DSpace at VNU: Ứng dụng mã hóa chống lỗi trong truyền video thời gian thực tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận...
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VĂN LUYỆN ỨNG DỤNG MÃ HÓA CHỐNG LỖI TRONG TRUYỀN VIDEO THỜI GIAN THỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HÀ NỘI - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VĂN LUYỆN ỨNG DỤNG MÃ HÓA CHỐNG LỖI TRONG TRUYỀN VIDEO THỜI GIAN THỰC Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số : 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Cán hướng dẫn khoa học: TS Hoàng Xuân Tùng HÀ NỘI - 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Hoàng Xuân Tùng, ngƣời tận tình hƣớng dẫn tơi hồn thành luận văn Thầy dành nhiều thời gian cho tôi, mang đến cho thách thức, ý tƣởng, kinh nghiệm quí báu Thầy nghiêm khắc Nhƣng nhờ nghiêm khắc thầy mà tiến bộ, gặt hái đƣợc nhiều kiến thức cơng nghệ, kĩ thuật Có lẽ tơi ngƣời hoàn thành luận văn chậm học trò mà thầy hƣớng dẫn thầy thất vọng điều Thầy kính mến! em chân thành xin lỗi thầy chậm trễ mong thầy rộng lòng thơng cảm Tơi biết ơn tồn thể gia quyến tơi giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập Mọi ngƣời làm thay phần việc nhà, ngồi đồng ruộng… để tơi có nhiều thời gian dành cho việc học hành Tôi xin chân thành cảm ơn tất thầy cô, nhân viên Khoa Cơng nghệ thơng tin, Phòng Đào tạo sau đại học Nghiên cứu khoa học, Trƣờng Đại học Công nghệ - ĐH Quốc gia Hà Nội giúp đỡ tận tình, tạo điều kiện cho tơi hồn thành khóa học khóa luận tốt nghiệp Đồng thời, tơi cảm ơn ngƣời bạn chia sẻ kinh nghiệm, học thức, kĩ năng, tài liệu, hỏi thăm động viên Cảm ơn cộng đồng ngƣời dùng mạng Internet, học giả…đã mang đến cho kho tàng kiến thức, kĩ vô tận Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2015 Học viên Nguyễn Văn Luyện LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung kiến thức luận văn đƣợc trình bày lại theo cách hiểu tơi Phƣơng pháp mã hóa nội khung dựa theo đƣờng biên đƣợc trình bày chƣơng III phƣơng pháp xây dựng sở tham khảo ý tƣởng mã hóa đƣờng biên tài liệu tham khảo số [1] Các kết đƣợc sinh thực nghiệm chƣa đƣợc công bố Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2015 Học viên Nguyễn Văn Luyện MỞ ĐẦU Ngày nay, mạng internet phát triển, đáp ứng nhu cầu truy cập lúc, nơi, đa dạng, phức tạp ngƣời dùng Trong có nhu cầu truy cập liệu đa phƣơng tiện (âm thanh, hình ảnh, video…) Đặc biệt, việc truyền thông video thời gian thực ngày trở nên phổ biến Có hai phƣơng thức truyền tải video là: downloading streaming Downloading hình thức tải tồn file video, sau lƣu trữ hiển thị phía đầu thu Phƣơng thức có nhƣợc điểm tốn thời gian, truyền video thời gian thực Streaming phƣơng thức cho phép hiển thị nội dung video đầu thu trình truyền video đầu phát đƣợc thực Video đƣợc chia thành nhiều phần nhỏ, truyền tải liên tục thành dòng liệu; bên nhận thị phần video vừa nhận đƣợc tạm thời lƣu trữ để chờ hiển thị Phƣơng thức cho phép truyền tải video thời gian thực đƣợc ứng dụng rộng rãi Video thƣờng có dung lƣợng lớn nên thƣờng đƣợc nén lại trƣớc truyền tải Có nhiều cách thức, chuẩn nén video Trong đó, H.264 chuẩn nén phổ biến Theo đó, video đƣợc phân tách thành chuỗi frame Mỗi chuỗi frame bao gồm số frame, bắt đầu frame đƣợc gọi I-frame, frame P-frame, B-frame Các I-frame đƣợc mã hóa nội khung Còn Pframe, B-frame đƣợc mã hóa liên khung Nếu I-frame bị khơng khơi phục đƣợccác P-frame, B-frame chuỗi, nghĩa không khôi phục đƣợc chuỗi video tƣơng ứng đầu thu Vì vậy, vấn đề chống lỗi streaming video nói chung chống Iframe trở nên đáng quan tâm Để chống I-frame, sử dụng giải pháp truyền nhiều I-frame dự phòng Nhƣng truyền dự phòng I-frame tốn thời gian, băng thông Luận văn nghiên cứu việc mã hóa I-frame cho đạt tỉ lệ nén cao nhằm truyền nhiều I-frame dự phòng Nội dung luận văn gồm chƣơng: Chương I: Tổng quan video thời gian thực vấn đề chống lỗi video thời gian thực Giới thiệu video thời gian thực, số phƣơng pháp chống lỗi Chương II: Phƣơng pháp nén nội khung (intra coding) chuẩn H.264 Trình bày phƣơng pháp intra coding chuẩn H.264 Chương III: Mã hóa dựa đƣờng biên Xây dựng phƣơng pháp nén nội khung cách phân chia frame thành vùng, mã hóa đƣờng biên nhƣ giá trị màu đại diện vùng.Phƣơng pháp dựa ý tƣởng phƣơng pháp chain coding đƣợc trình bày tài liệu tham khảo [1] Chương IV: Thực nghiệm Trình bày kết thực nghiệm phƣơng pháp nén xây dựng chƣơng III CHƢƠNG I TỔNG QUAN VỀ VIDEO THỜI GIAN THỰC VẤN ĐỀ CHỐNG LỖI TRONG VIDEO THỜI GIAN THỰC I TỔNG QUAN VỀ VIDEO THỜI GIAN THỰC Video thời gian thực Video thời gian cho phép tƣờng thuật trực tiếp kiện, hội thoại video, giám sát điều khiển từ xa qua video Trong hệ thống video thời gian thực, máy thu hình tạo đoạn video khoảng thời gian nhỏ phản ánh trực tiếp kiện diễn trƣớc ống kính Các đoạn video đƣợc nén, mã hóa truyền theo kiểu streaming Tại nơi nhận, đoạn video nén đƣợc giải mã trình chiếu theo thứ tự đƣợc tạo chúng Độ trễ nơi nhận nơi gửi thấp Vì thế, ngƣời dùng theo dõi đƣợc kiện gần nhƣ tức thời diễn Điều cho phép hội thoại video đƣợc liên tục, hội nghị trực tuyến, giám sát từ xa, interactive game… Truyền video thời gian thực theo kiểu streaming [2] Streaming video phƣơng pháp truyền phát video cách chia nhỏ video thành nhiều phần nhỏ, truyền phần cách liên tục tạo thành dòng liệu; bên nhận liệu giải mã phần liệu video vừa nhận đƣợc hiển thị tạm lƣu trữ để đợi đến lƣợt đƣợc hiển thị Nhƣ vậy, việc streaming video đƣợc mơ tả bƣớc bản: Chia nhỏ video thành phần nhỏ Truyền phát liên tục phần liệu video Giải mã hiển thị nội dung phần video nhận đƣợc bên nhận việc phát video tiếp diễn Trong video thời gian thực, đoạn video mà máy quay thu đƣợc thời điểm liên tục đƣợc mã hóa, chia nhỏ thành phần nhỏ đƣợc truyền theo phƣơng thức mô tả Một số ứng dụng video thời gian thực Hội Nghị Truyền Hình (Video conference) Là phƣơng thức liên lạc video thời gian thực cho phép ngƣời dùng điểm khác nói chuyện, nhìn thấy nhau, chia sẻ liệu, hình ảnh, âm thanh… với Video conference cho phép tổ chức họp trực tuyến, thành viên tham dự biểu quyết, trao đổi thông tin với Dữ liệu video âm đƣợc truyền trực tiếp trƣờng phản ánh kiện diễn thời gian thực theo chiều Các thành phần hệ thống video conference gồm: Camera, microphone; hình, thiết bị hiển thị; máy tính; thiết bị điều khiển; mã hóa giải mã; gate way; Multipoints conference unit…Multipoint conference unit đƣợc sử dụng video conference đa điểm, thực việc kết nối điểm với Gọi Điện Thoại Có Hình (Video phone) Là dịch vụ cho phép đàm thoại có hình ngƣời dùng điện thoại Với video phone, ngƣời dùng nghe nhìn thấy hình ảnh thật ngƣời đối thoại Giám Sát Từ Xa Bằng Video (Remote monitoring video) Cho phép giám sát từ xa thông qua truyền video thời gian thực từ trƣờng môt trung tâm giám sát, xử lý Từ trung tâm giám sát, tùy hệ thống, ngƣời dùng gửi lệnh điều khiển từ xa, phản hồi tới trƣờng Truyền hình trực tiếp: Cho phép truyền phát trực tiếp video, âm từ kiện diễn Ví dụ nhƣ tƣờng thuật trực tiếp trận đấu bóng, buổi biểu diễn… Các giao thức truyền video thời gian thực RTP [3]: Real-time transport protocol có chức vận chuyển liệu đầu cuối thời gian thực nhƣ video, âm thanh…RTP cung cấp dịch vụ nhƣ gán nhãn thời gian cho gói, đánh số thứ tự gói, xác định tải trọng…RTP hỗ trợ việc truyền phát liệu đến nhiều đích với phân phối liệu theo kiểu multicast Thông thƣờng, RTP đƣợc sử dụng bên giao thức UDP Bản thân RTP không bảo đảm phân phát liệu cách kịp thời tới đích, mà phải dựa dịch vụ tầng thấp để thực điều RTP không cung cấp chế đảm bảo gói liệu đƣợc truyền theo thứ tự, nhƣng thông tin số thứ tự gói cho phép bên thu khơi phục đƣợc thứ tự gói RTP cung cấp dịch vụ cho ứng dụng truyền video, âm thời gian thực; ứng dụng cụ thể bổ sung vào RTP dịch vụ phù hợp với yêu cầu RTP đƣợc thiết kế độc lập với tầng mạng giao vận (transport layer) bên dƣới RTP hỗ trợ việc sử dụng mixer translator RTCP [3]: Real time control protocol giao thức hỗ trợ cho giao thức RTP RTCP làm việc song hành với RTP Trong RTP vận chuyển gói tin liệu RTCP vận chuyển gói tin điều khiển Chức RTCP thu nhận thông tin phản hồi chất lƣợng dịch vụ RTP.RTCP có chức thăm dò thành viên tham gia vào phiên làm việc Các gói tin RTCP đƣợc gửi cách định kì từ máy thu, máy phát báo cáo số lƣợng thống kê ứng dụng nhƣ số gói nhận đƣợc, số gói mất, độ thăng giáng trễ…Dựa vào thông tin này, máy phát điều chỉnh q trình truyền phát liệu cho phù hợp RTSP: Real time streaming protocol giao thức tầng ứng dụng, đƣợc thiết kế để điều khiển việc truyền liệu thời gian thực Nó độc lập với giao thức tầng thấp RTSP hoạt động giống nhƣ chế điều khiển mạng từ xa mà khơng thực truyền liệu media Nó cho phép thiết lập điều khiển hay nhiều stream media thời gian thực Trong RTSP, máy chủ trì phiên làm việc đƣợc xác định định danh Trong phiên làm việc, máy khách gửi gói tin u cầu thơng qua việc mở đóng nhiều kết nối truyền thơng đáng tin cậy TCP không đáng tin cậy UDP đến máy chủ RSVP: Resource reservation protocol giao thức điều khiển mạng, cho phép bên nhận yêu cầu chất lƣợng dịch vụ đầu cuối cho dòng liệu RSVP khơng phải giao thức định tuyến Chức thiết lập trì đƣờng đi, hủy bỏ đƣờng báo lỗi Khi nút gửi liệu, gửi tin qua nút trung gian tới máy nhận, mô tả đặc điểm lƣu lƣợng gửi, đặc điểm nút trung gian đƣờng truyền Căn vào thông tin này, nút nhận gửi tin đăng kí tài ngun Nếu việc đăng kí thành cơng, nút gửi bắt đầu gửi liệu đến nút nhận Mỗi phiên làm việc RSVP đƣợc xác định tham số nhƣ địa Ip nguồn, địa Ip đích, cổng nguồn, cổng đích…Việc đặt trƣớc tài nguyên RSVP cho phép chế làm việc gần giống chuyển mạch kênh mạng chuyển mạch gói Một thiết lập RSVP hết hiệu lực sau khoảng thời gian khơng đƣợc làm tƣơi cách định kì II Mã hóa chống lỗi cho truyền video thời gian thực Các kĩ thuật chống lỗi đƣợc phân làm loại sau: Loại gồm kĩ thuật đƣợc thực mã hóa nguồn mã hóa kênh nhằm tạo dòng bít có sức đề kháng tốt với lỗi Loại gồm kĩ thuật đƣợc thực giải mã nhằm phát lỗi, che giấu tác động lỗi Loại gồm kĩ thuật đòi hỏi tƣơng tác bên giải mã bên mã hóa Căn vào lỗi, trạng thái bên giải mã, bên mã hóa đƣa hoạt động thích ứng nhằm giảm thiểu tác động lỗi Một số kĩ thuật chống lỗi thực mã hóa Sửa Lỗi Trƣớc (FEC) Forward error correction kĩ thuật thêm vào liệu liệu bổ sung trƣớc truyền phát Khi mát, hƣ hại liệu xảy ra, vào liệu bổ sung khơi phục lại đƣợc liệu hỏng Việc sử dụng FEC làm tăng dung lƣợng thông tin phải truyền tải TÀI LIỆU THAM KHẢO Saif Zahir, Kal Dhou, Prince George Lisbon - Portugal : PCS, 2007, "A new chain coding based method for binary image compression and reconstruction", pp 1321-1324 Dapeng Wu, Yiwei Thomas Hou, Wenwu Zhu, Ya-Qin Zhang, Jon M Peha s.l : Circuits and systems for video technology, IEEE Transactions, 11 3, 2001, "Streaming video over the Internet: Approaches and Direction", pp 282-300 H Schulzrinne, S Casner, R Frederick, V Jacobson."RTP: a transport protocol for real time applications" United States : RFC 3550, 2003 E Iain, Richardson."The H.264 advance video compression standard" s.l : Wiley, 2010 L Agostini, R Porto, M Porto, T Silva, L Rosa, J Guntzel, I Silva, S Pampi Bahía Blanca : Lat am appl res v.37 n.1 , 2007, "Forward and inverse 2DDCT architectures targeting HDTV for H.264/AVC video compression standard" ISO/IEC."Information technology-coding of audio-visual objects-part 10: Advance video coding" s.l : ISO/IEC 14496-10, 2004 Chunbo Zhu, Ye-Kui Wang, Miska M.hannuksela, Houqiang Li s.l : Circuits and systems for video technology, IEEE transactions, 19, 2009, "Error resilient video coding using redundant pictures", pp 3-14 ... VỀ VIDEO THỜI GIAN THỰC VẤN ĐỀ CHỐNG LỖI TRONG VIDEO THỜI GIAN THỰC I TỔNG QUAN VỀ VIDEO THỜI GIAN THỰC Video thời gian thực Video thời gian cho phép tƣờng thuật trực tiếp kiện, hội thoại video, ... khoảng thời gian khơng đƣợc làm tƣơi cách định kì II Mã hóa chống lỗi cho truyền video thời gian thực Các kĩ thuật chống lỗi đƣợc phân làm loại sau: Loại gồm kĩ thuật đƣợc thực mã hóa nguồn mã hóa. .. NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ NGUYỄN VĂN LUYỆN ỨNG DỤNG MÃ HÓA CHỐNG LỖI TRONG TRUYỀN VIDEO THỜI GIAN THỰC Chuyên ngành: Truyền liệu mạng máy tính Mã số : 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG