Luận văn Kỹ thuật truyền thông đa phương tiện và ứng dụng trong giảng dạy trực tuyến

mạng hàng tuần. Các gói tin còn lại sẽ được chuyển thành lớp thứ hai. Một người dùng cũng có thể chọn dịch vụ mà trong đó tất cả các gói tin đều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên thuộc lớp thứ hai. Mức giá cả của hai loại dịch vụ này sẽ khác nhau. Các dịch vụ lớp thứ nhất sẽ do đó sẽ có độ trễ đạt yêu cầu và phù hợp với ứng dụng đa phương tiện. 26 CHƢƠNG II: KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG ĐA PHƢƠNG TIỆN 2.1. Kỹ thuật H323 2.1.1. Giới thiệu H323: H323 là một chuẩn quốc tế về hội thoại trên mạng được đưa ra bởi hiệp hội viễn thông quốc tế ITU (International Telecommunication Union). Chuẩn H323 của ITU xác định các thành phần, các giao thức, các thủ tục cho phép cung cấp dịch vụ truyền dữ liệu đa phương tiện (multimedia) audio, video, data thời gian thực qua mạng chuyển mạch gói (bao gồm cả mạng IP) mà không quan tâm đến chất lượng dịch vụ. H323 nằm trong bộ các khuyến nghị H32x cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu đa phương tiện qua các loại mạng khác nhau. Một trong các ứng dụng của H323 chính là dịch vụ điện thoại IP và hội nghị đa truyền thông. Đến nay, H323 đã phát triển thông qua hai phiên bản. Phiên bản thứ nhất được thông qua vào năm 1996 và phiên bản thứ hai được thông qua vào năm 1998. ứng dụng vào chuẩn này rất rộng bao gồm cả các thiết bị hoạt động độc lập cũng như ứng dụng truyền thông nhúng trong môi trường máy tính cá nhân, có thể áp dụng cho đàm thoại điểm - điểm cũng như cho truyền thông hội nghị. H323 còn bao gồm cả chức năng điều khiển cuộc gọi, quản lí thông tin đa phương tiện và quản lí băng thông và đồng thời còn cung cấp giao diện giữa mạng LAN và các mạng khác. 2.1.2. Các thành phần cơ bản của kỹ thuật H.323: 2.1.2.1. Các ƣu điểm của H.323: • Cung cấp các bộ mã hoá đã đƣợc chuẩn hoá: H.323 thiết lập các chuẩn nén và giải nén luồng dữ liệu audio và video, bảo đảm cho các thiết bị từ các nhà cung cấp khác nhau có sự hỗ trợ chung. • Tính tƣơng thích cao: Người sử dụng có thể trao đổi dữ liệu mà không phải lo lắng về tính tương thích ở bên nhận. Bên cạnh việc đảm bảo bên nhận có thể giải nén thông tin nhận được, H.323 còn thiết lập một phương thức cho 27 phép bên nhận có thể trao đổi khả năng nhận thông tin của mình với bên gởi. • Độc lập phần cứng: H.323 được thiết kế để chạy ở tầng trên của kiến trúc mạng. Những giải pháp cơ bản của H.323 cho phép tận dụng được những cải tiến về kỹ thuật mạng và sự phát triển băng thông. • Độc lập với ứng dụng và hệ điều hành: H.322 không bị ràng buộc với phần cứng hay hệ điều hành. • Hỗ trợ đa điểm: Tuy H.323 có thể quản lý được những cuộc hội nghị có nhiều kết nối mà không cần sử dụng thêm một trình điều khiển đa điểm chuyên dụng nào, nhưng việc sử dụng MCU (Multipoint Control Unit – trình điều khiển đa điểm) sẽ cung cấp một kiến trúc mạnh và linh hoạt hơn cho hội nghị kiểu nhiều kết nối. • Quản lý đƣợc băng thông: Việc truyền các dữ liệu truyền thông đa phương tiện đòi hỏi băng thông rất lớn và có thể làm nghẽn mạch. Để giải quyết vấn đề này, H.323 đưa ra trình quản lý băng thông. Nhân viên quản trị mạng có thể giới hạn số kết nối H.323 hay giới hạn băng thông cho các ứng dụng sử dụng H.323. Điều này đảm bảo cho sự lưu thông trên mạng không bị tắt nghẽn. • Hỗ trợ khả năng quản bá thông tin: Giúp cho việc sử dụng băng thông hiệu quả hơn. • Linh hoạt: Một hội nghị sử dụng chuẩn H.323 có khả năng tiếp nhận các thiết bị đầu cuối khác nhau. Ví du: một terminal chỉ hỗ trợ khả năng truyền và nhận âm thanh có thể tham gia hội nghị với các máy hỗ trợ khả năng truyền dữ liệu và hình ảnh. Máy sử dụng chuẩn H.323 có thể chia sẽ dữ liệu, âm thanh, hình ảnh với các máy khác. 28 • Khả năng hội nghị liên mạng: Nhiều người dùng muốn kết nối từ mạng LAN đến một đầu xa chẳng hạn như kết nối giữa hệ thống LAN với hệ thống ISDN. H.323 cũng hỗ trợ khả năng này và sử dụng kỹ thuật mã hoá chung từ các chuẩn hội nghị khác nhau để giảm thiểu thời gian chuyển đổi mã và tạo một hiệu suất tối ưu cho hội nghị. 2.1.2.2. Kiến trúc hệ thống của H.323: Chuẩn H.323 của ITU là một tập hợp các tiểu chuẩn, giao thức liên quan đến truyền thông âm thanh và hình ảnh trong mạng LAN mà chất lượng dịch vụ không bảo đảm. Kiến trúc của H.323 không bao gồm cả mạng LAN hay tầng transport dùng để kết nối giữa các mạng LAN khác mà chỉ có những thành phần cần thiết cho việc tương tác với mạng chuyển mạch điện tử SCN (Switched Circuit Network). H.323 gồm có bốn thành phần chính cho một hệ thống truyền tin trên mạng đó là: Terminal, Gateway, Gatekeeper và MCU. Hình 2.1 29  Terminal: Terminal là các máy khách hay các thiết bị đầu cuối trên mạng LAN tham gia truyền thông thời gian thực. Một H.323 terminal có thể là một máy điện thoại hay một PC chạy ứng dụng H.323. Một H.323 terminal phải hỗ trợ tối thiểu truyền thông thoại còn dữ liệu và hình ảnh có thể tùy chọn. H.323 xác định một hình thức tương tác cho các terminal khác nhau cùng hoạt động với nhau. H.323 Terminal Equipment Hình 2.2 H323 TE Tất cả các terminal đều phải hỗ trợ giao thức H.245 được dùng để thống nhất khả năng và cách dùng kênh truyền. Ba thành phần khác mà mỗi terminal đều phải hỗ trợ là: 30 • Giao thức Q.931 dùng cho báo hiệu và thiết lập cuộc gọi. • Giao thức RAS (Registration / Admission / Status) để giao tiếp với Gatekeeper. • Giao thức RTP / RTCP để sắp xếp các gói âm thanh và hình ảnh. Những thành phần tùy chọn của một terminal H.323 là mã hóa hình ảnh, giao thức hội nghị dữ liệu T.120, khả năng điều khiển kết nối đa điểm.  Gateway: Gateway là thiết bị kết nối trung gian, thực hiện chức năng chuyển đổi các giao thức cho việc thiết lập và giải phóng cuộc gọi, chuyển đổi dạng truyền thông giữa hai mạng khác nhau (mạng theo chuẩn H.323 và mạng không theo chuẩn H.323) như trong mạng điện thoại IP, Gateway thực hiện kết nối giữa mạng IP và mạng PSTN Hình 2.3: H.323/PSTNGateway Gateway là một thành phần tuỳ chọn trong hội nghị H.323, thường là các máy tính có nhiều giao diện với các mạng khác nhau. Gateway cung cấp nhiều dịch vụ, tổng quát nhất là chức năng biên dịch giữa các đầu cuối H.323 và các loại đầu cuối khác. Bằng những bộ chuyển mã thích hợp, Gateway H.323 có thể hỗ trợ những thiết bị đầu cuối tuân theo các chuẩn H.310, H.321, H.322 và V.70. Chức năng này bao gồm biên dịch giữa những khuôn dạng truyền (H.225.0 đến H.221) và giữa những thủ tục truyền thông (H.245 31 sang H.242). Ngoài ra, Gateway cũng biên dịch giữa các bộ mã hoá âm thanh và hình ảnh, thực hiện thiết lập và kết thúc cuộc gọi trên cả đầu mạng LAN và đầu mạng chuyển mạch điện tử SCN. Hình 2.4: Các chức năng của Gateway Những ứng dụng cơ bản của Gateway là: • Thiết lập kết nối với đầu cuối PSTN tương tự. • Thiết lập kết nối với đầu cuối tương hợp H.320 đầu xa qua mạng chuyển mạch mạch dựa trên nền ISDN. • Thiết lập kết nối với các đầu cuối tương hợp H.324 đầu xa qua mạng PSTN. Các thiết bị đầu cuối giao tiếp với Gateway sử dụng giao thức H.245 và Q.931. 32  Gatekeeper: Gatekeeper là thành phần quan trọng nhất của mạng H.323. Nó là trung tâm của mọi cuộc gọi trong vùng H.323. Gatekeeper cung cấp các dịch vụ điều khiển cuộc gọi cho các Endpoint. Hay có thể coi Gatekeeper H.323 hoạt động như một bộ chuyển mạch ảo. Chuẩn H.323 định nghĩa các dịch vụ mà Gatekeeper phải cung cấp và xác định các chức năng tùy chọn khác mà nó có thể cung cấp. Một vùng H.323 được quản lý bởi một Gatekeeper duy nhất. Các chức năng cơ bản của Gatekeeper: • Biên dịch địa chỉ: Cuộc gọi khởi tạo trong mạng H.323 sử dụng một địa chỉ định danh máy đích. Cuộc gọi thiết lập ngoài mạng H.323 và nhận được ở Gateway bằng cách dùng số điện thoại để định địa chỉ đích. Gatekeeper biên dịch số điện thoại hoặc bí danh sang địa chỉ IP sử dụng cho mạng. • Ðiều khiển đăng nhập: Gatekeeper điều khiển việc tiếp nhận các Endpoint bằng cách sử dụng các thông điệp RAS như yêu cầu đăng nhập (ARQ), xác nhận đăng nhập (ARC) và từ chối đăng nhập (ARJ). Ðiều khiển đăng nhập cũng có thể là một hàm rỗng chấp nhận mọi yêu cầu đăng ký của các Endpoint trong mạng. • Ðiều khiển băng thông: Gatekeeper điều khiển băng thông thông qua các thông điệp RAS, yêu cầu, xác nhận hay loại bỏ băng thông (BRQ/BCF/BRJ). Ðiều này có thể dựa vào chức năng quản lý băng thông của Gatekeeper. Ðiều khiển băng thông cũng có thể là một hàm rỗng chấp nhận cho mọi yêu cầu thay đổi băng thông. • Quản lý vùng: Gatekeeper cung cấp tất cả các chức năng trên cho các đầu cuối, MCU và Gateway đăng ký trong vùng điều khiển của nó. Một đặc tính tuỳ chọn nhưng quan trong của Gatekeeper là khả năng định tuyến các cuộc gọi H.323. Endpoint gởi các tín hiệu báo hiệu đến 33 Gatekeeper, sau đó Gatekeeper tìm đường đến Endpoint đích. Một cuộc gọi được định tuyến thông qua một Gatekeeper sẽ hiệu quả hơn. Các chức năng tùy chọn là: • Báo hiệu điều khiển cuộc gọi: Gatekeeper có thể tìm đường cho các tín hiệu báo hiệu giữa hai H.323 Endpoint. Trong một kết nối điểm - điểm, Gatekeeper xử lý báo hiệu điều khiển cuộc gọi H.225. Gatekeeper cho phép các thông điệp trên được gởi trực tiếp giữa các Endpoint trong mạng. • Chấp nhận cuộc gọi: Gatekeeper có thể tiếp nhận hoặc từ chối cuộc gọi từ đầu cuối theo khuyến nghị Q.931. Tiêu chuẩn xét không thuộc H.323. • Quản lý băng thông: Gatekeeper có thể từ chối các cuộc gọi từ đầu cuối nếu nó xét thấy lượng băng thông không đáp ứng đủ. Tiêu chuẩn xét băng thông không được định nghĩa trong chuẩn H.323. • Quản lý cuộc gọi: Gatekeeper có thể duy trì danh sách các cuộc gọi H.323 để biểu thị đầu gọi bị gọi đang bận hoặc để cung cấp thông tin cho chức năng quản lý băng thông. Hình 2.5: Chức năng của Gatekeeper 34  MCU (Multipoint Control Unit): MCU hỗ trợ hội nghị từ ba Endpoint trở lên. Theo H.323, một MCU gồm một bộ điều khiển đa điểm MC, không hoặc nhiều bộ xử lý đa điểm MP. MC điều khiển tương tác H.245 giữa các đầu cuối để xác định khả năng chung trong việc xử lý âm thanh và hình ảnh. MC cũng điều khiển tài nguyên hội nghị bằng cách xác định xem có dòng âm thanh và hình ảnh nào là quãng bá không. MC không xử lý trực tiếp bất kỳ dòng truyền thông nào. Việc này được thực hiện bởi MP. MP thực hiện trộn, chuyển mạch và xử lý âm thanh, hình ảnh và các bit dữ liệu. Những khả năng của MP và MC có thể cùng có mặt trong một phần chuyên biệt hoặc một phần của các thành phần H.323 khác. Hình 2.6 Các vị trí của MC và MP trong hệ thống H.323 35 2.1.3 Sơ đồ cấu trúc phân lớp: Hình 2.7 Sơ đồ cấu trúc phân lớp 2.1.3.1.Video Codec: Mã hóa hình ảnh là khả năng tùy chọn. Nếu được cung cấp nó sẽ theo các yêu cầu trong khuyến cáo này. Mọi đầu cuối H.323 cung cấp truyền thông hình ảnh đều phải có khả năng mã hóa và giải mã hình ảnh theo chuẩn QCIF H.261. Một đầu cuối cũng có thể tùy chọn khả năng mã hóa và giải mã hình ảnh theo H.261 hoặc H.263. Nếu một đầu cuối hỗ trợ H.263 CIF hoặc cao hơn thì cũng hỗ trợ H.261 CIF. Tất cả đầu cuối hỗ trợ H.263 sẽ hỗ trợ H.263 QCIF. Các bộ mã hóa hình ảnh khác và các dạng hình ảnh khác cũng có thể được dùng thông qua thoả thuận trong H.245. Nhiều kênh hình ảnh được truyền và nhận qua kênh điều khiển H.245. Các tuỳ chọn về tốc độ truyền bit ảnh, dạng ảnh và giải thuật truyền có thể được chấp nhận bởi bộ giải mã được định nghĩa trong suốt thời gian trao đổi khả năng sử dụng H.245.Các đầu cuối H.323 có thể hoạt động ở các tốc độ bit hình ảnh, tốc độ khung không cân đối và các giải pháp hình ảnh nếu có nhiều giải pháp hình ảnh hỗ trợ. Chẳng hạn cho phép một đầu cuối CIF 36 truyền hình ảnh QCIF trong khi nhận hình ảnh CIF. Dòng hình ảnh được định dạng như mô tả trong chuẩn H.225.0 Trong những trường hợp các đầu cuối H.323 nhận nhiều kênh hình ảnh, đầu cuối cần thực hiện chức năng trộn hoặc chuyển mạch hình ảnh để truyền báo hiệu hình ảnh đến người dùng. Chức năng này có thể bao gồm truyền nhiều hình ảnh đến người dùng. 2.1.3.2 Audio Codec: Mọi đầu cuối H.323 đều cần có một bộ mã hóa âm thanh. Khả năng mã hóa và giải mã âm thanh của các đầu cuối H.323 dựa theo chuẩn G.711 (64 Kbps). Tất cả thiết bị đầu cuối đều có khả năng phát và nhận theo luật A và µ. Một thiết bị đầu cuối có thể tùy chọn mã hóa và giải mã âm thanh dựa trên các chuẩn khác của ITU như G.722 (64 Kbps, 56 Kbps và 48 Kbps), G.728 (17 Kbps), G.729 (8 Kbps), MPEG và G.723.1 (5.3 Kbps và 6.3 Kbps). Giải thuật mã hóa âm thanh được bộ mã hóa sử dụng sẽ được cung cấp trong quá trình trao đổi khả năng sử dụng H.245. Đầu cuối H.323 phải có khả năng hoạt động không cân đối trong mọi khả năng âm thanh mà nó đã được khai báo trong cùng tập hợp khả năng đó, chẳng hạn như gởi G.711 và nhận G.728. Đầu cuối H.323 có thể gởi một hoặc nhiều kênh âm thanh cùng lúc. 2.1.3.3. Data Channel (Kênh dữ liệu): Một hoặc nhiều kênh dữ liệu là tuỳ chọn. Kênh dữ liệu có thể là đơn hướng hoặc đa hướng. Chuẩn T.120 là nền tảng mặc định cho khả năng liên kết hoạt động dữ liệu với nhau giữa đầu cuối H.323 và các đầu cuối H.323, H.324, H.320 hoặc H.310 khác. Bất kỳ ứng dụng dữ liệu nào sử dụng một hoặc nhiều chuẩn ITU-T đều có thể được thoả thuận thông qua H.245. 2.1.4 Điều khiển hệ thống 2.1.4.1. Chức năng điều khiển H.245: Chức năng điều khiển H.245 sử dụng kênh điều khiển H.245 để mang thông điệp điều khiển End - to - End, điều khiển hoạt động của thực thể H.323 bao gồm: trao đổi khả năng, mở và đóng kênh logic, yêu cầu chế dộ ưu 37 tiên, thông điệp điều khiển dòng và tạo những lênh, chỉ thị. Báo hiệu H.245 được thiết lập giữa hai Endpoint, giữa một Endpoint và một MC, hoặc giữa một Endpoint và một Gatekeeper. Endpoint thiết lập chính xác một kênh điều khiển H.245 cho mỗi cuộc gọi mà nó tham gia. Kênh này sử dụng các thông điệp và thủ tục trong chuẩn H.245. Một Terminal, MCU, Gateway, hoặc Gatekeeper có thể hỗ trợ nhiều cuộc gọi, do đó có nhiều kênh điều khiển H.245. Khuyến cáo H.245 chỉ ra một số phương thức độc lập hỗ trợ báo hiệu Endpoint – to – Endpoint. Một phương thức được chỉ rõ bởi cú pháp, ngữ nghĩa, và một tập các thủ tục của nó để chỉ rõ sự trao đổi thông điệp và sự tương tác với người dùng. Các Endpoint H.323 sẽ hỗ trợ cú pháp, ngữ nghĩa và các thủ tục bởi các giao thức sau: • Xác định chủ tớ. • Trao đổi khả năng. • Báo hiệu kênh logic. • Báo hiệu kênh logic hai chiều. • Báo hiệu đóng kênh logic. • Yêu cầu chế độ. • Xác định độ trì hoãn. • Báo hiệu vòng bảo tri. Các thông điệp của H.245 gồm: Request, Respone, Command, và Indication. 2.1.4.2. Chức năng báo hiệu RAS H.225.0: Chức năng báo hiệu RAS sử dụng thông điệp H.225.0 để thực hiện đăng ký, đăng nhập thay đổi băng thông trạng thái và xoá các thủ tục giữa các Endpoint và Gatekeeper. Kênh này độc lập với kênh báo hiệu cuộc gọi và kênh điều khiển H.245. Thủ tục mở kênh logic H.245 kh