Nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật nén và truyền ảnh qua mạng internet

..
..

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-----------------------------------------------

NGUYỄN TUÂN ANH

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NÉN VÀ
TRUYỀN ẢNH QUA MẠNG INTERNET

LUẬN VĂN THẠC SỸ
NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
NGUYỄN VĂN KHANG

HÀ NỘI – 2010


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN................................................................................................5
1.1 Giới thiệu ....................................................................................................................5
1.2 Nội dung nghiên cứu..................................................................................................9
1.3 Mục tiêu của đề tài...................................................................................................15
CHƯƠNG II: KỸ THUẬT VIDEO SỐ ...........................................................................17
2.1 Kỹ thuật nén Video số .............................................................................................17

2.1.1 Khái niệm............................................................................................................17
2.1.2 Mơ hình nén ảnh .................................................................................................17
2.2 Các đặc điểm của nén tín hiệu số............................................................................18
2.2.1 Xác định hiệu quả của q trình nén tín hiệu số.................................................18
2.2.2 Độ dư thừa số liệu...............................................................................................19
2.2.3 Sai lệch bình phương trung bình.........................................................................19
2.3 Các phương pháp nén..............................................................................................20
2.3.1 Nén khơng tổn hao.............................................................................................20
2.3.2 Nén có tổn hao ....................................................................................................21
2.4 Tiêu chuẩn nén MPEG ............................................................................................22
2.4.1 Cấu trúc ảnh ........................................................................................................22
2.4.2 Nhóm ảnh (GOP- Group Of Picture)..................................................................23
2.4.3 Cấu trúc dòng bit MPEG Video..........................................................................24
2.5 Tiêu chuẩn nén MPEG-2.........................................................................................25
2.5.1 Đặc tính và định mức (profile and level) ............................................................25
2.5.2 MPEG-2 4:2:
2.6 Tiêu chuẩn nén H.264..............................................................................................28
2.6.1 Giới thiệu chung về bộ CODEC H.264 ..............................................................28
2.6.2 Cấu trúc...............................................................................................................30
2.6.3 Profile..................................................................................................................35
2.6.4 Một số kỹ thuật trong H.264...............................................................................36
2.6.5 Các đặc điểm nổi bật trong thiết kế của H.264...................................................48
CHƯƠNG III: CẤU TRÚC GĨI DỮ LIỆU .................................................................53
3.1 Lớp mã hóa video.....................................................................................................53
3.2 Lớp đóng gói Video..................................................................................................54
3.3 Lớp cấu trúc dịng truyền tải .................................................................................57
3.4 Lớp giao thức truyền tải thời gian thực( tùy chọn) .............................................61
3.5 Lớp truyền tải...........................................................................................................65
3.6 Lớp IP .......................................................................................................................72

3.7 Lớp liên kết dữ liệu ..................................................................................................79
3.8. Lớp vật lí..................................................................................................................81
CHƯƠNG IV: THỬ NGHIỆM NÉN ẢNH VÀ TRUYỀN ẢNH ..................................83
4.1 Đặt vấn đề .................................................................................................................85
4.2 Thử nghiệm nén ảnh................................................................................................85
4.3. Truyền ảnh và đánh giá đường truyền qua mạng ...............................................88
4.3.1. Cách thiết lập mạng vơ tuyến giữa hai máy tính ...............................................89
4.3.2. Truyền ảnh qua mạng Peer to Peer ....................................................................92
KẾT LUẬN.......................................................................................................................102
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................105


DANH MỤC HÌNH VÀ BẢNG
Hình 1.1: Hội tụ truyền thơng ................................................................................................6
Hình 1.2: Truyền tải các chương trình trên IP .....................................................................10
Hình 1.3: Mạng ngang hàng.................................................................................................14
Hình 2.1: Mơ hình hệ thống nén Video. ..............................................................................17
Hình 2.2: Sự phối hợp các kỹ thuật trong JPEG và MPEG .................................................20
Hình 2.3: Dự đốn bù chuyển động một chiều và hai chiều................................................23
Hình 2.4: Kiến trúc dịng Video MPEG...............................................................................24
Hình 2.5: Cấu trúc số liệu nén ảnh MPEG...........................................................................24
Hình 2. 6: Sơ đồ bộ mã hố .................................................................................................28
Hình 2.7: Sơ đồ bộ mã hố cụ thể........................................................................................29
Hình 2.8: Sơ đồ bộ giải mã ..................................................................................................30
Hình 2.9: cấu trúc mã hố dữ liệu của H.264 ......................................................................30
Hình 2.10: Chuỗi đơn vị NAL .............................................................................................31
Hình 2. 11: Slices.................................................................................................................31
Hình 2.12: Cấu trúc của slice...............................................................................................33
Hình 2.13: MacroBlock .......................................................................................................33

Hình 2.14: Ảnh tham chiếu và bù chuyển động...................................................................34
Hình 2.15: Các profile..........................................................................................................35
Hình 2.16: Dự đốn nội suy .................................................................................................36
Hình 2.17: Dự đốn intra 4x4 ............................................................................................37
Hình 2.18: Các chế độ dự đốn intra_4x4 ...........................................................................37
Hình 2.19: Các chế độ dự đốn intra_16x16 .......................................................................38
Hình 2.20: Phân mảnh macroblock......................................................................................39
Hình 2.21: Phân mảnh submacroblock ................................................................................39
Hình 2.22: Tính nội suy cho các chuyển động có khoảng cách khơng ngun...................40
Hình2.23: Minh họa dự đốn bù chuyển động đa khung.....................................................42
Hình 2.24: Dự đốn liên khung trong slice B .....................................................................43
Hình 2.25: Ví dụ về một khung hình sử dụng bộ lọc Deblocking .......................................46
H.2.26: So với một số chuẩn nén khác. ...............................................................................52
Hình 3.1: Mơ hình giao thức...............................................................................................53
Hình 3.2: Cấu trúc của khối NAL........................................................................................54
Hình 3.3: Định dạng gói MPEG PES..................................................................................55
Hình 3.4: Định dạng gói MPEG TS.....................................................................................57
Hình 3.5: Ánh xạ gói truy cập AVC sang gói MPEG PES................................................58
Hình 3.6: Ứng dụng nhãn thời gian với các gói MPEG PES...............................................58
Hình 3.7: Mối liên hệ giữa PMT và PAT ............................................................................60
Hình 3.8: Định dạng RTP header.........................................................................................62
Hình 3.9: Các gói MPEG TS ...............................................................................................63
Hình 3.10: Ánh xạ nội dung H264/AVC ( từng khối NAL riêng biệt ) sang RTP payload 64
Hình 3.11: Ánh xạ nội dung H264/AVC ( nhiều khối NAL riêng biệt ) ...........................64
sang một RTP payload ........................................................................................................64
Hình 3.12: Ánh xạ nội dung một H264/AVC NAL sang nhiều RTP payload ....................65
Hình 3.13: Cơ chế điều khiển luồng của TCP .....................................................................66
Hình 3.14: Q trình trun thơng trong mạng IPTV..........................................................68
Hình 3.15: Định dạng datagram dựa trên UDP....................................................................71
Hình 3.16: Định dạng gói video IPv4 ..................................................................................73

Hình 3.17: Các lớp địa chỉ IP...............................................................................................76

1


Hình 3.18: Cấu trúc header của IPv6 ..................................................................................78
Hình 4.1: Mơ hình đo PSNR................................................................................................85
Hình 4.2. Một picture của news_rev.mp4 ứng với PSNR >20(dB)..................................100
Hình 4.3. Một picture của news_rev.mp4 ứng với PSNR <20(dB)..................................100
Bảng 2.1: Các loại slice .......................................................................................................32
Bảng 2.2: Các thành phần cấu trúc của Macroblock ..........................................................33
Bảng 3.1: Cấu trúc của một gói MPEG PES..........................................................................55
Bảng 3.2: Cấu trúc gói MPEG TS .......................................................................................58
Bảng 3.3: Cấu trúc của gói IPTV dựa trên RTP ..................................................................62
Bảng 3.4: Định dạng của TCP segment ...............................................................................69
Bảng 3.5: Cấu trúc datagram IPTV dựa trên UDP ..............................................................71
Bảng 3.6: Cấu trúc gói video IPv4.......................................................................................73
Bảng 3.7: Các lớp địa chỉ IPv4 ............................................................................................75
Bảng 3.8: Mô tả trường của IPv6.........................................................................................78
Bảng 3.9: Cấu trúc của Ethernet header...............................................................................80
Bảng 3.10: Cấu trúc khung Ethernet được dùng để mang nội dung MPEG-2 ....................81
Bảng 3.11 Tổng kết các lớp trong mơ hình IPTV................................................................81
Bảng 4.1: Bảng đánh giá chất lượng video ..........................................................................85
Bảng 4.2. Kết quả PSNR của file phía thu sau giải mã news_rev_cfi.yuv so với file phía
phát a03_ref.yuv ..................................................................................................................99
Bảng 4.3. Kết quả PSNR của file phía thu sau giải mã news_rev_cfi.yuv so với file phía
phát a03_ref.yuv ..................................................................................................................99

2

MỞ ĐẦU
Tồn cầu hố và hội nhập là q trình vận động mang tính hệ thống và khách
quan trên phạm vi toàn cầu, bao trùm tất cả các mặt đời sống kinh tế - xã hội của
các quốc gia trên toàn thế giới. Hiện tại, Việt Nam đã là thành viên chính thức của
WTO, điều này đánh dấu một bước phát triển cao hơn trong quá trình hội nhập, đây
là kết quả tất yếu khi mà q trình tồn cầu hóa đang diễn ra mạnh mẽ trên mọi mặt,
tác động tới toàn bộ sự phát triển của mỗi quốc gia. Tác động của Internet tới các
hoạt động kinh doanh và xã hội ngày một lớn. Khả năng tương tác và tiếp cận rộng
rãi với công chúng biến Internet thành công cụ truyền thông đặc biệt. Sau tin tức,
âm nhạc, giờ đây tới ngành cơng nghiệp truyền hình truyền thống đứng trước lựa
chọn: kết hợp với Internet để bước sang kỷ nguyên phát triển mới hay tiếp tục đứng
độc lập (và có thể đối mặt với nguy cơ biến mất). Những năm gần đây, khái niệm
hội tụ truyền thông (media convergence) đã được nhắc đến nhiều. Hội tụ truyền
thông là một xu thế mới xuất phát từ những phát minh công nghệ, đặc biệt là
internet. Vì lý do này nên tơi đã làm luận văn khoa học tốt nghiệp với đề tài:
“Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật nén và truyền ảnh qua mạng Internet”
Nội dung của luận văn gồm 5 chương:
Chương 1: Tổng quan
Chương 1 đề cập tới vấn đề nghiên cứu nén ảnh và truyền ảnh trong môi
trường mạng Internet.
Chương 2: Kỹ thuật video số
Chương này đi vào chi tiết trình bầy một số vấn đề về nguyên lý nén ảnh số,
đóng gói dữ liệu và truyền gói dữ liệu IP
Chương 3: Cấu trúc gói dữ liệu
Chương này đi vào chi tiết trình bầy một số vấn đề về nguyên lý đóng gói dữ
liệu và truyền gói dữ liệu IP và giới thiệu mơ hình giao thức truyền tải.
Chương 4: Những thực nghiệm về nén ảnh và truyền ảnh
Phần này chủ yếu trình bầy quá trình thực hiện bằng thực nghiệm q trình
nén ảnh và truyền ảnh qua mơi trường vơ tuyến trong mạng giữa hai máy tính.

3


Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu chuẩn nén và thực nghiệm truyền ảnh qua mạng vô
tuyến, chương này xây dựng mơ hình mã hóa một file video thơ YUV, sau đó tiến
hành nén ảnh sang chuẩn MPEG và truyền hình ảnh nén này qua mạng vơ tuyến. Từ
đó đưa ra những đánh giá q trình nén và giải nén thơng qua việc tính tốn PSNR,
tỉ số nén và xem đoạn video sau khi nén và truyền ảnh. Cuối cùng là đưa ra những
kiến nghị, kết luận và hướng phát triển trong tương lai.
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Văn Khang người đã
hướng dẫn và giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này. Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn tới
những thầy cô giáo người đã trang bị những kiến thức để tôi làm luận văn này. Mặc
dù tôi đã cố gắng nhưng chắc chắn luận văn vẫn cịn rất nhiều thiếu sót, tơi mong
các thầy cô và các bạn đồng nghiệp chỉ bảo để tôi ngày càng hồn thiện hơn vốn
kiến thức của mình
Hà Nội, tháng 10 năm 2010

4


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN
1.1 Giới thiệu
Liệu trong thế kỷ tới, truyền hình có cịn như hiện nay khơng? Trả lời được câu
hỏi này là chúng ta đã biết được tương lai của truyền hình trong kĩ ngun số hố.
Kể từ khi tín hiệu radio đầu tiên được phát sóng vào thế kỷ 18, con người
vẫn luôn luôn theo đuổi một mục đích duy nhất là phủ sóng cho nhiều người trên
một diện tích rộng. Từ xa xưa đến nay vẫn luôn tồn tại ước mơ cháy bỏng của con
người là vượt qua khoảng cách về thời gian và không gian bị giới hạn bằng mắt và

tai. Bởi vậy, người ta đã xây dựng rất nhiều trạm phát trên núi, nối liền các thành
phố và thị trấn với nhau bằng những đường dây cáp như một tấm màng nhện khổng
lồ, rồi sau đó đã tiến hành phóng vệ tinh vào quỹ đạo trái đất nhằm thực hiện ước
mơ trên. Với những nỗ lực như vậy, trong thế kỷ này, những người ở cách xa nhau
nửa vịng trái đất đã có thể cùng xem và cùng suy ngẫm một vấn đề trong cùng một
thời gian. Ở đây ta có thể hình dung camera và micro không chỉ đơn thuần là thiết bị
điện tử, đó chính là biến thể (sự nối dài) của con mắt và tai người, có khả năng thu
nhận những sự kiện ở rất xa. Thông qua những biến thể này, một cá nhân có thể
vượt qua được nền tảng chính trị cũng như văn hố truyền thống của mình để cùng
chia sẻ và thấu hiểu giá trị cũng như cách nhìn của những con người khác nhau trên
thế giới. Những con người, những bộ tộc hoặc dân tộc đã lưu trữ lối sống cũng như
nền văn hố của mình trong một phạm vi hẹp qua hàng ngàn năm, nay đã có thể gia
nhập ngơi làng tồn cầu nhờ vào bản chất của sóng điện từ. Bản chất đó có thể mô
tả là khả năng truyền đến rất nhiều người một thơng điệp cùng một thời gian. Cho
dù có sự khác nhau về địa lý, về văn hóa, về nghề nghiệp người ta vẫn có thể hiểu ít
nhất là những vấn đề cơ bản trong bức thơng điệp đó. Tuy vậy, ngày nay con người
đang mất dần hứng thú với truyền hình và họ chờ đợi một cái gì hơn thế nữa. Nhu
cầu của họ đang chuyển từ những vấn đề dành cho quảng đại dân cư sang những
vấn đề dành cho những cá nhân riêng lẻ. Khi hạ tầng mạng IP phát triển sẽ làm cho
việc ứng dụng cụng nghệ truyền video qua mạng đáp ứng nhu cầu người sử dụng
ngày càng tăng. Sự thay đổi này ta có thể thấy được hình ảnh thu vào camera ở một

5


nơi nào đú rất xa trên thế giới được truyền qua mạng IP về tới cho người xem. Gần
đây có khá nhiều dịch vụ ứng dụng công nghệ IP như : IPTV, Internet Video…

Hình 1.1: Hội tụ truyền thơng
Hiện nay, chúng ta đang trong thời kỳ xây dựng một khuôn mẫu mới cho

hoạt động thông tin liên lạc của con người. Ðó chính là một mơi trường phương tiện
cho phép từng cá nhân liên lạc một cách thuận tiện vào bất kì lúc nào, bất kỳ ở nơi
đâu qua phương tiện truyền thơng có chức năng hợp nhất mọi dạng phương tiện liên
lạc. Sự ghép nối có tổ chức tạo nên sự linh hoạt, công nghệ mạng đang tạo ra một hệ
thống liên lạc mới cho phép vượt qua mọi trở ngại trong việc liên lạc giữa cá nhân
với cộng đồng. Hệ thống mới này đồng thời cũng hợp nhất các phương tiện đã phát
triển một cách độc lập với nhau trong quá khứ như: video, audio, text, liên lạc vô
tuyến, hữu tuyến thành một phương tiện duy nhất. Chúng ta hãy xét xem môi trường
mới với tên gọi là công nghệ truyền thông tương lai, sẽ thay đổi môi trường phương
tiện hiện đại như thế nào?
Thứ nhất, thông tin liên lạc giữa cá nhân, tổ chức và quảng đại dân cư trước
đây được thiết lập theo nhiều cách khác nhau nay sẽ được hợp nhất bằng hình thức
liên lạc hợp nhất. Chúng ta đã vượt qua giai đoạn khởi đầu và giờ đây đang tiến dần
tới hình thức liên lạc hợp nhất khi mà chức năng xử lý và lưu giữ thơng tin do máy
tính đảm nhiệm, khả năng nối mạng do Internet đảm nhiệm, khả năng dịch vụ video
do truyền hình đảm nhiệm và chức năng liên lạc do điện thoại đảm nhiệm. Ngày
nay người ta có thể nối máy thu hình hoặc máy tính của mình vào mạng Internet và

6


liên lạc với những người khác bằng lời thoại hoặc thơng điệp audio, video. Khơng
chỉ có vậy, ngày nay chúng ta cịn có thể đọc báo, tạp chí hoặc xem truyền hình qua
Internet.
Thứ hai, khả năng hợp nhất truyền thơng giữa mạng truyền dẫn có dây và
khơng dây chỉ có thể thực hiện được qua mạng hợp nhất. Trên cơ sở cơng nghệ số,
mạng có dây và khơng dây sẽ thiết lập và duy trì mạng hợp nhất có chức năng ghép
nối mạnh và trở thành mạng hạ tầng. Ðến lượt mình, mạng hạ tầng này sẽ cung cấp
một mơi trường hợp nhất có khả năng cung cấp đa dịch vụ cho người sử dụng.
Thứ ba, mục tiêu tương lai của dịch vụ truyền thông là các cá nhân trong

quảng đại dân cư. Người ta sẽ tiêu nhiều thời gian hơn cho những dịch vụ cung cấp
thông tin cho họ vào thời gian và địa điểm mà họ đã định. Bởi vậy các phương tiện
phải cung cấp nhiều và lựa chọn khác nhau và điều kiện phải phù hợp với thị hiếu
cũng như mối quan tâm của từng cá nhân. Đến đây sẽ chấm dứt thời kỳ truyền tải
một chiều và đồng dạng (giống nhau). Như vậy cái nỗi lo của các đài truyền hình lo
lắng sự “đắt khách” của mình giảm thiểu đã được gạt bỏ. Đối thủ trước mắt chính là
sự bùng nổ Internet. Số người giải trí trong không gian Internet ngày càng tăng. Tuy
vậy cái bậc thang danh vọng mà truyền hình chiếm giữ bao lâu nay đâu dễ dàng từ
bỏ. Với hệ thống âm thanh vịng (nhà hát tại gia) và màn hình phẳng long lanh
truyền hình vẫn đang ngày càng thu hút người xem.
Đầu năm 2005, tác giả Rob McGann cho biết, kết quả điều tra thường niên
của Universal McCann với hơn 6000 người được phỏng vấn đã thống kê được thời
gian sử dụng đồng thời để lướt web và xem tivi tại Anh đã tăng lên 72 phần trăm.
Năm 2001, thời gian trung bình để cùng lúc làm hai việc này là 174 phút mỗi tuần.
Tới năm 2004, con số này đạt 300 phút mỗi tuần. Số thống kê năm 2004 cho thấy,
thời gian sử dụng internet trong lúc xem tivi chiếm khoảng 20 phần trăm thời gian
xem tivi hàng tuần với dân số trong độ tuổi từ 18-49 tại Hoa Kỳ. Tại thời điểm năm
2001, nhóm người này chỉ dành 11 phần trăm thời gian xem tivi mỗi tuần kết hợp
với duyệt web. Sau ba năm, tỷ lệ này gần như đã tăng lên gấp hai lần.
Tháng 11/2006, khảo sát thường niên của USC-Annenberg Digital Future
Project với thói quen sử dụng internet của hơn 2000 người dùng tại Hoa Kỳ đã
thống kê các kết quả: 41 phần trăm người dùng internet có thâm niên từ chín năm

7


trở lên cho biết việc xem thông tin trên web khiến họ ít xem truyền hình hơn. Chỉ 23
phần trăm những người mới sử dụng Internet (dưới một năm) xác nhận họ dành ít
thời gian cho truyền hình hơn vì Internet. Những người khơng sử dụng Internet có
thời gian xem tivi trung bình mỗi tuần là 21,4 giờ trong khi nhưng người có thói

quen duyệt web (kể cả những người mới làm quen với Internet) chỉ dành 12,3 giờ
mỗi tuần cho truyền hình. Sự kiện bóng đá FIFA 2006 đã truyền hình trực tiếp tới
26 triệu người xem trên khắp các châu lục tồn thế giới. Truyền hình Internet nhanh
chóng bắt kịp với công bố rằng năm 2007 người mỹ đã xem khoảng 9,5 tỉ đoạn
video Internet có độ dài trung bình 2,8 phút.
Trên đây là con số thống kê về lượng người sử dụng truyền hình internet sử
dụng tại các nước phát triển mạnh trên thế gới như Anh, Mỹ…, ta thấy rằng con số
này tăng lên hàng năm. Vậy tình hình ở Việt Nam ra sao? Đánh giá được đưa ra
trong Hội thảo Cơ hội kinh doanh trong ngành vô tuyến và di động tại Việt Nam
thời hội nhập, một hoạt động của VietnamComm 2007. Truyền hình trên Internet
(IPTV) là dịch vụ được đánh giá sẽ phát triển bùng nổ bởi hội tụ nhiều điều kiện cần
thiết. Ông Weijun Lee, Phó Giám đốc tập đồn ZTE - nhà cung cấp dịch vụ IPTV
hàng đầu tại Trung Quốc, nêu ra 3 yếu tố căn bản để phát triển một dịch vụ IPTV,
gồm: đường truyền băng rộng, nội dung đa dạng và thị trường phát triển năng động.
Tại Việt Nam, nền tảng cơ sở hạ tầng của VNPT đảm bảo được những chương trình
IPTV hấp dẫn như Karaoke trên truyền hình, tương tác trực tiếp với những gì nhìn
thấy trên màn hình TV.
"Lấy ví dụ để các bạn thấy IPTV thay đổi quan niệm về truyền hình như thế
nào. Hãy tưởng tượng các bạn đang xem chương trình Vietnam Idol rất hấp dẫn.
Các bạn không cần soạn tin hay vào web để bình chọn mà có thể thao tác ngay trên
máy thu hình", ơng Weijun Lee nói. "Thực tế tại những nơi đã triển khai IPTV, tỷ lệ
bình chọn như vậy cao hơn hẳn so với qua tin nhắn hoặc các hình thức khác". Cơ
hội kiếm tiền từ IPTV gần như được chia đều cho các bên tham gia. Theo đó, nhà
cung cấp dịch vụ được khoảng 30%, nhà cung cấp nội dung 40% và 30% còn lại
thuộc về các nhà cung cấp dịch vụ gia tăng trên IPTV.
Ông Trần Minh Tuấn, Phó viện trưởng Viện chiến lược Bộ TT-TT, cho biết
những dự án truyền hình analog sẽ dần được hạn chế trong thời gian tới. Thay vào

8

đó, truyền hình KTS sẽ được mở rộng. Đặc biệt khi vệ tinh Vinasat được phóng lên
quỹ đạo trong năm 2008, truyền hình kỹ thuật số sẽ được mở rộng đến vùng sâu,
vùng xa. Việc mở rộng truyền hình thế hệ mới sẽ được phổ biến bằng quỹ của chính
phủ. Từ đó làm cơ sở để kết thúc truyền hình analog vào năm 2015 - 2020.
Chúng ta đang sống trong một thế giới bùng nổ thông tin rất mạnh mẽ. Việc
ứng dụng các công nghệ hiện đại cho phát thanh và truyền hình để truyền tin tức, sự
kiện diễn ra rộng khắp trên toàn thế giới. Xuất phát từ nhu cầu ngày càng tăng của
đại bộ phận người xem cũng như xu thế phát triển mạnh của công nghệ truyền hình
trên mạng internet trong thời gian tới, cũng như xu thế phát triển cơng nghệ truyền
hình này trên thế giới và tại Việt Nam, tôi đã chọn đề tài “ Nghiên cứu và ứng
dụng kỹ thuật nén và truyền ảnh qua mạng Internet ” làm đề tài luận văn bảo vệ
tốt nghiệp cao học.
1.2 Nội dung nghiên cứu
Đã từ lâu, việc download và xem (nghe) lại các file video và audio chất
lượng cao từ Internet đã trở nên dễ như... bóc kẹo. Các trình duyệt và máy chủ Web
hiện hành đều hỗ trợ chức năng này. Tuy nhiên, truyền đầy đủ dung lượng của một
file multimedia thường yêu cầu một khoảng thời gian tải lâu đến mức không thể
chấp nhận được, mà lại còn hay ... "đứt" giữa chừng và rất hay bị lỗi. Chính vì dung
lượng các file nội dung âm thanh và hình ảnh quá lớn, nên một giải pháp phát trực
tuyến các nội dung này dưới dạng "dịng chảy" (streaming) đã được hình thành, để
người dùng có thể xem và nghe từng phần nội dung được "phát sóng" từ máy chủ
web một cách tuần tự. Tồn bộ file nội dung vẫn được lưu giữ trên máy chủ, chỉ có
từng phần thơng tin được truyền tải và người dùng khơng lưu được tồn bộ file âm
thanh hay hình ảnh, kể cả sau khi đã xem hoặc nghe toàn bộ nội dung.

9


Hình 1.2: Truyền tải các chương trình trên IP

Theo lý thuyết, hình ảnh video và âm thanh sẽ được truyền từ máy chủ, qua
mạng Internet đến với khách hàng theo đúng yêu cầu của họ khi truy cập vào trang
web có tích hợp chức năng video. Người sử dụng sẽ xem nội dung gửi tới cùng lúc
dữ liệu chuyển đến, theo kiểu "nhận tới đâu, xem tới đó". Tuy nhiên, do sử dụng
đường truyền mạng như một kênh truyền nội dung, nên độ rộng của đường truyền
sẽ là yếu tố quyết định chất lượng truyền tải nội dung có được liền mạch và trơi
chảy hay khơng. Tính tới thời điểm này, đã xuất hiện khá nhiều trang web cung cấp
dịch vụ video streaming (các video streamer), cùng với nhiều công nghệ và giải
pháp "truyền hình Internet" đầy tiềm năng. Song thường thì các giải pháp video
streaming hiện tại mới chỉ phát huy được hiệu quả trong các mạng intranet khép kín,
cịn khi đưa ra cung cấp đại trà trên tồn mạng Internet, chúng bỗng trở nên chuệch
choạc và "tậm tịt". Tuy vậy, người ta vẫn tin rằng một ngày nào đó, những cải tiến
và sáng chế mới trong giao thức đường truyền sẽ giúp biến "ước muốn" này trở
thành hiện thực thực tiễn. Trong mơ hình client/server thì một máy khách (client) sẽ
kết nối với một máy chủ thông qua một giao thức nhất định, nên mọi xử lý sẽ nằm
trên server và do đó sẽ tránh cho clients những tính tốn nặng nề. Tuy nhiên, mơ
hình client/server bộc lộ một nhược điểm quan trọng: khi số lượng clients tăng đến
một mức độ nào đó thì nhu cầu về tải và băng thông tăng lên dẫn đến việc máy chủ
không có khả năng cung cấp dịch vụ cho các máy khách thêm vào. Để giải quyết
vấn đề trên, công nghệ mạng ngang hàng P2P (peer to peer technology) được tin
tưởng sẽ là lời giải cho các vấn đề trên. Mạng đồng đẳng (peer-to-peer network),
10


còn gọi là mạng ngang hàng, là một mạng máy tính trong đó hoạt động của mạng
chủ yếu dựa vào khả năng tính tốn và băng thơng của các máy tham gia chứ không
tập trung vào một số nhỏ các máy chủ trung tâm như các mạng thông thường. Mạng
đồng đẳng thường được sử dụng để kết nối các máy thông qua một lượng kết nối
dạng Ad hoc. Ứng dụng thường xuyên gặp nhất là chia sẻ tệp tin, tất cả các dạng
như âm thanh, hình ảnh, dữ liệu,... hoặc để truyền dữ liệu thời gian thực như điện

thoại VoIP. Một mạng đồng đẳng đúng nghĩa khơng có khái niệm máy chủ và máy
khách, nói cách khác, tất cả các máy tham gia đều bình đẳng và được gọi là peer, là
một nút mạng đóng vai trị đồng thời là máy khách và máy chủ đối với các máy
khác trong mạng. Mạng ngang hàng (Peer to Peer - P2P) là một kiểu kiến trúc máy
tính mới có nhiều hứa hẹn. Tuy vậy để có thể có các ứng dụng tin cậy như thực tế
địi hỏi, khơng ít cơng sức và thời gian sẽ phải bỏ ra. Trong những năm qua thuật
ngữ mạng ngang hàng peer-to-peer (P2P) đã trở nên đồng nghĩa với Napster,
chương trình chia xẻ tệp nổi tiếng được chuyên gia lập trình 20 tuổi là Shawn
Fanning viết ra. Khi các kiến trúc Internet đầu tiên được dựng lên như mạng của các
mạng, các máy tính được kết nối theo kiểu ngang hàng. Nhiều dịch vụ trên Internet
như DNS, các nhóm tin và vơ số các tính nǎng dựa trên các kiến trúc ngang hàng.
Nhưng trong thời gian đó, các máy tính nối mạng là những máy tính lớn, nặng nề và
liên kết với nhau ít hơn bây giờ. Vào nǎm 1996, hãng Mirabilis, Israel giới thiệu
dịch vụ đưa tin tức thời ICQ được ưa thích ngay lập tức sử dụng kiến trúc ngang
hàng để nhắn tin giữa các PC kết nối Internet. Napster đã tiến những bước xa hơn,
nhờ vào các bộ vi xử lý nhanh hơn, dung lượng nhớ lớn hơn và tốc độ kết nối nhanh
hơn cho phép các PC cùng chia xẻ file trên Internet. Thật đáng ngạc nhiên trường
hợp Napster cho thấy mọi người sẵn sàng mở máy tính của họ, chia xẻ các file dữ
liệu với những người hoàn toàn xa lạ khi họ thấy việc làm đó có lợi. Trong q trình
đó, những mạng máy tính lớn đã được tạo ra nhanh chóng từ sự kết hợp của hàng
triệu máy PC riêng lẻ, mỗi máy trong số chúng có chức nǎng của máy chủ cũng như
máy khách. Nó cũng khơng hồn tồn là một hệ thống P2P. Nó sử dụng một máy
server trung tâm để kết nối các máy tính với nhau tránh những rắc rối của các
chương trình ngang hàng khác, như Gnutella, một chương trình chia xẻ file được
dùng nhiều giữa các cộng đồng công nghệ cao. Khái niệm P2P như người ta hiểu

11


bao gồm bốn hoạt động khác nhau: sự hợp tác giữa những người sử dụng, sự tương

tác giữa những ứng dụng phần mềm, việc sử dụng hiệu quả các tài ngun mạng và
các siêu tính tốn. Các hệ thống này kết hợp khả nǎng chia sẻ tài nguyên với khả
nǎng truyền tin tức thời, tất cả trong một môi trường an tồn. Sự hấp dẫn chính là ở
sự khuyến khích chia xẻ file và truyền thơng giữa các nhóm làm việc. Ví dụ, người
sử dụng có thể kết nối với các đồng sự trong các môi trường ảo để cùng hợp tác
trong công việc, giải quyết các vấn đề phức tạp và thậm chí lập kế hoạch chia xẻ tài
liệu và cùng lướt trên Internet. Quan trọng hơn cả đối với giới doanh nghiệp là dịch
vụ tạo ra một không gian an toàn cho người dùng cho dù họ ở trên Internet hay
trong Intranet sau tường lửa. Không cần phải có các kỹ sư của cơng ty, khơng cần
phải thiết lập hình thức tổ chức trung tâm và khơng phải lo đến những vị khách lạ
truy nhập vào mạng công ty. Một số công ty khác nhấn mạnh việc xây dựng hạ tầng
P2P, trên cơ sở đó các nhà phát triển có thể xây dựng các ứng dụng khác. Một trong
các cách làm này là sử dụng sức mạnh của giao thức XML, cho phép các nhà phát
triển không những chỉ định rõ cách bố trí của các trang web mà cịn có thể hiện các
nội dung. Mặc dù mọi sự chú ý đều tập trung vào vấn đề cộng tác, các hệ thống P2P
cho phép các ứng dụng phần mềm tương tác với nhau đem lại nhiều hứa hẹn nhất
cho các ứng dụng kết hợp các dữ liệu phân tán cho thương mại điện tử, thiêt kế sản
phẩm hoặc quản lý tri thức. Các chương trình đó dùng P2P như một phương thức
gửi dữ liệu vào và ra từ trình ứng dụng này tới trình ứng dụng khác hoặc liên kết
một số lượng vơ hạn các máy tính thành một cơ sở dữ liệu khổng lồ. Công nghệ
tương tác phần mềm cho phép các công ty chia nhỏ các vấn đề phức tạp cho dễ
quản lý hơn. Các hệ thống cho phép đối chiếu dữ liệu và đảm bảo rằng chúng đang
được điều khiển bởi chính những người tạo ra chúng, đảm bảo rằng hoạt động chính
xác và kịp thời rất lý tưởng cho các ứng dụng trực tuyến và kinh doanh chứng
khốn. Một số các hang máy tính đang tiếp tục phát triển thế hệ tiếp theo của các
máy tìm kiếm trên cơng nghệ P2P để phân phối thơng tin đúng lúc và tồn diện hơn
cho các cơng ty truyền thông lớn. Một loạt các hãng mới thành lập đang tạo ra
những chương trình tận dụng tài nguyên triển khai khả nǎng của P2P để lưu trữ các
file, phân phối nội dung và chia sẻ sức mạnh xử lý của các máy khác. Mục đích ở
đây một phần là cắt giảm giá thành phần cứng chẳng hạn như thiết bị lưu trữ, server

12


và các thiết bị khác, nhưng cũng giúp cho việc quản lý giao thơng trên mạng. Mặc
dù có tiềm nǎng dịch vụ lớn, nhưng đây là một vấn đề khó khǎn nhất của P2P. Có
quá nhiều vấn đề liên quan đến an toàn bảo mật và sự phức tạp - không đề cập đến
giá của các thiết bị lưu trữ và các server giảm xuống - khiến cho các dịch vụ P2P trở
nên không thiết thực. Cuối cùng, công nghệ P2P có thể áp dụng cho các dịch vụ tính
tốn phân tán có khả nǎng đạt được siêu xử lý cho các công ty cần khả nǎng xử lý
lớn nhưng khơng muốn bỏ hàng triệu đơla cho nó. Cơng nghệ này đã chia việc xử lý
lớn ra thành những xử lý nhỏ có thể phân tán giữa các máy tính trong một mạng.
Mỗi một PC đồng thời xử lý các dữ liệu và trả về kết quả cho máy tính trung tâm
ráp nối các phần này lại. Ví dụ, tiến trình này có thể được sử dụng để chia ra từng
ảnh nhỏ riêng biệt để tạo hình ảnh động cho những máy PC khác nhau thực hiện
đồng thời và sau đó kết hợp những hình đã được xử lý đó thành một chuỗi các hình
liên tục. Khi có hàng ngàn, hay hàng triệu máy tính được nối lại với nhau thì có thể
liên kết tính tốn siêu xử lý song song với tốc độ nhiều triệu phép tính / giây, với giá
thành nhỏ hơn nhiều so với các siêu máy tính như máy đánh cờ Deep Blue hay Blue
Gene của IBM. Liệu rằng các công ty đã sẵn sàng tin vào những người dùng máy
tính dấu tên trên khắp thế giới truy nhập dữ liệu quý giá của họ không cho dù vơ
tình hay cố ý ?. Do vậy hầu hết các hãng P2P đang thiết kế các ứng dụng cho các
hãng đủ lớn để có thể thực hiện các xử lý phân tán trong nội bộ công ty. Mặc dù
một số lượng lớn các công ty nhỏ đã thất bại nhưng những sản phẩm của các công
ty lớn như Microsoft , Sun Microsystems và nhiều công ty khác đã bắt đầu áp dụng
P2P. Những hãng khổng lồ này đang nghiên cứu để ứng dụng công nghệ P2P trong
các sản phẩm của họ. Intel là công ty lớn đầu tiên dùng P2P và đang đầu tư để phát
triển tiếp và đồng thời giúp đỡ các nhóm làm việc về P2P nhằm đưa ra các chuẩn
công nghệ ban đầu. Trong khi đó Microsoft đã tun bố cơng khai vào tháng Tám
dự án Hailstorm của họ, đó là ".Net" và đã đưa ra một số nét nổi bật của các dịch vụ

P2P. Khơng chịu đứng ngồi cuộc Sun Microsystems đã đưa ra một loạt chuẩn cho
một nền P2P mã nguồn mở gọi là JXTA. Sun gần đây cũng đã bắt đầu đầu tư cho
công nghệ này và mua Infrasearch với giá 10 triệu đô la. Thập kỷ trước đã chứng
kiến những thay đổi lớn về cung cách làm việc. Biên giới của các công ty đã trở lên
rộng lớn hơn và mối quan hệ giữa khách hàng và nhà cung cấp đã trở lên gần gũi

13


hơn đồng thời sự tin tưởng của công ty vào những người lao động tạm thời và các
chuyên gia tǎng lên, trong khi đó các tổ chức lại dựa nhiều hơn vào các nhóm làm
việc đặc biệt. Những nơi làm việc như vậy sẽ khơng có một cấu trúc làm việc cố
định và một vai trò nghề nghiệp được xác định rõ ràng. P2P rất phù hợp với cách
thức hợp tác này. Việc sử dụng các hệ thống mạng đã làm thay đổi một cách đáng
kể lực lượng lao động trong những nǎm gần đây. Những nhóm làm việc tự phát qua
mạng là sự phát triển có ý nghĩa quan trọng về cách thức làm việc của các cơng ty.

Hình 1.3: Mạng ngang hàng
Lần lượt các hệ thống nhắn tin như ICQ và các công cụ P2P khác dùng để
giao tiếp sẽ trở thành trung tâm của các mạng như thế và cho phép người sử dụng
liên kết với nhau một cách tự do và dễ dàng. Những bước nghiên cứu ban đầu về
các ứng dụng P2P đã công nhận những xu hướng như vậy trong thế giới kinh doanh.
Các hệ thống giao tiếp tương tác được ứng dụng liên kết các hệ thống lập trình và
thiết kế lại với nhau, tích hợp các kho dữ liệu khổng lồ và cho phép những nhóm
phát triển và thiết kế độc lập liên kết với nhau tốt hơn. Trong quá trình xử lý này hệ
thống giảm các luồng thông tin sai hay lỗi thời giữa các nhóm thiết kế dẫn đến tiết
kiệm nhiều triệu đô la. Các nhà tin học cho rằng trong thương mại, P2P chỉ thích
hợp cho những ứng dụng có trao đổi thơng tin trực tiếp. Như vậy, server sẽ tiếp tục
duy trì vị trí của mình trong việc quản lý nhân sự và chi tiêu, kế hoạch kinh doanh
và nhiều ứng dụng khác. Tuy nhiên, trong tương lai, server sẽ cung cấp các dịch vụ

cao cấp hơn thay vì những việc lặt vặt đơn giản như lưu trữ và phân phát các tệp.

14


P2P là một kiểu kiến trúc máy tính mới có nhiều hứa hẹn. Tuy vậy để có thể có các
ứng dụng tin cậy như thực tế địi hỏi, khơng ít cơng sức và thời gian sẽ phải bỏ ra.
Vì những ứng dụng thực tế của sự phát triển Internet trong nhiều lĩnh vực đời
sống, với xu thế hội tụ truyền thông trên nền truyền dẫn là internet là một vấn đề rất
rộng lớn nên trong đề tài luận văn này xin trình bầy một số vấn đề :
- Giới thiệu tổng quan nói tới sự phát triển của truyền hình từ phát sóng
quảng bá tới ứng dụng những cơng nghệ số mới để đáp ứng những nhu cầu con
người trong thời đại phát triển internet. Ngoài ra trong phần này cũng giới thiệu tình
hình phát triển của một hình thức truyền hình mới đó là truyền hình internet trên thế
giới và những đánh giá, xu hướng tiếp cận công nghệ mới tại Việt Nam. Từ đó làm
cơ sở cho nội dung nghiên cứu về nén ảnh và truyền ảnh qua mạng internet.
- Cơ sở lý thuyết xin trình bầy về nguyên lý nén tín hiệu video với những vấn
đề như kỹ thuật nén video số, các đặc điểm của nén số, các phương pháp nén…và
hai chuẩn nén cơ bản MPEG-2, H-264. Cuối cùng đề cập tới cấu trúc dữ liệu và các
giao thức truyền tải gói dữ liệu.
- Phần thử nghiệm truyền ảnh trong phẩn này tiến hành thử nghiệm hai vấn
đề chính đó là thử nghiệm nén ảnh H264 bằng cơng cụ phần mềm sau đó tiến hành
đánh giá chất lượng ảnh sau khi nén bằng tham số PSNR. Thứ hai là thử nghiệm
truyền ảnh qua môi trường internet giữa hai máy tính dạng mạng đồng đẳng P2P
(Peer to Peer) sau khi thu được ảnh sẽ tiến hành đánh giá chất lượng ảnh sau khi
truyền bằng tham số PSNR.
- Kết luận đưa ra nhận xét những kết quả thực nghiệm và những định hướng
tiếp theo của luận văn. Đồng thời tiến hành đánh giá lại đề tài và chỉ ra những tồn
tại mà đề tài chưa thực hiện được.
1.3 Mục tiêu của đề tài

Trước những phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ số, ứng dụng truyền hình
trên nền truyền dẫn mạng internet mạnh mẽ, mục tiêu của đề tài đề cập tới một số
vấn đề cơ bản như :
-

Chỉ ra lý do tại sao phải tiến hành nén ảnh trước khi truyền dẫn và một số

nguyên lý nén ảnh.
-

Cách hình thành cấu trúc gói dữ liệu để truyền qua mạng IP

15


-

Phương pháp đánh giá chất lượng hình ảnh sau nén

-

Phương pháp đánh giá chất lượng ảnh sau khác nhau, hoặc gói là một
mảnh, hoặc nó được cho phép phân mảnh, hoặc gói đó là mảnh
cuối cùng hay có thêm mảnh khác.
Khi một gói IPTV được phân mảnh và chuyền đi qua mạng thì
chức năng của IPTVCD là tổng hợp các mảnh theo đúng thứ tự.
Trường này đánh số mỗi mảnh, cho phép IPTVCD tổng hợp lại
theo đúng thứ tự.
Vì một gói IP chuyền qua mạng, trường thời gian sống sẽ được
mỗi bộ định tuyến dọc theo đường truyền kiểm tra và giá trị bên

trong trường này sẽ được giảm dần. Quá trình này tiếp tục cho đến
khi giá trị trường này giảm về 0. Khi điều này xảy ra có nghĩa là
gói này hết hạn và sẽ bị loại bỏ. Chức năng chính của trường này
là để loại bỏ các gói trên mạng mà khơng có khả năng truyền đến
đích. Điều này sẽ làm giảm tắc nghẽn trên mạng. Giá trị của
trường này trong khoảng từ 30 đến 32.
Trường dài 8 bit, chỉ ra loại giao thức đóng gói bên trong
datagram IP. Nếu giá trị là một thì sau đó ICMP được dùng, là hai
tương ứng với IGMP, là 6 được sử dụng cho lưu lượng TCP, và 17
được sử dụng cho ứng dụng UDP.
Cho phép IPTVCD tách datagram khỏi header lỗi. Gói bị lỗi
thường bị IPTVCD loại bỏ hay hủy
Chứa địa chỉ IP của thiết bị gửi gói IPTV. Trong môi trường
IPTV, thiết bị gửi thường là máy chủ VoD hoặc là bộ mã hóa.
Chứa địa chỉ của thiết bị nhận được chỉ định. Trong môi trường
IPTV, địa chỉ này thường là địa chỉ của IPTVCD
Được nhà cung cấp IPTV sử dụng để cung cấp thêm các đặc điểm
khác
Là nội dung video

Một điểm đáng chú ý là một vài bit đầu tiên của địa chỉ sẽ định nghĩa các bit
còn lại của trường địa chỉ sẽ được phân chia thế nào cho host và mạng. Để thuận lợi
cho việc sử dụng và quản lí, địa chỉ IP được chia thành các lớp khác nhau. Chi tiết
địa chỉ các lớp được mô tả trong bảng dưới đây 3.7.
Bên cạnh việc chia thành các lớp, một số địa chỉ IP được dành riêng cho các
mạng tư nhân. Các địa chỉ này nằm trong dải:
10.0.0.0 to 10.255.255.255
172.16.0.0 to 172.31.255.255
192.168.0.0 to 192.168.255.255
74

Bảng 3.7: Các lớp địa chỉ IPv4
Lớp địa chỉ IP

Mô tả
Mô tả một mạng sở hữu số đầu tiên trong địa chỉ IP, có giá trị từ 0
đến 128. Ba số còn lại được dùng để xác định một IPTVCD, máy
chủ, hay thiết bị mạng khác. Do đó, một địa chỉ lớp A có địa chỉ

A

mạng 7 bit và địa chỉ host 24 bit. Bit có thứ tự cao nhất được thiết
lập bằng 0
Có 126 địa chỉ mạng lớp A trên thế giới và mỗi mạng trong số đó có
đủ số địa chỉ IP để hỗ trợ hơn 16 thiMết bị mạng. Tất cả các địa chỉ
IP lớp A được cấp phép từ InterNIC từ nhiều năm trước.
Một mạng lớp B có địa chỉ gồm số đầu tiên có giá trị từ 128 đến
191. Giá trị này tương đương với địa chỉ mạng 14 bit và một địa chỉ
cục bộ 16 bit. Giá trị của 1 và 0 gán cho 2 bit có thứ tự cao nhất.

B

Có khoảng 16000 mạng lớp B trên Internet, mỗi mạng có khả năng
hỗ trợ 64000 thiết bị mạng. Những tổ chức lớn hơn và các nhà cung
cấp dịch vụ Internet đã cấp phép cho hầu hết hoặc gần hết các địa
chỉ này. Ví dụ về địa chỉ lớp B: 132.6.2.24, trong đó, 132.6 chỉ ra
mạng, 2.24 chỉ ra host.
Mạng lớp C có địa chỉ có số đầu tiên có giá trị từ 192 đến 223. Số
này tương đương với một địa chỉ mạng 21 và địa chỉ cục bộ 8 bit.

C

Giá trị 1,1 và 0 được gán cho 3 bit có thứ tự cao nhất. Có gần 2 triệu
địa chỉ mạng lớp C, mỗi mạng có khả năng hỗ trợ đánh địa chỉ cho
254 thiết bị mạng.

D
E

Là phần đầu tiên của địa chỉ có giá trị từ 224 đến 239. Những địa chỉ
IP này được sử dụng cho mục đích truyền đa điểm.
Địa chỉ mạng lớp E có giá trị từ 240 đến 247 và được đặt trước để sử
dụng sau này.

75


Hình 3.17: Các lớp địa chỉ IP
Mạng con IPTV:
Trong các mạng lớn IPTV với hàng ngàn IPTVCD trải rộng trên 1 khu
vực địa lí rộng, mạng dựa trên IP này cần được chia thành các mạng nhỏ hơn gọi
là mạng con. Mạng con của mạng IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ định
nghĩa và giám sát các phần riêng biệt trong mạng mà không cần địa chỉ IPv4
mới. Người điều hành mạng cũng sử dụng địa chỉ mạng con để giấu đi cấu trúc
mạng nội bộ để trách bị tấn công từ mạng Internet công cộng. Người quản trị
mạng IPTV sử dụng các số riêng biệt được gọi là địa chỉ subnet mask để tạo các
mạng con trong môi trường IPTV. Subnet mask là địa chỉ IP32 bit. Giá trị mặc
định của subnet mask của lớp A, B, C là:

76


Class A----- 255.0.0.0
Class B----- 255.255.0.0
Class C-----255.255.255.0
Các tiến trình chạy trên mạng con thường được quản lí bởi thiết bị phần cứng
gọi là router. Một router có thể nối với nhiều mạng và quyết định thông tin sẽ được
gửi đến đâu trong mạng.
Tương lai của địa chỉ IP:
Khi cấu trúc địa chỉ IP của mạng Internet mới được phát triển trong những
năm đầu của thập kỉ 80, người ta đã cho rằng nó đáp ứng được nhu cầu của người
dùng hiện tại và trong tương lai. Địa chỉ IP 32 bit trong vesion IPv4 có thể đánh địa
chỉ cho hơn 4 tỉ máy trạm trong khoảng 16,7 triệu mạng khác nhau. Địa chỉ IPv4
không đáp ứng được nhu cầu tốc độ phát triển của mạng Internet như hiện nay.Tốc
độ phát triển của mạng Internet đã nằm ngồi dự đốn của những người phát triển
giao thức IP và số lượng mạng kết nối với mạng Internet tăng lên từng tháng.
Để tìm giải pháp cho hạn chế của địa chỉ IPv4, Nhóm Kĩ Sư mạng Internet
đã đưa ra version mới IPv6 với 128 bit địa chỉ. IPv6 có thể cung cấp lượng địa chỉ
gấp hàng tỉ lần số địa chỉ IPv4. IPv6 có cả các khả năng cung cấp hỗ trợ việc xác
thực, tính tồn vẹn QoS, mã hóa và bí mật. Việc sử dụng IPv6 trên mạng IPTV là
thích hợp bởi vì cơ chế QoS bên trong nó và có khả năng hỗ trợ số lượng không giới
hạn các IPTVCD.Trong 5 tới 10 năm tớ, IPv6 sẽ dần thay thế IPv4.
Tại sao lại sử dụng IPv6 khi triển khai IPTV ? IPv6 có tính năng vượt trội
hơn so với IPv4. Các ngun nhân chính khiến các nhà cung cấp dịch vụ xem xét
việc sử dụng IPv6:
Quy mô được tăng lên: IPv4 dùng địa chỉ 32 bit trong khi IPv6 dùng địa chỉ
128 bit, lớn hơn gấp 4 lần. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch vụ IPTV mở rộng
số lượng thiết bị có thể quản lý .
Cấu trúc header đơn giản: IPv6 giảm kích thước header xuống cịn 40 byte cố

định và đơn giản cấu trúc của trường header. Các thành phần cơ bản của IPv6
header được mơ tả trong hình 42 và bảng dưới.
Tăng mức độ bảo vệ: IPv6 có 2 đặc điểm giúp tăng mức độ bảo vệ:

77


1) Bao gồm header xác thực-- bao gồm các bản tin xác nhận và kiểm tra
người gửi gói.
2) Payload bảo mật được đóng gói-- đặc điểm này đảm bảo tính toàn
vẹn của dữ liệu IPTV và bảo mật giữa các máy chủ trung tâm dữ liệu IPTV và
các IPTVCD khác.
Lưu lượng thời gian thực tốt hơn: khả năng dán nhãn luồng của IPv6 cho
phép nhà cung cấp dịch vụ đánh dấu các gói riêng, phụ thuộc vào từng loại dịch vụ.
Trong mơi trường triple-play, các router có thể coi các gói IP được dán nhãn với
một nhận dạng video là các gói IP được dán nhãn khi mang nội dung web.
Tự động cấu hình: Khả năng plug and play của IPv6 giúp giảm bớt độ phức
tạp khi cài đặt dịch vụ IPTV tại nhà của khách hàng.

Hình 3.18: Cấu trúc header của IPv6
Bảng 3.8: Mô tả trường của IPv6
Tên trường
Mã bắt đầu của gói
Định dạng dịng
Độ dài gói PES
Mã đồng bộ

Chức năng
Các gói PES bắt đầu bằng các bit 0
Trường này dùng để định nghĩa loại payload chứa trong gói.

Dạng 111xxxxx là chỉ gói âm thanh, và 1110 xxxx chỉ các gói
hình ảnh. “x” là số dịng MPEG
2 byte của trường này dùng để định nghĩa độ dài gói
Trường này được sử dụng để đồng bộ âm thanh và nội dung
video cung cấp phần cứng và phần mềm trong bộ mã hóa đặt
trong set- top box IP với các thơng tin thêm. Trong trường này
còn bao gồm các cờ:
78


Cờ điều khiển trộn âm PES: báo cho bộ mã hóa biết liệu gói có
được đảm bảo khơng trong q trình xử lí trộn âm. Cờ ưu tiên
PES: Cung cấp thơng tin về mức ưu tiên của gói PES cho bộ
giải mã.
Data_alignment_indicator : Cờ chỉ thị này sẽ xác định xem
phần payload của PES bắt đầu với bit âm thanh hay hình ảnh.
Thơng tin bản quyền: khi bit nay được thiết lập, chương trình
đó là chương trình có bản quyền. Cờ nguyên bản hay bản sao:
Cờ này chỉ thị liệu chương trình đó có phải là bản gốc, hay la
bản sao.
Độ dài dữ liệu
header
Các trường header
trong PES
Trường payload và
dữ liệu video

Trường này dùng để định nghĩa tổng số byte được sử dụng bởi
các trường header khác.
Trường này chứa các số các bit tùy chọn.

Trường payload của PES chứa các dòng cơ bản âm thanh.

Vì những ưu điểm kể trên IPv6 được xem như giải pháp lâu dài để hỗ trợ triển
khai các thiết bị số ở quy mơ lớn, có thể sử dụng nhiều loại ứng dụng dựa trên IP.
Nhược điểm chính khi sử dụng giao thức IP là khơng có gì đảm bảo rằng khi
nào các gói tới đúng đích hay gói có đến đúng lúc khơng. Ngay cả thứ tự các gói
được chuyển đến cũng khơng được xác định. Do đó, lớp IP làm việc cùng với giao
thức lớp truyền tải để đảm bảo rằng các gói đến IPTVCD đúng lúc và theo trật tự
đúng. IP cũng làm cho quá trình phân phát nội video bị trễ.
3.7 Lớp liên kết dữ liệu
Lớp liên kết dữ liệu lấy các dữ liệu thô từ lớp IP và định dạng chúng thành
các gói phù hợp để truyền qua mạng vật lí. Chú ý, lớp liên kết dữ liệu khác với các
giao thức mạng. Kĩ thuật Ethetnet là một trong những kĩ thuật phổ biến hơn được sử
dụng trong hệ thống IPTV. Lớp liên kết dữ liệu bao gồm các chức năng dành cho
các mạng dựa trên Ethernet:
Encapsulation---- Lớp này thêm vào các gói IPTV 1 header. Ethernet header
là loại Encapsulation phổ biến nhất dùng trong lớp liên kết dữ liệu của IPTVCD.
Các thành phần cơ bản của Ethernet header được giải thích trong bảng 3.9
Định địa chỉ---- Lớp liên kết dữ liệu xử lí các địa chỉ vật lí của mạng người
sử dụng và các thiết bị chủ. Hệ thống địa chỉ khác nhau với các topo mạng. Ví dụ,
địa chỉ MAC được sử dụng trong mạng Ethernet. Mỗi thiết bị kết nối với mạng
79


IPTV thì có 1 địa chỉ MAC. Độ dài của địa chỉ MAC là 48 bit và thường được biểu
diễn bằng 12 số trong hệ 16. Trong 12 số hệ 16 này, 6 số đầu tiên để dành cho nhà
sản xuất thiết bị IPTV và các số còn lại được dùng để định nghĩa giao diện mạng ảo.
Kiểm tra lỗi----- chức năng kiểm tra lỗi được dùng trong vài lớp của mơ hình
IPTV, bao gồm cả lớp liên kết dữ liệu. Các gói bị ngắt là lỗi thường gặp trong quá
trình truyền các nội dung video qua mạng dựa trên IP. Phương pháp sửa lỗi thường

dung là kiểm tra dư thừa vịng (CRC) trong IPTV để tìm và loại bỏ các gói bị ngắt.
Sử dụng kĩ thuật CRC thiết bị gửi IPTV thực hiện việc tính tốn trên các gói và lưu
trữ kết quả trong gói. Các phép tính tốn tương tự cũng được thưc hiện trên thiết bị
nhận khi nhận được các gói. Nếu kết quả tính tốn là như nhau, thì các gói được xử
lí bình thường. Tuy nhiên, nếu kết quả này là khác nhau, thì gói bị lỗi sẽ bị loại bỏ.
Thiết bị gửi sẽ tạo một gói mới và gửi lại nó. Thơng báo với lớp trên trong mơ hình
IPTV khi có lỗi xảy ra là nhiệm vụ chính của lớp liên kết dữ liệu trong kĩ thuật kiểm
tra lỗi mà các hệ thống IPTV end to end.
Điều khiển luồng---- Điều khiển luồng là một trong chức năng của lớp truyền
tải. Trong mạng IPTV, điều khiển luồng cho thiết bị IPTV của người sử dụng không
bị tràn bởi các nội dung. Lớp liên kết dữ liệu cùng với lớp truyền tải thực hiện bất kì
yêu cầu điều khiển luồng nào.
Bảng 3.9: Cấu trúc của Ethernet header
Tên trường
trong Header
Địa chỉ đích
mạng Ethernet
Địa chỉ nguồn
mạng Ethernet
Loại mã

Kích thước
(bit)

Chức năng

48

Chỉ ra địa chỉ của giao diện đích

48

Chỉ ra địa chỉ của giao diện nguồn

16

Chỉ ra giao thức được sử dụng trong việc định
dạng gói. Ví dụ kiểu gói "TCP/IP" chứa giá trị kiểu
hex "0 x 80 0 x 00"

80