Bài giảng Công nghệ Multimedia chuyên ngành truyền thông và xử lý tin

1Công nghệ MULTIMEDIA
Chuyên ngành Truyền thông và Xử lý tin
TS. Nguyễn Linh Giang
giangnl@it-hut.edu.vn
giangnl@gmail.com
Khoa Công nghệ Thông tin
Bộ môn Truyền thông và Mạng máy tính
2Công nghệ MULTIMEDIA
1. Những khái niệm cơ bản của Multimedia
2. Các dạng dữ liệu của Multimedia
3. Môi trường Multimedia
4. Mô hình hoá và lưu trữ thông tin Multimedia
5. Nén dữ liệu Multimedia
6. Tổ chức tìm kiếm thông tin Multimedia
7. Truyền thông Multimedia
8. Một số ứng dụng tiên tiến của Multimedia
37.Truyền thông Multimedia

 Ứng dụng truyền thông ða phương tiện.

 Mạng ða phương tiện.

 Các giao thức truyền thông thời gian thực.

 Multicast

 QoS
4øng dông c«ng nghÖ §a ph−¬ng tiÖn

 Video qu¶ng b¸
 Kh¶ n¨ng l−u tr÷ vµ tr×nh diÔn video cña c¸c Multimedia 
server
 ¦u ®iÓm cña Multimedia server so víi kü thuËt ghi b¨ng

 Video theo yªu cÇu VOD ( video on demand )
 VOD ph¶i cã kh¶ n¨ng ®¸p øng sè l−îng lín c¸c yªu cÇu xem
video ph©n t¸n.
 Hai øng dông VOD gia ®×nh vµ VOD ®µo t¹o.
5
 VOD gia ®×nh:
 Kh¸ch hµng cã thÓ lùa chän, xem video trùc tuyÕn, thùc
hiÖn c¸c thao t¸c víi video.
 ViÖc cho phÐp lùa chän video dÉn ®Õn sù cÇn thiÕt duy tr×
c¸c luång ph©n phèi riªng rÏ cho tõng client

 VOD ®µo t¹o:
 HÖ thèng VOD sö dông bëi c¸c tr−êng cung cÊp dÞch vô
®µo t¹o qua m¹ng.
øng dông c«ng nghÖ §a ph−¬ng tiÖn
6M«i tr−êng m¹ng §a ph−¬ng tiÖn

 M«i tr−êng ph©n phèi §a ph−¬ng tiÖn




Compressed data
Compressed data
Compressed data
Multimedia Server
Network
End-to-end protocols
End-to-end protocols
End-to-end protocols
Môi trường phân phối dữ liệu ða phương tiện
7
 Giao tiÕp ng−êi sö dông.
 Cho phÐp lùa chän c¸c ch−¬ng tr×nh tr×nh diÔn
multimedia.
 Xö lý c¸c lÖnh tõ ng−êi sö dông.
 Duy tr× kªnh giao tiÕp qua lÖnh tõ user ®Õn server.

 Truy xuÊt d÷ liÖu §a ph−¬ng tiÖn
 Hç trî qu¸ tr×nh truy xuÊt d÷ liÖu §a ph−¬ng tiÖn.
 Hç trî qu¸ tr×nh cÊp ph¸t b¨ng th«ng theo quyÒn vµ
møc ®é −u tiªn cña ng−êi sö dông dÞch vô.
M«i tr−êng m¹ng §a ph−¬ng tiÖn
8
 Göi, nhËn Video vµ Audio
 D÷ liÖu göi ®i d−íi d¹ng nÐn vµ ®−îc gi¶i nÐn khi nhËn.

 Thùc hiÖn b»ng phÇn cøng chuyªn dông hoÆc phÇn mÒm
 Víi adapter chuyªn dông chÊt l−îng cña ¶nh nÐn t−¬ng
®èi cao

 M«i tr−êng client:
 HÖ thèng client t−¬ng t¸c trùc tiÕp víi ng−êi sö dông.
 Nh÷ng øng dông kh¸c nhau cã hÖ thèng client kh¸c
nhau, víi c¸c chøc n¨ng c¬ b¶n kh¸c nhau.
M«i tr−êng m¹ng §a ph−¬ng tiÖn
9
 M«i tr−êng m¹ng.
 M¹ng truyÒn th«ng §a ph−¬ng tiÖn ph¶i ®¸p øng nh÷ng
yªu cÇu:

 Ph¶i cã nh÷ng c¬ chÕ truyÒn dÉn thÝch hîp ®Ó truyÒn t¶i yªu cÇu
vµ d÷ liÖu §a ph−¬ng tiÖn.

 D÷ liÖu §a ph−¬ng tiÖn ph¶i ®−îc ph©n phèi víi chÊt l−îng phô
thuéc yªu cÇu.
 C¸c c«ng nghÖ m¹ng hç trî truyÒn th«ng §a ph−¬ng tiÖn

 C¸c c«ng nghÖ m¹ng b¨ng réng.
M«i tr−êng m¹ng §a ph−¬ng tiÖn
10

 HÖ thèng thêi gian thùc
 HÖ thèng trong ®ã ho¹t ®éng phô thuéc vµo:

 Cho kÕt qu¶ ®óng ®¾n

 §−a ra kÕt qu¶ ®óng thêi ®iÓm.
 §Æc ®iÓm cña hÖ thêi gian thùc

 C¸c sù kiÖn bªn trong vµ bªn ngoµi cã thÓ x¶y ra mét c¸ch
®Þnh kú hoÆc tù ph¸t.

 Ho¹t ®éng hÖ thèng phô thuéc vµo viÖc ®¸p øng c¸c rµng
buéc thêi gian.
TruyÒn th«ng ®a ph−¬ng tiÖn thêi gian thùc
11
 C¸c yªu cÇu ®èi víi hÖ thêi gian thùc

 X¸c ®Þnh ®−îc hµnh vi tuú theo ®Æc t¶

 C¸c kÕt qu¶ tho¶ m·n yªu cÇu ®Æt ra.

 Cã thÓ dù ®o¸n ®−îc c¸c sù kiÖn bÊt ngê.

 Cã thÓ lËp lÞch ®Çy ®ñ.

 Cã khả năng æn ®Þnh trong c¸c ®iÒu kiÖn qu¸ t¶i.

 HÖ thèng ®a ph−¬ng tiÖn
 Cung cÊp tÝch hîp c¸c chøc năng l−u trữ, truyÒn dÉn vµ tr×nh
diÔn c¸c d¹ng d÷ liÖu rêi r¹c (v¨n bản, ®å ho¹, ảnh tÜnh) vµ
liªn tôc (audio, video ) trªn m¸y tÝnh sè.
TruyÒn th«ng ®a ph−¬ng tiÖn thêi gian
thùc
12
C¸c giao thøc truyÒn th«ng
thêi gian thùc
IP
TCP UDP
H.323 SIP RTSP RSVP RTPRTCP
ðặt trước ðo lường
Vận chuyển ðPTQoSCác giao thức báo
hiệu thoại internet
Các giao thức thời gian thực
13
Các giao thức truyền thông
ða phương tiện

 Giao thức vận chuyển thời gian thực
(Real Time Protocol - RTP)

 Giao thức điều khiển thời gian thực
(Real Time Control Protocol – RTCP )

 Giao thức đặt trước tài nguyên
(Resourse Reservation Protocol - RSVP)

 Giao thức truyền dòng thời gian thực
(Real Time Streaming Protocol - RTSP)
14
Giao thức RTP

 Giao thức RTP
 Là giao thức Internet để vận chuyển dữ liệu ða
phương tiện thời gian thực ( Video, Audio ).
 Là giao thức phía trên UDP.

 Chức năng của RTP
 Cung cấp các dịch vụ chuyển dữ liệu thời gian
thực đầu cuối.

 Xác định dạng tải payload, Số thứ tự (sequence 
numbering), nhãn thời gian và giám sát quá trình
phân phối.
15
o UDP không có khả năng
phát hiện mất gói và khôi
phục tính tuần tự của gói.
o RTP giải quyết được vấn
đề này (bằng cách sử
dụng số thứ tự, nhãn thời
gian).
o RTP cung cấp cấu trúc
phù hợp để sử dụng cùng
với các giao thức QoS.
IP
Media Application
RTP
UDP
Data Link
Physical
Giao thức RTP
16
Physical
Data Link
IP
UDP
RTP
Application
1-PDU
Frame
IP Datagram
UDP Segment
RTP Packet
Media Chunk
1-PDU
Frame
IP Datagram
UDP Segment
RTP Packet
Media Chunk
IP Header UDP Header
RTP
Header RTP Payload
Giao tiếp sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực.
ðóng gói RTP trong gói IP
Giao thức RTP: 
ðóng gói giao thức
17
Giao thức RTCP

 Chức năng của RTCP
 Giao thức internet để giám sát chất lượng dịch vụ và để
khảo sát các thông tin về các đối tượng tham gia trong
một phiên đang diễn ra.
 Làm việc liên kết với RTP.
 Mỗi đối tượng tham gia trong phiên RTP định kỳ gửi gói tin 
điều khiển RTCP tới tất cả các bên tham dự.
 Thông tin phản hồi có thể được sử dụng để điều khiển
hiệu năng.
 Bên gửi có thể thay đổi quá trình truyền dựa vào thông tin 
phản hồi.
 Mỗi gói RTCP chứa các thông báo của bên gửi và /hoặc
bên nhận.
 Số liệu thống kê bao gồm số lượng gói được gửi, số lượng
gói mất ,jitter bên trong ...
18
Giao thức RSVP

 Là giao thức điều khiển mạng cho phép
bên nhận yêu cầu chất lượng dịch vụ đầu
cuối cho dòng dữ liệu.

 Các đặc điểm cơ bản:
 ðặt trước đơn giản: Chỉ đặt trước một chiều
 Bên nhận định hướng ví dụ : Bên nhận dòng dữ
liệu khởi tạo và duy trì tài nguyên đặt trước sử
dụng cho dòng dữ liệu đó. 
19
Giao thức RSVP.
Bản tin PATH (hướng về).
 Phân phối thông tin lưu lượng
nguồn.
 Tập hợp thông tin đường đi.
 Thiết lập các trạng thái cần thiết.
Bản tin RESV (hướng đi).
 ðược chuyển theo đường đi đã dự
trù bằng thông điệp PATH
 Chỉ định yêu cầu tài nguyên.
 Thiết lập trạng thái trong đường đi.
20
Các thành phần của RSVP
21
Giao thức dòng thời gian thực
Real-time Streaming Protocol (RTSP)

 Chức năng của RTSP: 
 Cho phép chương trình đa phương tiện điều khiển
truyền tải dòng dữ liệu đa phương tiện (ví dụ : 
tạm dừng/tiếp tục, định vị lại vị trí phát, tua
nhanh, tua lại ).
 Lấy dữ liệu đa phương tiện từ máy chủ .
 Yêu cầu máy chủ đưa thêm dữ liệu đa phương tiện
trong một phiên đang làm việc.
 Ghi lại nội dung thảo luận.
22
Mối quan hệ giữa
RTP, RTCP và RTSP

 RTP là một giao thức vận chuyển dùng để chuyển các dữ liệu
thời gian thực, bao gồm các luồng dữ liệu âm thanh và video.

 RTCP là một phần của RTP và có sự hỗ trợ việc quản lý chất
lượng QoS.

 RTSP là một giao thức điều khiển cho việc khởi tạo định hướng
việc vận chuyển các dòng dữ liệu đa phương tiện từ máy chủ đa
phương tiện.

 RTSP không chuyển dữ liệu, mặc dù kết nối RTSP có thể được
sử dụng để tạo đường hầm lưu lượng RTP nhằm sử dụng để vượt
qua với tường lửa và các thiết bị mạng khác.

 RTP và RTSP được sử dụng cùng nhau trong nhiều hệ thống và
không thể tách rời. ðặc điểm kỹ thuật của RTSP chứa các nội
dung chi tiêts liên quan đến việc sử dụng RTP.
23
Multicast

 Broadcast: 
 Là phương pháp gửi luồng dữ liệu đến tất cả
những người sử dụng kết nối vào mạng.

 Multicast: 
 Là phương pháp gửi một luồng dữ liệu từ
một nguồn đến một nhóm các trạm nhận. 
 ðịa chỉ multicast

 Trong Ipv4, là các địa chỉ ở lớp D từ
224.0.0.0 đến 239.255.255.255. 

 Không xác định một host(unicast).

 Xác định một nhóm multicast ở một
khoảng thời gian.
24
Nhóm Multicast
 Một trạm bất kỳ có thể tham gia vào
nhóm multicast mà không cần phải xác
thực.
 Một trạm có thể thuộc vào nhiều nhóm
khác nhau không hạn chế.
 Một nguồn bất kỳ có thể gửi thông tin đến
nhóm multicast không nhất thiết phải
thuộc nhóm.
25
ðịnh tuyến trong multicast

 ðịnh tuyến trong unicast.
 ðịnh tuyến là tìm đường đi trong
mạng với chi phí hoặc trễ tối thiểu. 
 Sử dụng các giải thuật tìm đường đi
ngắn nhất. 

 Giải thuật Dijkstra

 Bellman –Ford

 Các giải thuật này thực hiện tìm đường
đi tối ưu (chi phí hoặc trễ) nhất từ trạm
gửi đến một nút khác trên mạng. 
26

 ðịnh tuyến trong multicast.
 Một liên mạng có thể được mô hình hoá bằng đồ thị
có hướng, G=(V,E).
 M: là nhóm multicast, M là tập con của V.
 Bài toán tìm đường multicast:

 Tìm ra một hoặc nhiều đồ thị con của G chứa đường
đi đến tất cả các nút trong M. 

 M là tập con của V do đó giải thuật tối ưu là rất
phức tạp. Ví dụ: tìm Steiner tree là bài toán NP đầy
đủ. 

 Nếu M bằng V, lúc đó bài toán là giải được với thời
gian đa thức. 
ðịnh tuyến trong multicast
27
ðảm bảo chất lượng trong
mạng Muticast
28
ðảm bảo chất lượng
øng dông
HÖ thèng
- TÝnh to¸n
- Dµnh tµi nguyªn
- LËp lÞch
Yªu cÇu
ðảm bảo
29
®¶m b¶o chÊt l−îng
Mô hình lớp QoS
User
Application
File system Local processing Transport system
MM system
......
.
......
.
30
TrÔ
MÊt gãi tin (§é tin cËy)
B¨ng th«ng
§¶m b¶o chÊt l−îng

C¸c tham sè QoS
 Thêi gian trÔ
 B¨ng th«ng
 Tû lÖ mÊt gãi
 Jitter
31
X¸c ®Þnh QoS.
X¸c ®Þnh QoS yªu cÇu vµ QoS mong muèn cña øng dông.
QoS
yªu 
cÇu
QoS mong
muèn
QoS tåi QoS chÊp
nhËn ®−îc
QoS tèt
®¶m b¶o chÊt l−îng
32
C¸c th«ng sè cña ®¶m b¶o chÊt l−îng

 TÝnh æn ®Þnh vµ kh¶ n¨ng tíi ®Ých
 Kh¶ n¨ng kÕt nèi vµ tíi ®Ých trong mét kho¶ng thêi gian x¸c
®Þnh sù æn ®Þnh cña m¹ng. 
 KÕt nèi ®−îc gi÷a hai hÖ thèng ®Çu cuèi cã nghÜa lµ cã thÓ
truyÒn d÷ liÖu gi÷a hai hÖ thèng nµy víi chÊt l−îng tèt nhÊt
 Kh¶ n¨ng tíi ®Ých cña m¹ng Multicast chÞu ¶nh h−ëng

 Tõ sù phøc t¹p cña giao thøc ®Þnh tuyÕn vµ h¹n chÕ kinh
nghiÖm cña qu¶n trÞ m¹ng vÒ nh÷ng kü thuËt nµy. 

 Mét vÊn ®Ò kh¸c lµ sù kh«ng t−¬ng thÝch gi÷a c¸c thiÕt bÞ
cña c¸c nhµ s¶n xuÊt kh¸c nhau vµ thªm vµo ®ã lµ sù
kh«ng hoµn thiÖn cña métchång c¸c giao thøc.
33
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng

 Sù æn ®Þnh m¹ng liªn quan chÆt chÏ ®Õn kh¶ n¨ng kªt
snèi

 TÊt cả c¸c thö nghiÖm QoS th−êng b¾t ®Çu víi viÖc
kiÓm tra khả năng kÕt nèi. 

 Mét hÖ thèng s½n sµng cao, yªu cÇu sù æn ®Þnh gÇn
b»ng 100%.
34
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng

 TrÔ truyÒn dÉn
 TrÔ truyÒn dÉn lµ kho¶ng thêi gian tÝnh tõ lóc bªn
ph¸t truyÒn mét gãi tin ®i ®Õn khi bªn thu nhËn
thµnh c«ng gãi tin nµy. 
 ðo ®é trÔ cÇn ph©n biÖt trÔ mét h−íng(One – Way 
– Delay: OWD) vµ trÓ hai h−íng (Round – Trip -
Time)
35
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng
36
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng
 TrÔ mét h−íng (OWD:One – Way –
Delay ) 
37
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng
 TrÔ truyÒn dÉn hai
h−íng(Round-Trip-
Time:RTT)

 tA0 = tsent, 

 tB1 = trcvd, 

 tB1 = tsent’, 

 tA3 = trcvd’

 Round-Trip-Time ∆tRTT
®−îc tÝnh nh− sau: 
∆tRTT = ∆tOWD’+∆tOWD = 
= trcvd’ - tsent
38
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng

 Jitter (Delay variation)
 Sù biÕn ®æi vÒ thêi gian tíi gi÷a c¸c gãi tin t¹i n¬i
nhËn ®−îc gäi lµ Jitter. 
 Theo ph−¬ng ph¸p ®o, Jitter cã nh÷ng c¸ch x¸c
®Þnh kh¸c nhau. Cã hai h−íng tiÕp cËn ®Ó ®o vµ x¸c
®Þnh Jitter nh− sau:

 Theo trÔ truyÒn dÉn.

 Theo thêi gian nhËn.
39
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng
 Sù thay ®æi cña trÔ truyÒn dÉn: −íc l−îng Jitter

 §o trÔ truyÒn dÉn ®−îc thùc hiÓn trong mét kho¶ng
thêi gian x¸c ®Þnh.

 Jitter ®−îc tÝnh nh− lµ ®é lÖch cùc ®¹i cña trÔ truyÒn
dÉn xung quanh gi¸ trÞ trung b×nh. 

 Th«ng th−êng, Jitter ®−îc tÝnh b»ng c¸ch sö dông
phÐp ®o trÔ truyÒn dÉn mét h−íng. 
40
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng
 Sù thay ®æi gi÷a c¸c thêi ®iÓm tíi ®Ých: 

 PhÝa nhËn ®o kho¶ng thêi gian gi÷a nh÷ng lÇn nhËn gãi tin. 

 Jitter cã thÓ ®−îc tÝnh b»ng gi¸ trÞ cùc ®¹i cña ®é lÖch thêi
gian tíi so víi gi¸ trÞ trung b×nh xÐt trong mét kho¶ng thêi
gian x¸c ®Þnh.
41
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng

 Tû lÖ mÊt gãi tin
 Tû lÖ mÊt gãi tin lµ sè l−îng gãi tin bÞ mÊt trong
mét kho¶ng thêi gian x¸c ®Þnh.
 Tû lÖ mÊt gãi tin g©y ra:

 Mét sè ch−¬ng tr×nh øng dông sÏ kh«ng thùc hiÖn tèt
nÕu tû lÖ mÊt gãi tin lín h¬n mét gi¸ trÞ ng−ìng.

 MÊt gãi tin qu¸ nhiÒu sÏ g©y nªn khã kh¨n cho mét
ch−¬ng tr×nh øng dông ®a ph−îng tiÖn.

 Sè l−îng gãi tin bÞ mÊt cµng lín th× cµng khã kh¨n
cho giao thøc tÇng giao vËn duy tr× ®−îc b¨ng th«ng
truyÒn cao.
42
C¸c th«ng sè ®¶m b¶o chÊt l−îng

 Tû lÖ s¾p xÕp l¹i vµ trïng lÆp c¸c gãi tin
 T¹i ®Ých c¸c gãi tin ®Õn kh«ng ®óng nh− trËt tù mong
muèn. 
 Trïng lÆp c¸c gãi tin lµ kÕt qu¶ cña ®Þnh tuyÕn lÆp l¹i 
hoÆc cã nhiÒu ®−êng ®i tíi ®Ých. 
 Mét nguyªn nh©n kh¸c cña trïng lÆp gãi tin:

 sö dông nhiÒu bé ®Þnh tuyÕn ®Ó nhËn ®−îc kh¶ n¨ng dù
phßng cao. 

 NÕu c¸c bé ®Þnh tuyÕn kh«ng ®−îc cÊu h×nh tèt th× trïng lÆp
gãi tin cã thÓ x¶y ra ®èi víi tÊt c¶ c¸c truyÒn dÉn multicast.