Đảm bảo chất lượng cho luồng âm thanh trực tuyến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i ĐẠIHỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN VĂN TUÂN ĐẢM BẢO CHẤT LƢỢNG CHO LUỒNG ÂM THANH TRỰC TUYẾN CHUYÊN NGÀNH: KHOA HỌC MÁY TÍNH 2012 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là trung thực. Nhưng tư liệu được sử dụng trong luận văn có nguồn gốc và trích dẫn rõ ràng, đầy đủ. Thái nguyên, tháng 9 năm 2012 HỌC VIÊN Nguyễn Văn Tuân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc và chân thành tới thầy giáo hướng dẫn TS. Phạm Thanh Giang người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình làm luận văn. Sự giúp đỡ quý báu của thầy giáo đã tạo điều kiện về mặt khoa học và là nguồn động viên tinh thần rất lớn giúp tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến đồng nghiệp bạn bè đã tạo điều kiện cho tôi không những về thời gian mà còn những đóng góp quý báu cho luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo đã giảng dạy và truyền thụ kiến thức cho tôi trong quá trình học tập tại trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên. Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến bậc sinh thành, người đã dưỡng dục và động viên con suốt tháng ngày qua. Tôi xin cảm ơn vợ và người thân trong gia đình đã là nguồn động viên tinh thần rất lớn đối với tôi. Nguyễn Văn Tuân Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ iv MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC HÌNH VẼ x MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CỦA LUỒNG ÂM THANH TRỰC TUYẾN 3 1.1 Chất lƣợng dịch vụ (Quality of Service)trên Internet 3 1.1.1 Khái niệm về chất lƣợng dịch vụ (QoS) 3 1.1.2 Các tham số QoS 4 1.1.3 Các nguyên nhân ảnh hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ 5 1.1.3.1 Nguyên nhân trễ(Delay) 5 1.1.3.2 Nguyên nhân của biến thiên trễ(Jitter) 6 1.1.3.3 Nguyên nhân của mất gói(packet loss) 8 1.1.4 Những điều kiện QoS cho luồng âm thanh thời gian thực 9 1.1.4.1 Thông lƣợng(Throughput) 9 1.1.4.2 Trễ(Delay) 10 1.1.4.3 Biến thiên trễ(Delay Jitter) 11 1.1.4.4 Độ tin cậy (Reliability) 11 1.2 Giao thức đa phƣơng tiện trên Internet 11 1.2.1 Giao thức TCP ( Transmision Control Protocol) 13 1.2.2 Giao thức UDP (USER DATAGRAM PROTOCOL) 16 1.2.3 Giao thức truyền thông thời gian thực RTP( Real-Time Transport Protocol) 17 1.3.4 Giao thức thời gian thực RTSP( Real Time Stream Protocol ) 20 1.3.5 Giao thức điều khiển truyền thông thời gian thực RTCP(Real-Time Transport Control Protocol) 23 CHƢƠNG II: CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ LUỒNG ÂM THANH TRÊN INTERNET 25 2.1 QoS lớp ứng dụng 25 2.1.1 Truyền gói 25 2.1.2 Điều chỉnh lỗi (Forward Error Correction). 27 2.1.3 Sự thích ứng (Adaptation) 28 2.1.4 Bộ đệm nhận(Receiver buffering) 29 2.2 QoS lớp mạng 30 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ v 2.2.1 Đánh dấu quyền ƣu tiên tƣơng đối 30 2.2.2 Dịch vụ đánh dấu 31 2.2.3 Dịch vụ tích hợp(IntServ) 31 2.2.3.1 Khái quát về IntServ 31 2.2.3.2 Thành phần và nguyên tắc hoạt động của IntServ 33 2.2.3.3 Điều khiển dịch vụ QoS 35 2.2.3.5 Giao thức giữ trƣớc tài nguyên RSVP 35 2.2.3.6 RSVP và IntServ 41 2.2.3.7 Ƣu điểm và Nhƣợc điểm của IntServ/ RSVP 42 2.2.4 Dịch vụ phân biệt 42 2.2.4.1 Nguyên tắc cơ bản của DiffServ 42 2.2.4.2 Các mức chất lƣợng dịch vụ cung cấp bởi DiffServ 44 2.2.4.3 Khả năng linh hoạt của DiffServ 46 2.2.4.4 Mô hình của DiffServ 46 2.2.4.5 Tác động từng chặng 47 2.2.4.6 Vùng mạng dịch vụ phân biệt 50 2.2.4.7 Phân bổ băng thông 51 2.2.4.8 Ƣu điểm & Nhƣợc điểm của DiffServ 51 2.2.5 Chuyển mạch nhãn IP 52 CHƢƠNG III THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG WEBAUDIO VỚI GIAO THỨC RTSP 53 3.1 Mô hình ứng dụng Web Audio 53 3.2 Cấu hình hệ thống Web Audio 56 3.3 Đánh giá chất lƣợng hệ thống 60 3.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm 68 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ACK ACKnowledgment Xác nhận đáp ứng ANSI American National Standards Institute Viện tiêu chuẩn quốc gia Mỹ ADPCM Adaptive Differential Pulse Code Modulation điều xung mă (PCM) vi sai thích ứng API Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng ARJ Admission ReJect Từ chối yêu cầu đăng nhập ARQ Admission ReQuest Yêu cầu đăng nhập ATM Asynchronous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ BRQ Bandwith ReQuest Yêu cầu băng tần CCS Common Channel Signaling Báo hiệu kênh chung CELP Code Excited Linear Prediction Dự báo tuyến tính được thực hiện bằng mã CODEC Code and DECodec Mã hoá và giải mã CQ Custom Queuing Xếp hàng tuỳ biến CRC Cyclic Redundancy Check Kiểm tra độ dư thừa có chu kỳ DCF Disengage ConFirm Xác nhận huỷ bỏ liên kết DPCM Differential Pulse-Code Modulation điều xung mă vi sai DNS Domain Name Server Máy chủ dịch vụ tên miền Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ vii DTX Discontinuous Transmission Kỹ thuật truyền gián đoạn ETSI European telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước FIFO Queuing First In First Out Queuing Xếp hàng vào trước ra trước FIN FINal Bít đánh dấu segment cuối cùng FTP File Transfer Protocol Giao thức truyền file GQOS Guaranteed Quality of Service Bảo đảm chất lượng dịch vụ HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức truyền tải siêu văn bản ICMP Internet Control Message Protocol Giao thức bản tin điều khiển Internet IP Internet Protocol Giao thức Internet IRQ Information ReQuest Yêu cầu thông tin ISDN integrated Service Digital Network Mạng số đa dịch vụ ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet Kbps Kilobit per second Kilô bít trên giây LAN Local Area Network Mạng nội hạt LPC Line Predict Coder Bộ mã hoá dự báo tuyến tính LRQ Location ReQuest Yêu cầu định vị Mbps Megabit per second Mêga bít trên 1 giây MOS Mean Opinion Score Điểm đánh giá trung bình MPE MultiPulse Excite Bộ kích thích đa xung MTU Maximum Transfer Unit Kích thước tối đa của một đơn vị truyền tải NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau OSI Open System Interconnection Mô hình kết nối các hệ thống mở Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ viii OSPF Open Shortest Path First Mở đường ngắn nhất đầu tiên PC Personal Computer Máy tính cá nhân PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm tới điểm PQ Priority Queuing Xếp hàng theo mức ưu tiên PSH PuSH Bít PUSH QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RTCP Real Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực RTSP Real Time Stream Protocol Giao thức luồng thời gian thực RTSP RED Random Early Detection phát hiện sớm ngẫu nhiên SDP Session Description Protocol Giao thức miêu tả phiên SIP Session Initiation Protocol Giao thức khởi đầu phiên SMTP Simple Mail Transfer Protocol Giao thức truyền tải mail STM Synchronous Tranfer Mode Chế độ truyền tải đồng bộ SYN SYNchronuos bit Bít đồng bộ TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền tải TELNET TELNET Giao thức truy nhập từ xa VoIP Voice over Internet Protocol Thoại truyền qua giao thức Internet WFQ Weighted Fair Queuing Xếp hàng theo công bằng trọng số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ix DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1.4.1a: Chất lượng Voice mã hóa và thông lượng 10 Bảng 1.1.4.1b: Chất lượng CD mã hóa và thông lượng 10 Bảng 1.3.5: Mô hình phương thức RTSP, hướng đi và yêu cầu 23 Bảng 2.1.1: Gói tin Overhead của Mã hóa Audio khác nhau và cơ chế truyền 27 Bảng2.2.3.5a: Các kiểu và thuộc tính bảo lưu 39 Bảng 2.2.3.6a: Các tham số của các đối tượng CL khác nhau 42 Bảng2.2.3.6b: Các tham số của dịch vụ được cam kết Rspec 42 Bảng 2.2.4.5a: Các loại AF 49 Bảng 3.3a: Chất lượng truyền gói tin Demand 60 Bảng 3.3b Chất lượng âm thanh truyền nhận gói tin Broadcasting 60 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ x DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1.3.2: Phân cụm gói tin 6 Hình 2.1: Các giao thức và dịch vụ đa phương tiện 13 Hình 1.2.1a :Hoạt động của giao thức TCP trong việc cung cấp kết nối 13 Hình 1.2.1b :Khuôn dạng TCP Segment. 14 Hình 1.2.2: Khuôn dạng UDP Datagram 16 Hình 1.2.3a: Khuôn dạng phần cố định gói tin RTP 18 Hình 1.2.3b: Khuôn dạng phần mở rộng RTP 19 Hình 2.1.4: ước tính phát lại gói tin 30 Hình 2.2.3.2a: Mô hình dịch vụ IntServ 33 Hình 2.2.3.2b: Kiến trúc IntServ 34 Hình 2.2.3.2c: Ví dụ về hoạt động của mạng IntServ 34 Hình 2.2.3.5a: Các chức năng RSVP tại Host và Router 36 Hình 2.2.3.5b: Hoạt động của RSVP 37 Hình 2.2.3.5c: Hoạt động của thuật toán gầu thẻ IP 40 Hình 2.2.3.5d: Hoạt động của gầu thẻ kết hợp với chỉnh sửa tốc độ đỉnh 41 Hình 2.2.3.5e: Phân loại bản tin cho luồng lưu lượng tuân thủ và các gói tin BE 41 Hình2.2.4.1a: Mô hình tổng quát của DiffServ 44 Hình 2.2.4.4a: Trường dịch vụ phân biệt DS 47 Hình 2.2.4.4b: Mô hình DiffServ tại biên và lõi mạng 47 Hình 2.2.4.5a: Chuyển tiếp nhanh mã hóa một lựa chọn hàng đợi đơn 48 Hình 2.2.4.5b: Chuyển tiếp được đảm bảo mã hóa lớp dịch vụ và mức ưu tiên loại bỏ gói 49 Hình 2.2.4.6a: Mạng dịch vụ phân biệt 50 Hình 2.2.4.6b: Phân loại gói tin và kiểm tra lưu lượng 50 Hình 3.1a: Mô hình tổng quan mô phỏng WebAudio 54 Hình 3.1b: Các giao thức hỗ trợ quá trình truyền nhận Audio 55 [...]... tài Đảm bảo chất lượng của luồng âm thanh trực tuyến Luận văn sẽ đi sâu vào tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất lượng dịch vụ được áp dụng cho đa phương tiện nói chung và luồng âm thanh trực tuyến nói riêng Phân tích và đánh giá các mô hình, các công nghệ áp dụng cho luồng âm thanh trực tuyến Nội dung được trình bày trong 3 chương: CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ Các vấn đề về chất lượng. .. kbps cho một kênh đơn âm Một đĩa CD âm thanh nổi, yêu cầu để truyền tải đầy đủ âm thanh nổi trong một đĩa CD chất lượng là 1.411,2 kbps Ngày nay, phát triển một số kỹ thuật nén hoặc mã hoá cho chất lượng đĩa CD ví dụ MPEG Layer-1 cho phép mã hoá âm thanh nổi với tốc độ 384kbps Cả hai kênh được ghép trên cùng một luồng Với sự ra đời chương trinh MUSICMA cho MPEG Layer-2 cho phép mã hoá chất lượng âm thanh. .. có thể làm giảm tỷ lệ bit thấp là 2.4 hoặc 4,8 kbps cho âm kỹ thuật số Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 Bảng 1.1.4.1a: Chất lượng Voice mã hóa và thông lượng  Mã hoá âm thanh chất lƣợng cao Chất lượng CD(compact discs) thường được công nhận là một mã hóa âm thanh chất lượng cao.Tiêu chuẩn đĩa CD âm thanh được dựa trên lấy mẫu tín hiệu tương tự ở 44.1... 248 hoặc 192 kbps Việc mã hoá càng phát triển với MPEG Layer-3 chất lượng âm thanh đĩa CD đạt được tới 64kbps trên một kênh âm thanh Bảng 1.1.4.1b: Chất lượng CD mã hóa và thông lượng 1.1.4.2 Trễ(Delay) Các yêu cầu chuyển tiếp trễ cho truyền tải của luồng âm thanh liên tục phụ thuộc vào các ứng dụng đa phương tiện Trong phân phối dữ liệu âm thanh thuần tuý ( truyền đơn hướng ) có thể chịu được trễ kéo... biến đổi trễ gây ra bởi cách truyền loạt 1.1.4 Những điều kiện QoS cho luồng âm thanh thời gian thực 1.1.4.1 Thông lƣợng(Throughput) Các yêu cầu thông lượng của ứng dụng âm thanh trực tuyến phụ thuộc hoàn toàn vào chương trình mã hoá được sử dụng cho truyền tải Các định dạng mã hóa thường được xác định bởi các yêu cầu chất lượng âm thanh của ứng dụng Mã hoá giọng nói: Kỹ thuật mã hoá giọng nói truyền... I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ Các vấn đề về chất lượng dịch vụ nói chung và chất lượng dịch vụ của luồng âm thanh thời gian thực: - Các khái niệm về QoS và các tham số đánh giá chất lượng của dịch vụ mạng - Phân tích các nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ mạng nói chung và chất lượng dịch vụ của luồng âm thanh thời gian thực nói riêng - Phân tích các giao thức truyền file để chỉ ra các... thực thi, bắt gói tin và phân tích gói tin để thấy được cách thức hoạt động và chất lượng của giao thức từ đó đưa ra các đánh giá về mô hình thực nghiệm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 CHƢƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ CỦA LUỒNG ÂM THANH TRỰC TUYẾN Các ứng dụng trực tuyến đa phương tiện còn được biết đến như là các ứng dụng truyền thông liên tục... truyền thông đa phương tiện trên mạng Internet Tuy nhiên, vấn đề chất lượng dịch vụ (QoS Quality of Service) trong truyền thông đa phương tiện nói chung và đối với luồng dữ liệu âm thanh nói riêng vẫn chưa được quan tâm đúng mức Trong đó kỹ thuật đảm bảo QoS cho phép mạng có thể ước lượng dự đoán từng thay đổi của dịch vụ về từng ứng dụng, lưu lượng và sử dụng nó để nâng cao tính năng như điều khiển nguồn... hệ thống âm thanh của điện thoại Vì thế, có thể gọi là chất lượng âm thanh điện thoại Các lược đồ mã hóa được định nghĩa trong tiêu chuẩn G.711 ITU Các tín hiệu mono tương tự được lấy mẫu 8000 lần mỗi giây, mỗi mẫu được mã hóa trong 8 bit và sử dụng không nén Tỷ lệ bit âm thanh chất lượng điện thoại là 8bits × 8000Hz = 64kbps Từ những năm 1980, một số kỹ thuật mã hoá và nén được phát triển cho phép... âm thanh và hình ảnh khác nhau vì vậy yêu cầu QoS của âm thanh là rất khắt khe Tỷ lệ lỗi tối đa chấp nhận được trong truyền thông âm thanh phụ thuộc nhiều vào các ứng dụng, chương trình mã hoá, sự nhạy cảm của người sử dụng Các nghiên cứu [9] cho thấy rằng 5% dữ liệu sự sai lệch về âm thanh có thể được sử dụng trong giao tiếp giữa con người Tỷ lệ mất gói 1% là có tạp âm Tỷ lệ mất gói càng cao tạp âm . Đảm bảo chất lượng của luồng âm thanh trực tuyến . Luận văn sẽ đi sâu vào tìm hiểu những kiến thức cơ bản về chất lượng dịch vụ được áp dụng cho đa phương tiện nói chung và luồng âm thanh trực. QoS cho luồng âm thanh thời gian thực 1.1.4.1 Thông lƣợng(Throughput) Các yêu cầu thông lượng của ứng dụng âm thanh trực tuyến phụ thuộc hoàn toàn vào chương trình mã hoá được sử dụng cho. LƢỢNG DỊCH VỤ Các vấn đề về chất lượng dịch vụ nói chung và chất lượng dịch vụ của luồng âm thanh thời gian thực: - Các khái niệm về QoS và các tham số đánh giá chất lượng của dịch vụ mạng. -