Xây dựng hệ thống hội nghị truyền hình chất lượng cao trên mạng IP luận văn ths kỹ thuật điện tử 2 07 00

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ oOo - BÙI THANH QUANG XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH CHẤT LƯỢNG CAO TRÊN MẠNG IP LUẬN VĂN THẠC SỸ Hà Nội - 2006 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -oOo - Bùi Thanh Quang XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH CHẤT LƯỢNG CAO TRÊN MẠNG IP Ngành: Cơng nghệ điện tử viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS TSKH Huỳnh Hữu Tuệ Hà Nội - 2006 MỤC LỤC MỤC LỤC …………………………………………………………………………….1 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT………………………………………4 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ………………………………………….….6 LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………………8 CHƢƠNG 1: BỘ GIAO THỨC TRÊN MẠNG IP ……………………………….10 1.1 TCP/IP………………………………………………………………………… .10 1.1.1 Giới thiệu TCP/IP………………………………………………… 10 1.1.2 Giao thức IP………………………………………………… ……… … 11 1.1.3 Giao thức TCP………………………………………………… 16 1.1.4 Giao thức UDP………………………………………………… .16 1.2 Giao thức khởi tạo phiên SIP………………………………………… 17 1.2.1 Các giao thức có SIP……………………………………………….17 1.2.2 Các phần tử có họ giao thức SIP………………………………… 19 1.2.3 Các tin SIP………………………………………………… 20 1.2.4 Tiến trình gọi……………………………………………… .22 1.3 Họ giao thức H.323………………………………………………… 24 1.3.1 Giới thiệu………………………………………………… 24 1.3.2 Các giao thức có H.323…………………………………… 24 1.3.2.1 Audio Codec………………………………………………… 25 1.3.2.2 Video Codec………………………………………………… 25 1.3.2.3 H.225 Đăng ký, thu nhận trạng thái RAS………………… 25 1.3.2.4 H.225 Báo hiệu gọi……………………………………… 25 1.3.2.5.H.245 báo hiệu điều khiển …………………………………… .25 1.3.2.6 Giao thức truyền thời gian thực (RTP)……………………… .26 1.3.2.7 Giao thức điều khiển truyền thời gian thực (RTCP)……… 27 1.3.3 Các thành phần mạng H.323…………………………………… .28 1.3.3.1 Các thiết bị đầu cuối…………………………………………… 28 1.3.3.2 Các gateway………………………………………………… 29 1.3.3.3 Các gatekeeper………………………………………………… .29 1.3.3.4 Đơn vị điều khiển đa điểm (MCU)……………………………… 30 1.4 So sánh H.323 SIP………………………………………………… 30 1.5 Các phƣơng pháp truyền video mạng IP……………………………… 33 1.5.1 Naïve Unicas………………………………………………… .33 1.5.2 IP Multicas………………………………………………… 33 1.5.3 Overlay Multicast………………………………………………… 34 1.5.4 Phương pháp lai IP/Overlay Multicast……………………………… 35 1.6 Kết luận………………………………………………… 35 CHƢƠNG 2: CÁC KỸ THUẬT NÉN VÀ CHUẨN NÉN AUDIO …… .36 2.1 Tổng Quan…………………………………………………………… 36 2.2 Nguyên lý chung mã hoá CELP.……………………………… 39 2.3 Nguyên lý mã hoá CS-ACELP……………………………………… 41 2.3.1 Nguyên lý chung mã hoá……………………………… .41 2.3.2 Nguyên lý mã hoá CS-ACELP……………………………… 42 2.3.3 Nguyên lý giải mã CS-ACELP……………………………… 44 2.4 Chuẩn nén G.729A………………………… 45 2.5 Chuẩn nén G.729B……………………………………………………… 46 2.6 Chuẩn nén G.723.1……………………………………………………… 48 2.6.1 Nguyên lý mã hoá G.723.1…………………………………… 49 2.6.2 Nguyên lý giải mã G.723.1……………………………… 50 2.7 Chuẩn nén GSM 06.10……………………………………………… 51 2.8 Kết luận……………………………………………………………… 51 CHƢƠNG 3: CÁC KỸ THUẬT NÉN VÀ CHUẨN NÉN VIDEO.…………… 52 3.1 Giới thiệu nén video……………………………………………………… 52 3.2 Các phƣơng pháp nén video………………………………………… .52 3.2.1 Phép biến đổi cosin rời rạc (DCT)……………………………… 54 3.2.2 Mã hoá video dùng biến đổi DCT dựa vào khối.………… 56 3.2.3 Lượng tử hoá…………………………………………………… 57 3.2.4 Mã hoá ảnh mã hoá liên ảnh…………………… 57 3.2.5 Ước lượng vectơ chuyển động.……………………………… .58 3.2.6 Mã hoá mẫu theo đường Zigzac……………………………… .59 3.2.7 Mã hoá theo chiêu dài thay đổi……………………………… 60 3.2.8 Phương pháp mã hoá dựa vào phân đoạn…………………… .60 3.2.9 Mã hoá dựa vào mơ hình.……………………………………… 62 3.2.10 Mã hố băng con……………………………………………… 63 3.2.11 Mã hoá dựa vào vectơ quy ước.……………………………… 65 3.3 Các chuẩn nén video…………………………………………………… 66 3.3.1 Chuẩn JPEG…………………………………………………… 67 3.3.1.1 Mã hoá giải mã JPEG……………………………… 67 3.3.1.2 Phân cấp cấu trúc số liệu video …………………… 68 3.3.1.3 Đặc điểm M-JPEG……………………………… 69 3.3.2 Chuẩn MPEG…………………………………………………… 70 3.3.2.1 Cấu trúc ảnh ………………………………………… 71 3.3.2.2 Nhóm ảnh (GOP)………………………………………… 71 3.3.2.3 Cấu trúc dòng bit MPEG video…………………………… 72 3.3.2.4 Nguyên lý nén MPEG……………………………………… 74 3.3.3 Chuẩn H.264 AVC…………………………………………………… 76 3.3.3.1 Nguyên lý mã hoá giải mã H.264…………… 76 3.3.3.2 Những đặc điểm nối bật chuẩn H.264…………… .78 3.4 Kết luận……………………………………………………………………… 82 CHƢƠNG 4: CHẤT LƢỢNG DỊCH VỤ HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH… 83 4.1 Những tham số chất lƣợng dịch vụ Hội nghị truyền hình …… 83 4.1.1 Tổn thất gói tin…………………………………………………………… .83 4.1.2 Trễ biến động trễ……………………………………………………… .84 4.2 Một số phƣơng pháp bảo đảm chất lƣợng dịch vụ hội nghị truyền hình… 86 4.2.1 Phương pháp ước đốn trễ tái tạo……………………………………… 87 4.2.2 Điều chỉnh tốc độ mã hoá………………………………………………… 89 4.3 Phƣơng pháp đánh giá cấu hình đo kiểm………………………………… 90 4.3.1 Đánh giá chất lượng tiếng nói hình ảnh…………………………… 90 4.3.2 Đánh giá độ trễ…………………………………………………………… .92 4.3.3 Kiểm tra giá trị dataloss.………………………………………………… .92 4.4 Kết luận…………………………………………………………………………… .93 CHƢƠNG 5: CÁC HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH HIỆN NAY… 94 5.1 Phân loại dựa công nghệ truyền dẫn, chuyển mạch ………………… .94 5.2 Phân loại dựa vào số lƣợng ngƣời tham gia điểm hội nghị ……… 97 5.2.1 Hệ thống hội nghị truyền hình cá nhân (desktop system)…………… 97 5.2.2 Hệ thống hội nghị truyền hình bàn trịn (roll-about systems)……… .99 5.2.3 Hệ thống hội nghị truyền hình phịng họp (room systems).………… 100 5.3 Kết luận…………………………………………………………………………… 105 CHƢƠNG 6: XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIAO BAN TRUYỀN HÌNH – TRUNG TÂM NHIỆT ĐỚI VIỆT – NGA……………………… 106 6.1 Giới thiệu Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga ……………………………… 106 6.2 Xây dựng hệ thống giao ban xa………………………………………………… 108 6.2.1 Yêu cầu hệ thống…………………………………………………………….108 6.2.2 Giải pháp xây dựng hệ thống giao ban xa……………………………… 108 6.2.2.1 Sơ đồ tổng thể hệ thống………………………………………… 110 6.2.2.2 Sơ đồ đấu nối mạng luồng liệu hệ thống ………… 113 6.2.2.3 Sơ đầu nối carrd hệ thống trung tâm ………………… 117 6.2.3 Các chức điều khiển hệ thống hội nghị ……………………………120 6.2.4 Kiểm định chất lượng hệ thống…………………………………………….124 6.3 Kết luận……………………………………………………………………………….126 KẾT LUẬN…………………………………………………………………………… …127 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………………… …128 PHỤ LỤC I……………………………………………………………………………… 130 PHỤ LUC II…………………………………………………………………………… 131 LỜI NÓI ĐẦU Mấy năm trở lại báo chí phương tiện truyền thơng đại chúng đề cập đến nhiều khái niệm siêu lộ thông tin, mạng LAN, mạng WAN, Internet, đào tạo từ xa, khám bệnh từ xa Tất khái niệm gắn kết với loại hình dịch vụ hội nghị truyền hình Hội nghị truyền hình loại hình dịch vụ multimedia tương tác mạng ATM, ISDN, LAN, WAN, Internet v.v… Hệ thống hội nghị truyền hình cho phép trao đổi thơng tin khách hàng với khách hàng, khách hàng với nhóm khách hàng, nhóm khách hàng với nhóm khách hàng khác, thông tin trao đổi không văn mà cịn kết hợp hình ảnh âm (tiếng nói) theo thời gian thực Trước việc giảm chi phí lại động lực kích thích chủ yếu để công ty sử dụng hệ thống hội nghị truyền hình (HNTH), nhiên đến người ta nhận thấy hệ thống hội nghị truyền hình (HNTH) hệ thống có tính chiến lược làm tăng sức mạnh cạnh tranh cho công ty, yếu tố sống để phát triển bền vững xã hội thơng tin Vì Hội nghị truyền hình ngày ứng dụng rộng rãi kinh doanh, nghiên cứu khoa học, quân sự, y tế giáo dục Với tính hữu dụng HNTH đến trở thành nhu cầu thiết yếu sống, khơng riêng phủ, tổ chức, cơng ty sử dụng mà trở thành nhu cầu phổ biến cá nhân gia đình Cơng nghệ phần mềm truyền dẫn hệ thống HNTH cần băng thông lớn đảm bảo chất lượng Vì HNTH triển khai mạng ATM ISDN thường phải thuê kênh riêng lĩnh vực y tế nên giá thành chi phí cho hệ thống HNTH cao Còn hệ thống HNTH Internet băng thông hạn chế nên đáp ứng dịch vụ với chất lượng thấp Để đảm bảo chất lượng cao cho HNTH mạng IP cần phải giải nhiều khó khăn giao thức truyền theo thời gian thực, truyền video với băng thông nhỏ, tránh tắc nghẽn hệ thống có số lượng lớn v.v…Tuy nhiên hệ thống sử dụng mạng IP có chi phí thấp, thân thiện với người sử dụng, phù hợp với xu phát triển mạng viễn thông khai thác mạng dịch vụ sử dụng IP làm tảng truyền dẫn cho loại dịch vụ tương lai Kết hợp với thành tựu công nghệ nén video phát triển vượt bậc cơng nghệ phần cứng giải khó khăn Từ đưa đề xuất “Xây dựng hệ thống hội nghị truyền hình chất lượng cao mạng IP” Nhằm giải vấn đề khó khăn thực xây dựng hệ thống hội nghị truyền hình mạng IP Luận văn chia thành chương Chương Trình bày giao thức mạng IP, phương thức truyền tải mạng IP Chương Trình bày kỹ thuật nén âm Chương Trình bày kỹ thuật nén video Chương Trình bày QoS, phương pháp đảm bảo QoS cho hội nghị truyền hình mạng IP Chương Trình bày Các hệ thống hội nghị truyền hình Chương Xây dựng hệ thống hội nghị truyền hình – Trung tâm nhiệt đới Việt - Nga Phụ lục Kết đo kiểm hệ thống giao ban truyền hình 10 CHƢƠNG1 BỘ GIAO THỨC TRÊN MẠNG IP Mạng IP mạng chuyển mạch gói hoạt động dựa giao thức TCP/IP Mạng Internet sử dụng giao thức coi tảng cho việc xây dựng mạng truyền thơng tích hợp cho thoại liệu Ngoài để đảm bảo việc cung cấp dịch vụ multimedia mạng IP dựa họ giao thức H323 ITU SIP IETF (Internet Engineering Task Force) H323 ITU thiết kế để chạy mạng chuyển mạch gói nên khơng tối ưu cho mạng IP Giao thức SIP IETF phát triển để sử dụng cho riêng mạng IP Do tích hợp hồn tồn với họ giao thức IP nên có số ưu so với H323 chạy IP 1.1 TCP/IP 1.1.1 Giới thiệu TCP/IP Họ giao thức TCP/IP phát triển từ năm 1970 hai tác giả Vint Cerf Robert Kahn, ban đầu tồn với giao thức NCP (Network Control Protocol) tới năm 1983 TCP/IP thay hồn tồn giao thức NCP TCP/IP kết hợp hai giao thức điều khiển truyền TCP (Transmission Control Protocol) giao thức Internet (Internet Protocol) TCP/IP chế truyền thông liệu chủ yếu mà nhờ Internet phát triển nhanh chóng Tuy nhiên thực tế, TCP/IP khơng đơn kết hợp hai giao thức mà cịn bao hàm tất giao thức họ TCP/IP – hệ thống phần mềm cung cấp dịch vụ mạng Có số ưu điểm TCP/IP sau: Giao thức chuẩn mở không giới hạn sẵn sàng phát triển độc lập với phần cứng hệ điều hành Do hỗ trợ nhiều nhà cung cấp TCP/IP lý tưởng cho việc hợp phần cứng phần mềm khác nhau, truyền thông Internet Sự độc lập rành mạch với phần cứng vật lý mạng cho phép TCP/IP hợp mạng khác TCP/IP chạy mạng Ethernet, mạng Token ring, mạng quay số (Dial-up line), mạng X.25 mạng ảo môi trường vật lý truyền thông Một sơ đồ địa dùng chung cho phép thiết bị TCP/IP có địa mạng mạng tồn cầu Internet Hỗ trợ mơ hình client-server, mơ hình mạng bình đẳng, hỗ trợ kỹ thuật dẫn đường động 119  Dữ liệu hình ảnh (Video) ra: Được lấy từ hệ thống Evision Star qua đầu Video Out (Composit) Video Preview (Composit) tới Tivi với kênh AV1 AV2 Amply Hệ thống Loa VOLTAGE RANGE 100-240 2A FREQUENCY 50Hz/60HzLINE OUT AUX OUT CONTROL/STATUS RS232 Audio In Audio In Audio Out Dây Audio Nếu Amply khơng có đƣờng Mic vào thìsƣƣ̉ dụng cắm Mic theo đƣờng nét đƣƣ́t bỏ đƣờng tƣƣ Amply đến Máy tính Power Hình 6.6 Sơ đồ đấu nối Audio kết nối với hệ thống trang âm Evision Start Diễn giải sơ đồ cấu trúc liệu:  Luồng liệu vào : Dữ liệu âm lấy từ Mic qua hệ thống Amply chuyển tới hệ thống Evision Star , Amply khơng có đường MIC vào 120 cho vào trực tiếp hệ thống Evision Star, sau chuyển tới GT1524 Tại GT1524 trộn tín hiệu MIC đưa trở lại hệ thống  Luồng liệu ra: Phần trộn tín hiệu Mic với âm chuyển đến từ hội nghị GT1524 trộn lại đưa qua Tivi phát phòng họp RJ45 Ne HỆTHỐNGBẢOMẬT RJ45 Net O Cáp mạng 1-3,2-6 Nếu khơng dùng bảo mật đấu ln theo dây nét đứt Nguồn NTU Luồng E1 Hình 6.7 Sơ đồ dây kết nối Mạng Bảo mật Evision Star 6.2.3 Các chức điều khiển hệ thống hội nghị * Chế độ máy tham gia giao ban - Đổi nguồn Camera Thay đổi nguồn liệu Camera phòng họp - Chức xin phát biểu - Chọn ô hình ảnh hình để điều khiển Khi trạm thực phát biểu, trạm trọn trạm huy, hình hiển thị nhiều hình ảnh khác nhau, hệ thống ngầm định điều khiển hình thứ - Kết nối đến trung tâm 121  Cho phép chủ động thoát khỏi hội nghị  Cho phép thực kết nối lại với hội nghị - Nói chuyện ngồi hội nghị + Kết nới đến trạm thực nói chuyện ngồi hội nghị Khi hội nghị chưa kích hoạt trạm thực nói chuyện với biết ID trạm Mỗi trạm gia nhập vào hệ thống giao ban cấp ID riêng ID số gồm 6.51, thử nghiệm chất lượng hình ảnh, âm bảo đảm tốt Do hệ thống có lỗi lắp đặt đầu đấu nối thiết bị không bảo đảm chất lượng Với lý thiết bị không bảo đảm chất lượng dễ dàng loại trừ hệ thống sử dụng thiết bị đồng theo hệ thống Vì hệ thống gặp vấn đề đấu nối xảy tình trạng trễ biến đổi khơng có tính dừng thống kê 127 KẾT LUẬN Mục tiêu luận văn nghiên cứu cấu trúc, xu hướng phát triển đánh giá hệ thống hội nghị truyền hình Trong luận văn chúng tơi trình bày ưu nhược điểm loại hệ thống, tính nhu cầu sử dụng đồng thời phân tích lợi ích mà hệ thống hội nghị truyền hình đem lại ảnh hưởng đến xã hội số Những phương pháp nén video audio có ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ hệ thống đặc biệt giao thức truyền mạng IP Luận văn trình bày số tham số ảnh hưởng đến chất lượng hệ thống phương pháp tổ chức để bảo đảm chất lượng dịch vụ hệ thống hội nghị truyền hình theo khuyến nghị ITU- T đưa Dựa phân tích đạt được, chúng tơi xây dựng hệ thống hội nghị truyền hình cho Trung tâm Nhiệt đới Việt – Nga Hệ thống triển khai thử nghiệm Trung tâm công nghệ cao - Bộ tư lệnh thông tin – Bộ Quốc Phòng Hoạt động hệ thống chúng tơi kiểm định vừa định tính, vừa định lượng Và thông số quan trọng độ lệch chuẩn độ biến động trễ (Jitter) đo lường cách cụ thể Những kết định lượng đo chưa đạt tiêu chuẩn quốc tế liệu (dataloss), chưa bảo đảm cách hồn hảo định tính chất lượng hình ảnh âm mức chấp nhận Một hướng phát triển đề tài tương lai với ràng buộc thực tiễn Xây dựng cấu giao thức thơng tin nhằm nâng cao chất lượng mạng để bảo đảm tham số theo chuẩn quốc tế đưa 128 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Robin Burk, “TCP/IP Blueprints”, SAMS publishing, 1997 [2] Sidnie Feit, “TCP/IP Architecture, Protocols, and Implementation”, McGraw – [3] R.A Salami, L.Hanzo, R.Steele, K.H.J Wong and I.Wassell, “Speech coding” [4] G.723.1 “Dual rate speech coder for multimedia communications transmitting at 5.3 and 6.3 kbit/s” [5] K.R.Rao, Zoran S Bojkovic Dragorad A Milivanovic “Multimedia Communication System” Hall PTR, 2003 [6] Alan C.Shaw “Real-time Systems and Software” John Wiley & Sons, INC, 2004 [7] Ralph Wittmann Martina Zitterbart “Multicast Communication Protocal and Applications” MK 2005 [8] Abdul H.Sadka “Compressed Video Communications” John Willey & Sons, LTD 2001 [9] Sanaa Sharafeddine “IP Network Planning for Realtime Service with Statistical QoS Guarantees”.2005 [10] Maurizio Molina “Deliverable DJ1.2.3 Network Metric Report” GEANT2, 2006 [11].Yan Chen, Toni Farley And Nong Ye “QoS Requirement of Network [12] Mick Feamster and Hari Balakrishnan “Packet Loss Recovery for Streaming Video” M.I.T MA 02139, 2003 [13] Subha Dhesikan “Quality of service for IP Videoconderencing” CiscoSystems, [14] Wenbiao Zhu and Nicolas D.Georgaranas “Design and Implementation of a QoS – base Internet Videoconferencing System using the Java Media Framework (JMF) University of Ottawa 2004 [15] CTI Magazine “H.323 The multimedia Communication Standard Moves From [16] CTI Magazine “H.323 Gatekeeper – Essential Software for IP Telephony and Multimedia Conferencing” February 1998 129 [17] Bob Melander, Mats Bjorkman, Trace-Driven Network Path Emulation, SITI/Ericson Project, http://ww.it.uu.se [18] Ram Jadageesan, Packet Loss Model, Cisco System Inc, TR-41.3.3/99 [19] Ramjee, R., Kurose, J., Towsley, D & Schulzrinne, H (1994) Adaptive Playout Mechanism for Packetised Audio Application in Wide-area Networks IEEE, Toronto, Canada [20] Mark Gates, Ajay Tirumala “Iperf 1.7.0” March 2003 at http://dast.nlanr.net/ [21] Đỗ Hoàng Tiến – Dương Thanh Phương “ Truyền hình kỹ thuật số” NXB KHKT 2004 [22] Đinh Văn Dũng “Nghiên cứu công nghệ điện thoại Internet” 08-98-KHKTRD –1998 [23] Nguyễn Hữu Dũng – Vũ Trường Thành “ Nghiên cứu đề xuất phương án triển khai dịch vụ Multimedia vào mạng viễn thông Việt Nam môi trường IN IP” 35-01 – KHKT-RD, 2001 Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Merger! To remove this page, please register your program! Go to Purchase Now>> AnyBizSoft PDF Merger  Merge multiple PDF files into one   Select page range of PDF to merge Select specific page(s) to merge Extract page(s) from different PDF files and merge into one  ... dựng hệ thống hội nghị truyền hình chất lượng cao mạng IP? ?? Nhằm giải vấn đề khó khăn thực xây dựng hệ thống hội nghị truyền hình mạng IP Luận văn chia thành chương Chương Trình bày giao thức mạng. .. CÔNG NGHỆ -oOo - Bùi Thanh Quang XÂY DỰNG HỆ THỐNG HỘI NGHỊ TRUYỀN HÌNH CHẤT LƯỢNG CAO TRÊN MẠNG IP Ngành: Công nghệ điện tử viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông... Các hệ thống hội nghị truyền hình Chương Xây dựng hệ thống hội nghị truyền hình – Trung tâm nhiệt đới Việt - Nga Phụ lục Kết đo kiểm hệ thống giao ban truyền hình 10 CHƢƠNG1 BỘ GIAO THỨC TRÊN MẠNG