Chương 3.1: Internet và các ứng dụng đa phương tiện

Nội dung  Các ứng dụng đa phương tiện  Truyền tải videoaudio đã được lưu trữ  Thoại trên IP (VoIP) Các ứng dụng đa phương tiện  Audio  Tín hiệu âm thanh tương tự được lấy mẫu ở tốc độ không đổi • Điện thoại: 8.000 mẫus • CD: 44.100 mẫus  Mỗi mẫu được lượng tử • Mỗi giá trị lượng tử biểu diễn bằng một chuỗi các bit • Ví dụ 8 bit, 28=256 giá trị lượng tử. Audio  Ví dụ 8.000 mẫus, 256 giá trị lượng tử, tốc độ là: 8000 x 8 = 64000 kbps  Bên nhận chuyển các bit trở lại tín hiệu tương tự  Có suy giảm chất lượng khi chuyển đổi  Một số tốc độ truyền âm thanh • CD: 1.411 Mbps • MP3: 96, 128, 160 kbps • Điện thoại trên Internet: 5,3 kbps hoặc cao hơn time

Chương 3.1: Internet ứng dụng đa phương tiện ThS NGUYỄN CAO ĐẠT E-mail:dat@hcmut.edu.vn Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện Nội dung    Các ứng dụng đa phương tiện Truyền tải video/audio lưu trữ Thoại IP (VoIP) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện Các ứng dụng đa phương tiện  Audio  Tín hiệu âm tương tự lấy mẫu tốc độ không đổi  Mỗi mẫu lượng tử • Mỗi giá trị lượng tử biểu diễn chuỗi bit • Ví dụ bit, 28=256 giá trị lượng tử Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 audio signal amplitude • Điện thoại: 8.000 mẫu/s • CD: 44.100 mẫu/s quantization error quantized value of analog value analog signal time sampling rate (N sample/sec) Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện Các ứng dụng đa phương tiện Audio  Ví dụ 8.000 mẫu/s, 256 giá trị lượng tử, tốc độ là: 8000 x = 64000 kbps  Bên nhận chuyển bit trở lại tín hiệu tương tự  Có suy giảm chất lượng chuyển đổi  Một số tốc độ truyền âm • CD: 1.411 Mbps • MP3: 96, 128, 160 kbps • Điện thoại Internet: 5,3 kbps cao Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 quantization error audio signal amplitude  quantized value of analog value analog signal time sampling rate (N sample/sec) Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện Các ứng dụng đa phương tiện  Video    Chuỗi ảnh hiển thị tốc độ không đổi Ví dụ 30 frame/s Ảnh số mảng điểm Mỗi điểm thể chuỗi bit Mã hóa(coding): giảm kích thước ảnh cách loại bỏ dư thừa không gian(spatial) bên ảnh, thời gian(temporal) chuyển từ ảnh sang ảnh khác Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 spatial coding example …………………… … …………………… … frame i temporal coding example frame i+1 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 7-5 Các ứng dụng đa phương tiện  Video  CBR: (constant bit rate): Tốc độ mã hóa video cố định  VBR: (variable bit rate): Tốc độ mã hóa thay đổi  Tốc độ thông thường • MPEG (CD-ROM): 1.5 Mbps • MPEG2 (DVD): 3-6 Mbps • MPEG4 (thường dùng Internet): < Mbps Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện Các ứng dụng đa phương tiện  Phân loại  Truyền tải video/audio lưu trữ  Streaming stored audio, video • Streaming: Có thể bắt đầu phát trước toàn tập tin tải • Stored : Lưu trữ toàn máy chủ, lưu trữ/đệm client • Ví dụ: Youtube  Trò chuyện (voice/video) IP • conversational voice/video over IP • Tương tác người người • Ví dụ Skype  Phát Audio/video trực tuyến • streaming live audio, video Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện Nội dung    Các ứng dụng đa phương tiện Truyền tải video/audio lưu trữ Thoại IP (VoIP) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện Truyền tải video/audio lưu trữ video recorded (e.g., 30 frames/sec) video sent network delay (fixed in this example) video received, played out at client (30 frames/sec) time streaming: at this time, client playing out early part of video, while server still sending later part of video Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện Truyền tải video/audio lưu trữ  Các thách thức Liên tục phát sóng độ trể mạng thay đổi cần đệm phía client phát trể  Tương tác: tạm dừng, tua đi, tua lại, nhảy đến vị trí  Các gói mất, truyền lại  Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 10 Nội dung    Các ứng dụng đa phương tiện Truyền tải video/audio lưu trữ Thoại IP (VoIP) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 27 Thoại IP (VoIP)  Giải hạn chế dịch vụ IP     Mất gói: IP datagram tắc nghẽn mạng, khả gói phụ thuộc vào chế mã hóa, – 10% chấp nhận Trể từ đầu cuối đến đầu cuối  VoIP cần thiết phải trì “đàm thoại”  Quan tâm nhiều đến độ trể bao gồm trể mức ứng dụng trể mạng (jitter)  < 150 msec: tốt ; > 400 msec: Khởi tạo phiên làm việc: làm người dùng thông báo địa IP, số cổng, giải thuật encode Các dịch vụ giá trị gia tăng: chuyển tiếp gọi, ghi âm, Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 28 Thoại IP (VoIP)  Cách thực     Xen kẻ nói chuyện im lặng  64kbps nói chuyện  Gói tin tạo nói chuyện  Lấy mẫu đoạn 20 msec với 64kbps: 160 bytes Phần mào đầu tầng ứng dụng thêm vào đoạn Toàn liệu (chunk+header) đóng gói vào UDP phân đoạn TCP Ứng dụng gởi phân đoạn đến socket 20 msec nói chuyện Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 29 Jitter variable network delay (jitter) client reception constant bit rate playout at client buffered data constant bit rate transmission time client playout delay  Trễ đầu cuối đến đầu cuối hai gói liên tiếp: khác biệt nhiều 20 ms (truyền thời gian khác nhau) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 30 VoIP: phát trể cố định  Bên nhận phát trể cố định q ms    Đoạn có nhãn thời gian t phátt ại t+q Nếu đoạn có nhãn thời gian t đến sau t+q -> liệu đến trể (“mất” liệu) Lựa chọn q   q lớn: “mất” liệu q nhỏ: tương tác tốt “mất” liệu Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 31 VoIP: phát trể cố định     Bên gửi tạo gói 20 ms nói chuyện Gói đến thời điểm r Lịch phát bắt đầu p: “mất” liệu Lịch phát bắt đầu p’ tốt packets loss packets generated packets received playout schedule p' - r playout schedule p-r time r p Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 p' Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 32 VoIP: phát trể thích nghi   Mục tiêu: phát trể thấp, “mất” liệu thấp Hướng tiếp cận: điều chỉnh phát trể thích nghi     Ước tính trể mạng, điều chỉnh phát trể bắt đầu lúc có nói chuyện Các khoảng thời gian im lăng nén kéo dài Các đoạn chunks still played out every 20 msec during talk spurt Trể gói ước tính thích nghi (tương tự TCP RTT) di = (1-a)di-1 + a (ri – ti) delay estimate after ith packet small constant, e.g 0.1 time received - time sent (timestamp) measured delay of ith packet Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 33 VoIP: phát trể thích nghi  Ước tính độ lệch trung bình chậm trể vi = (1-b)vi-1 + b |ri – ti – di|  di, vi tính toán cho gói nhận chỉ dùng bắt đầu lúc có nói chuyện  Gói lúc có nói chuyện có thời điểm phát: playout-timei = ti + di + Kvi  Các gói lại lúc có nói chuyện phát định kỳ Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 34 VoIP: phát trể thích nghi    Làm để bên nhận xác định gói gói lúc có nói chuyện ? Nếu gói bên nhận xem xét khác biệt hai nhãn thời gian Nếu khác biệt > 20 ms gói lúc có nói chuyện Nếu có mát, bên nhận phải xem xét nhãn thời gian số Nếu khác biệt > 20 ms số gián đoạn gói lúc có nói chuyện Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 35 VoIP: Phục hồi gói  Thách thức: phục hồi gói tin chấp nhận chậm trễ nhỏ truyền dẫn ban đầu phát sóng   Thay thế: dùng sửa lỗi (Forward Error Correction -FEC)      Mỗi ACK/NAK ~ RTT Gửi đủ bit để phục hồi mà truyền lại FEC đơn giản Với nhóm n đoạn(chunk), tạo đoạn dư thừa cách XOR n đoạn ban đầu Gửi n + khối, tăng chi phí 1/n Có thể tái tạo lại nhóm n đoạn bị nhiều đoạn từ n + đoạn Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 36 VoIP: Phục hồi gói Một lược đồ FEC khác      “piggyback dòng chất lượng thấp hơn” Gửi dòng chất lượng thấp thông tin dư thừa Ví dụ dòng PCM tốc độ 64 kbps dòng dư thừa GSM 13 kbps Không liên tiếp mất, bên nhận che giấu mát Có thể tổng quát hóa lên Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 37 VoIP: Phục hồi gói Đan xen để che giấu mát:   Đoạn chia thành nhiều đơn vị nhỏ (ví dụ đơn vị 5ms Gói chứa đơn vị từ đoạn khác Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014   Nếu gói vẩn gần đoạn gốc Không tăng chi phí dư thừa tăng trể phát Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 38 VoIP: Skype   Skype clients (SC) Giao thức ứng dụng độc quyền Các thành phần P2P  clients: skype kết nối ngang hàng trực tiếp với cho VoIP  super nodes (SN): Các skype ngang hàng có chức đặc biệt Skype login server supernode (SN) supernode overlay network  overlay network  login server Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 39 VoIP: Skype Hoạt động skype client Tham gia mạng skype cách liên hệ SN (địa IP lưu trữ) sử dụng giao thức TCP Skype login server login đến skype login server Lấy địa IP danh sách bạn bè từ SN SN overlay Khởi tạo gọi trực tiếp đến bạn bè Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 40 VoIP: Skype  Vấn đề: Alice, Bob phía sau “NAT”  Giải pháp chuyển tiếp Alice, Bob trì kết nối đến SN  Alice báo hiệu với SN cô để kết nối đến Bob  SN Alice kết nối đến SN Bob  SN Bob kết nối đến Bob kết nối khởi tạo Bob SN  Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính Chương 3: Internet ứng dụng đa phương tiện 41 [...]... Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Level-3 CDN Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 26 Nội dung    Các ứng dụng đa phương tiện Truyền tải video/audio đã được lưu trữ Thoại trên IP (VoIP) Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 27 Thoại trên IP (VoIP)  Giải quyết các hạn... Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 14 Truyền tải video/audio đã được lưu trữ  Phân loại    Truyền tải dùng UDP Truyền tải dùng HTTP Truyền tải thích nghi Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 15 Truyền tải dùng UDP... client một danh sách các node CDN Client ping các node và lấy nod “tốt nhất” Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 24 Tình huống xem xét - Netflix   30% lưu lượng truyền tải ở Mỹ vào năm 2011 Cơ sở hạ tầng sở hữu rất ít, dùng các dịch vụ của các bên thứ 3:   Chỉ có các máy chủ đăng ký và thanh toán Dùng... Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 28 Thoại trên IP (VoIP)  Cách thực hiện     Xen kẻ giữa nói chuyện và im lặng  64kbps trong khi nói chuyện  Gói tin chỉ được tạo trong khi nói chuyện  Lấy mẫu từng đoạn 20 msec với 64kbps: 160 bytes Phần mào đầu ở tầng ứng dụng được thêm vào mỗi đoạn Toàn bộ dữ liệu (chunk+header) đóng gói vào... mạng Khắc phục lỗi ở mức ứng dụng và trong thời gian cho phép RTP [RFC 2326], RTSP [RFC 2326], : được trình bày trong chương 3.2 UDP có thể không qua được bức tường lửa Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 16 Truyền tải dùng HTTP   Lấy tập tin qua HTTP GET Gửi ở tốc độ tối đa có thể dưới TCP variable... lượng nhỏ hơn của các cụm máy tính lớn trong các POPs gần với (nhưng không phải trong) các mạng truy nhập  Được sử dụng bởi Limelight Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 22 Mạng phân phối nội dung (CDN) Bob (client) yêu cầu video ở http://netcinema.com/6Y7B23V và video được lưu trữ trong CDN ở http://KingCDN.com/NetC6y&B23V... và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 21 Mạng phân phối nội dung (CDN)  Lựa chọn 2: Lưu trữ/phục vụ nhiều bản sao của các video tài nhiều site phân bố theo địa lý(CDN)  Thâm nhập sâu: Đưa các CDN server vào sâu trong nhiều mạng truy nhập    Gần với người dùng Được dùng bởiAkamai với 1700 vị trí Gần nhà (bring home): số lượng nhỏ hơn của các. .. phía client và phát trể nhằm bù đắp độ trể mạng Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 11 Đệm ở phía client và phát trể buffer fill level, Q(t) playout rate, e.g., CBR r variable fill rate, x(t) video server client application buffer, size B client Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật... cloud Tạo nhiều phiên bản với chất lượng khác nhau trong cloud Cập nhật các phiên bản từ cloud đến các CDN Cloud chứa các trang web của Netflix CDNs chứa nội dung là của Akamai, Limelight, Level-3 Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 25 Tình huống xem xét - Netflix Amazon cloud Netflix registration,... gian và chỉ số tuần tự Nếu khác biệt > 20 ms và chỉ số tuần tự không có gián đoạn thì đó là gói đầu tiên trong mỗi lúc có nói chuyện Trường Đại Học Bách Khoa Tp.HCM Khoa Khoa Học và Kỹ Thuật Máy Tính © 2014 Mạng máy tính 2 Chương 3: Internet và các ứng dụng đa phương tiện 35 VoIP: Phục hồi do mất gói  Thách thức: phục hồi do mất gói tin được chấp nhận nếu chậm trễ nhỏ giữa truyền dẫn ban đầu và phát