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

NGUYỄN THỊ KIM THOA

MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO
CHẤT LƯỢNG STREAMING THÍCH ỨNG VIDEO
TRÊN NỀN GIAO THỨC HTTP

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

HÀ NỘI - 2019


MỤC LỤC

MỤC LỤC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

iv

DANH MỤC HÌNH VẼ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vi

DANH MỤC BẢNG . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
MỞ ĐẦU . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

viii
1



21

1.3. Khảo sát các giải pháp cải thiện QoE trong HAS . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

1.3.1. Các giải pháp thích ứng cho streaming một video . . . . . . . . . . . . . .

22

1.3.2. Các giải pháp thích ứng cho streaming đồng thời nhiều video . .

24

1.3.3. Các giải pháp thích ứng cho streaming qua HTTP/2 . . . . . . . . . . .

25

1.4. Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

Chương 2. CẢI THIỆN QoE TRONG STREAMING THÍCH ỨNG
VIDEO DẠNG VBR QUA HAS SỬ DỤNG SDP . . . . . . . . . . . . . .

28

2.1. Giới thiệu chương. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .



2.4.2. Xác suất chuyển trạng thái . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

2.4.3. Hàm chi phí . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

2.4.4. Giải pháp tìm tập chính sách tối ưu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

2.5. Dự đoán các thông số ảnh hưởng đến QoE . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

2.5.1. Dự đoán mức chất lượng video . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

2.5.2. Dự đoán sự nhảy mức chất lượng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

2.5.3. Dự đoán mức sử dụng bộ đệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

2.6. Thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

HAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

3.3.1. Mô tả vấn đề . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

50

3.3.2. Giải pháp phân bổ băng thông và thích ứng chất lượng . . . . . . . .

52

3.3.3. Kết quả thực nghiệm và đánh giá . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

56

3.4. Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61

Chương 4. ỨNG DỤNG TÍNH NĂNG SERVER PUSH CỦA HTTP/2
ĐỂ CẢI THIỆN QoE TRONG STREAMING VIDEO VBR/CBR
QUA HAS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62

4.1. Giới thiệu chương. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

62



4.4. Kết luận chương . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

87

KẾT LUẬN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

88

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN
90


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt Tên tiếng Anh

Tên tiếng Việt

BE

Bitrate Estimation

Dự đoán tốc độ bit

CBR

Constant Bit Rate

Tốc độ bit cố định


over HTTP

qua HTTP

HyperText Transimission

Streaming thích ứng qua

Protocol Adaptive Streaming

giao thức HTTP

HTTP Dynamic Streaming

Streaming động qua HTTP được

developed by Adobe Systems

phát triển bởi hệ thống Adobe

HTTP Live Streaming developed

Streaming trực tiếp qua HTTP

by Apple

được phát triển bởi Apple

HTTP

HDS
HLS

Union
LTE

Long-Term Evolution

Giải pháp dài hạn

MOS

Mean Opinion Score

Điểm số ý kiến trung bình

MPD

Media Presentation Description

Mô tả trình diễn phương tiện

MPEG

Moving Picture Expert Group

Nhóm chuyên gia hình ảnh động

MSE



Policy Iteration

Lặp chính sách

PSNR

Peak Signal-to-Noise Ratio

Tỉ số tín hiệu trên nhiễu

QC

Quality Control

Điều khiển chất lượng

QP

Quantization Parameter

Tham số lượng tử

RTCP

Real-Time Control Protocol

Giao thức điều khiển thời gian thực

RTP


Giao thức điều khiển truyền vận

UDP

User Datagram Protocol

Giao thức gói dữ liệu người dùng

VoD

Video on Demand

Video theo yêu cầu

VBR

Variable Bit Rate

Tốc độ bit biến đổi

XML

Extensible Markup Language

Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng


DANH MỤC HÌNH VẼ



Mô hình băng thông Markov-Chain gồm W trạng thái . . . . . . . 31

2.4

Rời rạc hóa bộ đệm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

2.5

Minh họa sự chuyển trạng thái hệ thống . . . . . . . . . . . . . . . 32

2.6

Test-bed dùng cho thực nghiệm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

2.7

Băng thông dùng cho đánh giá sự thích ứng. . . . . . . . . . . . . . 40

2.8

Kết quả thích ứng của các giải pháp. . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

2.9

Mức sử dụng bộ đệm của các giải pháp.

. . . . . . . . . . . . . . . 42

2.10 Hàm phân phối tích lũy (CDF) của hai băng thông bw1 và bw2 . . 43


3.8

Thời gian chạy của thuật toán đề xuất . . . . . . . . . . . . . . . . 60
vi


vii

4.1

Test-bed dùng cho thực nghiệm. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

4.2

Tốc độ bit của các mức chất lượng video . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.3

Băng thông sử dụng trong thực nghiệm . . . . . . . . . . . . . . . . 68

4.4

Kết quả thích ứng của giải pháp Push-1, Push-2 và Push-3. . . . . . 70

4.5

Kết quả thích ứng của giải pháp Push-4, AGG và giải pháp đề xuất. 71

4.6

1.2

Video CBR . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12

2.1

Thống kê kết quả thích ứng . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

2.2

Ngữ cảnh sử dụng một băng thông có sẵn . . . . . . . . . . . . . . 43

2.3

Ngữ cảnh dùng các lưu lượng lịch sử . . . . . . . . . . . . . . . . . 43

2.4

Ngữ cảnh tái tính toán trên mỗi phiên với Vmax = 9 . . . . . . . . . 44

2.5

Ngữ cảnh tái tính toán trên mỗi phiên với Vmax = 8 . . . . . . . . . 45

2.6

Ngữ cảnh tái tính toán trên mỗi phiên với Vmax = 7 . . . . . . . . . 45

3.1


và một giá trị RTT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82

4.4

Kết quả thích ứng trung bình khi thực nghiệm trên 20 băng thông
khác nhau. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86

viii


MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của luận án
Hiện nay, streaming video đang trở thành một dịch vụ chính trên mạng Internet nhờ có các kết nối không dây băng thông rộng và các thiết bị di động hiệu
suất cao. Theo dự báo gần đây [95], đến năm 2021, lưu lượng video sẽ chiếm 82%
tổng lưu lượng được sử dụng trên mạng Internet. Kênh Youtube tạo ra hàng tỉ
lượt xem cho hơn một tỉ người dùng trên toàn cầu mỗi ngày [119]. Nhiều sự kiện
thể thao lớn như thế vận hội Olympic và cúp bóng đá thế giới được truyền trực
tiếp trên mạng Internet với độ trễ chỉ một vài giây [47].
Mặc dù vậy, Internet không được thiết kế để dành riêng cho streaming video.
Thách thức chính của streaming video qua Internet là sự biến động của thông
lượng gây ra bởi các mạng không đồng nhất. Sự biến động này dẫn đến không
thể phát video với tốc độ bit cố định trong suốt một phiên streaming. Do đó, các
chuẩn streaming video được phát triển từ năm 2008 được dựa trên công nghệ
streaming thích ứng [89]. Đặc điểm chính của công nghệ này là khả năng thay
đổi tốc độ bit video theo sự biến động của thông lượng mạng và theo khả năng
của máy khách (độ phân giải màn hình, lượng video còn lại trong bộ đệm (còn
được gọi là mức sử dụng bộ đệm)).
Những năm qua, kỹ thuật phổ biến cho streaming video qua mạng Internet là
streaming thích ứng qua giao thức truyền siêu văn bản, viết tắt là HAS [11, 100].

(QoE) của người dùng. Vì vậy, việc nghiên cứu và đề xuất các giải pháp cải thiện
QoE trong HAS đang thu hút sự quan tâm nghiên cứu của cộng động khoa học.
Tại thời điểm bắt đầu luận án này, đã có một số nghiên cứu liên quan đến
QoE trong HAS [43, 78, 92, 121]. Tuy nhiên, các nghiên cứu này vẫn chưa thực
sự hiệu quả trong việc cải thiện QoE, đặc biệt là trong bối cảnh streaming video
qua mạng di động với thông lượng mạng thường biến động mạnh theo thời gian.
Được thúc đẩy bởi tiềm năng chưa được khai thác hết của công nghệ HAS và
nhu cầu mạnh mẽ của streaming video qua mạng di động những năm gần đây,
luận án đề xuất các giải pháp thích ứng chất lượng video trên nền HTTP để đối
phó hiệu quả với sự biến động của thông lượng mạng, từ đó nâng cao QoE của
người dùng.
2. Những vấn đề còn tồn tại
Cho đến nay, các giải pháp nâng cao QoE trong streaming thích ứng video
trên nền HTTP đều tập trung vào hai ngữ cảnh chính: streaming một video
[14, 27, 65, 67, 94, 116, 122, 125] và streaming đồng thời nhiều video [3, 6, 16,
18, 75, 77, 106, 120]. Hầu hết các giải pháp trên chỉ tập trung vào video được
mã hóa với tốc độ bit không đổi (CBR). Các nghiên cứu về streaming thích ứng


3

đối với video được mã hóa với tốc độ bit biến đổi (VBR) còn rất hạn chế. Đặc
điểm của video dạng CBR là tốc độ bit của các phân đoạn video trong cùng
một mức chất lượng là cố định, dẫn đến việc thích ứng chất lượng tương đối đơn
giản. Tuy nhiên, video được hiển thị trên màn hình người dùng có chất lượng
hình ảnh không ổn định. So với video dạng CBR, video dạng VBR mang lại
chất lượng hình ảnh ổn định hơn. Tuy nhiên, sự biến động mạnh của tốc độ bit
video VBR trong một mức chất lượng cùng với sự biến động mạnh của thông
lượng mạng là thách thức lớn trong HAS. Chính vì vậy, streaming một video
dạng VBR và streaming đồng thời nhiều video dạng VBR qua HAS là xu hướng

Gần đây, một phiên bản mới của giao thức HTTP được đề xuất, gọi là
HTTP/2, mang nhiều tính ưu việt hơn so với HTTP/1.1 [13]. HTTP/2 giới
thiệu một số tính năng mới trong đó có tính năng Server Push. Tính năng này
cho phép máy chủ đẩy nhiều phân đoạn video liên tiếp với cùng một mức chất
lượng cho mỗi truy vấn của khách. Do đó, phân đoạn video ngắn được dùng mà
không cần quá nhiều truy vấn. Do những lợi ích mà tính năng Server Push của
HTTP/2 mang lại cho streaming video, các giải pháp thích ứng chất lượng sử
dụng tính năng này đang thu hút sự quan tâm và đầu tư nghiên cứu.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Xuất phát từ những phân tích ở trên, luận án tập trung thực hiện các mục tiêu
chính sau đây:
• Đề xuất và thực hiện thuật toán thích ứng chất lượng, đề xuất các mô
hình toán học để dự đoán các thông số ảnh hưởng đến QoE trong ngữ cảnh
streaming video VBR trên nền giao thức HTTP nhằm cải thiện QoE.
• Đề xuất và thực hiện thuật toán thích ứng chất lượng khi streaming đồng
thời nhiều video VBR qua một đường truyền có băng thông hạn chế (nút
cổ chai) trên nền giao thức HTTP nhằm cải thiện QoE, trong sự ràng buộc
về giới hạn băng thông và độ trễ.
• Đề xuất và thực hiện các thuật toán thích ứng chất lượng khi streaming
video VBR/CBR qua HTTP/2 nhằm cải thiện QoE và giảm overhead liên
quan đến số lượng truy vấn của máy khách.
4. Phạm vi nghiên cứu
Các nghiên cứu của luận án được giới hạn trong phạm vi dưới đây:
• Streaming video chia thành 2 nhóm chính là streaming tương tác và streaming không tương tác. Luận án chỉ tập trung vào streaming không tương tác
trong đó máy khách một chiều nhận video từ máy chủ.
• Tập trung vào streaming video theo yêu cầu (VoD), không quan tâm đến
streaming trực tiếp.


5

lượng băng thông của đường truyền và giới hạn của độ trễ.
Kết quả được công bố trên công trình [C2],[J4].


6

• Trong đóng góp thứ ba, luận án lần đầu tiên đề xuất giải pháp thích ứng
chất lượng cho streaming video dạng VBR qua HTTP/2. Ngoài ra, luận
án cũng đề xuất một cách tiếp cận mới sử dụng tính năng Server Push
của HTTP/2 cho streaming video dạng CBR. Trong cách tiếp cận này, máy
khách gửi truy vấn đến máy chủ để quyết định mức chất lượng cho các phân
đoạn sắp tải về, không quyết định số lượng phân đoạn video cho mỗi truy
vấn. Sau khi nhận được truy vấn của máy khách, máy chủ đẩy liên tiếp các
phân đoạn video về máy khách cho đến khi nó nhận được truy vấn mới yêu
cầu một mức chất lượng khác của máy khách. Kết quả mô phỏng cho thấy
giải pháp đề xuất cung cấp tốc độ bit video cao, ít sự biến động chất lượng,
bộ đệm ổn định, đồng thời giảm đáng kể overhead liên quan đến lượng truy
vấn của máy khách.
Kết quả được công bố trên các công trình [J2][J3].
6. Bố cục luận án
Trong Chương 1, luận án trình bày các kiến thức tổng quan về công nghệ
HAS, bao gồm kiến trúc và nguyên lý hoạt động của một hệ thống HAS. Chương
này cũng phân tích chi tiết các yếu tố tác động đến QoE trong HAS. Từ đó,
luận án chỉ ra các yếu tố quyết định đóng vai trò tối đa hóa QoE. Các yếu tố
này được sử dụng để đánh giá các giải pháp đề xuất và so sánh chúng với các
giải pháp đối sánh trong luận án. Ngoài ra, các nghiên cứu liên quan cũng được
khảo sát kỹ lưỡng, tạo tiền đề cho việc đề xuất các giải pháp cải thiện QoE được
thể hiện trong Chương 2, Chương 3 và Chương 4.
Trong Chương 2, luận án đề xuất một giải pháp thích ứng chất lượng dựa
trên SDP khi streaming video VBR trên nền giao thức HTTP. Chương này cũng

tính năng Server Push của HTTP/2, trong đó một giải pháp được áp dụng cho
streaming video dạng CBR và một giải pháp được áp dụng cho streaming video
dạng VBR. Thực nghiệm được thực hiện để đánh giá các giải pháp đề xuất và
so sánh với một số giải pháp streaming thích ứng qua HTTP/2 đã triển khai.
Kết quả thực nghiệm cho thấy các giải pháp đề xuất không những cải thiện QoE
mà còn giảm đáng kể overhead liên quan đến số lượng truy vấn của máy khách.
Đóng góp của chương này được công bố trong các tạp chí trong nước và quốc
tế sau:
[J2] Nguyen Thi Kim Thoa, Nguyen Minh, Nguyen Hai Dang, Pham Hong
Thinh, Pham Ngoc Nam, "Adaptation method for streaming of VBR video over
HTTP2", Journal of Science and Technology, vol. 120, Jun. 2017.
[J3] Thoa Nguyen, Nguyen Hai Dang, Nguyen Minh, Pham Ngoc Nam,
Hung T. Le, Truong Cong Thang, "An Efficient Server Push Approach for


8

Video Streaming Over HTTP2", IEICE Transaction on Communication (SCI),
Vol.E101-B, No.11, 2018.
Cuối cùng là phần kết luận chung, sẽ tóm tắt lại những đóng góp, kết quả
của nghiên cứu sinh trong luận án này cũng như hướng phát triển trong tương
lai.


Chương 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ HAS VÀ KHẢO SÁT CÁC
NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

1.1. Giới thiệu chương
Chương này trình bày ngắn gọn cơ sở lý thuyết nền tảng của công nghệ HAS,

tệp đặt tại máy chủ. Để xem một video, người dùng phải tải tệp đó về máy tính
cá nhân, sau đó video được giải mã và hiển thị trên màn hình. Nhược điểm của
phương pháp này là người dùng phải đợi đến khi tải xong video mới xem được,
có khi mất một khoảng thời gian rất dài. Hơn nữa, người dùng phải lưu tệp
video vào máy tính, dẫn đến vấn đề về tài nguyên bộ nhớ. Kỹ thuật streaming
video ra đời đã khắc phục những vấn đề trên. Trong streaming video, máy khách
bắt đầu hiển thị video chỉ vài giây sau khi nó bắt đầu nhận dữ liệu từ máy chủ.
Nói một cách khác, máy khách vẫn tiếp tục hiển thị video trong khi đang tải nốt
những phần sau của video. Các kỹ thuật streaming video rất đa dạng, thường
được phân loại theo 5 yếu tố, đó là: yêu cầu về độ trễ, chế độ mã hóa video, giao
thức tầng giao vận, tính thích ứng và vị trí khối thích ứng [51]. Bảng 1.1 liệt kê
chi tiết sự phân loại này.
Bảng 1.1: Các loại streaming video
Yếu tố

Loại streaming

Yêu cầu về độ trễ

Tương tác (nhỏ hơn 150ms), trực tiếp (nhỏ hơn 10s), VoD
(không quy định)

Dạng mã hóa video

Video dạng CBR, video dạng VBR

Giao thức tầng giao vận

UDP, TCP


• Phân loại theo dạng video được mã hóa. Hầu hết các bộ mã hóa ngày nay
đều kết hợp nén ảnh không gian và bù chuyển động. Bù chuyển động là một
kỹ thuật dùng để dự đoán khung hình trước và/hoặc những khung hình
kế tiếp bằng các tính toán chuyển động của máy quay và các chuyển động
trong video. Một dữ liệu đầu vào quan trọng của bộ mã hóa là tham số
lượng tử (QP) định nghĩa lượng thông tin cần loại bỏ từ một khối pixel
nhất định (marcoblock). Khi QP rất nhỏ, hầu hết các thông tin đều được
giữ lại. Khi QP tăng lên, một số thông tin được loại bỏ để giảm tốc độ bit.
Vì vậy, QP được coi là tham số đặc trưng cho mức chất lượng của video,
có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 51 [31]. QP càng tăng thì mức chất
lượng của video càng giảm [99].
Với cách mã hóa tốc độ bit biến đổi, còn gọi là VBR, với mỗi mức chất
lượng, QP được giữ cố định còn các khung hình được mã hóa với kích thước
khác nhau tùy thuộc vào nội dung video, làm cho chất lượng video đầu ra
không thay đổi trong khi tốc độ bit video thay đổi một cách tự nhiên. Do
đó, việc dự đoán tốc độ bit cho một video dạng VBR là không dễ dàng và
việc streaming video dạng VBR là một thách thức. Hình 1.1 minh họa tốc
độ bit của video Tokyo Olympic [97] với 5 mức chất lượng tương ứng với 5
giá trị của tham số lượng tử QP: 24, 28, 34, 38, 42.
Một dạng mã hóa video khác được gọi là mã hóa tốc độ bit cố định (CBR).
Trong mã hóa CBR, tốc độ bit được giữ cố định trong mỗi mức chất lượng
của video. Bảng 1.2 là một ví dụ về các mức tốc độ bit của một video được
lưu trữ tại Youtube [118]. Mã hóa CBR rất hữu ích trong streaming các
nội dung đa phương tiện trên kênh truyền có dung lượng hạn chế vì nó cho
biết tốc độ bit chính xác thay vì chỉ biết tốc độ bit trung bình. Loại mã
hóa này có nhược điểm là phân bổ dữ liệu dư thừa cho những cảnh đơn
giản trong video, chẳng hạn như cảnh tĩnh về phong cảnh, đồng thời không
phân đủ dữ liệu cho những cảnh có nhiều chuyển động nhanh và liên tục,



150
Chỉ số phân đoạn

200

250

300

Hình 1.1: Tốc độ bit của video dạng VBR

cho nên chất lượng video đầu ra không ổn định. Tuy nhiên, việc thích ứng
chất lượng cho video CBR đơn giản hơn so với video VBR.
Bảng 1.2: Video CBR
Tốc độ bit (bps)

Nhãn chất lượng

Độ phân giải (pixel)

2094103

720p

1280x720

1502549

720p


426x240

222240

240p

426x240

110264

144p

256x144

42589

144p

256x144

• Phân loại theo giao thức truyền. Đầu những năm 1990, sự lựa chọn giao
thức tầng giao vận cho các dịch vụ streaming video thường là UDP. Vào
thời điểm đó, người ta tin rằng streaming video không bao giờ hoạt động
tốt trên TCP do sự biến động của thông lượng mạng gây ra bởi cơ chế kiểm
soát tắc nghẽn và cơ chế truyền lại. Tuy nhiên, TCP sau đó đã trở thành sự
lựa chọn phổ biến. Đó là do TCP cung cấp nhiều lợi thế hơn trong khi thách
thức chính, sự biến động thông lượng, có thể được khắc phục bởi truyền tải
thích ứng chất lượng và các kết nối băng rộng hiện nay. Ưu nhược điểm của
UDP và TCP được trình bày chi tiết trong phần "Lịch sử phát triển của
công nghệ streaming video".

phát video. Giao thức RTP/RTCP chạy trên nền UDP. UDP là giao thức
phi kết nối cung cấp phương tiện truyền dữ liệu với tối thiểu các cơ chế
giao thức. Do đó, độ trễ truyền dữ liệu rất thấp, phù hợp với việc truyền
dữ liệu đa phương tiện nhạy cảm với thời gian, chẳng hạn như streaming
tương tác. Tuy nhiên, việc truyền dữ liệu qua UDP thiếu sự tin cậy do nó
không có các cơ chế điểu khiển nghẽn, điều khiển lỗi, điều khiển luồng. Hơn
nữa, các dịch vụ dựa trên UDP không thân thiện với bộ dịch địa chỉ mạng


14

NAT và có thể bị chặn bởi tường lửa [57, 76].
• Streaming tải lũy tiến. Do những nhược điểm của streaming qua RTP trên
nền UDP, kỹ thuật streaming tải lũy tiến ra đời sử dụng giao thức HTTP
trên nền TCP. Trong kỹ thuật này, tệp video được tải lên máy chủ web
thông thường, tương tự các đối tượng web khác như tệp ảnh, tệp văn bản.
Máy khách chỉ đơn giản truy cập vào máy chủ web để tải một phần video
vào bộ đệm, sau đó hiển thị dữ liệu video được lưu trong bộ đệm trong khi
vẫn tiếp tục tải về phần tiếp theo của video. Có một số lợi ích trong kỹ
thuật này, đó là:
– Việc triển khai và mở rộng hệ thống dễ dàng do sử dụng các máy chủ
web thay vì các máy chủ chuyên biệt đắt tiền.
– Hỗ trợ CDN nhờ sự phổ biến rộng rãi của HTTP.
– Thân thiện với tường lửa, vì các gói tin TCP đi qua được hầu hết tường
lửa và bộ dịch địa chỉ mạng NAT.
Tuy nhiên, nhược điểm chính của streaming tải lũy tiến đó là chất lượng
của video phải được lựa chọn thủ công bởi người dùng và chỉ được lựa chọn
một lần ngay khi bắt đầu một phiên truyền tải [62]. Điều này có thể dẫn
đến những gián đoạn video do thông lượng TCP thay đổi suốt phiên truyền
tải. Một giải pháp cho vấn đề này là sử dụng bộ đệm lớn nhưng nó không

các chuyên gia về MPEG đang tiến tới phiên bản thứ ba của chuẩn này cho
phép triển khai công nghệ thực tế ảo và video 360 độ trên HAS.

1.2.3. Công nghệ HAS
Giao thức HTTP
HTTP là một giao thức thuộc tầng ứng dụng trong mô hình TCP/IP. Phiên
bản đầu tiên của giao thức này là HTTP/1.0, ra đời từ năm 1996. Một năm sau,
phiên bản HTTP/1.1 ra đời. Năm 2009, SPDY – một giao thức thực nghiệm
được công bố bởi Google với mục đích giảm thời gian trễ để hiển thị trang web
bằng cách khắc phục một số hạn chế trong hiệu năng của HTTP/1.1. Không
lâu sau đó, vào năm 2015, giao thức HTTP/2.0 chính thức ra đời và công bố
trong RFC 7540 [12]. HTTP/2.0 kế thừa, xây dựng, phát triển và chuẩn hóa
một số tính năng xuất hiện trong SPDY. Giao thức HTTP được thiết kế để
truyền thông giữa các trình duyệt và máy chủ web. Nó được coi là nền tảng của
các ứng dụng web hiện tại. HTTP hoạt động trên nền giao thức TCP theo mô
hình máy khách-máy chủ, máy khách gửi truy vấn tới máy chủ và đợi dữ liệu
trả về từ máy chủ. Quá trình này tiếp diễn trong suốt phiên kết nối giữa máy
khách và máy chủ. HTTP mang lại một số thuận lợi cho các dịch vụ streaming
như sau: (i) dễ dàng triển khai và mở rộng do sử dụng các máy chủ Web thay vì
các máy chủ chuyên biệt đắt tiền, (ii) hỗ trợ SDN do sự phổ biến rộng rãi của
HTTP, (iii) thân thiện với tường lửa.


16

Nguyên lý của HAS
Kiến trúc điển hình của một hệ thống HAS gồm máy chủ, mạng phân phối
và máy khách, được trình bày trên Hình 1.2.

Nội dung video

khách

Hình 1.2: Hệ thống HAS

Một video gốc được mã hóa ở nhiều mức chất lượng khác nhau. Các mức chất
lượng này có tốc độ bit khác nhau nhờ vào việc thay đổi các thông số như: tốc
độ khung hình, bước lượng tử, độ phân giải. Sau đó, các mức chất lượng video
được chia thành nhiều phân đoạn nhỏ có độ dài bằng nhau. Trong thực tế, độ
dài phân đoạn thường từ 2 đến 10 giây [72, 100]. Trong một phiên streaming,
đầu tiên máy khách gửi một truy vấn HTTP tới máy chủ để nhận tệp mô tả
trình diễn phương tiện (MPD) của các mức chất lượng. MPD là một tệp XML
chứa các đặc điểm của các mức chất lượng video. Sau đó, nội dung video được
gửi từ máy chủ tới máy khách thông qua một chuỗi truy vấn/phản hồi. Đối với
mỗi truy vấn của máy khách, thuật toán thích ứng chất lượng đặt tại máy khách
sẽ quyết định mức chất lượng và số lượng phân đoạn (đối với HTTP/2.0) nên
được tải về dựa trên giá trị thông lượng được dự đoán trước và mức sử dụng
bộ đệm. Dựa vào truy vấn của máy khách, máy chủ sẽ phản hồi một hay nhiều
phân đoạn video với cùng một mức chất lượng. Máy khách lưu những phân đoạn
video nhận được vào bộ đệm, sau đó giải mã theo thứ tự các phân đoạn và hiển
thị trên thiết bị của người dùng. Sau đây, luận án trình bày chi tiết một số thành
phần quan trọng trong hệ thống HAS.
• Tệp MPD. Trong thuật ngữ của MPEG-DASH, tệp siêu dữ liệu được gọi
là MPD [98]. Đó là một file XML, chứa các thông tin như thông tin siêu