Nghiên cứu giải pháp hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT

- NGUYỄN ĐỨC TUYÊN NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP HỆ THỐNG TRUYỀN DÒNG VIDEO QUA KÊNH VỆ TINH VSAT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN : PGS.
- Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn.
- Tác giả luận văn Nguyễn Đức Tuyên DANH MỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tên đầy đủ Mô tả VSAT Very Small Aperture Terminal Trạm thông tin vệ tinh mặt đất cỡ nhỏ WDM Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh theo bước sóng WDMA Wavelength division multiple access Đa truy nhập phân chia theo bước sóng TDMA Time division multiple access Đa truy nhập phân chia theo thời gian CDMA Code Division Multiple Access Đa truy nhập phân chia theo mã PCM Pulse Code Modulation Điều chế mã xung TDM Time-division multiplexing Phân chia theo thời gian PSK Phase-shift keying Điều chế dịch theo pha FDM Frequency-division multiplexing Phân chia theo tần số FDMA Frequency Division Multiple Access Phương thức đa truy nhậpRTP Real-time Transport Protocol Giao thức truyền vận thời gian thực sử dụng cho truyền MediaRTCP Real-time Transport Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thựcRTSP Real Time Streaming Protocol Giao thức truyền dòng mediaSDP Session Description Protocol Giao thức mô tả phiên MPEG Moving Picture Expert Group GOP Group of Pictures Nhóm các bức ảnh VOL Video object layer VOP Video object plane DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.
- Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin quang Hình 2.
- Một số cấu trúc cơ bản của mạng quang đa truy nhập Hình 3.
- Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng Hình 4.
- Hệ thống ghép bước sóng theo một hướng và theo hai hướng Hình 5.
- Đường thông tin vệ tinh Hình 6.
- Quỹ đạo cơ bản của vệ tinh Hình 7.
- Truyền dẫn hướng đi trong mạng thông tin vệ tinh Vinasat Hình 12.
- Truyền dẫn hướng về trong mạng thông tin vệ tinh Vinasat Hình 13.
- Hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT Hình 23.
- Kết quả trả về sau khi ping đến một địa chỉ qua mạng vệ tinh.......79 Hình 24.
- Sơ đồ khối hệ thống truyền dòng Video Hình 26.
- Sơ đồ hoạt động hệ thống truyền dòng Video Hình 34.
- Truyền dòng Video từ VSS-ST về VSS-SVR Hình 35.
- Playback dòng Video Hình 36.
- Thử nghiệm hệ thống truyền dòngVideo ở phòng LAB Hình 37.
- Thử nghiệm hệ thống truyền dòng Video trong thực tế DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.
- Các băng tần trong thông tin vệ tinh Bảng 2.
- Các loại gói định nghĩa trong trường PT của RTCP MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG VỆ TINH VSAT HỆ THỐNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC CÁP QUANG BẮC NAM...4 1.1.1 Mạng thông tin quang Mạng quang đa truy nhập phân chia theo bước sóng Mạng đường trục cáp quang Bắc – Nam TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG THÔNG TIN VỆ TINH Hệ thống thông tin vệ tinh Trạm mặt đất Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh Mạng VSAT Giới thiệu về vệ tinh Vinasat GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG MẠNG VSAT SỬ DỤNG VỆ TINH VINASAT Kiến trúc mạng VSAT sử dụng vệ tinh Vinasat-1 trên đường trục cáp quang Bắc - Nam Kênh hướng đi và hướng về Cấu trúc, thành phần trạm HUB Cấu trúc, thành phần trạm VSAT Chương 2 TÌM HIỂU MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ VIDEO SỐ VIDEO SỐ VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM Giới thiệu chung Một số khái niệm về Video số Khái quát về mã hóa Video số CHUẨN MÃ HÓA MPEG Khái quát chung về chuẩn mã hóa MPEG Chuẩn mã hóa MPEG Chuẩn mã hóa MPEG Chuẩn mã hóa MPEG-4/H GIAO THỨC TRUYỀN TẢI VIDEO RTP/RTCP/RTSP Giới thiệu về giao thức RTP Giao thức điều khiển RTCP Giao thức RTSP TÌM HIỂU VỀ TRUYỀN DÒNG VIDEO Khái niệm truyền dòng Video Giới thiệu một số hệ thống truyền dòng Video MÔ HÌNH ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VIDEO Chương 3 XÂY DỰNG GIẢI PHÁP HỆ THỐNG TRUYỀN DÒNG VIDEO QUA KÊNH VỆ TINH VSAT MỤC ĐÍCH YÊU CẦU Mục đích của hệ thống Yêu cầu hệ thống XÂY DỰNG MÔ HÌNH HỆ THỐNG TỔNG THỂ Mô hình giải pháp hệ thống tổng thể Các thành phần cần phải nghiên cứu xây dựng Phương pháp nghiên cứu xây dựng MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DÒNG VIDEO KHI TRUYỀN QUA MẠNG VỆ TINH VSAT Hệ thống mã hóa, giải mã Video Ảnh hưởng của thời tiết đến chất lượng kênh truyền vệ tinh Băng thông đường truyền Độ trễ gói tin Lệch bộ định thời gian và Jitter Mất mát gói tin Mất khung hình MỘT SỐ BIỆN PHÁP NHẰM HẠN CHẾ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG TRUYỀN DÒNG VIDEO Phương thức mã hóa và giải mã Video Truyền không đối xứng Khởi đầu chậm, tránh nghẽn trước Tối ưu hóa theo đặc tính TCP Chương 4 PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN DÒNG VIDEO QUA KÊNH VỆ TINH VSAT PHÂN TÍCH LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ Đánh giá lựa chọn công nghệ mã hóa Video Giải pháp Playback dòng Video bằng công nghệ DirectX DirectShow PHÂN TÍCH LỰA CHỌN GIẢI PHÁP HỆ THỐNG TRUYỀN DÒNG VIDEO QUA KÊNH VỆ TINH Phân tích một số yếu tố đường truyền ảnh hưởng đến chất lượng truyền dòng Video Giải pháp hệ thống truyền dòng Video Giải pháp khắc phục nhược điểm trong giao thức RTP/RTCP...102 Chương 5 THIẾT KẾ, CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM Thiết kế thử nghiệm hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT Sơ đồ hoạt động của hệ thống Các thành phần của hệ thống Nguyên lý hoạt động của hệ thống Cài đặt và thử nghiệm Công cụ và môi trường phát triển Các phân hệ phần mềm được nghiên cứu phát triển Một số thuật toán cơ bản trong hệ thống Giao diện chương trình thử nghiệm Môi trường thử nghiệm hệ thống Đánh giá kết quả KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO MỞ ĐẦU Ngày Việt Nam chính thức gia nhập ASIAN, đánh dấu một bước phát triển mới trong quan hệ đối ngoại với các nước ASIAN và trên trường Quốc tế.
- Một vấn đề trong hợp tác an ninh quốc phòng với quân đội các nước đó là giải quyết vấn đề “An ninh phi truyền thống”.
- Trong quá trình hợp tác, các nước xác định những lĩnh vực ưu tiên và hình thức hợp tác về các vấn đề “an ninh phi truyền thống”, trong giai đoạn hiện nay cần ưu tiên giải quyết các vấn đề như: đấu tranh với các hoạt động khủng bố, buôn bán ma túy, buôn người, cướp biển, buôn bán vũ khí, rửa tiền, tội phạm kinh tế quốc tế và tội phạm công nghệ cao.
- Đối với Việt Nam, đặc biệt chú trọng trong việc hợp tác giải quyết các vấn đề an ninh phi truyền thống xảy ra trên Biển Đông Việc nắm chắc, rõ ràng tình hình xảy ra trên biển để đưa ra được các phương án tác chiến và các phương án phối hợp với các nước trong giải quyết các vấn đề “An ninh phi truyền thống” là bài toán đặt ra cho công tác chỉ huy tham mưu tác chiến trên đất liền.
- Như vậy, thông tin cung cấp về đất liền vẫn chưa thực sự được đầy đủ và trực quan.
- Vấn đề đặt ra là cần phải có giải pháp để đất liền có được những thông tin hình ảnh thật trực quan sinh động về tình hình xảy ra trên biển.
- Vệ tinh Vinasat-1 đã được phóng lên từ năm 2008.
- Đây chính là điều kiện thuận lợi để đưa ra các giải pháp cung cấp thông tin về tình hình xảy ra trên biển bằng hình ảnh Video cho đất liền.
- Hiện nay các tàu tuần tra trên biển đã bắt đầu được trang bị các trạm thu phát vệ tinh cỡ nhỏ (VSAT) và các 1 Camera chất lượng cao, khả năng Zoom quang lớn.
- Các hình ảnh Video thu được sẽ được truyền qua vệ tinh về đất liền, cung cấp cho đất liền tình hình xảy ra trên biển một cách rõ ràng, trực quan nhất.
- Một vấn đề đặt ra nữa là Quân đội cần phải chủ động và bảo đảm bí mật an toàn thông tin cho vấn đề truyền Video từ biển đảo về Trung tâm chỉ huy trên đất liền.
- Luận văn Nghiên cứu giải pháp Hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT là bài toán đặt ra nhằm đáp ứng yêu cầu nhiệm vụ đó.
- Mục đích nghiên cứu của luận văn là.
- Tìm hiểu, nghiên cứu, lựa chọn giải pháp mã hóa, giải mã và truyền Video phù hợp với hệ thống truyền dẫn mạng vệ tinh.
- Nghiên cứu, thiết kế hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT phục vụ cung cấp thông tin trên biển.
- Nghiên cứu, lập trình hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT, từ đó hoàn toàn chủ động trong việc cung cấp Video về tình hình xảy ra trên biển cho Trung tâm chỉ huy trên đất liền.
- Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc rất cố gắng tại phòng Lab Truyền dẫn và Thông tin vệ tinh thuộc Trung tâm KTTT Công nghệ cao, dưới sự hướng dẫn của PGS.
- Nguyễn Thị Hoàng Lan, cùng với sự quan tâm, tạo điều kiện của Đảng ủy, Ban Giám đốc Trung tâm KTTT Công nghệ cao, Bộ tư lệnh Thông tin, BQP, tôi đã hoàn thành luận văn: Nghiên cứu giải pháp Hệ thống truyền dòng qua kênh vệ tinh VSAT.
- Với sự nỗ lực của bản thân, luận văn đã có một số kết quả nhất định, tuy nhiên, do khả năng hạn chế và thời gian có hạn nên không thể tránh khỏi thiếu sót.
- Chương 1: Tổng quan về mạng thông tin vệ tinh VSAT • Chương 2: Tìm hiểu một số vấn đề về Video số • Chương 3: Xây dựng giải pháp Hệ thống truyền dòng Video qua kênh vệ tinh VSAT • Chương 4: Phân tích và lựa chọn giải pháp công nghệ 2 • Chương 5: Thiết kế, cài đặt và thử nghiệm Tôi xin được gửi lời cám ơn trân trọng đến các thầy cô giáo trong Viện Công nghệ Thông tin, Đại học Bách khoa Hà Nội đặc biệt là cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan, bộ môn Truyền thông và mạng máy tính, Viện CNTT, Đại học Bách Khoa Hà Nội đã hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành bản luận văn này.
- Tôi cũng xin gửi lời cám ơn trân trọng đến Đảng ủy, Ban Giám đốc Trung tâm KTTT Công nghệ cao, Bộ tư lệnh Thông tin cùng lãnh đạo phòng Kỹ thuật Truyền dẫn Thông tin vệ tinh, Trung tâm KTTT Công nghệ cao, Bộ tư lệnh Thông tin đã quan tâm tạo điều kiện cho tôi trong quá trình nghiên cứu và thực hiện luận văn.
- Hà Nội, 10/2010 Người thực hiện Nguyễn Đức Tuyên 3 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG MẠNG VỆ TINH VSAT 1.1 HỆ THỐNG MẠNG ĐƯỜNG TRỤC CÁP QUANG BẮC NAM 1.1.1 Mạng thông tin quang Trong khoảng vài chục năm trở lại đây, loài người đã chứng kiến sự gia tăng rất nhanh nhu cầu trao đổi thông tin thông qua các mạng điện thoại, máy tính….
- Tương ứng với sự gia tăng về nhu cầu sử dụng các dịch vụ đó thì băng thông cung cấp cũng phải tăng theo.
- Nhu cầu băng thông tăng bắt nguồn từ khối lượng thông tin trao đổi, sự phổ cập rộng rãi Internet, các ứng dụng giải trí đa phương tiện….
- Trong khi đó, phần lớn hạ tầng mạng viễn thông đã được xây dựng trước đây chủ yếu phục vụ truyền dẫn lưu lượng thoại dẫn đến việc không đáp ứng nổi sự gia tăng nhu cầu băng thông, cũng như băng thông rộng.
- Hệ thống thông tin sợi quang (gọi tắt là thông tin quang) ra đời đã đáp ứng được nhu cầu về băng thông này.
- Với hệ thống thông tin bằng cáp quang, dung lượng của hệ thống được tăng lên, chất lượng được cải thiện, tổn hao giảm, cho phép đơn giản hoá trong việc nâng cấp, cung cấp các dịch vụ mới.
- 1.1.1.1 Mô hình tổng quát của hệ thống thông tin quang Sơ đồ tổng quát của một hệ thống thông tin quang có thể được biểu diễn như trong hình dưới đây Sîi quang F Bé khuyÕch ®¹i F E/O Coverter E/O Coverter Hình 1.
- Sơ đồ tổng quát của hệ thống thông tin quang Các thiết bị đầu cuối như máy tính, điện thoại, fax để thực hiện việc trao đổi thông tin là các thiết bị tạo ra nguồn tín hiệu điện.
- Để truyền tin qua cáp sợi quang cần phải chuyển tín hiệu từ dạng điện sang dạng quang nhờ nguồn sáng.
- Tín hiệu 4 được truyền đi bằng sợi quang tới bên thu.
- Trong quá trình truyền, do sự suy giảm nên tín hiệu cần được khuyếch đại để đảm bảo cho bên thu có thể nhận được.
- Bên thu sẽ sử dụng một bộ tách sóng quang để khôi phục lại tín hiệu điện và chuyển cho các thiết bị đầu cuối tương đương.
- 1.1.1.2 Một số đặc điểm của thông tin quang Do mục tiêu của hệ thống thông tin là truyền đi các bản tin nên một hệ thống được đánh giá bằng dung lượng truyền dẫn, cự ly, độ tin cậy.
- Việc nghiên cứu, phát triển một cách tích cực trong lĩnh vực thông tin sợi quang đã cho chúng ta một hệ thống thông tin có nhiều ưu điểm.
- Dung lượng truyền dẫn lớn: Khi tín hiệu được mang đi với tần số sóng mang càng lớn thì lượng tin tức truyền được càng nhiều.
- Trong khi dung lượng của hệ thống vi ba chỉ vài trăm MHz thì thông tin sợi quang là cỡ GHz.
- Tổn hao thấp: Một ích lợi quan trọng nữa là tổn hao truyền dẫn trong sợi quang thấp.
- Gần đây tổn hao chỉ còn 0,18dB/km ở bước sóng 1,55µm.
- Không bị can nhiễu: Do tính chất là ống dẫn sóng cách điện nên tín hiệu quang được giữ bên trong sợi, tránh được bất kỳ loại nhiễu nào từ bên ngoài trong khi các loại cáp xoắn hay truyền radio chịu ảnh hưởng của nhiều loại nhiễu, đặc biệt là nhiễu từ các nguồn phát sóng điện từ trường khác.
- Tín hiệu quang không đòi hỏi phải phối hợp trở kháng như tín hiệu điện nên chỉ cần dùng sợi quang hoặc truyền qua không gian tự do để thiết lập kết nối.
- Bên cạnh các ưu điểm trên của hệ thống thông tin sợi quang thì nó cũng có một số nhược điểm như việc đấu nối, hàn giữa hai sợi quang khó.
- công nghệ sản xuất phức tạp… 5 1.1.2 Mạng quang đa truy nhập phân chia theo bước sóng 1.1.2.1 Mạng quang đa truy nhập Mặc dù dung lượng của mạng đã nhận được là rất ấn tượng nhưng chúng ta cũng mới chỉ sử dụng được một phần nhỏ trong khả năng truyền dẫn sẵn có của sợi quang.
- Từ đó dẫn tới việc cần tận dụng băng thông có sẵn của sợi bằng cách cho phép đa truy cập vào tài nguyên này.
- Do đó xu thế hiện nay là hướng vào một thế hệ mới của hệ thống thông tin quang mà chúng ta gọi là Mạng quang đa truy nhập-Multiaccess Optical Fiber Networks.
- Trong các mạng quang đa truy nhập, toàn bộ đường dẫn giữa các node là quang hoàn toàn, thụ động, không có bất cứ một bộ biến đổi quang điện nào ngoại trừ tại hai đầu cuối của một kết nối.
- Một số cấu trúc cơ bản của mạng quang đa truy nhập (a) Mạng hình sao N x N .
- Ví dụ như các bộ tách/ghép tín hiệu thực hiện hoàn toàn quang học… Hình 2.
- minh hoạ cho cấu trúc của mạng quang đa truy nhập.
- Các node được nối với nhau sử dụng các phần tử quang thụ động như bộ coupler hình sao (star coupler), bộ rẽ nhánh, bộ ghép kênh theo bước sóng-WDM… Đa truy nhập vào cùng một tài nguyên, ở đây là sợi quang, có thể được thực hiện bằng cách ghép kênh cho các node.
- Hiện nay chúng ta có các phương thức đa truy nhập là Đa truy nhập phân chia theo bước sóng-WDMA, Đa truy nhập phân chia theo bước sóng mang phụ-SCMA, Đa truy nhập phân chia theo thời gian-TDMA và Đa truy nhập phân chia theo mã-CDMA 1.1.2.2 Kỹ thuật ghép bước sóng WDM Trong những tiến bộ đạt được về thông tin quang phải kể đến kỹ thuật ghép bước sóng quang WDM, nó thực hiện ghép các tín hiệu ánh sáng với những bước sóng khác nhau để truyền trên sợi dẫn quang.
- Mục tiêu của ghép kênh WDM cũng nhằm để tăng dung lượng kênh truyền dẫn.
- Ngoài ý nghĩa đó kỹ thuật này còn tạo ra khả năng xây dựng các tuyến thông tin quang có dung lượng tương đương với ttốc độ rất cao.
- Khi tốc độ đường truyền đạt tới mức nào đó sẽ xuất hiện hạn chế của các mạch điện trong việc nâng cao tốc độ truyền dẫn.
- Khi tốc độ đạt tới hàng chục Gbit/s, bản thân các mạch điện tử không thể đảm bảo đáp ứng được xung tín hiệu cực kỳ hẹp.
- thêm vào đó, chi phí cho các giải pháp trở nên tốn kém vì cơ cấu hoạt động quá phức tạp đòi hỏi công nghệ rất cao.
- Nguyên lý cơ bản của ghép kênh bước sóng quang có thể minh hoạ như ở hình 3.
- Giả sử có nguồn phát quang làm việc ở các bước sóng khác nhau λ1 ,λ2 ,λ3.
- Các tín hiệu quang ở các bước sóng khác nhau này sẽ được ghép vào cùng một sợi dẫn quang ở phía phát.
- bộ ghép bước sóng phải đảm bảo có suy hao nhỏ và tin hiệu sa khi ghép sẽ được truyền dọc theo sợi để tới phía thu.
- Các bộ tách sóng quang khác nhau ở phía đầu thu sẽ nhận lại các luồng tín hiệu với các bước sóng 7 riêng rẽ này sau khi chúng qua bộ giải ghép bước sóng.
- Mô tả tuyến thông tin quang có ghép bước sóng Để thực hiện một hệ thống WDM theo một hướng, thì cần phải có bộ ghép kênh ở đầu phát để kết hợp tín hiệu quang từ các nguồn phát quang khác nhau đưa vào một sợi dẫn quang chung.
- Tại đầu thu, cần phải có bộ giải ghép kênh để thực hiện tách các kênh quang tương ứng.
- Nhìn chung, các tín hiệu quang không phát một lượng công suất đáng kể nào ở ngoài độ rộng phổ kênh đã định trước của chúng, cho nên vấn đề xuyên kênh là không đáng lưu tâm ở đầu phát.
- vấn đề cần lưu tâm ở đây là bộ ghép kênh phải có suy hao thấp để sao cho tín hiệu từ nguồn quang tới đầu ra của bộ ghép ít bị suy hao.
- Đối với bộ tách kênh, vì các bộ tách sóng qang thường nhạy cảm trên một vùng rộng các bước sóng cho nên nó có thể thu được toàn bộ các bước sóng được phát đi.
- Như vậy, để ngăn chặn tín hiệu không mong muốn một cách có hiệu quả, phải có biện pháp cách ly tốt các kênh quang.
- để thực hiện điều này, cần thiết kế các bộ tách kênh thật chính xác hoặc sử dụng các bộ lọc quang rất ổn định có bước sóng cắt chính xác.
- 1.1.2.3 Hướng truyền dẫn của hệ thống thông tin quang sử dụng WDM.
- Như ở trên đã đề cập, hệ thống sử dụng WDM có thể thực hiện truyền dân theo một hay hai hướng.
- đối với sử dụng một hướng thì phải có hai sợi dẫn quang để thực hiện truyền dẫn và như vậy trong trường hợp này số bước sóng sử dụng trên một sợi sẽ ít đi và số sợi sử dụng sẽ nhiều hơn.
- thực tế trong hệ thống này, các bước sóng được truyền dẫn cùng chiều sẽ ở trên một sợi và các bước sóng theo chiều ngược lại sẽ ở trên sợi kia.
- Phương pháp này được sử dụng rộng rãi nhất vì về nguyên lý truyền dẫn đi và về, nó như hệ thống đơn kênh bình thường.
- Do các bước sóng là cùng một hướng trên sợi cho nên yêu cầu thiết bị ghép bước sóng quang 8

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt