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

Bùi Hoài Nam

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG
KHÔNG DÂY DI ĐỘNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

HÀ NỘI- 2018
 
 


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

Bùi Hoài Nam

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG
KHƠNG DÂY DI ĐỘNG
Chun ngành : Cơng Nghệ Thơng Tin
Mã số đề tài : CNTT15B-30

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

PGS.TS NGÔ HỒNG SƠN

HÀ NỘI- 2018
 
 


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS. Ngô Hồng Sơn, Viện Công
nghệ thông tin và Truyền thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người
thầy đã dành nhiều thời gian tận tình chỉ bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tơi trong
suốt q trình tìm hiểu và hoàn thành đề tài. Thầy là người định hướng và đưa
ra nhiều góp ý q báu trong q trình tôi thực hiện luận văn.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô ở Viện Công nghệ thông tin và
Truyền thông - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã cung cấp cho tôi những
kiến thức và tạo cho tôi những điều kiện thuận lợi trong suốt q trình tơi học
tập tại trường.
Tơi cũng xin cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè đã luôn động viên và
tạo điều kiện tốt nhất cho tôi.
Tôi xin chân thành cảm ơn!

1
 


LỜI CAM ĐOAN
Tơi Bùi Hồi Nam cam kết luận văn là cơng trình nghiên cứu của bản
thân tơi dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Ngô Hồng Sơn.

Các kết quả nêu trong luận văn là trung thực, không phải là sao chép
tồn văn của bất kỳ cơng trình nào khác.
Hà Nội, ngày 28 tháng 12 năm 2018
Học viên

Bùi Hoài Nam

2
 


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................................................. 5
DANH MỤC CÁC BẢNG .................................................................................. 7
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................. 8
ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................................... 9
CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT................................................................. 11
1.1.

TỔNG QUAN VỀ 4G LTE......................................................................11

1.1.1.

Giới thiệu về 4G LTE ........................................................................11

1.1.2.

Các giai đoạn phát triển của công nghệ viễn thông di động .............11

1.1.3.


Tại sao phải cần thế hệ mạng tiếp theo .............................................12

1.1.4.

Các đặc tính cơ bản của LTE ............................................................12

1.2.

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN VIDEO ..............................................13

1.3.

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ ...........14

1.3.1.

Phương pháp chủ quan ......................................................................14

1.3.2.

Phương pháp khách quan ..................................................................14

1.4. YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN
VIDEO TRÊN MẠNG 4G .................................................................................14
1.4.1.

Chất lượng dịch vụ - QoS ..................................................................14

1.4.2.


Chất lượng trải nghiệm - QoE ...........................................................16

1.4.3.

Hệ số tốc độ khơng đổi - CRF ...........................................................17

1.4.4.

Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu - PSNR ...........................................17

1.4.5.

Cấu trúc tương tự - SSIM ..................................................................19

1.5.

TÓM TẮT CHƯƠNG .............................................................................21

CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỰA TRÊN PHƯƠNG PHÁP
KHÁCH QUAN SỬ DỤNG HỆ SỐ KHÔNG ĐỔI CRF ................................. 22
2.1.

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CƠ BẢN .................................22

2.1.1.

Phương pháp chủ quan ......................................................................22

2.1.2.


Phương pháp đánh giá khách quan ....................................................23

2.1.2.1.

Mơ hình khơng tham chiếu (non_zero_ reference) ...........................................23

2.1.2.2.

Mơ hình tham chiếu đầy đủ (full_reference).....................................................23

2.1.2.3.

Mơ hình tham chiếu rút gọn (reduce_reference) ...............................................24

3
 


2.2.
đủ

Tác động của hệ số tốc độ không đổi CRF vào mơ hình tham chiếu đầy
..................................................................................................................25

2.2.1.

Lựa chọn giải pháp ............................................................................25

2.2.2.


Kịch bản thử nghiệm đánh giá chất lượng video ..............................26

2.3.

Tóm tắt chương ........................................................................................27

CHƯƠNG 3 : MÔ PHỎNG, ĐÁNH GIÁ THỬ NGHIỆM .............................. 28
3.1.

GIỚI THIỆU CHƯƠNG ..........................................................................28

3.2.

MƠI TRƯỜNG MƠ PHỎNG ..................................................................28

3.2.1.

Cơng cụ Lena – LTE/EPC .................................................................28

3.2.2.

Bộ cơng cụ Evalvid ...........................................................................29

3.3. Q trình mô phỏng truyền video qua mạng không dây di động (LTE) với
các yếu tố truyền khác nhau. ..............................................................................31
3.3.1.

Cài đặt thông số .................................................................................31


3.3.2.

Q trình mơ phỏng ...........................................................................32

3.4.

KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ ................................................36

3.4.1.

Kết quả đo PSNR và SSIM dựa vào hệ số tỷ lệ mã hóa CRF ...........36

3.4.2.

Thơng số video đầu ra sau khi gán hệ số CRF ..................................40

3.4.3. Phân tích mất gói tin khi chuyển video qua mạng LTE tùy thuộc vào
tốc độ mã hóa ..................................................................................................42
3.4.4.

Phân tích, so sánh với việc truyền video gốc ....................................43

3.4.5.
MOS

Đánh giá chất lượng video thu được so với video gốc qua thang điểm
...........................................................................................................44

3.5.


Tóm tắt chương ........................................................................................45

KẾT LUẬN ...................................................................................................... 46
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 48

4
 


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CRF

Constant rate factor

Hệ số tốc độ khơng đổi

PSRN

Peak signal-to-noise ratio

Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu

SSIM

Structural Similarity

Cấu trúc tương tự

MOS


Mean Opinion Score

Điểm ý kiến trung bình

GSM

UMTS

Global

System

for

Mobile Hệ thống thơng tin di động tồn

Communications

cầu

Universal

Mobile Hệ thống viễn thơng di động

Telecommunications Systems

tồn cầu

LTE


Long Term Evolution

Tiến hóa dài hạn

DL

Downlink

Đường xuống

UL

Uplink

Đường lên

QoS

Quality of Services

Chất lượng dịch vụ

QoE

Quality of experience

Chất lượng trải nghiệm

EPC


Evolved Packet Core

Lõi gói được cải tiến

EPS

Evolved Packet System

Hệ thống gói được cải tiến

E-UTRAN

HSDPA

MIMO

OFDMA

Evolved UMTS Terrestrial Radio Mạng truy nhập vô tuyến mặt
Access Network
High-Speed

đất UMTS

Downlink

Packet Truy nhập gói đường xuống tốc

Access


độ cao

Multiple-input

and

multiple-

output

Nhiều đầu vào – nhiều đầu ra

Orthogonal Frequency Division Đa truy cập đa phân chia theo
Multiple Access

tần số trực giao

RRC

Radio Resource Control

Kiểm sốt tài ngun vơ tuyến

SC-FDMA

Single

Carrier

Frequency Đa truy cập đa phân chia theo


5
 


Division Multiple 7 Access
SCTP

Stream

Control

tần số sóng mang đơn

Transmission Giao thức truyền điều khiển

Protocol

luồng

TE

Terminal Equipment

Thiết bị đầu cuối

UE

User Equipment


Thiết bị người dùng

6
 


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. thang điểm MOS ............................................................................. 23
Bảng 2.2. thiết lập kịch bản thử nghiệm ......................................................... 27
Bảng 3.1. Cài đặt thông số mạng LTE ............................................................ 32
Bảng 3.2. Các chỉ số PSNR và SSIM (giá trị trung bình) của các kịch bản thử
nghiệm ............................................................................................................. 36
Bảng 3.3. Độ lệch chuẩn của các chỉ số PSNR và SSIM của các kịch bản thử
nghiệm ............................................................................................................. 37
Bảng 3.4. Thông số của video đầu ra thu được sau khi gán hệ số CRF ........ 40
Bảng 3.5. Tỷ lệ % mất gói sau khi gán hệ số CRF và truyền qua LTE .......... 42
Bảng 3.6. So sánh các giá trị giữa truyền video gốc và video đã gắn CRF .... 44
Bảng 3.7. Đánh giá chất lượng video qua thang điểm MOS .......................... 45

7
 


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 2.1. Mơ hình khơng tham chiếu ............................................................. 23
Hình 2.2. Mơ hình tham chiếu đầy đủ............................................................. 24
Hình 2.3. Mơ hình tham chiếu rút gọn ............................................................ 25
Hình 3.1. Sơ đồ khối truyền video trên mạng khơng dây di động .................. 31
Hình 3.2. Gán hệ số CRF vào video cần truyền.............................................. 33
Hình 3.3. Quá trình truyền gói tin UDP từ Server đến Client ........................ 34

Hình 3.4. Kết thúc q trình truyền gói .......................................................... 34
Hình 3.5. Q trình xây dựng lại video đã truyền đến người nhận ................ 34
Hình 3.6. Giá trị chỉ số PSNR thu được .......................................................... 35
Hình 3.7. Giá trị chỉ số SSIM thu được .......................................................... 35
Hình 3.8. Giá trị trung bình của PSNR với hệ số CRF ................................... 38
Hình 3.9. Giá trị trung bình của SSIM với hệ số CRF.................................... 38
Hình 3.10. Độ lệch chuẩn của PSNR với hệ số CRF ...................................... 39
Hình 3.11. Độ lệch chuẩn của SSIM với hệ số CRF ...................................... 39
Hình 3.12. Kích thước video giảm khi tăng hệ số CRF .................................. 41
Hình 3.13. Tốc độ mã hóa giảm khi tăng hệ số CRF ...................................... 41
Hình 3.14. Tỷ lệ phần trăm các gói bị mất trên mỗi kịch bản ........................ 43

8
 


ĐẶT VẤN ĐỀ
Tổng quan
Ngày nay, với sự phát triển lớn mạnh của thiết bị di động, người sử dụng
đầu cuối ngày càng có nhau cầu lớn về xem video qua mạng không dây di
động. Với hệ thống thiết bị di động ngày càng nhiều, để đảm bảo sự hài lòng
của khách hàng, các nhà khai thác phải chú ý đến hệ thống giám sát chất
lượng dịch vụ truyền video. Việc đảm bảo chất lượng dịch vụ sẽ là yếu tố
quyết định để nâng cao uy tín và khả năng thu hút khách hàng đối với mỗi nhà
mạng, mỗi nhà cung cấp dịch vụ nội dung. Chính vì vậy, để giải quyết vấn đề
này, đề tài “Đánh giá chất lượng dịch vụ truyền video trên mạng không dây di
động” được lựa chọn để có cơ hội nghiên cứu, tìm hiểu kĩ hơn về các giải
pháp cho vấn đề chất lượng dịch vụ.
Mục tiêu của luận văn
Tìm hiểu cách thức đánh giá chất lượng dịch vụ video truyền trên mạng

không dây di động. Tìm hiểu tham số nào ảnh hưởng đến chất lượng video,
chất lượng đường truyền.
Tìm hiểu phương thức đánh giá chất lượng dịch vụ video theo 2 phương
pháp chủ quan và khách quan. Dựa trên phương pháp khách quan áp dụng hệ
số tốc độ khơng đổi (CRF) vào mơ hình tham chiếu đầy đủ, để tìm được hệ số
tốc độ khơng đổi (CRF) mà hệ số đó khi nén khơng làm ảnh hưởng nhiều đến
chất lượng video, giúp truyền video một cách dễ dàng, nhanh chóng mà
khơng gây tổn thất.
Tóm tắt kết quả
Đánh giá được chất lượng dịch vụ truyền video trên mạng không dây di
động thông qua việc so sánh giữa video gốc và video đã có sự can thiệp của
hệ số tốc độ không đổi (CRF). Dựa vào các chỉ số thu được của PSNR, SSIM
và MOS đánh giá được video có chất lượng tốt hay xấu, hay có thể sử dụng

9
 


được trong những trường hợp tốc độ mạng chậm, hoặc đường truyền khơng
tốt.
Tìm hiểu được cách thức làm tối ưu video để có thể truyền trên mạng
khơng dây tốt hơn, mà không làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng video,
cũng như giúp giảm băng thơng và kích thước gói tin.
Dựa vào kết quả này, có thể mở rộng nghiên cứu áp dụng hệ số tốc độ
không đổi để làm tối ưu hóa đường truyền, chất lượng video, giúp người dùng
đầu cuối có trải nghiệm dịch vụ tốt hơn, và nghiên cứu áp dụng vào các ứng
dụng khác như video trực tuyến, hội nghị trực tuyến …
Nội dung của luận văn
Chương 1: Cơ sở lý thuyết. Đưa ra được những khái niệm cơ bản nhất,
giúp người đọc hiểu được cơ bản về mạng 4G-LTE, một số phương pháp xem

video nói chung, và một số phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ.
Chương 2: Đánh giá chất lượng dựa trên phương pháp khách quan sử
dụng hệ số không đổi CRF. Nêu ra cách thức đánh giá, sử dụng hệ số tốc độ
không đổi CRF và các chỉ số PSNR, SSIM, và MOS.
Chương 3: Mô phỏng, đánh giá thử nghiệm. Mô tả phương pháp mơ
phỏng, và phân tích kết quả thử nghiệm hệ số tốc độ không đổi CRF và các
chỉ số PSNR, SSIM và MOS thông qua việc truyền video trên mạng khơng
dây di động.
Kết luận: Tìm hiểu được cách tìm hệ số tốc độ không đổi phù hợp nhất
với việc nén video để giúp truyền trên mạng không dây di động tốt hơn. Dựa
vào kết quả này có thể nghiên cứu áp dụng thêm vào các ứng dụng khác, như
video trực truyến, hội nghị trực tuyến …

10
 


CHƯƠNG 1 : CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1.

TỔNG QUAN VỀ 4G LTE

1.1.1. Giới thiệu về 4G LTE
4G LTE là một giai đoạn trong quá trình chuyển tiếp từ 3G lên 4G, tốc
độ truyền tải nhanh gấp 7 lần so với 3G. 4G LTE đang là một chuẩn truyền
thông tốc độ cao dành cho các thiết bị đầu cuối và các thiết bị di động. 4G
LTE hiện đang được nhiều người coi là công nghệ mạng di động thế hệ thứ
tư, nhưng thực chất tốc độ của 4G LTE thấp hơn so với chuẩn 4G [1, 11, 9].
LTE được quy định trong 3GPP Rel 8 là phiên bản đầu tiên và là nền
móng cho những bổ sung cải tiến về sau [1, 11]. Với phiên bản 3GPP Rel 10,

đưa ra các ý tưởng mới để đảm bảo các giá trị quy định như một phần của kế
hoạch LTE-Advanced phù hợp với yêu cầu của IMT-Advanced cho mạng vô
tuyến 4G.
Hệ thống 3GPP LTE, là bước tiếp theo cần hướng tới của hệ thống mạng
không dây 3G dựa trên công nghệ di động GSM/UMTS, và là một trong
những công nghệ tiềm năng nhất cho truyền thông 4G. Liên minh Viễn thông
Quốc tế (ITU) đã định nghĩa truyền thông di động thế hệ thứ 4 là IMT
Advanced .
1.1.2. Các giai đoạn phát triển của công nghệ viễn thông di động
Các thế hệ công nghệ viễn thông di động được phát triển qua các cột
mốc như sau :


Công nghệ di động thế hệ thứ nhất (1G) ra đời vào khoảng thời gian
năm 1980 dựa trên công nghệ FDMA (đa truy cập phân chia theo tần
số).

11
 




Công nghệ di động thế hệ thứ 2 (2G) ra đời vào khoảng thời gian
năm 1990 dựa trên công nghệ TDMA (đa truy cập phân chia theo
thời gian)



Công nghệ di động thế hệ thứ 3 (3G) ra đời vào khoảng thời gian

năm 2000 dựa trên công nghệ WCDMA (đa truy cập phân chia theo
mã)



Công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G) ra đời trong khoảng thời gian
từ năm 2009 đến nay, đã qua giai đoạn triển khai thử nghiệm ban
đầu và hiện nay đang triển khai tại một số nước, dựa trên công nghệ
OFDM, SDMA - tức là công nghệ LTE – LTE ADVANCE. LTE là
từ viết tắt của Long Term Evolution, mơ tả cơng việc chuẩn hóa của
3GPP để xác định phương thức truy nhập vô tuyến tốc độ cao mới
cho hệ thống truyền thông di động. LTE là bước tiếp theo dẫn đến hệ
thống thông tin di động thế hệ thứ 4 hay còn gọi là 4G. Hệ thống này
được kỳ vọng có những tiến bộ vượt bậc về cơng nghệ cũng như
những tính năng so với thế hệ 3G trước đó [11, 9].

1.1.3. Tại sao phải cần thế hệ mạng tiếp theo


Số lượng người dùng ngày càng lớn mạnh, nhu cầu sử dụng Internet
bằng di động ngày càng tăng.



Người dùng cần một mạng di động có tốc độ truyền tải dữ liệu nhanh
và có chất lượng tốt hơn.



Nhu cầu giá thành giảm, nhưng chất lượng tốt hơn.




Cải thiện các nhược điểm của 3G và đáp ứng nhu cầu của người sử
dụng.

1.1.4. Các đặc tính cơ bản của LTE
LTE cung cấp tốc độ cực đại DL (Down link) đường xuống là 300 Mbps,
tốc độ cực đại UL (Up link) đường lên là 75 Mbps [11, 12]. Độ trễ cho phép
12
 


truyền bé hơn 5ms trong mạng truy nhập vô tuyến. Hoạt động ở băng tần 700
MHz - 2,6 GHz.
LTE hỗ trợ băng thơng sóng mang có thể mở rộng, từ 1,4 MHz đến 20
MHz và hỗ trợ cả ghép song công phân chia theo tần số (FDD) và ghép song
công phân chia theo thời gian (TDD).
Kiến trúc mạng dựa trên IP, được gọi là lõi gói tiến hóa (EPC) được thiết
kế để thay thế mạng lõi GPRS , hỗ trợ chuyển giao liên tục cho cả thoại và dữ
liệu cho các trạm di động với công nghệ mạng cũ hơn như GSM, UMTS và
CDMA2000.
1.2.

CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN VIDEO
Có 2 phương pháp truyền video là: streaming và downloading
Stream video: là một kỹ thuật được sử dụng khá phổ biến trong các ứng

dụng mạng. Nó được dùng để truy cập và xem video từ xa thơng qua các máy
chủ theo mơ hình client/server, ứng dụng vào các hệ thống đào tạo từ xa, giám

sát từ xa, điều khiển từ xa, hội nghị trực tuyến … Stream video sử dụng cách
thức phát lại các đoạn video được lưu trữ trên các máy chủ đến người dùng
đầu cuối mà không phải tải video về máy tính. Stream video là q trình chia
nhỏ các file video thành các frame, rồi lần lượt gửi từng frame đó đến bộ đệm
của máy tính người xem và hiển thị nội dung frame đó. Nó sử dụng các giao
thức RTSP, RTP, RTCP [12].
Downloading: có nghĩa là khi tải video về thì tồn bộ video đó sẽ được
lưu trên máy tính, và có thể mở và xem ngay sau khi tải về. Phương thức này
có ưu điểm là có thể truy xuất nhanh đến một khoảng thời gian khác nhau của
video, nhưng lại có một nhược điểm lớn đó là phải chờ video được tải về tồn
bộ mới có thể xem được. Khi video có kích thước lớn thì phải chờ một thời
gian rất lâu, dẫn đến người xem sẽ có cảm giác khó chịu khi phải chờ đợi.

13
 


1.3.

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ
Có rất nhiều phương pháp và bài toán để đánh giá được chất lượng dịch

vụ truyền video trên mạng không dây di động, trong luận văn sẽ nêu ra 2
phương pháp chính.
1.3.1. Phương pháp chủ quan
Phương pháp này mang lại hiệu quả cao, độ tin cậy và chính xác cao.
Nhưng ngược lại thì lại tốn kém chi phí, nhân lực và thời gian, vì phải dùng
chính con người để kiểm nghiệm
1.3.2. Phương pháp khách quan
Do tâm lý đánh giá của người tham gia đánh giá rất quan trọng trong

việc đánh giá chất lượng chủ quan của video, cho nên rất khó khăn để nâng
cao được hiệu quả đánh giá chất lượng được. Chính vì vậy phải cần thêm các
cơng cụ máy móc để đánh giá được chất lượng thơng qua các tính năng vật lý
của tín hiệu.
1.4.

YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ

TRUYỀN VIDEO TRÊN MẠNG 4G
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng video, từ các yếu tố truyền
dẫn trên đường truyền như mất gói tin, suy hao đường truyền, lỗi bit, giới hạn
băng thông, hay nghẽn mạng ...
1.4.1. Chất lượng dịch vụ - QoS
QoS hiện nay được sử dụng trong các tiêu chuẩn quốc tế về chất lượng
dịch vụ viễn thông, bao gồm cả chất lượng dịch vụ di động trong đó có 4G.
Chất lượng dịch vụ QoS chính là sự đánh giá của khách hàng về chất lượng
dịch vụ viễn thông.
Người dùng đánh giá chất lượng dịch vụ bằng cách phản hồi khả năng
đáp ứng của dịch vụ dựa trên các yêu cầu của mình đề ra đã được đáp ứng
như thế nào. Ví dụ : khi xem một đoạn video hoặc một bài nhạc trên mạng
14
 


internet, người dùng sẽ đánh giá mức độ tải nhanh hay chậm. Từ đó, người
dùng sẽ đánh giá được mức độ cung cấp dịch vụ của nhà mạng là tốt hay
không tốt.
Dịch vụ xem video trực tuyến trên mạng viễn thông di động hiện nay là
một dịch vụ giá trị gia tăng hoạt động trên nền tảng viễn thông di động. Chất
lượng dịch vụ đối với loại hình này phụ thuộc rất lớn vào hạ tầng mạng truyền

dẫn chứ không phải phụ thuộc vào đơn vị cung cấp nội dung. Vào mỗi thời
điểm khác nhau thì chất lượng dịch vụ cũng sẽ khác nhau. Ví dụ, vào giờ cao
điểm dịch vụ có thể khơng truy cập được, tốc độ có thể bị chậm, dẫn đến chất
lượng dịch vụ sẽ không tốt.
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ bao gồm [3, 12] :
Mất gói: mất gói tin trên mạng có thể được gây ra bởi nhiều nguyên
nhân như nghẽn mạng, mất kiên kết, không đủ băng thông hay lỗi đường
truyền … Suy giảm chất lượng video gây ra bởi hiện tưởng mất gói, tùy thuộc
vào giao thức để truyền tải video
Giao thức TCP: khi một gói tin bị mất thì sẽ nhận được u cầu truyền
lại gói tin đã bị mất, điều này làm thiếu hụt bộ đệm tại thiết bị đầu cuối, dẫn
đến hiện tượng hình ảnh bị dừng lại.
Giao thức UDP: khi xảy ra hiện tượng mất gói tin thì sẽ dẫn đến một
phần của video sẽ bị mất theo, do giao thức UDP không yêu cầu truyền lại gói
tin bị mất.
Tín hiệu hoặc các gói thông tin bị mất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất
lượng tín hiệu, thơng tin khi được phát đến người sử dụng. Mất gói khơng chỉ
giới hạn ở các lỗi liên quan đến lỗi bit hoặc rớt gói dữ liệu trong q trình
truyền tải, mà nó cịn bao gồm cả những việc nén tín hiệu để có thể truyền
được hiệu quả.
Băng thông: sự giới hạn về băng thông thường xảy ra ở lớp truy nhập.
Nếu băng thông được cung cấp khơng đủ để truyền 1 video trực tuyến thì sẽ
xảy ra mất gói, dẫn đến việc suy giảm chất lượng video. Băng thông bị hạn
15
 


chế cũng làm ảnh hưởng đến chất lượng truyền gói tin. Khi băng thơng hẹp dẽ
dẫn đến nhiều gói tin bị loại bỏ dẫn đến sự suy giảm chất lượng.
Độ trễ: khi người dùng yêu cầu một video mà tín hiệu hình ảnh và âm

thanh được truyền đi đến người sử dụng mất khá nhiều thời gian, sẽ làm ảnh
hưởng trực tiếp đến độ hài lòng của khách hàng sử dụng dịch vụ.
1.4.2. Chất lượng trải nghiệm - QoE
Trong việc đánh giá chất lượng dịch vụ truyền video thì để dễ dàng đánh
giá nhất đó là bằng cách sử dụng bằng mắt thường, khi xuất hiện các khối
nhòe, màu sắc thay đổi, tạp âm, giật hình, hình ảnh mờ [3, 12].
Hình ảnh mờ: là những hình ảnh với độ sắc nét thấp, nhìn khơng rõ vật
thể. Hiêu ứng này sinh ra do sự suy hao tại tần số cao, hoặc do nội dung với
các hình ảnh động được truyền đi với băng thông hạn chế. Tốc độ bit quá
thấp, không đảm bảo để mã hóa tốt các nội dung với hình ảnh động.
Thay đổi màu sắc: là cường độ màu sắc vật thể khơng rõ ràng, khơng
chính xác. Hiệu ứng này do q trình xử lý mã hóa gây ra.
Hình khối: là một hiện tượng xuất hiện các khối nhỏ trên hình ảnh. Do
q trình xử lý video khơng đủ dữ liệu cho nên các chi tiết hình ảnh khơng
được hiển thị đầy đủ và chính xác.
Đóng băng hình ảnh: là hiện tượng hình ảnh bị giữ nguyên trong một
khoảng thời gian, và sau đó lại hiển thị lại ảnh mới. Ngun nhân xảy ra là do
mất gói dữ liệu.
Hình bị giật: là hình ảnh xuất hiện liên tiếp giống nhau, đè lên nhau.
Nguyên nhân là do băng thông thấp hoặc bị q tải.
Trong q trình truyền gói tin đến người dùng cuối thì độ trễ, băng thơng
và mất gói là một trong những điều cần quan tâm trước. Khi người dùng cuối
phải chờ đợi, hoặc phải xem những video bị thiếu hình ảnh, bị mờ thì dẫn đến
sự khơng hài lịng về chất lượng của nhà mạng đó.

16
 


1.4.3. Hệ số tốc độ không đổi - CRF

Trong sự ảnh hưởng về độ trễ, băng thơng và mất gói thì có một yếu tố
khơng kém phần quan trọng ảnh hưởng khơng nhỏ đó là dung lượng gói tin.
Gói tin càng lớn thì mất thời gian truyền càng nhiều, chiếm nhiều băng thông,
ảnh hưởng đến chất lượng của đường truyền. Vậy phương án đề ra là cần phải
làm giảm dung lượng gói tin mà khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng hình
ảnh.
Về nén ảnh thì có rất nhiều kỹ thuật nén ảnh khác nhau để có thể làm
giảm dung lượng gói tin mà khơng làm ảnh hưởng đến chất lượng của hình
ảnh. Ở đây tơi đề cập đến hệ số tốc độ không đổi (CRF).
Hệ số tốc độ không đổi (CRF) [10] là cài đặt chất lượng mặc định (và
kiểm sốt tỉ lệ) cho các bộ mã hóa x264 và x265. Có thể đặt giá trị trong
khoảng từ 0 đến 51, trong đó các giá trị thấp hơn sẽ có chất lượng tốt hơn. Giá
trị càng cao thì càng nén nhiều hơn, nhưng sẽ gây ra sự suy giảm chất lượng.
Để đánh giá được tác động của hệ số CRF lên chất lượng của video thì ta
phải so sánh các chỉ số PSNR và SSIM so với video gốc và video đã được cài
đặt hệ số CRF.
1.4.4. Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu - PSNR
Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu (PSNR) [4, 12] là thuật ngữ được dùng
để tính tỉ lệ giữa giá trị năng lượng tối đa của một tín hiệu và năng lượng
nhiễu ảnh hưởng đến độ chính xác của thơng tin.
PSNR là phương pháp được sử dụng rộng rãi để đánh giá hiệu suất
codec, tối ưu hóa codec video và để so sánh các codec video khác nhau, mặc
dù chỉ số chất lượng cảm quan khách quan đã được chứng minh là hoạt động
tốt hơn PSNR trong lĩnh vực dự đoán chất lượng video chủ quan. PSNR là
một số liệu được xác định bằng tốn học. Nó được định nghĩa là tỷ số giữa
cường độ tín hiệu lớn nhất và cơng suất nhiễu ảnh hưởng đến tín hiệu. Mối
quan hệ giữa các lực này được thể hiện bằng decibel. PSNR có thể được sử
17
 



dụng để đánh giá chất lượng thô khi mức độ biến dạng thay đổi và nội dung
của video và loại biến dạng vẫn giữ nguyên, điều này hạn chế việc sử dụng
chỉ số này. Lý do tại sao nó vẫn được sử dụng là vì độ phức tạp thấp và chỉ số
này thường được sử dụng làm tham chiếu cho việc phát triển các chỉ số cảm
quan để đánh giá chất lượng video.
Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu PSNR (Peak signal-to-noise ratio) được
xem như một trong các độ đo khách quan nhất để đo chất lượng truyền video
qua mạng. Theo hướng tiếp cận này thì cảm nhận của con người được phân
làm năm mức khác nhau. Trên mỗi mức, chất lượng video sẽ được tính theo
một cơng thức khác nhau, căn cứ vào giá trị tính được mà chất lượng video sẽ
được đánh giá là thuộc vào ngưỡng nào. Dĩ nhiên việc ánh xạ các mức này
với các khoảng giá trị đo được cần được nghiên cứu trước thông qua thống
kê. Phương pháp này dựa trên cơ sở xác định tỉ số giữa tín hiệu đỉnh.
PSNR được sử dụng để đo chất lượng khơi phục tín hiệu của các thuật
tốn nén có mất mát dữ liệu. Tín hiệu là dữ liệu gốc, và nhiễu là các lỗi xuất
hiện sau khi nén. Khi so sánh các thuật toán nén, thường dựa vào sự cảm nhận
gần chính xác của con người đối với dữ liệu được khơi phục lại, vì vậy mà
trong một số trường hợp thì dữ liệu sau khi được khơi phục thường có chất
lượng tốt hơn so với những cái khác, mặc dù giá trị PSNR có thấp hơn. Vì
vậy khi so sánh kết quả của 2 thuật tốn cần phải dựa trên 2 bộ mã hóa giống
nhau và nội dung của dữ liệu cũng phải giống nhau.
Giá trị PSNR được tính theo cơng thức như sau :
2
10. log

MAX

20. log


√

18
 


MAXI là giá trị tối đa của điểm ảnh trên ảnh. Khi các điểm ảnh được
biểu diễn bởi 8 bit, thì giá trị của MAXI là 255 [12].
Sai số tồn phương trung bình (MSE) được dùng cho ảnh 2 chiều có kích
thước m*n, trong đó I là ảnh gốc, cịn K là ảnh gốc và ảnh được khôi phục
tương ứng.


1



,

Giá trị PSNR thơng thường sau khi nén video thì nằm ở khoảng 30 đến
50 dB, giá trị càng cao thì càng tốt. Giá trị có thể chấp nhận được khi truyền
tín hiệu khơng dây có tổn thất nằm ở khoảng từ 20 đến 25 dB.
1.4.5. Cấu trúc tương tự - SSIM
Chỉ số cấu trúc tương tự (SSIM) [5, 12] là một phương pháp để dự đoán
chất lượng cảm nhận của video kỹ thuật số.
SSIM được sử dụng để đo sự giống nhau giữa hai hình ảnh. Để đo lường
hoặc dự đốn chất lượng hình ảnh thì phải dựa trên hình ảnh không nén ban
đầu để so sánh.
Thiết kế của SSIM dựa trên thị giác của con người, khi hai hình ảnh gần
giống nhau thì mắt người nếu khơng cảm nhận kỹ thì khó có thể phân biệt

được chất lượng hình ảnh giữa hai video có khác nhau hay khơng.
SSIM là số liệu dựa trên ý tưởng rằng mắt người có thể dễ dàng trích
xuất thơng tin cấu trúc từ hình ảnh. Cấu trúc của các đối tượng trong ảnh
không phụ thuộc vào ảnh hưởng của độ sáng và độ tương phản, mặc dù độ
sáng, độ tương phản và cấu trúc là các thành phần riêng biệt được đo và so
sánh. SSIM tính tốn chất lượng của hình ảnh bị méo bằng cách so sánh mối
tương quan giữa độ sáng, độ tương phản và cấu trúc giữa tham chiếu và hình

19
 


ảnh méo, và tính trung bình giá trị đó trên tồn bộ hình ảnh. Thiết kế của chỉ
số SSIM thực sự dựa trên các đặc điểm của hệ thống thị giác của con người.
Chỉ số SSIM được tính tốn trên nhiều cửa sổ khác nhau của hình ảnh.
Số đo giữa hai cửa sổ x và y có kích thước phổ biến là N x N. Cơng thức tính
như sau [12]:
,

2



2



Với:



µx là các giá trị trung bình của x



µy là các giá trị trung bình của y



ơx là các giá trị sai của x



ơx là các giá trị sai của x



ơxy là các giá trị hiệp phương sai của x và y



c1 = (k1L)2, c2 = (k2L)2 là hai biến để ổn định sự phân chia với
mẫu số yếu



L là các dải động của giá trị điểm ảnh



k1 = 0.01, k2 = 0.03 theo mặc định


Chỉ số SSIM thỏa mãn điều kiện đối xứng: SSIM(x,y) = SSIM(y,x)
Công thức SSIM được dựa trên ba phép đo so sánh giữa các mẫu của x
và y: độ chói (l), tương phản (c) và cấu trúc (s)
2

,

2

,
,
Với c3 = c2/2

20
 


1.5.

TÓM TẮT CHƯƠNG
Chương 1 đã giới thiệu tổng quan về mạng 4G LTE, tổng quan về

streaming, các phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ.

21
 


CHƯƠNG 2: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỰA TRÊN

PHƯƠNG PHÁP KHÁCH QUAN SỬ DỤNG HỆ SỐ KHÔNG
ĐỔI CRF
2.1.

MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CƠ BẢN

2.1.1. Phương pháp chủ quan
Phương pháp chủ quan sử dụng con người để đánh giá, đây cũng là
phương pháp đánh giá chất lượng video chính xác và cho kết quả tốt nhất.
Nhưng nhược điểm của phương pháp này là tốn kém và mất nhiều thời gian.
Phương pháp này liên quan đến cách mà người xem cảm nhận được chất
lượng của video và sau đó người xem sẽ đánh giá chất lượng của video đó
như thế nào. Phương pháp này được ITU nêu ra cách thức thiết lập cách đo tại
ITU-T P.910 [16]. Các thông số để đo cơ bản như góc nhìn và kích thước màn
hình khơng thay đổi trong quá trình đo.
Phương pháp chủ quan tuân thủ theo khuyến nghị của Liên minh Viễn
thông quốc tế (ITU) về việc đánh giá chất lượng theo thang điểm MOS.
Phương thức đánh giá theo điểm MOS (Mean Opinion Score) thường được
đánh giá qua cảm nhậm trực tiếp của người xem bằng mắt thường. Thang
điểm MOS sẽ được đánh giá qua 5 bậc từ 1 là xấu cho đến 5 là xuất xắc. [6,
12]

Chất lượng video

PSNR

MOS

Xuất xắc


>37

5

Tốt

31-37

4

Khá

25-31

3

Kém

20-25

2

Xấu

<20

1

22
 



Bảng 2.1. Thang điểm MOS với chỉ số PSNR
2.1.2. Phương pháp đánh giá khách quan
Ngược lại với phương pháp đánh giá chủ quan thì phương pháp đánh giá
khách quan lại sử dụng các cơng cụ để đo kiểm, phân tính, đánh giá chất
lượng tín hiệu từ video bắt đầu truyền và video đầu nhận. Để đánh giá được
chất lượng khách quan thì sẽ cần sử dụng các thuật tốn để đánh giá chất
lượng hình ảnh. Các thuật tốn này sẽ dựa trên các mơ hình đánh giá khách
quan.
2.1.2.1. Mơ hình khơng tham chiếu (non_zero_ reference)
Các giải thuật cho mơ hình khơng tham chiếu nói chung phù hợp với
việc giám sát và phân tích chất lượng video trực tuyến ở người dùng. Với việc
thiết kế mơ hình khơng tham chiếu rất khó khăn, cho nên hiện tại chỉ có một
vài phương pháp được đề xuất [2].
Đầu vào/video
tham chiếu
Mã
hóa

Suy giảm truyền tải
Mạng,
thiết
bị

Giải
mã
tham
chiếu


Đầu ra/ Video
bị suy giảm
Hệ thống
đo đánh giá

Tỷ lệ
chất
lượng
hình
ảnh
khách

Hình 2.1. Mơ hình khơng tham chiếu
2.1.2.2. Mơ hình tham chiếu đầy đủ (full_reference)
Những giải thuật trong mơ hình tham chiếu đầy đủ thực hiện so sánh chi
tiết giữa hình ảnh đầu vào và hình ảnh đầu ra. Việc so sánh này là một q
trình tính tốn phực tạp, khơng chỉ xử lý theo điểm ảnh mà cịn theo khơng
gian và thời gian giữa dòng dữ liệu video đầu vào và đầu ra [2].

23