Survey
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
* Your assessment is very important for improving the workof artificial intelligence, which forms the content of this project
BAB 1: KEPERLUAN RANGKAIAN BAGI APLIKASI MULTIMEDIA 1.1 Apakah Rangkaian Mail, telephone, TV dan radio, buku, suratkhabar – merupakan suatu alatan tradisional dimana pengguna boleh menghantar dan menerima informasi. Bagaimanapun, sistem data komunikasi merupakan suatu sistem komputer yang membenarkan data dihantar menggunakan talian komunikasi seperti talian telefon. Rangkaian merupakan sistem komputer yang menggunakan peralatan komunikasi untuk menyambungkan dua atau lebih komputer. Modem merupakan alatan yang membenarkan data ditukar daripada bentuk digital ke analog dan sebaliknya. Ini penting kerana penghantaran data menggunakan talian telefon melibatkan data dalam bentuk analog. Rajah dibawah menerangkan suatu sistem rangkaian berfungsi. Penghantar dan penerima menggunakan komputer yang disambungkan menggunakan talian telefon 1 Terdapat beberapa jenis media komunikasi atau kabel (wayar) yang digunakan untuk penyambungan dari suatu komputer ke komputer yang lain. Antara jenis kabel yang biasa digunakan adalah Wire Pairs, Coaxial Cable, Fiber Optics atau Tansmisi Mikrowave. a.) Wire Pairs (Twisted Pair) - - paling banyak digunakan pengaliran signal elektrik memerlukan dua konduktor murah terdedah kepada noise (merupakan segala yang boleh meyebabkan herotan semasa signal diterima) b.) Coaxial Cable - - penghantaran signal yang kuat bandwidth yang lebih tinggi dan kurang terdedah kepada noise contoh: cable yang menyambungkan set TV kepada cable TV dish c.) Fiber Optics - - menggantikan signal elektrik kepada cahaya bagi penghantaran data bandwidth yang lebih tinggi daripada coaxial cable lebih murah dan ringan tiada gangguan noise kerana ia menggunakan cahaya Salah satu lagi media penghantaran adalah trannsmisi mikrowave, dimana ia melibatkan penghantaran data melalui atmosfera. Memerlukan relay station bagi memastikan transmisi data tersebut dapat diterima dengan gelombang yang kuat. Teknologi ini menawarkan kelajuan yang tinggi, kos efektif dan mudah untuk diimplementasi. Namun kekurangan teknologi ini adalah gelombang yang dihantar mudah diganggu oleh keadaan cuaca seperti hujan, ribut atau salji. Dalam membincangkan keperluan rangkaian bagi sesuatu aplikasi multimedia terdapat beberapa komponen rangkaian yang perlu dipertimbangkan. Komponen-komponen terbabit adalah: 2 Jenis Komponen Transmission Switching Store-and-forward application relay Multicasting components Application translator Mirror and cache Network service Contoh Wayar, Fiber, Repeater Switches, routers, PBXs, ISDN exchanges, ATM Swtiches Message Transfer Agents (MTAs) Multicast routers, document explicators, mail distributors Mail protocol translators, transcorder MCUs News mirrors, WWW document caches Domain Name Servers (DNSs) Transmission Melibatkan semua media transmisi (eg. Wire pairs, Coaxial cable, Fiber optics) dan perkakasan elektrik (e.g: penerima atau penghantar elektrikal atau optikal, repeater untuk menguatkan signal ataupun multiplexer untuk memecahkan data mengikut penerima) yang disambungkan kepada media transmisi ini. Bahagian ini dirujuk sebagai Physical Layer, lapisan pertama dalam 7 lapisan sesuatu rangkaian. (nota: kita tidak akan membincangkan 7 Network Layer dalam modul ini.) Switching Rangkaian yang mana topologinya menggunakan node dan link memerlukan komponen switching. ‘Switch’ merupakan alatan yang ditempatkan pada setiap node yang mana fungsi utamanya adalah untuk menerima tansmisi data dari satu link kepada link yang lain. Terdapat dua kaedah switching proses: • Store-and-forward Fragmen data perlu diterima keseluruhannya sebelum dihantar kepada nodenode lain. ATM menggunkan cell atau packet bagi memecahkan keseluruhan data kepada segmen atau fragmen yang lebih kecil. • On-the-fly Hanya memerlukan sekurang-kurangnya 1 bit diterima daripada keseluruhan data, disimpan sebelum ianya dihantar ke node-node yang lain. 3 Store-and-forward application relays Store-and-forward application relays menyimpan data flow yang diterima ke dalam disk, sementara switches menyimpan cell atau packet ke dalam memori semikonduktor. Switch perlu menghantar fragmen-fragmen data ini dengan pantas kerana cell merupakan hanya sebahagian kecil daripada keseluruhan data yang sebenar. Relays menguruskan infromasi yang telah lengkap seperti keseluruhan electronic message atau dokumen. Contoh storeand-forward relay termasuklah Electronic Mail Message Transfer Agents (MTAs). Multicasting components Sistem Multicasting merupakan suatu komponen keperluan dalam rangkaian bagi membolehkan pengagihan data multimedia dapat dilakukan. Multicast devices termasuklah multicast routers, electronic message reflectors, atau document replicators. Application-level translators Protocol translators are those components necessary somewhere in the network to allow communications between end-systems which do not talk the same “language” for the application they want to jointly to support. They may reside at some intermediary point within the network, but in the extreme case, they may be implemented as software or hardware on the end-system itself. Translator diperlukan bagi protocol elctronic mail yang berbeza seperti ITU X.400 dan Internet MIME Standard. Mirror and caches Mirror dan cache digunakan bagi mengurangkan bebanan rangkaian dengan mengurangkan penghantaran data yang sama berulang kali. 4 Mirroring (shadowing atau tracking) merupakan teknik yang menyimpan data atau fail yang seringkali dicapai oleh sesuatu sistem dalam sistem itu sendiri. Proses ini dilakukan walaupun tanpa ada permintaan dari pengguna. Sementara Cache merupakan proses yang memerlukan pengguna membuat permintaan, kemudian sistem akan menyimpan salinan tersebut. Algoritma untuk cache beroperasi akan menyimpan maklumat yang mempunyai keberangkalian tinggi yang akan dicapai kembali oleh pengguna. Network service systems Diperlukan bagi memastikan rangkaian berfungsi dengan baik pada level pengguna. Contoh: Domain Name Server (DNS) bagi menggantikan nama (IP address) sesuatu komputer dengan nama tertentu. 1.2 Kemampuan dan Fungsian Rangkaian Aplikasi Multimedia mempunyai beberapa kriteria yang sama dengan aplikasi lain. Beberapa perbezaan aplikasi multimedia berbanding dengan aplikasi lain adalah: • Memerlukan transmisi real-time bagi continuous media seperti video dan audio • Jumlah penghantaran data adalah tinggi • Kebanyakan aplikasi multimedia merupakan distribution oriented, untuk digunakan bagi pengguna persendirian Terdapat enam criteria utama bagi menentukan keberkesanan suatu rangkaian dalam memenuhi keperluan aplikasi multimedia: • Throughput • Transit delay • Delay variation 5 • Error rate • Keupayaan multicasting dan broadcasting • Keupayaan document caching Throughputs “The bit rate between two communicating end-systems is the number of binary digits that the network is capable of accepting and delivering per unit time”. Dalam definasi diatas, throughput merujuk kepada keupayaan jumlah data yang boleh dihantar atau jumlah data yang boleh menggunakan talian dalam satu-satu masa. Ianya diukur dalam Kbps (kilobyte per second), Mbps (megabyte) atau Gbps (gigabyte). Dalam teknologi ATM, penghantaran ini diukur dalam cell rate. Dalam suatu komunikasi rangkaian terdapat beberapa komunikasi berlaku serentak, seperti dalam rangkaian Ethernet, beberapa ratus komunikasi boleh berlaku serentak. Komunikasi begini dikatakan sebagai komunikasi multiplex. Aggregate bit rate merupakan kadar bit yang diterima oleh aplikasi pada terminal penerima, sementara bit rate bagi individual connection merupakan kadar bit bagi saluran terbabit sahaja. Access speed merujuk kepada frekuensi dimana bit boleh dihantar atau diterima semasa proses transmisi berlaku pada antaramuka end-system dan rangkaian. Ini ditentukan oleh teknologi rangkaian yang digunakan, seperti Ethernet LAN pada 10Mbps, ISDN Basic Rate pada 64Kbps. Namun tidak semua rangkaian mampu menerima data pada access speed yang digunakan. 6 Ini berlaku disebabkan masalah congestion atau kekurangan kapasiti. Apabila data tersebut tidak dapat diterima sepenuhnya mengikut speed rate maka penghantaran packet yang tidak diterima tadi perlu dihantar sekali lagi oleh penghantar dan ini akan melambatkan proses penghantaran antara kedua pihak bagi membolehkan sinkronisasi data dilakukan antara kedua belah pihak. Rangkaian circuit-based seperti ISDN ataupun leased line menawarkan bit rate yang hampir sama berkelajuan dengan access speed. ATM teknologi walaupun merupakan rangkaian cell-based namun mempunyai ciri-ciri circuit-based. Transit Delay “The network transit delay is the time elapsing between the emission of the first bit of a data block by the transmitting end-system and its reception by the receiving end-system”. Masa lengah penghantaran melalui rangkaian ini juga dikenali sebagai Network Latency. Tiada rangkaian yang boleh menghantar bit data secara segera (tanpa lengahan). Dalam store-and-forward packet network, yang mengimplementasikan packet switches ataupun router, masa lengah mungkin lebih lama bagi yang melibatkan node-node yang berjauhan. 7 Dalam membincangkan masa lengah keseluruhan terdapat tiga komponen yang menyumbang kepada keseluruhan masa lengah: • Access Delay – masa yang diperlukan bagi sumber menunggu medium penghantaran available atau rangkaian dalam keadaan sedia untuk menerima blok data bagi penghantaran • Bit Transmission Delay – masa yang diperlukan bagi menghantar jujukan bit dalam suatu blok, satu demi satu apabila rangkaian sudah bersedia. • Network Transit Delay Dalam suatu aplikasi multimedia interaktif, pengguna selalunya akan mempunyai pilihan untuk ke mana-mana halaman dalam aplikasi terbabit. “The return trip delay is the elapsed time between the emission of the first bit of a data 8 block and its reception by the same end-system after the block has been echoed by the destination end system”. Delay Variation Ia merupakan suatu faktor kritikal teruatamanya bagi suatu rangkaian yang digunakan bagi menghantar data yang time-dependent seperti suara dan video. Network transit delay juga dinamakan delay variance. Network transit delay merupakan salah satu komponen end-to-end delay. Jitter atau delay jitter disebabkan oleh teknologi transmisi yang digunakan. In transmission technology, “jitter” refers to the variation of the delay generated by the transmission equipment. This is called the physical jitter. The physical jitter is one among several components of the overall delay variation. Antara penyumbang physical jitter termasuklah repeaters, crosstalk between cable dan delay yang disebabkan oleh perubahan kepada medium (metallic conductors) yang digunakan. Isochronism An end-to-end network connection is said to be isochronous if the bit rate over the connection is guaranteed and if the value of the jitter is also guaranteed and small. Ia merupakan suatu yang diperlukan bagi penghantaran data yang continous seperti real-time audio dan motion video. 9 Error Rates Error rate merupakan pengukuran kepada tingkah laku rangkaian kepada alteration, loss, duplication, atau out-of-order delivery of data. Data alteration mungkin disebabkan oleh penghantaran yang jauh dimana bit-bit mungkin mengalami attenuation (penuaan). Masalah ini tidak lagi dihadapi oleh rangkaian masa kini. Data kemungkinan akan hilang (loss) disebabkan berlakunya congestion pada satu-satu node ataupun media transmisi. Data duplication bermakna data yang sama diterima lebih dari sekali oleh penerima. Ia jarang berlaku. Penghantaran data yang out-of-order selalu berlaku dalam rangkaian masakini. Pada jarak node yang jauh, kemungkinan packet menggunakan laluan yang berbeza. Selalu berlaku dalam connectionless network seperti Internet. Multicasting Multicasting is the capability of the network to replicate, at certain internal points, the data emitted by the source. Replicated data should be forwarded to the recipient end-system which are part of the multicast group so as to avoid or minimize segments of the networks to be traversed by multiple copies of the same data. 10 Terdapat tiga jenis replication of data dalam multimedia: 1.3 • Bit Stream Replication • Block Stream Replication • Message, files, document Replication Keperluan Rangkaian bagi Audio dan Video Semua jenis media termasuk audio dan video mungkin dipindahkan dengan dua cara: transmisi real time bagi synchronized playout ataupun downloading. Dalam bahagian ini kita akan membincangkan kaedah transmisi real-time secara lebih terperinci. Human perception of sound and images Mengikut kajian saintifik manusia lebih peka terhadap suatu perubahan kecil dalam audio berbanding dengan imej. Contoh: kita akan peka terhadap suatu perubahan kecil yang berlaku semasa mendengar suatu lagu kesukaan 11 kita. Atau kita peka terhadap suatu bunyi asing yang kedengaran. Berbanding dengan imej, kita selalunya lebih banyak tertipu dengan suatu imej yang dilihat. Keupayaan mata merupakan integrator kepada suatu keadaan. Contoh: Jika kita balik ke rumah, isteri kita telah meletakkan suatu poster baru di ruang tamu rumah kita. Kita mungkin tidak sedar hinggalah keesokkan harinya. Implikasi terhadap keupayaan menusia ini terhadap rangkaian adalah tolerance rangkaian terhadap media audio mestilah lebih kecil berbanding tolerance terhadap kesalahan yang melibatkan motion video. As we are less tolerant of audio than video errors, when the two streams compete for the same network resources, the audio stream should have the priority, as far as this has a sense for the network. Audio: Quantative Requirements a.) Bit rate yang diperlukan bagi uncompressed audio streams • Telephone Quality: 64 Kbps Analog signal sampled 8000 times per second and each coded with 8 bits. • CD Quality (Stereophony): 1.4 Mbps Sampling rate at 44.1 kHz, each sample coded with 16 bits, Stereo. b.) Bit rate yang diperlukan bagi compressed audio streams • Telephone Quality: 32, 16, 4 Kbps • CD Quality (Stereophony): 192 Kbps c.) Transit delay for audio streams Keperluan bagi transit delay untuk transmisi real-time audio bergantung kepada jenis aplikasi multimedia yang digunakan. Interaktiviti dalam aplikasi multimedia melibatkan: • Perbualan manusia (24ms) • Kawalan suara – pengguna boleh memberi arahan kepada sesuatu komputer menggunakan suara (100ms – 500ms) 12 • Tindakbalas kepada suara dalam persekitaran virtual reality (40ms) d.) Intermedia Synchronizaton Dalam suatu aplikasi multimedia kombinasi antara semua media elemen perlu disinkronisasikan bagi memastikan mutu atau keberkesanan aplikasi terbabit. Kaedah yang membabitkan sinkronisasi elemen audio dan video ini dinamakan restoring synchronization. Kaedah untuk memadankan audio dengan video ini dinamakan lip-synchronization. Motion Video: Quantitative Requirements a.) b.) c.) Bit rates required for real-time uncompressed video • Ucompressed HDTV: 2 Gbps • Ucompressed Studio-quality TV: 166 Mbps Bit rate required for real-time compressed video • High-resolution HDTV: 20 to 34 Mbps • Broadcast-quality TV: 3 to 6 Mbps • VCR Quality: 1.2 Mbps • Videoconference Quality: 112 Kbps Delay jitter required for real-time video The variation of the network transit delay should not exceed 50ms for HDTV quality, 100 ms for broadcast quality, and 400ms for videoconference quality. d.) Error rates required for real-time video e.) Artifacts and perceived distortion of motion video Viewers judge the quality of motion video on the perceived distortion of the displayed image subjectively. The perceived distortion includes the visible errors which appear unnatural. They are called artifacts and may result from the use of compression algorithms. f.) Figures for error rates in motion video transmission 13 Tutorial: 1. Bincangkan komponen-komponen rangkaian yang perlu dipertimbangkan bagi penghantaran data multimedia. 2. Nyatakan kekurangan komunikasi microwave. 3. Dalam membincangkan penghantaran data melalui rangkaian, delay atau masa lengah adalah suatu masalah yang tidak dapat diatasi. Bincangkan komponen-komponen yang menyumbangkan kepada masa lengah keseluruhan ini. 4. Bincangkan suatu keadaan/situasi dimana kita lebih sensitive kepada bunyi berbanding video atau imej. 14