Ứng dụng xây dựng luồng Video Streaming qua mạng ngang hàng

Ứng dụng xây dựng luồng Video Streaming qua mạng ngang hàng

LÊ NGỌC ANH HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG KHOA VIỄN THÔNG -*** - XÂY DỰNG ỨNG DỤNG LUỒNG VIDEO STREAMING QUA MẠNG NGANG HÀNG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG LUỒNG VIDEO STREAMING QUA MẠNG NGANG HÀNG Ngƣời hƣớng dẫn : THS.VŨ THỊ THÚY HÀ Sinh viên thực : LÊ NGỌC ANH Lớp : D09VT2 Khoá : 2009 - 2014 Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY D09VT2 Hà Nội, 12-2013 HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THƠNG -*** - ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Đề tài: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG LUỒNG VIDEO STREAMING QUA MẠNG NGANG HÀNG Ngƣời hƣớng dẫn : THS.VŨ THỊ THÚY HÀ Sinh viên thực : LÊ NGỌC ANH Lớp : D09VT2 Khoá : 2009 - 2014 Hệ : ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Hà Nội, 12-2013 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… Điểm: (bằng chữ ……………… ) Ngày … tháng 12 năm 2013 Giáo viên hướng dẫn ThS Vũ Thị Thúy Hà Đồ án tốt nghiệp đại học Mở Đầu NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………… Điểm: (bằng chữ ……………… ) Ngày … tháng 12 năm 2013 Giáo viên phản biện Lê Ngọc Anh – D09VT2 Đồ án tốt nghiệp đại học Mở Đầu MỞ ĐẦU Trong ngày đầu phát triển ứng dụng đa phương tiện, khoảng nửa cuối thập niên 90, việc xem video mạng gần điều Ngày nay, với bùng nổ Internet, ứng dụng đa phương tiện có video streaming trở thành nhu cầu thiếu nhiều cư dân mạng Theo thống kê, riêng Mỹ có khoảng 33 tỉ video xem tháng 12-2012 (nguồn comScore) Con số đủ cho ta thấy lớn mạnh không ngừng ứng dụng video streaming Tuy nhiên, để phát triển ứng dụng video streaming tốt gặp phải nhiều vấn đề Ứng dụng video streaming đòi hỏi nhiều băng thơng u cầu độ trễ thấp Chính cần phải có phương pháp phân phát video đường truyền hợp lý IP multicast với khả tối ưu hóa đường truyền giải pháp cho vấn đề Tuy nhiên, việc triển khai IP multicast lại tốn địi hỏi tồn mạng phải có Router đắt tiền, chuyên dụng Điều hồn tồn khơng khả thi mạng diện rộng Internet Triển khai multicast tầng ứng dụng với việc khơng làm thay đổi hạ tầng mạng phía giải pháp thay hữu hiệu cho IP multicast Hiện nay, giới phát triển nhiều phương pháp truyền tin multicast tầng ứng dụng khác Trong truyền tin multicast dựa mạng ngang hàng hứa hẹn có nhiều ưu điểm Đặc thù truyền tin multicast phải tạo multicast tối ưu, có liên kết chặt chẽ node với nhau, có khả phục hồi lỗi nhanh Mạng ngang hàng có cấu trúc hồn tồn đáp ứng yêu cầu với việc node liên kết với thuật toán cụ thể Để làm rõ lợi mạng ngang hàng có cấu trúc việc truyền tin multicast, khóa luận nghiên cứu xây dựng ứng dụng truyền video streaming multicast dựa tảng mạng ngang hàng có cấu trúc Pastry Sau tóm tắt nội dung khóa luận gồm chương  Chƣơng 1: Tổng quan kỹ thuật Video Streaming Trong chương giới thiệu khái quát kỹ thuật Video Streaming Cấu trúc chức thành phần hệ thống video streaming Nêu loại định dạng tập tin video phổ biến Trong chương I đề cập đến vấn đề truyền tin multicast gồm truyền tin IP multicast multicast lớp ứng dụng  Chƣơng 2: Hệ thống luồng video qua mạng ngang hàng P2P Lê Ngọc Anh – D09VT2 Đồ án tốt nghiệp đại học Mở đầu Trong chương giới thiệu khái quát mạng ngang hàng P2P Khái niệm mạng P2P kiến trúc mạng Các mục tiêu, thuận lợi, khó khăn mạng P2P Trình bày cách xây dựng lớp phủ cho truyền video streaming, nêu số hệ thống phổ biến sử dụng mạng NICE, CoopNet, HyPO…Nêu ưu nhược điểm hệ thống  Chƣơng 3: Xây dựng ứng dụng luồng video streaming qua mạng Pastry Chương chủ yếu mô tả q trình gia nhập, rời nhóm, truyền tin multicast tới mạng trình sửa multicast  Phần kết luận: Tổng kết lại toàn nội dung luận văn đưa hướng phát triển Mặc dù cố gắng kiến thức hạn chế, thời gian làm đồ án không nhiều, nên đồ án tốt nghiệp em tránh khỏi thiếu sót nội dung hình thức Do em mong nhận góp ý thầy, giáo để đồ án em hồn thiện Lê Ngọc Anh – D09VT2 Đồ án tốt nghiệp đại học Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Trước tiên, em muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Vũ Thị Thúy Hà, người tận tình hướng dẫn em suốt q trình hồn thành khóa luận tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới tất thầy, giáo trường Học Viện Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng tận tình giảng dạy giúp đỡ em suốt năm học vừa qua để em có đủ kiến thức để hồn thành khóa luận Tôi xin gửi lời cảm ơn tới tất bạn bè D09VT2 tôi, người đồng hành suốt năm học qua Cuối cùng, xin gửi lời tri ân đến bố mẹ gia đình, người thân u tơi lịng biết ơn sâu sắc Hà Nội, tháng 11 năm 2013 Sinh viên Lê Ngọc Anh Lê Ngọc Anh – D09VT2 Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục MỤC LỤC MỞ ĐẦU MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ 10 TÓM TẮT 12 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIDEO STREAMING 13 1.1 Tổng quan video streaming 13 1.1.1 Giới thiệu Video Streaming 13 1.1.2 Quá trình Video Streaming 14 1.1.3 Kiến trúc hệ thống video streaming 14 1.2 Các loại tệp tin video 17 1.3 Hoạt động hệ thống video streaming 19 1.3.1 Kiến trúc hoạt động hệ thống Video Streaming 19 1.3.2 Mô hình hoạt động tổng quát hệ thống 21 1.4 Một số phương thức phân phối luồng video 22 1.4.1 IP multicast 23 1.4.2 Multicast lớp ứng dụng 24 1.5 Kết luận chương 25 CHƢƠNG 2: HỆ THỐNG LUỒNG VIDEO QUA MẠNG NGANG HÀNG 26 2.1 Phân tích số điểm tồn kỹ thuật streaming truyền thống 26 2.2 Mạng ngang hàng Peer-to-Peer 26 2.2.1 Khái niệm 26 2.2.2 Ưu mạng ngang hàng 27 2.2.3 Phân loại mạng ngang hàng 27 2.2.4 Các vấn đề cần xem xét P2P streaming 28 2.3 Các phương pháp tiếp cận xây dựng lớp phủ 29 2.3.1 Phương pháp tiếp cận dạng 30 2.3.2 Các hệ thống luồng trực truyến dựa đơn luồng 31 2.3.3 Phương pháp tiếp cận dựa đa luồng 35 2.3.4 Các hệ thống luồng trực truyến dựa đa luồng 36 2.4 Phương thức tiếp cận dựa lưới 37 Lê Ngọc Anh – D09VT2 Đồ án tốt nghiệp đại học Mục lục 2.4.1 Các hệ thống luồng trực truyến phổ biến dựa lưới 39 2.5 Video theo yêu cầu P2P 46 2.5.1 Hệ thống VoD dựa dạng 47 2.5.2 Hệ thống VoD dựa lưới 50 2.6 Kết luận chương 52 CHƢƠNG III: ỨNG DỤNG LUỒNG VIDEO STREAMING QUA MẠNG PASTRY 53 3.1 Giới thiệu Pastry 53 3.2 Quá trình truyền tin multicast nhóm Scribe 56 3.2.1 Chi tiết giải thuật 57 3.2.2 Q trình gia nhập nhóm (join group): 58 3.2.3 Quá trình rời nhóm (leave group) 59 3.2.4 Truyền tin multicast tới mạng 59 3.2.5 Sửa multicast 60 3.3 Cải thiện Scribe cấu trúc Splitstream 61 3.3.1 Giới thiệu SplitStream 61 3.3.2 Cơ chế xây dựng luồng SplitStream 62 3.4 Kết luận chương 64 KẾT LUẬN ĐỒ ÁN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 Lê Ngọc Anh – D09VT2 Đồ án tốt nghiệp đại học Danh mục hình vẽ DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Kiến trúc hệ thống video streaming 16 Hình 1.2 Kiến trúc hoạt động hệ thống 19 Hình 1.3 Lược đồ hoạt động tổng quát 21 Hình 1.4 Lược đồ hoạt động Server Error! Bookmark not defined Hình 1.5 Lược đồ hoạt động quản l Cache máy chủ Streaming Error! Bookmark not defined Hình 1.6 Các phương thức truyền tin mạng 23 Hình 1.7 Thành phần IP multicast 23 Hình 1.8 (a) IP multicast (b) Multicast lớp ứng dụng 25 Hình 2.1 Phân loại mạng ngang hàng 27 Hình 2.2 Các loại P2P Streaming 29 Hình 2.3 Mơ hình đơn 30 Hình 2.4 Xây dựng lại Streaming(a)Peer rời (b)Mơ hình sau phục hồi 31 Hình 2.5 Giải pháp tập trung cho cấu trúc trì 31 Hình 2.6 Sắp xếp host NICE 32 Hình 2.7 SpreadIt – ứng dụng multicast xây dựng Peer 32 Hình 2.8 SpreadIt–Kiến trúc phân lớp Peer 33 Hình 2.9 Ví dụ ESM 34 Hình 2.10 Tổ chức hành Peer trongZigZag 35 Hình 2.11 Cây đa luồng sở Streaming 35 Hình 2.12 Streaming Media sử dụng nội dung CoopNet 37 Hình 2.13 Danh sách peer từ Tracker Server Hình 2.14 P2PliveVideo Streaming 37 Hình 2.15 Trao đổi liệu thiết kế hệ thống dựa lưới 38 Hình 2.16 Sơ đồ hệ thống nút Anysee 40 Hình 2.17 Kiến trúc PPLive 41 Hình 2.18 Một sơ đồ hệ thống chung cho nút DONet 42 Hình 2.19 GridMedia Kiến trúc Dựa MSOMP 43 Hình 2.20 Hai lớp lưới/ che phủ mạng lai 45 Hình 2.21 Khung mTreebone (a) lớp phủ lai (b) xử lý trạng thái nút 46 Hình 2.22 Cấu trúc trực tuyến CiqueStream 46 Hình 2.23 Cấu trúc DirectStream 49 Hình 2.24 BASS: (a) Tổng quan hệ thống, (b)Mẫu khách hàng 51 Hình 2.25 Phương pháp tiếp cận BiToS 51 Hình 3.1 Bảng định tuyến nút 10233102 Pastry 55 Hình 3.2 Nút 10233102 gửi thông điệp m đến nút 33321220 56 Hình 3.3 Quá trình nút gia nhập vào nhóm 58 Hình 3.4 Truyền tin multicast nhóm Scribe 59 Hình 3.5 Quá trình tự sửa câymulticast 60 Hình 3.6 Một ví dụ đơn giản minh họa cách tiếp cận SplitStream 62 Hình 3.7 Splitstream F luồng 62 Hình 3.8 Xác định nút cha băng thông vượt giới hạn 63 Lê Ngọc Anh – D09VT2 10 Đồ án tốt nghiệp đại học Thuật ngữ viết tắt THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ALM Application Layer Multicast Multicast lớp ứng dụng BASS BitTorrent Assisted Streaming System DHT Distributed Hash Table Bảng băm phân tán HTTP Hypertext Transfer Protocol Giao thức chuyển tải siêu văn ID Indentity Số nhận dạng I/O Input/Ouput Đầu vào/Đầu IP Internet Protocol Giao thức mạng Internet LAN Local Area Network Mạng cục P2P Peer – to – Peer Mạng ngang hàng QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RTSP Real Time Streaming Protocol Giao thức điều khiển phiên TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn UDP User Datagram Protocol Giao thức lớp giao vận VoD Video on Demand Video theo yêu cầu Lê Ngọc Anh – D09VT2 11 Đồ án tốt nghiệp đại học Tóm Tắt TĨM TẮT Thời gian gần đây, với phát triển ứng dụng đa phương tiện mạng Internet, video streamig qua Internet ngày thu quan tâm nhiều người, đặc biệt ứng dụng video streaming thời gian thực IP multicast giải pháp hiệu cho yêu cầu Tuy nhiên, việc triển khai IP multicast mạng diện rộng gặp nhiều vấn đề khó khăn Do vậy, nhiều nghiên cứu chuyển sang hướng nghiên cứu ứng dụng multicast lớp ứng dụng Nhiều giải pháp multicast lớp ứng dụng đưa Tuy chúng có yêu điểm riêng, xong chưa đáp ứng hầu hết yêu cầu P2P streaming thời gian thực, ví dụ vào nút, độ trễ lớn Hơn nữa, giải pháp chưa xét đến vấn đề nút không đóng góp Luận văn mơ tả chi tiết giao thức mạng ngang hàng có cấu trúc Pastry cách thức tuyền tin multicast mạng ngang hàng Pastry Trong khóa luận, vấn đề truyền video streaming đề cập đến Từ khóa luận xây dựng nên ứng dụng truyền video streaming multicast Pastry Việc đánh giá kết thu qua trình xây dựng cho ta thấy ưu điểm việc triển khai multicast mạng ngang hàng, nhược điểm cần khắc phục Lê Ngọc Anh – D09VT2 12 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIDEO STREAMING 1.1 Tổng quan video streaming 1.1.1 Giới thiệu Video Streaming Video loại liệu đa phương tiện quan trọng phục vụ cho truyền thông cho nhu cầu giải trí người nhiều thập niên Trong thời kỳ đầu video xử lý truyền dạng tín hiệu tương tự (analog) Với phát triển không ngừng mạch điện tử máy tính dẫn đến số hóa video mở cách mạng nén truyền thông video Sự phát triển phổ biến Internet năm 90 định hướng truyền thông video qua mạng chuyển mạch gói best – effort Video qua mạng Internet gặp phải nhiều yếu tố bất lợi băng thơng, độ trễ gói tin, với số vấn đề làm để chia tài nguyên mạng luồng hay làm triển khai hiệu phương thức truyền thơng – nhiều Từ có nhiều giải pháp nghiên cứu phát triển nhằm khắc phục vấn đề Video Streaming định nghĩa “dòng chảy” video, nghĩa liệu video truyền liên tục từ nguồn đến đích thơng qua Internet Video Streaming thường sử dụng lĩnh vực giải trí dạy học, dùng để lưu trữ tập tin Video học, cung cấp cho người dùng tiện ích tìm kiếm, liệt kê khả hiển thị hiển thị lại liệu Video theo yêu cầu.Với định dạng tập tin Video truyền thống, liệu hiển thị tải (download) tồn bộ, tập tin Video chất lượng cao có dung lượng lớn cơng việc tiêu tốn nhiều thời gian Video Streaming tiết kiệm thời gian cho người dùng cách sử dụng công nghệ giải nén kết hợp với hiển thị liệu đồng thời lúc tiếp tục tải video Quá trình gọi kỹ thuật đệm (buffering):  Thay gửi lần nhất, liệu video streaming chia thành gói nhỏ, sau liên tục truyền phần chia  Ban đầu bên nhận lấy phần chia nhỏ liệu Video hiển thị phần video nhận được, đồng thời lúc hiển thị gói liệu cịn lại lấy để kịp cho việc hiển thị Video Streaming thể hai dạng:  Video theo yêu cầu (on demand): liệu Video lưu trữ máy chủ đa phương tiện truyền đến người dùng có u cầu, người dùng có tồn quyền để hiển thị thực thao tác (tua, dừng, quay lại…) với đoạn liệu  Video thời gian thực (live event): liệu Video biến đổi trực tiếp từ nguồn cung cấp liệu theo thời gian thực (máy camera, microphone, thiết bị phát liệu Video…) Lê Ngọc Anh – D09VT2 13 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming 1.1.2 Qu tr nh Video Streaming Với Video Streaming máy tính người sử dụng khơng phải tải tồn Video lúc Để thực tăng tốc độ lần tải về, thời điểm máy tính cần tải phần thông tin Video Với kỹ thuật này, cần máy chủ đặc biệt kiểm soát việc cung cấp nội dung Video, để phần đoạn Video lưu trữ máy chủ truy cập lúc Video Streaming:  True Streaming: tín hiệu Video đến theo thời gian thực hiển thị cho người xem  Download and Play: Sau tải tồn Video về, sau phát Video  Progressive Download and Play: Đây công nghệ lai hai công nghệ Trong công nghệ này, Video chia nhỏ thành nhiều frame, chương trình phát Video (player) thị gói vừa tải lưu trữ liệu nhớ đệm máy Khi tua lại đoạn Video mà tải về, Player lấy liệu từ nhớ đệm để tải lên Video Streaming sử dụng giao thức RTSP, MMS, HTTP… để truyền liệu theo dạng luồng qua mạng Internet, đồng thời sử dụng chuẩn nén để giảm dung lượng liệu, cung cấp khả nén liệu nhiều mức nén, nhiều kích thước hiển thị để phù hợp với độ rộng băng thông nhiều mạng truyền dẫn để tối ưu hoá việc truyền liệu qua mạng Cũng việc truyền Video Streaming qua mạng phụ thuộc nhiều vào sản phẩm phần mềm máy chủ luồng Video Hiện nay, có nhiều chuẩn cơng nghệ Video streaming Cũng có nhiều định dạng liệu riêng với chuẩn cộng nghệ Các định dạng Video streaming giới hạn công ty dẫn đầu công nghệ streaming: Các hãng cung cấp công cụ trọn gói gồm máy chủ luồng video (lưu trữ, truyền phát liệu theo giao thức hỗ trợ ), Video Playe (hiển thị liệu phía người dùng), công cụ kiến tạo liệu với chuẩn nén 1.1.3 Kiến trúc hệ thống video streaming 1.1.3.1 Kiến trúc chức c c thành phần Một hệ thống video thường bao gồm khối, minh họa hình 1.1 Trong hình 1.1 video âm gọi liệu thô nén cách sử dụng thuật toán nén video âm sau lưu thiết bị lưu trữ Theo yêu cầu từ khách hàng, máy chủ streaming lấy video âm nén liệu thiết bị lưu trữ sau với lớp ứng dụng QoS mơ-đun kiểm sốt điều chỉnh video âm thành luồng bit theo tình trạng mạng lưới yêu cầu QoS Sau sử dụng giao thức truyền tải nén chuỗi bit gửi gói tin video âm qua mạng Internet Gói bị giảm hoặc bị trễ mức mạng Internet tắc nghẽn, gói tin bị hư hỏng bị lỗi bit Để nâng Lê Ngọc Anh – D09VT2 14 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming cao chất lượng truyền video âm truyền liên tục, dịch vụ phân phối triển khai mạng Internet cho gói tin gửi đến người nhận, sử dụng giao thức RSTP qua lớp vận chuyển sau xử lý lớp ứng dụng trước giải mã giải mã video âm Để đồng hóa video âm , chế đồng truyền thông u cầu Từ hình 1.1 ta thấy khối liên quan chặt chẽ với chúng thành phần thống kiến trúc video streaming  Cơ chế nén video Dữ liệu video nguyên gốc cần phải nén trước truyền nhằm để đạt hiệu tốt tiết kiệm băng thông  Cơ chế điều khiển chất lƣợng dịch vụ tầng ứng dụng Để đối phó với biến thiên tài nguyên mạng để cung cấp chất lượng hình ảnh nhằm đáp ứngtheo yêu cầu người sử dụng, nhiều kỹ thuật điều khiển chất lượng dịch vụ tầng ứng dụng đưa Kỹ thuật bao gồm điều khiển tắc nghẽn kiểm soát lỗi Điều khiển tắc nghẽn sử dụng để ngăn ngừa gói liệu giảm trễ để kiểm sốt lỗi, mặt khác cịn nhằm để cải thiện chất lượng trình chiếu video khơng có phần liệu gói tin bị  Dịch vụ phân phát video đƣờng truyền Để cung cấp dịch vụ đa phương tiện có chất lượng tốt, hỗ trợ mạng quan trọng Điều cho thấy có hỗ trợ mạng mà từ giảm trễ truyền tải giảm tỷ lệ gói tin Được xây dựng Internet (giao thức IP), dịch vụ phân phối video đường truyền cho phép đạt QoS (chất lượng dịch vụ) hiệu cao cho việc phân phát video qua mạng Internet  M y chủ streaming Máy chủ Streaming đóng vai trị quan trọng việc cung cấp dịch vụ trực tuyến Để cung cấp dịch vụ trực tuyến chất lượng, máy chủ streaming yêu cầu phải xử l liệu video với ràng buộc thời gian, hạn chế thời gian trễ hỗ trợ hoạt động kiểm soát tương tác tạm dừng (pause), tua (fast forword) tiếp tục, nhanh chóng chuyển tiếp nhanh chóng quay lại Một máy chủ streaming thường bao gồm ba hệ thống con: hệ thống kết nối giao tiếp (ví dụ, giao thức vận chuyển), hệ điều hành, hệ thống lưu trữ  Cơ chế đồng liệu Với chế đồng bộ, ứng dụng bên nhận hiển thị video gần giống khởi tạo bên gửi Một ví dụ chế đồng cử động mơi người nói phải phù hợp với tiếng nói họ phát  Giao thức cho video streaming Giao thức thiết kế chuẩn hóa cho truyền thơng khách hàng máy chủ streaming Giao thức chia làm loại: giao thức tầng mạng Internet Protocol (IP), giao thức tầng giao vận Use Datagram Protocol (UDP) giao thức điều khiển phiên Real – time Streaming Protocol (RTSP) Lê Ngọc Anh – D09VT2 15 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming Hình 1.1 Kiến trúc hệ thống video streaming 1.1.3.2 Cache Với hệ thống máy chủ trình chiếu Video trực truyến cung cấp cho việc tải theo yêu cầu người dùng sử dụng nay, với yêu cầu người dùng đến – máy chủ xử l thơng tin đảm bảo u cầu tải hợp lệ để thiết lập kết nối Tiếp sau đó, truy xuất đến ổ cứng (hoặc thiết bị lưu trữ cục bộ) để truy xuất tập tin yêu cầu gửi cho người dùng Như biết tốc độ truy xuất ổ cứng thường chậm Bên cạnh đó, có tập tin nhiều dùng quan tâm thời điểm (sai khác nhỏ thời gian), việc truy xuất ổ cứng liên tục để truy xuất tập tin cách làm việc lãng phí tốn cho máy chủ Để giải vấn đề này, ta đưa giải pháp sử dụng Cache Cache hiểu theo nghĩa thường nơi lưu trữ liệu năm chờ phần cứng xử lý, nhằm mục đích tăng tốc độ xử lý Cache vùng lưu trữ nhớ thiết bị lưu trữ tốc độ cao độc lập Có nhiều loại Cache biết đến với chức khác như: Cache CPU, Caching Internet Browser, Caching Oracle…Cụ thể ta quan tâm đến chế xử lý Video Caching máy chủ thay cho Web Caching tải Việc đầu tư cho thiết bị Cache cộng với việc có giải pháp quản lý Cache hiệu giảm tải nhiều cho máy chủ Cách thức hoạt động thông qua Cache:  Dữ liệu truy xuất từ ổ cứng đẩy lên Cache  Với yêu cầu từ người nhận gửi tới, máy chủ tìm kiếm liệu tồn Cache chưa, để thực đẩy liệu lên Cache, tồn liệu từ Cache thơng qua trình xử l liệu truyền trực tiếp đến người Lê Ngọc Anh – D09VT2 16 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming dùng thơng qua q trình xử l liệu truyền trực tiếp đến người dùng thông qua luồng tin (bỏ qua giai đoạn truy xuất từ ổ cứng)  Cơ chế để quản l liệu Cache, định liệu đưa vào Cache loại bỏ khỏi Cache, phải thơng qua việc phân tích thơng tin truy xuất liệu, với thử nghiệm số liệu thực thực tế để đưa giải thuật quản l Cache hợp l 1.2 C c loại tệp tin video Các tập tin Video thường thuộc loại: codec không codec Một số định dạng tập tin, cần nhìn vào tập tin ta biết loại codec mà tập tin sử dụng như: WMV, RM, MOV… Hoặc loại đuôi tập tin khơng định xác loại codec như: MP4, AVI, MKV… Các loại tập tin hộp đựng (container) để chứa nội dung, thường phải sử dụng trình media player để mở đọc tập tin Để biết tập tin sử dụng loại codec để mã hóa Ta xem xét số loại định dạng tập tin mà website nhà cung cấp lớn thường hỗ trợ: Định dạng 3GP – 3GPP Multimedia ASF – Advanced Systems Format Giới thiệu  Định dạng 3GP định dạng Video phát triển dự án 3rd Generation Partnership dựa chuẩn MPEG-4 Được sử dụng cho tập tin đa phương tiện mạng không dây 3G tốc độ cao, sử dụng phổ biến điện thoại có hỗ trợ quay phim  Định dạng ASF Microsoft phát triển Định dạng dùng để truyền tải tập tin đa phương tiện chứa văn bản, đồ họa, âm thanh, Video Tập tin ASF chủ yếu tập tin Windows Media Audio Windows Media Video  Tập tin ASF đặc tả cấu trúc tập tin video hay âm truyển tải mà không rõ phương pháp mã hóa Lê Ngọc Anh – D09VT2 17 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming  Định dạng AVI phát triển Microsoft chứa Audio Video liệu mã hóa theo codec khác (có thể dùng codec DivX để mã hóa tập tin AVI) Định dạng AVI bao gồm hai loại Interleave định dạng DivX, Xvid Đây định dạng phổ biển  AVI sản phẩm RIFF Dữ liệu tập tin chia khối, khối xác định nhãn Khối chứa liệu Video, thông tin chiều dài, chiều rộng, tỷ lệ khung Khối thứ chứa liệu thật tập tin AVI Khối thứ chứa mục khối liệu tập tin AVI – FLV – Flash Video MP4 – MPEG-4 Video MOV – Apple QuickTime Movie RM – Real Media  Flash Video định dạng Video thường dùng cho website chia s Youtube website chiếu phim trực tuyến, phát triển Adobe System (Macromedia) Hỗ trợ loại định dạng FLV F4V  Flash Video: nội dụng nhúng tập tin SWF phần mở rộng FLV chứa thông tin tập tin  Định dạng có chất lượng chấp nhận được, kích thước tập tin nhỏ, nên hiệu mơi trường Internet Phù hợp với hệ thống trình chiếu Video trực tuyến nói chung hệ thống dạy học Video nói riêng  Định dạng MPEG-4 tiêu chuẩn phát triển Moving Picture Experts Group, sử dụng nhiều điện thoại thiết bị chơi Video (còn gọi thiết bị chơi MP4)  QuickTime Movie định dạng Apple phát triển Cũng định dạng thường sử dụng Internet  Real Media định dạng phát triển RealNetworks Real Media chứa thông tin Video (Real Video) âm (Real Audio) Thường dùng để truyền tải tập tin đa phương tiện thông qua internet Lê Ngọc Anh – D09VT2 18 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming  Định dạng VOB liên quan đến DVD Video Movie File Một tập DVD Video tin VOB thường chứa luồng đa công (multiplex) gồm: Video, âm phụ đề Object VOB – WMVWindows Media Video  Windows Media Video định dạng tập tin thường gặp phát triển Microsoft Tập tin Windows Media chứa Video mã hóa theo codec Windows Media Video âm mã hóa theo codec Windows Media Audio codec  Tập tin WMV thiết kế dùng cho ứng dụng luồng (thread) Internet Dung lượng tập tin WMV thấp nên dễ dàng truyền tải mạng, nhiên chấp lượng hình ảnh âm khơng thực tốt 1.2 Hoạt động hệ thống video streaming 1.3.1 Kiến trúc hoạt động hệ thống Video Streaming Một hệ thống Video treaming hoạt động chủ yếu gồm thành phần: Web server, Server Client Hình 1.2 Kiến trúc hoạt động hệ thống Lê Ngọc Anh – D09VT2 19 Đồ án tốt nghiệp đại học Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming  Web server  Web Server máy chủ có dung lượng lớn, tốc độ cao, nơi lưu trữ thông tin website có cung cấp dịch vụ chia s video trực tuyến (những Website nhúng mã embeded flash player nhà cung cấp dịch vụ lưu trữ quản l tập tin cung cấp) với thông tin liên quan khác  Khi máy chủ Web nhận yêu cầu từ máy khách việc xem video có danh sách video mà Website cung cấp, gửi máy khách: đoạn mã html tĩnh chứa tập tin embeded flash tập tin xml chứa thông tin video  Server  Server máy chủ gồm có: Ổ cứng (Hard disk) chứa liệu máy chủ quản l dùng quản l trình kết nối máy khách (thơng qua cổng định)  Hard Disk: Ổ cứng lưu trữ tập tin video nhà cung cấp  Server Manager: o Tạo máy chủ với cổng lựa chọn, chờ người dùng kết nối tới o Quản l người dùng kết nối dựa IP o Quản l tập tin video đưa vào cache o Quản l việc lựa chọn gửi phần tập tin video cho người dùng  Máy chủ Video Streaming: o Khi nhận yêu cầu từ phía người dùng lấy tập tin video, máy chủ Video Streaming tìm tập tin ổ cứng đẩy vào thiết bị Caching o Tại thiết bị Caching, tập tin video cắt thành nhiều gói nhỏ để lưu trữ o Sau gói tập tin video đưa qua chế nén mã hóa trước gửi người dùng.(3)  Client  Truy cập vào web browser, chọn tập tin video cần xem bấm play, lệnh yêu cầu play tập tin video gửi lên máy chủ Web.(1)  Web browser nhận software player (trong đoạn mã html tĩnh chứa tập tin embeded flash) thực kết nối với server.(2)  Software player nhận video stream thực việc giải nén, giải mã trước hiển thị Video lên cho người dùng Tóm lại:  Web Server: trả người dùng đoạn html tĩnh, nội dung tập tin chứa embeded flash  Server: lưu trữ tập tin video, gửi tập tin video yêu cầu người dùng  Client: nhận thông tin từ máy chủ Web kết nối đến máy chủ (với thông tin nhận từ máy chủ Web tương ứng tập tin video chọn) Lê Ngọc Anh – D09VT2 20 ... thức mạng ngang hàng có cấu trúc Pastry cách thức tuyền tin multicast mạng ngang hàng Pastry Trong khóa luận, vấn đề truyền video streaming đề cập đến Từ khóa luận xây dựng nên ứng dụng truyền video. .. Chương I: Tổng quan kỹ thuật video streaming CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT VIDEO STREAMING 1.1 Tổng quan video streaming 1.1.1 Giới thiệu Video Streaming Video loại liệu đa phương tiện quan trọng... lớp ứng dụng  Chƣơng 2: Hệ thống luồng video qua mạng ngang hàng P2P Lê Ngọc Anh – D09VT2 Đồ án tốt nghiệp đại học Mở đầu Trong chương giới thiệu khái quát mạng ngang hàng P2P Khái niệm mạng