suy giảm đáng kể Trong hầu hết trường hợp tiêu chuẩn mã hóa video cung cấp khả linh động mã hóa giải mã cho việc cân chất lượng tốc độ Việc hiểu biết rõ ràng ảnh hưởng mã hóa giải mã video yếu tố quan trọng góp phần vào việc đánh giá xác ảnh hưởng mạng đến chất lượng truyền video mạng 5.2.2 Giới hạn băng thông: Sự giới hạn băng thông thường xảy lớp truy nhập (thường kết nối DSL hay Cable) Nếu băng thông dành sẵn không đủ để truyền stream video xảy gói đệm định tuyến, dẫn đến việc suy giảm chất lượng video Một vấn đề tinh tế xảy mã hóa video với tốc độ bít thay đổi Trong trường hợp này, thay đổi hình ảnh hay thay đổi frame đáng kể làm tăng yêu cầu băng thông khoảng thời gian ngắn, điều gây lên tượng gói làm suy giảm chất lượng hình ảnh SVTH : Phạm Nguyên Vinh 51 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà 5.2.3 Mất gói tin: Sự gói tin mạng gây nhiều nguyên nhân: nghẽn mạng, liên kết, không đủ băng thông hay lỗi đường truyền, v.v… Sự gói thường xảy bùng phát, mức độ tắc nghẽn mạng cao gây lên độ gói cao Sự suy giảm chất lượng video gây tượng gói tùy thuộc vào giao thức sử dụng để truyền tải video: - Khi giao thức UDP dùng để truyền tải liệu video, xảy tượng gói vài phần video stream bị - Khi giao thức TCP dùng để truyền tải liệu video, gói bị có u cầu truyền lại gói bị mất, điều làm thiếu hụt đệm set-topbox, gây lên tượng dừng hình Khi truyền video giao thức UDP, tượng gói làm hỏng phần hay chí hồn tồn frame 5.2.4 Nghẽn máy chủ: Không hẳn yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng video gây mạng, máy chủ cung cấp dịch vụ VoD phải phục vụ tối đa số người dùng theo khả nó, điều gây tắc nghẽn máy chủ cung cấp dịch vụ Sự tắc nghẽn gây tượng dừng hình lâu phía đầu cuối Để giảm tải cho máy chủ dịch vụ dùng giao thức phù hợp UDP Multicast Nhưng giao thức phù hợp có số lượng lớn người dùng xem nội dung thời điểm 5.2.5 Jitter Timing drift: Jitter khái niệm dùng để mô tả khác khoảng thời gian từ nguồn đến đích gói tin Jitter lớn xảy nghẽn mạng hay tắc nghẽn máy chủ dịch vụ Jitter gây tràn đệm set-top-box, gây lên tượng dừng hình đầu cuối Hiện tượng Timing drift xảy đồng hồ đầu gửi đầu nhận có sai khác tốc độ, gây tràn vùng đệm đầu nhận Để hạn chế ảnh hưởng tượng này, yêu cầu phía đầu nhận phải hiệu chỉnh lại tốc độ đồng hồ cho phù hợp để tránh tượng tràn đệm 5.3 Các mơ hình tiêu đánh giá Như phân tích phần trên, có nhiều yếu tố làm suy giảm chất lượng hình ảnh truyền tải qua mạng IP, bao gồm ảnh hưởng việc mã hóa/giải mã tác động mạng truyền tải Việc mơ hình hóa tác động vấn đề phức tạp ảnh hưởng phụ thuộc nhiều vào kiểu mã hóa, thuộc tính cấu hình hệ thống cụ thể Hiện có nhiều thuật toán đánh giá chất lượng video, chưa thống Một cách tổng quát phân loại thành ba mơ hình giải thuật đánh giá chất lượng video chính: · Mơ hình tham chiếu đầy đủ (Full-reference - FF): Mơ hình FF cung cấp giải thuật cho phép so sánh trực tiếp video nguồn video thu đích SVTH : Phạm Nguyên Vinh 52 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà · Mơ hình khơng tham chiếu (Non-reference/Zero-reference - ZF): Giải thuật mơ hình phân tích chất lượng video thu đích · Mơ hình tham chiếu rút gọn (Reduced-Reference/Partial-reference - RR): Giải thuật mơ hình cho phép trích vài tham số từ đầu vào đem so sánh với tham số tương đương đầu 5.3.1 Mơ hình tham chiếu đầy đủ: Những giải thuật mơ hình tham chiếu đầy đủ thực so sánh chi tiết hình ảnh đầu vào đầu hệ thống Việc so sánh q trình tính tốn phức tạp khơng bao gồm trình xử lý theo điểm ảnh mà cịn theo thời gian khơng gian dịng liệu video đầu vào đầu Kết giải thuật tham chiếu đầy đủ phù hợp với kết đánh giá chủ quan (MOS), nhiên giải thuật sử dụng số ứng dụng định, ví dụ như: ứng dụng phịng thí nghiệm hay thử nghiệm trước triển khai Một thông số đời sớm mơ hình tham chiếu đầy đủ PSNR (Peak Signal to Noise Ratio), theo nghĩa thông đánh giá tỷ số giá trị lớn tín hiệu tạp âm, giá trị tính theo dB Thơng thường giá trị PSNR coi “tốt” vào khoảng 35dB nhỏ 20dB không chấp nhận Hiện PSNR dùng rộng rãi kỹ thuật đánh giá chất lượng hình ảnh video Bên cạnh thơng số PSNR có nhiều thơng số cho mơ hình tham chiếu đầy đủ phát triển ví dụ như: MPQM (Moving Pictures Quality Metric 1996) EPFL Thụy Sỹ, VQM (Video Quality Metric -1999) Viện nghiên cứu Viễn thông Mỹ (NTIA ITS) CVQE (Continuous Video Quality Evaluation 2004).Các thông số phù hợp cho ứng dụng video có tốc độ bit thấp Trong ba thơng số có thơng số VQM tiêu chuẩn tích hợp tiêu chuẩn ITU-T J.144 Cùng với ITU tổ chức VQEG (Video quality Experts Group -1997) tham gia nghiên cứu, đánh giá chất lượng video VQEG thiết lập hai giai đoạn thử nghiệm, giai đoạn I kiểm tra mười giải thuật tham chiếu đầy đủ (bao gồm PSNR) , kết cho giải thuật tương đương Giai đoạn II thử nghiệm tiến hành thử nghiệm với số lượng giải thuật hơn, nhằm đánh giá đưa khuyến nghị sử dụng giải thuật cho kết tốt 5.3.2 Mơ hình khơng tham chiếu: Các giải thuật cho mơ hình khơng tham chiếu nói chung phù hợp cho việc giám sát, phân tích trực tuyến chất lượng video đầu cuối (in-service) Kiểu thuật toán xem xét yếu tố ảnh hưởng thuật tốn mơ hình tham chiếu tồn phần, mà mơ hình triển khai nhiều ngữ cảnh Thiết kế giải thuật cho mơ hình khơng tham chiếu cơng việc khó khăn, mà có vài phương pháp đề xuất , vài công ty đưa vào sản phẩm thương mại họ coi bí mật cơng nghệ SVTH : Phạm Nguyên Vinh 53 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà Hiện giải thuật tham số đánh giá mơ hình khơng tham chiếu tiêu chuẩn hóa Một số tham số đánh giá mơ hình khơng tham chiếu định nghĩa sau: · VSTQ - Video Service Transmission Quality – Tham số không phụ thuộc vào hệ thống mã hóa/giải mã, phụ thuộc vào mạng truyền tải video · VSPQ - Video Service Picture Quality – Tham số phụ thuộc hệ thống mã hóa/giải mã · VSAQ - Video Service Audio Quality – Tham số đánh giá chất lượng âm · VSMQ - Video Service Multimedia Quality – Tham số tổng hợp đánh giá chất lượng âm hình ảnh kết hợp · VSCQ - Video Service Control Quality – Tham số đánh giá chất lượng điều khiển video (ví dụ như: thời gian đáp ứng) 5.3.3 Mơ hình tham chiếu rút gọn: Giải thuật hình tham chiếu rút gọn khơng sử dụng tồn tín hiệu video tham chiếu, phần thông tin tham chiếu truyền đến so sánh thông qua kênh liệu riêng Băng thông dành cho kênh liệu tùy thuộc vào điều kiện ràng buộc ứng dụng Hiện có giải thuật cho phép băng thông dùng cho thông tin tham chiếu yêu cầu nhỏ 10Kbps Hình 5.2: Mơ hình triển khai tham chiếu khơng đầy đủ; Thành phần tham chiếu trích từ nguồn video gửi đến đích sử dụng để đánh giá chất lượng; Mơi trường truyền video xảy gói, kênh gửi thành phần tham chiếu bảo vệ tối đa để không xảy tượng liệu bị hay bị sai lệch 5.4 Kết luận: Với phát triển mạnh mẽ ứng dụng đa phương tiện mạng internet, việc đánh giá chất lượng hình ảnh phía khách hàng yếu tố quan trọng cho việc triển khai mở rộng dịch vụ nhà cung cấp Vấn đề tìm kiếm, phát triển giải thuật cho mơ hình đánh giá chất lượng video đáp ứng yêu cầu thực tế phức tạp Vì lẽ đó, việc định nghĩa tham số mơ hình đánh giá chất lượng video tiêu chuẩn hóa Lĩnh vực cần nhiều đầu tư nghiên cứu tương lai SVTH : Phạm Nguyên Vinh 54 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà CHƯƠNG 6: THIẾT KẾ HỆ THỐNG IPTV  Mục đích thiết lập hệ thống: mô tả hệ thống IPTV cách dùng phần mềm VLC player để mơ q trình streaming file video từ server sang PC người sử dụng VLC player  Cấu hình hệ thống bước tiến hành: - Cách thức thiết lập hệ thống server để stream Audio video tới PC người sử dụng + Setup media server ( in PC server ):  File → open wizard → Box: Streaming/transcoding Wizard, check “ stream to network ” → click Next  Check Select a stream → Chọn Choose : chọn đường dẫn cho file, click Ok, sau chọn Next SVTH : Phạm Nguyên Vinh 55 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà  Check HTTP: điền vào IP address server PC sau click Next SVTH : Phạm Nguyên Vinh 56 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà  Cửa sổ Encapsulation format: chọn MPEG TS, click Next  Cửa sổ Addition streaming options : click Finish để hoàn thành setup media server + Setup media player (in client PC):  Open File → open Network stream → check “ HTTP/HTTPS/FTP/MMS ” chọn địa IP {media server}: 8080 Click Ok để hoàn thành media server player Và file setup media server play media player - Cách thức thiết lập hệ thống server để stream Audio video tới nhiều PC dùng Multicast Tương tự với cách config tới PC, điều kiện cần router phải hỗ trợ multicast : + Setup server : SVTH : Phạm Nguyên Vinh 57 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà  Click File → Wizard → Box: Streaming/Transcoding Wizard, check “ stream to network ” → click Next  Check Select a stream → Chọn Choose : chọn đường dẫn cho file, click Ok, sau chọn Next  Tại box Streaming → chọn RTP multicast: sau ghi địa IP PC cần streaming tới, click Next  Cửa sổ Encapsulation format: chọn MPEG TS, click Next  Cửa sổ Addition streaming options : chọn TTL tùy theo số router có mạng , phần SAP announce ta ghi tên file streaming để người nhận playlist , click Finish để hoàn thành setup media server SVTH : Phạm Nguyên Vinh 58 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà + Setup player:  Open View → playlist : Click Manage, Services Discovery, sau SAP announcements → chọn tên file streaming phần play  Kết nhận xét hệ thống : -Với hệ thống thiết kế để streaming từ PC server sang PC khác dùng VLC player hệ thống hoạt động ổn định , streaming mà play hai PC ta thấy chất lượng hình ảnh âm khơng khác biệt, có máy streaming bị delay vài giây không đáng kể - Với hệ thống thiết kế để streaming từ PC server sang nhiều PC truyền thơng IP multicast địi hỏi phức tạp hơn, router mạng phải hỗ trợ multicast, nhiên với cách config hệ thống tác giả chưa thực nghiệm thành công - Đây hệ thống giả lập mô hệ thống IPTV chủ yếu sử dụng mạng gia đình có nhiều thiếu sót streaming từ server sang PC sử dụng server phép dừng, play , fast forward… Mặc dù hình dung server truyền tín hiệu video qua mạng IP SVTH : Phạm Nguyên Vinh 59 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà KẾT LUẬN CHUNG Sự phát triển mạnh mẽ mạng Internet tồn cầu góp phần khai sinh hình thức truyền hình hồn tồn đầy hứa hẹn Đó truyền hình giao thức Internet (IPTV) Mặc dù đời cách thập kỷ chưa phát triển mạnh mẽ điều kiện sở hạ tầng băng thơng khơng cho phép loại truyền hình phát huy lợi Nên tới thời điểm IPTV chưa sử dụng phổ biến truyền hình cáp truyền hình truyền thống Song năm gần mạng Internet ngày phát triển vượt bậc với mạng băng rộng có tốc độ kết nối ngày nhanh Với khoa học cơng nghệ ngày phát triển kỹ thuật nhằm phát triển chuẩn xử lý ảnh H264/ MPEG4-part10 đánh dấu bước ngoặt lĩnh vực nén video, nhằm mục đích sử dụng băng thông hiệu đem lại chất lượng hình ảnh cao Do đó, H264/MPEG-4 Part 10 lựa chọn để ứng dụng IPTV Ngoài ra, để cải thiện chất lượng dịch vụ IPTV khơng thể thiếu việc đánh giá chất lượng hình ảnh phía khách hàng Đây yếu tố quan trọng cho việc triển khai dịch vụ nhà cung cấp Thêm nữa, IPTV mang lại cho người dùng trải nghiệm xem truyền hình có tính tương tác cá nhân hóa cao, tích hợp nhiều dịch vụ, mang lại tiện lợi trình sử dụng Nhược điểm IPTV khả liệu cao Nếu đường kết nối mạng người dùng không thật tốt băng thông cần thiết xem chương trình dễ bị giật Thêm máy chủ nhà cung cấp dịch vụ không đủ mạnh số lượng người truy cập vào đơng chất lượng dịch vụ bị giảm sút Những mạnh công nghệ mạng internet ngày phát triển làm băng thông kết nối lên cao góp phần giúp IPTV khắc phục nhược điểm, làm phát huy hết lợi trở thành công nghệ truyền hình tương lai SVTH : Phạm Nguyên Vinh 60 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD : TS Hoàng Thu Hà TÀI LIỆU THAM KHẢO (1)Nguyễn Minh Hồng – Chuyên đề “Chuẩn nén MPEG -4 khả ứng dụng truyền hình”, Trung tâm Tin học Đo lường – ĐTHVN, Hà Nội-1/2001 (2)Ngô Đức Cường – “Các giải pháp cơng nghệ truyền tín hiệu truyền hình mạng ”, Khóa luận tốt nghiệp , Hà Nội- 2005 (3)Mai Thị Lan Anh – “Các chuẩn nén ứng dụng truyền video mạng Internet”, Khóa luận tốt nghiệp, Hà Nội-2005 (4)Gibert Held, “Understanding IPTV”, Auerbach Publications-2007, http://www.auerbach-publications.com (5)GERARD O’DRISCOLL, “Next Generation IPTV services and technologies”, A John Wiley & Sons, Inc., Publication- 2007 (6) http://www.itv.vn/Introduce/Default2.aspx (7) http://www.mydigitallife.info/2008/10/23/how-to-set-vlc-player-as-media- server-to-stream-media-files-in-digital-home/vi/ (8) http://www.netup.tv/en-EN/iptv_middleware.php (9) http://www.wikihow.com/Use-VLC-Media-Player-to-Stream-Multimedia- to-Another-Computer SVTH : Phạm Nguyên Vinh 61