Đánh giá hất lượng dịh vụ truyền video trên mạng không dây di động

43 Trang 7 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CRF Constant rate factor Hệ ố ố s t c độ không i đổPSRN Peak signal-to-noise ratio Tỉ ố s tín hiệu cực đại trên nhiễu SSIM Structural Similarity Cấu



BỘ GIÁO DỤ C VÀ ÀO T O Đ Ạ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

HÀ NỘI- 2018

BỘ GIÁO DỤ C VÀ ÀO T O Đ Ạ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS.TS NGÔ HỒNG SƠN

HÀ NỘI- 2018

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gửi lời cảm n sâu sắc tới PGS.TS Ngô Hồng Sơn, Viện Công ơnghệ thông tin và Truyền thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người thầy đã dành nhiều thời gian tận tình chỉ bảo, hướng d n, giúp đỡ tôi trong ẫsuốt quá trình tìm hiểu và hoàn thành đề tài Thầy là người định hướng và đưa

ra nhiều góp ý quý báu trong quá trình tôi thực hiện luận v n ă

Tôi xin chân thành cảm n các thầy, cô ở Viện Công nghệ thông tin và ơTruyền thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà N i ã cung c p cho tôi nh ng ộ đ ấ ữkiến thức và tạo cho tôi những đ ềi u kiện thuận lợi trong suốt quá trình tôi học tập tại trường

Tôi cũng xin cảm n gia đình, người thân, bạn bè đã luôn động viên và ơ

tạo đ ều kiện tốt nhất cho tôi i

Tôi xin chân thành cả ơm n!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi Bùi Hoài Nam cam kết luận v n là công trình nghiên c u că ứ ủa bản

thân tôi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Ngô Hồ ng S n ơ

Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2018

Học viên

Bùi Hoài Nam

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG 7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 8

ĐẶ T VẤN ĐỀ 9

CHƯƠNG 1 : CƠ S LÝ THUY Ở ẾT 11

1.1 TỔNG QUAN VỀ 4G LTE 11

1.1.1 Giới thiệu về 4G LTE 11

1.1.2 Các giai đ ạ o n phát triển của công nghệ viễn thông di động 11

1.1.3 Tại sao phải cần thế hệ mạng tiếp theo 12

1.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE 12

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN VIDEO 13

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ 14

1.3.1 Phương pháp chủ quan 14

1.3.2 Phương pháp khách quan 14

1.4 Y ẾU TỐ ẢNH HƯỞ NG ĐẾ N CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG 4G 14

1.4.1 Chất lượng dịch vụ - QoS 14

1.4.2 Chất lượng trải nghiệm - QoE 16

1.4.3 Hệ số tốc độ không đổi - CRF 17

1.4.4 Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu - PSNR 17

1.4.5 Cấu trúc tương tự - SSIM 19

1.5 TÓM TẮT CHƯƠNG 21

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP KHÁCH QUAN SỬ Ụ D NG HỆ Ố S KHÔNG ĐỔI CRF 22

2.1 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CƠ BẢN 22

2.1.1 Phương pháp chủ quan 22

2.1.2 Phương pháp đánh giá khách quan 23

2.1.2.1 Mô hình không tham chiếu (non_zero_ reference) 23

2.1.2.2 Mô hình tham chiếu đầy đủ (full_reference) 23

2.1.2.3 Mô hình tham chiếu rút gọn (reduce_reference) 24

2.2 Tác động của hệ số tốc độ không đổi CRF vào mô hình tham chiếu y đầ

đủ 25

2.2.1 Lựa chọn giải pháp 25

2.2.2 Kịch bản thử nghiệm đánh giá chất lượng video 26

2.3 Tóm tắt chương 27

CHƯƠNG 3 : MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ THỬ NGHIỆM 28

3.1 GIỚI THIỆU CHƯƠNG 28

3.2 MÔI TRƯỜNG MÔ PHỎNG 28

3.2.1 Công cụ Lena – LTE/EPC 28

3.2.2 Bộ công cụ Evalvid 29

3.3 Quá trình mô phỏ ng truy n video qua mạ ề ng không dây di động (LTE) v i ớ các yếu tố truyền khác nhau 31

3.3.1 Cài đặt thông số 31

3.3.2 Quá trình mô phỏng 32

3.4 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ 36

3.4.1 K ết quả đo PSNR và SSIM dựa vào hệ số tỷ lệ mã hóa CRF 36

3.4.2 Thông số video đầu ra sau khi gán hệ số CRF 40

3.4.3 Phân tích mất gói tin khi chuyển video qua mạng LTE tùy thuộc vào tốc độ mã hóa 42

3.4.4 Phân tích, so sánh với việc truyền video gốc 43

3.4.5 Đánh giá chất lượng video thu được so với video gốc qua thang đ ể i m MOS 44

3.5 Tóm tắt chương 45

KẾT LUẬN 46

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Multiple Access

tần số trực giao

Division Multiple 7 Access tần số sóng mang đơn

Protocol

luồng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 thang đ ểm MOS 23 iBảng 2.2 thiết lập kịch bản thử nghiệm 27 Bảng 3.1 Cài đặt thông số ạ m ng LTE 32

Bảng 3.2 Các chỉ số PSNR và SSIM (giá trị trung bình) của các kịch bản thửnghiệm 36

Bảng 3.3 Độ lệch chuẩn của các chỉ số PSNR và SSIM của các kịch bản thửnghiệm 37 Bảng 3.4 Thông số của video đầu ra thu được sau khi gán hệ ố s CRF 40 Bảng 3.5 Tỷ lệ % mất gói sau khi gán hệ số CRF và truyền qua LTE 42 Bảng 3.6 So sánh các giá trị giữa truyền video gốc và video đã gắn CRF 44

Bảng 3.7 Đánh giá chất lượng video qua thang đ ểm MOS 45 i

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 2.1 Mô hình không tham chiếu 23

Hình 2.2 Mô hình tham chiếu y đầ đủ 24

Hình 2.3 Mô hình tham chiếu rút gọn 25

Hình 3.1 Sơ đồ kh i truyền video trên mạng không dây di động 31 ố Hình 3.2 Gán hệ ố s CRF vào video cần truyền 33

Hình 3.3 Quá trình truyền gói tin UDP từ Server đến Client 34

Hình 3.4 Kết thúc quá trình truyền gói 34

Hình 3.5 Quá trình xây dựng lại video ã truyền đếđ n người nhận 34

Hình 3.6 Giá trị chỉ ố s PSNR thu được 35

Hình 3.7 Giá trị chỉ ố s SSIM thu được 35

Hình 3.8 Giá trị trung bình của PSNR với hệ ố s CRF 38

Hình 3.9 Giá trị trung bình của SSIM với hệ ố s CRF 38

Hình 3.10 Độ lệch chuẩn của PSNR với hệ ố s CRF 39

Hình 3.11 Độ lệch chuẩn của SSIM với hệ ố s CRF 39

Hình 3.12 Kích thước video giảm khi tăng hệ ố s CRF 41

Hình 3.13 Tốc độ mã hóa giảm khi tăng hệ số CRF 41 Hình 3.14 Tỷ ệ l phần trăm các gói b m t trên mỗ ịị ấ i k ch b n 43 ả

động” được lựa ch n ọ để có cơ hội nghiên c u, tìm hi u k hơứ ể ĩ n v các gi i ề ảpháp cho vấn đề chất lượng dịch vụ

Mục tiêu của luận văn

Tìm hiểu cách thứ đc ánh giá chất lượng dịch vụ video truyền trên mạng không dây di động Tìm hiểu tham số nào ảnh hưởng đến chất lượng video, chất lượng đường truyền

Tìm hiểu phương thứ đc ánh giá chất lượng dịch vụ video theo 2 phương pháp chủ quan và khách quan Dựa trên phương pháp khách quan áp dụng hệ

số tốc độ không i (CRF) vào mô hình tham chiếu đầy đủ, để tìm được hệ số đổtốc độ không đổi (CRF) mà hệ số đ ó khi nén không làm nh hưởng nhi u đến ả ềchất lượng video, giúp truyền video một cách d dàng, nhanh chóng mà ễkhông gây tổn thất

Tóm tắ t k t quả ế

Đánh giá được ch t lượng d ch v truy n video trên m ng không dây di ấ ị ụ ề ạđộng thông qua việc so sánh giữa video g c và video ã có s can thi p c a ố đ ự ệ ủ

hệ số tốc độ không đổi (CRF) D a vào các chỉ số thu được của PSNR, SSIM ự

và MOS đánh giá được video có chất lượng tốt hay x u, hay có th sử dụng ấ ể

được trong những trường hợp tốc độ mạng ch m, ho c đường truy n không ậ ặ ềtốt

Tìm hiểu được cách th c làm tố ưứ i u video để có thể truyền trên mạng không dây tốt hơn, mà không làm ảnh h ng nhiưở ều đến chất lượng video, cũng như giúp giảm băng thông và kích thước gói tin

Dựa vào kết quả này, có thể mở rộng nghiên c u áp d ng h số tốc độ ứ ụ ệkhông đổi để làm tố ưi u hóa đường truyền, chất lượng video, giúp người dùng đầu cuối có tr i nghi m d ch v tố ơả ệ ị ụ t h n, và nghiên c u áp d ng vào các ng ứ ụ ứdụng khác như video trực tuyến, hội nghị trực tuyến …

Nội dung của luận văn

Chương 1: Cơ sở lý thuy t Đưa ra được nh ng khái ni m c bảế ữ ệ ơ n nh t, ấgiúp người đọc hiểu được cơ ả b n về mạng 4G-LTE, m t s phương pháp xem ộ ốvideo nói chung, và một số phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ

Chương 2: Đánh giá chất lượng dựa trên phương pháp khách quan sử dụng hệ số không đổi CRF Nêu ra cách th c ánh giá, s dụứ đ ử ng h số tốc độ ệkhông đổi CRF và các chỉ số PSNR, SSIM, và MOS

Chương 3: Mô phỏng, đánh giá thử nghiệm Mô tả phương pháp mô phỏng, và phân tích kết quả thử nghiệm hệ số tốc độ không i CRF và các đổchỉ số PSNR, SSIM và MOS thông qua vi c truy n video trên m ng không ệ ề ạdây di động

Kết luận: Tìm hiểu được cách tìm hệ số tốc độ không đổi phù hợp nh t ấvới việc nén video để giúp truyền trên mạng không dây di động tốt hơn Dựa vào kết quả này có thể nghiên cứu áp dụng thêm vào các ứng dụng khác, như video trực truyến, hội nghị trực tuyến …

CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1.1 Giới thiệu về 4G LTE

4G LTE là một giai đ ạo n trong quá trình chuyển tiếp từ 3G lên 4G, t c ố

độ truyền tải nhanh g p 7 lần so vớấ i 3G 4G LTE ang là một chuẩn truyền đthông tốc độ cao dành cho các thi t bị đầu cuối và các thiết bị di động 4G ếLTE hiệ đn ang được nhiều người coi là công nghệ mạng di động th hệế th ứ

tư, nhưng thực chấ ốt t c độ c a 4G LTE th p h n so v i chu n 4G [1, 11, 9] ủ ấ ơ ớ ẩLTE được quy định trong 3GPP Rel 8 là phiên bản đầu tiên và là nền móng cho những bổ sung cải tiến về sau [1, 11] Với phiên bản 3GPP Rel 10,

đưa ra các ý tưởng mới m bảđể đả o các giá tr quy nh như mộị đị t ph n c a k ầ ủ ếhoạch LTE-Advanced phù hợp với yêu cầu của IMT-Advanced cho mạng vô tuyến 4G

Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ ố th ng m ng ạkhông dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G Liên minh Viễn thông

Quốc tế (ITU) đ định nghĩa truyền thông di động thế hệã th 4 là IMT ứAdvanced

1.1.2 Các giai đ ạ o n phát triển của công nghệ viễn thông di động

Các thế hệ công ngh viễệ n thông di động được phát tri n qua các c t ể ộmốc như sau :

 Công nghệ di động th hệ thứ nhất (1G) ra đời vào khoảng thời gian ếnăm 1980 dựa trên công nghệ FDMA (đa truy cập phân chia theo tần số)

 Công nghệ di động th hệế th 2 (2G) ra đời vào kho ng thời gian ứ ảnăm 1990 dựa trên công nghệ TDMA (đa truy cập phân chia theo thời gian)

 Công nghệ di động th hệế th 3 (3G) ra đời vào kho ng thời gian ứ ảnăm 2000 dựa trên công nghệ WCDMA (đa truy cập phân chia theo mã)

 Công nghệ di động th hệế th 4 (4G) ra đời trong kho ng th i gian ứ ả ờ

từ năm 2009 đến nay, đã qua giai đ ạo n triển khai thử nghiệm ban đầu và hiện nay ang tri n khai tại m t sđ ể ộ ố nước, dựa trên công ngh ệOFDM, SDMA - tức là công nghệ LTE – LTE ADVANCE LTE là

từ viết tắt của Long Term Evolution, mô tả công việc chuẩn hóa của 3GPP để xác định phương thức truy nhập vô tuyến tốc độ cao mới cho hệ thống truyền thông di động LTE là bước tiếp theo dẫn đến hệ thống thông tin di động thế hệ thứ 4 hay còn gọi là 4G Hệ thống này được kỳ vọng có nh ng ti n b vượt bậữ ế ộ c v công ngh cũề ệ ng nh ưnhững tính năng so với thế hệ 3G trước đó [11, 9]

1.1.3 Tại sao phải cần thế hệ mạng tiếp theo

 Số lượng ng i dùng ngày càng lớườ n m nh, nhu c u s dụng Internet ạ ầ ửbằng di động ngày càng tăng

 Người dùng cần m t m ng di động có t c độ truy n t i d liệu nhanh ộ ạ ố ề ả ữ

và có chất lượng tố ơn t h

 Nhu cầu giá thành gi m, nh ng ch t lượng tố ơả ư ấ t h n

 Cải thiện các nhược đ ểm của 3G và đáp ứng nhu cầi u c a người s ủ ửdụng

1.1.4 Các đặc tính cơ bản của LTE

LTE cung cấp tốc độ c c đại DL (Down link) đường xuống là 300 Mbps, ựtốc độ cực đại UL (Up link) đường lên là 75 Mbps [11, 12] Độ tr cho phép ễ

truyền bé hơn 5ms trong mạng truy nhập vô tuyến Hoạt động b ng tần 700 ở ăMHz - 2,6 GHz

LTE h trỗ ợ băng thông sóng mang có th mở rộể ng, t 1,4 MHz đến 20 ừMHz và hỗ trợ cả ghép song công phân chia theo t n s (FDD) và ghép song ầ ốcông phân chia theo thời gian (TDD)

Kiến trúc mạng dựa trên IP, được gọi là lõi gói tiến hóa (EPC) được thiết

k ế để thay thế mạng lõi GPRS , hỗ trợ chuyển giao liên tục cho cả thoại và dữliệu cho các trạm di động với công nghệ mạng c hơũ n nh GSM, UMTS và ưCDMA2000

Có 2 phương pháp truyền video là: streaming và downloading

Stream video: là mộ ỹt k thu t được s dụậ ử ng khá ph bi n trong các ng ổ ế ứdụng mạng Nó được dùng để truy cập và xem video từ xa thông qua các máy chủ theo mô hình client/server, ứng dụng vào các hệ thống đào tạo từ xa, giám sát từ xa, đ ềi u khiển từ xa, hội nghị trực tuyến … Stream video sử dụng cách thức phát lại các o n video được l u tr trên các máy ch đến người dùng đ ạ ư ữ ủđầu cuối mà không ph i t i video v máy tính Stream video là quá trình chia ả ả ề

nhỏ các file video thành các frame, rồi lần lượt gửi từng frame đ đến bộ đệm ó của máy tính người xem và hiển thị nội dung frame ó Nó s dụng các giao đ ửthức RTSP, RTP, RTCP [12]

Downloading: có nghĩa là khi t i video v thì toàn b video ó s được ả ề ộ đ ẽlưu trên máy tính, và có thể mở và xem ngay sau khi t i v Phương th c này ả ề ứ

có ưu đ ểi m là có thể truy xuất nhanh đến một khoảng thời gian khác nhau của video, nhưng lại có một nhược đ ểi m lớn đó là phải chờ video được tải về toàn

bộ mới có th xem được Khi video có kích thước l n thì ph i ch mộể ớ ả ờ t th i ờgian rất lâu, dẫn đến người xem s có cảm giác khó chịu khi phải chờ đợi ẽ

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

Có rất nhiều phương pháp và bài toán để đánh giá được chất lượng dịch

vụ truyền video trên mạng không dây di động, trong luận văn sẽ nêu ra 2 phương pháp chính

1.3.1 Phương pháp chủ quan

Phương pháp này mang lại hiệu quả cao, độ tin cậy và chính xác cao Nhưng ngược lại thì lại tốn kém chi phí, nhân lực và thời gian, vì phải dùng chính con người để kiểm nghiệm

1.3.2 Phương pháp khách quan

Do tâm lý đánh giá của người tham gia đánh giá rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng chủ quan của video, cho nên rất khó khăn để nâng cao được hiệu quả đ ánh giá chất lượng được Chính vì vậy phải cần thêm các công cụ máy móc để đánh giá được chất lượng thông qua các tính năng vật lý của tín hiệu

TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG 4G

Có rất nhiều yếu tố ả nh hưởng đến chất lượng video, từ các yếu tố truyền dẫn trên đường truyền như mất gói tin, suy hao đường truyền, lỗi bit, giới hạn băng thông, hay nghẽn mạng

1.4.1 Chất lượng dị ch v - QoS ụ

QoS hiện nay được sử dụng trong các tiêu chu n qu c t vềẩ ố ế ch t lượng ấdịch vụ viễn thông, bao gồm cả chất lượng dịch vụ di động trong đó có 4G Chất lượng dịch vụ QoS chính là sự đ ánh giá của khách hàng về chất lượng dịch vụ viễn thông

Người dùng đánh giá chất lượng dịch vụ bằng cách ph n h i kh năng ả ồ ả

đáp ng c a d ch v dựứ ủ ị ụ a trên các yêu c u c a mình đề ra ã được áp ng ầ ủ đ đ ứnhư thế nào Ví dụ : khi xem m t o n video hoặộ đ ạ c m t bài nh c trên m ng ộ ạ ạ

internet, người dùng sẽ đ ánh giá mức độ tải nhanh hay ch m T ó, người ậ ừ đdùng sẽ đ ánh giá được mức độ cung cấp dịch vụ của nhà m ng là t t hay ạ ốkhông tốt

Dịch vụ xem video trực tuyến trên mạng viễn thông di động hiện nay là một dịch vụ giá trị gia tăng hoạt động trên nền tảng viễn thông di động Chất

lượng dịch vụ đối với loại hình này phụ thuộc rất lớn vào hạ ầ t ng mạng truyền dẫn chứ không phải phụ thuộc vào đơn vị cung cấp nội dung Vào mỗi thời

đ ểi m khác nhau thì ch t lượng d ch v cũấ ị ụ ng s khác nhau Ví d , vào gi cao ẽ ụ ờ

đ ểi m d ch v có th không truy c p được, t c độ có th bịị ụ ể ậ ố ể ch m, d n đến ch t ậ ẫ ấlượng dịch vụ sẽ không tốt

Các yếu tố ả nh hưởng đến chất lượng dịch vụ bao gồm [3, 12] :

Mất gói: mất gói tin trên m ng có th được gây ra b i nhi u nguyên ạ ể ở ềnhân như nghẽn mạng, m t kiên k t, không đủ băấ ế ng thông hay l i đường ỗtruyền … Suy giảm chất lượng video gây ra bởi hiện tưởng mất gói, tùy thuộc vào giao thức để truyền tải video

Giao thức TCP: khi một gói tin bị mất thì s nh n được yêu cầu truyền ẽ ậlại gói tin đã bị mấ đ ềt, i u này làm thi u h t b đệm t i thi t b đầu cu i, d n ế ụ ộ ạ ế ị ố ẫđến hiện tượng hình ảnh bị ừ d ng lại

Giao thức UDP: khi xảy ra hiện tượng mất gói tin thì sẽ dẫn đến m t ộphần của video sẽ b mị ất theo, do giao th c UDP không yêu c u truy n l i gói ứ ầ ề ạtin bị ấ m t

Tín hiệu hoặc các gói thông tin bị mất sẽ ả nh hưởng tr c ti p đến ch t ự ế ấlượng tín hiệu, thông tin khi được phát đến người sử ụ d ng Mất gói không chỉ

giới hạ ở các lỗi liên quan đến lỗi bit hoặc rớt gói dữ liệu trong quá trình n truyền tải, mà nó còn bao gồm cả những việc nén tín hiệu để có thể truyền được hiệu qu ả

Băng thông: sự gi i h n v băớ ạ ề ng thông thường x y ra lớả ở p truy nh p ậ

Nếu băng thông được cung cấp không đủ để truyền 1 video trực tuyến thì sẽxảy ra mất gói, dẫn đến việc suy giảm chất lượng video Băng thông bị hạn

chế cũng làm ảnh hưởng đến chất lượng truyền gói tin Khi băng thông h p d ẹ ẽdẫn đến nhiều gói tin bị loại bỏ dẫn đến sự suy gi m ch t lượng ả ấ

Độ trễ: khi người dùng yêu cầu m t video mà tín hi u hình nh và âm ộ ệ ảthanh được truyền đi đến người sử dụng m t khá nhi u th i gian, s làm nh ấ ề ờ ẽ ảhưởng trực tiếp n đế độ hài lòng của khách hàng sử ụ d ng d ch v ị ụ

1.4.2 Chất lượng trải nghiệm - QoE

Trong việ đc ánh giá chất lượng dịch vụ truyền video thì để dễ dàng ánh đgiá nhấ đt ó là bằng cách sử dụng b ng m t thường, khi xu t hi n các kh i ằ ắ ấ ệ ốnhòe, màu sắc thay đổi, tạp âm, giật hình, hình ảnh mờ [3, 12]

Hình ảnh mờ: là những hình nh với độ sắả c nét th p, nhìn không rõ v t ấ ậthể Hiêu ứng này sinh ra do sự suy hao t i t n s cao, ho c do n i dung v i ạ ầ ố ặ ộ ớcác hình ảnh động được truyề đn i với băng thông hạn chế Tốc độ bit quá thấp, không đảm bảo để mã hóa tốt các nội dung với hình ảnh ng độ

Thay đổi màu sắc: là cường độ màu sắc v t th không rõ ràng, không ậ ểchính xác Hiệ ứu ng này do quá trình xử lý mã hóa gây ra

Hình khối: là một hi n tượng xu t hi n các kh i nh trên hình nh Do ệ ấ ệ ố ỏ ảquá trình xử lý video không đủ dữ ệ li u cho nên các chi ti t hình nh không ế ảđược hiển th đầ đủị y và chính xác

Đ óng b ng hình nh: là hiệ ă ả n tượng hình nh b gi nguyên trong m t ả ị ữ ộkhoảng thời gian, và sau đó lại hiển thị lại ảnh mới Nguyên nhân xảy ra là do mất gói dữ liệu

Hình bị giật: là hình ảnh xuất hiện liên tiếp giống nhau, đè lên nhau

Nguyên nhân là do b ng thông thă ấp hoặc bị quá tải

Trong quá trình truyền gói tin đến người dùng cuối thì độ trễ, băng thông

và mất gói là một trong những i u cần quan tâm trước Khi người dùng cuối đ ềphải chờ đợi, hoặc phải xem những video bị thiếu hình ảnh, bị mờ thì dẫn đến

sự không hài lòng về chất lượng của nhà mạng đó

1.4.3 Hệ số tốc độ không đổi - CRF

Trong sự ả nh h ng vưở ề độ trễ, băng thông và mất gói thì có mộ ế ốt y u t không kém phần quan trọng nh hưởng không nhỏ đả ó là dung lượng gói tin Gói tin càng lớn thì mất thời gian truyền càng nhiều, chiếm nhiều băng thông,

ảnh hưởng đến ch t lượng c a đường truy n V y phương án đề ra là cần phải ấ ủ ề ậlàm giảm dung lượng gói tin mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh

Về nén ảnh thì có rất nhiều kỹ thuật nén ảnh khác nhau để có thể làm

giảm dung lượng gói tin mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng của hình

ảnh ây tôi đề c p đến hệ số ốỞ đ ậ t c độ không i (CRF) đổ

Hệ số tốc độ không đổi (CRF) [10] là cài đặt ch t lượng m c định (và ấ ặkiểm soát tỉ lệ) cho các b mã hóa x264 và x265 Có th đặt giá trị trong ộ ểkhoảng từ 0 đến 51, trong đó các giá trị thấp hơn sẽ có chất lượng tố ơt h n Giá trị càng cao thì càng nén nhiều hơn, nhưng sẽ gây ra sự suy giảm chất lượng

Để đánh giá được tác động của h s CRF lên ch t lượng của video thì ta ệ ố ấphải so sánh các chỉ số PSNR và SSIM so v i video g c và video ã được cài ớ ố đđặt hệ ố s CRF

1.4.4 Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu - PSNR

Tỉ số tín hi u c c đại trên nhi u (PSNR) [4, 12] là thu t ng được dùng ệ ự ễ ậ ữ

để tính tỉ lệ gi a giá tr năữ ị ng lượng t i a c a m t tín hi u và n ng lượng ố đ ủ ộ ệ ănhi u ễ ảnh hưởng n đế độ chính xác của thông tin

PSNR là phương pháp được sử dụng r ng rãi để ánh giá hi u su t ộ đ ệ ấcodec, tố ưi u hóa codec video và để so sánh các codec video khác nhau, mặc

dù chỉ số ch t lượng c m quan khách quan đấ ả ã được ch ng minh là ho t động ứ ạ

tốt hơn PSNR trong lĩnh vực dự đoán chất lượng video chủ quan PSNR là một số liệu được xác định bằng toán học Nó được định nghĩa là tỷ số gi a ữcường độ tín hiệu lớn nhất và công suất nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu Mối quan hệ giữa các lực này được thể hiện b ng decibel PSNR có thể được sử ằ

dụng để đánh giá chất lượng thô khi mức độ biến d ng thay đổi và n i dung ạ ộcủa video và loại biến dạng vẫn giữ nguyên, đ ềi u này hạn chế việc sử dụng chỉ số này Lý do tại sao nó vẫn được sử ụ d ng là vì độ phức tạp thấp và chỉ ố s này thường được sử dụng làm tham chi u cho vi c phát tri n các ch số cảm ế ệ ể ỉquan để đánh giá ch t lượng video ấ

Tỉ số tín hi u c c đại trên nhi u PSNR (Peak signal-to-noise ratio) được ệ ự ễxem như một trong các độ o khách quan nh t để o ch t lượng truy n video đ ấ đ ấ ềqua mạng Theo hướng tiếp cận này thì cảm nhận của con người được phân làm năm mức khác nhau Trên mỗi mức, chấ ượng video sẽ được tính theo t lmột công thức khác nhau, căn cứ vào giá trị tính được mà chất lượng video sẽ được đánh giá là thuộc vào ngưỡng nào D nhiên vi c ánh x các m c này ĩ ệ ạ ứ

với các khoảng giá trị đo được cần được nghiên cứu trước thông qua thống

kê Phương pháp này dựa trên cơ ở s xác định tỉ số giữa tín hiệu đỉnh

PSNR được sử dụng để o ch t lượng khôi ph c tín hi u củđ ấ ụ ệ a các thu t ậtoán nén có mất mát dữ liệu Tín hiệu là dữ liệu gốc, và nhiễu là các lỗi xuất hiện sau khi nén Khi so sánh các thuật toán nén, thường dựa vào sự ả c m nhận gần chính xác của con người đối với dữ liệu được khôi phục lại, vì vậy mà trong một s trố ường hợp thì dữ liệu sau khi được khôi phục thường có ch t ấlượng tốt hơn so với những cái khác, mặc dù giá trị PSNR có thấp hơn Vì vậy khi so sánh kết quả của 2 thu t toán c n ph i d a trên 2 b mã hóa gi ng ậ ầ ả ự ộ ốnhau và nội dung của dữ ệ li u c ng ph i gi ng nhau ũ ả ố

Giá trị PSNR được tính theo công thức như sau :

  10 log2

 

 20 logMAX 

MAXI là giá trị tố đi a c a i m nh trên nh Khi các i m nh được ủ đ ể ả ả đ ể ảbiểu diễn bởi 8 bit, thì giá trị của MAXI là 255 [12]

Sai số toàn phương trung bình (MSE) được dùng cho ảnh 2 chiều có kích thước m*n, trong đó I là ảnh gốc, còn K là nh gốc và ảnh được khôi phục ảtương ứng

Giá trị PSNR thông thường sau khi nén video thì nằm kho ng 30 ở ả đến

50 dB, giá trị càng cao thì càng tốt Giá trị có thể chấp nhận được khi truyền tín hiệu không dây có tổn thất nằ ởm khoảng từ 20 đến 25 dB

1.4.5 Cấu trúc tương tự - SSIM

Chỉ số cấu trúc tương t (SSIM) [5, 12] là một phương pháp để dự đự oán chất lượng cảm nhận của video kỹ thuật số

SSIM được sử dụng để o s gi ng nhau gi a hai hình nh Để đo lường đ ự ố ữ ảhoặc dự đ oán chất lượng hình ảnh thì phải dựa trên hình ảnh không nén ban

đầ đểu so sánh

Thiết kế của SSIM d a trên th giác c a con người, khi hai hình nh g n ự ị ủ ả ầgiống nhau thì mắt người nếu không cảm nhận kỹ thì khó có thể phân biệt được chất lượng hình nh gi a hai video có khác nhau hay không ả ữ

SSIM là số liệu dựa trên ý tưởng rằng mắt người có thể dễ dàng trích xuất thông tin cấu trúc từ hình nh C u trúc c a các đối tượng trong nh ả ấ ủ ảkhông phụ thuộc vào ảnh h ng cưở ủa độ sáng và độ tương phản, m c dù độ ặsáng, độ tương phản và c u trúc là các thành ph n riêng bi t được o và so ấ ầ ệ đsánh SSIM tính toán chất lượng của hình ảnh bị méo b ng cách so sánh mối ằtương quan giữa độ sáng, độ tương phản và c u trúc gi a tham chi u và hình ấ ữ ế

ảnh méo, và tính trung bình giá tr ó trên toàn b hình nh Thi t k củị đ ộ ả ế ế a ch ỉ

số SSIM thực sự dựa trên các đặc đ ểm của hệ thống thị giác của con người iChỉ số SSIM được tính toán trên nhi u c a s khác nhau c a hình nh ề ử ổ ủ ả

S ố đo giữa hai cửa sổ x và y có kích thước phổ biến là N x N Công thức tính như sau [12]:

,  2  2 

       Với:

 µx là các giá trị trung bình c a x ủ

 µy là các giá trị trung bình c a y ủ

 ơx là các giá tr sai c a x ị ủ

 ơx là các giá tr sai c a x ị ủ

 ơxy là các giá tr hi p phương sai c a x và y ị ệ ủ

 c1 = (k1L)2, c2 = (k2L)2 là hai biến để n định s phân chia v i ổ ự ớmẫu số yếu

1.5 TÓM TẮT CHƯƠNG

Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về mạng 4G LTE, t ng quan v ổ ềstreaming, các phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP KHÁCH QUAN SỬ DỤNG HỆ SỐ KHÔNG

Phương pháp chủ quan tuân thủ theo khuyến nghị của Liên minh Vi n ễthông quốc tế (ITU) về việc đánh giá chất lượng theo thang đ ểi m MOS Phương thức đánh giá theo i m MOS (Mean Opinion Score) thường được đ ể

đánh giá qua c m nh m tr c ti p c a người xem b ng m t thường Thang ả ậ ự ế ủ ằ ắ

đ ểi m MOS s được ánh giá qua 5 b c t 1 là x u cho đến 5 là xu t x c [6, ẽ đ ậ ừ ấ ấ ắ12]

Bảng 2.1 Thang đ ểi m MOS với chỉ số PSNR

2.1.2 Phương pháp đánh giá khách quan

Ngược lại với phương pháp đánh giá chủ quan thì phương pháp đánh giá khách quan lại sử dụng các công c để o ki m, phân tính, ánh giá ch t ụ đ ể đ ấ

lượng tín hiệu từ video bắt đầu truyền và video đầu nhận Để đánh giá được chất lượng khách quan thì sẽ cần s dụử ng các thu t toán để ánh giá ch t ậ đ ấlượng hình ảnh Các thu t toán này sẽ dựậ a trên các mô hình ánh giá khách đquan

2.1.2.1 Mô hình không tham chiếu (non_zero_ reference)

Các giải thuật cho mô hình không tham chiếu nói chung phù hợp với việc giám sát và phân tích chất lượng video trực tuyế ởn người dùng Với việc thiết kế mô hình không tham chiếu rất khó khăn, cho nên hiện tại chỉ có một vài phương pháp đượ đềc xuất [2]

Hình 2.1 Mô hình không tham chiếu

2.1.2.2 Mô hình tham chiếu đầ đủ y (full_reference)

Những giải thuật trong mô hình tham chiếu y đầ đủ th c hiện so sánh chi ựtiết giữa hình ảnh đầu vào và hình ảnh đầu ra Vi c so sánh này là một quá ệtrình tính toán phực tạp, không chỉ xử lý theo đ ểi m nh mà còn theo không ả

gian và thời gian giữa dòng dữ liệu video đầu vào và đầu ra [2]

Mã

hóa

Mạng, thiết

b ị

Giải

mã tham chiếu

Hệ thống

Đầu vào/video

tham chiếu

Đầu ra/ Video

bị suy giảm

chất lượng hình ảnh khách