• Cất dữ liệu: Một bộ đệm (từ 32 KB đến 2MB) đợc thêm vào hệ thống đĩa nhằm lu trữ các dữ liệu thờng xuyên sử dụng cho phép tốc độ truy cập nhanh hơn. Cache cho phép tốc độ đọc của đĩa nhanh hơn và cải thiện tốc độ truyền dẫn của chúng.
9.3.4. Server
Cấu trúc một server cơ bản có 3 phần:
• Hệ thống nhiều ổ đĩa có khả năng truy cập số liệu nhanh và đồng thời. Bộ điều khiển dãy đĩa quản lý việc phân phối và giao tiếp các dữ liệu giữa các đĩa.
• Các giao diện giao tiếp dữ liệu nhanh giữa các ổ đĩa và mạng. Một số phơng pháp có thể đợc sử dụng nhằm thực hiện việc truyền dữ liệu tốc độ cao nh các CPU tốc độ cao, ghép các CPU và các bus, các bộ chuyển mạch định tuyến. Các giao diện có thể bao gồm của các bộ nén và giải nén số liệu.
• Phần mềm OS cơ bản có khả năng điều khiển việc ghép các đòng số liệu video/audio số trong chế độ ghi và phát lại trong khi vẫn đảm bảo việc truy cập và quản lý file một cách chính xác.
Chỉ tiêu chất lợng và các bản thiết kế server là sự phù hợp giữa chất lợng của tín hiệu đã nén, khả năng lu trữ, tốc độ số liệu, thời gian hoạt động, số lợng kênh, tốc độ truy cập và độ tin cậy.
Tất của các máy chủ thông thờng có khả năng lu trữ lớn và ghép kênh nhng chúng cũng có cấu trúc và chỉ tiêu chất lợng khác nhau tuỳ theo mẫu thiết kế tơng ứng với 5 ứng dụng điển hình trong TV:
• Tin tức: Các tin tức chỉ cần một chất lợng vừa phải là đã có thể chấp nhận đợc,
việc nén tín hiệu video có thể đợc sử dụng nhằm giảm bớt kích cỡ file dữ liệu cũng nh giảm bớt tốc độ truyền dẫn số liệu.
• Sản xuất chơng trình: Đây là ứng dụng chủ yếu nhất của máy chủ, đòi hỏi phải có
dải thông lớn để đáp ứng nhu cầu truyền dẫn đồng thời các file không nén trong thời gian thực và truy cập ngẫu nhiên. Để sản xuất một cách thuận lợi, máy chủ lu trữ toàn bộ các file dữ liệu video và audio có nén hay không nén trong khâu sản xuất cuối cùng và phân phối chơng trình. Chúng yêu cầu dung lợng lu trữ lớn, khả năng giao tiếp số liệu nhanh trên mạng với các hệ thống sản xuất và điều kiện thuận lợi. Máy chủ là trọng tâm của toàn bộ quá trình hoạt động sản xuất và quyết định toàn bộ chỉ tiêu chất lợng của quá trình này.
• Truyền dẫn: Các tần số nén cao có thể đợc sử dụng cho các chơng trình phát
quảng bá. Kết quả là tốc độ bit, số lợng kênh và yêu cầu về dải thông thấp.
• Nhu cầu về video (VOD): ứng dụng máy chủ này phải phân phối một số lợng lớn
các kênh, mỗi kênh có chất lợng video thấp nh MPEG-1 (1,5 Mbit/s). VOD yêu cầu thời gian truy cập ngắn trong khi đó các ứng dụng cận VOD chỉ cho phép thời gian truy cập dài.
• Lu trữ dữ liệu: Một hệ thống lu trữ về cơ bản là một bộ đệm ổ đĩa truy cập ngẫu nhiên tạm thời. Lu trữ dữ liệu đáp ứng rất tốt cho các nhu cầu về quảng cáo thơng mại phát quảng bá, tại đây chơng trình đợc lặp đi lặp lại vài lần trong ngày. Nhu cầu về dải thông và số lợng kênh là không cấp bách. Một ứng dụng quan trọng khác là các thông tin có thể lu trữ từ xa. Máy chủ trung tâm phân phối hàng ngày các thông tin quảng cáo thông qua mạng tại những điểm phân phối địa phơng, nơi các bộ lu giữ (cache) đợc sử dụng chèn các chơng trình quảng cáo và các chơng trình địa phơng.
9.3.5. Camera
9.3.6. Đầu máy video (VCR)
Các VCR tơng tự phân phối các tín hiệu video và audio tơng tự, vì vậy các tín hiệu này cần đợc số hoá trớc khi đa vào sử dụng trong hệ thống đa truyền thông. Chất lợng video phát lại kém hơn bởi vì tạp âm và hiệu ứng chồng phổ lẫn trong tín hiệu video.
VCR số cung cấp các tín hiệu video và audio phát lại có chất lợng cao, chúng dựa trên tiêu chuẩn định dạng video số (DV). Định dạng DV gồm tỷ lệ 5:1 giống nh chuẩn nén video MPG-2 phối hợp các ảnh đã lấy mẫu 4:1:1 và 2 kênh audio số không nén. Hai chế dộ ghi audio gồm có:
• Chế độ 2 kênh với độ phân tích mẫu là 16 bit tại tần số lấy mẫu 33, 44, 1 hoặc 49 KHz.
• Chế độ 4 kênh với độ phân tích mẫu là 12 bit tại tần số lấy mẫu 32 KHz. Dải động âm thanh nén và mở rộng cải thiện chi tiêu chất lợng tín hiệu khi ghi và phát lại.
9.3.7. CD- ROM
Đĩa CD- ROM đợc sử dụng đầu tiên cho việc lu trữ một lần các tín hiệu audio số. Chúng có thể lu trữ đợc lợng thông tin số liệu trên 650 MB, tuy nhiên với dung lợng này không đủ để tạo ra các chơng trình video số chất lợng cao.
Một định dạng mới gọi là đĩa video số (DVD) xuất hiện đã đáp ứng đợc nhu cầu cấp bách là cần một khả năng lu trữ dữ liệu lớn trên các đĩa có kích thớc nhỏ. Tuy kích thớc của chúng giống nh CD-ROM nhng những đĩa này có thể lu trữ dữ liệu tín hiệu video nén theo tiêu chuẩn MPEG-2 với dung lợng trên 10 GB.
9.4. Kết nối đa phơng tiện
Các mạng truyền số liệu hiện nay đợc thiết kế để truyền các dòng dữ liệu đã đóng gói, do đó nó chuyển mạch các gói dữ liệu. Các yêu cầu quan trọng nhất đối với một mạng đa truyền thông gồm có:
• Dải thông: Dải thông phụ thuộc vào độ phân tích của ảnh, tốc độ khung hình và
nhu cầu chất lợng ảnh. Dải thông cực đại của một mạng gồm có cấu trúc hệ thống file và phần dữ liệu của nó, vì vậy thông lợng thực tế thấp hơn và phụ thuộc vào tiêu chuẩn mạng.
• Các thông tin về lỗi tự do: Các giao thức truyền số liệu có khả năng phát hiện và sửa các lỗi xuất hiện trong dòng bit. Các mạng truyền video đã chuẩn hoá dựa trên việc che lỗi và khả năng hiệu chỉnh lỗi trớc đó (FEC).
• Độ trễ truyền dẫn: Do có sự tơng tác giữa các ứng dụng đa truyền thông, vì vậy
cần có độ trễ truyền dẫn, yêu cầu về độ trễ truyền dẫn trong hội thoại là 150 ms.
• Thao tác giữa các thành phần: Đây là yêu cầu nhằm đảm bảo truyền số liệu giữa
các thiết bị đa truyền thông thông qua các giao diện và mạng khác nhau.
• Khả năng phân phối dòng bit video liên tục.
• Khả năng chuyển mạch từ dòng bit có nén này sang dòng khác trong các luồng
không có đờng lối liền nhau.
• Khả năng sản xuất phân cấp từng lớp nén và giải nén.
• Đồng bộ kênh truyền: Tín hiệu video, audio và dữ liệu tơng ứng phải đợc đồng bộ
tại bên thu, nhất là khi mỗi file dữ liệu đợc sử dụng bằng các cầu nối khác nhau. Tiêu chuẩn MPEG cung cấp dữ liệu đồng bộ đặc trng cho các thiết bị cuối, khi đó đòi hỏi thiết bị đệm cần phải có kích thớc đủ lớn.
• Đồng bộ: Các file dữ liệu hay các gói dữ liệu xuất hiện chính xác liên tiếp theo
cùng một chu kỳ. Do đó, các gói dữ liệu hay các file dữ liệu phải có độ trễ truyền dẫn riêng.
• Không đồng bộ: Các file dữ liệu hay các gói dữ liệu đợc gửi đi khi mạng đã sẵn
sàng. Độ truyền dẫn thay đổi theo kiểu truyền dẫn này của mạng.
• Đẳng thời: Các file hay các gói dữ liệu lặp lại một cách chính xác với cùng chu kỳ
và độ rộng bằng nhau theo thời gian.
Có hai kiểu kết nối theo vị trí vật lý trong hệ thống truyền số liệu là:
• Kết nối giữa các thiết bị đa truyền thông trong cùng một phòng, trong trờng hợp này dữ liệu đợc trao đổi thông qua giao diện.
• Kết nối giữa các trạm làm việc đa truyền thông trong cùng một toà nhà hoặc trong các toà nhà nhà khác nhau, trong trờng hợp này dữ liệu đợc trao đổi thông qua mạng.
Một số tiêu chuẩn mạng (nh Ethenet, FDDI, ATM) đã phát triển phơng thức trao đổi bằng các thẻ bài nhỏ thay cho các file dữ liệu lớn trong các ứng dụng video.
9.4.1. Giao diện
Nếu toàn bộ các thành phần trong một hệ thống đa phơng tiện nằm gọn trong một phòng thì chúng có thể kết nối với nhau thông qua các giao diện nh Fiber Chanel và Ethernet. Tuy nhiên, một vài tiêu chuẩn có thể đợc sử dụng trong các mạng cục bộ (LAN) kèm theo các bộ biến đổi số- quang, cho phép loại bỏ các giới hạn trong đặc điểm của tiêu chuẩn quang. Sau đây ta xem xét các giao diện tiêu biểu nhất:
9.4.1.1. Fire Wire
Bộ định tuyến 3 đường
Định dạng giao diện này đã đợc phát triển thành bus nối tiếp tốc độ cao IEE 1394- 1995 (hay còn gọi là P1394). Mục đích của nó là dùng cho đấu nối các thiết bị số thông qua hệ thống cáp có chiều dài ngắn và dùng cho việc đấu nối các phần khác nhau của thiết bị.
Trên 63 thiết bị có thể nối theo chuỗi cánh hoa trên một bus đơn với khoảng cách tối đa giữa chúng với nhau là 4,5 m (khoảng cách này có thể tăng lên 14 m). Đặc điểm kỹ thuật của tiêu chuẩn Fire Wire cho phép các bus khác nhau đợc nối với nhau bằng cầu dẫn và kết nối khoảng 1000 thiết bị. Trong thời gian truyền dẫn, giao thức trung gian làm trọng tài đợc sử dụng nhằm đảm bảo rằng chỉ có một thiết bị mạng đợc truy cập tới bus.
Bảng 9.5: Các đặc điểm của bus nối tiếp tốc độ cao Fire Wire:
Thông số Đặc điểm kỹ thuật
- Tốc độ bit tối đa. - Độ dài cáp cực đại.
- Loại cáp.
- Chế độ truyền dữ liệu. - Số lợng kênh tối đa.
400 Mbit/s (50 MByte/s) 4,5m (cáp giá thành thấp) 10 m (Cáp dầy)
14m (Tốc độ bit < 200Mbit/s)
6 dây (2 dây xoắn dùng cho 2 tín hiệu, 2 dây cho nguồn cung cấp)
Đờng đẳng thời. 63
Giao diện IEE 1394 đợc dùng để kết nối các thiết bị đa truyền thông cục bộ nh PC, ổ đĩa cứng, Camera, VCR, máy in, máy quét, đĩa CD-ROM, hộp cáp, máy thu ATV. Trong công nghiệp,, sử dụng cho điều khiển, phòng thí nghiệm tự động hoá và kiểm tra các sản phẩm của xí nghiệp sản xuất.
9.4.1.2. Cấu trúc lu trữ nối tiếp (SSA)
SSA đợc phát triển bởi hãng IBM là một giao diện tốc độ cao cho các thiết bị lu trữ. Sơ đồ cấu trúc lu trữ nối tiếp (SSA).
Bộ định tuyến 3 đường
SSA cho phép đọc và ghi dữ liệu đồng thời với với tốc độ tối đa là 90 Mbit/s. Mỗi chế độ có hai cổng và độ trễ khoảng 5- 10 byte, nghĩa là mất 0,5μs cho truyền số liệu. Mỗi đờng truyền đều có khả năng phát hiện và khôi phục lỗi.
Hình 9.6 minh hoạ một vòng SSA kết hợp hai bộ khởi đầu và vài thiết bị lu trữ đĩa. Trong trờng hợp vòng lặp gặp trục trặc, bộ khởi đầu có thể lựa chọn việc hiệu chỉnh tuyến nhằm truyền số liệu tới đích.
Cấu trúc chức năng của đích trong các mạng theo tiêu chuẩn SSA.
9.4.1.3. Vòng kênh quang tuỳ ý (Fiber Chanel-Aribitrated Lôp- FC-AL)
Fiber Chanel (kênh sợi) cho phép truyền số liệu tốc độ cao giữa các thiết bị đa truyền thông bằng cáp sợi xoắn, cáp đồng trục và mạch sợi. Trong cấu trúc liên mạng, các thiết bị studio có thể kết nối với nhau thông qua chuyển mạch FC hay trong vòng lặp nh trên hình vẽ. Đích Đích Đích Đích Bộ khởi đầu Đích Đích Đích Đích 20 Mbyte/s 20 Mbyte/s 20 Mbyte/s 20 Mbyte/s Đích Bộ khởi đầu Đích 20 Mbyte/s 20 Mbyte/s 20 Mbyte/s 20 Mbyte/s Hình 8.6: Giáo thức vòng lặp SSA Cổng Cổng Bộ định tuyến 3 đường Chức năng đích Node Node
Node: Bus kết nối hay các thiết bị