NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI PHÂN BỔ BĂNG THÔNG CHO STREAMING VIDEO VBR QUA HTTP

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI PHÂN BỔ
BĂNG THÔNG CHO STREAMING VIDEO VBR
QUA HTTP


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU VÀ TRIỂN KHAI PHÂN BỔ
BĂNG THÔNG CHO STREAMING VIDEO VBR
QUA HTTP

ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dùng cho giảng viên hướng dẫn)

Tên giảng viên đánh giá:.................................................................................................
Họ và tên Sinh viên:......................................................MSSV:.....................................
Tên đồ án:.......................................................................................................................
........................................................................................................................................
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả

1

2

3

4

5

thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng dụng
của đồ án
2

Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế)

1

2

3

4

5

3

Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề

1

2

3

4

5

4

Có kết quả mơ phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)

5

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện
dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống

6

Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều
được phân tích và đánh giá thỏa đáng.


7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả đạt

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất
hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai.
Kỹ năng viết quyển đồ án (10)
8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và đẹp
mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự và
được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu cách sau dấu
chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận chương, có liệt kê tài
liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

9

Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận
logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải SVNC

5

khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong
nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh sáng chế
10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên nghiên cứu

2

khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích
trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về chun ngành như TI
contest.
10c

Khơng có thành tích về nghiên cứu khoa học

Điểm tổng

0
/50

Điểm tổng quy đổi về thang 10

Nhận xét khác (về thái độ và tinh thần làm việc của sinh viên)
........................................................................................................................................


........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

Ngày: … / … / 20…
Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)


ĐÁNH GIÁ QUYỂN ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
(Dùng cho cán bộ phản biện)

Giảng viên đánh giá:.......................................................................................................
Họ và tên sinh viên:....................................................... MSSV:....................................
Tên đồ án:.......................................................................................................................
........................................................................................................................................
Chọn các mức điểm phù hợp cho sinh viên trình bày theo các tiêu chí dưới đây:
Rất kém (1); Kém (2); Đạt (3); Giỏi (4); Xuất sắc (5)

Có sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành (20)
1

Nêu rõ tính cấp thiết và quan trọng của đề tài, các vấn đề và các giả

1

2

3

4

5

thuyết (bao gồm mục đích và tính phù hợp) cũng như phạm vi ứng dụng
của đồ án
2

Cập nhật kết quả nghiên cứu gần đây nhất (trong nước/quốc tế)

1

2

3

4

5

3

Nêu rõ và chi tiết phương pháp nghiên cứu/giải quyết vấn đề

1

2

3

4

5

4

Có kết quả mơ phỏng/thưc nghiệm và trình bày rõ ràng kết quả đạt được

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

Có khả năng phân tích và đánh giá kết quả (15)
5

Kế hoạch làm việc rõ ràng bao gồm mục tiêu và phương pháp thực hiện
dựa trên kết quả nghiên cứu lý thuyết một cách có hệ thống

6

Kết quả được trình bày một cách logic và dễ hiểu, tất cả kết quả đều
được phân tích và đánh giá thỏa đáng.


7

Trong phần kết luận, tác giả chỉ rõ sự khác biệt (nếu có) giữa kết quả đạt

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

1

2

3

4

5

được và mục tiêu ban đầu đề ra đồng thời cung cấp lập luận để đề xuất
hướng giải quyết có thể thực hiện trong tương lai.
Kỹ năng viết quyển đồ án (10)
8

Đồ án trình bày đúng mẫu quy định với cấu trúc các chương logic và đẹp
mắt (bảng biểu, hình ảnh rõ ràng, có tiêu đề, được đánh số thứ tự và
được giải thích hay đề cập đến trong đồ án, có căn lề, dấu cách sau dấu
chấm, dấu phẩy v.v), có mở đầu chương và kết luận chương, có liệt kê tài
liệu tham khảo và có trích dẫn đúng quy định

9

Kỹ năng viết xuất sắc (cấu trúc câu chuẩn, văn phong khoa học, lập luận
logic và có cơ sở, từ vựng sử dụng phù hợp v.v.)

Thành tựu nghiên cứu khoa học (5) (chọn 1 trong 3 trường hợp)
10a

Có bài báo khoa học được đăng hoặc chấp nhận đăng/đạt giải SVNC

5

khoa học giải 3 cấp Viện trở lên/các giải thưởng khoa học (quốc tế/trong
nước) từ giải 3 trở lên/ Có đăng ký bằng phát minh sáng chế
10b

Được báo cáo tại hội đồng cấp Viện trong hội nghị sinh viên nghiên cứu

2

khoa học nhưng không đạt giải từ giải 3 trở lên/Đạt giải khuyến khích
trong các kỳ thi quốc gia và quốc tế khác về chun ngành như TI
contest.
10c

Khơng có thành tích về nghiên cứu khoa học

Điểm tổng

0
/50

Điểm tổng quy đổi về thang 10

Nhận xét khác của cán bộ phản biện
........................................................................................................................................


........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................
........................................................................................................................................

Ngày: … / … / 20…
Người nhận xét
(Ký và ghi rõ họ tên)

LỜI NĨI ĐẦU

Có thể thấy xem video là một hình thức giải trí khơng thể thiếu trong cuộc sống
ngày nay. Các video có nội dung phong phú có sẵn trên khắp các trang mạng xã hội, số
lượng người xem video theo nhu cầu tăng lên mạnh mẽ. Đứng ở phía người dùng em
ln mong muốn được xem video có chất lượng tốt nhất, tuy nhiên có những lúc mạng
Internet khơng cho phép làm được điều đó. Do học ngành Điện tử - Truyền thơng có
những kiến thức về mạng máy tính, đa phương tiện, lập trình…, cùng với hứng thú tìm
hiểu về truyền thơng đa phương tiện và được sự gợi ý đề tài từ Cô Nguyễn Thị Kim
Thoa em đã tìm hiểu, nghiên cứu và triển khai các thuật tốn thích ứng chất lượng
video nhằm nâng cao chất lượng video để người dùng có trải nghiệm tốt hơn. Từ kết
quả đó, em đã xây dựng và triển khai các thuật tốn phân cấp nhiều mức băng thơng
cho video ứng với các mức chất lượng tốt nhất tạo dữ liệu đầu vào để phân bổ băng
thông cho một số hệ thống streaming đồng thời nhiều video có tốc độ bit biến đổi
nhằm sử dụng băng thông hợp lý, cải thiện chất lượng dịch vụ và trải nghiệm của
người xem. Mang lại cho người dùng cuối cảm nhận về chất lượng video tốt hơn so
với việc streaming video thông thường với cùng một băng thơng đường truyền.
Trong q trình thực hiện đề tài này, tuy đã rất cố gắng nhưng do hạn chế về mặt
thời gian, kiến thức cũng như kinh nghiệm thực tế nên khơng tránh khỏi những thiếu
sót. Em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của Thầy, Cơ và các bạn để đề tài
được hồn thiện hơn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành cảm ơn Th.S Nguyễn Thị Kim Thoa người đã
trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em về mặt kiến thức, kỹ năng và luôn tạo điều
kiện làm việc cho em trong suốt quá trình thực hiện đồ án. Đồng thời em cũng xin gửi
lời cảm ơn tới các thành viên của phịng thí nghiệm ESRC đã ln đồng hành, giúp đỡ
em trong những lúc khó khăn khi thực hiện đồ án này.

Hà Nội, tháng 6 năm 2019.

Người thực hiện

Nguyễn Trọng Vinh


LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Nguyễn Trọng Vinh, mã số sinh viên 20145271, khoá K59, sinh viên viện
Điện tử - Truyền Thông, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Người hướng dẫn là Ths.
Nguyễn Thị Kim Thoa. Tôi xin cam đoan tồn bộ nội dung được trình bày trong đồ án
Nghiên cứu và triển khai thuật tốn phân bổ băng thơng cho hệ thống streaming nhiều
video VBR qua HTTP là kết quả q trình tìm hiểu và nghiên cứu của tơi. Các dữ liệu
được nêu trong đồ án là hoàn toàn trung thực, phản ánh đúng kết quả thực nghiệm
được triển khai. Mọi thơng tin trích dẫn đều tn thủ các quy định về sở hữu trí tuệ;
các tài liệu tham khảo được liệt kê rõ ràng. Tơi xin chịu hồn toàn trách nhiệm với
những nội dung được viết trong đồ án này.

Hà nội, ngày 05 tháng 06 năm 2019
Người cam đoan

Nguyễn Trọng Vinh


MỤC LỤC


DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

CBR

Constant BitRate

CDN

Content Distributiion Network

DNS

Domain Name System

FTP

File Transfer Protocol

HAS

HTTP Adaptive Streaming

HTTP

HyperText Transfer Protocol

IPTV

Internet Protocol TV

MPD

Media Present Description

MPEG

Moving Picture Experts Group

QoE

Quality of Experience

QP

Quantization Parameter

RFC

Request for Comments

RTCP

Real-Time Control Protocol

RTP

Real-time Transport Protocol

TCP

Transport Control Protocol

TFTP

Trivial File Transfer Protocol

UDP

User Datagram Protocol

24


VBR

Variable BitRate

VoD

Video on Demand

DASH

Dynamic Adaptive Streaming over HTTP

25


DANH MỤC HÌNH VẼ

26


DANH MỤC BẢNG BIỂU

27


TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Những năm gần đây, dịch vụ streaming video có nhu cầu ngày càng cao đối với
video có chất lượng cao. Nhờ có sự phát triển mạnh của Internet, streaming video đang
trở thành dịch vụ chính của Internet. Việc cung cấp cho người dùng một video có chất
lượng cao thì vẫn đang cịn nhiều thách thức. Cơng nghệ streaming thích ứng ra đời
cho phép máy khách thích ứng tốc độ bit video với thông lượng mạng. Máy khách với
băng thơng cao sẽ xem được video có chất lượng cao, băng thông thấp sẽ xem video
với chất lượng thấp. Tuy nhiên, đối với video có tốc độ bit biến đổi trong suốt phiên
streaming, sự biến động mạnh của tốc độ bit của video và thông lượng mạng ảnh
hưởng trực tiếp đến trải nghiệm người dùng là một thách thức lớn trong dịch vụ
streaming video thích ứng. Các nghiên cứu về streaming video thích ứng đối với video
có tốc độ bit biến đổi đang còn hạn chế.
Do vậy trong giới hạn của đồ án này, em đã tìm hiểu và nghiên cứu các mơ hình,
thơng số ảnh hưởng đến chất lượng trải nghiệm của người dùng từ đó triển khai thuật
tốn thích ứng chất lượng và phân bổ băng thơng khi streaming đồng thời nhiều video
có tốc độ bit biến đổi sử dụng giao thức truyền siêu văn bản. Kết quả đạt được là việc
thích ứng chất lượng video và phân bổ băng thông trên đường truyền mạng được quản
lý đã mang lại lợi ích trung bình của người dùng tăng đáng kể so với phương pháp
thông thường. Đồng thời thời gian chạy của thuật toán đề xuất cũng rất khả thi với hệ
thống streaming cỡ lớn.

28


ABSTRACT

Video streaming service had gained more attention in recent years. Thanks to the
explosive growth of the Internet, video streaming has become a major Internet service.
Providing to users services with hight video quality is challenging. Adaptive video
streaming technology is deployed to allow the client choose adaptively bitrate of video
with throughput of network. The client with a high bandwidth will be streamed the
video with a high quality. In contrast, the client with a low bandwidth will be streamed
the video with a low quality. However, for variable bitrate video with variations of the
video bitrrate, the video bitrate and throughput fluctuations directly affected to quality
of experience of users, it’s the big challenging. The researches about adaptive
streaming for variable bitrate video is still limited.
Therefore, in the final project, I had studied the models, parameters that’s the factors
affect to users quality of experience, and then deploying the algorithms that distributes
the bandwith for many users stream video at the same time. This work aim to improve
quality of experience of users and service quality of streaming video to meet today
users demand.

29


PHẦN MỞ ĐẦU

Khơng lâu trước đây, khi nói đến xem TV nghĩa là ngồi xem TV trước phòng khách
chờ đợi những trương trình chúng ta u thích được phát sóng vào các khung giờ cố
định. Tuy nhiên ngày nay, với sự phát triển của Internet một hình thức dịch vụ video
theo nhu cầu ra đời, người xem có thể xem các trương trình u thích tại bất kỳ thời
gian nào nhờ dịch vụ streaming video. Theo một thống kê của Nielson Global, tại Việt
Nam có đến 91% trong số những người được khảo sát cho biết họ có xem video theo
nhu cầu trên cả ứng dụng và smart TV. Nhu cầu xem video theo sở thích ngày càng
tăng lên mạnh mẽ. Trên nền tảng các mạng xã hội phổ biến, Youtube có lượng người

dùng hơn 1/3 số người dùng internet (khoảng một tỷ người dùng) và có đến năm tỉ
video được xem mỗi ngày trên mạng xã hội này. Thời gian video được xem trên
Facebook hàng ngày lên đến 100 triệu giờ [1]. Với nhu cầu xem video rất lớn và
không ngừng tăng cho thấy là streaming video đang trở thành một dịch vụ chính trên
Internet ngày nay.
Thách thức chính của dịch vụ streaming video qua Internet là sự biến động thông
lượng gây ra bởi các mạng không đồng nhất. Do sự biến động của thông lượng, video
sẽ không thể được truyền đi với một tốc độ bit cố định. Do đó các chuẩn streaming
được phát triển từ năm 2008 đều dựa vào cơng nghệ streaming thích ứng. Một trong
những đặc trưng chính của cơng nghệ này là khả năng thay đổi tốc độ bit theo thông
lượng hiện tại của mạng. Với các máy khách có tốc độ Internet khác nhau streaming
thích ứng cho phép truyền video với các mức tốc độ bit khác nhau phù hợp với tốc độ
bit của máy khách. Ví dụ một chiếc smart phone với một kết nối 3G có tốc độ thấp có
thể xem được video với tốc độ bit thấp tương ứng, trong khi dùng máy tính với kết nối
dây mạng có băng thơng cao hơn có thể xem video với tốc độ bit cao cho chất lượng
video tốt hơn. Hay nói cách khác streaming thích ứng cho phép phía máy có khách khả
năng thích thơng lượng kết nối nếu thơng lượng biến đổi trong suốt một phiên truyền.
Những năm gần đây, kỹ thuật phổ biến cho streaming video qua mạng Internet là
streaming thích ứng qua giao thức truyền siêu văn bản (HAS) . So sánh với các cách
tiếp cận khác sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP)/giao thức điều khiển
30


thời gian thực (RTCP)/giao thức streaming thời gian thực (RTSP) việc sử dụng giao
thức truyền siêu văn bản có nhiều lợi thế như: hiệu quả về chi phí duy trì những máy
chủ web thay vì những máy chủ chuyên biệt, tận dụng được cơ sở hạ tầng mạng rộng
lớn ban đầu được tạo ra cho lưu lượng truy cập web, hơn nữa khi sử dụng HAS trên
nền giao thức điều khiển truyền vận (TCP) các gói tin hồn thân thiện với tường lửa và
bộ dịch địa chỉ mạng. Do những lợi thế này, HAS được sử dụng bởi nhiều nhà cung
cấp dịch vụ streaming. Những nền tảng mạng xã hội lớn cung cấp video tới người

dùng ứng dụng công nghệ HAS bao gồm Netflix, Youtube, Hulu và Amazone Instant
Video.
Năm 2012, một chuẩn tồn cầu có tên là streaming thích ứng động trên nền giao
thức HTTP (DASH) hay còn được gọi là MPEG-DASH ra đời cho phép máy khách có
khả năng thích ứng chất lượng video. Phía máy khách sẽ được quyết định phân đoạn
video được truy vấn dựa vào thông lượng mạng và tình trạng máy khách hiện tại thay
vì máy chủ. Năm 2014, phiên bản thứ hai của MPEG-DASH ra đời và hiện tại chưa có
chuẩn nào chỉ ra việc thích ứng chất lượng video trong HAS nên được thực hiện như
thế nào để nâng cao chất lượng trải nghiệm (QoE) của người dùng. Do vậy việc nghiên
cứu và đề xuất các giải pháp thích ứng chất lượng video trong HAS nhằm cải thiện
QoE đang được quan tâm bởi cộng đồng khoa học.
Để nâng cao chất lượng dịch vụ streaming video, hiện nay các giải pháp cải thiện
chất lượng trải nghiệm người dùng được phân ra thành một số nhóm theo vị trí và kỹ
thuật sử dụng trong hệ thống streaming:
• Nhóm giải pháp dựa vào dự đốn thơng lượng đường truyền [3], [4]. Nhóm này
thực hiện các mơ hình tốn học để đưa ra dự đốn về thơng lượng trong tương
lai từ đó quyết định mức chất lượng thích hợp cho streaming video. Do đó chất
lượng có khả năng thích ứng nhanh với thơng lượng mạng. Tuy nhiên khi tần
suất biến đổi thông lượng mạng xảy ra mạnh thì biên độ chất lượng của video
sẽ khơng ổn định.
• Nhóm giải pháp dựa vào mức sử dụng bộ đệm của máy khách [5], [6], [7].
Nhóm này tối đa hố lợi ích của bộ đệm để duy trì phiên streaming không bị

31


gián đoạn. Tuy nhiên, việc thích ứng thơng lượng mạng bằng cách này thường
địi hỏi một kích thước bộ đệm lớn.
• Nhóm giải pháp sử dụng các mơ hình tốn học [8], học máy [9]. Nhóm này sử
dụng các tham số ảnh hưởng tới QoE làm dữ liệu cho các mơ hình tốn học hay

học máy để quyết định mức chất lượng video truy vấn cho máy khách. Hạn chế
của các giải pháp này không đáp ứng được với yêu cầu thời gian thực của hệ
thống streaming video.
Các nhóm giải pháp trên chủ yếu tập trung vào nghiên cứu thích ứng cho video có
tốc độ bit cố định (CBR). Các giải pháp nghiên cứu và thích ứng cho video có tốc độ
biến đổi (VBR) còn hạn chế rất hạn chế. Thách thức trong streaming video VBR là
ngồi việc thích ứng với sự biến động của thơng lượng mạng thì cịn phải ứng phó với
việc biến động mạnh của tốc độ bit video.Vì vậy, trong giới hạn trong nội dung của đồ
án tốt nghiệp, em tập trung vào thực hiện các mục tiêu chính sau:
• Tìm hiều về cơng nghệ HAS và phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới QoE trong
HAS.
• Nghiên cứu và triển khai các thuật tốn thích ứng chất lượng một video VBR
với một băng thông cho trước sử dụng các mơ hình thoả hiệp giữa chất lượng
video và độ trễ nhằm cải thiện QoE cho người dùng.
• Nghiên cứu và triển khai các thuật tốn tối ưu để phân bổ băng thơng thích hợp
cho streaming nhiều video VBR trong đường truyền có băng thơng hạn chế,
nhằm cải thiện QoE trong sự ràng buộc về băng thông và độ trễ.
Phạm vi nghiên cứu của đồ án:
• Tập trung vào streaming video không tương tác, không nghiên cứu streaming
video tương tác.
• Tập trung vào streaming video theo nhu cầu (VoD) khơng nghiên cứu streaming
video trực tiếp.
• Thực hiện các thuật tốn thích ứng chất lượng trong streaming video mà khơng
quan tâm đến q trình mã hố và giải mã dữ liệu video.
• Chỉ thực hiện các giải pháp tại tầng ứng dụng, không can thiệp vào các tầng
dưới tầng ứng dụng của mơ hình mạng.

32

Nội dung báo cáo đồ án được trình bày cụ thể theo các chương sau:
• Chương 1: Tổng quan về cơng nghệ streaming video – Trình bày các kiến
thức cơ sở, nền tảng liên quan đến công nghệ streaming video. Kiến trúc hệ
thống streaming video thích ứng sử dụng giao thức HTTP; các thông số ảnh
hưởng tới QoE khi streaming video thích ứng sử dụng giao thức HTTP.
• Chương 2: Nghiên cứu và triển khai giải pháp thích ứng tốc độ bit cho
video VBR – Trình bày giải pháp thích ứng tốc độ bit cho video VBR sử dụng
mơ hình thoả hiệp giữa chất lượng video và độ trễ nhằm đạt được QoE tốt nhất,
đồng thời đánh giá kết quả thực nghiệm so với phương pháp truyền thống.
• Chương 3: Nghiên cứu, xây dựng và triển khai các thuật toán phân bổ
băng thông cho hệ thống streaming nhiều video VBR – Từ kết quả có được ở
chương 2, xây dựng và triển khai các thuật tốn phân bổ băng thơng cho hệ
thống streaming nhiều video VBR nhằm cải thiện dịch vụ streaming, nâng cao
lợi ích người dùng và tận dụng tối đa băng thơng. Từ đó đánh giá kết quả thực
nghiệm của các thuật tốn theo các tiêu chí khác nhau nhằm chọn ra thuật toán
tốt nhất phù hợp với hệ thống streaming video.

33


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ STREAMING
VIDEO

Trong chương này đồ án sẽ giới thiệu tổng quan về công nghệ streaming video nói
chung và cơng nghệ streaming video thích ứng sử dụng giao thức HTTP (HAS) nói
riêng. Trình bày các cơ sở lý thuyết nền tảng như các khái niệm, các bộ giao thức cốt
lõi trong streamimg video và hệ thống streaming video thích ứng sử dụng giao thức
HTTP. Trình bày các thông số ảnh hưởng tới chất lượng trải nghiệm của người dùng
trong streaming video thích ứng. Đồng thời nêu lên những khó khăn hiện tại trong
streaming video hiện nay trong mơ hình mạng được quản lý với một đường truyền có

băng thơng hạn chế. Từ đó đưa ra giải pháp thực hiện trong các chương sau.

1.1 Tổng quan về truyền thông đa phương tiện
1.1.1 Đa phương tiện và truyền thông đa phương tiện
Đa phương tiện (multimedia) là nội dung mà sử dụng kết hợp các hình thức nội
dung khác nhau như văn bản, âm thanh, hình ảnh, hoạt hình, video và các nội dung có
tính tương tác. Đa phương tiện có thể được ghi lại và được phát, hiển thị, tương tác,
hoặc được truy cập bởi các thiết bị xử lý thông tin như các thiết bị điện tử, máy tính.
Tuy nhiên, đa phương tiện cũng có thể là một phần của một cuộc trình diễn trực tiếp.
Các thiết bị đa phương tiện là các thiết bị truyền thông điện tử được sử dụng để lưu trữ
và giúp người dùng trải nghiệm nội dung đa phương tiện.
Truyền thông đa phương tiện (streaming media) là hình thức đa phương tiện được
truyền và trình bày (chơi, phát, hiển thị) tới người dùng cuối một cách liên tục trong
khi vẫn được truyền bởi một nhà cung cấp dịch vụ đa phương tiện. Ý nghĩa của động
từ “stream” ở đây là nói về quy trình của việc truyền và nhận được đa phương tiện.
Thuật ngữ này chỉ phương thức truyền và nhận của các loại đa phương tiện chứ không
chỉ riêng loại đa phương tiện nào hay hình thức tải tồn bộ nội dung của các tập tin đa

34


phương tiện trước khi trình phát chúng. Người dùng cuối có thể dùng một chương
trình để phát nội dung đa phương tiện trong khi một phần nội dung của đa phương tiện
vẫn đang được truyền tải.
Tốc độ bit mã hoá đa phương tiện (bitrate) là số bit được mã hoá trong một đơn vị
thời gian được tính bằng kích thước của tệp đa phương tiện tính bằng byte chia cho
thời gian phát lại bản ghi tính bằng giây và nhân với tám.
Video là một đa phương tiện điện tử để ghi, sao chép, phát lại, truyền tải và hiển thị
một cách trực quan của chuyển động. Video có những đặc trưng như số khung hình
trên giây, tỷ lệ khung hình, mơ hình màu và độ sâu, chất lượng video.Video thường

được lưu trữ và truyền đi sau khi mã hoá. Mục đích của việc mã hố video là để giảm
đi lượng dữ liệu dư thừa nhằm tiết kiệm không gian lưu trữ cũng như băng thông khi
truyền đi.
Một trong những đặc trưng quan trọng của video là chất lượng video được đo
thông qua một hệ thống truyền hoặc xử lý video. Một phép đo chính thức hoặc khơng
chính thức sự suy giảm chất lượng của video so với video gốc. Một hệ thống xử lý,
truyền nhận video có thể gây ra một lượng nhiễu hay méo nhất định đến tín hiệu video,
sự biến động của thông lượng mạng gây nên sự gián đoạn tại phía người dùng cuối.
Những điều này ảnh hưởng tiêu cực đến trải nghiệm của người dùng. Do vậy với các
bên liên quan như nhà cung cấp nội dung, nhà cung cấp dịch vụ và nhà điều hành
mạng việc đảm bảo chất lượng video làm một nhiệm vụ quan trọng.
Có nhiều cách và tiêu chí để phân loại video như nội dung, độ dài, hay chất lượng,
tuy nhiên đồ án chỉ tập trung vào phương pháp phân loại video theo tốc độ bit mã hoá
của video. Theo tiêu chí này video có thể được chia làm hai loại như sau:
• Video VBR là video có tốc độ bit biến đổi trong mỗi phân đoạn của video, hay
nói cách khác lượng dữ liệu đầu ra của bộ mã hoá trên mỗi phân đoạn thời gian
là khác nhau. Với cách mã hoá tốc độ bit biến đổi, mỗi mức chất lượng đặc
trưng bởi tham số lượng tử (QP) của bộ mã hố cố định, mỗi khung hình (hoặc
phân đoạn) được mã hố với kích thước dữ liệu khác nhau tuỳ thuộc vào kích
cỡ, nội dung, màu sắc của các khung hình, làm cho chất lượng đầu ra khơng
thay đổi trong khi tốc độ bit video thay đổi trong từng khung hình hoặc phân

35