Kỹ thuật truyền thông đa phương tiện và ứng dụng trong giảng dạy trực tuyến

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VŨ VĂN HÙNG KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY TRỰC TUYẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN - 2010 Mẫu Trang phụ bìa luận văn (title page) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VŨ VĂN HÙNG KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY TRỰC TUYẾN Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Mẫu Trang NGƯỜI bìa 1HƯỚNG tóm tắt luậnDẪN văn thạc KHOA sĩ (khổHỌC: 140 x 200 TS.mm) PHẠM VIỆT BÌNH THÁI NGUYÊN - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn tự nghiên cứu, tìm hiểu tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu khác Luận văn tốt nghiệp kết trình học tập, nghiên cứu thực hoàn toàn nghiêm túc, trung thực thân Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm nội dung trung thực luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH Tên hình Hình 1.1: Giao tiếp one-to-one qua gọi point-to-point Hình 1.2: Giao tiếp one-many qua gọi point-to-point Hình 1.3: Giao tiếp many-many qua gọi point-to-point Hình 1.4: Video conference có nhiều bên tham gia qua gọi đa điểm (multipoint call) Hình 1.5: Nhiều giáo viên giảng lớp học sử dụng video conference Hình 1.6: Một giáo viên giảng nhiều lớp học sử dụng video conference Hình 1.7: Các nhân tố tạo nên chất lượng dịch vụ Hình 2.1: Các thành phần hệ thống H323 Hình 2.2: H323 TE Hình 2.3: H.323/PSTNGateway Hình 2.4: Các chức Gateway Hình 2.5: Chức Gatekeeper Hình 2.6 Các vị trí MC MP hệ thống H.323 Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc phân lớp Hình 2.8 Gatekeeper tìm đường báo hiệu gọi Hình 2.9 Báo hiệu gọi trực tiếp Endpoint Hình 2.10 Thiết lập kênh điều khiển H.245 trực tiếp Endpoint Hình 2.11: Các loại socket Hình 2.12: Sự phụ thuộc tỉ lệ gói tin với thời gian làm trễ việc chạy q Hình 2.13: Chèn thêm thông tin bổ xung gói tin tốc độ bit thấp vào gói tin bình thường Hình 2.14: Cơ chế khôi phục gói tin bị theo kiểu xen kẽ Hình 3.1 Sơ đồ thuật toán mô hình client-server Hình 3.2 Mô hình mạng Peer to peer Hình 3.3 Sơ đồ chi hệ thống Hình 3.4 Biểu đồ usecase tác nhân học Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Trang 3 6 22 23 24 25 27 28 29 33 33 34 35 47 50 51 54 55 56 57 http://www.lrc-tnu.edu.vn viên Hình 3.5 Biểu đồ usecase tác nhân người dạy Hình 3.6 Biểu đồ usecase cho tác nhân Server Hình 3.7 Biều đồ trình tự module voice service Hình 3.8 Biểu đồ trình tự module video service Hình 3.9 Biểu đồ trình tự module desktop service Hình 3.10 Biểu đồ trình tự chương trình chạy server Hình 3.11 Cài đặt Silverlight Hình 3.12 Cài đặt IIS Hình 3.13 Ứng dụng server Hình 3.14 Giao diện Module Voice Service Hình 3.15 Giao diện truyền dẫn module Video Service Hình 3.16 Giao diện nhận hình ảnh module Video Service Hình 3.17 Giao diện chương trình truyền hình ảnh hình Hình 3.18 hình ảnh trình chiếu từ hình người truyền Hình 3.20 Chọn lớp, phòng tương ứng với người Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 57 58 59 60 61 62 63 64 64 65 66 67 67 68 69 http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN 1.1 Giới thiệu truyền thông đa phƣơng tiện 1.2 Phân loại ứng dụng truyền thông đa phƣơng tiện: 1.2.1 Truyền video audio lưu trữ server (streaming stored audio and video) 1.2.2 Truyền trực tiếp audio/video (Streaming live audio/video) 1.2.3 Ứng dụng tương tác audio/video thời gian thực: 1.2.4 Ứng dụng video conference 1.2.4.1 Meetings (họp) 1.2.4.2 Classroom (giảng dạy) 1.2.4.3 Các chế sử dụng video conference 11 1.2.5 Các thành phần chất lượng dịch vụ ứng dụng mạng đa phương tiện video conference nói riêng 11 1.2.5.1 Sự mát gói tin (packet loss) 11 1.2.5.2 Độ trễ end-to-end (end-to-end delay) 12 1.2.5.3 Jitter - Sự thăng giáng độ trễ 12 1.3 Nén liệu audio/video 14 1.3.1 Một số kĩ thuật nén audio 14 1.3.2 Nén video 18 1.4 Những vấn đề ảnh hƣởng đến chất lƣợng dịch vụ (QoS) Multimedia 19 1.4.1 Khái niệm đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS): 19 1.4.2 Ứng dụng đa phương tiện qua mạng 21 1.4.3 Các ứng dụng đa phương tiện mạng : 21 1.4.4 Ví dụ ứng dụng đa phương tiện: 21 1.4.5 Rào cản multimedia mạng Internet 22 1.4.5.1 Đặc điểm truyền liệu Internet 22 1.4.5.2 Cách khắc phục: 23 CHƢƠNG II: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN 26 2.1 Kỹ thuật H323 26 2.1.1 Giới thiệu H323: 26 2.1.2 Các thành phần kỹ thuật H.323: 26 2.1.2.1 Các ưu điểm H.323: 26 2.1.2.2 Kiến trúc hệ thống H.323: 28 2.1.3 Sơ đồ cấu trúc phân lớp: 35 2.1.3.1.Video Codec: 35 2.1.3.2 Audio Codec: 36 2.1.3.3 Data Channel (Kênh liệu): 36 2.1.4 Điều khiển hệ thống 36 2.1.4.1 Chức điều khiển H.245: 36 2.1.4.2 Chức báo hiệu RAS H.225.0: 37 2.1.4.3 Chức báo hiệu gọi H.225.0: 38 2.2 Kỹ thuật lập trình socket công nghệ Silverlight 41 2.2.1 Lập trình socket 41 2.2.2 Silverlight 45 2.2.2.1 Định nghĩa Silverlight 45 2.2.2.2 Đặc tính Silverlight 45 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2.2.3 Kiến trúc tổng thể mô hình lập trình Silverlight 46 2.2.2.4 Khả hỗ trợ trình duyệt, hệ điều hành công nghệ liên quan 49 2.3 Kỹ thuật làm tăng chất lƣợng dịch vụ cho ứng dụng đa phƣơng tiện 50 2.3.1 Những nhược điểm mạng IP với dịch vụ cố gắng tối đa (best effort) 50 2.3.2 Sử dụng giao thức UDP tầng giao vận 50 2.3.3 Cơ chế loại bỏ jitter phía nhận 51 2.3.3.1 Làm trễ việc chơi với thời gian cố định (fixed playout delay) 52 2.3.3.2 Làm trễ thời gian thích nghi (adaptive playout delay) 53 2.3.4 Khôi phục gói tin bị phía nhận 55 2.3.4.1 FEC 55 2.3.4.2 Cơ chế xen kẽ (interleaving) 56 2.3.4.3 Cơ chế khôi phục gói tin bị dựa phía nhận (receiver- based) 57 CHƢƠNG III: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG 59 3.1 Phân tích thiết kế chƣơng trình 59 3.1.1 Giới thiệu toán 59 3.1.2 Phân tích 59 3.1.2.1 Mô hình Client/Server 59 3.1.2.2 Mô hình Peer to Peer 60 3.1.3 Thiết kế 61 3.1.3.1 Sơ đồ hệ thống 61 3.1.3.2 Biểu đồ Usecase 62 3.1.4 Biểu đồ trình tự 64 3.1.4.1 Biểu đồ trình tự chức truyền nhận âm 64 3.1.4.1 Biểu đồ trình tự chức truyền nhận hình ảnh 65 3.1.4.3 Biểu đồ trình tự chức truyền nhận desktop 66 3.1.4.4 Biểu đồ trình tự server 67 3.2 Kết chƣơng trình 68 3.2.1 Cài đặt chương trình 68 3.2.1.1 Cài đặt Silverlight 68 3.2.1.2Cài đặt IIS 69 3.2.2 Kết chương trình 70 3.2.2.1 Khởi tạo Server 70 3.2.2.2 Voice Service 71 3.2.2.3 Video Service 72 3.2.2.4 Desktop Service 73 3.2.2.5 Text Chat 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Ngày nay, truyền thông nói chung, truyền thông đa phương tiện nói riêng quan tâm, tính thực tiễn kinh tế Nhờ có truyền thông đa phương tiện người trao đổi thông tin từ xa thông qua văn bản, hình ảnh âm Bên cạnh đó, mạng máy tính phổ biến quan, doanh nghiệp, nên ứng dụng mạng chia sẻ liệu, phần mềm trực tuyến ngày ưa chuộng trở thành yếu tố thiếu xã hội thông tin đại Bởi vậy, việc nghiên cứu kỹ thuật truyền thông nói chung, truyền thông đa phương tiện nói riêng nhằm làm chủ tạo tảng phát triển ứng dụng truyền thông mạng dạy học trực tuyến trở thành chủ đề nghiên cứu nhiều tổ chức nghiên cứu nước Luận văn gồm chương: Chƣơng I: Tổng quan truyền thông đa phƣơng tiện Chương giới thiệu truyền thông đa phương tiện, phân loại ứng dụng truyền thông đa phương tiện vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ truyền thông đa phương tiện Chƣơng II: Kỹ thuật truyền thông đa phƣơng tiện Trong chương nghiên cứu số kỹ thuật truyền thông đa phương tiện H323, kỹ thuật lập trình Socket, công nghệ Silverlight Chƣơng III: Xây dựng ứng dụng Chương trình bày ứng dụng số kỹ thuật nghiên cứu để thiết kế chương trình cài đặt cấu hình hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG I: TỔNG QUAN TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN 1.1 Giới thiệu truyền thông đa phƣơng tiện 1.1.1 Khái niệm Hệ mang tin phương tiện hệ thống cung cấp tích hợp chức lưu trữ, truyền dẫn trình diễn kiểu phương tiện mang tin rời rác (văn bản, đồ hoạ, ảnh…) liên tục (audio, video) máy tính Các kiểu media hệ thống đa phương tiện gồm: - Media độc lập với thời gian: thông tin không liên quan đến việc định thời luồng liệu, ví dụ văn bản, đồ hoạ, ảnh - Media phụ thuộc thời gian: thông tin có quan hệ chặt chẽ với thời gian, phải trình diễn tới người sử dụng vào thời điểm xác định.ví dụ: animation, audio, video, game online Hệ thống đa phương tiện hệ thống thời gian thực 1.2 Phân loại ứng dụng truyền thông đa phƣơng tiện: Chúng ta chia ứng dụng mạng đa phương tiện thành lớp lớn 1.2.1 Truyền video audio đƣợc lƣu trữ server (streaming stored audio and video) Trong lớp ứng dụng này, client yêu cầu file audio, video nén lưu trữ server Các file audio là: giảng, hát … Các file video là: phim, clips… Tại thời điểm đó, client yêu cầu file audio, video từ server Trong hầu hết ứng dụng loại này, sau thời gian trễ vài giây, client chạy file audio, video tiếp tục nhận file từ server Đặc tính vừa chạy file, tiếp tục nhận phần sau file gọi streaming Nhiều ứng dụng cung cấp tính tương tác người dùng (user interactivity) Ví dụ: pause, resume, jump, skip Khoảng thời gian từ lúc người dùng đưa yêu cầu (play, skip, forward, jump) tới bắt đầu nghe thấy máy client nên nằm khoảng từ – 10 giây để người dùng chấp nhận Yêu cầu độ trễ thăng giáng độ trễ - jitter ứng dụng loại không chặt chẽ ứng dụng thời gian thực : điện thoại internet, video conference thời gian thực Hiện có chương trình hỗ trợ streaming stored audio/video như: RealPlayer, Netshow … Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.2.2 Truyền trực tiếp audio/video (Streaming live audio/video) Các ứng dụng loại tương tự phát truyền hình quảng bá (broadcast) truyền thống có điều thực internet Nó cho phép người dùng nhận audio/video trực tiếp phát từ nơi giới Trong lớp ứng dụng mạng đa phương tiện loại này, audio/video truyền trực tiếp, không lưu trữ server loại ứng dụng mạng đa phương tiện nói trên, client tương tác người dùng như: pause, forward, rewind, … Tuy nhiên, file audio/video lưu giữ cục client, số ứng dụng pause, rewind… Truyền hình, phát trực tiếp thường phát broadcast tới nhiều client qua kĩ thuật multicast qua nhiều luồng unicast riêng Hạn chế thời gian trễ (độ trễ) truyền hình, phát trực tiếp khắt khe ứng dụng truyền audio/video lưu trữ; Độ trễ tới 10 giây chấp nhận 1.2.3 Ứng dụng tƣơng tác audio/video thời gian thực: Lớp ứng dụng cho phép người dùng audio, video để tương tác thời gian thực với người dùng khác Một ví dụ audio tương tác thời gian thực điện thoại internet Nó cung cấp dịch vụ điện thoại với giá rẻ so với dịch vụ điện thoại truyền thống bù vào chất lượng không tốt ổn định điện thoại truyền thống Với tương tác video thời gian thực, gọi video-conferenceing, người giao tiếp với cách trực quan Trong ứng dụng tương tác audio/video thời gian thực độ trễ nên nhỏ vài trăm miligiây Ví dụ với âm thanh: độ trễ nên nhỏ 400 ms 1.2.4 Ứng dụng video conference Như đề cập trên, video conference ứng dụng mạng đa phương tiện thuộc lớp thứ ba: ứng dụng tương tác thời gian thực Đây lớp ứng dụng đòi hỏi chất lượng dịch vụ mạng (độ trễ, jitter, mát gói tin) cao ba lớp ứng dụng để thoả mãn nhu cầu người dùng Video conference sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực: họp công ty, tổ chức; giáo dục: đào tạo từ xa; y tế: khám chữa bệnh, phẫu thuật từ xa Sau số ứng dụng tiêu biểu video conference Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... thiệu truyền thông đa phương tiện, phân loại ứng dụng truyền thông đa phương tiện vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ truyền thông đa phương tiện Chƣơng II: Kỹ thuật truyền thông đa phƣơng tiện. ..ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VŨ VĂN HÙNG KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY TRỰC TUYẾN Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01... tiện Trong chương nghiên cứu số kỹ thuật truyền thông đa phương tiện H323, kỹ thuật lập trình Socket, công nghệ Silverlight Chƣơng III: Xây dựng ứng dụng Chương trình bày ứng dụng số kỹ thuật