Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 6

Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 1
Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 2
Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 3
Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 4
Phần cứng trong mô hình tham chiếu OSI: Lớp 5

Russell Hitchcock

Quản trị mạng - Trong phần này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn về lớp trình diễn Presentation, đây là lớp đầu tiên liên quan đến việc truyền tải dữ liệu trên mạng ở mức trừu tượng hơn.

Trong năm phần trước của loạt bài này chúng tôi đã giới thiệu cho các bạn về 5 lớp thấp hơn trong mô hình tham chiếu OSI. Trong phần này chúng tôi sẽ giới thiệu cho các bạn về lớp 6, lớp trình diễn, đây cũng là lớp đầu tiên liên quan đến việc truyền tải dữ liệu trên mạng ở mức trừu tượng hơn mức 0 và 1; cho ví dụ khi truyền tải các lá thư, cách chúng được thể hiện bằng 0 và 1 như thế nào (hoặc cách chúng được thể hiện ở các lớp thấp hơn trong mô hình tham chiếu OSI).

Chức năng này được nói đến như một sự thông dịch và cho phép các ứng dụng khác nhau (thường là các phần cứng tính toán khác nhau) có thể truyền thông bằng các chuẩn chung trong việc thông dịch, được gọi là cú pháp truyền tải. Bên cạnh các cú pháp truyền tải có thể biểu hiện chuỗi các số 0 và 1 còn có các cú pháp truyền tải khác có thể truyền tải dữ liệu phức tạp hơn, giống như các đối tượng trong các ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng. Extensible Markup Language (XML) là một ví dụ trong trường hợp này.

Nén

Một chức năng quan trọng khác của lớp trình diễn đó là nén. Nén thường được sử dụng để tối đa hóa hiệu quả sử dụng băng thông trên mạng, hoặc để tối ưu không gian đĩa khi lưu trữ dữ liệu.

Nén không mất dữ liệu

Có hai kiểu nén chung đó là nén có mất dữ liệu và không mất dữ liệu, như tên được ngụ ý, nén không mất dữ liệu là cách nén mà ở đó khi giải mã dữ liệu sẽ trở lại y hệt trạng thái ban đầu trước khi nén; hoàn toàn không bị mất mát dữ liệu. Nén dữ liệu không mất có hiệu quả nén không lớn bằng các kỹ thuật nén có mất dữ liệu và có thể tiêu tốn nhiều năng lượng xử lý hơn khi thực hiện nén; chính vì vậy bạn phải cân đối hay tính toán và xem xét để chọn kỹ thuật nén nào.

Mã hóa từ điển

Cách chung vẫn để thực hiện việc nén dữ liệu liệu không mất là sử dụng một từ điển. Phương pháp này được gọi là bộ mã hóa thay thế, bộ mã hóa này sẽ tìm kiếm sự hợp lệ giữa thông điệp được gửi và các thông điệp được nhận trong từ điển. Cho ví dụ, bạn có thể sử dụng một từ điển và khi muốn nén nội dung của một quyển sách bằng cách thay thế mỗi từ trong đó bởi một vị trí của từ nào đó trong từ điển. Việc giải nén của thông điệp đã được nén này được thực hiện theo cách ngược lại, các vị trí được thay thế bằng từ trong vị trí đó.

Bộ mã thay thế cũng có thể có phức tạp hơn nhiều so với ví dụ trên. Cho ví dụ, các thuật toán LZ77 và LZ78 làm việc với một từ điển được tham chiếu đến như một cửa sổ trượt sliding. Một từ điển cửa sổ trượt là một từ điển có thể thay đổi trong suốt quá trình nén. Khi sử dụng từ điển cửa sổ trình duyệt, dữ liệu nén sẽ cần đến hai giá trị để nhận dạng chuỗi. Hai giá trị này là vị trí của điểm khởi đầu của chuỗi con và chiều dài của chuỗi con.

Mã hóa Run-length

Một ví dụ cơ bản khác về mã không mất dữ liệu đó là mã Run-length. Thuật toán mã hóa này sẽ thay thế một tập nhỏ dữ liệu được lặp đi lặp lại nhiều lần bằng một tập nhỏ dữ liệu và một số thể hiện số lần lặp của nó. Ví dụ sử dụng mã này rất hiệu quả đó là các máy fax. Hầu hết các máy fax là các trang bảng trắng với văn bản màu đen. Chính vì vậy lược đồ mã hóa có thể lợi dụng các dòng và truyền tải một mã cho mày trắng sau đó số pixel, tiếp đó mã cho mày đen và số pixel,… Vì hầu hết các phần fax là màu trắng nên độ dài của thông điệp sẽ được giảm đi đáng kể.

Chúng ta phải sử dụng phương pháp nén này thật cẩn thận. Nếu có không nhiều sự lặp lại trong nội dung bên trong của dữ liệu thì phương pháp này có thể làm gia tăng kích thước của file.

Nén mất dữ liệu

Rõ ràng không phải lúc nào cũng có thể sử dụng kỹ thuật nén không mất dữ liệu. Trong một số trường hợp các phương pháp nén mất dữ liệu sẽ không nén đủ dữ liệu hữu dụng, tuy nhiên trong một số trường hợp khác, các kỹ thuật nén mất dữ liệu lại gây tiêu tốn quá nhiều công suất cho việc nén và giải mã. Hình 1 bên dưới là biểu đồ về tốc độ nén. 

Hình 1: Biểu đồ tốc độ nén

Nén ảnh số

Việc nén các ảnh số cần chọn cẩn thận khi sử dụng xem nên sử dụng phương pháp nén mất dữ liệu hay không mất dữ liệu. Thông thường sự lựa chọn này dựa vào ảnh được nén. Các ảnh như các ảnh y học, các ảnh này cần phải tinh tế các chi tiết quan trọng sẽ phải cần đến việc nén không mất dữ liệu. Các ảnh trắng trong các chuyến đi thăm quan của gia đình có thể sử dụng phương pháp nén mất dữ liệu để giảm bớt kích thước của file ảnh.

Trong trường hợp đối với các ảnh thăm quan của gia đình, việc chọn phương pháp nén mất dữ liệu không có nghĩa là bạn sẽ phải chịu các ảnh chất lượng tồi. Trong thực tế, nhiều phương pháp nén mất dữ liệu cho ảnh số có thể lợi dụng đặc điểm mắt người thường nhậy cảm hơn với độ sáng so với sự thay đổi về các màu sắc. Điều này có nghĩa rằng phương pháp nén sẽ lưu các màu giống nhau với cùng một màu còn lưu dữ liệu độ sáng dưới phương pháp mất dữ liệu. Điều này được gọi là lấy mẫu sắc độ.

Nén audio số

Một ví dụ khác mà các phương pháp nén mất dữ liệu có thể phát huy được tác dụng là nén audio số. Các kỹ thuật nén audio số không mất dữ liệu lợi dụng một lĩnh vực nghiên cứu được biết đến đó là psychoacoustics. Về cơ bản psychoacoustics chính là nghiên cứu về cách con người nghe và nhận biết được âm thanh như thế nào.

Một khía cạnh của psychoacoustics có liên quan đến việc nén audio số là, con người chỉ có thể nghe âm thanh trong khoảng tần số từ 20Hz đến 20kHz. Chính vì vậy nhiều kỹ thuật nén audio đã sử dụng khía cạnh này và không lưu nhiều thông tin có liên quan đến các tần số ngoài dải trên.

Cũng liên quan đến dải tần số con người có thể nghe, các âm thanh phải được điều chỉnh to hơn để có thể nghe được tất cả ở các tần số cao hơn. Điều này có nghĩa rằng các kỹ thuật nén mất dữ liệu có thể lấy mẫu âm thanh có cường độ thấp ở các tần số đó khắt khe hơn nhiều để tránh tình trạng mất hết dữ liệu. Cũng có nghĩa rằng các nhà thiết kế các kỹ thuật nén này có thể ẩn các tạp âm tạo ra trong các tần số cao này (tần số họ không thể nhận biết được).

Một khía cạnh khác của psychoacoustics là được sử dụng rộng rãi trong việc nén audio số không mất dữ liệu trong hiệu ứng có tên gọi masking. Đây chính là điểm một âm thanh to sẽ làm cho âm tĩnh hơn xuất hiện cùng thời điểm bị lấn át. Đây có thể gọi là hiện tượng nhiễu chèn ép.

Một lĩnh vực việc nén audio số không mất dữ liệu có thể được sử dụng rộng rãi là việc lưu trữ số. Các kỹ sư audio và các khách hàng muốn lưu một bản copy chính xác các file audio của họ đang chuyển sang nén audio số không mất dữ liệu. Một lý do cho điều này là vì giá thành của việc lưu trữ số đang ngày một hạ dần và mọi người có thể cáng đáng được các không gian lưu trữ lớn.

Mặc dù chi phí thấp đối với các kho lưu trữ số, nhưng việc nén audio số mất dữ liệu vẫn được sử dụng rất rộng rãi khi nói đến các máy nghe nhạc di động. Cho ví dụ, iPod sử dụng nén audio số mất dữ liệu vì khi bạn mang chiếc máy nghe nhạc cùng mình thì khi đó có rất nhiều dữ liệu của bạn đã được lưu trên đó; việc sử dụng nén mất mát dữ liệu lúc này sẽ cho phép bạn mang thêm nhiều bài hát. Một lĩnh vực khác phương pháp việc nén này vẫn là ông vua đó là audio streaming. Mặc dù giá thành của băng thông đã giảm đáng kể trong nhiều năm gần đây nhưng vẫn có nhu cầu giảm băng thông được sử dụng bởi nhiều ứng dụng. Chính vì vậy, mọi thứ từ radio trực tuyến đến các ứng dụng VoIP đều thiên về sử dụng các kỹ thuật nén mất dữ liệu.

Thứ Năm, 23/10/2008 10:54
31 👨 1.730