Nghiên cứu phương pháp đánh giá qoe dựa trên các tham số qos (tt)

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - VŨ MINH KHÁNH NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QoE DỰA TRÊN CÁC THAM SỐ QoS CHUYÊN NGÀNH : KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 60.52.02.08 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS ĐẶNG THẾ NGỌC HÀ NỘI – 2013 Luận văn hồn thành tại: Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Tập đồn Bưu Viễn thơng Việt Nam Người hướng dẫn khoa học: TS Đặng Thế Ngọc …………………………………………………… Phản biện 1: …………………………………………………… …………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………… …………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước hội đồng chấm luận văn Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông Vào lúc: ngày tháng năm 2013 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thông MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN NỀN MẠNG IP 1.1 Mơ hình kiến trúc Mạng TCP/IP 1.2 Các dịch vụ đa phương tiện mạng 1.2.1 Dịch vụ VoIP 1.2.2 Dịch vụ IPTV 1.2.4 Dịch vụ truyền hình tương tác: 1.3 Các cơng nghệ nén tín hiệu đa phương tiện 1.3.1 MPEG-2 1.3.2 H.263 1.3.3 MPEG-4 1.3.4 H.264 1.4 Chất lượng dịch vụ mạng IP 1.4.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ 1.4.2 Tầm quan trọng việc kiểm tra chất lượng dịch vụ IPTV 1.4.3 Các tham số QoS 1.4.4 Một số mô hình đánh giá QoS cho dịch vụ IPTV CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QOE 2.1 Chất lượng trải nghiệm khách hàng (QoE) 2.1.1 Khái niệm QoE 2.1.2 Mối quan hệ QoS QoE 2.1.3 Mơ hình chất lượng IPTV 2.2 Mô hình MDI (Media Delivery Index) 10 2.2.1 Giới thiệu MDI 10 2.2.3 Kiểm tra QoE qua việc phân tích MDI 11 2.2.4 Đo kiểm MDI 12 2.3 MPQM (Moving Pictures Quality Metric) 12 2.3.1 Giới thiệu MPQM 12 2.3.2 Hệ thống thị giác người 12 2.3 So sánh MDI MPQM 13 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QoE DỰA TRÊN QoS 13 3.1 Ảnh hưởng tham số QoS lên QoE 13 3.1.1 Ảnh hưởng dung lượng đệm: 13 3.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ gói 14 3.1.4 Ảnh hưởng tỷ lệ xếp lại gói tin 14 3.1.5 Ảnh hưởng băng thông: 14 3.1.6 Ảnh hưởng trễ đường truyền 14 3.2 Phương pháp đánh giá QoE dựa QoS 15 3.2.1 Phân tích tham số QoS liên quan đến QoE 15 3.2.2 Mơ hình tương quan QoS/QoE cho việc đánh giá QoE IPTV 15 KẾT LUẬN 16 MỞ ĐẦU Hiện với phát triển vượt bậc công nghê thông tin toàn giới với bùng nổ dịch vụ tiện ích mạng làm đa dạng hố mơ hình kinh doanh dựa Internet Một lĩnh vực lớn mạnh theo xu hướng dịch vụ IPTV (truyền hình giao thức Internet) bước ngoặt phát triển cơng nghệ truyền hình Với ưu điểm vượt trội sử dụng dịch vụ mạng IP: Tính tương tác hệ thống với người sử dụng dịch vụ, nhà cung cấp dịch vụ triển khai hệ thống thuận tiện dễ dàng nâng cấp, nên dịch vụ mạng IP thực thay đổi hoàn toàn so với dịch vụ truyền thống trước sử dụng công nghệ analog Đây bước phát triển, tiến lên hội tụ mạng viễn thông – xu hướng chung truyền thơng tồn cầu ngày tương lai Trên sở nhìn nhận tầm quan trọng việc đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) chất lượng đánh giá cảm nhận người (QoE) cho dịch vụ IPTV, luận văn xây dựng với nội dung sau: Chương I: Truyền thông đa phương tiện mạng IP Nghiên cứu truyền thông đa phương tiện vấn đề chất lượng dịch vụ mạng IP Chương II: Các phương pháp đánh giá QoE Nghiên cứu phương pháp đánh giá chất lượng trải nghiệm khách hàng Chương III: Phương pháp đánh giá QoE dựa QoS Nghiên cứu ảnh hưởng tham số QoS lên QoE đưa phương pháp đánh giá QoE dựa QoS CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN NỀN MẠNG IP 1.1 Mơ hình kiến trúc Mạng TCP/IP Giao thức TCP/IP phát triển từ mạng ARPANET Internet dùng giao thức mạng giao vận mạng Internet TCP (Transmission Control Protocol) giao thức thuộc tầng giao vận IP (Internet Protocol) giao thức thuộc tầng mạng mơ hình OSI Họ giao thức TCP/IP giao thức sử dụng rộng rãi để liên kết máy tính mạng với Hiện máy tính hầu hết mạng sử dụng giao thức TCP/IP để liên kết với thông qua nhiều hệ thống mạng với kỹ thuật khác Giao thức TCP/IP thực chất họ giao thức cho phép hệ thống mạng làm việc với thông qua việc cung cấp phương tiện truyền thông liên mạng Các tầng mơ hình tham chiếu TCP/IP Bộ quốc phòng Mỹ gọi tắt DoD (Department of Defense) tạo mơ hình tham chiếu TCP/IP muốn mạng tồn điều kiện nào, có chiến tranh hạt nhân DoD muốn gói liệu xuyên suốt mạng vào lúc, điều kiện nào, từ điểm đến điểm khác Đây tốn thiết kế khó khăn mà từ làm nảy sinh mơ hình TCP/IP, trở thành chuẩn Internet để phát triển Bộ giao thức IP dùng đóng gói liệu hịng trừu tượng hóa (thu nhỏ lại quan niệm cho dễ hiểu) giao thức dịch vụ Nói cách chung chung, giao thức tầng cao dùng giao thức tầng thấp để đạt mục đích Chồng 1.2 Các dịch vụ đa phương tiện mạng 1.2.1 Dịch vụ VoIP Dịch vụ VoiIP dịch vụ điện thoại đường dài nước quốc tế sử dụng giao thức IP Đây dịch vụ viễn thông (bao gồm điện thoại fax) băng tần thoại sử dụng công nghệ nén chất dịch vụ đa phương tiện mạng Các lợi ích sử dụng dịch vụ VoIP − Thuận tiện, đơn giản sử dụng, yêu cầu hỗ trợ dịch vụ − Tiết kiệm chi phí thực gọi − Chủ động quản lý ngân sách − Không phải đăng ký sử dụng dịch vụ − Chất lượng dịch vụ cao, ổn định − Hỗ trợ dịch vụ 24/24 1.2.2 Dịch vụ IPTV Dịch vụ IPTV dịch vụ truyền hình Internet qua giao thức IP cung cấp tới khách hàng dựa cơng nghệ IPTV (Internet Protocol Television) Tín hiệu truyền hình chuyển hóa thành tín hiệu IP, truyền qua hạ tầng mạng băng thông rộng đến thiết bị đầu cuối giải mã Set top box, phát hình tới TV khách hàng 1.2.4 Dịch vụ truyền hình tương tác: Trên đường kết nối Internet người dùng IPTV sử dụng lúc nhiều dịch vụ khác truy cập Internet, truyền hình, điện thoại cố định di động, VoIP (Voice over Internet Protocol) mang lại cho người dùng tiện lợi trình sử dụng 1.3 Các cơng nghệ nén tín hiệu đa phương tiện 1.3.1 MPEG-2 MPEG-2 sử dụng DVD hầu hết hoạt động quảng bá video số hệ thống phân phối cáp MPEG-2 codec dựa khái niệm liệu video bao gồm nhiều phần dư thừa Bằng cách loại bớt dư thừa không gian thời gian, tổng băng thơng u cầu Dư thừa thời gian sử dụng để mô tả đặc điểm liệu video có tương tự cho ảnh Nền giữ nguyên dọc theo số ảnh tuần tự, có thay đổi Dư thừa khơng gian đặc điểm liệu video số vùng ảnh chép khung video 1.3.2 H.263 Codec công bố đơn vị viễn thông quốc tế ITU-T chuỗi H khuyến nghị cho hệ thống nghe nhìn đa phương tiện Khuyến nghị bao trùm nén ảnh động tốc độ bit thấp hỗ trợ khuyến nghị ITU khác có H.261 Đầu tốc độ bit thấp cho phép sử dụng cho hội nghị truyền hình video Internet Codec cung cấp cải tiến khả nén video sử dụng rộng rãi trang Internet cho video phát 1.3.3 MPEG-4 Sau thành cơng MPEG-2, nhóm chun gia ảnh động tiếp tục phát triển chuẩn mới, linh động, có xu hướng mang đến khả bổ sung cho việc quảng bá video để hỗ trợ phát triển video số Được chấp nhận tiêu chuẩn ISO năm 1999, chỉnh sửa để bao gồm số mở rộng MPEG-4 sử dụng cho video Internet, quảng bá IPTV phương tiện lưu trữ, với nhiều chức khác Nó bao gồm tính mã hoá hướng đối tượng, gia tăng khả nén chế an ninh Qua thời gian, hộp STB ứng dụng phần mềm IPTV chuẩn bị để hỗ trợ chuẩn nén này, làm cho nén hiệu 1.3.4 H.264 Chuẩn nén H.264 (còn gọi MPEG-4 part 10/AVC cho mã hoá video tiên tiến) chuẩn mở, có đăng kí, hỗ trợ kĩ thuật nén video hiệu Bộ mã hoá H.264 làm giảm kích cỡ tệp tin video số đến 50% so với chuẩn MPEG-4 part Điều bày có nghĩa băng thơng mạng u cầu đi, khơng gian lưu trữ tệp tin video Nói cách khác, chất lượng video cao đạt tốc độ bit cho trước 1.4 Chất lượng dịch vụ mạng IP 1.4.1 Khái niệm chất lượng dịch vụ Thuật ngữ “Chất lượng dịch vụ” (QoS) sử dụng rộng rãi, không lĩnh vực viễn thông mà cịn lĩnh vực có liên quan, chủ yếu dịch vụ IP băng rộng, không dây đa phương tiện Các mạng hệ thống thiết kế có xem xét đến hiệu đầu cuối, hiệu yêu cầu ứng dụng người dùng Tuy nhiên, thuật ngữ QoS thường định nghĩa cách kĩ lưỡng Theo ISO 8402, “chất lượng” thuật ngữ tồn đặc tính thực thể có khả thỏa mãn nhu cầu cho trước ISO 9000 định nghĩa “chất lượng” mức độ mà đặc tính vốn có thoả mãn yêu cầu Định nghĩa ISO 8402 dường tốt từ nhìn nhận khách hàng ITU-T Rec E.800 định nghĩa QoS tác động tổng thể hiệu dịch vụ, chất lượng dịch vụ xác định mức độ hài lòng khách hàng dịch vụ 1.4.1.1 Mối quan hệ QoS hiệu mạng Hiệu mạng góp phần hướng đến QoS trải nghiệm người dùng/khách hàng Hiệu mạng khơng dựa sở đầu cuối Ví dụ, hiệu truy cập thường chia từ hiệu mạng lõi toán tử mạng IP đơn, hiệu Internet thường phản ảnh hiệu phối hợp vài mạng tự trị 1.4.1.2 Bốn quan điểm QoS Ma trận định nghĩa QoS bảng 1.1 đưa tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng chức truyền thơng dịch vụ Tuy nhiên, ma trận định nghĩa nhìn nhận từ nhiều quan điểm khác - Các yêu cầu QoS khách hàng - Sự cung cấp QoS nhà cung cấp dịch vụ (hay QoS hoạch định) - QoS nhận phân phối đến - Xếp hạng QoS qua điều tra từ khách hàng 1.4.1.3 Mối quan hệ bốn quan điểm QoS Các yêu cầu QoS khách hàng coi điểm bắt đầu logic Một tập hợp yêu cầu QoS khách hàng xử lý riêng có mối liên quan Yêu cầu đầu vào cho nhà cung cấp dịch vụ để xác định QoS dự định cung cấp Nhà cung cấp dịch vụ khơng ln ln cung cấp cho khách hàng mức QoS họ yêu cầu Những điều cần xem xét giá chất lượng, khía cạnh chiến lược kinh doanh, đánh dấu chuẩn (benchmarking) hay gọi “best in class”mức hiệu lớn kinh doanh yếu tố khác ảnh hưởng đến mức dịch vụ đưa Các yêu cầu khách hàng ảnh hưởng đến mà hệ thống giám sát dự định cài đặt nhằm xác định QoS nhận báo cáo định kỳ 1.4.1.4 Thách thức cho QoS liên quan đến IP Có số vấn đề trình bày sử dụng mạng dịch vụ IP, thiếu chế tiêu chuẩn có khả mở rộng, có độ vững mạnh chứng minh đầy đủ 1.4.2 Tầm quan trọng việc kiểm tra chất lượng dịch vụ IPTV Sự phát triển kĩ thuật truy nhập Internet thơng qua truy cập có dây khơng dây làm cho số lượng khách hàng sử dụng Internet ngày tăng lên Sự gia tăng tạo hoạt động truyền thông thực qua việc trao đổi tin, video, audio, gọi đa phương tiện qua mạng IP Với gia tăng truyền thông đa phương tiện qua mạng IP, nhiều ứng dụng mạng dịch vụ phát triển để thúc đẩy hoạt động Dịch vụ IPTV có thuận lợi việc đưa dịch vụ quảng bá giá rẻ thông qua đường dây truy cập Internet tốc độ cao Ngoài phân phối kiểu nỗ lực tối đa, mạng tốc độ cao có khả hỗ trợ dịch vụ thời gian thực thoại video Do khách hàng IPTV quen với chương trình truyền hình sử dụng điện thoại mà khơng cần phải ý đến điều liên quan đến jitter hay trễ, việc bảo đảm chất lượng dịch vụ đảm bảo hài lòng khách hàng dịch vụ (hay gọi chất lượng trải nghiệm) yếu tố then chốt triển khai dịch vụ IPTV qua mạng IP Điều trở nên quan trọng vì, băng thơng khả dụng khách hàng tăng lên, điểm dịch vụ lên u cầu chí nhiều băng thơng nữa, tạo nên nghẽn cổ chai, mà 1.4.3 Các tham số QoS Sáu thông số chất lượng dịch vụ băng thông, độ trễ, jitter, gói, tính khả dụng bảo mật Bảng 1.2 Các tham số QoS Tham số QoS Các giá trị ví dụ Băng thơng (nhỏ nhất) 64 kb/s, 1.5 Mb/s, 45 Mb/s Trễ (lớn nhất) 50 ms, 150 ms Jitter (biến động trễ) 10% trễ lớn nhất, ms biến động Mất thông tin (ảnh hưởng lỗi) 1000 gói chưa chuyển giao Tính sẵn sàng (tin cậy) 99.99% Bảo mật Mã hoá nhận thực tất luồng lưu lượng 1.4.3.1 Băng thông Băng thông thách thức nhà cung cấp dịch vụ IPTV Nếu băng thông sử dụng thoải mái, khơng giới hạn, nhà vận hành lo đến yếu tố nghẽn, trễ…; nhiên điều xảy 1.4.3.2 Trễ Trễ liên quan chặt chẽ với băng thơng thơng số QoS Với ứng dụng giới hạn băng thơng băng thông lớn trễ nhỏ Trễ định nghĩa khoảng thời gian chênh lệch hai thời điểm bít vào mạng (thời điểm bít vào với bít ra) Với băng thơng có nhiều cách tính, giá trị băng thơng thường xun thay đổi Nhưng thơng thường giá trị băng thông định nghĩa số bit khung chia cho thời gian trôi qua kể từ bit rời khỏi mạng bit cuối rời mạng 1.4.3.3 Jitter (Biến động trễ) Biến động trễ khác biệt độ trễ gói khác dịng lưu lượng Biến động trễ có tần số cao gọi jitter với tần số thấp gọi Wander Nguyên nhân chủ yếu gây tượng jitter sai khác thời gian xếp hàng gói liên tiếp hàng gây ra.Trong mạng IP jitter ảnh hưởng lớn tới chất lượng dịch vụ tất dịch vụ Thông số QoS jitter thiết lập giới hạn lên giá trị biến đổi trễ mà ứng dụng gặp mạng Jitter không đặt giới hạn cho giá trị tuyệt đối trễ, tương đối thấp cao phụ thuộc vào giá trị thơng số trễ 1.4.3.4 Mất gói hay thơng tin Internet coi mạng mạng chế giám sát đầy đủ đảm bảo chất lượng thơng tin truyền Hiện tượng gói tin kết nhiều nguyên nhân : Quá tải lượng người truy nhập lúc mà tài nguyên mạng hạn chế Hiện tượng xung đột mạng LAN Lỗi thiết bị vật lý liên kết truy nhập mạng 1.4.3.5 Tính sẵn sàng (Độ tin cậy) Là tỉ lệ thời gian mạng hoạt động để cung cấp dịch vụ Yếu tố nhà cung cấp dịch vụ tối thiểu phải có Tổn thất mạng bị ngưng trệ lớn Tuy nhiên, để đảm bảo tính sẵn sàng cần phải có chiến lược đắn, ví dụ như: định kỳ tạm thời tách thiết bị khỏi mạng để thực công việc bảo dưỡng, trường hợp mạng lỗi phải chẩn đoán khoảng thời gian ngắn để giảm thời gian ngừng hoạt động mạng Tất nhiên, chí với biện pháp bảo dưỡng hồn hảo tránh lỗi tiên đoán trước 1.4.3.6 Bảo mật Bảo mật tham số danh sách QoS, lại tham số quan trọng Thực tế, số trường hợp độ bảo mật xét sau băng thông Gần đây, đe doạ rộng rãi hacker lan tràn virus mạng Internet toàn cầu làm cho bảo mật trở thành vấn đề hàng đầu Bảo mật liên quan tới vấn đề tính riêng tư, tin cẩn xác nhận khách chủ Các vấn đề liên quan đến bảo mật thường gắn với vài hình thức phương pháp mật mã, mã hoá giải mã Các phương pháp mật mã sử dụng mạng cho việc xác thực 1.4.4 Một số mơ hình đánh giá QoS cho dịch vụ IPTV Chất lượng video dịch vụ IPTV bị ảnh hưởng nhiều yếu tố mã hoá/giải mã, trễ, băng thông, tắc nghẽn… Hiện mô hình đánh giá QoS chia 1.4.4.1 Mơ hình tham chiếu đầy đủ Những thuật tốn mơ hình tham chiếu đầy đủ thực so sánh chi tiết hình ảnh đầu vào đầu hệ thống Việc so sánh q trình tính tốn phức tạp khơng bao gồm q trình xử lý theo điểm ảnh mà cịn theo thời gian khơng gian dòng liệu video đầu vào đầu Kết thuật toán tham chiếu đầy đủ phù hợp với kết đánh giá chủ quan (MOS) Do vậy, mơ hình tham chiếu đầy đủ đánh giá có độ xác cao Một giải thuật đời sớm mơ hình tham chiếu đầy đủ PSNR (Peak Signal to Noise Ratio), đánh giá tỷ số giá trị lớn tín hiệu tạp âm, giá trị tính theo dB 1.4.4.2 Mơ hình khơng tham chiếu Các thuật tốn cho mơ hình khơng tham chiếu áp dụng cho luồng video đầu mà khơng u cầu truy cập luồng đầu vào; phù hợp với việc giám sát, phân tích chất lượng video mức dịch vụ theo ngày Kiểu thuật toán khơng cần q mạnh tính tốn, tích hợp vào thiết bị kiểm tra mạng.Các hệ thống thăm dị thường sử dụng mơ hình 1.4.4.3 Mơ hình tham chiếu rút gọn Giống thuật toán tham chiếu đầy đủ, thuật toán tham chiếu rút gọn thực so sánh luồng video đầu vào đầu tính mức nhiễu, méo xảy Các thuật tốn mơ hình tham chiếu rút gọn khơng sử dụng tồn tín hiệu video tham chiếu, phần thông tin tham chiếu truyền đến so sánh thông qua kênh liệu riêng Điều giúp giảm độ phức tạp tính tốn thời gian xử lý u cầu để có kết CHƯƠNG 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QOE 2.1 Chất lượng trải nghiệm khách hàng (QoE) 2.1.1 Khái niệm QoE Tiêu chuẩn ITU P.10/G100 cung cấp định nghĩa QoE sau : “QoE tồn tính chất chấp nhận ứng dụng dịch vụ, cảm nhận chủ quan người sử dụng cuối.” Nó bao gồm toàn tác động hệ thống đầu-cuối (khách hàng, thiết bị đầu cuối, mạng, sở hạ tầng dịch vụ,…) bị ảnh hưởng người dùng cuối người sử dụng khác QoE khác -đi Tuy nhiên, QoE đánh giá sử dụng phép đo khách quan Góp phần vào QoE phép đo hiệu dịch vụ khách quan thông tin trễ Các phép đo khách quan với thành phần thuộc người cảm xúc, thái độ, tảng ngôn ngữ, động thúc đẩy… xác định mức độ chấp nhận tổng thể dịch vụ Hình 2.1 cho thấy yếu tố đóng góp vào QoE Các yếu tố tổ chức thành hai phần, phần liên quan đến QoS phần liên quan đến yếu tố người 2.1.2 Mối quan hệ QoS QoE Chất lượng trải nghiệm (QoE) chất lượng dịch vụ (QoS) thường coi thực hai khái niệm khác QoE toàn hiệu hệ thống từ quan điểm người sử dụng QoE phép đo hiệu từ đầu đến cuối mức dịch vụ từ nhìn nhận khách hàng thị cho biết hệ thống đáp ứng nhu cầu người sử dụng tốt tới mức Một tham số QoE điển hình điểm ý kiến trung bình MOS MOS thường sử dụng phép đo chủ quan để đánh giá tác động cảm nhận nhiều dạng suy giảm dịch vụ khác QoS lại đo hiệu mức gói, từ quan điểm mạng QoS coi tập kĩ thuật (cơ chế QoS) cho phép nhà quản trị mạng quản lý tác động tắc nghẽn lên hiệu ứng dụng cung cấp dịch vụ phân biệt cho luồng lưu lượng mạng chọn lựa tới khách hàng chọn lựa Các tham số QoS gồm phép đo độ gói, trễ hay jitter 2.1.3 Mơ hình chất lượng IPTV Người sử dụng cuối chủ thuê bao xác định chất lượng video dịch vụ Chất lượng trải nghiệm QoE môi trường trực quan mà thành phần khó, khơng muốn nói gần không thể, đo đạc trực toán tử thực tiễn Hơn nữa, nhà cung cấp dịch vụ tạo phép đo khách quan với tập tham số, tham số QoS – dùng để đánh giá hiệu mạng phân phối với mức QoE chấp nhận Một mơ hình ánh xạ tham số chủ chốt tới số QoE quan trọng cung cấp cho ta chương trình bảo đảm chất lượng video đầu cuối tốt xét tổng thể 2.1.4.2 Tỉ số tín hiệu đỉnh nhiễu (PSNR) PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) lấy từ việc thiết lập lỗi trung bình bình phương MSE tương quan với giá trị lớn độ chói (luminance) (đối với giá trị bit điển hình 28 -1 = 255) nhiễu màu kết hợp chúng với tham số đơn 2.1.4.4 Thông số chất lượng ảnh động (Moving Pictures Quality Metric – MPQM) PSNR không tâm đến tượng che khuất thị giác Nói cách khác, lỗi pixel đơn góp phần làm suy giảm PSNR, lỗi không cảm nhận Vấn đề tiếp cận cách kết hợp số mô hình hệ thống thị giác người Cụ thể hơn, hai tượng cảm nhận thuộc người nghiên cứu tỉ mỉ: độ nhạy tương phản che phủ Hiện tượng thứ nguyên nhân cho thực tế tín hiệu phát mắt độ tương phản lớn ngưỡng Độ nhạy mắt thay đổi hàm theo tần số không gian, hướng, tần số thời gian Hiện tượng thứ hai liên quan đến hồi đáp thị giác người kết hợp vài tín hiệu Một kích thích gồm hai loại tín hiệu (cận cảnh (foreground) (background)) Ngưỡng phát foreground điều chỉnh hàm tương phản background 2.1.4.5 Chỉ số phân phối phương tiện (Media Delivery Index) RFC 4445 (MDI) phép đo thực lưu lượng video IP trực tiếp Phép đo MDI triển khai coi lý tưởng cho việc đo kiểm mẫu luồng video IP mạng vận hành lab MDI sử dụng hoạt động tải video để so sánh đến gói IP với tốc độ bit tải tin Phép đo MDI biểu diễn sau : 2.2 Mơ hình MDI (Media Delivery Index) Phép đo MDI đưa số chất lượng video mong đợi, cuối QoE người sử dụng - dựa phép đo mức mạng Nó khơng phụ thuộc vào mơ hình mã hố video biện pháp thay có khả mở rộng 2.2.1 Giới thiệu MDI Các luồng truyền tải video MPEG phải chịu tạp nhiễu thời gian gọi jitter truyền mạng chuyển mạch gói Ethernet Việc nhận dạng đo kiểm jitter gói mạng chìa khố để bảo trì độ phân phối video chất lượng cao Chỉ số phân phối phương tiện (MDI) tập hợp phép đo sử dụng để giám sát sửa chữa mạng mang loại phương tiện xếp luồng MDI sử dụng để cảnh báo lỗi hỏng, suy yếu gây phân phối chất lượng không chấp nhận cảnh báo điều kiện gây việc mạng kém, khó chấp nhận, trước chất lượng video bị ảnh hưởng MDI gồm hai thành phần: Hệ số trễ (DF) tỉ lệ phương tiện (MLR); với nhau, chúng cung cấp phép đo chất 10 lượng dịch vụ luồng phương tiện phân phối, liên quan trực tiếp đến chất lượng trải nghiệm cuối người sử dụng 2.2.2.2 MLR MLR lượng gói tin luồng bị lệch thứ tự (out-of-order) khoảng thời gian chọn, gói luồng gói mang thơng tin ứng dụng luồng Có thể có khơng nhiều gói luồng gói IP đơn Ví dụ, thường mang gói luồng vận chuyển MPEG 188 byte gói IP đơn Trong trường hợp vậy, tổn thất gói IP đơn gây gói bị đếm (nếu gói bị khơng gồm gói null) Việc tính đến các gói tin hỏng quan trọng, nhiều thiết bị kiểu khách hàng khơng cố gắng yêu cầu lại gói tin nhận mà hỏng 2.2.3 Kiểm tra QoE qua việc phân tích MDI 2.2.3.1 Quan hệ Jitter đệm Để hiểu thêm thành phần DF, ta xem lại mối quan hệ jitter buffering Jitter thay đổi trễ đầu cuối mặt thời gian Các gói đến đích với tốc độ cố định có jitter Các gói có tốc độ đến khơng ổn định có jitter khác Hình 2.12 minh hoạ khác biệt 2.2.3.2 Thành phần MLR chất lượng video Tỉ lệ hao hụt phương tiện truyền thông định nghĩa đơn giản số gói bị bị lệch thứ tự giây Các gói bị lệch thứ tự (out-of-order) vấn đề quan trọng nhiều thiết bị khơng cố gắng lệnh để có lại gói trước đưa tới giải mã Bất kỳ gói - biểu diễn MLR khác - ảnh hưởng xấu tới chất lượng video tạo nhiễu phần nhìn video chạy khơng MLR định dạng tiện lợi cho việc xác định thoả hiệp mức ứng dụng (SLA) dạng tỉ lệ gói Vì thế, với hệ số DF, thiết bị với MDI 4:0.001 cho thấy thiết bị có hệ số trễ ms tỉ lệ phương tiện 0.001 gói/s 2.2.3.3 Ứng dụng MDI MDI hữu ích cho việc định vị mơ tả vấn đề mạng mà ảnh hưởng xấu đến chất lượng phương tiện QoE người sử dụng Nếu MDI theo dõi điểm trung gian mạng phân phối, độ lệch thành phần DF MLR phần tử mạng giúp lập nguồn cố lỗi hỏng xảy xảy cách nhanh chóng Nếu định tuyến có MLR lớn MLR hop trước đường truyền, có nghĩa có khơng mong muốn xảy đoạn mạng ấy, chẳng hạn tràn đệm hỏng gói tin Tương tự vậy, hệ số trễ DF biến thiên nhanh hai họp chặng liên tiếp, tắc nghẽn gây trễ hàng đợi dài Nó cảnh báo 11 việc gói đến Với đệm lớn hơn, bù cho jitter lớn, phải trả giá trễ 2.2.4 Đo kiểm MDI Thiết bị NetSim thay đổi tham số chất lượng dịch vụ mạng, ví dụ trễ, gói, gói lệch thứ tự,…Thiết bị BX100A thiết lập để thực mơ set-top-box tính tốn MDI PC (địa IP 192.168.21.205) trạm điều khiển NetSim PC bao gồm tệp tin video với chất lượng SDTV gửi qua chương trình VLC mạng Luồng video gửi cách sử dụng hai phương thức unicast hay multicast 2.3 MPQM (Moving Pictures Quality Metric) 2.3.1 Giới thiệu MPQM Thông số chất lượng ảnh động (MPQM) giới thiệu cho việc đánh giá video phân phối qua mạng Mơ hình MPQM dựa phương thức đánh giá khách quan, có khả lọc suy giảm chất lượng gây mạng thuộc tính hệ thống thị giác người Nó xem xét kĩ thuật che khuất thị giác để thực hiệu kĩ thuật che giấu lỗi kết QoS, cho hình ảnh ổn định đánh giá người, phân loại theo thang điểm từ (Rất tốt) đến (Rất tồi) MPQM hệ thống đo khách quan mô trải nghiệm chủ quan người quan sát Nó dựa mơ hình định nghĩa phần tử thị giác người 2.3.2 Hệ thống thị giác người Hệ thống thị giác người mơ hình hố hệ thống mơ tả đáp ứng liên quan đến đầu kích thích đầu vào Các mơ hình thực thi thí nghiệm tâm – vật lý đối tượng người yêu cầu đánh giá khả nhìn nhận kích thích Các mơ thực hiệu cách xem xét khía cạnh lớn thị giác: Cấu trúc đa kênh, độ nhạy tương phản che phủ 2.3.2.1 Cấu trúc đa kênh Các thí nghiệm điện – sinh lý thực tế bào vỏ não thị giác (vùng V1) cho thấy đáp ứng nơ-ron chỉnh đến phần giới hạn băng tần miền tần số Các liệu xác nhận thí nghiệm sinh lý, đưa chứng tằng não phân tích phổ thành thành phần gọi kênh cảm nhận, dải tần số không gian, định hướng tần số thời gian Mỗi kênh nhìn nhận đầu băng lọc, mô tả đáp ứng hướng đến tần số không gian, hướng tần số thời gian cụ thể 2.3.2.2 Độ nhạy tương phản Sự đáp ứng mắt người thay đổi hàm tần số Điều thường coi độ nhạy tương phản Nói xác hơn, tín hiệu nhận biết 12 mắt độ tương phản lớn ngưỡng gọi ngưỡng nhận biết (detection threshold) Ngưỡng nhận biết thay đổi hàm tần số Độ nhạy định nghĩa nghịch đảo ngưỡng nhận biết, hàm tần số Thuật ngữ Hàm độ nhạy tương phản (CSF) thường sử dụng để kí hiệu hàm Nó tương phản mà kích thích tần số thời gian - khơng gian cụ thể nên có để có xác suất nhận biết 0.5 Nói cách khác, CSF đường cong nghịch đảo ngưỡng nhận biết hàm tần số Một CSF điển hình minh họa hình 2.3.2.3 Che phủ CSF giải thích cho cảm nhận kích thích đơn Tuy nhiên, tương tác xuất số kích thích xuất Trong đánh giá ban đầu, ta thường coi giao thoa hai kích thích xảy chúng kênh Các giao thoa gây điều chỉnh ngưỡng nhận biết kích thích, có mặt kích thích khác Một mơ hình chung tượng này, gọi che phủ (masking) 2.3.2.4 Xây dựng mơ hình Hành vi hệ thống thị giác người mơ hình hố cách đưa băng lọc chiều chuyển đổi phi tuyến giúp mơ hình hố che phủ Băng lọc sử dụng mơ hình tách biệt theo hướng tần số không gian thời gian Có 17 lọc khơng gian lọc thời gian Bộ lọc không gian thấp-thấp đẳng hướng Các lọc khác chỉnh hướng (0, π / , π / 3π / ) 2.3.2.5 Các thông số Cấu trúc chung mơ hình minh họa hình Đường mũi tên to tập thành phần cảm nhận Đường mũi tên bé biểu diễn chuỗi 2.3 So sánh MDI MPQM Thông số MPQM giới thiệu phương pháp đánh giá video cho mã hoá video phân tích rộng rãi có liên quan đến PSNR phân tích chủ quan mơi trường thí nghiệm Ngược lại, MDI phát triển với vai trị cơng cụ đánh giá mạng, đánh giá hiệu mạng liên quan đến phân phối thời gian thực Thông số MDI sử dụng để phát phân biệt phân phối mong đợi với video bị suy giảm CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ QoE DỰA TRÊN QoS 3.1 Ảnh hưởng tham số QoS lên QoE 3.1.1 Ảnh hưởng dung lượng đệm: Bộ đệm ứng dụng lượng nhớ sử dụng cho hàng đợi cho gói tin luồng traffic đa phương tiện trước chúng phân phối đến ứng dụng Bộ 13 đệm ứng dụng sử dụng ứng dụng audio/video vai trị để điều chỉnh hỗ trợ trường hợp jitter dồn cụm lưu lượng đa phương tiện 3.1.2 Ảnh hưởng biến đổi trễ gói/ Jitter Biến động trễ gói/ Jitter khoảng thời gian độ trễ nhỏ lớn hai gói tin luồng Giá trị biến động trễ cao mạng cho thấy tượng nghẽn luồng lưu lượng dồn cụm Mạng có giá trị biến động trễ cao thường mang lại chất lượng trải nghiệm thấp lưu lượng đa phương tiện qua mạng 3.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ gói Tỷ lệ gói tỷ lệ gói tin bị tổng số gói tin nhận Các thí nghiệm tiến hành với dải giá trị khuyến nghị ITU-R (2002) MOS trì cho tất giá trị tỷ lệ gói lớn 3% Khi ta giảm giá trị tỷ lệ gói xuống 2% MOS tăng thêm Khi ta giảm giá trị tỷ lệ gói MOS tăng thêm xu hướng tiếp diễn trải nghiệm hài lòng tỷ lệ gói cịn khoảng 0.1 % MOS Trong thí nghiệm mơ ta thấy tỷ lệ gói tăng, chất lượng trải nghiệm giảm Tỷ lệ gói gây tượng giật máy thu chất lượng trải nghiệm giảm Chất lượng trải nghiệm nghèo nàn mạng có giá trị tỷ lệ gói cao Người dùng không nhận luồng audio mượt mà Các trường hợp khác cho tỷ lệ gói nhỏ 0.1% cho trải nghiệm người dùng lớn 5, với tỷ lệ gói 0.5%, MOS Tỷ lệ gói làm giảm chất lượng dịch vụ mạng 3.1.4 Ảnh hưởng tỷ lệ xếp lại gói tin Tỷ lệ số gói tin khơng xếp tổng số gói tin nhận node khoảng thời gian gọi Phần trăm xếp lại gói tin ITU-R (2002) khơng giá trị ngưỡng cho việc xếp lại gói tin Do đó, kết lấy từ thí nghiệm lặp lại cho trường hợp mơ Kết tập hợp từ 20 lặp lại cho trường hợp cụ thể Xu hướng tuyến tính rõ hình 3.4 đây: 3.1.5 Ảnh hưởng băng thông: Các giá trị lấy từ khảo sát thực cho trường hợp chọn Các giá trị cụ thể băng thông gán cho đường dẫn môi trường xây dựng mô Các kết tập hợp từ 20 lặp lại cho trường hợp Xu hướng tuyến tính rõ 3.1.6 Ảnh hưởng trễ đường truyền Độ trễ đường truyền khoảng thời gian để bit vào đường truyền bit cuối rời khỏi đường truyền 14 3.2 Phương pháp đánh giá QoE dựa QoS 3.2.1 Phân tích tham số QoS liên quan đến QoE Phân tích tham số liên quan đến trải nghiệm người sử dụng Ta tìm hiểu tham số QoS có liên quan đến việc đánh giá QoE Dung lượng truyền dẫn tham số QoS có ảnh hưởng nhiều đến hiệu cảm nhận người dùng cuối Rất nhiều ứng dụng người dùng có yêu cầu dung lượng nhỏ, yêu cầu coi thỏa thuận dịch vụ Các bit bị loại khỏi tổng số bit gửi để tạm thời xác định dung lượng mạng 3.2.2 Mô hình tương quan QoS/QoE cho việc đánh giá QoE IPTV Giá trị QoS chuẩn hóa Như biết, hài lòng người dùng IPTV chịu ảnh hưởng tham số QoS Do giới hạn phạm vi QoE hài lòng QoE video IPTV Mối quan hệ QoS/QoE cho thấy danh mục QoE có liên quan đến tham số QoS Rất nhiều danh mục QoS cho thấy mối tương quan tích cực với danh mục QoE.Để phản ảnh tham số chất lượng QoS đánh giá QoE,ta cần thủ tục tính tốn QoS chuẩn hóa 3.1.3 Mơ hình tương quan QoS/QoE cho việc đánh giá IPTV Video QoE Cơng thức số hóa để đánh giá IPTV Video QoE cách sử dụng tham số QoS chuẩn hóa sau: QoE_V Users Very satisfied Users satisfied Some users disatisfied Many users dissatisfied Nearly all users dissatisfied 0.2 0.4 0.6 0.8 QoS (X) Hình 3.6 Mơ hình tương quan QoS/QoE Biến số số dùng mơ hình xác định thành phàn gây ảnh hưởng lên QoE Các thành phần có mơi trường dịch vụ, loại hình dịch vụ, loại codec sử dụng,… Hồnh độ phản ảnh giá trị QoS chuẩn hóa mơi trường mạng phản ánh, độ hài lịng dịch vụ thuê bao (QoE) phản ánh theo trục tung Độ hài lòng người dùng phản ánh qua thang điểm MOS cao 15 KẾT LUẬN Luận văn khái quát chung tầm ảnh hưởng chất lượng dịch vụ mạng IP đặc điểm cấu trúc, công nghệ, dịch vụ chất lượng dịch vụ Trên sở đặc điểm dịch vụ IPTV sâu vào nghiên cứu phân tích ảnh hưởng tham số QoS mạng tới chất lượngcủa âm hình ảnh Các giá trị làm giá trị tham khảo để phục vụ việc Phương pháp đánh giá QoE dựa QoS Luận văn Luận văn hoàn thành nội dung nghiên cứu đạt số kết lý thuyết thực nghiệm sau: Khái niệm IPTV, dịch vụ cung cấp IPTV, tầm quan trọng việc đảm bảo QoS QoE cho dịch vụ IPTV Khái niệm thông số liên quan đến QoS QoE QoE toàn hiệu hệ thống từ quan điểm người sử dụng, chịu ảnh hưởng QoS nhiều yếu tố chủ quan khác Phương pháp đánh giá QoE nhằm đảm bảo cung cấp chương trình có chất lượng tổng thể mức tốt Một phương pháp đánh giá có phương pháp đánh giá QoE dựa tham số QoS phần làm rõ đề liên quan đến chất lượng dịch vụ nhà cung cấp dịch vụ IPTV, từ phương pháp đưa tiêu chuẩn cho để nhà cung cấp dịch vụ IPTV cho sản phẩm dịch vụ tốt để làm hài long cho tất khách hàng sử dụng 16 ... khách hàng Chương III: Phương pháp đánh giá QoE dựa QoS Nghiên cứu ảnh hưởng tham số QoS lên QoE đưa phương pháp đánh giá QoE dựa QoS CHƯƠNG TRUYỀN THÔNG ĐA PHƯƠNG TIỆN TRÊN NỀN MẠNG IP 1.1 Mơ... 3.2 Phương pháp đánh giá QoE dựa QoS 3.2.1 Phân tích tham số QoS liên quan đến QoE Phân tích tham số liên quan đến trải nghiệm người sử dụng Ta tìm hiểu tham số QoS có liên quan đến việc đánh giá. .. lượng QoS đánh giá QoE, ta cần thủ tục tính tốn QoS chuẩn hóa 3.1.3 Mơ hình tương quan QoS /QoE cho việc đánh giá IPTV Video QoE Cơng thức số hóa để đánh giá IPTV Video QoE cách sử dụng tham số QoS