Nghiên cứu khả năng ứng dụng mã hóa video svc h 264 cho truyền tải video trên hệ thống thông tin di động lte (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - Nguyễn Quốc Chính NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÃ HĨA VIDEO SVC/H.264 CHO TRUYỀN TẢI VIDEO TRÊN HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG LTE Chuyên ngành: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ Mã số: 60.52.70 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI – NĂM 2013 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Thị Hằng Nga Phản biện 1: ……………………………………………….………… Phản biện 2: ………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng CHƯƠNG I: CƠ HỘI VÀ THÁCH THỨC KHI TRUYỀN TẢI VIDEO TRÊN MẠNG 4G Sự phát triển vượt bậc công nghệ thúc đẩy xu hướng hội tụ công nghệ cố định di động, dịch vụ viễn thông cơng nghệ thơng tin, tích hợp thiết bị đầu cuối trở thành thực Nhu cầu sử dụng dịch vụ đa phương tiện thiết bị đầu cuối di động bùng nổ năm gần đây, điều thúc đẩy việc nghiên cứu phát triển hệ thống thông tin di động tế bào băng rộng : LTE, WiMAX,…Trong đó, cơng nghệ LTE nhà khai thác di động Việt Nam (Viettel, VNPT,…) quan tâm triển khai thử nghiệm khả tương thích ngược với hệ thống di động có GSM WCDMA/UMTS Có nhiều nghiên cứu xảy truyền video trực tuyến (streaming video) khơng dây từ góc độ khác Hiện nay, mã hóa H.264/AVC sử dụng cho dịch vụ video di động khác Tuy nhiên, xét tính chất khơng đồng hình hiển thị, khả tính tốn khác thiết bị di động, điều kiện mạng không đồng nhất, SVC mở rộng H.264 cách tiếp cận đầy hứa hẹn để cung cấp nội dung khả điều chỉnh cho ứng dụng di động tương lai 1.1 Các công nghệ không dây hệ thứ 1.2 LTE OFDMA Mạng LTE bao gồm mạng truy nhập mạng lõi, biết đến mạng truy cập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển (E-UTRAN) lõi gói phát triển (Evolved Packet Core - EPC Hệ thống truy nhập vô tuyến mặt đất UMTS phát triển (E-UTRA) LTE sử dụng OFDMA cho đường xuống FDMA sóng mang đơn (SCFDMA) cho đường lên 1.3 Các giao thức giao diện vô tuyến LTE 1.4 Phân phối video qua mạng LTE Hình 1.5 Phân phối video thời gian thực qua mạng LTE 1.5 Chất lượng kênh mạng LTE 1.6 Thách thức truyền tải video qua mạng LTE 1.6.1 Truyền dẫn lại không mong muốn 1.6.2 Băng thông thay đổi 1.6.3 Đặc tính người dùng thiết bị đầu cuối khơng đồng 1.7 Kết luận Từ số nội dung trình bày chương tổng quan mạng di động 4G LTE, phương thức truyền tải video qua mạng LTE khó khăn thách thức truyền tải video H.264 qua mạng không dây, giúp ta thấy tranh tổng quan vấn đề cần quan tâm truyền tải video qua mạng LTE Hiện nay, có số phương pháp đề xuất để cải thiện truyền video trực tuyến qua mạng không dây Người ta phân loại phương pháp tiếp cận dựa ngăn xếp giao thức mạng mà chúng làm việc thiết kế hệ thống chip (SoC) Các ngăn xếp giao thức liên quan lớp ứng dụng, lớp vận chuyển, lớp mạng cross-layer (ví dụ, chế thiết kế liên quan đến hoạt động từ nhiều ngăn xếp giao thức) Những vấn đề thiết kế nhằm: (1) Nâng cao khả thiết bị đầu cuối người sử dụng điện thoại di động; (2) Tối giảm tác động tổng thể việc rớt khung mạng không dây; (3) Nâng cao hiệu truyền tải sử dụng tài nguyên cho việc phân phối video trực tuyến Trong lớp ứng dụng, vấn đề hiệu mã hóa codec Mã hóa video có khả điều chỉnh (Scalable Video Coding - SVC) đề xuất để cung cấp khả điều chỉnh mã hóa video Trong lớp truyền tải, khả phục hồi lỗi bit kỹ thuật chỉnh sửa truyền gói với lỗi bít tới lớp cao thay loại bỏ chúng Đối với lớp mạng, vấn đề tạo tuyến truyền tải video, lựa chọn nút chuyển tiếp cấp phát tài nguyên để phân phối dịng H.264/AVC cho nhóm người sử dụng mạng chuyển tiếp với nguồn lực tối thiểu để phục vụ người dùng tối đa với quỹ tài nguyên hạn chế Trong thiết kế cross-layer, thông tin từ lớp ứng dụng, lớp MAC lớp vật lý xem xét để cải thiện hiệu phân phối video qua mạng Cuối cùng, khả thiết bị đầu cuối vấn đề quan trọng thơng tin liên lạc khơng dây giải mã video địi hỏi khả tính tốn mạnh mẽ Kiến trúc phần cứng nâng cao thiết kế SoC đề xuất với công nghệ VLSI để tăng cường phân phối video đến người dùng cuối Với khuôn khổ hạn hẹp luận văn này, vào nghiên cứu chuẩn mã hóa video H.264/SVC tìm hiểu ưu điểm phương pháp mã hóa để truyền video qua mạng di động 4G LTE Từ đó, đề xuất áp dụng triển khai 4G Việt Nam CHƯƠNG II: TÌNH HÌNH TIÊU CHUẨN MÃ HĨA VIDEO TIÊN TIẾN 2.1 Kỹ thuật nén video số 2.1.1 Khái niệm 2.1.2 Mơ hình nén ảnh 2.2 Các đặc điểm nén tín hiệu số 2.2.1 Xác định hiệu trình nén ảnh số 2.2.2 Độ dư thừa số liệu 2.2.3 Sai lệch bình phương trung bình 2.3 Các phương pháp nén 2.3.1 Nén không tổn hao 2.3.2 Nén có tổn hao 2.4 Tiêu chuẩn nén MPEG 2.4.1 Cấu trúc ảnh 2.4.2 Các thành phần chuẩn nén MPEG 2.5 Chuẩn nén video H.264 H.264/MPEG-4 Part 10 AVC/H.264 (AVC - Advanced Video Coding) tiêu chuẩn cho nén video, định dạng sử dụng phổ biến sử dụng để ghi, nén phân phối video độ nét cao Công việc soạn thảo cuối phiên tiêu chuẩn hoàn thành tháng năm 2003 H.264/MPEG-4 AVC phát triển nhóm chuyên gia mã hóa video ITU-T với nhóm chun gia hình ảnh chuyển động MPEG ISO / IEC JTC1 2.5.1 Bộ mã hóa (encoder) 2.5.2 Bộ giải mã hóa (decoder) 2.6 Cú pháp H.264 H.264 cung cấp định dạng định nghĩa rõ ràng cú pháp cho thể video nén thông tin liên quan 2.7 Các profiles H.264 Tiêu chuẩn mã hóa video H.264 định nghĩa 21 tập khả (21 sets of capabilities), gọi profiles với mục tiêu phân loại ứng dụng khác AVC/H.264 có 10 profiles khơng có khả điều chỉnh, 04 profiles có khung I, 02 profiles multiview (đa hình ảnh) 05 profiles có khả điều chỉnh 2.8 Ưu điểm chuẩn nén H.264/AVC Có lẽ lợi lớn H.264 tiêu chuẩn trước hiệu nén So sánh với tiêu chuẩn MPEG-2 MPEG-4 Visual, H.264 cung cấp: Chất lượng hình ảnh tốt bitrate nén, bitrate nén thấp cho chất lượng hình ảnh 2.9 Tổng kết Nén video tiên tiến H.264/AVC tiêu chuẩn cơng nghiệp cho mã hóa video mà định nghĩa định dạng cú pháp nén video phương pháp giải mã cú pháp Nó cung cấp tập hợp cơng cụ thuật tốn sử dụng để cung cấp nén video hiệu quả, linh hoạt mạnh mẽ cho phạm vi rộng ứng dụng, từ ứng dụng có độ phức tạp thấp, ứng dụng video di động bitrare thấp tới dịch vụ truyền hình quảng bá độ nét cao 2.10 Tiêu chuẩn mã hóa SVC Sự phát triển mã hóa video có khả điều chỉnh (Scalable Video Coding - SVC) mở rộng cho H.264, chuẩn hóa theo tiêu chuẩn H.264/SVC SVC hỗ trợ mã hóa cho video theo cách mà nhiều phiên tín hiệu video giải mã loạt bitrate, độ phân giải không gian / độ phân giải thời gian tốc độ khung hình có hiệu Bằng cách kết hợp nhiều phiên mã hóa, phân phối theo cách hiệu so với phương án mã hóa truyền phiên riêng biệt H.264/SVC đưa Phụ lục G H.264/AVC H.264/SVC có 05 profiles tổng số 21 profiles AVC 2.10.1 Truyền tải Simucast (Simucast transmission) 2.10.2 Truyền tải có khả điều chỉnh (Scalable transmission) Hình 2.14 Các luồng có khả điều chỉnh 2.10.3 Ứng dụng mã hóa video có khả điều chỉnh SVC đề xuất cho số kịch ứng dụng Nhiều giải mã: Suy giảm nhẹ tăng cường (Graceful degradation / enhancement) Lưu trữ 2.10.4 Mã hóa video có khả điều chỉnh H.264 Mã hóa video có khả điều chỉnh (Scalable Video Coding - SVC) đưa Phụ lục G phiên gần tiêu chuẩn H.264/AVC điều chỉnh khả tiêu chuẩn ban đầu Một phần mềm thực hiện, mô hình video có khả điều chỉnh (the Joint Scalable Video Model), JSVM, có sẵn để tải trải nghiệm H.264 SVC hỗ trợ ba loại lớp cho khả điều chỉnh (hình 2.15): Khả điều chỉnh thời gian: Lớp mã hoá độ phân giải thời gian thấp tốc độ khung hình thấp, lớp tăng cường thêm vào làm tăng tốc độ khung hình trình tự giải mã Khả điều chỉnh không gian: Các lớp mã hoá độ phân giải không gian thấp, lớp tăng cường thêm vào làm tăng độ phân giải không gian chuỗi giải mã Khả điều chỉnh chất lượng: Các lớp mã hố chất lượng hình ảnh thấp cách sử dụng QP cao, lớp tăng cường thêm vào làm tăng chất lượng hình ảnh chuỗi giải mã Hình 2.15 Tổng quan loại khả điều chỉnh 2.10.5 Khả điều chỉnh thời gian 2.10.6 Khả điều chỉnh chất lượng 2.10.7 Khả điều chỉnh không gian 2.10.7.1 Tổng quan khả điều chỉnh không gian 2.10.7.2 Chi tiết khả điều chỉnh không gian 2.10.8 Chi tiết khả điều chỉnh chất lượng 2.10.9 Kết hợp khả điều chỉnh (Combined scalability) 2.11.Kết luận Sự khác biệt SVC AVC việc mã hóa tín hiệu video thực tập lớp Các lớp khác phụ thuộc vào nhau, tạo thành hệ thống phân cấp Một lớp đặc biệt, với lớp mà phụ thuộc vào cung cấp thông tin cần thiết để giải mã tín hiệu video độ trung thực cụ thể (particular fidelity) Độ trung thực liên quan đến nhiều độ phân giải không gian, độ phân giải thời gian, tỉ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) Các lớp thấp nhất, tức là, lớp mà không phụ thuộc vào lớp khác, gọi lớp sở cung cấp mức chất lượng thấp Mỗi lớp bổ sung cải thiện chất lượng tín hiệu trong ba chiều (không gian, thời gian, SNR) Theo thiết kế, khía cạnh quan trọng SVC lớp sở phù hợp với AVC Nói cách khác, lớp sở tín hiệu SVC giải mã giải mã AVC Điều đảm bảo tín hiệu SVC tương thích ngược với AVC, mức thấp độ trung thực so với tín hiệu đầy đủ có liên quan đến nhiều lớp Lưu ý mã hóa SVC khơng cần phải ln ln tạo luồng bít mã hóa theo lớp - hoạt động mơi trường mà khơng cần thiết khơng u cầu phải có khả điều chỉnh tạo luồng bít AVC truyền thống đơn Multicast Broadcast (MBSFN) Trong hoạt động MBSFN, liệu MBMS truyền đồng thời khơng khí từ nhiều tế bào đồng chặt chẽ thời gian 3.1 MBSFN LTE Để hỗ trợ truyền tải điểm-đa điểm mạng thông tin di động 3GPP đưa đặc tả MBMS (Multimedia Broadcast Multicast) 3GPP định nghĩa hai chế độ hoạt động MBMS là: - Chế độ Broadcast - Chế độ Multicast 3.1.1 Triển khai dịch vụ MBMS LTE Có thể có hai loại truyền liệu MBMS LTE • Truyền tải đơn cell • Truyền tải đa cell 3.1.2 MBMS mạng tần số đơn 3.1.3 MBSFN LTE Hình 3.1: Kiến trúc hệ thống MBSFN LTE 3.2 Truyền video trực tuyến qua mạng không dây 3.2.1 Sự tăng cường giao thức truy nhập vô tuyến LTE cho truyền video trực tuyến hiệu Để cung cấp đường truyền tin cậy kênh không dây, hệ thống LTE hỗ trợ hai sơ đồ: ARQ (Automatic Repeat reQuest – Yêu cầu phát lại tự động) HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest – Yêu cầu phát lại tự động lai ghép) Cả 11 hai sơ đồ ARQ HARQ thực truyền lại liệu khơng phân phối tới máy thu Trong sơ đồ ARQ hoạt động lớp RLC, HARQ làm việc lớp MAC Đặc biệt, sơ đồ HARQ khai thác lợi ích mã hóa kênh phân tập thời gian thông qua truyền lại Mặc dù sơ đồ ARQ HARQ sử dụng rộng rãi để cung cấp truyền tải đáng tin cậy mạng khơng dây, chúng có điểm yếu sau đây: Đầu tiên, sơ đồ ARQ HARQ không đảm bảo chất lượng phương tiện truyền thông cho dịch vụ trực tuyến đa phương tiện cách sử dụng chương trình mã hóa SVC, chúng không xem xét đặc điểm truyền thông mức độ ưu tiên khung hình phương tiện Thứ hai, sơ đồ ARQ HARQ gây kết trễ cao việc phân phối liệu thơng lượng hệ thống thấp, chúng hoạt động độc lập Các tiêu chuẩn LTE xác định thơng số có liên quan đến định thời phát lại ARQ phản hồi HARQ Để khắc phục hai hạn chế trên, tài liệu [11], tác giả giới thiệu sơ đồ điều khiển liệu nhận thức mạng ưu tiên PNDC (Priority and Network-aware Data Control) để tăng cường chất lượng luồng dịch vụ sử dụng cơng nghệ mã hóa SVC truyền tải qua mạng không dây LTE Sơ đồ thực điều khiển số truyền dẫn lại HARQ lớp MAC thấp sở ưu tiên khung SVC Đồng thời, điều chỉnh động định thời truyền dẫn lại ARQ lớp điều khiển liên kết vô tuyến RLC (Radio Link Control) theo tương tác HARQ ARQ thích ứng Cịn luận văn [9], tác giả đề xuất sơ đồ truyền tải lại HARQ thích ứng nhận thức nội dung để tăng chất lượng video máy thu người sử dụng Điều đạt cách đếm việc truyền tải lại theo quan trọng gói video Hơn nữa, việc đếm truyền tải lại thực cho khung video quan trọng để tăng tỷ lệ thành cơng khung Đối với người sử dụng điều kiện kênh không thuận lợi, sơ đồ đề xuất tăng cường chất lượng video nhận thêm 8% Ưu điểm sơ đồ lợi ích gia tăng khơng đáng kể trễ khơng địi hỏi tính tốn mở rộng thiết bị người sử 12 dụng Đồng thời, tác giả đề xuất chế độ hoạt động RLC chế độ lai ghép HM (Hybrid Mode) Chế độ tăng cường chất lượng video thêm 7% so với chế độ RLC khơng nhận thực UM (RLC Unacknowladged Mode), làm giảm trễ từ đầu cuối đến đầu cuối 99% so sánh với chế độ nhận thực AM (Acknowledged Mode) 3.2.2 Thiết kế Cross-Layer cho truyền video trực tuyến (Video Streaming) qua mạng không dây Mục tiêu thiết kế phương pháp để giảm thiểu việc trao đổi thông tin lớp khác phụ thuộc lớp phải tối thiểu Khe giao thức TCP / IP mạng Internet ví dụ tốt phương pháp Tuy nhiên, đặc điểm mạng không dây khác so với hệ thống hữu tuyến Trong thiết kế cross-layer, phụ thuộc lớp khai thác để thỏa mãn QoS nhu cầu ứng dụng Đối với điều này, lớp chia sẻ thông tin với lớp khác để thích ứng ổn định cao tình điều kiện kênh không ổn định Sơ đồ truyền tải luồng video mã hóa theo chuẩn SVC/H.264 với sơ đồ lập biểu thích ứng động dựa chất lượng kênh đề xuất [34] Kết mô cho thấy chất lượng video cải thiện cho số lượng nhiều người sử dụng với lưu lượng video tốc độ bít giảm Đồng thời, người sử dụng mép tế bào chất lượng video tăng khoảng 13% áp dụng sơ đồ thích ứng 3.2.3 Các thuật tốn phát video trực tuyến thích nghi sử dụng mã hóa SVC Sơ đồ lập biểu gói dựa sở Gradient cho phân phối video có khả điều chỉnh cho nhiều người sử dụng mạng khơng dây trình bày [12] Thuật tốn cấp phát tài nguyên lập biểu khác, ưu tiên truyền dẫn người sử dụng khác cách xem xét nội dung video, yêu cầu thời hạn, lịch sử truyền dẫn, đề xuất [45] Phân tập thời gian, tần số 13 nhiều người sử dụng hệ thống OFDM sử dụng cho phương pháp đề xuất Tác giả [18] giới thiệu sơ đồ luồng video có khả điều chỉnh đa người sử dụng bị ràng buộc lưu lượng trễ mà cải thiện méo đầu cuối – tới – đầu cuối (end-to-end) trung bình luồng video truyền so với chiến thuật trực tuyến truyền thống (traditional streaming strategies) Lưu lượng luồng video khả điều chỉnh phân phối môi trường mạng IP / UMTS thảo luận [40] Dựa nội dung gói tin, ưu tiên gán dựa vào tác động tổn thất suy giảm gói tin chất lượng video đầu cuối – tới – đầu cuối (end-to-end) báo Mỗi lớp có phạm vi ưu tiên, gói có ưu tiên khác theo tải trọng Các gói tin có chứa liệu khung-I đánh dấu với xác suất rớt thấp nhất, gói tin có chứa liệu khung-P đánh dấu với xác suất rớt trung bình gói tin chứa liệu khung-B đánh dấu với xác suất rớt cao Việc phân tích thiết kế lập biểu nhận biết kênh (channel-aware schedulers) cho unicast nhận quan tâm đáng kể cộng đồng nghiên cứu Tuy nhiên, với gia tăng dịch vụ truyền hình di động, video multicast dự kiến tăng thị phần tải lưu lượng truy cập mạng di động Các thuật toán lập biểu cho việc phân phối video multicast dòng video SVC mạng không dây nghiên cứu [44] Nếu phân bổ tài nguyên nhóm Multicast tĩnh, tài nguyên bị lãng phí gọi bị chặn dẫn đến chất lượng thấp Sơ đồ phân bổ băng thông động cho mạng WiMAX di động dựa SVC thảo luận [21] Thuật toán đề xuất phương pháp để giải vấn đề Cuộc gọi mới, chuyển giao gọi, gọi chuyển động đưa vào tài khoản cho chiến lược phát quản lý tài nguyên để đạt kết tối ưu Dựa SNR nhận trạm thuê bao (SS), trạm gốc điều chỉnh profiles burst (lý lịch burst) cách sử dụng giải mã SVC để cải thiện chất lượng hình ảnh thơng lượng hệ thống Lưu lượng xử lý thuật tốn lập biểu vịng robin đánh trọng số (weighted round robin) gọi chấp nhận 14 Tương tự lập biểu thích ứng, kỹ thuật điều chế thích nghi quan trọng cho việc phân phối lớp khác SVC với tầm quan trọng khác Sơ đồ AMC đơn giản hữu ích trình bày [39], bit khơng sử dụng tiêu đề RTP, UDP gói tin IP sử dụng để mang lớp thông tin SVC (để xác định lớp SVC mang gói) tới lớp MAC Những thơng tin sử dụng lớp MAC để phân biệt lớp SVC nhận gói tin đưa định liên quan đến điều chế sử dụng 3.3 Kết nghiên cứu ưu điểm SVC cho truyền tải luồng video qua mạng LTE thông qua phần mềm mô Do hạn chế điều kiện phần mềm mô Opnet hỗ trợ mô mạng LTE, nên để thấy ưu điểm việc sử dụng mã hóa video SVC/H.264 cho luồng video truyền tải qua mạng LTE, luận văn thực tham khảo kết nghiên cứu tài liệu tham khảo [35] [38] để trình bày mục 3.3 3.4 chương 3.3.1 Phân tích SVC dựa sở sơ đồ thích ứng cho Unicast Multicast 3.3.1.1 Các máy thu không đồng với Multicast 3.3.1.2 Suy giảm nhẹ Multicast (Graceful Degradation in Multicast) 3.3.1.3 Luồng video nhận thức mạng UE Unicast (UE and Network Aware Streaming in Unicast) 3.3.2 Kết mô phân tích (Simulation Results and Analysis) 3.3.2.1 Các máy thu khơng đồng với Multicast 15 Hình 3.4 So sánh thơng lượng trung bình SVC H.264 Kết tổng hợp bảng 3.3 Bảng 3.3 So sánh video H.264 SVC Parameters H.264 CIF H.264 QCIF SVC CIF + QCIF PSNR (dB) 50,37 32,11 50,81 Throughput 3.8 Mbps 1.2 Mbps 4.1 Mbps Delay 4.3 ms 6.5 ms ms Jitter 27 µs 22 µs 34 µs Từ kết mơ đưa trên, thấy multicast SVC yêu cầu tốc độ liệu đáng kể (4,1 Mbps) so với simulcasting hai H.264 Hình 3.5 So sánh rung pha SVC H.264 16 video (5 Mbps) Hầu bị giảm 18% tốc độ bit đạt với video nhiều lớp SVC trường hợp Có gia tăng nhỏ trễ rung pha mã hóa SVC video Tuy nhiên, ảnh hưởng gia tăng nhỏ trễ rung pha điều khiển dễ dàng cách sử dụng đệm giải mã đệm rung pha máy thu 3.3.2.2 Suy giảm nhẹ Multicast (Graceful Degradation in Multicast) Hình 3.6 Tổn hao gói video H.264 UE cách trạm gốc 5km 10km Các kết từ Hình 3.6, 3.7 3.8 tóm tắt Bảng 3.4 Kết cho thấy suy giảm nhẹ (graceful degradation) chất lượng cho người sử dụng SVC Km 10 với giảm thơng lượng trung bình tỷ lệ gói tin, với giá trị PSNR chấp nhận Mặc dù tác giả phân tích khả điều chỉnh thời gian cho suy giảm nhẹ (graceful degradation), khả điều chỉnh chất lượng khả điều chỉnh thời gian áp dụng đồng thời cho loại hình suy giảm nhẹ (graceful degradation) 17 Hình 3.7 Tổn hao gói video H.264 UE cách trạm gốc 5km 10km (với suy giảm nhẹ) Hình 3.8 So sánh thơng lượng trung bình với khả điều chỉnh thời gian SVC Bảng 3.4 So sánh H.264 SVC với khả suy giảm nhẹ (Graceful Degradation) PSNR (dB) 50,37 SVC CIF+QCIF – 3TLs (5km) 50,81 Tỷ lệ gói 3/30 2/30 2/30 Thơng lượng 3,8 Mbps 4,1 Mbps Mbps Tham số H.264 CIF (10km) SVC CIF+QCIF – có TL0 (10km) 35,82 * Các giá trị PSNR đưa cho chuỗi video đầu vào đưa cho so sách suy giảm nhẹ với khả điều chỉnh thời gian SVC 18 3.1.2.3 Luồng video nhận thức mạng UE Unicast (UE and Network Aware Streaming in Unicast) 3.3.3 Kết luận Những ưu điểm việc sử dụng SVC so với H.264/AVC kịch Multicast LTE Unicast mạng LTE thể rõ ràng từ phân tích Các kết cho thấy giảm gói đáng kể tiết kiệm giảm thơng (18 đến 30%) với chất lượng video chấp nhận đạt với sơ đồ đề xuất dựa SVC so với H.264 3.4 Các kết thử nghiệm truyền tải video mã hóa SVC phát quảng bá qua mạng LTE thực tế 3.4.1 Kịch đo trời 3.4.2 Kết Hình 3.12 mơ tả đồ vùng phủ thể khả giải mã lớp truyền tải H.264/SVC tốt dọc theo đường đo kiểm Người ta quan sát thấy lớp bản, lớp truyền tải 1, nhận với xác suất 97% tất điểm đường đo đạc 3% trải nghiệm thiết bị đầu cuối di động bị rớt khoảng cách 2km đến trạm gốc phục vụ Ở đây, công suất nhận bị rớt -92 dBm, độ nhạy thu mẫu di động thử nghiệm, thiết bị đầu cuối di động bị đồng hóa đến trạm gốc Nói chung, hình 3.12 cho thấy H.264/SVC LTE hỗ trợ hầu hết lớp truyền tải SVC lúc di chuyển thông qua sector phục vụ Trong khu vực gần trạm gốc, hệ thống sử dụng hầu hết thời gian lớp truyền tải SVC cao để cung cấp chất lượng video tốt Trong trường hợp chất lượng kênh xấu tạm thời, dễ dàng gây hiệu ứng di động che khuất tạm thời gây loại xe khác, giải mã SVC có thể giải mã thành cơng lớp Trong mơi trường di động, tình kéo dài vài mili giây đến hàng giây Do đó, rớt đột ngột đến lớp sau trở lại lớp SVC chí khơng gây ý cho người dùng cụ thể 19 Hình 3.12 Bản đồ vùng phủ thể khả giải mã lớp truyền tải H.264/SVC tốt dọc theo đường đo kiểm 3.4.3 Kết luận Các tác giả tiến hành thử nghiệm việc truyền tải luồng video mã hóa video SVC/H.264 qua mạng LTE Ở đây, luồng video mã hõa H.264/SVC với độ phân giải 720p truyền với bảo vệ lỗi không cân sử dụng ánh xạ tài nguyên phân cấp lớp MAC LTE Các thử nghiệm thực kịch đô thị lớn thực Testbed LTE-Advanced Berlin Kết đo cho thấy, thích nghi nhanh môi trường di động đặc biệt quan trọng nội dung thời gian thực, nhận với SVC LTE thiết kế cross-layer Tiếp cận cross-layer thực đầy đủ cho thấy hiệu suất đáng nể Trong 97% trường hợp, lớp sở SVC nhận thiết bị đầu cuối di động, thiết bị đầu cuối di chuyển lên đến 50 km / h Nếu thiết bị đầu cuối vòng 500 m trạm gốc phục vụ, lớp SVC ln ln giải mã Điều cho thấy SVC LTE cho phép truyền tải video mạnh mẽ Trong khu vực gần trạm gốc, hệ thống sử dụng hầu hết thời gian lớp truyền tải SVC cao để cung cấp chất lượng video tốt Trong trường hợp chất lượng kênh xấu tạm thời, dễ dàng gây hiệu ứng di 20 động che khuất tạm thời gây loại xe khác, giải mã SVC có thể giải mã thành công lớp Trong môi trường di động, tình kéo dài vài mili giây đến hàng giây Do đó, rớt đột ngột đến lớp sau trở lại lớp SVC chí không gây ý cho người dùng cụ thể 3.5 Tình hình ứng dụng SVC cho truyền tải mạng LTE Đối với công nghệ 3G UMTS người ta sử dụng kỹ thuật mã hóa AVC/H.264 để truyền tải video Và việc triển khai thiết bị phần cứng thực hỗ trợ việc truyền tải video mã hóa SVC/H.264 ứng dụng lĩnh vực hội nghị truyền hình, ví dụ số hãng cơng nghệ lớn có sản phẩm riêng hãng Vidyo, Polycom…Cịn việc sử dụng SVC cho truyền tải mạng LTE trình thử nghiệm thực tế để đánh giá hiệu Các kết thử nghiệm trình bày mục 3.3 3.4 chương 3.6 Dự báo triển khai LTE Việt Nam Theo [10], đến cuối năm 2011 có khoảng triệu th bao LTE toàn giới Người ta dự báo đến cuối năm 2016, dự báo có khoảng 830 triệu th bao LTE tồn giới, khu vực Châu Á – Thái Bình Dương có khoảng 309 triệu thuê bao Bảng 3.7 : Dự báo thị trường LTE Đồng thời, lưu lượng di động lớn 127 exabyte (EB) vào năm 2020, Châu Á chiếm khoảng 34,3% tổng số lưu lượng di động, Châu Âu với 22% Châu Mỹ 21,4% 21 Hình 3.13 Lưu lượng liệu thoại di động giai đoạn 2010 – 2020 (EB hàng năm) Ngày 01 tháng năm 2010, Bộ Thông tin Truyền thông cấp phép cho 05 doanh nghiệp thử nghiệm mạng dịch vụ LTE, bao gồm: VNPT; Viettel; VTC; FPT Telecom; CMCTI Theo [1] tác giả đề xuất nên cấp phép triển khai thương mại mạng 4G LTE/SEA Việt Nam vào cuối năm 2017, doanh nghiệp lắp đặt mạng năm 2018 thức cung cấp dịch vụ vào đầu năm 2019 Cũng theo [14], Việt Nam, dự kiến 03 nhà mạng Viettel, Mobiphone, Vinaphone triển khai mạng LTE vào năm 2016, với thì, dịch vụ video qua mạng khơng dây kỳ vọng nguồn mang lại lợi nhuận cho nhà cung cấp dịch vụ di động nên việc nghiên cứu kỹ thuật liên quan đến công nghệ truyền tải video qua mạng di động LTE, từ đề xuất phương án triển khai vấn đề mang tính thực tế cao thời điểm 3.6 Đề xuất mơ hình ứng dụng SVC/H.264 cho truyền tải video hệ thống LTE Kết nghiên cứu phần 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, kết nghiên cứu chuyên sâu phạm vi hẹp, rời rạc ứng dụng cơng nghệ mã hóa SVC/H.264 mạng LTE Đặc thù công nghệ phụ thuộc nhiều vào môi trường truyền mạng LTE khả xử lý máy đầu cuối Do muốn sử dụng tối đa ưu điểm SVC/H.264, việc nghiên cứu áp dụng đồng giải pháp để nâng cao chất lượng truyền tải video mạng LTE cần thiết 22 Một số cơng trình nghiên cứu giới thiệu luận văn chưa có mơ hình áp dụng tồn trình việc áp dụng video mã hóa SVC truyền tải mạng LTE Do đó, sở nghiên cứu nắm bắt kỹ thuật, tác giả xin đề xuất mơ hình ứng dụng cơng nghệ SVC/H.264 cho truyền tải video mạng LTE hình vẽ 3.14 Trên sở mơ hình đề xuất, tác giả đề xuất số vấn đề cần quan tâm lựa chọn hệ thống LTE thiết kế mạng LTE cung cấp dịch vụ video sau: Sử dụng kỹ thuật mã hóa video SVC/H.264 để truyền tải video qua hệ thống LTE nhằm nâng cao hiệu sử dụng tài nguyên mạng LTE; Sử dụng dịch vụ eMBMS LTE để cung cấp hiệu tần số cao truyền dẫn điểm - đa điểm đáng tin cậy cho LTE; Hệ thống ứng dụng thuật toán hỗ trợ truyền tải tối ưu SVC qua mạng LTE: thuật tốn điều khiển liệu thích ứng mạng theo mức ưu tiên PNDC (Priority and Network-aware Data Control) (Hỗ trợ lập biểu thích ứng đường truyền lớp MAC…phù hợp đặc thù mạng dựa thơng tin CQI dựa nội dung video); thuật tốn điều khiển thích ứng lớp cross-layer; Mấy đầu cuối hỗ trợ công nghệ video SVC/H.264 23 Hình 3.14 Mơ hình ứng dụng video mã hóa SVC/H.264 qua mạng LTE 24 3.7 Tổng kết Luận văn tiến hành nghiên cứu, tổng hợp tình hình nghiên cứu ứng dụng truyền tải video sử dụng SVC/H.264 mạng di động LTE, xu tất yếu việc triển khai mạng LTE Việt Nam đề xuất yêu cầu kỹ thuật.cần quan tâm đề xuất lựa chọn hệ thống LTE có khả cung cấp dịch vụ video Từ lý trên, khẳng định việc áp dụng cơng nghệ mã hóa H.264/SVC tàng mạng di động 4G LTE cần thiết đáp ứng nhu cầu truyền tải video qua mạng không dây với dải rộng thiết bị đầu cuối có độ phân giải hình tốc độ xử lý khác Qua góp phần đáng kể vào việc tăng doanh thu dịch vụ giá trị gia tăng mạng di động tương lai 3.8 Đề xuất số hướng phát triển Do công nghệ video SVC/H.264 nên kết nghiên cứu dừng phịng thí nghiệm thực nghiệm với môi trường giả thiết, chưa sát với điều kiện thực tế Do việc nghiên cứu, kiểm nghiệm kết nghiên cứu với công cụ mô sát với điều kiện thực tế để có kết hữu hiệu cho áp dụng vào thực tiễn hướng phát triển luận văn Ngồi ra, nghiên cứu triển khai mã hóa video MVC (Multiview Video Coding – Mã hóa video đa hình) mạng LTE, nghiên cứu chế đảm bảo QoS truyền tải video thời gian thực qua mạng LTE 25 ... video SVC/ H. 264 23 H? ?nh 3.14 Mơ h? ?nh ứng dụng video mã h? ?a SVC/ H. 264 qua mạng LTE 24 3.7 Tổng kết Luận văn tiến h? ?nh nghiên cứu, tổng h? ??p tình h? ?nh nghiên cứu ứng dụng truyền tải video sử dụng SVC/ H. 264. .. cho truyền tải video h? ?? thống LTE Kết nghiên cứu phần 3.1, 3.2, 3.3, 3.4, 3.5, kết nghiên cứu chuyên sâu phạm vi h? ??p, rời rạc ứng dụng cơng nghệ mã h? ?a SVC/ H. 264 mạng LTE Đặc thù công nghệ phụ... truyền h? ?nh quảng bá độ nét cao 2.10 Tiêu chuẩn mã h? ?a SVC Sự phát triển mã h? ?a video có khả điều chỉnh (Scalable Video Coding - SVC) mở rộng cho H. 264, chuẩn h? ?a theo tiêu chuẩn H. 264 /SVC SVC h? ??