Tài liệu Nâng cao chất lượng truyền video streaming trên mạng ngang hàng có cấu trúc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -------------------------- PHÙNG THANH XUÂN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN VIDEO STREAMING TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ -------------------------- PHÙNG THANH XUÂN NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRUYỀN VIDEO STREAMING TRÊN MẠNG NGANG HÀNG CÓ CẤU TRÚC Ngành : Công nghệ Thông tin Chuyển ngành : Truyền dữ liệu và mạng máy tính Mã số : 60 48 15 LUẬN VĂN THẠC SĨ Cán bộ hướng dẫn : TS. Nguyễn Hoài Sơn HÀ NỘI – 2009 i MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ................................................................ Error! Bookmark not defined. LỜI CAM ĐOAN .......................................................... Error! Bookmark not defined. TÓM TẮT...................................................................... Error! Bookmark not defined. MỤC LỤC ........................................................................................................................i DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT................................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ........................................................................................iv MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 Chƣơng 1: TỔNG QUAN VIDEO STREAMING..........................................................4 1.1. Video streaming....................................................................................................4 1.2. Nén truyền hình ....................................................................................................5 1.3. Máy chủ luồng – streaming server .......................................................................8 1.4. Điều khiển chất lƣợng tại điểm phát và nhận. ......................................................8 1.5. Giao thức video streaming..................................................................................14 1.6. Cơ chế đồng bộ video streaming ........................................................................15 1.7. Dịch vụ phân tán dữ liệu trên mạng ...................................................................17 1.8. Tổng kết chƣơng .................................................................................................20 Chƣơng 2: TRUYỀN THÔNG MULTICAST ..............................................................21 2.1. Khái niệm về truyền tin multicast ......................................................................21 2.2. Multicast tầng mạng - IP Multicast ....................................................................22 2.3. Multicast tầng ứng dụng .....................................................................................24 2.4. Các mô hình truyền tin multicast tầng ứng dụng ...............................................25 2.5. Tổng kết chƣơng .................................................................................................29 Chƣơng 3: VIDEO STREAMING TRÊN DHT P2P ....................................................30 3.1. Mạng ngang hàng DHT. .....................................................................................31 3.2. Video streaming trên DHT P2P – CHORD........................................................37 ii 3.3. Nghiên cứu liên quan..........................................................................................41 3.4. Tổng kết chƣơng .................................................................................................43 Chƣơng 4: BỐI CẢNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP ....................................................44 4.1. Bối cảnh và vấn đề video streaming trên DHT P2P ...........................................44 4.2. Tổng quan giải pháp ...........................................................................................46 4.3. Giải pháp khôi phục lỗi thời gian thực ...............................................................48 4.4. Tổng kết chƣơng .................................................................................................56 Chƣơng 5: THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ .............................................................57 5.1. Ứng dụng video streaming trên CHORD ...........................................................57 5.2. Triển khai giải pháp khôi phục lỗi thời gian thực ..............................................58 5.3. Môi trƣờng thực nghiệm.....................................................................................59 5.4. Đánh giá kết quả .................................................................................................59 Chƣơng 6: KẾT LUẬN .................................................................................................64 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................... a iii DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU VIẾT TẮT TIẾNG ANH GIẢI THÍCH DCT Discrete Cosine Transform Chuyển đổi cosin rời rạc. Đây là mã hoá/giải mã phục vụ cho việc nén dữ liệu. DHT Distributed Hash Table Bảng băm phân tán. Một trong các cơ chế quản lý node trong mạng ngang hàng có cấu trúc. IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm mạng của IP Multicast IANA Internet Assigned Numbers Authority Giao thức gán địa chỉ IP trong IP Multicast. MTU Maximum transit unit Đơn vị truyền thông tối đa. Nó đƣợc dùng để tính toán thông lƣợng, phục vụ điều chỉnh tỷ lệ gửi. MDC Multiple Description Coding Mã hoá đa mô tả. (P)FGS (Progressive) Fine Granularity Scalability Các cơ chế mã hoá/giải mã khác phục vụ cho nén dữ liệu. P2P Peer to Peer Mạng ngang hàng QoS Quality of Services Chất lƣợng dịch vụ. RTT Round trip time Thời gian đi một vòng của một kết nối. Nó đƣợc dùng để tính toán thông lƣợng. (S)FEC Source Forward Error Connection Cơ chế điều khiển lỗi bằng cách thêm các thông tin thừa để bên nguồn có thể khôi phục lại gói tin. VCR Video – Caset – Recorder Chức năng của máy ghi âm – đài – video gồm dừng, tạm dừng/trình diễn tiếp, tua nhanh lùi/tiến, chạy ngẫu nhiên. iv DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sáu thành phần của video streaming dữ liệu ..................................................4 Hình 1.2: a) Mã hóa không mở rộng. b) Giải mã không mở rộng .................................6 Hình 1.3: a) Mã hóa mở rộng SNR. b) Giải mã mở rộng SNR ......................................6 Hình 1.4 a) Bộ mã hoá FGS. B) Bộ giải mã FGS ..........................................................7 Hình 1.5:a) Phân tán truyền thông unicast. B) Phân tán truyền thông multicast ...........9 Hình 1.6: Biểu đồ thời gian cho Điều khiển theo bên nhận .........................................13 Hình 1.7: Giao thức stacks cho luồng truyền hình. ......................................................15 Hình 1.8: Đồng bộ giữa hình và tiếng. .........................................................................15 Hình 1.9: Bộ lọc đƣợc đặt trong lớp mạng ...................................................................18 Hình 1.10:Mô hình hệ thống của bộ lọc mức mạng. ....................................................18 Hình 2.1: Công nghệ truyền tin Multicast. ...................................................................21 Hình 2.2: Phân loại truyền thông Multicast .................................................................22 Hình 2.3: Bộ định tuyến trong truyền tin multicast tầng mạng ....................................23 Hình 2.4: Truyền thông multicast tầng mạng và tầng ứng dụng ..................................24 Hình 2.5: Giao thức Narada ..........................................................................................27 Hình 2.6: Mạng phủ 7 node (a) và cây multicast xây tƣơng ứng (b) ...........................28 Hình 3.1: Mô hình mạng ngang hàng thuần .................................................................31 Hình 3.2: Vòng tròn Chord với 3 node và lƣu trữ 4 khóa ............................................33 Hình 3.3: Mạng Chord với các bảng finger ..................................................................34 Hình 3.4: Sơ đồ một mạng Chord với 9 node tham gia................................................36 Hình 3.5: Truyền thông multicast trên mạng Chord ....................................................39 Hình 3.6: Sơ đồ cây multicast tƣơng ứng với mạng Chord ..........................................40 v Hình 3.7: Ví dụ một node lỗi ........................................................................................42 Hình 4.1: Giải pháp khôi phục lỗi thời gian thực .........................................................47 Hình 4.2: Phát hiện lỗi thực ..........................................................................................53 Hình 4.4: Định vị node lỗi ............................................................................................54 Hình 4.5: 3 node lỗi đồng thời ......................................................................................55 Hình 4.6: Lỗi xen kẽ .....................................................................................................55 Hình 5.1: Thiết kế ứng dụng video streaming trên Chord ............................................57 1 MỞ ĐẦU Trong xu hƣớng phát triển mạnh mẽ của Internet, do yêu cầu truyền thông đa phƣơng tiện trên Web ngày càng nhiều, video streaming trên internet đã thu hút nhiều sự chú ý. Vào những thập niên 80s, 90s, video streaming bắt đầu ra đời và phát triển theo hai hƣớng chính: video streaming theo yêu cầu (tiếng Anh: video-on-demand) và video streaming thời gan thực (tiếng Anh: live video streaming). Video streaming theo yêu cầu là hình thức ngƣời dùng tải dữ liệu về các thiết bị lƣu trữ của mình, do đó có thể thực hiện các thao tác tua, dừng... Các ứng dụng nổi tiếng của loại hình truyền thông này nhƣ YouTube, BiTorrent... Khác với video streaming theo yêu cầu, trong video streaming thời gian thực, dữ liệu đƣợc truyền trực tiếp từ các thiết bị ghi thu dữ liệu tại nguồn phát và hiển thị trực tiếp tại bên nhận. Với tính chất thời gian thực và cung cấp cho nhiều ngƣời sử dụng cùng một lúc, các ứng dụng truyền hình trực tuyến, hội thảo trực tuyến, dạy học trực tuyến, chat conference (Skype)... ngày càng đƣợc nhiều ngƣời sử dụng cũng nhƣ các nhà nghiên cứu quan tâm. Luận văn cũng phát triển theo xu hƣớng này. Video streaming thời gian thực có những ràng buộc về băng thông cao, độ trễ thấp, tỷ lệ mất gói tin thấp... để đáp ứng những yêu cầu về chất lƣợng hiển thị hình ảnh âm thanh cao. Tuy nhiên, video streaming trên Internet đang có những khó khăn nhất định. Thứ nhất, việc áp dụng trên mô hình máy Chủ-Khách truyền thống không đáp ứng đƣợc nhu cầu do tài nguyên của máy chủ có hạn, dữ liệu truyền thông đa phƣơng tiện thƣờng lớn, máy chủ rất khó có khả năng cung cấp đƣợc cho nhiều ngƣời dùng. Thứ hai, băng thông của Internet chƣa đƣợc cao và đồng đều, việc tập trung vào máy chủ sẽ gây ra tải lớn, hiệu ứng "nút cổ chai" gây tắc nhẽn, gói tin không thể truyền đến hoặc không kịp thời gian hiển thị. Chính vì vậy mà video streaming trên Internet dần dần thay thế mô hình Chủ - Khách sang truyền thông multicast tầng ứng dụng trên mạng ngang hàng. Truyền thông video streaming trên mạng ngang hàng, đặc biệt là mạng ngang hàng có cấu trúc, có rất nhiều ƣu điểm. Mạng ngang hàng hay còn gọi là mạng đồng đẳng, xoá đi ranh giới giữa máy chủ-máy khách; các máy có trách nhiệm nhƣ nhau trong việc sử dụng tài nguyên và xử lý dữ liệu. Chính vì vậy sẽ giải quyết khó khăn giảm tải cho máy chủ. Thứ hai, mạng ngang hàng có cấu trúc cung cấp tính năng mở rộng cao. Bất 2 cứ node mạng nào cũng có thể tham gia dễ dàng. Do đó có thể cung cấp dịch vụ video streaming cho nhiều ngƣời sử dụng hơn và cũng tận dụng đƣợc nhiều tài nguyên hơn. Thứ ba, nó không tốn chi phí quản lý bởi mạng ngang hàng cung cấp những phƣơng thức các node quản lý lẫn nhau. Tuy nhiên, triển khai video streaming thời gian thực trên mạng ngang hàng cũng không tránh khỏi những khó khăn. Khó khăn chính là hiện tƣợng các node ra vào rất linh động, lỗi có thể thƣờng xuyên xảy ra khiến cho các gói tin truyền thông có thể mất đi, hoặc không đến đƣợc bên nhận đúng thời gian trình diễn. Mất gói tin hoặc không đến kịp thời sẽ ảnh hƣởng đến tỷ lệ mất gói tin, độ trễ của việc trình diễn dữ liệu tiếng/hình ở bên nhận; khiến cho thông tin hiển thị không đúng, không đẹp mắt. Nhằm mục đích nâng cao chất lƣợng video streaming trên mạng ngang hàng có cấu trúc, luận văn đi sâu vào việc giải quyết hiện tƣợng node ra/vào và lỗi trong mạng ngang hàng có cấu trúc. Giải pháp đƣa ra là khôi phục lỗi thời gian thực. Điểm mới của giải pháp là dựa vào dữ liệu truyền thông video streaming, phát hiện lỗi tức thời và chính xác dựa vào thời gian timeout. Thời gian này đƣợc tính dựa vào mô hình thông kê hành vi quá khứ của mỗi node mạng nên đảm bảo sự chính xác và phù hợp. Giao thức đƣợc triển khai trên mạng ngang hàng có cấu trúc Chord. Dựa trên cấu trúc mạng phủ Chord, khi có yêu cầu truyền video streaming, các node sẽ liên kết thành cây multicast. Trong quá trình truyền tin, nếu có sự thay đổi trên cây multicast, phƣơng pháp khôi phục lỗi thời gian thực sẽ khắc phục sự thay đổi đó, tránh ảnh hƣởng đến việc truyền tin. Bên cạnh cơ chế khôi phục lỗi định kỳ của mạng Chord, giải pháp sẽ giúp tìm lỗi vầ khôi phục lỗi nhanh hơn trong quá trình truyền thông. Điều đó sẽ tránh đƣợc việc mất mát gói tin trong khi truyền, khiến cho chất lƣợng thông tin bên nhận đƣợc cải thiện. Giao thức đƣợc thực hiện bằng ngôn ngữ C#, triển khai thí nghiệm trên mạng LAN. Để tìm hiểu về giải pháp, nội dung luận văn gồm 6 chƣơng: Chƣơng 1: TỔNG QUAN VIDEO STREAMING Giới thiệu sáu thành phần trong video streaming nhƣ nén; điều khiển chất lƣợng dịch vụ tại điểm phát/nhận; dịch vụ phân tán dữ liệu trên mạng; máy chủ luồng; các cơ chế đồng bộ và giao thức video streaming. Sáu thành phần trên sẽ điều khiển luồng video streaming từ nguồn đến đích, đồng thời, tại mỗi thành phần cũng có các cơ chế nâng 3 cao chất lƣợng. Để hạn chế, luận văn phát triển theo hƣớng dịch vị phân tán dữ liệu, cụ thể là multicast tầng ứng dụng. Chƣơng 2: TRUYỀN THÔNG MULTICAST Nối tiếp từ chƣơng 1, chƣơng 2 giới thiệu truyền thông mạng ngang hàng multicast. Xác định những ƣu điểm, nhƣợc điểm của hai cách thức truyền thông multicast IP và multicast tầng ứng dụng. Từ những ƣu nhƣợc điểm đó, multicast tầng ứng dụng triển khai vào mạng ngang hàng có cấu trúc có những khó khăn gì. Những nội dung của chƣơng 2 sẽ tiếp nối với chƣơng 3 để dẫn dắt vào vấn đề video streaming trên mạng ngang hàng có cấu trúc. Chƣơng 3:VIDEO STREAMING TRÊN DHT P2P Chord là đại diện nổi tiếng của mạng ngang hàng có cấu trúc băm phân tán. Ở chƣơng này, ta sẽ tìm hiểu sâu cách thức quản lý node, gia nhập/ thoát khỏi mạng, cơ chế nhận biết và khắc phục lỗi trong Chord. Sau đó kết hợp với chƣơng 2, giới thiệu video streaming bằng giao thức truyền thông multicast trên mạng Chord. Chƣơng cũng đƣa ra một số nghiên cứu liên quan. Chƣơng 4: BỐI CẢNH VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP Dựa vào chƣơng 3, chƣơng 4 phân tích bối cảnh để đƣa ra đề xuất khôi phục lỗi thời gian thực. Từ mục tiêu giải pháp sẽ trình bày chi tiếp từ thiết kế đến các thành phần cho giải pháp. Chƣơng 5:THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ Trong chƣơng 5, ta sẽ triển khai giải pháp khôi phục lỗi thời gian thực trên một ứng dụng truyền video streaming của mạng Chord. Sau đó ta sẽ thực hiện triển khai trên môi trƣờng thực nghiệm để so sánh việc áp dụng giải pháp và không áp dụng giải pháp trên một số thông số. Dựa vào kết quả so sánh sẽ đánh giá tính khả thi của giải pháp. TL = α. TimeoutCalculationEWMA TL = α. TimeoutCalculationUCL Kết quả thực nghiệm đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ sau: 1.1.1.1. EWMA và α =1 (a) Thống kê tỷ lệ lỗi thật sự/số lần báo timeout 4 Nhƣ bảng thống kê bên dƣới và hình vẽ. Với 10 lần thực nghiệm thì trung bình độ chính xác là 3%. # EWA1 EWA2 EWA3 EWA4 EWA5 EWA6 EWA7 EWA8 EWA9 EWA10 AVR Timeout 117 730 330 77 26 255 167 478 61 455 269.6 Failed 3 10 6 6 1 6 4 14 4 7 6.1 Percentage 2.56 1.37 1.82 7.79 3.85 2.35 2.4 2.93 6.56 1.54 3.317 (b) Số lần timeout/1000Multicast Package: Thông số này đánh giá mức độ quá tải của giải pháp. Trung bình phải xử lý 13 lần timeout trong 1000 gói tin Multicast nhận đƣợc. 5 1.1.1.2. EWMA và α =2 (a) Thống kê tỷ lệ lỗi thật sự/số lần báo timeout Với 5 lần thực nghiệm thì trung bình độ chính xác là 31%. Độ chính xác gấp 10 lần khi α =1. # EWA1 EWA2 EWA3 EWA4 EWA5 AVR Timeout 3 22 35 23 21 20.8 Failed 2 6 7 4 5 4.8 (b) Số lần timeout/1000Multicast Package Percentage 66.67 27.27 20 17.39 23.81 31.028 6 Trung bình phải xử lý 0.98 lần timeout trong 1000 gói tin Multicast nhận đƣợc. 1.1.1.3. UCL và α =2 (a) Thống kê tỷ lệ lỗi thật sự/số lần báo timeout Với 5 lần thực nghiệm thì trung bình độ chính xác là 21%. # EWA1 EWA2 EWA3 EWA4 EWA5 AVR Timeout Failed Percentage 36 4 11.11 9 2 22.22 4 1 25 10 3 30 21 4 19.05 16 2.8 21.476 (b) Số lần timeout/1000Multicast Package 7 Trung bình phải xử lý 1.228 lần timeout trong 1000 gói tin Multicast nhận đƣợc 1.1.2. Kết luận Với kết quả thực nghiệm nói trên, ta có thể thể rằng với công thức EWMA với α =2 là thực sự có hiệu quả hơn cả. Tỷ lệ chính xác lên đến 31% và chỉ cần xử lý 1 gói tin timeout trong 1000 gói tin multicast. Với độ chính xác là 31%, đã ghi nhận đƣợc kết quả khả quan vì mục tiêu giải pháp không phải đƣa ra con số chính xác node chết mà sau khi khẳng định tạm thời có timeout, cơ chế sẽ tiếp tục ping lại. Sau khi ping lại thì tỷ lệ khẳng định lỗi là 100% và có thể hoàn toàn định vị đƣợc số lƣợng lỗi và vị trí lỗi. Điều đó giúp ích cho việc khôi phục lỗi nhanh của quá trình truyền multicast. 8 KẾT LUẬN Đƣa ra kết luận; đánh giá khả năng áp dụng thực tế của giải pháp. 9 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VIDEO STREAMING 2.1. Video streaming Từ sự phát triển của Internet và nhu cầu ngày càng phát triển của con ngƣời, video streaming đã ra đời và phát triển theo hai xu hƣớng chính: video streaming theo yêu cầu và video streaming thời gian thực. Sự phát triển về công nghệ thông tin, công nghệ nén, các thiết bị lƣu trữ băng thông cao và mạng với tốc độ nhanh đã làm cho các dịch vụ truyền video streaming thời gian thực ngày càng trở lên linh động trên mạng Internet. Video streaming thời gian thực có các yêu cầu về băng thông, tỷ lệ mất gói tin, độ trể để có thể hiển thị hình ảnh thực với chất lƣợng tốt. Tuy nhiên, Internet hiện nay không thể cung cấp một chất lƣợng dịch vụ đủ đảm bảo có thể video streaming trên Internet. Nhƣ vậy, cơ chế thiết kế, các giao thức về video streaming trên Internet có rất nhiều thách thức. Ta sẽ phân tích sâu về video streaming để hiểu cách thách thức đó. Video streaming bao gồm sáu thành phần then chốt quan hệ nhƣ hình dƣới. Hình 2.1: Sáu thành phần của video streaming dữ liệu 10 Dữ liệu truyền hình và truyền thanh thô đƣợc nén trƣớc bằng các giải thuật nén truyền hình và truyền thanh sau đó đƣợc lƣu ở thiết bị lƣu trữ. Theo yêu cầu của ngƣời dùng, một máy chủ luồng nhận dữ liệu truyền hình/truyền thanh đã đƣợc nén từ các thiết bị lƣu trữ và sau đó bộ phận điều khiển chất lƣợng dịch vụ điểm phát/nhận sẽ điều chỉnh luồng bit truyền hình/truyền thanh theo tình trạng của mạng và theo yêu cầu chất lƣợng dịch vụ. Sau khi điều chỉnh, các giao thức truyền thông sẽ đóng gói luồng bit nén và gửi các gói tin truyền hình/truyền thông tới mạng Internet. Các gói tin có thể bị mất và trễ trong Internet do sự tắc nghẽn. Để cải tiến chất lƣợng của việc truyền, các dịch vụ phân tán dữ liệu trên mạng đƣợc triển khai trên Internet. Khi các gói tin đến nơi nhận, đầu tiên nó sẽ truyền qua tầng giao vận và sau đó đƣợc xử lý bởi tầng ứng dụng trƣớc khi đƣợc giải mã bởi bộ giải mã truyền hình/truyền thanh. Để đáp ứng đƣợc hiển thị đồng bộ giữa tiếng và hình, cần có cơ chế đồng bộ đa phƣơng tiện. Nhƣ vậy có thể thấy đƣợc thứ tự cũng nhƣ sự liên kết của sáu thành phần nêu trên. Ở mỗi giai đoạn, dữ liệu truyền thông có thể đƣợc nâng cao và luận văn sẽ lựa chọn ra một thành phân dịch vụ phân tán dữ liệu trên mạng để đi sâu nghiên cứu. Nhƣng trƣớc tiên, ta sẽ nghiên cứu tổng quan về sáu thành phần đó. 2.2. Nén truyền hình Khi dữ liệu thô tiêu thụ một khối lƣợng băng thông lớn, việc nén thƣờng đƣợc thực hiện để nhằm mục đích truyền thông hiệu quả hơn. Về cơ bản, các cơ chế nén truyền hình có thể đƣợc phân thành hai loại: mã hóa mở rộng và không mở rộng. Để đơn giản, ta chỉ nghiên cứu mã hóa và giải mã trong chế độ intra và chỉ dùng truyền cosin rời rạc (DCT). Với việc mã hóa truyền hình mở rộng dạng sóng, ta sẽ có các nghiên cứu khác. 11 Hình 2.2: a) Mã hóa không mở rộng. b) Giải mã không mở rộng Hình 2.3: a) Mã hóa mở rộng SNR. b) Giải mã mở rộng SNR Mã hóa không mở rộng sẽ tạo ra một luồng bít nén. Ngƣợc lại, mã hóa mở rộng sẽ nén truyền hình thô thành nhiều luồng con. Một trong những luồng nén là một luồng con cơ bản mà có thể đƣợc giải mã độc lập và cung cấp một chất lƣợng hình xấu. Các luồng con nén khác là các luồng nâng cao, mà có thể đƣợc giải mã đồng thời với luồng cơ bản và có thể cung cấp chất lƣợng hình tốt hơn. Luồng bit toàn phần (bao gồm sự gắn kết toàn bộ luồng con) sẽ cung cấp chất lƣợng tốt nhất. So với giải mã toàn phần, giải mã luồng cơ bản và các luồng khác tạo ra các hình ảnh khác nhau: hoặc kích thƣớc ảnh nhỏ hơn, hoặc tỷ lệ hình nhỏ hơn. 12 Hình 2.4 a) Bộ mã hoá FGS. B) Bộ giải mã FGS Ngoài ra còn có các cơ chế nén khác nhƣ mã hoá FGS hay PFGS (PFGS - Progressive Fine Granularity Scalability). Tiếp theo, mô tả các yêu cầu chất lƣợng cho các ứng dụng video streaming trong việc mã hoá và giải mã truyền thông: - Băng thông: để đạt đƣợc cảm giác chấp nhận đƣợc, một ứng dụng luồng thông thƣờng có một yêu cầu băng thông tối thiểu. Các ứng dụng video streaming cần điều khiển tắc nghẽn để tránh tắc nghẽn, hay xảy ra trên mạng có tải lớn. Với video streaming, điều khiển tắc nghẽn là hình thái khác của điều khiển tỷ lệ; tức là điều chỉnh tỷ lệ gửi để thích hợp với băng thông còn lại trên mạng. So sánh với truyền thông không mở rộng, truyền thông mở rộng dễ thích ứng hơn với sự thay đổi băng thông trên mạng. - Độ trễ: video streaming yêu cầu độ trễ giới hạn cho các gói tin có thể tới đƣợc bên nhận đúng thời gian để giải mã và trình diễn. Nếu nhƣ gói tin truyền không đến đúng thời hạn, việc trình diễn sẽ dừng và điều đó sẽ rất khó chịu với mắt ngƣời. Một gói tin đến đúng ngƣỡng trễ (còn gọi là thời gian trình diễn) thì cũng vô nghĩa và có thể coi nhƣ là đã mất vì nó không kịp xử lý để hiển thị. - Mất mát: mất gói tin là không thể tránh đƣợc trên mạng Internet và có thể làm hỏng hình ảnh. Do đó, video streaming cần giải quyết đƣợc sự mất gói tin. Mã hoá đa mô tả là một công nghệ nén để giải quyết sự mất mát gói tin. 13 - Chức năng giống Máy ghi âm-castset-video (VCR): một số ứng dụng yêu cầu chức năng giống VCR nhƣ có thể dừng, tạm dừng/trình diễn lại, chạy tua nhanh trƣớc, chạy tua nhanh lùi và chạy ngẫu nhiên. - Độ phức tạp giải mã: một số thiết bị nhƣ điện thoại nhỏ hoặc PDAs yêu cầu tốn ít năng lƣợng điện. Do đó, các ứng dụng truyền thông truyền hình chạy trên thiết bị đó cần đơn giản. Đặc biệt độ phức tạp giải mã là phải chấp nhận đƣợc. Trong các yêu cầu chất lượng trên thì để giảm việc mất mát gói tin còn có các cơ chế về truyền thông mạng. Đó có thể là cơ chế khôi phục lỗi trên mạng, giảm thời gian lỗi xảy ra. Làm được điểu đó, gói tin sẽ được truyền thông liên tục, kịp thời. 2.3. Máy chủ luồng – streaming server Máy chủ luồng đóng một vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ video streaming. Để đƣa ra những dịch vụ chất lƣợng cao, máy chủ luồng cần phải xử lý dữ liệu đa phƣơng tiện với sự ràng buộc về thời gian. Ngoài ra, máy chủ luồng cũng cần hỗ trợ các hoạt động điều khiển VCR. Hơn nữa, nó cũng cần cung cấp chức năng truyền thông kiểu đồng bộ. Để làm đƣợc điều đó, thông thƣờng, máy chủ luồng gồm các thành phần sau: - Bộ phiên dịch: Một bộ phiên dịch tham gia vào tầng ứng dụng và các giao thức vận tải đƣợc thực hiện trong máy chủ. Thông qua bộ biên dịch, các máy khách có thể giao tiếp với một máy chủ và nhận nội dung đa phƣơng tiện một cách liên tục và đồng bộ. - Hệ điều hành: Khác với hệ điều hành thông thƣờng, hệ điều hành cho máy chủ luồng cần phải có thời gian thực an toàn cho các ứng dụng luồng. - Hệ lưu trữ: phải hỗ trợ lƣu trữ truyền thông liên tục và có thể truy cập đƣợc. Tiếp theo, ta sẽ mô tả về các cơ chế điều khiển chất lƣợng dịch vụ, là cơ chế thích ứng luồng bit truyền thông theo trạng thái của mạng và yêu cầu chất lƣợng dịch vụ cho nó. 2.4. Điều khiển chất lƣợng tại điểm phát và nhận. Mục đích của điều khiển chất lƣợng dịch vụ tầng ứng dụng là để tránh tắc nghẽn và tối đa hoá chất lƣợng truyền thông trong trƣờng hợp mất mát gói tin. Các công nghệ điều khiển chất lƣợng dịch vụ tầng ứng dụng bao gồm điều khiển tắc nghẽn và điều khiển lỗi. Những công nghệ này đƣợc thực hiện ở các điểm phát và nhận.