Chương 1 Tổng quan về truyền thông đa phương tiện và dữ liệu đa phương tiện Mục đích: Giới thiệu các khái niệm cơ bản về dữ liệu đa phương tiện, xử lý và truyền thông đa phương tiện, về các ứng dụng và phân loại hệ thống đa phương tiện. Những thách thức trong phát triển các hệ thống đa phương tiện. Yêu cầu: Sinh viên nắm vững: – Các khái niệm cơ bản về phương tiện, xử lý và truyền thông đa phương tiện. – Các ứng dụng và phân loại hệ thống đa phương tiện (Multimedia system). – Những thách thức trong phát triển các hệ thống đa phương tiện. Nội dung: 1. Các khái niệm. 2. Các ứng dụng đa phương tiện 3. Phân loại các hệ thống đa phương tiện. 4. Những thách thức của xử lý và truyền thông đa phương tiện. 1. Các khái niệm Trước khi định nghĩa tính toán và truyền thông đa phương tiện, chúng ta tìm hiểu về các kiểu phương tiện truyền thông. Phương tiện (media) đề cập tới các kiểu thông tin hay các kiểu mang thông tin như dữ liệu chữ số, hình ảnh, âm thanh và video. Có nhiều cách để xếp loại phương tiện truyền thông. Nói chung, các cách xếp loại dựa trên các định dạng vật lý và các mối quan hệ của phương tiện truyền thông với thời gian. Trong tài liệu môn học này, chúng ta xếp loại phương tiện truyền thông trên cơ sở chiều thời gian của phương tiện truyền thông. Với cách phân loại này, có 2 loại phương tiện truyền thông: phương tiện tỉnh (static media) và phương tiện động (dynamic media) Phương tiện tỉnh không có chiều thời gian, nội dung và ý nghĩa không phụ thuộc vào thời gian trình bày. Phương tiện tỉnh bao gồm chữ số (alphanumeric), đồ hoạ (graphics), hình ảnh tỉnh (still images). Phương tiện động (Dynamic media) có chiều thời gian, ý nghĩa và sự chính xác phụ thuộc vào tốc độ mà nó được trình bày. Phương tiện động bao gồm âm thanh (audio), hình ảnh động (animation), phim (video). Ví dụ: Để nhận biết sự chuyển động liên tục, video phải được phát lại 25/30 ảnh (frames) trong một giây. Tương tự như vậy, khi ta phát lại một tin nhắn thoại hoặc âm nhạc đã được ghi âm, chỉ với một tốc độ phát lại tự nhiên hoặc hợp lý. Phát lại ở tốc độ chậm hoặc nhanh hơn sẽ làm biến dạng ý nghĩa hay chất lượng của âm thanh. Vì phương tiện truyền thông này phải được phát lại một cách liên tục với một tốc độ cố định. Phương tiện động còn được gọi là phương tiện liên tục (continuous media) hoặc phương tiện đẳng thời (isochronous media). Hệ thống đa phương tiện (Multimedia system): Không có định nghĩa đã được thừa nhận cho các hệ thống đa phương tiện. Theo quan điểm ngôn ngữ học, một hệ thống có khả năng thao tác nhiều hơn một phương tiện truyền thông được gọi là hệ thống đa phương tiện. Định nghĩa này làm cho hệ thống đa phương tiện hữu ích hơn, đầy thử thách, và thú vị. Vì vậy, khi chúng ta nói thông tin đa phương tiện (multimedia information), chúng có nghĩa là sự kết hợp của nhiều loại phương tiện truyền thông với ít nhất một phương tiện liên tục. Theo định nghĩa này, một hệ thống máy tính có khả năng thao tác dữ liệu chữ số và đồ họa có thể được gọi là hệ thống đa phương tiện. Trong môn học này, chúng ta định nghĩa hệ thống đa phương tiện là hệ thống có khả năng thao tác ít nhất một phương tiện truyền thông động dạng số (digital form) cũng như phương tiện truyền thông tỉnh. Do đó một hệ thống máy tính được sử dụng để điều khiển phát lại âm thanh hoặc video tương tự (analog) không thuộc hệ thống đa phương tiện theo định nghĩa của chúng ta. Chức năng chính của hệ thống đa phương tiện gồm: Thu / chụp (capture), tạo ra (generate), lưu trữ (store), tìm kiếm / truy xuất (retrieve), xử lý (process), truyền (transmit), trình bày (present). Ta phân biệt hai mặt của hệ thống đa phương tiện: – Xử lý đa phương tiện (multimedia computing): Tập trung vào các chức năng xử lý thông tin đa phương tiện như tìm kiếm, nhận dạng (recognition) và làm nổi bật (enhancement). – Truyền thông đa phương tiện (communication): Tập trung vào các chức năng truyền thông tin đa phương tiện như thu / chụp, truyền và trình bày. Sự phân biệt này không rõ ràng vì có một số chức năng có thể có trong cả hai. Ví dụ như nén dữ liệu là chức năng của xử lý nhưng nó thường được dùng trong mục đích truyền thông tin. nó cũng có thể được lập luận rằng mục đích của tất cả các xử lý đa phương tiện là cho các hoạt động trình bày và truyền thông tin hiệu quả. Các hệ thống đa phương tiện tập trung giải quyết vấn đề: Làm sao truyền dữ liệu đa phương tiện từ một máy tính đến máy tính khác, làm sao để trình bày dữ liệu đến người sử dụng. Nó không cần phải xử lý dữ liệu đa phương tiện. Các hệ thống này được gọi là hệ thống đa phương tiện thế hệ thứ nhất . Trong lĩnh vực công nghệ tiên tiến, các qui trình xử lý như: So sánh, tìm kiếm, tái tạo hình ảnh thời gian thực (real-time image restoration), nhận dạng âm thanh và hình ảnh (audio and image recognition), được sử dụng trong các hệ thống đa phương tiện. Các hệ thống này được gọi là hệ thống đa phương tiện thế hệ thứ hai.Vì vậy, các khía cạnh tính toán đa phương tiện sẽ được phát triển hơn nữa. Tương lai công nghệ đa phương tiện sẽ là sự tích hợp của xử lý và truyền thông. Trong các tài liệu và các phương tiện truyền thông, từ đa phương tiện được dùng như một danh từ, nó bị quá tải và dùng để chỉ nhiều loại phương tiện truyền thông, công nghệ, hệ thống và các ứng dụng xử lý các phương tiện khác nhau. Trong tài liệu môn học này, đa phương tiện được dùng như một tỉnh từ - Vì vậy, chúng ta sẽ nói thông tin đa phương tiện, hệ thống đa phương tiện, dữ liệu đa phương tiện, truyền thông đa phương tiện, ứng dụng đa phương tiện, và v.v…Thông tin đa phương tiện đề cập đến các thông tin được chuyển tải bằng nhiều loại phương tiện truyền thông. Đôi khi thông tin đa phương tiện và dữ liệu đa phương tiện được dùng thay chổ cho nhau. Trong định nghĩa hệ thống đa phương tiện, chúng ta nhấn mạnh đến việc tất cả các phương tiện phải được biểu diễn dạng số vì các lý do sau đây: Ưu điểm của biểu diễn dạng số (digital form): – Một là: Máy tính điện tử chỉ thao tác với dữ liệu dạng số. Ở dạng số hình ảnh, âm thanh và video được thao tác (xử lý, truyền, biểu diễn) dễ dàng bởi máy tính. Dữ liệu đa phương tiện dạng số có thể được tích hợp với các kiểu dữ liệu số khác và có thể chia sẻ các tài nguyên dùng chung cho tính toán và mạng (máy tính và mạng máy tính). Mặt khác, khi tất cả các phương tiện truyền thông được biểu diễn dạng số, chúng ta có thể dùng cùng thiết bị lưu trữ, máy tính và mạng để thao tác tất cả các kiểu phương tiện truyền thông. – Hai là: Dễ dàng thực hiện các tương tác với phương tiện truyền thông dạng số bằng máy tính điện tử. – Ba là: Nếu an ninh truyền thông tin được yêu cầu, ta dễ mã hoá tín hiệu số hơn là mã hoá tín hiệu tương tự. – Bốn là: Hệ thống số có độ tin cậy cao hơn, chống nhiểu tốt hơn hệ thống tương tự. Ở dạng số, Biên độ tín hiệu tương tự là liên tục trong một phạm vi nhất định - các giá trị tín hiệu bị thay đổi nếu có nhiểu hoặc giao thoa. Các lỗi gây ra do nhiễu hoặc giao thoa được tích lũy từ tầng này đến tầng khác. Không dễ dàng sửa chữa các lổi kiểu này. Ở dạng số nhị phân, chỉ có 2 mức tin hiệu: cao (1) và thấp (0). Nếu lỗi gây ra bởi giao thoa hoặc nhiễu dưới một ngưỡng nhất định (phân nửa biên độ của tín hiệu), tín hiệu vẫn có thể được ghi nhận một cách chính xác. Hơn nữa, ở từng tầng xử lý kỹ thuật số hoặc trạm truyền tin, các biện pháp "làm sạch" tín hiệu kỹ thuật số được dùng để phục hồi lại tín hiệu gốc và lỗi này không được tích lũy. 2. Các ứng dụng đa phương tiện. Con người có nhiều giác quan, việc sử dụng dữ liệu đa phương tiện trong máy tính sẽ làm gia tăng hiệu quả truyền thông khi có sự tham gia của hai hoặc nhiều giác quan. Mục đích của tính toán và truyền thông đa phương tiện là mô phỏng cách truyền thông của con người và giúp con người trong việc tổ chức và quản lý một lượng lớn thông tin với các kiểu phương tiện truyền thông khác nhau. Khi giao tiếp với nhau, con người sử dụng nhiều giác quan đặc biệt là thính giác và thị giác. Hiệu quả của truyền thông đa phương tiện là nhờ vào sự tham gia của thính giác và thị giác. Con người đã cố gắng để phát triển ngành viễn thông và các hệ thống xử lý thông tin để giải quyết các vấn đề: băng thông (bandwidth), độ trung thực (fidelity) và hiệu quả (effectiveness) trong giao tiếp với nhau. Trong lĩnh vực viễn thông: Hơn một trăm năm qua các phương tiện truyền thông như: Điện tín, điện thoại, Fax, phát thanh và truyền hình đã được phát minh và sử dụng rộng rãi. Gần đây, các hệ thống điện thoại có hình, hội thảo truyền hình từ xa đã phát triển và mang lại hiệu quả rất lớn trong truyền thông. Trong lĩnh vực xử lý thông tin: Một cách truyền thống, các hệ thống xử lý thông tin bằng máy tính chỉ đề cập tới kiểu dữ liệu là chữ số. 10 năm gần đây các loại dữ liệu như: đồ hoạ, audio và video được tích hợp trong các hệ thống xử lý thông tin. Cùng với phát triển công nghệ số, các bộ xử lý nhanh, mạng tốc độ cao, thiết bị lưu trữ dung lương lớn và các giải thuật xử lý tín hiệu mới là cho sự khác biệt giữa viễn thông, tính toán và quảng bá thông tin càng ngày càng vị thu hẹp  Hợp nhất giữa viễn thông, tính toán và quảng bá thông tin hướng tới một hệ thống đa phương tiện tương tác và hiệu quả. 2.1. Xem phim theo yêu cầu: Thông thường, ta xem các chương trình truyền hình và chiếu phim một cách thụ động (không thể tương tác và điều khiển thời gian để xem các chương trình đó). Dịch vụ Video / Movie on Demand (VOD / MOD) được phát triển để vượt qua các giới hạn nêu trên và cung cấp cho người dùng những tiện ích khác. Trong VOD, nhiều bộ sưu tập video được lưu trữ trên các máy chủ video (video server). Người sử dụng / khách hàng truy cập các video này thông qua mạng tốc độ cao. Thách thức của VOD là làm sao có thể cung cấp cho một số lượng lớn người xem đồng thời với giá cả hợp lý. Chú ý: Một số hệ thống VOD không dễ dàng tương tác bởi vì nó đang được nghiên cứu, thử nghiệm, và đôi khi những bản video sao chép lậu được đưa vào hệ thống. Các ưu điểm của VOD: – Có thể xem phim mà không cần đến rạp. Tivi được kết nối đến máy chủ video thông qua mạng. Chúng ta chỉ cần chọn phim thông qua một giao diện trên màn hình. – Máy chủ video tập trung và cung cấp các dịch vụ cho nhiều người nên các bộ sưu tập của nó rất phong phú và luôn được cập nhật. Nhiều người có thể xem cùng một phim và không gặp phải vấn đề “Xin lổi, hết chổ” như khi đến rạp. – Có thể xem phim mà mình yêu thích bất kỳ lúc nào. – Có thể tạm dừng (pause), đi tới nhanh (fast-forward), quay lại (backward) hoặc tìm kiếm một cảnh đặc biệt trong phim. – Phim được đảm bảo chất lượng cao vì được lưu trữ dưới dạng số. Chất lượng phim không bị giảm khi tăng số lượng người xem. 2.2. Thông tin theo yêu cầu (Information on Demand) Là hệ thống giống như VOD, điểm khác biệt chính yếu là IOD lưu trữ nhiều kiểu khác nhau của thông tin  người dùng có một thư viện đồ sộ và linh hoạt. Khi người dùng đưa ra một truy vấn thông tin thông qua một giao diện trên tivi thông minh (smart tivi) hoặc máy tính trạm, hệ thống sẽ tìm kiếm, lấy thông tin và trình bày thông tin tìm được cho người dùng. Khả năng quan trọng nhất của hệ thống là chỉ mục và tìm kiếm trong một khối lương rất lớn các thông tin đa phương tiện. Hệ thống IOD có nhiều ứng dụng: – Hoạt động như một bộ tự điển bách khoa toàn thư về thông tin tổng quát. – Dịch vụ cung cấp báo và tạp chí trực tuyến. – Dịch vụ mua săm tại nhà – Xem sản phẩm và đăt hàng trên màn hình mà không cần ra khỏi nhà. – Cung cấp thông tin đồng thời các thông tin dự báo thời tiết, lịch biểu của các phương tiện giao thông công cộng một cách trực tuyến. World Wide Web có thể được xem là một hệ thống IOD sơ cấp. WWW có thể được phát triển xa hơn để hỗ trợ tìm kiếm, truyền và biểu diễn các thông tin đa phương tiện thời gian thực. Số lượng và chất lượng thông tin ngày càng phát triển. 2.3. Giáo dục (Education) Một thế mạnh ứng dụng khác của các hệ thống đa phương tiện là giáo dục. Người ta có thể học nhiều hơn và nhanh hơn khi có thể nghe, nhìn và làm việc theo một quan niệm mới trong đó đa phương tiện là phương thức tự nhiên để đào tạo và giáo dục. Trước đây, hầu hết các bài giảng đa phương tiện trên các CDROM chạy một mình trên máy tính và không thể chia sẻ cho những người dùng khác. Nó được thay đổi khi có các máy chủ đa phương tiện trên mạng điện rộng, các máy chủ này sẽ cho các khách hàng chia sẻ bộ lưu trữ, bài giảng và các tài nguyên đa phương tiện khác. Thiết lập một hệ thống như vậy có nhiều điểm lợi, nó làm cho nhiều người cố gắng học tập. Các điểm lợi: – Trước tiên, các bài giảng được chia sẻ cho một số lương lớn người học làm cho chi phí học tập rẽ hơn. – Hai là, thuận tiện cho người học, họ có thể học bất kỳ ở đâu và bất kỳ lúc nào (học viên sử dụng thời gian di chuyển để học một vấn đề nào đó). – Ba là, phương tiện học tập có thể được tổ chức một cách linh động để phù hợp với mọi học viên. Như vậy mỗi học viên có thể tự quyết định tốc độ học tập và cách học của chính họ. – Bốn là, tương tác với thầy giáo có thể được thực hiện thông qua các giao tiếp bằng email, hoặc trực tiếp bằng âm thanh và video. 2.4. Hệ thống thầy thuốc từ xa (Telemedecine) Hệ thống thầy thuốc từ xa là một ứng dụng quan trọng khác của đa phương tiện, nhất là các trường hợp cấp cứu được điều khiển từ xa. Trong hệ thống thầy thuốc từ xa, tất cả các bệnh án được lưu trữ bằng phương tiện điện tử. Các cơ quan y tế và thiết bị được kết nối thông qua một mạng đa phương tiện. Hệ thống y tế từ xa cung cấp các hoạt động sau đây: – Tư vấn tức thì bởi các chuyên gia y tế từ xa thông qua việc sử dụng âm thanh và video chất lượng cao. – Các nhân viên y tế có thể truy cập các bệnh án bất kỳ lúc nào, bất kỳ ở đâu trong trường hợp khẩn cấp. – Truy cập toàn cầu các thông tin về một kiểu đặc biệt của nhóm máu hoặc bộ phận trong cơ thể. 2.5. Điện thoại truyền hình và hội thảo truyền hình Hệ thống điện thoại truyền hình (video phone) và hội thảo truyền hình (video conference) làm gia tăng hiệu quả giao tiếp của con người ở các vị trí địa lý cách xa nhau. Hầu hết các hệ thống hội thảo truyền hình trước đây đều sử dụng các thiết bị chuyên dùng và mạng chuyển mạch kênh, chúng rất đắt tiền và cũng không dễ dàng có được. Gần đây, các camera thu hình đã được trang bị và video có thể hiển thị trên màn hình máy tính, đồng thời truyền thông qua mạng tốc độ cao phát triển làm cho hội thảo truyền hình trở nên rẻ tiền và được sử dụng phổ biến. Điện thoại truyền hình sẽ được hợp nhất với điện thoại trong tương lai gần, khái niệm “talking” trong điện thoại được thay bằng “meet” khi sử dụng điện thoại có hình. 2.6. Làm việc hợp tác (Cooperative work) Một hệ thống hội thảo truyền hình tinh vi sẽ hỗ trợ tích cực trong làm việc hợp tác. Những người ở cách xa nhau có thể cùng làm việc trong một dự án thông qua việc trao đổi các thông tin đa phương tiện một cách thông suốt. Họ có thể truy cập vào các cơ sở dữ liệu đa phương tiện và các tài nguyên khác một cách dễ dàng. Đây là mục tiêu cuối cùng của “máy tính hỗ trợ làm việc hợp tác” (CSCW: Computer-Supported Cooperative Work). 3. Phân loại các hệ thống đa phương tiện. 3.1. Hệ thống đa phương tiện có thể được xếp vào hệ thống độc lập hoặc hệ thống phân phối. Hệ thống độc lập: Sử dụng tài nguyên chuyên dụng. Các thông tin đa phương tiện bị giới hạn và truyền thông đa không được hỗ trợ. Hệ thống phân phối: Chia sẻ cả hai tài nguyên hệ thống và tài nguyên thông tin và có thể được hổ trợ truyền thông tin giữa những người sử dụng. 3.2. Hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU: International Telecommunications Union) định danh 4 loại cơ bản các dịch vụ và ứng dụng phân phối: ITU xếp loại theo quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ. Mỗi dịch vụ được cung cấp bởi một hệ thống tương ứng. 1) Các dịch vụ đàm thoại (convesational services): Bao hàm sự tương tác giữa người sử dụng này và người khác hoặc với một hệ thống. Loại này bao gồm các dịch vụ giữa các cá nhân với nhau như điện thoại có hình (videophone) và hội thảo truyền hình (videoconference). Nó cũng bao gồm dịch vụ giám sát từ xa (telesurveillance) hay mua sắm từ xa (teleshopping). 2) Các dịch vụ thông điệp (messaging services): Sự trao đổi không tức thì hoặc không đồng bộ các dữ liệu đa phương tiện thông qua các hộp thư điện tử. 3) Các dịch vụ tìm kiếm thông tin (retrieval services): Bao gồm tất cả các kiểu truy cập đến các máy chủ thông tin đa phương tiện. Điển hình như, người dùng gởi một yêu cầu đến máy chủ và thông tin được yêu cầu được máy chủ gởi về cho người dùng một cách tức thì. Ví dụ: Truyền hình theo yêu cầu (Video On Demand) hoặc thông tin theo yêu cầu (Information On Demand). 4) Các dịch vụ phân phát thông tin (distribution services): Bao gồm các dịch vụ phân phối thông tin chủ động của các máy chủ. Ví dụ: Truyền hình quảng bá. Trong môn học này, chúng ta tập trung vào các hệ thống đàm thoại và tìm kiếm thông tin. Về mặt kỹ thuật, các hệ thống phân phối thì giống như các hệ thống tìm kiếm thông tin: nó chỉ yêu cầu truyền dữ liệu đa phương tiện thời gian thực một chiều (từ máy chủ đến người sử dụng). Nhưng các hệ thống tìm kiếm thông tin có các yêu cầu hệ thống nghiêm ngặt hơn, các người dùng khác nhau có thể yêu cầu khởi động truyền nhiều dòng dữ liệu đa phương tiện khác nhau. Sự khác biệt chính giữa các hệ thống đàm thoại và hệ thống tìm kiếm thông tin là cần truyền dữ liệu đa phương tiện thời gian thực hai chiều và yêu cầu về độ trể khắc khe hơn. Mặc dù các hệ thống tin nhắn cũng rất hữu ích và liên quan đến cấu thành và trình bày thông tin đa phương tiện. Chúng không có yêu cầu thời gian thực trong truyền dữ liệu. Dữ liệu đa phương tiện có thể được chuyển từ người gởi đến hộp thư người nhận bằng phương pháp truyền dữ liệu thông thường. Mặc dù giáo trình không đề cập chi tiết loại hệ thống này nhưng các chủ đề về nén dữ liệu đa phương tiện và hệ thống đầu cuối thời gian thực cũng được dùng trong các hệ thống thư tín đa phương tiện. 4. Những thách thức của xử lý và truyền thông đa phương tiện trên máy tính. 4.1. Đặc tính và yêu cầu của hệ thống đa phương tiện: Dữ liệu đa phương tiện có các đặc tính và yêu cầu khác hơn dữ liệu chữ số mà các máy tính thông thường có thể xử lý, do vậy các máy tính thông thường không thể hỗ trợ các ứng dụng đa phương tiện một cách hiệu quả. Tóm tắt 4 đặc tính và yêu cầu chính của hệ thống đa phương tiện: - Dữ liệu đa phương tiện có chiều thời gian và phải được truyền, xử lý và trình bày với tốc độ cố định trong hầu hết các ứng dụng, vì vậy các hệ thống máy tính và truyền thông đa phương tiện phải đáp ứng yêu cầu chính xác về thời gian. Trong khi các máy tính thông thường không có yêu cầu này. - Các ứng dụng đa phương tiện sử dụng nhiều phương tiện có liên quan với nhau một cách đồng thời. Các mối quan hệ thời gian và không gian trong bản thân phương tiện phải được tôn trọng. - Dữ liệu đa phương tiện là dữ liệu tăng cường (có kích thước lớn) nên dữ liệu cần phải được nén, để thao tác với nó, cần phải có các mạng truyền thông tốc độ cao và các hệ thống máy tính mạnh. - Dữ liệu đa phương tiện không có cú pháp và ngữ nghĩa rõ ràng. Hệ thống quản trị CSDL thông thường không thể thao tác hiệu quả trên các dữ liệu này. Cần có các kỹ thuật để chỉ mục, lấy lại và nhận dạng dữ liệu đa phương tiện. 4.2. Các đặc tính và yêu cầu của hệ thống đa phương tiện    khái niệm “chất lương dịch vụ” (Quality Of Service). Từ các đặc tính và yêu cầu trên cũng như các đặc tính và yêu cầu khác của dữ liệu đa phương tiện đã tạo ra khái niệm “chất lương dịch vụ”. Cung cấp bảo đảm “chất lượng dịch vụ” cho các ứng dụng chỉ là một hướng của vấn đề trọng tâm trong công nghệ đa phương tiện. Hướng khác là sử dụng hiệu quả các tài nguyên đa phương tiện bằng cách sử dụng các đặc tính của dữ liệu đa phương tiện và các ứng dụng. Hướng sau cùng là để phát triển một hệ thống phân phối đa phương tiện người ta gặp có nhiều thách thức hơn và đó là sự khác biệt chính yếu của hệ thống phân phối đa phương tiện và hệ thống thời gian thực thông thường: – Các hệ thống thời thực truyền thống là sử dụng tài nguyên chuyên dùng. – Các hệ thống phân phối đa phương tiện, các tài nguyên như thời gian của bộ xử lý (CPU), bộ nhớ trong (memory), bộ lưu trữ thứ cấp (secondary storage) và các kênh truyền thông được chia sẻ cho nhiều ứng dụng. Do vậy, vấn đề trọng tâm của thiết kế hệ thống đa phương tiện là làm sao để cung cấp đảm bảo “chất lượng dịch vụ” của các ứng dụng trong khi các tài nguyên của hệ thống vẫn được sử dụng một cách hiệu quả. Chương 2: Đặc tính và yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện Trang 1 Chương 2 Đặc tính và yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện  Mục đích: Giới thiệu phương pháp biểu diễn, các đặc tính cơ bản và các yêu cầu của các hệ thống đa phương tiện (âm thanh, hình ảnh, video số).  Yêu cầu: Sinh viên nắm được: – Cách biểu diễn thông tin đa phương tiện: âm thanh, hình ảnh, video. – Các đặc tính cơ bản của âm thanh, hình ảnh, video kỹ thuật số. – Các yêu cầu của hệ thống đa phương tiện.  Nội dung: 2.1. Giới thiệu 2.2. Biểu diễn âm thanh số. 2.3. Hệ thống video tương tự. 2.4. Biểu diễn hình ảnh và video số. 2.5. Đặc tả kỹ thuật màu sắc. 2.6. Các đặc tính chính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện. 2.7. Chất lượng dịch vụ truyền thông đa phương tiện. 2.8. Tóm tắt. Chương 2: Đặc tính và yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện Trang 2 2.1 Giới thiệu Trong chương 1 chúng ta định nghĩa một hệ thống đa phương tiện là hệ thống có khả năng thao tác (xử lý và truyền thông) đồng thời nhiều kiểu phương tiện trong đó có ít nhất một phương tiện động (như âm thanh và video) dạng kỹ thuật số (digital form). Vì vậy, khi nói đến dữ liệu đa phương tiện là đề cập đến các biểu diễn số của nhiều kiểu phương tiện mà trong đó có ít nhất một phương tiện truyền thông liên tục theo thời gian. Sự khác nhau giữa một hệ thống đa phương tiện và hệ thống máy tính thông thường xuất phát từ sự khác nhau về các đặc tính và yêu cầu của thông tin đa phương tiện và dữ liệu chữ số. Do đó sự hiểu biết về những đặc điểm và yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện là rất cần thiết để hiểu được các vấn đề trong xử lý và truyền thông đa phương tiện. Mục tiêu của chương này là thảo luận về những đặc tính cơ bản và yêu cầu hệ thống của âm thanh, hình ảnh và video số. Phần 2.2. dành cho âm thanh, chúng ta sẽ nghiên cứu các thuộc tính của các tín hiệu âm thanh tương tự, quá trình biến đổi các tín hiệu tương tự sang tín hiệu số và các biểu diễn số trong các ứng dụng âm thanh nói chung. Nguyên lý biến đổi từ tương tự sang số (ADC: Analog to digital convertor) cũng được sử dụng khi thảo luận về biểu diễn số của video trong phần 2.4. Nhiều hình ảnh và video số được tạo ra từ video tương tự. Phần 2.3. giới thiệu các khái niệm cơ bản của hệ thông video tương tự (analog video). Một số trong các khái niệm này cũng được sử dụng trong hệ thống video số. Do vậy, các khái niệm và thuật ngữ được giới thiệu trong phần này chủ yếu là để hiểu về video số. Phần 2.4. thảo luận về biểu diễn số của hình ảnh và video, nó giải thích tại sao hình ảnh và video số có yêu cầu lớn về số lượng dữ liệu để biểu diễn, và làm thế nào để một hệ thống máy tính nhìn thấy được hình ảnh và video số. Các giá trị điểm ảnh (pixel) thể hiện cường độ màu sắc của hình ảnh và video số. Chất lượng hiển thị hình ảnh và hiệu quả của một số thao tác khác như tái tạo hình ảnh phụ thuộc vào các giá trị điểm ảnh. Vì vậy, các đặc tả về hiệu chỉnh và biểu diễn màu sắc là rất quan trọng trong các hệ thống đa phương tiện. Phần 2.5. xem xét các đặc tả và sự nhận biết của con người về màu sắc, và cung cấp một nền tảng để đạt được chất lượng hiển thị cao, hệ số nén cao và hiệu quả phục hồi hình ảnh cao. Phần 2.6. trình bày tóm tắt các khác biệt chính của dữ liệu đa phương tiện và dữ liệu chữ số và mô tả các yêu cầu hệ thống của dữ liệu đa phương tiện. Phần 2.7. giới thiệu khái niệm “chất lượng dịch vụ” (QOS: Quality of Service) nó là trọng tâm của nhiều hệ thống xử lý và truyền thông đa phương tiện. Các vấn đề trong cung cấp đảm bảo QOS của truyền thông đa phương tiện là mối quan tâm chính của các chương tiếp theo. Phần 2.8. kết luận chương này với phần tóm tắt ngắn gọn. 2.2 Biểu diễn âm thanh số. 2.2.1 Đặc tính cơ bản của tín hiệu âm thanh: Âm thanh là các dao động cơ học (biến đổi vị trí qua lại) của các phân tử không khí và lan truyền trong không khí, va đập vào màng nhĩ, làm rung màng nhĩ và kích thích bộ não. Âm thanh, giống như nhiều sóng khác, nó được đặc trưng bởi tần số, biên độ và vận tốc lan truyền (tốc độ âm thanh). [...]... thu và lưu trữ dưới dạng âm thanh, hình ảnh, và video số Để sử dụng đầy đủ các thông tin này, kỹ thuật mới trong chỉ mục và tìm kiếm dữ liệu âm thanh, hình ảnh, và video phải được phát triển Nghiên cứu mới trong lĩnh vực này gọi là “hệ thống quản trị thông tin đa phương tiện 2.6.4 Thời gian và không gian trong quan hệ các phương tiện Trong xử lý và truyền thông đa phương tiện, nhiều kiểu phương tiện. .. vụ truyền thông đa phương tiện Dữ liệu đa phương tiện bắt buộc thoả mản các yêu cầu nghiêm khắc trong hệ thống đa phương tiện như: độ rộng băng tần cao, không gian lưu trữ lớn, tốc độ truyền cao, giới hạn về độ trể và biến thiên độ trể và sự đồng bộ hoá giữa không gian và thời gian – Phương tiện và ứng dụng khác nhau có yêu cầu khác nhau – Các yêu cầu phải được thoả mãn trong toàn bộ phiên truyền thông. .. đa phương tiện bằng việc sử dụng âm thanh và video kỹ thuật số Âm thanh và video kỹ thuật số có chiều thời gian liên tục, có nghĩa là nó phải được truyền và trình bày theo một tốc độ lấy mẫu cố định Ngoài khó khăn về thời gian này, nó còn yêu cầu dung lượng lưu trữ lớn và băng thông truyền tải cao Âm thanh và video kỹ thuật số là chuỗi các dữ liệu nhị phân, từ đó rất khó để nhận ra và lấy lại các thông. .. thanh và video kỹ thuật số, các giá trị mẫu biểu diễn màu sắc của các điểm ảnh tương ứng Có rất nhiều chuẩn đầu vào và đầu ra của hình ảnh và các thiết bị được sử dụng để biểu diển màu sắc khác nhau - để đạt được chất lượng hiển thị cao, tỷ lệ nén cao, và hiệu suất phục hồi cao, màu sắc điểm ảnh cần được đặc tả bằng phương tiện độc lập Các hệ thống xử lý và truyền thông đa phương tiện được hỗ trợ và cung... Một bộ máy tìm kiếm hiệu quả cao đủ khả năng tìm và lấy lại âm thanh, hình ảnh và video đáp ứng kịp thời yêu cầu người dùng 6) Trên hết, phải có cơ chế đặc tả và đảm bảo chất lượng dịch vụ (QOS) truyền thông đa phương tiện Chương 2: Đặc tính và yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện Trang 26 Chương 3 Các nguyên lý, kỹ thuật và chuẩn nén Âm thanh, hình ảnh và video số (Digital Audio, Image & Video Compression... trể và biến thiên độ trể phải được bảo đảm trong suốt phiên truyền thông Hiện nay, mạng máy tính, giao thức vận chuyển, hệ điều hành, và thiết bị lưu trữ thì không cung cấp các đảm bảo này Như vậy, hiện nay các máy tính và mạng được cài đặt thông thường không thể phục vụ cho ứng dụng đa phương tiện Ta sẽ nghiên cứu các yêu cầu này trong các phần sau 2.6.3 Cấu trúc ngữ nghĩa của thông tin đa phương tiện: ... không quá nhạy với thông tin màu sắc, độ rộng băng tần của hai bộ phận màu có thể được rút gọn trước khi truyền Trong hệ thống tổng hợp, độ sáng và màu được tổ hợp bằng sơ đồ đa hợp tần số (frequency multiplexing) để đưa vào một kênh truyền Thành phần tín hiệu độ sáng được Chương 2: Đặc tính và yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện Trang 10 truyền như tín hiệu đơn sắc trên kênh truyền và thành phần màu... lưu trữ và băng thông truyền tin 2) Hệ điều hành đa phương tiện, giao thức vận chuyển và thời biểu thâm nhập đĩa phải cung cấp độ trể và biến thiên độ trể thích hợp 3) Máy tính trạm hiệu quả và mạng tốc độ cao để thao tác với các tốc độ bit lớn với các ràng buộc khắc khe về thời gian 4) Phải có cơ chế đồng bộ hóa phương tiên để giữ các mối quan hệ về không gian và thời gian giữa các phương tiện có... Chương 2: Đặc tính và yêu cầu của dữ liệu đa phương tiện Trang 16 2.5 Đặc tả kỹ thuật màu sắc Hình ảnh và video màu là hai kiểu dữ liệu cơ bản của hệ thống đa phương tiện Tìm hiểu các chi tiết kỹ thuật và khả năng nhận biết của con người về màu là rất quan trọng vì các lý do sau: – Một là, mong muốn hình ảnh hiển thị bởi hệ thống đa phương tiện giống như hình ảnh gốc khi nó được thu, và nó được hiển thị... động bộ hoá Để thực hiện đồng bộ hoá đa phương tiên ta cần phải: – Phát triển các cơ chế và công cụ để có thể đặc tả các yêu cầu quan hệ về thời gian một cách dể dàng – Đảm bảo mối quan hệ thời gian được đặc tả phải chiến thắng tính bất định tự nhiên của hệ thống truyền thông 2.6.5 Khả năng chịu lỗi và mất trong dữ liệu đa phương tiện Đặc tính của dữ liệu đa phương tiện nêu trên, tất cả là “tin tức xấu”: . sẽ nói thông tin đa phương tiện, hệ thống đa phương tiện, dữ liệu đa phương tiện, truyền thông đa phương tiện, ứng dụng đa phương tiện, và v.v Thông tin đa phương tiện đề cập đến các thông tin. về truyền thông đa phương tiện và dữ liệu đa phương tiện Mục đích: Giới thiệu các khái niệm cơ bản về dữ liệu đa phương tiện, xử lý và truyền thông đa phương tiện, về các ứng dụng và. đa phương tiện sẽ được phát triển hơn nữa. Tương lai công nghệ đa phương tiện sẽ là sự tích hợp của xử lý và truyền thông. Trong các tài liệu và các phương tiện truyền thông, từ đa phương tiện