Đồ án xây dựng thử nghiệm một hệ thống cho phép trao đổi thông tin bằng tiếng nói thoại, tương tác điểm – điểm trên mạng LAN

Trang 1 LỜI NĨI ĐẦU Trong những năm gần đây, mạng máy tính ngày càng trở nên phổ biến. Việc liên kết các máy tính trên mơi trường mạng cũng như liên kết các mạng lại với nhau đem lại cho chúng ta nhiều lợi ích trong cơng việc cũng như trong việc học tập nghiên cứu, giải trí. Chúng ta có thể sử dụng các tài ngun sẵn có được chia xẻ như file server, printer, máy fax, mơi trường mạng còn là một mơi trường thơng tin nhanh chóng và tiện lợi nhờ vào các cơ chế truyền thơng trên mạng như : e-mail, www Bên cạnh đó, tốc độ phát triển của máy tính PC cũng rất nhanh chóng. Các kỹ thuật hiện đại đã giúp tạo ra các máy PC với tốc độ tính tốn nhanh hơn, bộ nhớ lớn hơn và khả năng xử lý của nó cũng ngày càng đa dạng hơn trong khi giá thành ngày càng rẻ hơn. Một trong những khả năng ưu việt của máy PC hiện nay là hỗ trợ multimedia. Các máy PC ngày nay giao tiếp với con người khơng chỉ bằng text mà còn kết hợp tất cả các phương tiện khác như tiếng nói, hình ảnh. Việc đưa kỹ thuật multimedia vào các ứng dụng truyền thơng trên mạng giúp chúng ta tạo ra nhiều ứng dụng phong phú hơn. Chẳng hạn hộp thư điện tử ngày nay có thể khơng chỉ là văn bản mà còn bao gồm tiếng nói, hình ảnh. Các trang web trở nên sinh động hơn hẳn khi kèm theo kỹ thuật multimedia. Bên cạnh đó, chúng ta có thể thiết kế các ứng dụng tiện ích như Video conference, voice mail Thơng qua chương trình này, người sử dụng có thể trao đổi thơng tin với nhau bằng tiếng nói. Chương trình này đã được hiện thực rất nhiều trong các lĩnh vực thơng tin như điện thoại, viễn thơng, máy tính . . . Tuy nhiên nó chưa Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 2 được áp dụng và phát triển rọng rãi như trên các lĩnh vực thơng tin khác do sự hạn chế của thiết bị. Ngày nay, khi cơng nghệ thơng tin đã phát triển thì việc hiện thực chương trình này là hồn tồn có thể. Ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như :  •Việc dạy học từ xa.  •Việc chẩn đốn, chữa bệnh từ xa.  •Hội thảo, thảo luận theo nhóm.  •Cơng cụ trao đổi thơng tin bằng hình ảnh và âm thanh. Mục tiêu của đồ án tốt nghiệp là tìm hiểu các mơ hình và cơng nghệ truyền âm thanh trên mạng máy tính, trên cơ sở đó xây dựng ứng dụng truyền thơng âm thanh thoại trên mạng cục bộ. Đồ án sẽ xây dựng thử nghiệm một hệ thống cho phép trao đổi thơng tin bằng tiếng nói thoại, tương tác điểm – điểm trên mạng LAN. Đồ án được trình bày gồm 5 chương với bố cục như sau : Chương I : Tìm hiểu các mơ hình điện thoại qua mạng, Từ đó đưa ra mơ hình sẽ thực thi trong đồ án này. Chương II: Giới thiệu chung về các giao thức truyền thơng trên mạng Internet và vào khảo sát cụ thể các giao thức này. Chương III : Giới thiệu các chuẩn mã hố và nén âm thanh. Chương IV : Tìm hiều mơi trường lập trình SDK Windows và ứng dụng trên mạng. Chương V : Thiết kế chương trình truyền tiếng nói qua mạng LAN thơng qua sự trợ giúp của cơng cụ SDK. Đánh giá và các kết quả thử nghiệm. Phần kết luận : Nêu những kết quả của đề tài và hướng nghiên cứu hướng phát triển tiếp theo. Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 3 Việc nghiên cứu lý thuyết một cách hệ thống và xây dựng chương trình phần mềm đòi hỏi phải đầu tư nhiều thời gian. Với thời gian có hạn cho nên bài luận văn này của em khơng tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong được sự chỉ dẫn thêm của thầy cơ và các bạn. Nhân đây, em xin chân thành cám ơn đến PGS - TS Nguyễn Thị Hồng Lan, người trực tiếp hướng dẫn em hồn thành cuốn luận văn này. Em xin chân thành cám ơn các thầy cơ trong khoa Cơng nghệ thơng tin Trường ĐH Bách Khoa HN, Trường ĐH Thủy Sản và tồn thể các bạn đã giúp đỡ em hồn thành cuốn luận văn này. Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 4 CHƯƠNG I TÌM HIỂU MƠ HÌNH ĐIỆN THOẠI QUA MẠNG I.1 CÁC MƠ HÌNH ĐIỆN THOẠI I.1.1 MÁY TÍNH ĐẾN MÁY TÍNH Trong mơ hình này cả hai th bao đều sử dụng máy tính được nối vào mạng IP như một thiết bị đầu cuối. Tiếng nói được mã hố sau đó là nén và q trình nhận dữ liệu hồn tốn giống nhưng với quy trình ngược lại là giải nén, giải mã bằng phần mềm. Trong mơ hình này đòi hỏi cả hai th bao cần phải có soundcard, microphone, loa và phần mềm giống nhau.[1] Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 5 Hình I.1 : Mơ hình PC - PC I.1.2 MÁY TÍNH ĐẾN ĐIỆN THOẠI HOẶC ĐIỆN THOẠI ĐẾN MÁY TÍNH Trong mơ hình này, một th bao sử dụng máy tính nối mạng với mạng còn th bao kia sử dụng điện thoại trong mạng PSTN/ISDN/GSM/TDM. Sử dụng một gateway để chuyển tiếng nói trên mạng IP thành tiếng nói trên mạng PSTN và trao đổi thơng tin giữa hai mạng trên. Như vậy, ở đây máy tính phải đầy đủ các thiết bị như Soundcard, loa, microphone và phần mềm thơng qua server của mạng IP để có thể kết nối với mạng PSTN thơng qua Geteway. Hình I.2 : Mơ hình Máy tính – Điện thoại Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Máy tính Máy tính IP Máy tính i n Đ ệ tho iạ I P Gateway PSTN Trang 6 I.1.3 ĐIỆN THOẠI ĐẾN ĐIỆN THOẠI Trong mơ hình này, cả hai th bao đều sử dụng điện thoại bình thường và mạng IP được sử dụng trong trường hợp cuộc gọi đường dài. Gateway được sử dụng ở cả hai đầu để chuyển đổi dữ liệu giữa các mạng với nhau.[1] Hình I.3 : Mơ hình Điện thoại – Điện thoại I.2 U CẦU ỨNG DỤNG TRUYỀN ÂM THANH TRÊN MẠNG LAN Trong phần này sẽ phân tích các u cầu xây dựng ứng dụng truyền âm thanh trên mạng LAN : Từ ba mơ hình trên em nhận thấy mơ hình 2 và 3 đòi hỏi q trình nghiên cứu và thiết bị phức tạp, đòi hỏi phải đầu tư cơng nghệ mới có thể thực hiện được. Nên trong đồ án này chỉ có thể thức hiện theo mơ hình 1 là Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ i n tho iĐ ệ ạ I P Gateway PST N PST N Gateway i n tho iĐ ệ ạ Trang 7 PC – PC, nó đơn giản hơn và khơng cần đầu tư thiết bị mới, có thể tận dụng các thiết bị có sẵn và điều quan trọng có thể thử nghiệm hồn chỉnh trong phạm vi đồ án. Vấn đề đặt ra là với một hệ thống mạng LAN, WAN cùng với tài ngun sẵn có của nó xây dựng một chương trình truyền tiếng nói với thời gian thực cho phép từ máy này sang máy khác (point to point) với một số các u cầu thích hợp giống như việc xử lý và truyền tiếng nói trong thơng tin liên lạc (điện thoại hữu tuyến). Chương trình sử dụng giao thức TCP/IP là một giao thức phổ biến và tin cậy hiện nay để kết nối và truyền tiếng nói. Do sử dụng giao thức TCP là giao thức có liên kết nên dẫn đến độ trễ rất lớn nhưng với ứng dụng trong mạng LAN thì vẫn có thể chấp nhận được. Ngay khi tiếng nói được thu và có thể qua một số các xử lý như mã hố tiếng nói hoặc nén trên một máy, tiếng nói được truyền tới máy cần kết nối và qua các xử lý ngược so với lúc thu như giải nén và giải mã để được phát ra loa. Chương trình cho phép kết nối hai máy và tạo một mơ hình điện thoại trên máy tính như điện thoại hữu tuyến thơng thường. Bất kỳ máy nào trong mạng cũng có thể ở chế độ chờ hay chế độ chạy nền (background) gọi máy là P-SERVER; máy ở chế độ gọi (active) gọi là P- CLIENT. Như vậy một máy trong mạng có thể là P-SERVER hoặc P-CLIENT. Trên mơi trường mạng, khi chúng ta muốn nói chuyện một người trên một máy nào đó, chúng ta sẽ tiến hành việc gọi liên kết. Việc gọi liên kết được tiến hành bằng việc xác định địa chỉ IP của máy mà chúng ta cần liên kết. Sau đó chúng ta sẽ chờ việc xác lập liên kết. Ở máy được gọi sẽ có thơng báo cho người sử dụng biết rằng có một người khác muốn nói chuyện. Tùy theo người đó quyết định có chấp nhận hay khơng. Nếu chấp nhận thì liên kết sẽ được xác lập và hai bên sẽ có thể tiến hành trao đổi thơng tin với nhau. Trong q trình trao đổi thơng tin, các máy sẽ truyền tiếng nói của người sử dụng đồng thời nhận dữ liệu âm thanh của máy liên kết. Khi nói chuyện xong, liên kết sẽ bị hủy bỏ và chương trình kết thúc. Nếu máy được gọi khơng có người trả lời thì sau thời gian chờ vượt q giới hạn thì liên kết cũng sẽ bị Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 8 huỷ bỏ. Vì dữ liệu truyền nhận trong chương trình là dữ liệu dạng liên tục của âm thanh cho nên có các u cầu đặt ra như sau: Bảo đảm tính mạch lạc của dữ liệu. Tiếng nói trong q trình thơng tin phải rõ ràng, liền lạc, khơng bị ngắt qng. Các u cầu trên đặt ra các nhiệm vụ mà chúng ta phải giải quyết trong việc xây dựng chương trình. Đối với dữ liệu là âm thanh, chúng ta phải xem xét các thơng số trong q trình lấy mẫu ở đầu vào. Các thơng số đặc trưng như : tần số lấy mẫu, số bit biểu diễn cho một điểm lấy mẫu, kênh lấy mẫu được sử dụng 1 kênh (mono) hay hai kênh (stereo). Do đó chúng ta phải tổ chức kích thước buffer âm thanh sao cho phù hợp với việc truyền nhận đạt tốc độ cao. Một vấn đề khác được đặt ra với dữ liệu âm thanh là việc nhận và phát ở đầu ra, chúng ta phải quan tâm đến việc xử lý và loại bỏ các tín hiệu nhiễu giúp cho âm thanh được rõ ràng, trung thực. Do việc truyền nhận dữ liệu là trên mơi trường mạng nên chúng ta phải quan tâm đến tốc độ, lưu lượng trao đổi dữ liệu, thời gian truyền nhận để đưa ra cách giải quyết cho phù hợp. Ngồi các vấn đề chính ở trên, một số u cầu khác đặt ra cho ứng dụng như : cơ chế tạo lập liên kết, việc chọn lựa các dạng format dữ liệu, định các thơng số thời gian. Tất cả các nhiệm vụ thực thi đều phải được thực hiện thơng qua giao diện dễ dàng cho người sử dụng.[3] Trường hợp mở rộng hệ thống cho mạng Internet cần một kết nối giữa server mạng với tổng đài mạng PABX, u cầu này đòi hỏi phức tạp hơn và cần có các trang thiết bị để thử nghiệm. Bởi vậy trong đồ án này em chỉ nghiên cứu cách thức truyền tiếng nói trên mạng nội bộ. Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 9 CHƯƠNG II Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 10 KHẢO SÁT CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THƠNG II.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN GIAO THỨC TCP/IP Trong hệ thống mạng Internet, mỗi máy có một tên và một địa chỉ IP (Internet Protocol). Tên hay địa chỉ IP đều xác định duy nhất một máy trong hệ thống mạng Internet. Giữa tên máy và địa chỉ IP đều có thể chuyển đổi thơng qua các hàm. Địa chỉ IP đều được biểu diễn bằng một số 32 bits. Mỗi giao diện mạng trong một nút nếu có hỗ trợ một ngăn xếp IP đều được gán một địa chỉ IP. Địa chỉ IP gồm 2 phần : chỉ số mạng(netid) và chỉ số của máy chủ (hostid). Những bits quan trọng nhất được dùng để xác định số lượng bits dùng cho netid và hostid. Có 5 lớp địa chỉ được xác định là A,B,C,D và E. Trong đó, lớp A,B,C chứa địa chỉ có thể gián được. Lớp D dành riêng cho kỹ thuật Multicasting và được sử dụng trong các giao thức đặc biệt để truyền thơng điệp đến một nhóm nút được chọn lọc. Lớp E dành riêng cho những ứng dụng trong tương lai.[5] Hình II.1 Các lớp đại chỉ IP Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ [...]... thơng tin với server, ví dụ như hàm send, recv Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 20 - Sau khi đã hồn tất q trình trao đổi dữ liệu, ứng dụng client gọi hàm closesocket để đóng socket đã tạo Hình II.6 Sơ đồ giao tiếp của client với server Ghi chú: Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 21 Các bước trên cơ bản là giống nhau cho các... SOCKET Socket là một đơn vị cấu trúc truyền thơng 2 chiều Chúng có thể đọc hay ghi lên nó Tuy nhiên mỗi socket là một thành phần của một mối nào đó giữa các máy trên mạng máy tính và các thao tác đọc ghi chính là các thao tác trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng trên nhiều máy khác nhau Socket là điểm kết nối cuối cùng cho phép những ứng dụng gắn vào mạng Khái niệm socket được cung cấp bởi một thư viện chứa... : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 18 Hình II.5 Sơ đồ giao tiếp giữa server với client Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 19 II.2.2 CÁCH THỨC CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG CLIENT TCP Ứng dụng client TCP làm việc theo qui trình sau : - Gọi hàm socket để tạo một socket - Gọi hàm connect để nối vào server - Gọi hàm gửi hay nhận dữ liệu để trao đổi. .. Netid nhận dạng cho từng mạng riêng biệt Các kiểu lớp địa chỉ IP cho thấy số lượng mạng và số lượng nút của mỗi lớp khác nhau Bảng dưới cho thấy số lượng mạng và số lượng nút có thể của mỗi lớp địa chỉ : Lớp địa chỉ Số lượng mạng Số lượng nút A 127 16.777.241 B 16.383 65.534 C 2.097.151 254 Mạng lớp A dùng cho mạng diện rộng Trường netid có 7 bits nên có thể có 127 mạng Mạng lớp B là mạng có kích thước... truyền dẫn thơng tin được tính bằng tổng thời gian xử lý và kích thước khung của thuật tốn Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 27 Bộ mã hố thực hiện việc nén một khung tín hiệu đầu vào 160 mẫu (20 ms) vào một khung 260 bit Như vậy một giây nó sẽ thực hiện nén được 13.13 3 bit ( tương đương với 1625 byte) Do vậy để nén một megabyte tín hiệu chỉ cần một thời gian chưa... một lần nữa laị chia kích thước mẫu tại bước giải thuật cho 2 và so sánh với độ chênh lệch mới và thiết lập giá trị cho bit một tương tự như các bước trước Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 36 Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ ... liệu để trao đổi thơng tin với client, ví như hàm sendto, recvfrom - Sau khi đã hồn tất q trình trao đổi dữ liệu, ứng dụng server gọi hàm closesocket để đóng socket đã tạo Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 22 II.3.2 CÁCH CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG CLIENT UDP Ứng dụng client UDP thực hiện các bước sau : - Gọi hàm socket để tạo một socket - Gọi hàm setsockopt để làm cho socket... (-4Xrms;+4Xrms) Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 31 như vậy trong lượng tử đều, cứ thêm 1 bit thì được lợi 6 dB và để có chất lượng thích hợp thì B >11 do đó thơng lượng tương đối lớn III.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN TIẾNG NĨI III.2.1 GIỚI THIỆU CHUNG Y tưởng nén tiếng nói là để giảm kích thước nhằm giúp ít tốn băng thơng truyền qua mạng Dòng dữ liệu tiếng nói được giải nén... trên UNIX thì bộ phận quản lý socket đã được hệ điều hành nạp sẵn và do đó khơng cần gọi các hàm như WSAStartup, WSACleanup của Windows NT Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 23 CHƯƠNG III PHƯƠNG PHÁP MÃ HỐ VÀ NÉN ÂM THANH III.1 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HỐ III.1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Trong hệ thống xử lý âm thanh, âm thanh được mã hố PCM Các mã hố này cho phép khơi phục một. .. pháp nén ADPCM Ngun tắc : Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 33 Là một phương pháp có thể được dùng để nén các khối dữ liệu tiếng nói trước khi chúng được truyền đến các máy nhận và giải nén chúng để phát lại sau khi được nhận từ đường truyền Hình sau là một giản đồ khối đơn giản của bộ mã hóa và giải mã ADPCM : Hình III.3 Sơ đồ khối bộ mã hố và giải mã ADPCM Bộ . thơng âm thanh thoại trên mạng cục bộ. Đồ án sẽ xây dựng thử nghiệm một hệ thống cho phép trao đổi thơng tin bằng tiếng nói thoại, tương tác điểm – điểm trên mạng LAN. Đồ án được trình bày gồm. này, một th bao sử dụng máy tính nối mạng với mạng còn th bao kia sử dụng điện thoại trong mạng PSTN/ISDN/GSM/TDM. Sử dụng một gateway để chuyển tiếng nói trên mạng IP thành tiếng nói trên mạng PSTN. nghiệm. Bởi vậy trong đồ án này em chỉ nghiên cứu cách thức truyền tiếng nói trên mạng nội bộ. Đề tài : Xây dựng ứng dụng truyền thông âm thanh trên mạng cục bộ Trang 9 CHƯƠNG II Đề tài : Xây