2.4.3.1 Truyền luồng video trờn mạng
Trong lĩnh vực ứng dụng truyền video trờn mạng, đó hỡnh thành hai cỏch tiếp cận. Cỏc phương phỏp tiếp cận thứ nhất thớch nghi trực tiếp nội dung video cỏc điều kiện mạng hiện hành tại cỏc thiết bị đầu cuối và được gọi là điều khiển QoS đầu cuối tới đầu cuối (QoS end- to-end): Nú chủ yếu bao gồm điều khiển luồng, trỏnh tắc nghẽn, mó húa, kiểm soỏt lỗi và khả năng phục hồi lỗi [19] [84] [87]. Cỏch tiếp cận thứ hai cung cấp hỗ trợ mạng cho video và được đặt tờn là mạng nỳt trung tõm [19].
Hai đại diện chớnh của phương phỏp phỏp tiếp cận mạng nỳt trung tõm là cơ chế quản lý hàng đợi và chuyển mó. Trong khi nhiệm vụ của quản lý hàng đợi là để giảm bớt hoặc ngăn chặn một tỡnh huống tắc nghẽn bằng cỏch bỏ cỏc gúi tin, cỏc nỳt chuyển mó tạo ra một phiờn bản mới nội dung trực tiếp phự hợp với điều kiện mạng hiện tại.
Trong luận ỏn này, chỳng tụi tập trung vào cỏch tiếp cận cỏc cơ chế quản lý hàng đợi trong truyền luồng video trờn mạng. Chỳng cú thể được chia thành cỏc nhúm chiến lược quản lý hàng đợi phản ứng phản hồi và chủ động/tớch cực [50, 69, 78], trong đú chiến lược sau cũn được gọi là quản lý hàng đợi tớch cực (AQM).
Khi truyền luồng video qua mạng cú ba nhõn tố chớnh ảnh hưởng đến chất lượng video ở phớa người nhận, đú là: Hoạt động phớa thực thể phỏt, đặc tớnh mụi trường truyền, hoạt động phớa thực thể nhận. Ảnh hưởng của cỏc nhõn tố trờn được mụ tả trong hỡnh 2.9.
43 IP Network Mó húa video Phõn mảnh video/packetizer Tầng giao vận Bộ giải mó Bộ tỏch gúi tin Tầng giao vận Raw video
Hoạt động phớa phỏt Hoạt động phớa nhận
Đặc tớnh đường truyền
Hỡnh 2.9 Cỏc nhõn tố ảnh hưởng đến chất lượng trỡnh diễn video
Hỡnh 2.10 trỡnh bày một mụ hỡnh truyền video đơn giản qua mạng. Gúi tin IP đến từ cỏc mỏy chủ video và chuyển tiếp qua mạng. Mạng cho thấy độ trễ do bộ đệm, trễ tiến trỡnh xử lý và trễ truyền dẫn. Ngoài ra, cỏc gúi tin cú thể bị mất do tràn bộ đệm hoặc lỗi lớp liờn kết. (link- layer).Về phớa mỏy nhận, cỏc gúi dữ liệu được lưu trữ trong bộ đệm phỏt ra và phỏt lại tại thời điểm phỏt lại của chỳng.
Việc truyền tải dữ liệu video qua mạng trờn nền IP đũi hỏi việc phõn định dữ liệu video vào gúi tin IP.Kớch thước tối đa của một gúi tin IP là một tham số khụng đổi của cỏc mạng theo đường dẫn định tuyến. Núi chung, nú nhỏ hơn kớch thước trung bỡnh của một khung hỡnh video. Do đú, một khung hỡnh video được tỏch ra thành cỏc gúi tin IP trong quỏ trỡnh truyền dẫn. Do đú,chỳng ta cú thể phõn biệt giữa hai chiến lược quản lý bộ đệm.
Thứ nhất là chiến lược dựa trờn gúi tin, trong đú cỏc gúi tin đến được xử lý riờng biệt. Thứ hai là chiến lược tiếp cận hướng khung hỡnh, trong đú một khung hỡnh video là một đơn vị hạt nhõn (khụng phõn chia được) trong việc quản lý hoạt động bộ đệm.
Hơn nữa, chương trỡnh quản lý bộ đệm cú thể cú hoặc khụng cú cỏc dữ liệu khỏc biệt. Với sự khỏc biệt dữ liệu, bổ sung thờm cỏc quyết định quản lý bộ đệm phụ thuộc vào cỏc dữ liệu nhận được (tức là khung) loại và ưu tiờn của nú.
Video server Bộ giải mó
Mạng
Bộ đệm phỏt lại
Mỏy nhận
Hỡnh 2.10 Mụ hỡnh truyền video qua mạng
2.4.3.2 Ảnh hưởng của hàng đợi tớch cực đối với chất lượng truyền video trờn mạng
Theo [19], một trong cỏc thước đo truyền thống để đỏnh giỏ chất lượng truyền dũng video (video streaming) trong mạng là xỏc suất mất gúi tin. Tuy nhiờn, đỏnh giỏ chất lượng truyền video chỉ dựa trờn xỏc suất mất gúi tin về mặt nào đú là chưa đầy đủ, đụi khi, việc truyền video
44
mặc dự cú xỏc suất mất gúi dữ liệu gần tương đương nhau nhưng vẫn cú thể cú cỏc cảm nhận về mặt chất lượng hoàn toàn khỏc nhau [84, 87]. Mặt khỏc, cơ chế quản lý hàng đợi sử được sử dụng rộng rói nhất trong Internet là Drop Tail do tớnh đơn giản của nú. Drop Tail cú thể gõy ra độ trễ, jitter lớn, và tổn thất gúi tin liờn tục cho cỏc dịch vụ streaming video do đú cú thể dẫn đến sự suy giảm chất lượng nghiờm trọng. Vỡ như chỳng ta đó trỡnh bày trong phần 1.3.3 do cấu trỳc mó húa liờn khung của cỏc tập tin video việc sử dụng hàng đợi Tai Drop cú thể gõy ra những tổn thất gúi tin dẫn đến sự suy giảm chất lượng hiển thị của video. Vỡ vậy sử dụng một số cơ chế quản lý hàng đợi tớch cực mới AQM để quản lý hàng đợi tại bộ định tuyến chẳng hạn như RED cú thể cải thiện chất lượng video tốt hơn. Việc RED bắt đầu loại bỏ gúi tin sớm ngẫu nhiờn từ khi kớch thước hàng đợi chưa đầy ngăn chặn việc tắc nghẽn nặng hơn so với DropTail.
Cho đến nay đó cú nhiều nghiờn cứu sử dụng cỏc cơ chế quản lý hàng đợi tớch cực để nõng cao chất lượng truyền video, chẳng hạn Jae Chung and Mark Claypool và cộng sự đó cú ý tưởng bổ sung thờm trọng số nhẹ, tớch hợp trong giải thuật AQM quản lý hàng đợi ưu tiờn dựa trờn bộ định tuyến Internet để cải thiện đỏng kể hiệu suất của video. Đề xuất này mở rộng RED bằng cỏch điều chỉnh tốc độ RED dựa trờn sự hỗ trợ ba lớp ưu tiờn và ỏp dụng nú để MPEG điều chỉnh tốc độ dựa trờn cỏc cơ chế AQM để phõn lớp ưu tiờn gúi tin video[24].
Năm 2011 Bor-Jiunn Hwang và cộng sự đó đề xuất một giải phỏp cải tiến hàng đợi tớch cực AQM gọi là (TSAQM-Traffic Sensitive Active Queue Management) quản lý hàng đợi tớch cực nhạy cảm lưu lượng cho cỏc ứng dụng multimedia tại cỏc router [18]. Cỏc TSAQM bao gồm chương trỡnh phõn bổ trọng số động (DWAS) và chương trỡnh đảm bảo dịch vụ (SGS). Mục đớch của DWAS là cỏch phõn bổ tài nguyờn cụng bằng với cỏc tiện ớch người dựng cuối cao và SGS để xỏc định ngưỡng thớch hợp (TH) và khoảng/miền ngưỡng (TR). Bờn cạnh đú, một thiết kế multiqueue với lưu lượng ưu tiờn khỏc nhau, ngưỡng TH và miền ngưỡng TR được đề xuất để đạt được cỏc yờu cầu QoS khỏc nhau [18].
Bor-Jiunn Hwang và cộng sự đó chỉ ra cỏc thuật toỏn AQM hiện đang gặp những những vấn đề sau:
(1) Hầu hết cỏc thuật toỏn khụng thể đạt được cỏc yờu cầu độ trễ và thụng lượng cựng một lỳc. (2) Cỏc thuật toỏn AQM hầu như khụng xem xột đến cỏc đặc điểm luồng video mà chỉ cú chớnh sỏch phõn bổ băng thụng cụng bằng đồng nhất.
(3) Khụng xem xột cỏc thuộc tớnh dịch vụ multicast, dẫn đến hiệu quả băng thụng thấp và hệ thống kộm chất lượng video trung bỡnh.
(4) Cỏc thuật toỏn AQM hiện tại chỉ sử dụng điều chỉnh tốc độ loại bỏ gúi tin để khắc phục vấn đề tắc nghẽn. Tuy nhiờn, bờn cạnh việc điều chỉnh tốc độ loại bỏ gúi tin cũn cần xem xột mức độ tắc nghẽn, cỏc thuật toỏn AQM sẽ hiệu quả hơn khi đỏp ứng với lưu lượng dữ liệu khỏc nhau.
(5) Hầu hết cỏc thuật toỏn AQM khụng cú khả năng thớch ứng, những thuật toỏn phải được chỉnh sửa hay điều chỉnh một tập hợp cỏc thụng số để đỏp ứng tải trọng giao thụng đa dạng và khả năng liờn kết router.
(6) Một thỏch thức để vượt qua những vấn đề tắc nghẽn khi truyền luồng video là xem xột cỏc kỹ thuật mó húa video, hiệu quả băng thụng và cỏc yờu cầu QoS đối với cỏc luồng lưu lượng khỏc nhau để cho hiệu năng vượt trội hơn.
45