Một vấn đề lớn được đặt ra cựng với sự phỏt triển của cỏc cụng nghệ truyền dũng Video là sự gia tăng của cỏc định dạng dữ liệu riờng và sự khụng tương thớch của chỳng. Bởi vậy cỏc định dạng dũng Video đang được phỏt triển bởi ba cụng ty
được coi là dẫn đầu trong cụng nghệ truyền dũng với cỏc sản phẩm: Apple với
QuickTime, RealNetworks với RealMedia, và Microsoft với Windows Media. Cỏc hóng này đều cung cấp cỏc bộ cụng cụ trọn gúi gồm Video Streaming Server (lưu trữ, truyền phỏt dữ liệu theo cỏc giao thức hỗ trợ ... ), Video Player (hiển thị dữ liệu tại phớa người dựng), và cụng cụ kiến tạo dữ liệu với cỏc chuẩn nộn .
+ QuickTime Player
Được phỏt triển bởi Apple, Quick Time là một ứng dụng cú thể chạy trờn
nhiều nền hệ thống (Macintosh, Unix và PC) và là chuẩn chớnh thức sớm nhất cho nền tảng phần mềm về multimedia. QuickTime hỗ trợ định dạng MOV mà sử dụng
cụng nghệ Sorenson Video để nộn cỏc file dữ liệu audio/video và cung cấp cỏc chuẩn nộn cựng với Player miễn phớ.
QuickTimeStreaming Server sử dụng giao thức RTSP (tiờu chuẩn mang tớnh mở cú thể hoạt động trờn nhiều hệ thống từ UNIX đến NT) và hoàn toàn miễn phớ. QuickTime hỗ trợ khỏ nhiều định dạng, từ cỏc định dạng về hỡnh ảnh như JPEG, BMP, PICT, PNG, GIF, GIF động, cỏc định dạng video số như AVI, AVR, định dạng MPEG-1, OpenDML MiniDV, DVCPro, DVCam camcorder và cú thể chơi
được cỏc file MP3, MIDI. QuickTime là một cụng cụ rất mạnh đễ trựnh diễn
multimedia và hơn thế nữa nú cũn cú thể được sử dụng như một cụng cụ chỉnh sửa hoặc nộn dữ liệu.
+ RealPlayer
RealMedia (hay cũn được goi là RealVideo hoặc ngắn gọn là Real) được phỏt triển bởi RealNetworks. RealNetworks là tiờn phong trong lĩnh vực về multimedia trờn web với chuẩn RM (real media) quen thuộc với người dựng trờn mạng Internet. Cỏc sản phẩm phần mềm của Real gồm RealPlayer (phần mềm thụng dụng với người duyệt Web) và RealSystem G2 là thế hệ thứ hai của RealVideo với nhiều chức năng nổi trội hơn thế hệ trước.
Real sử dụng cụng nghệ nộn Real G2 được phỏt triển bởi RealNetwork. Hiện nay, RealVideo là một chuẩn video thụng dụng trờn Internet, ngoài ra cũn cú thờm hai chuẩn nữa là RealAudio (streaming audio) và RealFlash (streaming Flash animation), tuy nhiờn sẽ phải bỏ tiền ra để mua cỏc sản phẩm Real Server Streaming.
Real Server hỗ trợ cả hai giao thức RTSP “true streaming “ và “HTTP streaming” và rất thớch hợp trong việc truyền phỏt cỏc audio/video hoặc khuụn dạng media khỏc như cỏc sản phẩm của Macromedia Flash.
+ Windows Media (trước kia cú tờn gọi là NetShow) là sản phẩm của Microsoft nhằm phục vụ việc truyền streaming media trờn mạng Internet. Windows Media được phổ biến khỏ rộng rói và nay đó cú version mới nhất là Windows Media 9. Mặc dựng Windows Media Streaming Server sử dụng giao thức riờng của nú là
MMS (Microsoft Media Server Protocol) thay vỡ sử dụng giao thức chuẩn RTSP xong nú hoàn toàn miễn phớ và chạy được trờn rất nhiều cỏc ứng dụng nền tảng Server của Windows.
Tương tự như Real, Windows Media tập trung vào việc truyờn phỏt audio/video qua mạng Internet, hỗ trợ hai giao thức serverbase (MMS) và serverless (HTTP) với định dạng tiờu chuẩn là ASF (Active Streaming Format). Windows Media cung cấp một bộ cụng cụ được đúng gúi hoàn chỉnh cú tờn là Windows Media Techonologies. Windows Media Technologies gồm Windows Media Tool dựng để kiến tạo cỏc dữ liệu streaming, Windows Media Services đúng vai trũ Video Streaming Server cung cấp dữ liệu, Windows Media Player là cụng cụ hiển thị dữ liệu và ngoài ra cũn cú Windows Media Right Manager được sử dụng để bảo vệ chống sao chộp dữ liệu. Windows Media Server hỗ trợ cụng nghệ “intelligent streaming": cho phộp truyền phỏt dữ liệu dựa trờn độ rộng băng thụng Internet giữa người dựng và Server. Mặt khỏc cụng nghờ này cú khả năng cung cấp việc truyền phỏt cỏc luồng dữ liệu một cỏch liờn tục kể cả khi cú băng thụng của mạng bị suy giảm, khi đú Server sẽ giảm việc truyền phỏt dữ liệu cho phự hợp, nếu băng thụng bị giảm quỏ nhiều server sẽ tự động giảm chất lượng của dữ liệu video cho đến khi chỉ cũn dữ liệu audio được truyền qua mạng.
2.5 Mễ HèNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VIDEO
Hiện nay cú khỏ nhiều thuật toỏn và cỏc mụ hỡnh khỏc nhau để đỏnh giỏ chất lượng video, nhưng đều chưa thống nhất. Một cỏch tổng quỏt cú thể phõn loại thành ba mụ hỡnh giải thuật đỏnh giỏ chất lượng video chớnh:
- Mụ hỡnh tham chiếu đầy đủ (Full-reference - FF): Mụ hỡnh FF cung cấp giải thuật cho phộp so sỏnh trực tiếp video nguồn và video thu được tại đớch.
- Mụ hỡnh khụng tham chiếu (Non-reference/Zero-reference - ZF): Giải thuật mụ hỡnh này chỉ phõn tớch chất lượng video thu được tại đớch.
- Mụ hỡnh tham chiếu rỳt gọn (Reduced-Reference/Partial-reference - RR): Giải thuật mụ hỡnh này cho phộp trớch một vài tham số từ đầu vào đem so sỏnh với cỏc tham số tương đương tại đầu ra.
Mụ hỡnh tham chiếu đầy đủ:
Những giải thuật trong mụ hỡnh tham chiếu đầy đủ thực hiện so sỏnh chi tiết giữa hỡnh ảnh đầu vào và đầu ra của hệ thống. Việc so sỏnh này là một quỏ trỡnh tớnh toỏn phức tạp khụng chỉ bao gồm quỏ trỡnh xử lý theo điểm ảnh mà cũn theo thời gian và khụng gian giữa dũng dữ liệu video đầu vào và đầu ra. Kết quả của cỏc giải thuật tham chiếu đầy đủ khỏ phự hợp với cỏc kết quả đỏnh giỏ chủ quan (MOS), tuy nhiờn cỏc giải thuật này chỉ được sử dụng trong một số ứng dụng nhất định, vớ dụ như: cỏc ứng dụng trong phũng thớ nghiệm hay cỏc thử nghiệm trước khi triển khai.
Một trong những giải thuật ra đời sớm nhất của mụ hỡnh tham chiếu đầy đủ là PSNR (Peak Signal to Noise Ratio), theo đỳng nghĩa của thuật ngữ sử dụng, giải thuật này đỏnh giỏ tỷ số giữa giỏ trị lớn nhất của tớn hiệu trờn tạp õm, giỏ trị này tớnh theo dB. Thụng thường giỏ trị PSNR được coi là “tốt” ở vào khoảng 35dB và nhỏ hơn 20dB là khụng chấp nhận được. Hiện nay PSNR được dựng rộng rói trong kỹ thuật đỏnh giỏ chất lượng hỡnh ảnh và video.
Bờn cạnh giải thuật PSNR hiện tại cú khỏ nhiều cỏc giải thuật cho mụ hỡnh tham chiếu đầy đủ đó được phỏt triển vớ dụ như: MPQM (Moving Pictures Quality Metric -1996) của EPFL Thụy Sỹ, VQM (Video Quality Metric -1999) của Viện nghiờn cứu Viễn thụng Mỹ (NTIA ITS) và CVQE (Continuous Video Quality Evaluation -2004). Cỏc giải thuật này phự hợp cho cỏc ứng dụng video cú tốc độ bit thấp. Trong ba giải thuật trờn chỉ cú giải thuật VQM được tiờu chuẩn và được tớch hợp trong tiờu chuẩn ITU-T J.144.
Cựng với ITU tổ chức VQEG (Video quality Experts Group -1997) cũng tham gia nghiờn cứu, đỏnh giỏ chất lượng video. VQEG thiết lập hai giai đoạn thử nghiệm, giai đoạn I kiểm tra mười giải thuật tham chiếu đầy đủ (bao gồm cả PSNR), kết quả cho thấy cỏc giải thuật là tương đương. Giai đoạn II của thử nghiệm sẽ tiến hành thử nghiệm với số lượng giải thuật ớt hơn, nhằm đỏnh giỏ và đưa ra khuyến nghị sử dụng giải thuật nào sẽ cho kết quả tốt hơn.
Cỏc giải thuật cho mụ hỡnh khụng tham chiếu núi chung phự hợp cho việc giỏm sỏt, phõn tớch trực tuyến chất lượng video tại đầu cuối (in-service). Kiểu thuật toỏn này cú thể xem xột cỏc yếu tố ảnh hưởng ớt hơn thuật toỏn trong mụ hỡnh tham chiếu toàn phần, chớnh vỡ thế mà mụ hỡnh này cú thể triển khai trong nhiều ngữ cảnh hơn. Thiết kế cỏc giải thuật cho mụ hỡnh khụng tham chiếu là một cụng việc khú khăn, chớnh vỡ thế mà hiện tại chỉ cú một vài phương phỏp được đề xuất, một vài cụng ty đưa vào trong sản phẩm thương mại của họ và được coi là bớ mật cụng nghệ.
Hiện nay giải thuật và cỏc tham số đỏnh giỏ trong mụ hỡnh khụng tham chiếu vẫn đang được tiờu chuẩn húa. Một số tham số đỏnh giỏ trong mụ hỡnh khụng tham chiếu đó được định nghĩa như sau:
- VSTQ - Video Service Transmission Quality – Tham số khụng phụ thuộc vào hệ thống mó húa/giải mó, chỉ phụ thuộc vào mạng truyền tải video
- VSPQ - Video Service Picture Quality – Tham số phụ thuộc hệ thống mó húa/giải mó
- VSAQ - Video Service Audio Quality – Tham số đỏnh giỏ chất lượng õm thanh
- VSMQ - Video Service Multimedia Quality – Tham số tổng hợp đỏnh giỏ chất lượng õm thanh và hỡnh ảnh kết hợp
- VSCQ - Video Service Control Quality – Tham số đỏnh giỏ chất lượng điều khiển video (vớ dụ như: thời gian đỏp ứng)
Mụ hỡnh tham chiếu rỳt gọn:
Giải thuật trong hỡnh tham chiếu rỳt gọn khụng sử dụng toàn bộ tớn hiệu video tham chiếu, chỉ một phần thụng tin tham chiếu được truyền đến bộ so sỏnh thụng qua một kờnh dữ liệu riờng. Băng thụng dành cho kờnh dữ liệu này tựy thuộc vào điều kiện ràng buộc của từng ứng dụng. Hiện tại cú những giải thuật cho phộp băng thụng dựng cho thụng tin tham chiếu chỉ yờu cầu nhỏ hơn 10Kbps
Chương 3 XÂY DỰNG GIẢI PHÁP HỆ THỐNG TRUYỀN DềNG VIDEO QUA KấNH VỆ TINH VSAT
3.1 MỤC ĐÍCH YấU CẦU
3.1.1 Mục đớch của hệ thống
Hệ thống truyền dũng Video qua mạng VSAT sử dụng kờnh truyền vệ tinh Vinasat-1 là bài toỏn đặt ra nhằm mục đớch truyền dũng Video từ biển đảo về Trung tõm chỉ huy trờn đất liền, phục vụ cụng tỏc tham mưu tỏc chiến, phối hợp hiệp đồng với Quõn đội cỏc nước ASIAN trong giải quyết cỏc vấn đề “an ninh phi truyền thống” xảy ra trờn biển Đụng.
Cỏc trạm VSAT sử dụng kờnh truyền vệ tinh Vinasat-1 đặt trờn cỏc tàu tuần tra trờn biển về trạm HUB ở đất liền được thiết lập kờnh truyền với dung lượng từ 128Kbps-1024Kbps trờn băng tần C hoặc Ku. Để phục vụ truyền Video qua vệ tinh,
tốc độ được thiết lập cho kờnh truyền vệ tinh là 1024Kbps cho băng C, và
2048Kbps cho băng Ku.
+ Với tốc độ 1024Kbps băng C: Tốc độ UpStream là: 727,1 Kbps. DownStream là: 1210,267 Kbps Tần số phỏt 6603,378MHz. Tần số thu 3579,079MHz + Với tốc độ 2048Kbps băng Ku: Tốc độ UpStream là: 1301,038Kbps. DownStream là: 3774,523Kbps Tần số phỏt 13946,28MHz. Tần số thu 11145,58Mhz. 3.1.2 Yờu cầu hệ thống
Hệ thống phải cú khả năng truyền và phỏt cỏc dũng Video gần như tức thời cỏc sự kiện xảy ra trờn biển sau khi truyền qua mạng vệ tinh VSAT.
Trung tõm thu nhận cỏc dũng Video từ nhiều trạm VSAT đặt trờn cỏc tàu biển khỏc nhau.
Cỏc sự kiện trờn biển cú thể phỏt lại phục vụ cụng tỏc tham mưu tỏc chiến khi cú yờu cầu.
Trung tõm chỉ huy trờn đất liền kết nối với mạng VSAT thụng qua mạng đường trục cỏp quang Bắc-Nam.
3.2 XÂY DỰNG Mễ HèNH HỆ THỐNG TỔNG THỂ
3.2.1 Mụ hỡnh giải phỏp hệ thống tổng thể
Mụ hỡnh hệ thống tổng thể được xõy dựng theo sơ đồ như sau:
Hỡnh 22.Hệ thống truyền dũng Video qua kờnh vệ tinh VSAT
+ Tại Trung tõm chỉ huy trờn đất liền:
Mỏy điều hành và phỏt dũng Video kết nối với Video server thụng qua
Switch tốc độ 100/1000MHz. Switch kết nối với Router cú giao diện E1 để kết nối với hệ thống mạng đường trục cỏp quang Bắc-Nam SDH. Trạm HUB được kết nối với mạng đường trục cỏp quang SDH Bắc-Nam.
+ Tại cỏc trạm VSAT đặt trờn cỏc tàu biển
Cỏc mỏy trạm cú giao tiếp thu tớn hiệu từ Camera kết nối với Switch của trạm VSAT. Switch này kết nối với Modem vệ tinh để truyền dữ liệu qua vệ tinh.
+ Hoạt động Hệ thống truyền dũng Video được mụ tả như sau
Cỏc dũng Video thu được sẽ liờn tục được trạm VSAT truyền qua vệ tinh về trạm HUB. Từ trạm HUB, cỏc dũng Video sẽ được truyền về Trung tõm chỉ huy qua hệ thống mạng SDH đường trục cỏp quang BẮC-NAM. Tại Trung tõm chỉ huy, cỏc dũng Video sẽ được ghi vào mỏy chủ Video và phỏt ở cỏc mỏy trạm trong mạng. Dữ liệu Video sẽ được xem tức thời hoặc được xem lại vào một thời điểm nào đú.
3.2.2 Cỏc thành phần cần phải nghiờn cứu xõy dựng
Như mục đớch đó đặt ra, vấn đề ở đõy là phải hoàn toàn chủ động trong việc truyền Video từ cỏc trạm thu về đất liền qua mạng VSAT.
Trong giải phỏp đưa ra như mụ hỡnh tổng thể đó nờu ở trờn, cỏc thành phần cần phải nghiờn cứu, xõy dựng như sau:
+ Thiết bị thu Video đặt tại trạm VSAT trờn tàu biển:
Thiết bị này thu nhận và số húa và mó húa tớn hiệu từ Camera analog đặt trờn tàu. Cỏc dữ liệu sau khi đó được mó húa sẽ truyền thành dũng Video qua vệ tinh về trạm HUB, sau đú tiếp tục truyền qua hệ thống mạng đường trục cỏp quang SDH về mỏy chủ ở đất liền.
+ Chương trỡnh Quản lý video đặt tại mỏy chủ:
Tại mỏy chủ thu nhận cỏc dũng Video, ghi lưu trữ thành cỏc file Video, đồng thời phỏt chuyển tiếp đến cỏc trạm phỏt Video ở trung tõm chỉ huy.
+ Chương trỡnh phỏt Video (playback Video) phục vụ tỏc chiến điều hành chỉ huy đặt tại Trung tõm chỉ huy trờn đất liền.
- Phỏt tức thời và liờn tục cỏc dũng Video nhận được từ mỏy chủ. - Cho phộp xem lại và phỏt cỏc Video về cỏc sự kiện đó xảy ra.
3.2.3 Phương phỏp nghiờn cứu xõy dựng
Để nghiờn cứu, xõy dựng hệ thống thành cụng, cần phải nghiờn cứu cỏc đặc trưng của mạng, từ đú đưa ra cỏc yếu tố liờn quan đến hệ thống, đặc biệt là cỏc yếu tố liờn quan đến chất lượng Video trong quỏ trỡnh truyền dũng. Nghiờn cứu cỏc thuật toỏn xử lý và khắc phục cỏc yếu tố ảnh hưởng.
Cỏc thành phần cần nghiờn cứu xõy dựng sẽ chủ yếu được lập trỡnh phỏt triển trờn nền tảng PC Based và cụng nghệ Capture tớn hiệu Camera analog.
3.3 MỘT SỐ YẾU TỐẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DềNG VIDEO
KHI TRUYỀN QUA MẠNG VỆ TINH VSAT
3.3.1 Hệ thống mó húa, giải mó Video
Dữ liệu Video trong quỏ trỡnh truyền hỡnh qua vệ tinh hiện nay thụng thường được mó húa và nộn bằng MPEG2, MPEG4 Part 10/H.264 và một số chuẩn nộn khỏc. Cỏc bộ mó húa video thường hỗ trợ một khoảng khỏ rộng tốc độ nộn, điều này cho phộp những lựa chọn khỏc nhau giữa chất lượng và băng thụng. Phần lớn cỏc phương phỏp nộn video đều dựa vào việc mó húa sự khỏc nhau giữa cỏc khung hỡnh (inter-frame). Điều này cú nghĩa là, thay vỡ phải gửi đi tất cả cỏc khung hỡnh, thỡ chỉ
gửi đi sự sai khỏc của một khung hỡnh với khung hỡnh trước đú. Phương phỏp mó
húa này làm việc tốt với những video cú những thay đổi hỡnh ảnh ớt, tuy nhiờn sẽ là
ảnh hưởng đỏng kể đến chất lượng hỡnh ảnh và băng thụng nếu cú sự thay đổi lớn
giữa cỏc khung hỡnh ảnh. Đa số cỏc chuẩn mó húa vừa cho phộp mó húa với tốc độ bớt cố định (chất lượng hỡnh ảnh thay đổi) hay tốc độ bớt thay đổi (chất lượng hỡnh ảnh ớt thay đổi).
Cỏc phương phỏp mó húa video núi chung thường kết hợp cả kiểu mó húa intra-frame và inter-frame. Trong kiểu mó húa intra-frame, một khung hỡnh ảnh được chia thành cỏc khối, mỗi khối này được biến đổi thành tập cỏc hệ số thụng qua biến đổi Cosin rời rạc. Một nhúm cỏc khối được kết hợp lại thành một thực thể duy nhất (slice), và đụi khi được đúng gúi vào một gúi. Nếu cú lỗi trờn đường truyền xảy ra thỡ cú thể cả một nhúm cỏc khối sẽ bị mất, tạo nờn “sọc” trong cỏc ảnh giải mó. Điều này xảy ra bởi vỡ cỏc hệ số của biển đổi Cosin rời rạc trong mỗi khối được tớnh toỏn dựa trờn khối đầu tiờn trong slice, nếu lỗi làm mất thụng tin của khối đầu tiờn thỡ tất cả cỏc khối cũn lại trong slice là khụng xỏc định. Một vài lỗi cú thể làm hỏng cấu trỳc của frame, do đú khụng cú khả năng tỏi tạo lại frame. Với kiểu mó húa inter-frame (motion based coding), cỏc vector chuyển động được xỏc định và mó húa cho mỗi khối. Trong cỏc hệ thống mó húa kiểu inter-frame, việc mất một
khung hỡnh cú thể làm cho cỏc khung hỡnh theo sau nú trở nờn khụng sử dụng được cho đến khi I-frame tiếp theo được nhận, kết quả là cú thể thu được hỡnh ảnh video trắng hay hỡnh ảnh bị đụng cứng, chất lượng video bị suy giảm đỏng kể. Trong hầu