Jen_lovely
New Member
Download miễn phí Đánh giá hiệu quả truyền video thời gian thực bằng lược đồ SPRS trong mạng ethernet tốc độ cao
MPEG là giải thuật nén đểtruyền tải và lưu trữdữliệu sốdung lượng lớn hiệu suất
cao. Việc nén MPEG phù hợp với việc truyền các khung video trên một mạng máy tính.
Phương pháp nén được sửdụng là dựbáo chuyển động của khung qua lại theo thời gian, sau
đó dùng các phép biến đổi cosin rời rạc (DCT) đểthiết lập kiểm dưvòng [6]. Trong trường
hợp tổng quát, một GOP có một khuôn mẫu IBB (PBB), tức là một “IPP” được đi theo bởi m
“PBB” trong một GOP.Khi khung B cần khung P tiếp theo hay khung I đểcấu trúc lại
khung hiện thời, ngoại trừkhung I đầu tiên, đối với một GOP với N=12 và m=3, việc truyền
thứtựtheo khuôn mẫu sau “PBBPBBPBBIBB” và lặp lại chính nó. Do đó, ta bỏqua khung I
đầu tiên và thửnghiệm với khung thứ2 được truyền.
Giảsửrằng các nút nhận có các bộ đệm được giới hạn và tải video tổng quát được
xét đến theo thời gian dung lượng thực và mã hoá các khung video. Đối với các luồng video,
sửdụng 6 video clip (từclip1.mpg đến clip6.mpg) khác nhau lấy từcác chương trình video
nội dung khác nhau. Mỗi clip được thu với 24 bit màu, độphân giải 320x240 với tốc độ30
khung /giây. CHuỗi khung tổng hợp được nén theo chuẩn MPEG với GOP của N=12 và
m=3. Theo đặc tính khối lượng và nội dung video, ta phân loại các video clip MPEG thành
các dạng khác nhau và được trình bày nhưtrong bảng 1 và 2
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ TRUYỀN VIDEO THỜI GIAN THỰCBẰNG LƯỢC ĐỒ SPRS TRONG MẠNG ETHERNET TỐC ĐỘ CAO
Phạm Mạnh Hà
Hệ thống thông tin thời gian thực là hệ thống trong đó các quá trình vật lý diễn ra
chính xác đồng thời theo trình tự thời gian. Hai yêu cầu chính của bất cứ ứng dụng thời gian
thực nào là: băng thông cao và cơ chế điều khiển. Hiện nay trong các mạng hiện tại, băng
thông thấp hay không có cơ chế điều khiển, dẫn đến không thích hợp yêu cầu phát triển của
hệ thống thời gian thực.
Với tốc độ hiện tại của mạng Ethernet 10 Mb/s, 100 Mb/s, 1000 Mb/s, thoả mãn yêu
cầu IEEE 802.3, các kênh truy nhập ngẫu nhiên theo giải thuật điều khiển truy nhập
CSMA/CD nên không đoán trước được thời gian gửi và nhận dữ liệu trên mạng. Trong
bài báo này, lược đồ truyền phối hợp giai đoạn khởi động SPRS được sử dụng để truyền
phát các luồng video MPEG trên mạng Fast Ethernet 100 Mb/s. Đánh giá dựa trên các phân
tích băng thông cực đại sau một số thực nghiệm, các kết quả đã cho thấy một số điều kiện
cải thiện việc sắp xếp truyền luồng video trên mạng hiện tại.
Từ khoá
SPRS- Start Phase Regulating Scheme
MPEG- Moving Picture Experts Group
1. GIỚI THIỆU CHUNG
Hiện nay các máy tính đang được nghiên cứu việc liên kết thông qua mạng tốc độ
cao, trên thực tế tốc độ truyền cao chiếm nhiều thời gian thực với các ứng dụng yêu cầu xác
định sự tác động và giới hạn độ trễ truyền thông, trong đó giới hạn là sự so sánh chặt về yêu
cầu thời gian với các ứng dụng phi thời gian thực khác. Một lý do khác về sự phát triển
nhanh chóng của mạng tốc độ cao vì yêu cầu lớn về băng thông do các ứng dụng
multimedia. Sự phát triển mạnh mẽ các ứng dụng đồ hoạ, âm thanh trong tất cả các lĩnh vực
đã trở thành động lực để chuyển các mạng tốc độ thấp sang các mạng có tốc độ cao hơn.
Trong các ứng dụng multimedia, rào cản lớn nhất với truyền thông thời gian thực là
tập dữ liệu lớn các chuyển động của video số. Để giảm bớt khó khăn này, một hướng giải
quyết là ứng dụng công nghệ nén hình ảnh video. Sự đa dạng của các giải thuật nén hình ảnh
đã phát triển với các dịch vụ video có tốc độ bit biến đổi VBR (variable bit rate). Trong các
giải thuật đó, MPEG là một trong các giải thuật được chấp nhận rộng rãi nhất.
Một hướng giải quyết khác để đạt được truyền thông thời gian thực là phối hợp
truyền với các tiến trình nén các khung video dưới sự kiểm soát chặt về thời gian. Để hỗ trợ
các ứng dụng thời gian thực trong các mạng có tốc độ cao, sự phối hợp truyền phải được
đảm bảo tối đa nếu không các khung có thể đi đến đích trước thời hạn quy định chúng. Các
khung đến trễ và không đúng hạn sẽ làm cho chất lượng ảnh bị kém đi hay video bị giật.
Trong bài báo này, ta khai thác đặc tính liên tục của khung mã MPEG và đưa ra phương
pháp truyền video sử dụng lược đồ điều hoà giai đoạn khởi động để tăng hiệu quả đáp ứng
thời gian thực khi truyền luồng video MPEG có tốc độ bit biến đổi trên một mạng Ethernet
100Mb/s.
Theo chuẩn MPEG có 3 kiểu khung sắp xếp một nhóm ảnh:
- Các khung I (intra-frames) được mã hoá bằng các ảnh phẳng, không sử dụng
phần trước đó.
- Các khung P (predicted-frames) là khung được dự báo trước từ các khung P hay I
gần nhất cấu hình lại.
- Các khung B (bidirectional-frames) là các khung được định hướng từ hai khung I
hay P gần nhất., một trong phần trước đó và một trong phần tiếp theo.
Kích thước khung I lớn hơn khung P và khung P lớn hơn khung B.
Để tiện cho thực nghiệm, ta phân loại các video clip theo các đặc tính khối lượng
công việc thực hiện (độ dài)-kích thước khung trung bình, kích thước khung cực đại, tỷ lệ
kích thước I
:B giữa các khung và nghiên cứu hiệu quả của chúng trên các lược đồ truyền trong môi trường mạng Ethernet. Phần còn lại trong bài báo này gồm:
Phần 2 sơ lược về mô hình mạng và giao thức CSMA/CD.
Phần 3 trình bày về các luồng video MPEG và phân loại chúng.
Phần 4 mô tả và phân tích lược đồ truyền điều hoà giai đoạn khởi động được sử
dụng.
Phần 5 đánh giá các kết quả thử nghiệm.
2. MÔ HÌNH MẠNG VÀ GIAO THỨC CSMA/CD
2.1. Mô hình mạng
Giả sử một hệ thống có x nút được kết nối trên một mạng Fast Ethernet tốc độ
100Mb/s, các thông tin đến được truyền trong một khoảng thời gian cho trước một cách
đồng bộ và được ràng buộc bởi thời hạn kết thúc.
Xét một hệ thống có một tập thông tin đồng bộ S, gồm m luồng thông tin:
M1,M2,…, Mm được phân bố đều nhau giữa các nút x trong mạng. Vì video MPEG
là một luồng thông tin VBR, thời gian truyền mỗi khung trong phạm vi thời gian biến đổi
tuần hoàn. Căn cứ vào một luồng video M của n khung theo độ dài, chúng ta thấy thời gian
truyền cần thiết cho mỗi khung trong Mi là Cij, j=1,2,…,n. Gọi Cimax là thời gian truyền yêu
cầu tối đa cho một khung trong luồng video M. Khi đó chúng ta có:
max
1
max{ }
n
i j
C Cij
=
= (2.1)
2.2. Giao thức CSMA/CD
Ethernet được thực hiện theo chuẩn IEEE 802.3 cho truyền trên mạng cục bộ. Tầng
MAC 802.3 sử dụng cách đa truy nhập sử dụng sóng mang có phát hiện xung đột
(CSMA/CD). Khi một nút muốn truyền tin đi, nó nghe đường truyền nếu phát hiện thấy kênh
rỗi, nó truyền đi ngay lập tức, với xác suất truyền là 1. Nếu đường truyền bận, nút sẽ chờ đến
khi đường truyền rỗi và thử truyền lại. Nếu hai hay nhiều nút cùng truyền một lúc khi kênh
rỗi, sẽ xảy ra xung đột. Khi hệ thống phát hiện xung đột nó sẽ dừng truyền. Khi đó chúng sẽ
chờ một khoảng thời gian ngẫu nhiên và lặp lại toàn bộ tiến trình [3]. Do đó, có thể mô hình
hoá mạng như trình bày trong hình 1, bao gồm các giai đoạn truyền và xung đột, với giai
đoạn rỗi khi tất cả các nút đều tĩnh. Giai đoạn chờ ngẫu nhiên là dưới dạng khe thời gian.
Sau một xung đột, thời gian được chia thành các khe riêng biệt có độ dài bằng nhau trong
trường hợp xấu nhất thời gian truyền xoay vòng trên đường đi. Để thích hợp với khoảng
cách dài nhất cho phép theo chuẩn 802.3 (2,5km), khe thời gian tranh chấp được đặt 512 bit
thời gian hay 5,12 µs trên một tuyến 100 Mb/s.
Hình 1. CSMA/CD có thể ở một trong 3 trạng thái: xung đột, truyền hay rỗi
packet packet packet packet
Khoảng tranh chấp
Các khe tranh chấp
Rỗi
Thời gian
2.3. Ethernet đối với truyền thông thời gian thực
Khi truyền thông thời gian thực đòi hỏi đảm bảo chất lượng, Ethernet có những
nhược điểm sau:
- Sự truy nhập ngẫu nhiên trình bày ở trên cho thấy không có cơ chế điều khiển
truy nhập đường truyền, trong trường hợp xấu nhất thì thời gian truy nhập là vô
hạn.
- Giao thức Ethernet không phân biệt dữ liệu thời gian thực và phi thời gian thực,
vì vậy thời gian mà các gói dữ liệu thời gian thực phải chờ các luồng phi thời
gian thực từ các nút khác phát đi.
- Giao thức Ethernet với giải thuật backoff ưu tiên số lượng nhỏ các nút sẵn sàng
truyền dữ liệu đồng bộ [7]. Khi số nút nhận được là lớn hơn, độ ưu tiên giảm đi
và mức độ biến đổi trong sử dụng b