Ứng dụng xây dựng luồng Video Streaming qua mạng ngang hàng

HC VIN CÔNG NGH N THÔNG
KHOA VIN THÔNG 1
***

 ÁN
TT NGHII HC

 tài:
XÂY DNG NG DNG LUNG VIDEO
STREAMING QUA MNG NGANG HÀNG



ng dn :  THÚY HÀ
Sinh viên thc hin : LÊ NGC ANH
Lp : D09VT2
Khoá : 2009 - 2014
H I HC CHÍNH QUY



Hà Nội, 12-2013
LÊ NGC ANH XÂY DNG NG DNG LUNG VIDEO STREAMING D09VT2

QUA MNG NGANG HÀNG

HC VIN CÔNG NGH N THÔNG
KHOA VIN THÔNG 1
***

 ÁN
TT NGHII HC

 tài:
XÂY DNG NG DNG LUNG VIDEO STREAMING
QUA MNG NGANG HÀNG



ng dn :  THÚY HÀ
Sinh viên thc hin : LÊ NGC ANH
Lp : D09VT2
Khoá : 2009 - 2014
H I HC CHÍNH QUY



Hà Ni, 12-2013



NHN XÉT CNG DN

















m: (bng ch 

ng dn


 Thúy Hà

 án tt nghii hc M u

Lê Ngọc Anh – D09VT2 4

NHN XÉT CA GIÁO VIÊN PHN BIN



















m: (bng ch 

Giáo viên phn bin


 án tt nghii hc M u

Lê Ngọc Anh – D09VT2 5


Trong nhu phát trin ca ng d  n, khong
na cui thp niên 90, vic xem mt video trên mng gu không
th. Ngày nay, cùng vi s bùng n ca Internet, các ng dn
 thành nhu cu không th thiu ca nhi
dân mng. Theo thng kê, riêng ti M  ng 33 t  c xem

trong tháng 12-2012 (ngun comScore). Con s  cho ta thy c s ln
mnh không ngng ca các ng dng video streaming.
 phát trin mt ng dng video streaming tt gp phi rt
nhiu v. ng di nhiu
 tr thp. Chính vì vy cn phi có mng pháp phân phát video trên
ng truyn hp lý. IP multicast vi kh ng truyn là mt
gii pháp cho v này. Tuy nhiên, vic trin khai IP multicast li rt tn kém
bi toàn mng phi có nht tin, chuyên dngu này
hoàn toàn không kh thi trong mt mng din r   n khai
multicast trên tng ng dng vi vii h tng mng phía
i là mt gii pháp thay th hu hiu cho IP multicast.
Hin nay, trên th git trin rt nhin
tin multicast trên tng ng dn tin multicast da
mng ngang hàng ha hn có nhic thù ca truyn tin multicast là
phi tc mt cây multicast t liên kt cht ch gia các node vi
nhau, có kh c hi li nhanh. Mng ngang hàng có cu trúc hoàn toàn
có th c yêu ci vic liên kt vi nhau bng
mt thut toán c th.
 ng li th ca mng ngang hàng có cu trúc trong vic
truyn tin multicast, khóa luu xây dng ng dng truyn
video streaming multicast da trên nn tng mng ngang hàng có cu trúc
t ni dung khóa lun g
 treaming
i thiu khái quát v k thut Video Streaming. Cu
trúc và cha các thành phn trong h thng video streaming. Nêu ra
các lonh dng tp tin video ph bin hi  cp
n v truyn tin multicast gm truyn tin IP multicast và multicast lp ng
dng.
 

 án tt nghii hc M u

Lê Ngọc Anh – D09VT2 6

i thiu khái quát mng ngang hàng P2P. Khái nim
v mng P2P và các kin trúc mng ca nó. Các mc tiêu, các thun li, khó
ng P2P. Trình bày các cách xây dng lp ph cho truyn video
streaming, nêu mt s h thng ph bin hic s dng trên mng
CoopNet, HyPOm ca các h thng
này.
           
Pastry
 y ch yu mô t quá trình gia nhp, ri nhóm, truyn tin
multicast ti mng và quá trình sa cây multicast.
 


M gn thc còn hn ch, thi gian  án
không nhiu, nên  án tt nghip ca em không th tránh khi nhng thiu sót
v ni dung và hình tht mong nhc s góp ý ca các thy,
 bn  án ca em c hoàn thi.

 án tt nghii hc Li c

Lê Ngọc Anh – D09VT2 7


LI C
c tiên, em mun gi li cc nh Thúy Hà,
ng dn em trong sut quá trình hoàn thành khóa lun tt

nghip.
Em xin gi li cc nht ti tt c các thy, cô giáo
ng Hc Vin Công Ngh n tình ging dy và
 em trong suc v  kin th hoàn
thành khóa lun này.
i li ci tt c bn bè D09VT2 ca tôi, nhi
ng hành cùng tôi trong suc qua.
Cui cùng, xin gi ln b m i thân yêu
ca tôi lòng bic nht.

Hà N
Sinh viên



Lê Ngc Anh



 án tt nghii hc Mc lc

Lê Ngọc Anh – D09VT2 8



 
 
 
 
 

1.1 Tng quan video streaming 13
1.1.1 Gii thiu v Video Streaming 13
1.1.2  14
1.1.3 Kin trúc h thng video streaming 14
1.2 Các loi tp tin video 17
1.3 Hong ca h thng video streaming 19
1.3.1 Kin trúc hong ca mt h thng Video Streaming 19
1.3.2 Mô hình hong tng quát ca h thng 21
1.4 Mt s c phân phi lung video 22
1.4.1 IP multicast 23
1.4.2 Multicast lp ng dng 24
1.5 Kt lu 25
 
2.1 Phân tích mt s m còn tn ti ca k thut streaming truyn thng 26
2.2 Mng ngang hàng Peer-to-Peer 26
2.2.1 Khái nim 26
2.2.2  ca mng ngang hàng 27
2.2.3 Phân loi mng ngang hàng 27
2.2.4 Các v cn xem xét trong P2P streaming 28
2.3 p cn xây dng lp ph 29
p cn dng cây 30
2.3.2 Các h thng lung trc truyn dng 31
p cn dng 35
2.3.4 Các h thng lung trc truyn dng 36
2.4 c tip cn di 37

 án tt nghii hc Mc lc

Lê Ngọc Anh – D09VT2 9

2.4.1 Các h thng lung trc truyn ph bin da trên i 39
2.5 Video theo yêu cu trên P2P 46
2.5.1 H thng VoD da trên dng cây 47
2.5.2 H thng VoD di 50
2.6 Kt lu 52

 
3.1 Gii thiu v Pastry 53
3.2 Quá trình truyn tin multicast trong nhóm Scribe 56
3.2.1 Chi tit gii thut 57
3.2.2 Quá trình gia nhp nhóm (join group): 58
3.2.3 Quá trình ri nhóm (leave group) 59
3.2.4 Truyn tin multicast ti mng 59
3.2.5 Sa cây multicast 60
3.3 Ci thin Scribe bng cu trúc Splitstream 61
3.3.1 Gii thiu SplitStream 61
 xây dng lung trong SplitStream 62
3.4 Kt lu 64
 
 



 án tt nghii hc Danh mc hình v

Lê Ngọc Anh – D09VT2 10


Hình 1.1 Kin trúc ca h thng video streaming 16
Hình 1.2 Kin trúc hong ca h thng 19

 hong tng quát 21
 Error! Bookmark not defined.
 Streaming Error!
Bookmark not defined.
c truyn tin trên mng 23
Hình 1.7 Thành phn ca IP multicast 23
Hình 1.8 (a) IP multicast (b) Multicast lp ng dng 25
Hình 2.1 Phân loi mng ngang hàng 27
Hình 2.2 Các loi P2P Streaming 29
Hình 2.3  30
Hình 2.4 Xây dng li cây Streaming(a)Peer 0 ri (b)Mô hình cây sau khi phc hi 31
Hình 2.5 Gii pháp tp trung cho cu trúc cây và duy trì cây 31
Hình 2.6 Sp xp các host trong NICE. 32
Hình 2.7 SpreadIt  mt ng dng cây multicast xây dng trên các Peer 32
Hình 2.8 SpreadItKin trúc phân lp ca mt Peer 33
Hình 2.9 Ví d v ESM 34
Hình 2.10 T chc hành chính ca Peer trongZigZag 35
 Streaming 35
Hình 2.12 Streaming Media s dng ni dung CoopNet 37
Hình 2.13 Danh sách peer t Tracker Server Hình 2.14 P2PliveVideo Streaming 37
i d liu thit k trong h thng di 38
 h thng ca mt nút Anysee 40
Hình 2.17 Kin PPLive 41
Hình 2.18 M h thng chung cho mt nút DONet 42
Hình 2.19 GridMedia Kin trúc Da trên MSOMP 43
Hình 2.20 Hai li/ cây che ph trong mng lai 45
Hình 2.21 Khung mTreebone (a) mt lp ph lai (b) x lý trng thái nút 46
Hình 2.22 Cu trúc trc tuyn trong CiqueStream 46
Hình 2.23 Cu trúc DirectStream 49
Hình 2.24 BASS: (a) Tng quan h thng, (b)Mu khách hàng 51

Hình 2.25 p cn BiToS 51
Hình 3.1 Bnh tuyn ca nút 10233102 trong Pastry 55
Hình 3.2 Nút 10233102 gn nút 33321220 56
Hình 3.3 Quá trình 1 nút gia nhp vào nhóm 58
Hình 3.4 Truyn tin multicast trong nhóm Scribe 59
Hình 3.5 Quá trình t sa câymulticast 60
Hình 3.6 Mt ví d n minh ha cách tip cn ca SplitStream 62
Hình 3.7 Splitstream F lung 62
t quá gii hn 63



Đồ án tốt nghip đại học Thuật ngữ viết tắt

Lê Ngọc Anh – D09VT2 11


THUT NG VIT TT



ALM
Application Layer Multicast

BASS
BitTorrent Assisted Streaming
System

DHT
Distributed Hash Table


HTTP
Hypertext Transfer Protocol

ID
Indentity

I/O
Input/Ouput

IP
Internet Protocol

LAN
Local Area Network

P2P
Peer  to  Peer

QoS
Quality of Service

RTSP
Real Time Streaming Protocol

TCP
Transmission Control Protocol

UDP
User Datagram Protocol


VoD
Video on Demand



 án tt nghii hc Tóm Tt

Lê Ngọc Anh – D09VT2 12


Thi gian gi s phát trin ca các ng dn trên
mng c s quan tâm ca nhiu
c bit là các ng dng video streaming thi gian thc. IP multicast là gii
pháp hiu qu nht cho yêu cu này. Tuy nhiên, vic trin khai IP multicast trên mng
din rng gp nhiu v     y, nhiu nghiên c  n sang
ng nghiên cu v các ng dng multicast lp ng dng. Nhiu gii pháp multicast
lp ng dm riêng, xong v
c hu ht các yêu cu ca P2P streaming thi gian thc, ví d  ra vào
c tr còn la, các gin v ca các
.
Lun mô t chi tit giao thc mng ngang hàng có cu trúc Pastry và cách thc
tuyn tin multicast trên nn mng ngang hàng Pastry. Trong khóa lun, v truyn
video streaming  c n. T  n xây dng nên ng dng truyn
video streaming multicast trên nn Pastry. Vit qu  c qua quá
trình xây dng cho ta thc nh  m ca vic trin khai multicast trên
mm cn khc phc.

 án tt nghii hc ng quan v k thut video streaming

Lê Ngọc Anh – D09VT2 13


1.1 
1.1.1 
Video là mt loi d li n quan trng phc v cho truyn thông
hoc cho nhu cu gii trí c  i trong nhiu thp niên. Trong thi k u
c x lý và truyi dng tín hi (analog). Vi s phát trin
không ngng ca mn t và máy tính dn s hóa video và m ra mt cuc
cách mng v nén và truyn thông video. S phát trin và ph bin ca Internet gia
nhng truyn thông video qua mng chuyn mch gói best 
effort. Video qua mng Internet gp phi rt nhiu yu t bt li v  tr
và mt gói tin, cùng vi mt s v   chia s tài nguyên mng
gia các lung hay làm th nào có th trin khai hiu qu c truyn thông
mt  nhiu. T t nhiu gic nghiên cu và phát trin nhm khc
phc nhng vn  này.
Video Streaming  liu video
c truyn liên tc t mt ngu n m  thông qua Internet. Video
c s dc gii trí hoc dy h 
c các bài hc, cung ci dùng các ti
kim, lit kê và kh n th hoc hin th li các d liu Video theo yêu cu.Vi
nh dn thng, d liu ch có th hin th 
(download) toàn b, vì vi vng ln
thì công vic này s tiêu tn rt nhiu thi gian.
Video Streaming tit kim thi dùng bng cách s dng các công
ngh gii nén kt hp vi hin th d ling thi trong lúc vn tip tc ti video v.
c gi là k thum (buffering):
           video    chia

  .
   và 


Video c th hii hai dng:
 Video máy
 

qua.
  



 án tt nghii hc ng quan v k thut video streaming

Lê Ngọc Anh – D09VT2 14

1.1.2 
Video Streaming 
 thc hi ln ti v, t
 

 u
Video Streaming:
 

 
           
             
 

và  
  
Video Streaming s dng các giao thc RTSP, MMS, HTTP  truyn d liu
theo dng lung qua mng thi s dng các chu gim dung
ng d liu, cung cp kh  liu ti nhiu mc nén, nhi c
hin th  có th phù hp v ra nhiu mng truyn d ti
  c truyn d liu qua mng.    y vic truyn các Video
Streaming qua mng s ph thuc rt nhiu vào các sn phm phn mm máy ch
lung Video
             nh dng Video
streaming ch gii hn bu trong công ngh streaming: Các hãng
u cung cp các b công c trn gói gm máy ch lung video , truyn
phát d liu theo các giao thc h tr ), Video Playe (hin th d liu ti
dùng), và công c kin to d liu vi các chun nén.
1.1.3 K
1.1.3.1 Kin trúc và chn
Mt h thng bao gm 6 kha trong hình 1.1. Trong
hình 1.1 video và âm thanh gi là d lic nén bng cách s dng các thut
toán nén video và âm thanh rt b r . Theo yêu cu t
khách hàng, mt máy ch streaming s ly video và âm thanh nén d liu trong các
thit b  i lp ng dng QoS là mô-u chnh
các video và âm thanh thành các lung bit theo tình trng mi và các yêu cu
QoS. Sau   dng các giao thc truyn ti nén các chui bit ri gi các gói tin
video và âm thanh qua mng Internet. Gói có th b gim hoc hoc b tr quá mc
trong mng Internet do tc nghn, các gói tin có th b ng do b l nâng

 án tt nghii hc ng quan v k thut video streaming

Lê Ngọc Anh – D09VT2 15

cao chng truyn video và âm thanh c truyn liên tc, dch v phân phc
trin khai trên mng Internet cc gi nhn, s dng giao
thc RSTP p vn chuyc x lý bi lp ng dc
c gii mã  các b gii mã video và âm thanh ng b hóa gia video và
 ng b truyc yêu cu.
T hình 1.1 ta có th thy 6 khi này liên quan rt cht ch vi nhau và chúng là
thành phn thng nht ca kin trúc video streaming.
 . 

 . 
thiên              



   

    át    .       




 video  Internet.
 M. 



       nhanh     

 


 . 


    video streaming.         
  
n
 Use Datagram Protocol (UDP) và 
Real  time Streaming Protocol (RTSP).

 án tt nghii hc ng quan v k thut video streaming

Lê Ngọc Anh – D09VT2 16


Hình 1.1 Kin trúc ca h thng video streaming
1.1.3.2 Cache
Vi nhng h thng máy ch trình chiu Video trc truyn hoc cung cp cho vic
ti v theo yêu cc s dng hin nay, thì vi mi yêu cu ca
n  s c máy ch x m bo yêu cu tp l 
thit lp kt ni. Ti truy xun  cng (hoc thit b  cc b)
 truy xut tp tin yêu ci v u bit tc
 truy xut  cng khá chm. Bên cng tc nhiu dùng
cùng quan tâm trong mt thm (sai khác nh v thi gian), vic truy xut  cng
liên t truy xut cùng mt tc hin ti là rt lãng phí và tn
kém cho máy ch.
 gii quyt v i pháp s dng Cache. c hiu theo
 d li phn cng x lý, nhm mc
 x lý. Cache có th là m ca b nh chính hoc mt thit b 
t c lp. Có rt nhiu loc bin hin nay vi nhng chc
     a CPU, Caching ca Internet Browser, Caching ca

 th  n m x lý Video Caching ngay trên máy
ch thay th cho Web Caching quá ti hin nay. Vit b Cache cng
vi vic có mt gii pháp qun lý Cache hiu qu s gim ti rt nhiu cho máy ch.
Cách thc hong thông qua Cache:
 
 
trên Cache ch


 án tt nghii hc ng quan v k thut video streaming

Lê Ngọc Anh – D09VT2 17



  



1.2 
Các tng thuc 2 loi: codec và không codec. Mt s nh dng
tp tin ta bic loi codec mà t dng
 Hoc các lop tin không ch nh chính xác loi
codec       i t   u là các h ng
(container)  cha ni s d
m c các t bit tp ti dng lo mã hóa. Ta xe







3GP 
3GPP
Multimedia


  
-



ASF 
Advanced
Systems
Format


 


Audio và Windows Media Video.
   hay âm thanh


 án tt nghii hc ng quan v k thut video streaming

Lê Ngọc Anh – D09VT2 18

AVI 

Audio Video
Interleave

   
 (

  

 
            
            


FLV 
Flash Video
           
         
 

 

            

            

MP4 
MPEG-4
Video

 -



MOV 
Apple
QuickTime
Movie
 


RM 
Real Media

 
Video (Real Video) và âm thanh (Real

thông qua internet.


 án tt nghii hc ng quan v k thut video streaming

Lê Ngọc Anh – D09VT2 19

VOB 
DVD Video
Object

 
 

WMV-

Windows
Media Video

 



  




1.2 
1.3.1  
Mt h thng Video treaming hong ch yu gm 3 thành phn: Web server,
Server và Client.

Hình 1.2 Kin trúc hong ca h thng

 án tt nghii hc ng quan v k thut video streaming

Lê Ngọc Anh – D09VT2 20

 Web server
 
              
embeded flash player 
 .
 Khi máy khách  
trong danh sách video mmáy khách



 Server
 Server l  máy
  (thông qua

 Hard Disk: 
 Server Manager:
o   
o 
o 
o 
 Streaming:
o  video, 
Video Streaming  Caching.
o 
.
o  
(3)
 Client
  web browser
i lên Web.(1)
 
embeded flash) và .(2)
 Software  

Tóm li:
 Web Server: 
flash.
 Server: 

  
