Tổng quan Video Conference qua mạng IP
Hiệp hội viễn thông quốc tế ITU đưa ra chuẩn cho các máy tính, thiết bị, dịch vụ Video Conference bao gồm:
- Chuẩn H.320: Hỗ trợ hội nghị qua mạng ISDN
- Chuẩn H.321: Hỗ trợ hội nghị qua mạng ATM
- Chuẩn H.322: Hỗ trợ hội nghị qua mạng điện thoại thường
- Chuẩn H.323: Hỗ trợ hội nghị qua mạng IP
Trong các tiêu chuẩn trên thì chuẩn H.320 đang được sử dụng khá phổ biến trong quá khứ, tuy nhiên dùng Video Conferencing không tiết kiệm chi phí và thường gặp các tình trạng về kết nối của mạng. Việc phải sử dụng các thiết bị chuyên dùng cho ISDN khiến cho Video
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG VIDEO CONFERENCE
12 Conferencing qua ISDN thường chỉ giới hạn trong phạm vi các điểm nhỏ hoặc chỉ có trong một số phòng trong một địa điểm, bất tiện khi mở rộng hệ thống sau này. Chuẩn H.322 không đảm bảo chất lượng về âm thanh và hình ảnh. Hơn nữa H.320, H.321, H.322 không tận dụng được hạ tầng cơ sở là mạng VAREnet đã có. Vì các lý do trên nên chúng không được chọn các chuẩn H.320, H.321, H.322 để thực hiện Video Conferencing.
Việc thực hiện Video Conferencing qua mạng IP (theo chuẩn H.323) còn gọi là IP/VC , có ưu điểm là giá rẻ đa dạng về các chủng loại thiết bị. Có thể nói nơi đâu có mạng IP có tốc độ cho phép thì nơi đó có thể thực hiện được Video Conferencing qua mạng IP. IP/VC giúp người dùng tiết kiệm chi phí đáng kể vì tất cả mọi loại dữ liệu, âm thanh, hình ảnh đều được gom chung trên cùng một loại đường truyền, làm giãm thời gian rỗi của đường truyền xuống tối thiểu . Hơn thế nữa, các tín hiệu âm thanh, hình ảnh đều được nén lại trước khi đóng gói gửi qua mạng giúp cho việc tăng hiệu xuất đường truyền.
Hiện nay việc thực hiện IP/VC dùng chuẩn H.323 trở nên rất thông dụng. H.323 là một chuẩn thế hệ mới về truyền dẫn đa phương tiện ở thời gian thực thông qua mạng IP. H.323 hỗ trợ IP/VC ở mức độ chuyên nghiệp với các thiết bị đầu cuối chuyên dụng cho các phòng hội thảo, các thiết bị quản lý kết nối và chất lượng cuộc gọi. Dùng H.323 để thực hiện giải pháp IP/VC có nhiều ưu điểm về giá cả, sự linh hoạt, khả năng tương thích mở rộng với các thiết bị của chuẩn khác như H.320.
Hiện nay có rất nhiều sản phẩm hỗ trợ chuẩn H.323 cho phép người dùng có nhiều lựa chọn tuỳ theo yêu cầu sử dụng của mình. Ngoài ra cũng không thể không nói đến việc thực hiện Video Conferencing bằng giải pháp IP Multicast. Ưu điểm của VideoConferencing bằng Multicast là tiết kiệm được băng thông khi thực hiện hội nghị đa điểm. Ưu điểm thứ hai là về mặt giá cả, việc xây dựng hệ thống VideoConferencing dùng IP Multicast không đòi hỏi thiết bị MCU (Multipoint Control Unit) đắt tiền để quản lý các điểm tham gia hội nghị. Tuy nhiên để thực hiện VideoConferencing dùng IP Multicast đòi hỏi các thiết bị mạng cũng như hệ điều hành phải hỗ trợ giao thức IP Multicast. Vì đây là kỹ thuật mới nên hiện tại chưa có nhiều nhà sản xuất thiết bị H.323 hỗ trợ giao thức này trong các sản phẩm Video Conferencing đầu cuối của mình. Hiện nay có một số phần mềm cung cấp giải pháp hội nghị dùng IP Multicast như MBONE tools (VIC - RAT), Microsoft Exchange 2000 Conferencing Server ...
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG VIDEO CONFERENCE
13
2.6. Các yếu tố ảnh hƣởng đến chất lƣợng Video
2.6.1 Mã hóa và giải mã
Hình 2.4 Quá trình mã hóa và giải mã tín hiệu video,audio,data.
Quá trình mã hóa tín hiệu video và audio trong Video Conference thực chất là quá trình nén tín hiệu ở thiết bị phát, giải mã tín hiệu video và audio là quá trình giải nén được thực hiện ở thiết bị thu
2.6.2 Nén tín hiệu video
Nén ảnh thực chất là quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi các sự dư thừa và loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu mới có lượng thông tin nhỏ hơn, đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lượng bít sử dụng để mã hoá một lượng thông tin nhất định là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng theo yêu cầu.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG VIDEO CONFERENCE
14 Video là một trong những khâu quan trọng trong các ứng dụng đa phương tiện. Hiện tại có ba hệ thống tiêu chuẩn chính trong việc thiết lập các tiêu chuẩn nén video.
Đó chính là chuẩn nén video :
- ITU (International Telecommunications Union) : H.261/ H.263/ H.263+/ H.263++ , H264 .
- MPEG (Motion Picture Experts Group) : MPEG-1/ MPEG-2/ MPEG-4. - Motion JPEG (MJPEG), Wavelet.
Trong những năm qua cả ba hệ thống tiêu chuẩn này đều đưa ra các tiêu chuẩn cho việc mã hóa và giải mã video.
Chuẩn nén MJPEG và Wavelet
Trọng tâm của các nghiên cứu về nén ảnh là giảm bớt một số bit để biểu diễn ảnh bằng việc loại bỏ dư thừa trong miền không gian và miền tần số càng nhiều càng tốt. Các chuẩn nén MJPEG và Wavelet đều tuân theo nguyên tắc tìm ra các phần tử dư thừa miền không gian.
Chuẩn nén MPEG-x
- Chuẩn nén MPEG-2 :
MPEG-2 bao gồm các phần chính sau:
MPEG-2 Video part (Part 2): tương tự MPEG-1, nhưng chỉ hỗ trợ video xen kẽ là khuôn dạng được sử dụng cho các hệ thống truyền hình quảng bá.
MPEG-2 Audio part (Part 3): cải tiến chức năng âm thanh của MPEG-1 bằng cách cho phép mã hóa các chương trình âm thanh với nhiều hơn hai kênh. Part 3 cũng cũng tương thích với chuẩn trước, cho phép các bộ giảimã âm thanh MPEG-1 giải mã các thành phần âm thanh nổi (stereo).MPEG-2 được dùng để mã hóa hình ảnh động và âm thanh và để tạo ra ba kiểu khung số liệu (intra frame, forward predictive frame và bidirectional pridicted frame) có thể được sắp xếp theo một trật tự cụ thể gọi là cấu trúc nhóm các hình ảnh GOP.
- Chuẩn nén MPEG-4
Chuẩn MPEG-4 cung cấp các phân bộ trong kết cấu logic và năng lực giải mã từng dòng bit riêng rẽ. Mỗi profile là một phân bộ xác định trên toàn bit stream ví dụ: một độ phân giải của video sẽ xác định một số tiêu chí bắt buộc cho tham số của bức ảnh như kích thước ảnh, số lượng bit, ....
Mỗi bit stream hiển thị trong định dạng nén MPEG-4 cung cấp một mô tả mang tính phân tầng về hình ảnh hiển thị. Từng lớp dữ liệu được đưa vào luồng bit bởi những mật mã đặc biệt gọi là mật mã khởi nguồn.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG VIDEO CONFERENCE
15
Các đối tượng MPEG-4 Lớp đối tượng video (VOL). Mặt phẳng đối tượng video (VOP).
Chuẩn nén ITU : H.264/MPEG-4 Part 10/AVC
Giới thiệu về chuẩn nén H.264/MPEG-4 Part 10/AVC - Bù chuyển động đa hình.
- Bù chuyển động block: Cấu trúc cặp macroblock, cho phép các macroblock kích thước 16x16 so với 16x8 ở MPEG-2.
- Độ chính xác bù chuyển động lên đến 1/4 pixel, cho phép thể hiện chính xác cácdịch chuyển của vùng chuyển động.
- Đánh số khung. - Đếm thứ tự.
- Các profile của H264.
Yêu cầu về băng thông của các chuẩn nén
Hình 2.5 So sánh hoạt động các chuẩn nén
Chuẩn H264 ( MPEG-4 Part 10/AVC Advanced Video Coding ) . Công nghệ nén tiên tiến và hiệu quả nhất hiện nay làm giảm đáng kể dữ liệu và băng thông truyền đi của video . Chuẩn nén H264 có thể làm giảm đến 50% băng thông và kích thước file dữ liệu so với kiểu nén thông thường (MPEG-4 Part 2) và giảm tới 80% băng thông và kích thước file so với chuẩn nén Motion JPEG .
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG VIDEO CONFERENCE
16 Cùng một băng thông , nén H264 sẽ cho chất lượng hình ảnh tốt truyền đi ,thúc đẩy sự phát triển của camera có độ nét cao .
2.6.3. Nén tín hiệu audio
G711 aLaw : chuẩn nén châu Mỹ và Nhật G711 uLaw : chuẩn nén ở các khu vực còn lại
2.6.4. Giới hạn về tốc độ đƣờng truyền
Sự giới hạn về băng thông thường xảy ra tại lớp truy nhập (thường là các kết nối DSL hay Cable). Nếu băng thông dành sẵn không đủ để truyền một stream video thì sẽ xảy ra mất gói tại các bộ đệm của bộ định tuyến, dẫn đến việc suy giảm chất lượng video. Một vấn đề khá tinh tế cũng xảy ra khi mã hóa video với tốc độ bít thay đổi. Trong trường hợp này, sự thay đổi hình ảnh hay sự thay đổi các frame là đáng kể sẽ làm tăng yêu cầu về băng thông trong một khoảng thời gian ngắn, điều này có thể gây lên hiện tượng mất gói và do đó làm suy giảm chất lượng hình ảnh.
2.6.5. Mất gói tin
Sự mất gói tin trên mạng có thể gây ra bởi nhiều nguyên nhân: sự nghẽn mạng, mất liên kết, không đủ băng thông hay lỗi trên đường truyền, v.v… Sự mất gói thường xảy ra bùng phát, mức độ tắc nghẽn mạng cao gây nên độ mất gói cao. Sự suy giảm chất lượng video gây ra bởi hiện tượng mất gói tùy thuộc vào giao thức được sử dụng để truyền tải video:
Khi giao thức UDP được dùng để truyền tải dữ liệu video, khi xảy ra hiện tượng mất gói thì một vài phần của video stream có thể bị mất.
Khi giao thức TCP được dùng để truyền tải dữ liệu video, khi một gói bị mất thì sẽ có yêu cầu truyền lại gói đã bị mất, điều này làm thiếu hụt bộ đệm tại set-top-box, gây nên hiện tượng dừng hình. Khi truyền video bằng giao thức UDP, hiện tượng mất gói có thể làm hỏng một phần hay thậm chí hoàn toàn các frame.
2.6.6. Nghẽn tại máy chủ và máy con
Không hẳn mọi yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng video đều gây ra bởi mạng, nếu máy chủ cung cấp dịch vụ VoD phải phục vụ tối đa số người dùng theo khả năng của nó, điều này sẽ gây ra sự tắc nghẽn tại máy chủ cung cấp dịch vụ. Sự tắc nghẽn này gây ra hiện tượng dừng hình quá lâu tại phía đầu cuối. Để giảm tải cho máy chủ dịch vụ có thể dùng các giao thức phù hợp như UDP Multicast. Nhưng giao thức này chỉ phù hợp khi có một số lượng lớn người dùng xem cùng một nội dung tại cùng một thời điểm.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG VIDEO CONFERENCE
17
2.6.7. Jitter và Timing drift
Hình 2.6 Jitter và Timing trong việc truyền nhận gói tin
Jitter là khái niệm dùng để mô tả sự khác nhau của khoảng thời gian đi từ nguồn đến đích của các gói tin. Jitter càng lớn khi xảy ra nghẽn mạng hay tắc nghẽn tại máy chủ dịch vụ. Jitter có thể gây ra tràn bộ đệm tại set-top-box, gây nên hiện tượng dừng hình tại đầu cuối. Hiện tượng Timing drift xảy ra khi đồng hồ tại đầu gửi và đầu nhận có sự sai khác nhau về tốc độ, gây ra sự tràn vùng đệm tại đầu nhận. Để hạn chế sự ảnh hưởng của hiện tượng này, yêu cầu phía đầu nhận phải hiệu chỉnh lại tốc độ của đồng hồ cho phù hợp để tránh hiện tượng tràn bộ đệm.
2.7. Đánh giá chất lƣợng truyền dẫn Video qua mạng IP
Trong những năm gần đây xuất hiện nhiều ứng dụng truyền video thời gian thực qua mạng IP, có thể kể đến như: video phone, video-conferencing, tele-medical hay video theo yêu cầu (VoD),..vv.. khi đó chất lượng video là vấn đề rất quan trọng. Trong quá trình truyền tải video từ nguồn đến đích có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng làm suy giảm chất lượng video: mã hóa/giải mã và các tham số mạng như: tỷ lệ mất gói, trễ, jitter, băng thông,… Một trong những phương pháp đánh giá chất lượng video cho kết quả tốt nhất đó là phương pháp đánh giá chủ quan của con người (Mean Opinion Score - MOS). Tuy nhiên, phương pháp này tốn thời gian và tiền bạc, không phải lúc nào cũng thực hiện được. Các nghiên cứu gần đây tập
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG VIDEO CONFERENCE
18 trung xây dựng mô hình cho phép đánh giá chất lượng hình ảnh từ các tham số liên quan đến mạng truyền dẫn và các hệ thống mã hóa và giải mã.
2.8 . Sự cần thiết việc sử dụng Video Conference. Mục đích sử dụng Mục đích sử dụng
Ngày nay, với sự phát triển nhanh chóng của hạ tầng mạng băng rộng, dịch vụ Hội nghị truyền hình đang dần trở nên phổ biến trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Và Hội nghị truyền hình có thể đáp ứng các yêu cầu của hầu hết các lĩnh vực:
Sản xuất:
Đưa ra quyết định về phát triển và thiết kế sản phẩm, tổ chức những kiểm tra để kiểm soát chất lượng trên các địa điểm khác nhau, cung cấp các chuyên gia những cách sửa chữa máy móc từ xa, phối hợp các đơn hàng với các nhà cung cấp, tạo ra một văn hóa công ty riêng cho các chi nhánh ở nước ngoài, chuẩn bị các kế hoạch kinh doanh liên tục, kiểm soát tập trung vào các nhóm với khách hàng, tổ chức đào tạo cho nhân viên ở xa.
Tài chính:
Hợp tác thời gian thực - thiết lập chiến dịch hàng ngày, chia sẻ tin tức và tình hình thị trường và đưa ra các quyết định mà không gây xáo trộn, mở rộng các dịch vụ tài chính chuyên môn cho khách hàng tại các chi nhánh ở xa, phỏng vấn các ứng viên tiềm năng ở xa, tạo ra các cơ hội tư vấn và đào tạo.
Lĩnh vực công cộng:
Phối hợp hoạt động với các cơ quan địa phương, nhà nước và quốc gia, Kiểm soát những chỉ dẫn với mức bảo mật cao hơn, cung cấp những cơ hội đào tạo có hiệu quả kinh tế cao, đẩy mạnh những sáng kiến làm việc qua điện thoại làm việc từ xa.
An toàn công cộng:
Phối hợp với những nỗ lực khôi phục thảm họa, thuận tiện trong thiết lập những yêu cầu đối với các lĩnh vực yêu cầu di chuyển nhiều, phổ biến thông tin đến một lượng lớn khán giả.
LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP HỆ THỐNG VIDEO CONFERENCE
19
Y tế:
Cung cấp chuẩn đoán từ xa từ các trung tâm y tế ở nông thôn đến thành thị, kết nối các chuyên gia y tế để cố vấn và tư vấn, cung cấp các dịch vụ biên dịch cho bệnh nhân và nhân viên y tế, tham gia các chương trình giáo dục y tế liên tiếp.
Giáo dục:
Hợp tác với các tổ chứ giáo dục khác, mở rộng các lớp học đến học sinh trong các khu vực vùng sâu, vùng xa, bao gồm những thuyết trình từ các chuyên gia và các môn học trong trường, cung cấp đào tạo và giáo dục liên tục cho nhân viên và người dạy, tổ chức các buổi họp hành chính giữa các nhiều trường đại học.
Việc ứng dụng công nghệ thông tin của nước ta hiện nay so với các nước phát triển khác trên thế giới còn tụt hậu, xong thời gian gần đây chúng ta cũng đã có nhiều cố gắng, bằng chứng là chúng ta đang đẩy mạnh đào tạo nguồn nhân lực cho ngành công nghệ thông tin và đã có nhiều ứng dụng thực tiễn cụ thể của công nghệ thông tin vào sinh hoạt cũng như sản xuất và đã đạt được nhiều thành tựu to lớn và còn tiết kiệm được rất nhiều kinh phí cho nhà nước, tổ chức, các công ty. Với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin đã kéo theo sự phát triển của ngành công nghệ khác, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ Video Conference và đã đem lại một cách nhìn mới mẽ. Như chúng ta đã biết, trên thế giới công nghệ này đã được nghiên cứu và ứng dụng từ lâu, xong ở việt nam chúng ta có lẻ vẫn còn hơi mới mẻ vì thực chất chúng chỉ mới nghiên cứu và áp dụng ở những năm gần đây. Tuy vậy chúng ta vẫn đạt được những kết quả khả quan và được rất nhiều ngành, tổ chức, công ty đem vào áp dụng.
Trong tương lai chúng ta cần nên giới thiệu khuyến khích đến các trường Trung học cơ sở, Trung học phổ Thông….vv triển khai rộng rải về Hội nghị truyền hình (Video