Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu, khảo sát công nghệ truyền âm thanh trên mạng IP và ứng dụng voice chat trong môi trường windows Mục LụcLời nói đầu ........................................................................................................................... 3Phân công công việc: ........................................................................................................... 4I. Tìm hiểu công nghệ truyền âm thanh trong mạng IP (VOIP). ......................................... 51. Giới thiệu chung về VOIP:........................................................................................... 52. Ứng dụng công nghệ VOIP .......................................................................................... 53. Dịch vụ chat âm thanh thoại qua Internet .................................................................... 6II. Sự khác nhau giữa mô hình chat và mô hình hội nghị. .................................................. 61. Mô hình Chat ............................................................................................................. 62. Mô hình hội nghị: ...................................................................................................... 73. Sự khác biệt giữa mô hình Chat và mô hình Hội nghị .............................................. 7III. Giải thích quy trình công nghệ và giao thức truyền thông trong ứng dụng voice chat. 81. Mã hoá và nén thoại trong VoIP: .............................................................................. 82. Đóng gói tín hiệu thoại – bộ giao thức RTPRTCP: ............................................... 103. Giao thức truyền thông trong Asterisk – SIP: ......................................................... 12IV. Xây dựng giải và pháp và lập trình cài đặt ứng dụng chat âm thanh. ........................ 151. Tìm hiểu chung về Asterisk..................................................................................... 152. Cài đặt và thử nghiệm truyền âm thanh theo mô hình PC to PC. ........................... 173. So sánh với các công cụ Chat hiện nay. .................................................................. 18Tài liệu tham khảo ....................
1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Báo cáo Truyền thông đa phương tiện Nhóm 15: Tìm hiểu, khảo sát công nghệ truyền âm thanh trên mạng IP và ứng dụng Voice Chat trong môi trường Windows Giáo viên hướng dẫn: PGS.Nguyễn Thị Hoàng Lan Sinh viên thực hiện: Hoàng Đình Hiệp 20111584 Hoàng Anh Chiến 20111247 Nguyễn Văn Hiệp 20111590 Hà Nội, Ngày 16 tháng 12 năm 2014 2 Mục Lục Lời nói đầu 3 Phân công công việc: 4 I. Tìm hiểu công nghệ truyền âm thanh trong mạng IP (VOIP). 5 1. Giới thiệu chung về VOIP: 5 2. Ứng dụng công nghệ VOIP 5 3. Dịch vụ chat âm thanh thoại qua Internet 6 II. Sự khác nhau giữa mô hình chat và mô hình hội nghị. 6 1. Mô hình Chat 6 2. Mô hình hội nghị: 7 3. Sự khác biệt giữa mô hình Chat và mô hình Hội nghị 7 III. Giải thích quy trình công nghệ và giao thức truyền thông trong ứng dụng voice chat. 8 1. Mã hoá và nén thoại trong VoIP: 8 2. Đóng gói tín hiệu thoại – bộ giao thức RTP/RTCP: 10 3. Giao thức truyền thông trong Asterisk – SIP: 12 IV. Xây dựng giải và pháp và lập trình cài đặt ứng dụng chat âm thanh. 15 1. Tìm hiểu chung về Asterisk 15 2. Cài đặt và thử nghiệm truyền âm thanh theo mô hình PC to PC. 17 3. So sánh với các công cụ Chat hiện nay. 18 Tài liệu tham khảo 19 3 Lời nói đầu Với sự phát triển nhảy vọt của mạng chuyển mạch gói IP hiện nay cùng với sự hội nhập mạnh mẽ vào nền kinh tế khu vực và thế giới, môi trường viễn thông Việt Nam cũng có những bước chuyển lớn với hàng loạt các dịch vụ mới, ví dụ như dịch vụ đường truyền Internet tốc độ cao ADSL với chi phí thấp, rồi sự ra đời của dịch vụ gọi điện thoại quốc thế giá rẻ Internet Phone. Sự xuất hiện của VoIP đã gây nên một sự chú ý đặc biệt trong lĩnh vực viễn thông thế giới, lợi ích mà nó mang lại là rất lớn. Đối với người tiêu dùng, lợi ích đầu tiên mà họ đạt được là chi phí cuộc gọi sẽ rẻ hơn đáng kể. Còn đối với các nhà sản xuất, cung cấp và khai thác mạng, truyền thoại qua mạng Internet mở ra những thách thức mới nhưng cũng hứa hẹn khả năng lợi nhuận đáng kể. VoIP ngày càng đáp ứng tốt hơn các yêu cầu đặt ra như chất lượng dịch vụ, giá thành, số lượng tích hợp các dịch vụ thoại lẫn phi thoại. Mạng VoIP ra đời như là một cuộc các mạng của hệ thống viễn thông và xã hội. Với những ưu điểm vượt trội, mạng VoIP đã chứng tỏ được sức sống và tính thực tiễn cao của nó. Đặc biệt là trong dịch vụ voice chat. Để thấy những ưu nhược điểm cũng như lợi ích mà voice chat trên mạng IP đã mang lại và những ứng dụng thực tế trong bài báo cáo này nhóm em đã chọn và nghiên cứu đề tài 15: “Tìm hiểu, khảo sát công nghệ truyền âm thanh trên mạng IP và ứng dụng Voice Chat trong môi trường Windows”. Do hạn chế về thời gian, cũng như kiến thức và kinh nghiệm bài báo cáo không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự góp ý của cô và các bạn. Nhóm xin chân thành cảm ơn! 4 Phân công công việc: - Hoàng Anh Chiến : o Tìm hiểu công nghệ truyền âm thanh trong mạng IP (VOIP) o Sự khác nhau giữa mô hình Chat và với mô hình Hội nghị - Hoàng Đình Hiệp , Nguyễn Văn Hiệp: o Giải thích qui trình công nghệ và giao thức truyền thông trong ứng dụng Voice Chat o Xây dựng giải pháp và lập trình cài đặt ứng dụng Chat âm thanh trong môi trường Windows 5 I. Tìm hiểu công nghệ truyền âm thanh trong mạng IP (VOIP). 1. Giới thiệu chung về VOIP: VOIP (Voice over Internet Protocol) là công nghệ cho phép truyền thoại sử dụng giao thức mạng IP, trên cơ sở hạ tầng sẵn có của mạng Internet. VOIP là một trong những công nghệ viễn thông đang được quan tâm nhất hiện nay không chỉ đối với các nhà khai thác, các nhà sản xuất mà còn cả với người sử dụng dịch vụ. Ngày nay nhiều công ty thực hiện giải pháp VOIP để giảm chi ohis cho những cuộc gọi đường dài giữa nhiều chi nhánh xa nhau. Công nghệ này dựa trên chuyển mạch gói, nhằm thay thế công nghệ truyền thoại cũ dùng chuyển mạch kênh. Kỹ thuật chuyển mạch gói: Trong chuyển mạch gói, mỗi bản tin được chia thành các gói tin có khuôn dạng được quy định trước. Việc dựa trên chuyển mạch gói giúp công nghệ VOIP có nhiều ưu điểm như hiệu suất cao, khả năng truyền ưu tiên, Tuy nhiên cùng với những ưu điểm đó vẫn còn khá nhiều nhược điểm như trễ đường truyền lớn, độ tin cậy không cao, dễ tắc nghẽn gói tin, 2. Ứng dụng công nghệ VOIP Giao tiếp thoại vẫn là dạng giao tiếp cơ bản của con người. Mạng điện thoại truyền thống không thể bị thay thế một cách dễ dàng. Mục đích của các nhà cung cấp dịch vụ VOIP là tạo ra một mạng điện thoại với chi phí vận hành thấp hơn nhiều song vẫn đảm bảo chất lượng và đưa ra cách giải pháp kỹ thuật mới. Chúng ta đã rất quen thuộc với các phần mềm chat nổi tiếng và rất phổ biến như: Skype, Google Talk, Chúng được sử dụng rất thường xuyên trong đời sống. 6 VOIP được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt trong các mô hình Chat, mô hình hội nghị đa phương tiện 3. Dịch vụ chat âm thanh thoại qua Internet Dịch vụ chat âm thanh được khai thác rất rộng rãi với những ứng dụng tiêu biểu như: Dịch vụ Callback Web, Call center VOIP dựa trên kỹ thuật chuyển mạch gói nên đặc điểm của dịch vụ chat âm thanh có nhiều nhược điểm như: Chất lượng âm thanh chưa được đảm bảo Tình trạng trễ tiếng: Việc các gói tin phải chuyển tiếp qua nhiều trạm trung gian khiến nó mất khá nhiều thời gian để tới được đích Vấn đề bảo mật: Mạng Internet là mạng có tính rộng khắp và hỗn hợp, trong đó có rất nhiều loại máy tính khác nhau, các dịch vụ khác nhau cùng sử dụng chung một cơ sở hạ tầng. Do vậy không có gì đảm bảo rằng thông tin liên quan tới cá nhân cũng như số liên lạc truy nhập sử dụng dịch vụ của người dùng được giữ bí mật. Và nguy cơ nghe lén khá cao do các gói dữ liệu phải chuyển tiếp qua nhiều trạm trung gian trước khi tới được người nhận hoặc vấn đề truy cập trái phép, hacker có thể lợi dụng các lỗ hổng bảo mật để xâm nhập vào hệ thống mạng. Kỹ thuật phức tạp: Do lượng mất gói tin trong mạng là không thể tránh và việc giảm độ trễ, để đáp ứng được nhu cầu người dùng cần có những kỹ thuật rất phức tạp. Tuy nhiên dịch vụ chat âm thanh có ưu điểm rất lớn là chi phí cuộc gọi rất rẻ. II. Sự khác nhau giữa mô hình chat và mô hình hội nghị. 1. Mô hình Chat 7 Dựa trên mô hình client – server Gồm có các thành viên tham gia. Các thành viên tham gia có vai trò, hay vị trí là như nhau. Tất cả các thành viên đều do các máy client đảm nhiệm. Hoạt động:Các thành viên được hoạt động tự do, bất kỳ thành viên nào muốn nói đều có thể nói tự do, không bị bất kỳ ai ép buộc 2. Mô hình hội nghị: Dựa trên mô hình client-server. Gồm có các thành viên được phân chia như sau: Chủ tịch hội nghị: là người duy nhất có quyền điều hành hoạt động của các phiên hoạt động của hội nghị. Người chủ tịch sẽ quản lý server. Thành viên chính thức: Có quyền trình bày ý kiến trước hội nghị thông qua lời nói và hình ảnh tới tất cả các thành viên khác. Quan sát viên: Là những người chỉ có nhận dữ liệu từ các thành viên khác. Tất cả các thành viên chính thức và người quan sát đều do các máy client đảm nhiệm. Hoạt động: Trước hội nghị: Các client muốn tham gia phải đăng kỹ với server. Trong hội nghị: gồm có: Khai mạc hội nghị, Các thành viên phát biểu lần lượt và kết thúc hội nghị. 3. Sự khác biệt giữa mô hình Chat và mô hình Hội nghị Trong mô hình Chat không có thành viên nào đảm nhiệm vai trò của Server, trong mô hình Hội nghị có chủ tịch là người quản lỹ Server. 8 Quy mô: Mô hình Chat có quy mô nhỏ có thể chỉ gồm 2 người trong khi đó mô hình Hội nghị có quy mô lớn hơn rất nhiều. Thành viên: Các thành viên trong mô hình Chat không có sự phân cấp bậc, trong khi đó Mô hình Hội nghị có chủ tịch, thành viên chính thức và thành viên quan sát. Hoạt động: Hoạt động của mô hình Chat rất đơn giản trong khi mô hình Hội nghị lại rất phức tạp. III. Giải thích quy trình công nghệ và giao thức truyền thông trong ứng dụng voice chat. Ở đây ta dùng phần mềm Asterisk làm ứng dụng voice chat 1. Mã hoá và nén thoại trong VoIP: - PCM (Pulse code modulation) – điều chế theo mã: là phương pháp thông dụng nhất chuyển đổi các tín hiệu Analog sang dạng Digital (và ngược lại) để có thế vận chuyển qua một hệ thống truyền dẫn số hay các quá trình xử lý số. Sự biến đổi này gồm 3 tiến trình chính: Lấy mẫu, lượng tử hoá, mã hoá. Tiến trình này hoạt động như sau: Giai đoạn đầu tiên của PCM là lấy mẫu các tín hiệu nhập (tín hiệu đi vào thiết bị số hoá), nố toạ ra một tuần tự các mẫu Analog dưới dạng chuỗi PAM. Các mẫu PAM có dải biên độ nối tiếp nhau, sau đố phân chia dải biên độ này thành một số giới hạn các khoảng. Tất cả các mẫu với các biên độ nào đó nếu mẫu nào rơi vào một khoảng đặc biệt nào thì được gán cùng mức giá trị của khoảng đó. Công việc này được gọi là “lượng tử hoá”. Cuối cùng trong bộ mã hoá, độ lớn của các mẫu được lượng tử hoá được biểu diễn bởi các mã nhị phân. 9 - Sau khi xem xét cấu tạo tiếng nói con người, người ta đưa ra 3 phương pháp để mã hoá thoại đó là: mã hoá dạng sóng (Waveform), mã hoá nguồn (Source) và mã hoá lai (Hybrid). o Mã hoá dạng sóng: nguyên lý của mã hoá dạng sóng là mã hoá dạng sóng của tiếng nói dựa trên định lý lấy mẫu. Tại phía phát, bộ mã hoá sẽ lấy mẫu tín hiệu tiếng nói tương tự và mã hoá thành tín hiệu số trước khi truyền đi. Tại phía thu sẽ làm nhiệm vụ ngược lại để khôi phục tín hiệu tiếng nói. Ưu điểm của bộ mã hoá loại này là độ phức tạp và độ trễ thấp. Nhược điểm của bộ mã hoá loại này là không tạo được tiếng nói chất lượng cá tại tốc độ bit dưới 16kbps. Các chuẩn G.711 và G.726 của ITU-T dựa trên phương pháp mã hoá dạng sóng. o Mã hoá nguồn: dựa trên nguyên tắc phân tích, mô phỏng, tái tạo các tín hiệu âm thanh sau đó tách ra các thông số đặc trưng của tín hiệu âm thanh, mã hoá các thông số đó và gửi đi, ở nơi thu cũng sử dụng một cơ chế phát âm tương tự, dùng các thông số nhận được để kích thích bộ phát âm, phát lại âm thanh như bên gửi. Điển hình của các bộ mã theo nguồn âm là bộ mã hoá dự báo tuyến tính LPC. Vì tham số của tiếng nói được truyền đi thay vì dạng sóng nên tốc độ bit mã hoá tiếng nói thấp hơn nhiều so với phương pháp trên. Tuy nhiên chất lượng thoại thường không cao vì tìm một mô hình tiếng nói phù hợp (ít tham số và ít phức tạp) là khó khăn. Các chuẩn G.723.1, G729 của ITU-T đều dựa trên phương pháp mã hoá nguồn. o Mã hoá lai: được kết hợp từ hai phương pháp mã hoá trên. Dạng sóng của tiếng nói được phân tích và các tham số chủ yếu được rút ra. Tuy nhiên, thay vì truyền ngay các tham số này thì bộ mã hoá sử dụng chúng để tổng hợp lại mẫu tiếng nói và so sánh với dạng gốc. Sau đó bộ mã hoá căn cứ vào sự khác nhau giữa mẫu thực và mẫu được tổng hợp để 10 chỉnh lại các tham số, sau đó các tham số này mới được chuyển thành dòng bit và truyền đến bên thu. Phương pháp mã hoá này cho chất lượng thoại tương đối tốt và tốc độ bit thấp nhưng độ phức tạp cao. - Để đánh giá các phương pháp nén, ta xem xét chúng theo 4 đặc điểm sau: o Tốc độ bit (bit Rate) o Độ trễ (Delay) o Độ phức tạp (Complexity) o Chất lượng tín hiệu (Quality) - Mã hoá và nén thoại trong Asterisk dùng khối Codec Translator API, sử dụng module Codec Translator (codec_adpcm, codec_alaw, codec_a_mu, codec_dahdi, codec_g722, codec_g726, codec_gsm, codec_ilbc, codec_lpc10, codec_resample, codec_speex, codec_ulaw, ). 2. Đóng gói tín hiệu thoại – bộ giao thức RTP/RTCP: - Giao thức RTP (Real-time Transport Protocol) là một giao thức dựa trên giao thức IP tạo ra các hỗ trợ để truyền tải các dữ liệu yêu cầu thời gian thực. Các gói tin truyền trên mạng Internet có trễ và jitter không dự đoán được. Nhưng cá ứng dụng đa phương tiện yêu cầu một thời gian thích hợp khi truyền các dữ liệu và phát lại. RTP cung cấp các cơ chế bảo đảm thời gian, số thứ tự và các cơ chế khác liên quan đến thời gian. Bằng các cơ chế này RTP cung cấp sự truyền tải dữ liệu thời gian thực giữa các đầu cuối qua mạng. - Bản thân RTP không cung cấp một cơ chế nào cho việc đảm bảo phân phối kịp thời các dữ liệu tới các trạm mà nó dựa trên các dịch vụ của tầng thấp hơn để thực hiện việc này. RTP cũng không đảm bảo việc truyền các gói theo đúng thứ tự. Tuy nhiên, số thứ tự trong RTP header cho phép bên thu xây dựng lại đúng thứ tự các gói của bên phát. [...]... điều khiển lớp ứng dụng được dùng để thiết lập, duy trì, kết thúc các phiên truyền thông đa phương tiện (multimedia) Các phiên multimedia bao gồm thoại Internet, hội nghị và các 12 ứng dụng tương tự có liên quan đến các phương tiện truyền đạt như âm thanh, hình ảnh và dữ liệu - SIP sử dụng các bản tin mời (INVITE) để thiết lập các phiên và mang các thông tin mô tả mang phiên truyền dẫn SIP hỗ trợ các... và lập trình cài đặt ứng dụng chat âm thanh Ở đây chúng em sử dụng Asterisk để xây dựng ứng dụng chat âm thanh 1 Tìm hiểu chung về Asterisk a Giới thiệu về Asterisk: Asterisk là hệ thống chuyển mạch mềm, là phần mềm nguồn mở được viết bằng ngôn ngữ C chạy trên hệ điều hành Linux thực hiện tất cả các tính năng của tổng đài PBX và hơn nữa về các dịch vụ gia tăng Asterisk ra đời vào năm 1999 bởi một sinh... Spencer Ban đầu, phần mềm này được sử dụng với mục đích hỗ trợ cho công ty của Spencer trong việc liên lạc đàm thoại Hiện nay Asterisk đang trên đà phát triển và được rất nhiều doanh nghiệp triển khai ứng 15 dụng Đây là xu thế tất yếu của người sử dụng điện thoại, vì các công ty đều có mạng máy tính và cần liên lạc với nhau trong công việc giữa các phòng ban hoặc chi nhánh và cần một chi phí thấp thậm chí... hỗ trợ các phiên đơn bá (unicast) và quảng bá (multicast) tương tự các cuộc gọi điểm tới điểm và các cuộc gọi đa điểm - SIP là một giao thức dạng văn bản, rất công khai và linh hoạt Được thiết kế tương thích với các loại giao thức khác như TCP, UDP, IP, để cung cấp một lĩnh vực rộng hơn cho dịch vụ VoIP - SIP gồm 2 thành phần lớn là SIP client và SIP server Trong SIP có 5 thành phần quan trọng là:... lượng truyền dẫn và các thông tin về thành phần tham dự các phiên hiện thời Không giống như các giao thức khác là sử dụng các trường trong header để thực hiện các chức năng điều khiển, RTP sử dụng một cơ chế điều khiển độc lập trong định dạng của gói tin RTCP để thực hiện chức năng này RTP nằm ở phía trên UDP, sử dụng các chức năng ghép kênh và kiểm tra của - UDP Sở dĩ UDP được sử dụng làm thủ tục truyền. .. chí không phải tốn chi phí khi thực hiện các cuộc gọi trên mạng nội bộ của công ty Không gói gọn thông tin liên lạc trong công ty mà các ứng dụng giao tiếp với mạng PSTN cho phép gọi ra bất cứ số điện thoại nào trên mạng PSTN b Kiến trúc chung của Asterisk Asterisk có 4 khối chức năng chính: 16 Codec translator API: Các hàm đảm nhiệm thực thi và giải nén các chuẩn khác nhau như G711, GSM, G729… ... của SIP: o UDP (User Datagram Protocol) o TCP (Transmission Control Protocol) o SDP (Session Description Protocol): được sử dụng để mô tả các thông số media cho một cuộc gọi, các thông số này là các thông tin về băng thông, các chuẩn hoá audio, video và một số thông tin khác - SIP được hỗ trợ bởi module trong Asterisk là chan_sip.c module (trong khối Asterisk Channel API) IV Xây dựng giải và pháp và. .. Agents (UA): là các đầu cuối trong mạng SIP, nó đại diện cho phía người sử dụng để khởi tạo một yêu cầu tới SIP server hoặc Usẻ Agent server o Proxy server: làm nhiệm vụ chuyển tiếp các SIP request tới các nơi khác trong mạng Chức năng chính của nó là định tuyến cho các bản tin đến đích o Redirect server: là user agent server nhận các bản tin request từ các user agent client và trả về bản tin return để... thích với nhiều chuần giao thức giao tiếp khác nhau nhưSIP, IAX, H323 Zaptel… Asterisk file format API: Asterisk tương thích với việc xửlý các loại file có định dạng khác nhau nhưMP3, wav, gsm… Asterisk Aplication API: Bao gồm tất cảcác ứng dụng được thực thi trong hệthống Asterisk nhưvoicemail, callerID… 2 Cài đặt và thử nghiệm truyền âm thanh theo mô hình PC to PC Mô hình: Gồm : Một máy chủ Asterisk... CANCEL: huỷ yêu cầu nằm trong hàng đợi o REGISTER: thiết bị đầu cuối của SIP sử dụng bản tin này để đăng ký với máy chủ đăng ký o OPTION: sử dụng để xác định năng lực của máy chủ 14 o INFO: sử dụng để tải các thông tin như âm báo o REQUEST: cho phép user agent và proxy có thể xác định người dùng, khởi tạo, sửa đổi, huỷ một phiên o RETURN: được gửi bởi user agent server hoặc SIP server để trả lời cho . công nghệ và giao thức truyền thông trong ứng dụng Voice Chat o Xây dựng giải pháp và lập trình cài đặt ứng dụng Chat âm thanh trong môi trường Windows 5 I. Tìm hiểu công nghệ truyền âm. cứu đề tài 15: Tìm hiểu, khảo sát công nghệ truyền âm thanh trên mạng IP và ứng dụng Voice Chat trong môi trường Windows . Do hạn chế về thời gian, cũng như kiến thức và kinh nghiệm bài báo. nói đầu 3 Phân công công việc: 4 I. Tìm hiểu công nghệ truyền âm thanh trong mạng IP (VOIP). 5 1. Giới thiệu chung về VOIP: 5 2. Ứng dụng công nghệ VOIP 5 3. Dịch vụ chat âm thanh thoại qua