Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu công nghệ Streaming và ứng dụng trong thiết bị di động

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:86

Thêm vào BST

Báo xấu

34
lượt xem 6
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đề tài này nghiên cứu các chuẩn mã hóa - code cho các thiết bị di động, các chuẩn giao tiếp cho streaming theo giao thức rtsp, http. Nghiên cứu các thư viện encode open source và các streaming. Nghiên cứu, xây dựng nền tảng streaming để trở thành nền tảng cho các dịch dịch vụ VAS khác. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu công nghệ Streaming và ứng dụng trong thiết bị di động

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN ĐĂNG ĐẠT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ STREAMING VÀ ỨNG DỤNG TRONG THIẾT BỊ DI ĐỘNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN ĐĂNG ĐẠT NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ STREAMING VÀ ỨNG DỤNG TRONG THIẾT BỊ DI ĐỘNG Chuyên Ngành : Khoa Học Máy Tính Mã số : 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Giáo viên hƣớng dẫn: TS. Lê Quang Minh Thái Nguyên 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: - Luận văn này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. - Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực. - Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình. Tác giả Nguyễn Đăng Đạt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
ii MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ................................................................................ iv CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT .................................................................................... vi MỞ ĐẦU ................................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1.GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ STREAMING VÀ TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG MOBILE TV………………………………………..4 1.1 Giới thiệuchungvề công nghệ Streaming ................................................................ 4 1.2 Tổng quan về truyền hình di động Mobile TV ...................................................... 6 1.2.1 Truyền hình di động Mobile TV ................................................................. 6 1.2.2 Các tiêu chuẩn Mobile TV .......................................................................... 8 1.2.3 Một số tài nguyên đối với Mobile TV ......................................................... 9 1.2.4 Công nghệ Broadcast và Unicast đối với Mobile TV ................................. 9 1.2.5 Mobile TV sử dụng công nghệ vô tuyến băng rộng .................................. 10 1.3 Quá trình Video Streaming và Mobile Multimedia ............................................. 11 1.3.1 Quá trình Video Streaming ........................................................................ 11 1.3.2 Mobile Multimedia .................................................................................... 16 1.3.3 Các phần tử của Mobile Multimedia ......................................................... 16 1.4 Các loại tệp định dạng Video Streaming và phần mềm xem Video .................. 17 1.4.1 Các loại tệp định dạng Video Streaming ................................................... 17 1.4.2 Phần mềm xem Video của một số hãng .................................................... 19 CHƢƠNG 2.MÔ HÌNH KIẾN TRÚC HẠ TẦNG KỸ THUẬT CHOSTREAMING TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG…………………………….. 22 2.1 Kiến trúc ứng dụng .................................................................................................. 22 2.2 Mô hình phân lớp ..................................................................................................... 23 2.2.1 Phân hệ Web, WAP ................................................................................... 23 2.2.2 Phân hệ người dùng cuối (Mobile Client) ................................................. 24 2.2.3 Phân hệ Web cho người dùng (Frontend) ................................................. 25 2.2.4 Phân hệ Module dịch vụ MobileTV .......................................................... 26 2.2.5 Phân hệ Streaming ..................................................................................... 26 2.2.6 Phân hệ Xử lý media (Media Process) ...................................................... 29 2.2.7 Phân hệ Quản lý giám sát .......................................................................... 30 2.3 Kiến trúc dữ liệu ...................................................................................................... 31 2.3.1 Các thành phần dữ liệu chính .................................................................... 31 2.3.2 Kiến trúc trao đổi dữ liệu với các hệ thống khác ...................................... 32 2.4 Kiến trúc vật lý (Cơ sở hạ tầng) ............................................................................. 33 2.5 Các giải pháp kiến trúc khác .................................................................................. 35 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iii 2.5.1 Kiến trúc bảo mật ...................................................................................... 35 2.5.2 Kiến trúc sao lưu và phục hồi dữ liệu ........................................................ 35 2.5.3 Các giải pháp đối với các yêu cầu đặc biệt khác ....................................... 36 2.6Xây dựng kiến trúc hệ thống Streaming ................................................................ 36 2.6.1 Mô hình tổng quan hệ thống streaming ..................................................... 36 2.6.2 Phân hệ mã hóa video – mã hóa không trực tuyến (offline encoder) ........ 37 2.6.3 Phân hệ mã hóa trực tuyến (live encode) .................................................. 40 2.6.4 Phân hệ RTSP streaming ........................................................................... 43 2.6.5 Phân hệ streaming theo băng thông mạng - http adaptive streaming ........ 47 2.6.6 Phân hệ streaming theo băng thông mạng - http smooth streaming.......... 49 2.6.7 Mô hình quy hoạch mạng .......................................................................... 49 2.6.8 Mô hình cân bằng tải hệ thống .................................................................. 50 2.6.9 Mô hình triển khai hệ thống ...................................................................... 51 CHƢƠNG 3.ÁP DỤNG HỆ THỐNG STREAMING CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG SỬ DỤNG HỆ ĐIỀU HÀNH ANDROID………………………………………..53 3.1 Giới thiệu hệ thống Streaming Server ................................................................... 53 3.2 Các hệ thống Server Streaming phổ biến.............................................................. 54 3.3 Phân tích yêu cầu ..................................................................................................... 54 3.3.1 Yêu cầu người dùng .................................................................................. 54 3.3.2 Yêu cầu hệ thống ....................................................................................... 55 3.4 Những khó khăn ....................................................................................................... 55 3.5 Giải pháp triển khai 2 Module Vod và Live ......................................................... 55 3.5.1 Module Vod của Wowza Streaming ......................................................... 56 3.5.2 Module Live của Wowza Streaming ......................................................... 64 3.6 Chạy thử và đối chiếu với một số yêu cầu đề ra .................................................. 71 3.6.1 Tìm kiếm ................................................................................................... 71 3.6.2 Cập nhập .................................................................................................... 72 3.6.3 Streaming ................................................................................................... 72 3.6.4 Hướng dẫn cài đặt ...................................................................................... 74 3.6.5 Một số vấn đề ............................................................................................ 75 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 76 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
iv DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1-1: Mô hình Streaming ..................................................................................... 5 Hình 1-2: Hệ thống Video chia làm 6 khối................................................................. 13 Hình1-3: Quick Time .................................................................................................. 20 Hình1-4: Windows Media .......................................................................................... 21 Hình 2-1: Kiến trúc tổng thể hệ thống ........................................................................ 22 Hình 2-2: Mô hình phân lớp phân hệ Web, WAP ...................................................... 23 Hình 2-3: Mô hình phân lớp phân hệ Người dùng cuối. ............................................ 24 Hình 2-4: Mô hình phân lớp phân hệ Web Frontend. ................................................. 25 Hinh 2-5: Mô hình phân lớp phân hệ Mô đun dịch vụ MobileTV. ............................ 26 Hình 2-6: Mô hình phân lớp phân hệ streaming. ........................................................ 27 Hinh 2-7: Mô hình phân lớp phân hệ Xử lý media (Media Process). ........................ 29 Hình 2-8: Mô hình phân hệ Quản lý giám sát. ........................................................... 31 Hình 2-9: Các thành phần dữ liệu hệ thống ................................................................ 32 Hinh 2-10: Kiến trúc vật lý hệ thống .......................................................................... 34 Hinh 2-11: Mô hình tổng quan hệ thốngstreaming ..................................................... 37 Hinh 2-12:Các Module của phân hệ mã hóa VOD ..................................................... 38 Hình 2-14: Biểu đồ luồng phân hệ mã hóa trực tuyến (live encoder) ........................ 42 Hinh 2-15: Xác thực yêu cầu ...................................................................................... 43 Hinh 2-16: Mô hình luồng dữ liệu VOD Streaming ................................................... 44 Hình 2-17: Biểu đồ luồng sự kiện phân hệ VOD Streaming ...................................... 45 Hinh 2-18: Biểu đồ luồng sự kiện phân hệ xem truyền hình (Live Streaming) ......... 46 Hình 2-19: Module đáp ứng yêu cầu .......................................................................... 48 Hình2-20: Mô hình luồng dữ liệu Live Streaming ..................................................... 49 Hinh 2-21: Mô hình quy hoạch mạng ......................................................................... 50 Hình2-22: Mô hình cân bằng tải ................................................................................. 51 Hình 2-23: Mô hình triển khai .................................................................................... 52 Hình 3-1: Khả năng tự điều chỉnh chất lượng video dựa theo tốc độ mạng và theo thiết bị đầu cuối ......................................................................................... 53 Hình 3-2: Hai chức năng chính của Wowza Streaming là Live và Vod .................... 54 Hình 3-3: Mô hình hoạt động của phần mềm ............................................................. 56 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
v Hình 3-4: Các chức năng của phần mềm học tiếng Anh ............................................ 58 Hình 3-5: danh sách Video được lấy về từ website quản lý bài học .......................... 59 Hình 3-6: xem Video được streaming từ module Vod của Wowza server................. 60 Hình 3-7: Giao diện quản lý Vod ............................................................................... 62 Hình 3-8: Cấu hình các giao thức hỗ trợ .................................................................... 63 Hình 3-9: Cấu hình bảo mật ........................................................................................ 64 Hình 3-10: mô hình hoạt động của phần mềm DemoLive ......................................... 65 Hình 3-11: Đăng ký tài khoản .................................................................................... 67 Hình 3-12: Thư viên Video Streaming ....................................................................... 67 Hình 3-13: xem hình ảnh được truyền từ camera lên Wowza thông qua trình duyệt. ...... 70 Hình 3-14: Video thu được từ Camera trên điện thoại ............................................... 70 Hình 3-15: lựa chọn chất lượng Video truyền lên server ........................................... 71 Hình 3-16: Xem hình ảnh Live camera thông qua phần mềm VLC player................ 71 Hình 3-17: Tìm kiếm Video. ...................................................................................... 72 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vi CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Tiếng Anh Thuật ngữ Định nghĩa VOD Video on demand – Video được khách hàng yêu cầu SMPP Short Message Peer to Peer – Tin nhắn được đẩy từ hệ thống MobileTV đếm sms gateway để gửi tới cho khách hàng LIVETV Các kênh Chương trình truyền hình được phát trên hệ thống. SMSC Tổng đài quản lý tin nhắn iVTSS Mô đun streaming cho iPhone/iPad Offline encoder Mô đun mã hóa tệp video cho các dòng điện thoại di động 3G Live encoder Mô đun mã hóa tín hiện truyền hình thành các tín hiệu phú hợp với các dòng điện thoại di động 3G DSS Darwin máy chủ chạy Streaming – Một open source phục vụ cho việc phát triển VTSS mô đun, làm nhiệm vụ phân phát tín hiệu tới các máy điện thoại 3G VTSS Mô đun Streaming cho các dòng điện thoại sử dụng giao thức RTSP để nhận tín hiệu media. CMS Content management system – Hệ thống quản trị nội dung cho phép người quản trị quản lý hệ thống MVC Model – View – Controller: Mô hình phát triển phầm mềm Wap/Wapsite Trang dành cho di động thực hiện truy cập vào hệ thống MobileTV Service Cung cấp các API giao tiếp với cơ sở dữ liệu cho các mô đun trong hệ thống SMS service Cung cấp các API giao tiếp với sms gateway Media Process Khối mã hóa – giản mã tín hiệu để chuyển thành luồng tín hiệu đến khối Streaming. Gồm có offline encoder và live encoder. Streaming Là khối thực hiện giao tiếp với client thực hiện gửi tín hiệu media đến client. HLR Home location register - Thực hiện nhận dạng thuê bao Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
vii Thuật ngữ Định nghĩa 2G/3G M&M Server Mô đun thực hiện giám sát các mô đun trong hệ thống rồi ghi log cảnh báo M&M Client Thực hiện đọc log cảnh báo của M&M Server rồi thực hiện gửi tin nhắn cảnh báo tới người vận hành hệ thống khi có sự cố. Administrator Người quản trị hệ thống Content Provider Nhà cung cấp nội dung số cho hệ thống Profile Thông tin về các chuẩn mã hóa (codec) của các dòng máy điên thoại BCCS Billing and custumer care system – Hệ thống trừ tiền khách hàng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
1 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Hiện nay, mạng viễn thông di động công nghệ streaming đã phát triển chín muồi trên toàn thế giới. Tính trên toàn thế giới, đến cuối năm 2010, số lượng thuê bao di động ước tính vào khoảng trên 5 tỷ, trong đó số lượng thuê bao cũng hơn 500 triệu và con số này đang có xu hướng tăng lên nhanh chóng. Song hành với sự tăng trưởng này là nhu cầu sử dụng các dịch vụ giá trị gia tăng ứng dụng trên hạ tầng mạng di động của thuê bao. Cùng với dịch vụ truy nhập Internet (mobile Internet), Cuộc gọi thấy hình (Video Call), VoIP và Chat (IM), thì dịch vụ Truyền hình streaming (Streaming Video) là một trong những dịch vụ được nhiều thuê bao di động quan tâm và sử dụng. Theo khảo sát, dịch vụ Truyền hình streaming (Video Streaming) là một trong những dịch vụ phổ biến tại Mỹ với các nhà khai thác như Cingular, Alltel, tại Canada có Bell Canada, Rogers và TELUS Mobility, tại Vương Quốc Anh với Orange UK,v.v…với hơn 40 kênh như truyền trực tiếp cũng như Video theo yêu cầu. Doanh thu mang lại từ loại hình dịch vụ này cũng đáng kể, ngay từ những năm 2006, dịch vụ này đã có giá thuê bao là 9,99 USD/1 tháng, giá này có thể tăng lên tùy thuộc vào tốc độ tải dữ liệu đăng ký. Các kênh trong dịch vụ này bao gồm MSNBC, ABC News Now, CNN, Fox News, Fox Sports, ESPN 3GTV, CNBC, CSPAN, kênh Discovery, TLC và một số các kênh khác. Các tổ chức tiêu chuẩn hóa trên thế giới như ISO/IEC, ITU-T, ETSI cũng đã và đang nghiên cứu, xuất bản nhiều tiêu chuẩn liên quan đến dịch vụ truyền hình streaming. Viễn thông Việt Nam đã đến giai đoạn bão hòa về số lượng thuê bao cùng với đó là sự phát triển rầm rộ của các dịch vụ giá trị gia tăng VAS. Hiện nay các công ty viễn thông lớn ở Việt Nam đã được cấp phép để cung cấp dịch vụ 3G cho khách hàng, mở ra cho người dùng khả năng truy xuất với băng thông rộng hơn, dung lượng đường truyền cao hơn. Vấn đề đặt ra là người dùng sẽ được hưởng những dịch vụ mới gì khi sử dụng mạng 3G. Các công ty viễn thông đều có chiến lược xây dựng nội dung và phát triển các dịch vụ VAS trên mạng 3G như: Xem TV, xem phim, nghe nhạc. Video Call … để đáp ứng nhu cầu của khách hàng. Hệ thống truyền hình di động Streaming là một trong những dự án chiến lược của các nhà cung cấp dịch vụ 3G. Mục tiêu của dự án là phát triển hệ thống hoàn chỉnh cho phép người dùng xem LiveTV, VOD, Radio, Istory… cùng với hệ thống quản lý, giám sát và vận hành hệ thống đáp ứng nhu cầu của người dùng cuối và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
2 khách hàng. Hệ thống Streaming bao gồm các phân hệ mã hóa video – offline encode, và mã hóa trực tuyến - live encode và các phân hệ streaming theo giao thức rtsp/http, tiến trình giám sát hệ thống. Hệ thống streaming xây dựng nhằm mục đích phân phối các nội dung số bao gồm cả Video và Kênh LiveTV đảm bảo phục vụ được tất cả khách hàng với các thiết bị di động khác nhau trên thị trường với chất lượng tốt nhất theo băng thông mạng 3G. Với ý nghĩa đó, tác giả chọn đề tài “Nghiên cứu công nghệ Streaming và ứng dụng trong thiết bị di động” để làm đề tài luận văn tốt nghiệp. Mục đích nghiên cứu Việc thực hiện đề tài nói trên nhằm đạt được các mục đích sau:  Nghiên cứu các chuẩn mã hóa - code cho các thiết bị di động, các chuẩn giao tiếp cho streaming theo giao thức rtsp, http.  Nghiên cứu các thư viện encode open source và các streaming  Nghiên cứu, xây dựng nền tảng streaming để trở thành nền tảng cho các dịch dịch vụ VAS khác.  Xây dựng mô hình tổng quát hệ thống streaming, mô hình giao tiếp của các phân hệ trong hệ thống streaming và của hệ thống streaming với các phân hệ khác bên ngoài hệ thống streaming.  Trên cơ sở nghiên cứu nền tảng streaming để có những cải tiến hệ thống để nâng cao hiệu năng và tính năng mới cho hệ thống.  Xây dựng mô hình để đề mô ứng dựng cho thiết bị di động (phần mềm học tiếng Anh). Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu của đề tài chủ yếu liên quan đến việc xây dựng và phát triển nền tảng streaming cho các dịch vụ giá trị gia tăng VAS như:  Xây dựng kiến trúc ứng dụng  Xây dựng kiến trúc dữ liệu  Xây dựng kiến trúc vật lý  Xây dựng mô hình triển khai  Tích hợp hệ thống  Các giải pháp đề xuất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
3 b) Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của đề tài chủ yếu tập trung vào dịch vụ truyền hình di động. Vì đây là dịch vụ mang nhiều nền tảng công nghệ streaming nhất. Các dịch vụ VAS khác thường là tập con của dịch vụ này bằng cách bớt đi các tính năng của dịch vụ này. Phƣơng pháp nghiên cứu Nghiên cứu nền tảng công nghệ Streaming của hệ thống. Sử dụng tổng hợp các phương pháp phân tích thống kê, chuyên gia, tổng hợp, trên cơ sở sử dụng số liệu thống kê và tư liệu của ngành viễn thông nói chung và VAS nói riêng để phân tích, đánh giá, rút ra kết luận cho vấn đề nghiên cứu. Những đóng góp của luận văn Tổng kết và hệ thống hóa các vấn đề lý luân liên quan đến đề tài. Vận dụng lý luận vào phân tích hệ thống streaming từ đó đưa ra các chỉ số hệ thống. Mô tả luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, luận văn được chia thành 3 chương: Chƣơng 1: Giới thiệu về công nghệ Streaming và tổng quan về truyền hình di động Mobile TV  Giới thiệu chung về công nghệ Streaming  Tổng quan về truyền hình di động Mobile TV  Quá trình Video Streaming và Mobile Multimedia  Các loại tệp định dạng Video Streaming và phần mềm xem Video Chƣơng 2: Mô hình kiến trúc hạn tầng kỹ thuật cho Streaming trên thiết bị di động  Kiến trúc ứng dụng  Kiến trúc dữ liệu  Kiến trúc vật lý  Một số phương thức phân luồng Video  Xây dựng kiến trúc hệ thống streaming Chƣơng 3: Áp dụng xây dựng hệ thống xem video trực tuyến trên hệ điều hành Android.  Tổng quan các nghiệp vụ bài toán, khái quát các đặc điểm hệ thống  Cài đặt thử nghiệm và đưa ra kết quả Kết luận và kiến nghị  Tổng kết các vấn đề Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
4  Đưa ra đề xuất hướng phát triển tiếp theo, ứng dụng, cải tiến Tài liệu tham khảo CHƢƠNG 1. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ STREAMING VÀ TỔNG QUAN VỀTRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG MOBILE THÀNH VIÊN 1.1 Giới thiệuchungvề công nghệ Streaming Video là một loại dữ liệu đa phương tiện, chủ yếu phục vụ cho truyền thông hoặc cho nhu cầu giải trí của con người trong nhiều thập niên.Trong thời kỳ đầu video được xử lý và truyền dưới dạng tín hiệu tương tự (analog).Với sự phát triển không ngừng của mạch điện tử và máy tính dẫn đến số hóa Video và mở ra một cuộc cách mạng về nén và truyền thông Video.Sự phát triển và phổ biến của Internet giữa những năm 90 đã định hướng truyền thông Video qua mạng chuyển mạch gói best – effort. Video qua mạng Internet gặp phải rất nhiều yếu tố bất lợi về băng thông, độ trễ và mất gói tin, cùng với một số vấn đề như làm thế nào để chia sẻ tài nguyên mạng giữa các luồng hay làm thế nào có thể triển khai hiệu quả phương thức truyền thông một – nhiều. Từ đó đã có rất nhiều giải pháp được nghiên cứu và phát triển nhằm khắc phục những vấn đề này. Video Streaming được định nghĩa là một “dòng chảy” video, nghĩa là dữ liệu Video được truyền liên tục từ một nguồn đến một đích nào đó thông qua Internet. Video Streaming thường được sử dụng trong lĩnh vực giải trí hoặc dạy học, dùng để lưu trữ các tập tin Video hoặc các bài học, cung cấp cho người dùng các tiện ích như tìm kiếm, liệt kê và khả năng hiển thị hoặc hiển thị lại các dữ liệu Video theo yêu cầu.Với các định dạng tập tin Video truyền thống, dữ liệu chỉ có thể hiển thị khi đã được tải về (download) toàn bộ, vì vậy đối với các tập tin Video chất lượng cao có dung lượng lớn thì công việc này sẽ tiêu tốn rất nhiều thời gian. Video Streaming tiết kiệm thời gian cho người dùng bằng cách sử dụng các công nghệ giải nén kết hợp với hiển thị dữ liệu đồng thời trong lúc vẫn tiếp tục tải Video về. Quá trình này được gọi là kỹ thuật đệm (buffering): - Thay vì được gửi một lần duy nhất, dữ liệu Video Streaming sẽ được chiathành từng gói nhỏ, sau đó liên tục truyền những phần được chia ra. - Ban đầu bên nhận sẽ lấy về một phần chia nhỏ của dữ liệu Video và hiển thị Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
5 những phần Video đã nhận được, đồng thời trong lúc hiển thị các gói dữ liệucòn lại sẽ lần lượt được lấy về để kịp cho việc hiển thị tiếp theo. Hình 1-1: Mô hình Streaming Video Streaming được thể hiện dưới hai dạng: - Video theo yêu cầu (on demand): là các dữ liệu Video được lưu trữ trên máy chủ đa phương tiện và được truyền đến người dùng khi có yêu cầu, ngườidùng có toàn quyền để hiển thị cũng như thực hiện các thao tác (tua, dừng,quay lại…) với các đoạn dữ liệu này. - Video thời gian thực (live event): là các dữ liệu Video được biến đổi trực tiếp từ các nguồn cung cấp dữ liệu theo thời gian thực (máy camera, microphone,thiết bị phát dữ liệu Video…). Streaming Video tiết kiệm thời gian cho người dùng bằng cách sử dụng các công nghệ giải nén kết hợp với “phần mềm đa phương tiện” hiển thị dữ liệu đồng thời với quá trình download (diễn ra song song). Quá trình này được gọi là buffering và có thể được diễn giải là thay vì được gửi một lần duy nhất dữ liệu Streaming sẽ được truyền đi thành các gói nhỏ. Ban đầu “phần mềm đa phương tiện” sẽ lấy về một phần chia nhỏ đó của dữ liệu video trước khi hiển thị, đồng thời trong lúc hiển thị các gói dữ liệu còn lại sẽ lần lượt được lấy về để kịp cho việc hiển thị tiếp theo. Việc truyền các Streaming Video, Audio qua mạng internet sẽ phụ thuộc rất nhiều vào các sản phẩm phần mềm dành cho máy chủ Video/Audio Streaming và máy người dùng Streaming. Trong những năm gần đây có rất nhiều các chuẩn công nghệ Streaming được phát triển với các “phần mềm đa phương tiện”: Emblaze, Liquid Audio, Macromedia Shockwave, Microsoft Windows Media, RealNetworks RealMedia, VDOLive, Vosiac, Audioactive, Apple QuickTime. Một vấn đề lớn được đặt ra cùng với sự phát triển của các công nghệ streaming là sự gia tăng của các định Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
6 dạng dữ liệu riêng và sự không tương thích của chúng. Hiện tại các định dạng Video/Audio Streaming chỉ giới hạn bởi ba công ty được coi là dẫn đầu trong công nghệ Streaming với các sản phẩm: Apple với QuickTime, RealNetworks với RealMedia, và Microsoft với Windows Media. Các hãng này đều cung cấp các bộ công cụ trọn gói gồm máy chủ Streaming (lưu trữ, truyền phát dữ liệu theo các giao thức hỗ trợ ...), “phần mềm đa phương tiện” (hiển thị dữ liệu tại phía người dùng), và công cụ kiến tạo dữ liệu với các chuẩn nén. Công nghệ Streaming sử dụng các giao thức RTP, MMS, HTTP…. để truyền dữ liệu qua mạng Internet, đồng thời sử dụng các chuẩn nén để giảm dung lượng dữ liệu, cung cấp khả năng nén dữ liệu tại nhiều mức nén, nhiều kích thước hiển thị để có thể phù hợp với độ rộng băng thông của nhiều mạng truyền dẫn để tối ưu hoá việc truyền dữ liệu qua mạng. 1.2 Tổng quan về truyền hình di động Mobile TV 1.2.1 Truyền hình di động Mobile TV Truyền hình di động (Mobile TV) là công nghệ mã hoá và truyền dẫn các chương trình truyền hình hoặc Video để có thể thu được trên các thiết bị di động như điện thoại di động, các thiết bị hỗ trợ số cầm tay (PDA), các thiết bị đa phương tiện vô tuyến, các máy điện thoại có khả năng thu tín hiệu truyền hình di động. Đối với Mobile TV, người xem có thể truy nhập các chương trình truyền hình trong khi di chuyển. Các chương trình truyền hình có thể được truyền tải dòng (Streaming) tới máy di động để xem ở tốc độ giống như khi được phát hoặc các chương trình có thể được xem với trễ thời gian hoặc có thể được ghi lại toàn bộ giống như băng cassette Video hoặc đĩa DVD. Mobile TV không chỉ cho phép truyền dẫn một chiều thông thường mà còn cho phép truyền tín hiệu truyền hình tương tác nhờ sử dụng các kênh phản hồi cung cấp bởi mạng tế bào. Các chương trình có thể được phát ở chế độ quảng bá (broadcast) trong một vùng phủ sóng hoặc phát tới một người sử dụng theo yêu cầu (chế độ unicast) hoặc có thể phát tới một nhóm người sử dụng (chế độmulticast). Các công nghệ truyền hình truyền thống được thiết kế đối với các máy thu cố định, có kích thước màn hình lớn trong đó công suất tiêu thụ không là vấn đề quan trọng. Trong khi đó các máy thu di động có công suất pin hạn chế, kích thước màn hình nhỏ, anten nhỏ được tích hợp ở bên trong máy và có bộ nhớ giới hạn, hơn nữa máy thu có thể chuyển động với tốc độ lên tới 200 km/h. Do đó, Mobile TV là công nghệ được thiết kế để đáp ứng được các yêu cầu truyền dẫn tín hiệu truyền hình trong môi trường vô tuyến di động có băng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
7 thông hạn chế, máy thu đầu cuối di động có công suất pin tiêu thụ nhỏ kích thước màn hình nhỏ, và giới hạn về tốc độ làm tươi . Các ảnh hưởng quan trọng của môi trường vô tuyến di động bao gồm truyền dẫn đa đường, fading, và hiệu ứng Doppler; trong khi đó hạn chế của máy thu di động là công suất pin nhỏ và anten tích hợp bên trong có độ tăng ích nhỏ. Các công nghệ Mobile TV đã được phát triển để khắc phục các hạn chế của môi trường truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động cũng như các hạn chế của máy thu tín hiệu truyền hình di động nói trên. Các yêu cầu về mặt công nghệ hỗ trợ việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động là: - Truyền dẫn theo khuôn dạng lý tưởng phù hợp với các thiết bị truyền hình di động, ví dụ các độ phân giải QCIF (176 X 144 pixels), CIF (352 X 288 pixels),hoặc QVGA (320 X 240 pixels) với mã hoá hiệu quả cao; - Công nghệ tiêu thụ công suất thấp; - Thu nhận tín hiệu ổn định khi di động; - Chất lượng hình ảnh rõ nét mặc dù bị tổn hao tín hiệu do fading và hiệu ứng đa đường; - Hỗ trợ di động ở tốc độ lên tới 250 km/h hoặc cao hơn; Hiện nay có hai phương pháp chính để phát tín hiệu truyền hình di động.Phương pháp thứ nhất là phát qua mạng tế bào hai chiều và phương pháp thứ hai là phát qua mạng quảng bá dành riêng, một chiều. Mỗi phương pháp có các ưu nhược điểm riêng: - Phát tín hiệu truyền hình qua mạng tế bào có ưu điểm là sử dụng được cơ sở hạ tầng mạng đã được thiết lập, do đó sẽ giảm chi phí triển khai. Đồng thời, nhà khai thác đã có sẵn thị trường truy nhập tới các thuê bao hiện tại, các thuê bao này chỉ cần đăng ký dịch vụ truyền hình di động mà họ muốn sử dụng.Nhược điểm chính khi phát tín hiệu truyền hình qua các mạng tế bào (2G hoặc 3G) là vấn đề băng thông hạn chế, điều này có thể làm giảm chất lượng các dịch vụ thoại truyền thống. Tốc độ dữ liệu cao của truyền hình di động có thể làm giảm dung lượng của mạng tế bào. Hơn nữa để thu được tín hiệu truyền hình di động máy đầu cuối cũng cần được thay thế và thiết kế lại (các vấn đề như kích thước màn hình, cường độ tín hiệu thu, công suất pin và khả năng xử lý là các vấn đề cần xem xét khi thiết kế máy thu). Nhiều nhà khai thác dịch vụ di động 2G và hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ 3G đang cung cấp dịch vụ video theo yêu cầu và dòng truyền tải video. Các dịch vụ này phát ở chế độ unicast với dung lượng truyền dẫn giới hạn và được xây dựng trên nền các công nghệ sử dụng hệ thống tế bào như GSM , WCDMA hoặc CDMA2000. Một ví dụ về công nghệ được thiết kế trên nền mạng 3G là công nghệ phát dịch vụ broadcast và multicast Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
8 đa phương tiện (M BM S), hệ thống này có thể hoạt động ở chế độ unicast hoặc multicast. MBMS được thiết kế bởi dự án hiệp hội 3G (3GPP) để phát các dịch vụ truyền hình di động qua mạng GSM và mạng WCDMA. M BMS hoạt động ở băng thông 5 M Hz WCDMA, hỗ trợ sáu dịch vụ truyền tải dòng quảng bá thời gian thực, song song, mỗi dịch vụ có tốc độ 128 kbit/s, trên kênh vô tuyến có băng thông 5 MHz. - Các hệ thống Mobile TV dành riêng được thiết kế để tối ưu hoá sự phân phát tín hiệu truyền hình di động. Các hệ thống này có thể phát trên mặt đất, phát qua vệ tinh hoặc kết hợp cả mặt đất và vệ tinh. Một trong những ưu điểm chính của các hệ thống Mobile TV dành riêng là nội dung Mobile TV có thể được phát quảng bá tới nhiều người sử dụng đồng thời. Nhược điểm của các hệ thống này là yêu cầu đầu tư đáng kể vào cơ sở hạ tầng mạng và các lựa chọn nội dung bị hạn chế. Các công nghệ Mobile TV cạnh tranh nhau để đạt được thị phần chia sẻ thị như vậy, Mobile TV được phân loại thành Mobile TV dựa trên các mạng 3G, các mạng quảng bá mặt đất và vệ tinh, và các mạng vô tuyến băng rộng. Đối với mạng 3G, các dịch vụ được chia thành chế độ quảng bá, multicast và chế độ unicast. Tất cả các công nghệ trên đều đang tiếp tục được phát triển do sự phát triển của các dịch vụ truyền hình di động. 1.2.2 Các tiêu chuẩn Mobile TV Mobile TV có khoảng trên 30 loại khuôn dạng file âm thanh gồm dạng các file đơn giản có đuôi .wav, .mpg, Real, QuickTime, Windows M edia 9 và các khuôn dạng file khác. Video có khoảng 25 khuôn dạng khác nhau từ các file Video không nén đến file nén có khuôn dạng M PEG-4, M PEG-4-AVC/H.264. Video có thể có một dải rộng độ phân giải, kích thước khung và tốc độ. Các tiêu chuẩn được sử dụng làm nền tảng chung cho việc phân phát các dịch vụ Mobile TV. Các tiêu chuẩn có thể khác nhau dựa trên công nghệ nhưng đã đạt được sự thống nhất chung. Điều này đòi hỏi các nhóm phải làm việc cùng nhau. Các nhóm này bao gồm các nhà thiết kế chip, các nhà chế tạo để vận hành hệ thống, các nhà thiết kế phần mềm ứng dụng, các nhà thiết kế và sản xuất máy đầu cuối, các nhà phát triển phần mềm, cộng đồng quảng bá tín hiệu truyền hình, các nhà khai thác mạng 3G, và các nhà khai thác tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh. Ngoài ra, việc tiêu chuẩn hoá cũng liên quan đến ngành công nghiệp chế tạo nội dung để thiết kế nội dung âm thanh và Video cho các máy đầu cuối di động, ngành công nghiệp di động tế bào để thiết lập các hệ thống truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động và nhiều ngành công nghiệp khác. Các tiêu chuẩn Mobile TV được tổng kết trong khuyến nghị ITU-R BT.1833, ngoài các tiêu chuẩn trong khuyến nghị này, còn có các công nghệ truyền hình di động đã được tiêu chuẩn hoá và Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
9 được triển khai ở nhiều nước trên thế giới như công nghệ VSB tiên tiến, hệ thống quảng bá đa phương tiện di động ở Trung Quốc (CMM B). 1.2.3 Một số tài nguyên đối với Mobile TV Đối với Mobile TV, một nguồn tài nguyên chung quan trọng là phổ tần số. ỞAnh và Mỹ phổ tần số dành cho truyền hình truyền thống nằm trong dải VHF vàUHF.Ở Anh công ty BT Movio đã sử dụng phổ tần dành cho quảng bá âm thanhsố(DAB) để phát tín hiệu truyền hình di động sử dụng tiêu chuẩn DAB-IP.Ở HànQuốc phổ tần DAB dành cho các dịch vụ vệ tinh được sử dụng để phát dịch vụtruyền hình di động theo khuôn dạng tín hiệu quảng bá đa phương tiện số qua vệtinh (DM B-S). Hàn Quốc cũng cho phép sử dụng phổ tần VHF đểcung cấp dịch vụtruyền hình di động sử dụng công nghệ quảng bá đa phươngtiện số mặt đất (DVBT). Công nghệ quảng bá đa phương tiện số cho các máycầm tay (DVB-H) là mộttiêu chuẩn được thiết kế sử dụng các mạng DVB-T đểphát các dịch vụ DVB-H vàsử dụng chung phổ tần của DVB-T. Ở Mỹ, Modeo,nhà khai thác DVB-H, đã thiếtlập một mạng hoàn toàn mới dựa trên DVB-H sửdụng băng tần L ở 1670 MHz;HiWire, một nhà khai thác khác sử dụng phổ tần700 MHz để phát dịch vụ DVB-H. 1.2.4 Công nghệ Broadcast và Unicast đối với Mobile TV 1.2.4.1 Công nghệ Broadcast Công nghệ cung cấp tới nhiều người sử dụng cùng nội dung ở cùng thời điểm được gọi là broadcast, ví dụ như sự quảng bá tín hiệu truyền hình tươngtự và radio. Công nghệ này có tính cá nhân thấp vì tất cả người sử dụng đềuthuđược cùng nội dung. Tuy nhiên, công nghệ này phù hợp với thị trường vì không bịhạn chế kỹ thuật về số lượng người sử dụng có thể thu nội dung ở cùng thời điểm.Các công nghệ quảng bá phát tín hiệu truyền hình di động gồm: MBMS,DMB-T, DM B-S, DVB-H, ISDB-T, ISDB-S, DAB, DAB-IP và MediaFLO. Nhưvậy, công nghệ quảng bá được sử dụng tốt nhất để phân phát hiệu quả các kênhtruyền hình phổ biến tới số lượng lớn người sử dụng trong một vùng địa lý nhấtđịnh. 1.2.4.2 Công nghệ Unicast Công nghệ cung cấp tín hiệu truyền hình di động theo chế độ một-tới-một được gọi là unicast. Công nghệ này có tính cá nhân cao vì mỗi người sử dụng chỉ xem dòng truyền tải Unicast của mình.Unicast cũng có ưu điểm là các nguồntàinguyên mạng chỉ được sử dụng khi một người sử dụng kích hoạt việc sử dụng dịchvụ.Hơn nữa, với Unicast, mạng có thể tối ưu về mặt truyền dẫn đối với mỗi ngườisử dụng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
10 đơn lẻ. Tuy nhiên các mạng Unicast bị hạn chế về số lượng người sử dụngđược hỗ trợ bởi vì nguồn tài nguyên là hữu hạn vì băng thông hạn chế. Ví dụ, truyềntải dòng video của một sự kiện thể thao như bóng đá, bóng chuyền… có thể đượclựa chọn bởi hàng trăm nghìn người sử dụng, điều này làm cho nguồn tài nguyênmạng bị cạn kiệt.Các tốc độ truyền dẫn ở các mạng tế bào UMTS điển hình là 64kbps (chuyển mạch kênh, CS), hoặc 220-320 kbps (chuyển mạch gói, PS). Cácmạng GPRS cung cấp tốc độ trong khoảng 30-40 kbps (PS), các mạng EDGE có tốcđộ điển hình trong khoảng 100-130 kbps (PS) và HSDPA có thể đạt tốc độ từ 550-1100 kbps (PS). Mặc dù bị giới hạn về băng thông, công nghệ Unicast phù hợp choviệc cung cấp dịch vụ video theo yêu cầu và sự tương tác cho các dịch vụ truyềnhình di động. 1.2.5 Mobile TV sử dụng công nghệ vô tuyến băng rộng 1.2.5.1 Mobile TV sử dụng công nghệ Wifi Các mạng WiFi (802.11x) đã trở nên phổ biến trong việc cung cấp dịch vụ truy nhập Internet. Các mạng WiFi ngày nay đang được sử dụng nhiều trong các khu vực công cộng như các toà nhà, quán càfê, bệnh viện, khách sạn, sân bay…WiFi cho phép truyền dẫn ở tốc độ cao hơn so với các mạng di động. Tiêu chuẩn WiFi 802.11b có thể cung cấp tốc độ lên tới 11 Mbps, trong khi đó tiêu chuẩnWiFi 802.11g tương thích với 802.11b có thể cung cấp tốc độ lên tới 54 Mbps. Dotruyền dẫn dữ liệu ở tốc độ cao, WiFi được xem là một phương thức để truyền dẫntín hiệu truyền hình di động. Với WiFi người sử dụng di động có thể tải các nộidung truyền hình qua Internet sử dụng máy di động cầm tay. Nội dung có thể đượcxem không trực tuyến sau đó. WiFi có chi phí hiệu quả vìkhông yêu cầu giấy phépmạng, và tương đối rẻ để triển khai. Tuy nhiên vẫn còntồn tại các vấn đề cần giảiquyết như chuyển vùng giữa mạng WiFi và các mạngtế bào, vấn đề tính cước… 1.2.5.2 Mobile TV sử dụng công nghệ Wimax Công nghệ WiMAX là công nghệ cho phép truyền dẫn các dịch vụ dữ liệutrong một vùng phủ rộng hơn so với WiFi. WiMAX có thể cung cấp dung lượngcao hơn và do đó đắt hơn so với WiFi. WiM AX rất phù hợp để truyền dẫn Video vànội dung đa phương tiện. WiM AX có thể cung cấp dịch vụ truy nhập Internet vôtuyến tốc độ cao khi máy thu đang chuyển động thậm chí lên tới tốc độ 60 km/h.Các ứng dụng điển hình của WiMAX là âm thanh và Video theo yêu cầu. VớiWiMAX, người sử dụng di động có thể tải về hoặc xem dòng Video trực tiếp khiđang di chuyển trên tàu, ôtô…WiMAX hỗ trợ sự chuyển vùng giữa mạng WiM Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/
11 AXvà các mạng di động, các máy cầm tay di động có thể chuyển từ mạng di động tớicác kết nối vô tuyến. Tuy nhiên, nhược điểm của WiMAX là việc sử dụng dải phổtần số cần được cấp phép, không giống như WiFi.WiMAX có thể cung cấp tốc độcao hơn 20 Mbps và vùng phủ rộng toàn thành phố với một số ít máy phát. WiMAXđược đặc tả bởi hai tiêu chuẩn: WiMAX truy nhập vô tuyến cố định (IEEE 802.16d)có thể cung cấp tốc độ dữ liệu trong khoảng70-100 M bps. IEEE 802.16d sử dụngcông nghệ điều chế OFDM đa sóng mang (256 sóng mang) và kỹ thuật truy nhậpOFDMA với 2048 sóng mang để khắc phục các ảnh hưởng của fading đa đường vàfading chọn lọc theo tần số. WiMAX truy nhập vô tuyến cố định đã được triển khaiở Châu Âu, Mỹ, Singapore, Hồng Kông và nhiều nước khác. Trong khi đó WiMAXdi động (IEEE 802.16e) sử dụng điều chế OFDMA có thể cung cấp tốc độ dữ liệulên tới 15 Mbps trong phạm vi 10 km, cho phép máy cầm tay di chuyển ở tốc độ lêntới 150 km/h. WiMAX di động là công nghệ tiềm năng cung cấp các dịch vụ đaphương tiện với các lý do sau: - Đa số các công nghệ phân phát đa phương tiện di động dựa trên chế độ IPUnicast hoặc Multicast, ví dụ như các dịch vụ MBM S multicast; DVB-H với IP datacasting; DAB-IP… - Các công nghệ WiMAX cung cấp môi trường để phân phát dịch vụ đa phương tiện trên nền IP, và được xem là công nghệ tiềm năng khi phổ tần của cácmạng 3G và DVB-H hạn hẹp. - Các máy điện thoại di động đã bắt đầu cung cấp các giao diện WiFi (802.16b), WiMAX hoặc WiBro (tiêu chuẩn vô tuyến băng rộng được phát triển bởiViện nghiên cứu điện tử và viễn thông Hàn Quốc ETRI). - Các ứng dụng khả dụng có thể cung cấp dịch vụ Mobile TV trên nền WiMAX hoặc vô tuyến băng rộng với sự tương thích toàn cầu. Ưu điểm của WiMAX và WiFi là chúng đều cung cấp chế độ Unicast điểmtới-điểm cũng như phát nội dung quảng bá trong một mạng. Điều này làm cho WiMAX và WiFi phù hợp để cung cấp các dịch vụ quảng bá truyền hình di động,truyền tải dòng Video và Video theo yêu cầu với sự tương tác đối với người sử dụng di động. 1.3 Quá trình Video Streaming và Mobile Multimedia 1.3.1 Quá trình Video Streaming Với Video Streaming máy tính của người sử dụng không phải tải toàn bộ Video Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/