DỊCH VỤ IPTV VÀ ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI TẠI HÀ NỘI

Đề tài : DỊCH VỤ IPTV VÀ ĐỀ XUẤT TRIỂN KHAI TẠI HÀ NỘI Luận văn được bố cục thành 3 chương như sau: Chương I có tiêu đề Tổng quan dịch vụ IPTV trình bày về sự hình thành, phát triển dịch vụ IPTV trên thế giới và tại Việt Nam; đồng thời cũng đề cập các nội dung tổng quan về mạng cung cấp dịch vụ IPTV, nghiên cứu khả năng triển khai dịch vụ IPTV tại Việt Nam và phân tích các cơ hội đầu tư phát triển mạng cung cấp dịch vụ IPTV. Chương II có tiêu đề Các kỹ thuật cơ bản trong IPTV và cấu hình mạng cung cấp dịch vụ IPTV trình bày về kỹ thuật nén ảnh sử dụng MPEG4 và H.264; lý thuyết về định dạng và mã hoá Video; các cấu hình cung cấp dịch vụ. Chương III có tiêu đề Nghiên cứu đề xuất triển khai mạng dịch vụ IPTV tại Hà Nội trình bày cấu hình mạng cụ thể được đề xuất triển khai cung cấp dịch vụ IPTV tại Hà Nội.

MỞ ĐẦU

Truyền hình sử dụng giao thức IP (IPTV) là một hệ thống ở đó các dịch vụ truyềnhình số cung cấp tới người tiêu dùng đăng ký thuê bao sử dụng giao thức IP trên kết nối

băng rộng IPTV được cung cấp trên Internet nên đôi khi dịch vụ này còn gọi là Internet

TV hay Web TV IPTV thường được cung cấp cùng với dịch vụ Video-on-Demand(VoD) và cũng có thể cung cấp cùng với các dịch vụ Internet khác như truy cập Web vàVoIP, do đó còn được gọi là “Triple Play” và được cung cấp bởi nhà khai thác dịch vụbăng rộng sử dụng chung một hạ tầng mạng IPTV có cơ hội rất lớn để phát triển nhanhchóng khi mà mạng băng rộng đã có mặt ở khắp mọi nơi và hiện nay đã có trên 100 triệu

hộ gia đình sử dụng dịch vụ băng rộng trên toàn cầu Rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễnthông lớn trên thế giới đang triển khai thăm dò IPTV và xem như một cơ hội mới để thulợi nhuận từ thị trường hiện có của họ và coi đó như một giải pháp tự bảo vệ trước sự lấnsân của các dịch vụ truyền hình cáp Tại thị trường cung cấp dịch vụ ở Việt Nam, dịch vụIPTV đã bắt đầu được thử nghiệm cung cấp với một số dịch vụ cơ bản Điều này xem như

là cơ hội kinh doanh dịch vụ mới của các nhà cung cấp dịch vụ tại Việt Nam, khi mà cơ

sở hạ tầng mạng băng rộng đã và đang phát triển mạnh mẽ cùng với sự đòi hỏi nhu cầucủa khách hàng ngày càng cao Nội dung luận văn sẽ cho chúng ta thấy rõ tiềm năng tolớn của dịch vụ IPTV trong mạng băng rộng và khả năng ứng dụng triển khai IPTV trên

thị trường viễn thông Việt Nam Đây cũng là lý do mà Luận văn của em nghiên cứu về

dịch vụ IPTV và đề xuất triển khai tại Hà Nội

Luận văn được bố cục thành 3 chương như sau:

Chương I có tiêu đề "Tổng quan dịch vụ IPTV" trình bày về sự hình thành, phát

triển dịch vụ IPTV trên thế giới và tại Việt Nam; đồng thời cũng đề cập các nội dung tổngquan về mạng cung cấp dịch vụ IPTV, nghiên cứu khả năng triển khai dịch vụ IPTV tạiViệt Nam và phân tích các cơ hội đầu tư phát triển mạng cung cấp dịch vụ IPTV

Chương II có tiêu đề "Các kỹ thuật cơ bản trong IPTV và cấu hình mạng cung cấp dịch vụ IPTV" trình bày về kỹ thuật nén ảnh sử dụng MPEG4 và H.264; lý thuyết

về định dạng và mã hoá Video; các cấu hình cung cấp dịch vụ

Chương III có tiêu đề "Nghiên cứu đề xuất triển khai mạng dịch vụ IPTV tại

Hà Nội" trình bày cấu hình mạng cụ thể được đề xuất triển khai cung cấp dịch vụ IPTV

tại Hà Nội

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN DỊCH VỤ IPTV 1.1 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN DỊCH VỤ IPTV

1.1.1 Tình hình phát triển dịch vụ IPTV trong khu vực:

Cuối thập kỷ trước, cùng sự phát triển của các dịch vụ truyền hình vệ tinh, sự tăngtrưởng của dịch vụ truyền hình cáp số, và đặc biệt là sự ra đời của HDTV đã để lại dấu ấnđối với lĩnh vực truyền hình Tuy nhiên, hiện nay trên thế giới đã xuất hiện một phươngthức cung cấp dịch vụ mới còn mạnh hơn với đe dọa sẽ làm lung lay mọi thứ đã có.Internet Protocol Television (IPTV) đã ra đời, dựa trên sự hậu thuẫn của ngành viễnthông, đặc biệt là mạng băng rộng, IPTV dễ dàng cung cấp nhiều hoạt động tương táchơn, tạo nên sự cạnh tranh mạnh mẽ hơn cho các doanh nghiệp kinh doanh dịch vụ truyềnhình Hãng In-Stat, một hãng nghiên cứu thị trường công nghệ cao có uy tín, gần đây đã

dự báo rằng thị trường các dịch vụ IP video tại khu vực châu Á – Thái Bình Dương sẽtăng trưởng tới gần 80% mỗi năm từ nay đến năm 2010 và sẽ tạo ra một thị trường 4,2 tỷUSD Hãng này cũng dự đoán châu Á sẽ chiếm tới một nửa trong tổng số thuê bao TVcủa các công ty điện thoại trên toàn thế giới vào năm 2009 với tổng số thuê bao tối thiểu

32 triệu Các số liệu này cho thấy trong những năm còn lại của thập kỷ này, IPTV sẽ trởthành một dịch vụ có thị trường rộng lớn trên toàn cầu với châu Á tiếp tục dẫn đầu trongviệc thu hút khách hàng Các con số này cũng cho thấy đây là một thị trường năng độngvới rất nhiều cơ hội cho các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình có mô hình kinh doanh,hình thức cung cấp dịch vụ và công nghệ hợp lý

Informa Telecoms & Media dự báo IPTV sẽ được sử dụng bởi trên 35% các hộ giađình sử dụng dịch vụ truyền hình số ở Hồng Kông vào năm 2010, con số này sẽ gầntương đương với số hộ gia đình dùng dịch vụ truyền hình cáp (khoảng 37%) Công ty nàycũng dự báo sẽ có đến 13% các hộ sử dụng dịch vụ truyền hình số ở Singapore sẽ nhận tínhiệu truyền hình số thông qua đường dây DSL của họ, điều này làm cho IPTV trở thànhmột nền tảng truy nhập số phổ biến hơn rất nhiều so với truyền hình số mặt đất (DDT).Informa cũng dự báo rằng DSL sẽ chiếm tới 9,2% các hộ gia đình sử dụng truyền hình số

ở Úc, 6,2% ở New Zealand, 5,8% ở Đài Loan, 5,7% ở Nhật Bản và 4,2% ở Hàn Quốc.Truyền hình cáp vẫn sẽ thống trị đến năm 2010, nhưng sau đó IPTV sẽ thực sự là đối thủcạnh tranh với truyền hình số mặt đất và vệ tinh đối với người xem truyền hình châu Á

Sự phát triển của IPTV chắc chắn sẽ nhanh hơn, nhưng với sự số hóa của truyền hìnhcáp và vệ tinh, các nhà cung cấp sẽ phải cạnh tranh để giành được khách hàng mới Tùythuộc vào thị trường cụ thể, các nhà khai thác dịch vụ IPTV sẽ phải bổ sung vào dịch vụtruyền hình quảng bá nhiều kênh với việc mở rộng cung cấp các dịch vụ như VoD,Replay-TV (network DVR), In-home DVR, Multi-room Service, v.v PCCW ở HồngKông, nhà cung cấp dịch vụ IPTV lớn nhất thế giới với trên 500.000 thuê bao, đã đưaHDTV và VoD vào cung cấp trên mạng DSL của mình SOFTBANK của Nhật Bản cũng

đã nhắm đến xây dựng nội dung lên đến 5.000 giờ cho các phim truyện Nhật Bản vàHolywood trên dịch vụ DSL/FTTH Video-On-Demand

1.1.2 Tình hình phát triển dịch vụ IPTV tại Việt Nam:

Tại Việt Nam, hiện có nhiều nhà khai thác dịch vụ viễn thông lớn đang cạnh tranhnhau nhằm cung cấp cho khách hàng các dịch vụ băng rộng với chất lượng cao và giá rẻ

Họ cũng đã nhận ra xu hướng phát triển của truyền hình trực tuyến và video theo yêu cầu,

và đang có những bước đi mạnh mẽ Một số Website cung cấp thử nghiệm các chuơngtrình truyền hình trực tuyến của VietNamNet, Công ty VTC, Đài truyền hình thành phố

Hồ Chí Minh đã ghi nhận số lượng truy cập rất lớn, cho thấy sức hấp dẫn của dịch vụ nàyđối với công chúng

Tuy nhiên, cho đến nay tại Việt Nam mới chỉ có FPT Telecom là doanh nghiệpviễn thông đầu tiên chính thức khai thác và cung cấp dịch vụ IPTV trên hệ thống mạngbăng rộng ADSL/ADSL2+ từ ngày 03/03/2006 sau một năm thử nghiệm và hiện tại đã có

500 khách hàng thử nghiệm đầu tiên FPT Telecom đã phát sóng 32 kênh truyền hình trênInternet để phục vụ cho các khách hàng của FPT Với một thuê bao ADSL 2+ của FPT,khách hàng có thể xem một lúc 3 kênh truyền hình đồng thời Hiện FPT đang có gần100.000 thuê bao ADSL, FPT sẽ cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng IPTV cho các kháchhàng này Ngoài FPT, các doanh nghiệp khác như VNPT, Viettel cũng đang chuẩn bị choquá trình triển khai dịch vụ IPTV trên mạng băng rộng

Theo báo cáo thống kê của VNNIC (http://www.vnnic.net.vn), hiện số lượngngười sử dụng Internet là 20.240.132 người, chiếm 23,70% dân số, tăng gần gấp 4 lần sovới cùng kỳ năm 2004 và đang có xu hướng tăng mạnh trong thời gian tới (xem bảngdưới đây)

Bảng 1.1: Bảng thống kê số liệu về mạng Internet tại Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam có 10 nhà cung cấp dịch vụ IXP với tổng dung lượng băng thôngkết nối với hạ tầng Internet quốc tế 24.736 Mbps, trong đó đáng kể nhất là VNPT (9.145Mbps) và FPT (5590 Mbps) với hai hướng kết nối quốc tế chính là sang Hồng Kông vàSingapore Các nhà cung cấp dịch vụ kết nối Internet quốc tế lớn nhất cho các IXP ViệtNam là SingTel (Singapore Telecommunications Limited) và Reach (Reach GlobalServices Limited)

Hình 1.1: Mạng kết nối của VNPT Trên cơ sở nghiên cứu số liệu phát triển của mạng internet trong và ngoài nước, ta thấy:

• Hạ tầng truyền dẫn Internet tốc độ cao trên thế giới hiện đang phát triển và đã đượchoàn thiện tại đa số các nước Kết hợp với các công nghệ nén video mới, các rào cản kỹthuật đối với việc truyền dẫn các chương trình truyền hình trực tuyến trên Internet đến tậncác gia đình tại các nước phát triển trên thế giới với chất lượng khá tốt đã được dỡ bỏ;

• Các phương thức truyền dẫn chính trên mạng Internet hiện nay là IP Unicast và IPMulticast, trong đó IP Unicast (truyền dẫn điểm đến điểm) được sử dụng trong các truycập mạng Internet để lấy thông tin phù hợp riêng với từng cá nhân (ví dụ VOD), còn IPMulticast (truyền dẫn từ một điểm đến nhiều điểm) được sử dụng phổ biến trong các dịch

vụ truyền hình trực tuyến, nó cho phép giảm thiểu băng thông server cần thiết khi cónhiều người cùng truy cập vào để xem cùng một chương trình truyền hình trên mạng Để

có thể truyền dẫn theo phương thức IP Multicast, thiết bị router tại các nút mạng Internetphải có khả năng hỗ trợ phương thức truyền thông này.

Tuy nhiên tại Việt Nam hiện nay, do hạ tầng Internet chưa phát triển mạnh đối với IPMulticast, nên vấn đề truyền hình trực tuyến trên mạng cần được tính toán và có nhữnggiải pháp cụ thể để giảm yêu cầu về băng thông khi có nhiều người cùng truy cập, giảmthiểu nguy cơ ngẽn đường truyền Qua khảo sát dịch vụ truyền hình trực tuyến tại ViệtNam hiện nay do công ty VTC thực hiện, mặc dù đã đặt máy chủ video tại cổng Internetquốc tế của VDC, nơi có băng thông hạ tầng kết nối Internet quốc tế lên gần 1000 MB,nhưng chất lượng dịch vụ này vẫn không ổn định và vẫn xảy ra sự cố ngẽn mạch làm giánđoạn dịch vụ

1.2 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN DỊCH VỤ IPTV

1.2.1 Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV:

Mô hình kiến trúc của hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV có thể được mô tả theohình vẽ 1.2 dưới đây:

Hình 1.2: Mô hình tổng quan mạng cung cấp dịch vụ IPTV

Tín hiệu lấy từ hệ thống cung cấp nguồn dữ liệu để điều chế, giải mã tại khối Headendsau đó được chuyển đến hệ thống quản lý bản quyền số (DRM) để trộn tín hiệu trước khichuyển sang hệ thống phân phối nội dung để truyền lên mạng Hệ thống Middleware cóchức năng quản lý thuê bao và các dịch vụ được sử dụng tương ứng với từng thuê bao, hệthống này được kết nối với hệ thống quản lý mạng và tính cước Tại phía thuê bao (hayphía khách hàng) sẽ có thiết bị Set-top Box (STB) để thu, giải mã và hiển thị nội dungtrên màn hình Tivi…

Chi tiết chức năng từng hệ thống được mô tả như sau:

a Mạng truy nhập băng rộng: Hạ tầng mạng IP băng rộng để truyền dịch vụ từ nhà

cung cấp dịch vụ IPTV đến khách hàng Mạng truy nhập sẽ tận dụng phần hạ tầng mạngxDSL có sẵn Để cung cấp dịch vụ với chất lượng tốt và tiêu thụ ít băng thông khi cóđồng thời nhiều truy nhập đến hệ thống, mạng truy nhập băng rộng (B-RAS/MSS vàDSLAM) cần phải được hỗ trợ multicast Đối với DSLAM, ngoài hỗ trợ multicast,DSLAM còn cần hỗ trợ IGMP version 2 Ngoài ra, B-RAS/MSS và DSLAM cũng cần hỗtrợ các giao tiếp Ethernet chuẩn (FE, GE) Mạng cũng phải có khả năng hỗ trợ QoS từđầu cuối đến đầu cuối, đảm bảo được băng thông cần thiết và độ ưu tiên cho các kênhtruyền hình quảng bá cũng như các phiên Video theo yêu cầu đang sử dụng (phải đạtđược độ mất gói và jitter tối thiểu) Băng thông xDSL do các DSLAM cung cấp đếnkhách hàng phải có khả năng lên đến 4-5 Mbps

b Hệ thống cung cấp nguồn dữ liệu: Thu, nhận và xử lý các dữ liệu chương trình từ

các nguồn khác nhau như vệ tinh, truyền hình mặt đất và các nguồn khác để chuyển sang

hệ thống Video Headend

c Hệ thống Video Headend: Thu, điều chế và giải mã nội dung hình ảnh và âm thanh

từ các nguồn khác nhau và sử dụng các thiết bị mã hóa (encoder) để chuyển đổi nội dungnày thành các luồng IP multicast ở khuôn dạng mã hóa mong muốn Yêu cầu phải có thiết

bị đầu cuối cho việc phát nội dung quảng bá Thiết bị đầu cuối này có khả năng mã hoámột chuỗi các hình ảnh theo thời gian thực bằng kỹ thuật nén dùng MPEG-4 Part 10 hoặcH.264 Hình ảnh mã hoá có thể lấy từ vệ tinh, truyền hình cáp, hệ thống truyền hình mặtđất, máy chủ video, tape playout, v.v Sau khi mã hoá, các chuỗi (định dạng ASI, SPTS)truyền MPEG sẽ được đóng gói bằng cách sử dụng IP Streamer Sau đó sẽ truyền nhữngchuỗi gói IP bằng cách sử dụng giao thức UDP/IP Đầu vào của hệ thống Video Headend

là các chương trình truyền hình quảng bá, các kênh truyền hình mua bản quyền thu từ vệtinh, các kênh truyền hình cáp, các phim từ các nguồn khác như tự sản xuất, từ các thiết bịVCD/DVD player, v.v

d Hệ thống Middleware: Cung cấp khả năng quản lý thuê bao, nội dung và báo cáo

hoàn chỉnh cùng với các chức năng quản lý EPG và STB, đồng thời vẫn duy trì tính mởcho việc tích hợp các dịch vụ trong tương lai Middleware là một giao diện của hệ thốngcung cấp dịch vụ IPTV với người sử dụng, nó xác định danh tính cho người dùng Hiểnthị một danh sách các dịch vụ mà thuê bao đó có thể sử dụng và trợ giúp lựa chọn dịch vụnày sau khi đã xác thực danh tính của người dùng Middleware lưu lại một profile cho tất

cả các dịch vụ Middleware đảm bảo các hoạt động bên trong của dịch vụ truyền hình mộtcách hoàn hảo Middleware sẽ không giới hạn bất kỳ hoạt động riêng rẽ nào trong hệthống, nhưng sẽ giao tiếp trực tiếp với mỗi thành phần được hệ thống hỗ trợ Middleware

hỗ trợ API cho phép mở rộng các chức năng mới và truyền dữ liệu giữa các hệ thống

e Hệ thống phân phối nội dung: Bao gồm các cụm máy chủ VoD và hệ thống quản

lý VoD tương ứng, cho phép lưu trữ các nội dung đã được mã hóa và thiết lập các chínhsách phân phối nội dung một cách mềm dẻo Hệ thống này cũng cho phép nhà khai thác

mở rộng một cách kinh tế, phù hợp với tải và yêu cầu dịch vụ của các thuê bao Máy chủVoD sẽ lưu nội dung thực và cung cấp cho thuê bao khi nó nhận được sự xác thực danhtính từ Middleware Nó cho phép các thuê bao đặt và xem những bộ phim chất lượng cao

và chương trình theo yêu cầu (chương trình này được lưu trên máy dịch vụ và truyền tảitheo yêu cầu) Hệ thống này cũng cung cấp những chức năng điều khiển VCR như fast-forward, pause, và rewind

f Hệ thống quản lý bản quyền số (DRM): DRM giúp nhà khai thác bảo vệ nội dung

của mình, như trộn các tín hiệu truyền hình hay mã hóa nội dung VoD, khi truyền đi trênmạng Internet và tích hợp với tính năng an ninh tại STB ở phía thuê bao DRM dùng đểbảo mật nội dung các khóa giải mã của các thuê bao Những nội dung được tải trên nhữngmáy chủ nội dung sẽ được mã hóa trước bằng hệ thống DRM và nó cũng cũng chỉ mã hóanội dung broadcast để bảo mật sự phân bố đến Set-top Box (STB) Hệ thống có khả năng

hỗ trợ chức năng mã hoá trong các Headend tương ứng và cung cấp khoá mật mã cho cácHeadend này Hệ thống DRM chứa khoá cho phần nội dung của một cơ sở dữ liệu khoáđồng thời bí mật phân phối cơ sở dữ liệu này tới STB Hệ thống DRM cũng sẽ hỗ trợthêm vào phần nội dung các chức năng thủ thuật trong khi xem (tua nhanh, tua lại, v.v )

Hệ thống DRM sẽ dựa trên các khái niệm của hệ thống cơ sở hạ tầng khoá công cộng(Public Key Infrastructure, PKI) PKI dùng các thẻ kỹ thuật số X.509 để xác nhận mỗithành tố trong hệ thống DRM đồng thời để mã hoá an toàn dữ liệu có dùng các khoáchung/riêng

g Hệ thống quản lý mạng và tính cước: Hệ thống này quản lý và tính cước dịch vụ

truy cập của thuê bao IPTV

h Set-top Box (STB): Thiết bị đầu cuối phía khách hàng, cho phép thu, giải mã và

hiển thị nội dung trên màn hình TV STB cần hỗ trợ các chuẩn MPEG-4/H.264 Ngoài ra,STB cũng có thể hỗ trợ HDTV, có khả năng kết nối với các thiết bị lưu trữ bên ngoài,video phone, truy nhập web, v.v STB cung cấp các ứng dụng truyền thông và giải trí.STB sẽ hỗ trợ kết nối giữa thiết bị tivi và mạng điện thoại, cũng như Internet và thư việnảnh ảo của nhà cung cấp dịch vụ Nó có thể giải mã những chuỗi dữ liệu và hình ảnh đếndựa vào địa chỉ IP, đồng thời thể hiện các hình ảnh này trên TV STB sẽ hỗ trợ chuẩnH.264/MPEG-4 Part 10 và phần mềm client Middleware của nó sẽ được dựa trên một cấutrúc thick client, điều đó có nghĩa là ứng dụng và dữ liệu thể hiện sẽ lưu trên STB

1.2.2 Các dịch vụ cung cấp bởi IPTV:

IPTV có thể cung cấp các loại dịch vụ sau:

- Cung cấp các dịch vụ quảng bá: Quảng bá ti vi (Broadcast TV); kênh âm thanh(Audio Channel); truyền hình trực tuyến (Time-Shift TV); VOD băng hẹp

- Cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu: Video theo yêu cầu (Video on Demand - VoD);

âm nhạc theo yêu cầu (Music on Demand MoD); TV theo yêu cầu (TV on Demand TVoD)

Cung cấp các dịch vụ tương tác: thông tin tương tác (Interactive Information); truyềnhình tương tác (Interactive TV); công ích, từ thiện, trực tuyến (Online Subscription);đánh bạc trực tuyến (Online Gambling); phỏng vấn trực tuyến (Online Bill Enquiry); tròchơi (Game); Web; Email; TV thương mại (TV-Commerce)

Như vậy có thể thấy IPTV cung cấp các dịch vụ đa dạng và rất tiện dụng cho khách hàng

Ta có thể liệt kê một số dịch vụ điển hình của IPTV như sau:

- Dịch vụ truyền hình: các nội dung truyền hình được quảng bá theo lịch trình thời gian

cố định như truyền hình truyền thống Sự lựa chọn các gói kênh theo yêu cầu của kháchhàng có thể bao gồm các kênh truyền hình công cộng (public), các kênh truyền hình trảtiền (pay TV), các kênh truyền hình được ưa thích, các kênh về mua sắm, các kênh vềthời trang, v.v

- Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu: việc phát các nội dung truyền hình được lựa chọnbắt đầu khi người sử dụng lựa chọn nội dung đó Thông thường, nội dung là các bộ phimhay các phim đã được ghi lại từ một thư viện Dịch vụ này có thể được sử dụng trong mộtthời gian giới hạn Các chức năng thường giống như chức năng của máy ghi hình (VCR)hay đầu DVD (DVD player): phát hình (play), dừng hình (pause), tua hình (fast forward),v.v

- Máy ghi hình các nhân (Personal Video Recorder, PVR): PVR là một thiết bị điện tửdân dụng cho phép ghi lại các nội dung quảng bá để xem lại ở một thời điểm sau đó

- Máy ghi hình cá nhân qua mạng (Network PVR, NPVR): đây là phiên bản sử dụngtrên mạng của PVR Nó có thể được xem như là một VCR ảo với việc lưu trữ và các chứcnăng khác cung cấp từ mạng Nội dung truyền hình quảng bá có thể được ghi và xem lạisau đó

- Hướng dẫn chương trình điện tử (Electronic Program Guide, EPG): một hướng dẫn

để cung cấp cho người sử dụng các thông tin về các chương trình IPTV đang và sắp phát

Có thể nói một EPG là phương thức để người sử dụng tìm kiếm các nội dung của nhàcung cấp

- Các dịch vụ thông tin: các dịch vụ thông tin có thể bao gồm tin tức thời sự, tin thểthao, dự báo thời tiết, thông tin về các chuyến bay, các sự kiện trong khu vực/địa phương,v.v

- Truyền hình tương tác: “kênh phụ” (back-channel) IP không chỉ cung cấp khả nănglấy thông tin mà còn cho phép tương tác với các show truyền hình hoặc khởi tạo các ứngdụng liên kết đến các chương trình đang chạy Các ví dụ điển hình của truyền hình tươngtác là tham dự vào các trò chơi truyền hình, bình chọn qua truyền hình, phản hồi củangười xem truyền hình, các chương trình thương mại, v.v

- Các ứng dụng tương tác: sự tương tác không chỉ được liên kết đến một chương trìnhtruyền hình truyền thống Đấu giá, mua sắm, dịch vụ ngân hàng là các ứng dụng truyềnhình được sử dụng rộng rãi, tạo ra sự hội tụ của thiết bị và sự phát triển các giao diệnngười sử dụng mới Truyền hình khiến cho việc sử dụng các ứng dụng tương tác (giốngnhư việc sử dụng Internet) trở thành một trong những thành phần chiếm ưu thế của IPTV/VoD tương lai Đây cũng là một yếu tố khác biệt chủ yểu nhất so với truyền hình quảng

bá truyền thống vốn không có một “kênh phụ” nào (có chăng là một đường điện thoại)

- Các ứng dụng băng rộng: các ứng dụng dùng cho người tiêu dùng và doanh nghiệpcũng có thể được thực hiện thông qua hạ tầng IPTV/VoD như hội nghị truyền hình, đàotạo từ xa, giám sát an ninh, v.v

- Pay-per-View (PPV): là hình thức trả tiền để xem một phần chương trình truyền hình,

ví dụ: trả tiền để xem một sự kiện thể thao hay trả tiền để nghe một bản nhạc Hệ thốngcung cấp một kênh phim truyền hình theo hình thức PPV cho các thuê bao

- Trò chơi theo yêu cầu (Games on Demand): dịch vụ này sẽ cung cấp nhiều loại gametùy chọn đến thuê bao từ một danh sách có sẵn IPTV yêu cầu game đơn giản dựa trênHTML

- Âm nhạc theo yêu cầu (Muics on Demand): các thuê bao có thể xem những clip canhạc theo yêu cầu, giống như dịch vụ VoD

- Truyền hình của hôm trước (TV of Yesterday, TVoY): dịch vụ này cho phép thuê baoxem phim truyền hình đã được phát những ngày trước

- Karaoke theo yêu cầu (Karaoke on Demand): các thuê bao có thể chọn và xem cácbài Karaoke qua Set-top Box (STB) trên TV Từ list các bài karaoke đã được giới thiệu,thuê bao có thể mua một hoặc nhiều bài hát cùng lúc Dịch vụ sẽ được triển khai trongtương lai

1.2.3 Truyền hình băng rộng:

Thuật ngữ "Truyền hình trên Internet (IPTV)" mà chúng ta xem xét ở trên chỉ làmột phần của thuật ngữ "Truyền hình băng rộng (Broadband Television – BTV)”, mộtphương thức mới đáng chú ý trong việc phân bố các kênh truyền hình số tới khách hàngthông qua màn máy thu hình Xin lưu ý rằng thuật ngữ BTV để chỉ các dịch vụ truyềnhình số tuyến tính ("live") và / hoặc gần tuyến tính ("on-demand") được phân phối quamạng băng thông rộng trên cơ sở giao thức Internet (Internet Protocol – IP), trong cách

thức điều khiển được nhờ dùng các thiết bị có sẵn như Set-top-box (STB) và máy thuhình thông thường Vì mạng giao thức Internet được sử dụng nên BTV còn có tên gọi làIPTV Các dịch vụ BTV có thể dùng các cơ sở hạ tầng mạng khác nhau làm phương tiệntruyền dẫn (ví dụ: đường thoại gồm hai sợi dây đồng xoắn (twisted – pair copper liner),đường điện lực (power line communication – PLC), sợi quang (fibre – FTTH), vô tuyến(UMTS, WiFi và WiMAX)…) Các dịch vụ BTV dựa trên cơ sở hạ tầng điện thoại thôngthường còn được gọi là ADSL TV hoặc DSL TV.

Nếu thành công về mặt thương mại, BTV có thể bổ sung cho các dịch vụ truyềnhình số (DTV) truyền thống (dùng các phương thức phân phối vệ tinh, cáp, mặt đất), vàthậm chí có thể tiến hoá thành phương thức truyền dẫn đại chúng thứ tư cho các dịch vụtruyền hình số

Nhiều nhà điều hành cáp và telecom đang trong quá trình trắc nghiệm cơ sở hạ tầngBTV và hy vọng rằng nó sẽ tiến hoá thành thị trường nổi bật mới vào năm 2005 và nhữngnăm tiếp theo Một số thử nghiệm ban đầu chỉ ra rằng công nghệ đã hoàn toàn chín muồi,các mô hình kinh doanh có tiềm năng và các thuê bao rất hưng phấn Thậm chí một sốnhà phân tích thị trường dự kiến sự phát triển bùng nổ của thị trường truyền hình băngrộng Dưới đây là một số điểm đáng chú ý khi tìm hiểu về BTV

1.2.3.1 Nền tảng.

BTV thích hợp với dùng máy thu hình hơn là dùng máy tính cá nhân (PC) Có nhiều

lý do thương mại cho điều này Đầu tiên trong tất cả, máy thu hình là thiết bị dân dụngtrong gia đình phổ cập nhiều hơn PC Ngày nay có khoảng 1,3 tỷ máy thu hình trên toànthế giới Thứ hai, ti vi vẫn được xem là thiết bị giải trí trung tâm trong gia đình, dùng choviệc xem phim, thể thao, tin tức… Truyền hình hiện đang tiến nhanh theo hướng số hoá(với tốc độ phát triển trung bình hiện nay là 18% / năm) và dự đoán năm 2008 sẽ cókhoảng 250 triệu hộ gia đình sẽ có máy thu hình số

Trong khi có một sự thật là máy thu hình là một trong các thiết bị quan trọng nhấttrong đời sống con người thì hiện nay nó nằm trong sự tách biệt về mặt công nghệ tronggia đình BTV, cùng với mạng trong gia đình (home networking), mang truyền hình tớithế giới nối mạng, dựa trên giao thức Internet (Internet Protocol – IP), do vậy các chươngtrình có thể có sẵn trên các thiết bị có dây hoặc không dây trong nhà (PC, điện thoại diđộng, PDA )

Các dịch vụ BTV hiện đang được bổ sung vào các chào hàng băng rộng cho kháchhàng nhưng dường như chúng chưa đủ hấp dẫn để người tiêu dùng trả tiền cho chúng.Tuy nhiên, việc bổ sung BTV vào các chào hàng Internet băng rộng hiện có có thể hấpdẫn khách hàng mới và do vậy tăng tốc sự cất cánh của băng rộng Như vậy băng rộng trởthành cỗ xe không chỉ cho truy nhập Internet, cho các cuộc thoại VoIP rẻ hơn, mà cả chocác dịch vụ truyền hình và VOD Mặc dù các thiết bị có sẵn hiện được sử dụng cho cung

cấp truyền thông (communication) và các dịch vụ Internet, thực nghiệm đã chỉ ra rằng cómột dải rộng các dịch vụ khác mà người sử dụng muốn truy cập qua máy thu hình của họ.

Hình 1.3: Tốc độ phát triển các dịch vụ băng rộng

Hình 1.3 chỉ ra rằng tốc độ cất cánh của các dịch vụ băng rộng là tương đối nhanhtrong các nước phát triển (OECD), khi so với các dịch vụ Internet băng hẹp, điện thoại diđộng và ISDN

Sự quan tâm vào BTV tăng lên đáng kể trong những năm gần đây, vì nhiều nhà điềuhành telecom coi nó như phương tiện để khởi động sự phát triển lợi tức và bù lại sự giảmlợi tức trong các dịch vụ thoại cố định Công ty phân tích thị trường, Datamonitor, tintưởng rằng khoảng 15 triệu hộ gia đình sẽ truy nhập các dịch vụ BTV vào cuối năm 2008với dòng lợi tức dự đoán là hơn 5,7 tỷ USD

1.2.3.2 Các đặc điểm chính của BTV.

BTV có thể được áp dụng thành công nhất về mặt thương mại trong các vùng thànhthị, nơi không thể thu tốt tín hiệu vệ tinh, hoặc nơi các dịch vụ truyền hình số mặt đất bịphủ sóng yếu hoặc mức can nhiễu cao Trong nhiều khối căn hộ không có cáp hoặc các hệthống thu tích hợp, cách duy nhất có thể đạt được tín hiệu truyền hình chính là đườngthoại

BTV đã được thiết kế để cung cấp các dịch vụ truyền hình số chất lượng thôngthường (chất lượng quảng bá) Tuy nhiên, vì các dịch vụ này được phân phối qua cácmạng IP (về bản chất là các mạng hai chiều có nghĩa là luôn có kênh ngược từ phía máy

thu về nơi phát) nên BTV không chỉ có nghĩa là truyền hình trực tiếp mà còn là truyềnhình tương tác và truyền hình theo yêu cầu Nội dung audio – video và metadata kèm theo

có thể được phân phối trong hoặc là cùng một stream hoặc trong các stream riêng biệt

Về mặt truyền thống, các nhà điều hành Telecom đã quan tâm đến việc cung cấp cácdịch vụ thông tin giữa các khách hàng Bây giờ vai trò của họ đang được mở rộng để cungcấp chào hàng mới gọi là Triple Play, gồm có 3 phần:

 Các dịch vụ thông tin (bao gồm VoIP trong tương lai gần);

 Kết nối Internet tốc độ cao;

 Các dịch vụ truyền hình và video-on-demand dựa trên IP (có nghĩa là truyền hìnhbăng rộng – BTV)

Đây là lần đầu tiên các công ty telecom đối diện với nhu cầu cung cấp nội dung chokhách hàng Từ "nội dung" có thể có nghĩa là các loại ứng dụng media khác nhau màkhách hàng có thể thích:

 Các dịch vụ tương tác: giao diện khách hàng, hướng dẫn chương trình, trò chơi

tương tác, các dịch vụ chính phủ điện tử, quảng cáo theo đối tượng, ghi video cá nhân quamạng, hội thảo video

 Truyền hình tương tác (iTV): truyền hình phi tuyến, truyền hình dịch thời gian, và

các dịch vụ PVR (Personal Video Recorder) (khách hàng có thể ảnh hưởng đến dòngchương trình và xuất chương trình, ví dụ chọn góc xem camera, chọn thông tin phụ, dùngtrick mode, v.v…)

 Truyền hình theo yêu cầu (VOD): phân phối phim và các chương trình khác theo

yêu cầu riêng của mỗi thuê bao – hoặc như các stream liên tục, hoặc như các file có thểnạp xuống trong trường hợp các PVR sở tại

 Truyền hình gần theo yêu cầu (Near – VOD): cùng một phim có sẵn trên các kênh

khác nhau, bắt đầu cứ mỗi 10 phút

 VOD theo lịch (Scheduled VOD): phim được phân phối cho một nhóm các khách

hàng / PVR, có thể vào ban đêm khi lưu lượng mạng thấp

 Truyền hình số quảng bá: các dịch vụ DTH tuyến tính (trực tiếp) đa kênh, quảng

bá theo lịch biểu chương trình đã xuất bản và được xem trên máy thu hình

Vì các công ty viễn thông bắt đầu tham gia vào các thị trường có liên quan tới nộidung, họ sẽ gặp nhiều vấn đề thực tế là mới đối với họ Ví dụ, họ có thể có các khó khăntrong cố gắng truy cập tới nội dung nào đó được sản xuất bởi người khác Và cũng có cácvấn đề liên quan với việc định lại mục đích, đóng gói lại và bảo vệ nội dung Các vấn đềquyền quảng bá cũng rất đáng bàn tới Và cuối cùng, có nhiều vấn đề đáng kể liên quanvới khía cạnh tài chính của nội dung

có thể nâng cấp mạng của họ bằng việc áp dụng các công nghệ truyền dẫn hiệu quả hơn(ví dụ ADSL 2+ hoặc thậm chí VDSL) nhưng điều này đòi hỏi sự đầu tư và thời gianđáng kể Trong tương lai gần, các nhà điều hành cũng có khả năng dùng các sơ đồ mã hoátiên tiến hơn như AVC / H.264 hoặc VC – 1, được đánh giá là chỉ yêu cầu tốc độ bit bằng50% so với MPEG-2 để thực hiện cùng chất lượng video chủ quan (cảm nhận bằng mắtngười).

Khả năng giới hạn của mạng truy cập DSL, thường giới hạn đến 1Mb/s hoặc thấphơn, là những hạn chế về mặt nguyên lý cho việc áp dụng HDTV trong mạng này, vìHDTV đòi hỏi băng thông lớn hơn nhiều truyền hình tiêu chuẩn (SDTV) Việc dùng các

sơ đồ mã hoá tiên tiến có thể giúp đỡ giải quyết dễ dàng vấn đề này Vấn đề băng thôngtrở nên nghiêm túc hơn nếu cần nhiều hơn một TV stream tới gia đình Cũng như vậy,nhu cầu có thể tăng nếu có nhiều máy thu trong nhà, mỗi máy cần xem một chương trìnhkhác nhau ở cùng một thời điểm Cũng có thể cần nhiều hơn một TV stream nếu trongnhà có PVR - một stream có thể được ghi trong khi một stream khác cần cho việc xem.Ngoài ra còn khá nhiều việc phải giải quyết để cho BTV có thể cất cánh đúng vớinghĩa của nó, nhất là các vấn đề liên quan với luật, với bản quyền, với quyền được xemcác chương trình miễn phí mà bất kỳ một phương thức cung cấp dịch vụ nào cũng cầnphải bảo đảm cho khách hàng của họ …

Từ những thử nghiệm ở một số nước tiên tiến hiện nay trên thế giới có thể khẳngđịnh rằng truyền hình băng rộng nói chung, truyền hình qua Internet nói riêng đã khá chínmuồi về mặt công nghệ, đã có thể đáp ứng nhu cầu của một bộ phận khách hàng Tuynhiên các nhà phân tích thị trường trên thế giới cũng khẳng định rằng BTV không thểthành công như một dịch vụ riêng lẻ mà sẽ là một phần của bó các dịch vụ khác nhau baogồm kết nối Internet tốc độ cao, VOD, dual-telephone (mobile/VoIP), và cả DVB-H trongtương lai Đặc biệt, BTV có thể được sử dụng như một dịch vụ bổ sung ở những khu vực

mà các phương thức phân phối khác như cáp, mặt đất hoặc vệ tinh không có khả năng về

kỹ thuật, không có sẵn hoặc khó thành công về thương mại

1.3 KHẢ NĂNG TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TẠI VIỆT NAM

1.3.1 Khả năng nhu cầu của thị trường:

Để đánh giá nhu cầu của thị trường (khách hàng) đối với dịch vụ IPTV, nhà cung cấpnội dung VASC đã tổ chức một cuộc thăm dò nhu cầu tại 04 thành phố Hà Nội, thành phố

Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Hải Phòng Mục tiêu của cuộc thăm dò nhằm nghiên cứu thịtrường trên các mặt: tìm hiểu thói quen giải trí các loại của công chúng; tìm hiểu mức độchấp nhận của công chúng đối với dịch vụ truyền hình trực tuyến, video theo yêu cầu vàcác các dịch vụ giá trị gia tăng của IPTV: ý tưởng, giá cả; dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụIPTV; phân tích dữ liệu thu được nhằm đề xuất các định hướng kinh doanh cho dịch vụ Đối tượng nghiên cứu: Tập trung khảo sát các đối tượng là các cá nhân trong độ tuổi

18 - 50 có quan tâm đến dịch vụ giải trí truyền hình và biết sử dụng internet trên cả nước,riêng đối tượng được phỏng vấn trực tiếp chỉ giới hạn ở 4 địa bàn tiêu biểu là Hà Nội,thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng và Đà Nẵng Số lượng khảo sát trực tiếp được phân

bổ ở từng địa bàn như sau: thành phố Hà Nội 301 mẫu; thành phố Hồ Chí Minh 301 mẫu;thành phố Đà Nẵng 209 mẫu; thành phố Hải Phòng 200 mẫu

Kết quả thăm dò nhu cầu thị trường: Xã hội càng phát triển, nhu cầu giải trí của ngườidân càng cao Hầu hết các gia đình đều đã có TV và đầu đĩa DVD, VCD, CD Thói quenxem TV/phim, nghe nhạc tại nhà chiếm phần lớn thời gian giải trí Tại 4 thành phố đượckhảo sát, gần 1/3 người dân có nhu cầu truy cập Internet và khoảng 1/8 dân chúng có thóiquen xem phim tại rạp và chơi video game Một nửa đối tượng khảo sát có đăng ký sửdụng truyền hình cáp/kỹ thuật số cho thấy người dân rất hứng thú với các loại hình dịch

vụ giải trí truyền hình, đặc biệt là hình thức dịch vụ Tivi có trả tiền Thị trường của cácnhà cung cấp dịch vụ là khác nhau, nhưng xét một cách tổng thể thì các nhà cung cấp dịch

vụ truyền hình cáp/kỹ thuật số đã đáp ứng được hơn 70% nhu cầu giải trí truyền hình củakhách hàng Gần một nửa khách hàng hài lòng với nhà cung cấp dịch vụ nhờ sự đa dạng

về các kênh và chương trình truyền hình, 1/4 còn lại hài lòng về chất lượng nội dungchương trình Trong khi đó có khoảng 1/3 khách hàng mong đợi có thêm nhiều kênhtruyền hình, thuyết minh và phụ đề tiếng Việt Chi phí cho dịch vụ giải trí truyền hìnhhiện tại vào khoảng 46.000 đồng Mức chi thấp nhất là TP Đà Nẵng gần 26.500đ, và caonhất là Hải Phòng, 69.000đ Cảm nhận về dịch vụ IPTV: Ý tưởng cung cấp dịch vụtruyền hình qua Internet (IPTV), video theo yêu cầu (VoD) và các dịch vụ cộng thêm củaIPTV (như: truy cập Internet và email trên Tivi, điện thoại hiển thị hình ảnh và điện thoạiVoIP, chức năng ghi chương trình, chơi game) được đông đảo khách hàng quan tâm Tại

Đà Nẵng, 90% người được hỏi đều thú vị với dịch vụ này Kế đến là TP.HCM và HảiPhòng với 81% và 80%, cuối cùng là Hà Nội với chỉ hơn 54%

Dự báo nhu cầu sử dụng dịch vụ IPTV: Khả năng đăng ký sử dụng dịch vụ IPTV tạiHải Phòng không cao, chưa tới 1/4 khách hàng nghĩ sẽ đăng ký sử dụng dịch vụ này trongvòng 1 năm tới Hà Nội có khoảng 43%, Đà Nẵng gần 50% và thành phố Hồ Chí Minh

cao nhất với 55% (trong đó 34% mong muốn đăng ký trong vòng 6 tháng tới) Nếu căn cứtrên thói quen giải trí tại gia đình của đại đa số người dân thì nhu cầu sử dụng dịch vụIPTV là rất cao, và việc phát triển nội dung cho các dịch vụ IPTV có thể bắt đầu triểnkhai ngay từ thời điểm này, càng sớm càng tốt Như vậy, xét trên góc độ nhu cầu thịtrường, đa số khách hàng có nhu cầu sử dụng loại hình dịch vụ IPTV và sẵn sàng trả thêmmức phí dịch vụ để có được khả năng giải trí thuận tiện, chất lượng

1.3.2 Khả năng đáp ứng nhu cầu dịch vụ IPTV của mạng viễn thông Việt Nam:

Với mạng băng hẹp truyền thống, chỉ một số dịch vụ đơn giản của IPTV là có thể thựchiện được Còn để có thể triển khai thành công dịch vụ IPTV thì mạng băng rộng đóngvai trò tiên quyết, bởi vì chỉ với mạng băng rộng mới có thể bảo đảm cung cấp đầy đủbăng thông theo yêu cầu cho các dịch vụ IPTV (như truyền hình, Video, Games, v.v ) Cho đến nay, thị trường băng rộng tại Việt Nam đang trong giai đoạn phát triển bùng

nổ nhu cầu và còn rất nhiều tiềm năng Số lượng thuê bao băng rộng của Việt Nam đã đạttrên 1.700.000 thuê bao với sự tham gia của các nhà cung cấp dịch vụ VNPT, FPTTelecom, Viettel, SPT, Dự kiến đến cuối năm 2008, số lượng thuê bao băng rộng củaViệt Nam sẽ đạt khoảng 2.000.000 và đến 2010 số lượng này sẽ phát triển lên tới3.000.000 đến 4.000.000 thuê bao Đồng thời với việc triển khai các công nghệ hữutuyến xDSL/PON và công nghệ vô tuyến băng rộng (WiFi/WiMAX, CDMA, ) của cácnhà cung cấp dịch vụ ở Việt Nam, thì IPTV lại càng có cơ hội phát triển mạnh mẽ và bảođảm cho sự thành công của loại hình dịch vụ mới này

Việc chuyển đổi cấu trúc mạng lưới từ chuyển mạch kênh truyền thống theo thời giansang mạng NGN với công nghệ chuyển mạch gói là một sự chuyển đổi mạnh mẽ về côngnghệ, phù hợp với xu thế phát triển chung của các nước phát triển trên thế giới Do vậy,các nhà cung cấp dịch vụ của Việt Nam đã chọn NGN làm bước phát triển tiếp theo trongviệc tìm kiếm các giải pháp phát triển mạng Mạng NGN sẽ cho phép triển khai các dịch

vụ đa dạng với giá thành thấp, giảm thiểu thời gian đưa dịch vụ mới ra thị trường, giảmchi phí khai thác mạng và dịch vụ, đồng thời nâng cao hiệu quả đầu tư và tạo nguồndoanh thu mới ngoài doanh thu từ các dịch vụ truyền thống NGN cho phép tăng cườngkhả năng kiểm soát, bảo mật thông tin và tin cậy trong khi giảm thiểu được chi phí vậnhành NGN được xây dựng trên tiêu chí mở, các giao thức chuẩn và giao diện thân thiện.NGN thống nhất mạng hữu tuyến truyền thống và chuẩn truyền tải âm thanh, hình ảnh, dữliệu không dây

1.4 KẾT LUẬN:

Xét trên khía cạnh công nghệ, xu hướng công nghệ hiện nay là sự hội tụ của nhiềucông nghệ để đưa ra những loại hình dịch vụ tổng hợp (như kết hợp các dịch vụ thoại, sốliệu và băng rộng) cho khách hàng, đồng thời tận dụng được những cơ sở hạ tầng sẵn có

để giảm thiểu chi phí đầu tư nâng cấp Dịch vụ IPTV chính là một sản phẩm của sự hội tụ

đó khi mà chỉ với một thiết bị đầu cuối khách hàng có thể sử dụng khoảng 6-7 loại hìnhdịch vụ con (truyền hình quảng bá, truyền hình theo yêu cầu, điện thoại thông thường,điện thoại IP, điện thoại truyền hình, truy cập Internet, v.v ) Hơn nữa việc áp dụng côngnghệ để triển khai những dịch vụ với các chi phí nhỏ, tối ưu hoá hạ tầng viễn thông sẵn có

sẽ tăng sức cạnh tranh trong bối cảnh Việt Nam đã gia nhập WTO

Đồng thời có thể khẳng định với hạ tầng mạng truy nhập hữu tuyến và vô tuyến băngrộng trên cơ sở mạng NGN hiện đại mà các nhà khai thác cung cấp dịch vụ của Việt Nam

đã và đang hướng tới xây dựng thì việc triển khai dịch vụ IPTV là hợp lý và khả năng bảođảm đáp ứng yêu cầu triển khai dịch vụ này là hoàn toàn khả thi

CHƯƠNG II: CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG IPTV

VÀ CẤU HÌNH MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ IPTV

Thành công đầu tiên trong ngành công nghiệp video số (đáng chú ý là lĩnh vựctruyền hình số và DVD-Video) chính là sự ra đời của chuẩn ISO/IEC 13818, được biết

đến với tên ‘MPEG-2’ ( dựa theo tên của nhóm phát triển và giới thiệu chuẩn, MPEG).Nhu cầu về một chuẩn nén tốt hơn đã dẫn đến sự phát triển và ra đời của 2 chuẩn tiên tiếnhơn: ISO/IEC 14496 Part 2 (‘MPEG-4 Visual’) và khuyến nghị của liên minh viễn thôngquốc tế ITU-T H.264/ISO/IEC14496 Part 10 (‘H.264’) MPEG-4 Visual và H.264 cócùng một nguồn gốc và một số tính năng chung (cả hai đều dựa trên các công nghệ đãđược chứng minh là hiệu quả ở các chuẩn trước đó) tuy nhiên lại có những khác biệt cơbản nằm ở sự cải thiện chuẩn cũ theo các hướng khác nhau Định hướng của MPEG-4Visual là giảm bớt sự phụ thuộc vào các hình ảnh video dạng chữ nhật và cung cấp mộtframework mở, linh hoạt cho truyền thông hình ảnh, tận dụng các tính năng tốt nhất củaviệc nén video hiệu quả cao cùng khả năng xử lý hướng đối tượng Ngược lại, H.264 cóđịnh hướng thực dụng hơn, hướng đến việc thực hiện tất cả những gì mà các chuẩn trước

đó đã làm( cung cấp một cơ chế cho việc nén ảnh video chữ nhật) nhưng với hiệu quả caohơn và theo cách thiết thực hơn, hỗ trợ các dạng ứng dụng đang trở nên phổ biến trên thịtrường (chẳng hạn quảng bá, lưu trữ và định luồng)

2.1 NÉN VÀ ĐỊNH DẠNG VIDEO

Lưu lượng mạng đang không ngừng tăng lên, các kết nối tốc độ cao tới gia đình trởnên thông dụng, dung lượng lưu trữ của ổ cứng, bộ nhớ flash và các phương tiện quangngày càng lớn Giá thành trên mỗi bit dữ liệu được truyền hay lưu trữ đang giảm đi có lẽkhông giúp giải thích rõ ràng tại sao nén video lại cần thiết Việc nén video đem lại 2 lợiích quan trọng Thứ nhất, nó giúp cho các đoạn video số có thể được sử dụng trong cácmôi trường truyền dẫn và lưu trữ mà không hỗ trợ các loại video không được nén Chẳnghạn, tốc độ mạng Internet hiện tại là không phù hợp để xử lý các đoạn video không néntheo thời gian thực (dù là ở một tốc độ khung thấp hơn và/hoặc kích thước khung nhỏhơn)

Việc nén ảnh và video là một lĩnh vực rất sôi động trong nghiên cứu và phát triểntrong hơn 20 năm qua và rất nhiều thuật toán cũng như hệ thống mã hoá, giải mã khácnhau đã được đề xuất và phát triển Nhằm mục tiêu khuyến khích việc hợp tác, cạnh tranh

và tăng cơ hội lựa chọn, cần thiết phải định nghĩa các phương pháp mã hoá, giải mã đượcchuẩn hoá để cho phép các sản phẩm từ các nhà sản xuất khác nhau có thể giao tiếp vớinhau một cách hiệu quả Điều này đã dẫn tới sự phát triển một số các tiêu chuẩn quốc tếchính cho nén ảnh và video, bao gồm các serie chuẩn JPEG, MPEG và H.264

MPEG-4Visual và H.264 (còn được biết đến với tên Mã hoá video tiên tiến AVC)

là các tiêu chuẩn cho việc mô tả mã hoá các thông tin hình ảnh Mỗi tiêu chuẩn là mộtđịnh nghĩa về qui cách mã hoá mô tả dữ liệu hình ảnh theo dạng nén và một phương phápgiải mã để tạo dựng lại thông tin hình ảnh Cả hai tiêu chuẩn đều phải đảm bảo rằng các

bộ mã hoá và giải mã có thể trao đổi, cùng làm việc với nhau Các tiêu chuẩn không địnhnghĩa một bộ mã hoá, mà thay vào đó, chúng định nghĩa các đầu ra mà một bộ mã hoánên tạo ra

MPEG-4Visual (Part 2 của nhóm chuẩn MPEG-4) được phát triển bởi nhóm cácchuyên gia về ảnh động MPEG (Moving Picture Experts Group), một nhóm của tổ chứcchuẩn hoá quốc tế ISO MPEG-4 (một tiêu chuẩn gồm nhiều phần khác nhau liên quanđến các vấn đề về hệ thống, mã hoá audio/video, cùng các khía cạnh kiên quan tới truyềnthông nghe/nhìn) được hình thành vào năm 1993 và Part 2 được chuẩn hoá vào năm

1999 Trong khi đó các nỗ lực chuẩn hoá H.264 được khởi đầu bởi nhóm các chuyên gia

mã hoá video VCEG (Video Coding Experts Group), một nhóm của liên minh viễn thôngquốc tế ITU-T (International Telecommunication Union) hoạt động theo cách tương tựnhư MPEG và chịu trách nhiệm cho hàng loạt các tiêu chuẩn hình ảnh Giai đoạn cuốicùng của quá trình phát triển chuẩn H.264 được thực hiện bởi nhóm video liên hợp JVT(Joint Video Team), một nỗ lực cộng tác của cả VCEG và MPEG, dẫn đến sự công bốtiêu chuẩn cuối cùng dưới sự ủng hộ của cả ISO/IEC (MPEG-4 Part 10) và ITU-T(khuyến nghị H.264) trong năm 2003

Các chuẩn nén video giới thiệu trong luận văn này có thể áp dụng để nén mộtlượng phong phú các định dạng khung video Trên thực tế, người ta thường chụp ảnh(quay video) rồi chuyển đổi chúng sang một định dạng trung gian trước khi nén chúng rồigửi đi Các định dạng trung gian phổ biến CIF (Common Intermediate Format) là cơ sởcho hàng loạt định dạng phổ biến được liệt kê ở bảng 2.1

Hình 2.1: Khung video được lấy mẫu ở các độ phân giải khác nhau

Khung 30Hz Khung 25Hz

Số trường trên mỗi giây 60 50

Số mẫu tích cực trên mỗi dòng (Cr, Cb) 360 360

Bảng 2.1 Các thông số tương ứng với khuyến nghị ITU-R BT.601-5

Một định dạng được dùng rộng rãi để số hóa tín hiệu video cho các sản phẩmtruyền hình được giới thiệu trong khuyến nghị ITU-R BT.601-5 Thành phần độ chói củatín hiệu video được lấy mẫu ở tần số 13.5MHz và các thành phần màu được lấy mẫu ở tần

số 6.75MHz để tạo ra một tín hiệu YCbCr 4:2:2 Các thông số của tín hiệu video được lấymẫu phụ thuộc vào tốc độ khung video (30Hz đối với hệ NTSC và 25Hz với hệPAL/SECAM) và được mô tả ở bảng 2.2

Mỗi mẫu có giá trị nằm trong khoảng từ 0 đến 255 Các mức 0 và 255 được dành riêngcho việc đồng bộ và giá trị tín hiệu chói bị giới hạn trong một khoảng từ 16 (đen) đến

235 (trắng)

2.2 KHÔNG GIAN MÀU

Phần lớn ứng dụng video số dựa trên sự hiển thị của các đoạn video màu và vì vậycần một cơ chế để lưu giữ và biểu diễn thông tin màu Một ảnh đơn sắc (chẳng hạn, hình2.1) chỉ cần một số để biểu thị độ sáng (độ chói) của mỗi mẫu Trong khi đó, các ảnh màucần ít nhất 3 số cho mỗi pixel để có thể biểu diễn màu một cách chính xác Phương phápthể hiện độ sáng (độ chói) và màu sắc được gọi là không gian màu

a RGB

Trong không gian màu RGB, mỗi mẫu ảnh màu được biểu diễn bằng 3 số, biểu thị

tỉ lệ tương đối các thành phần màu đỏ, lục, lam (3 màu cơ bản của ánh sáng) Bất kỳ màunào cũng có thể được tạo ra bằng sự kết hợp của 3 màu đỏ, lục và lam với tỷ lệ thích hợp

Không gian màu RGB rất thích hợp cho việc lưu giữ và hiển thị ảnh màu Việc lưu giữmột bức ảnh RGB bao gồm việc lọc các thành phần màu đỏ, lục, lam của ảnh và lưu giữmỗi thành phần bằng một dãy sensor riêng Các đèn tia âm cực CRT (Colour CathodeRay Tube) và màn hình tinh thể lỏng LCD (Liquid Crystal Display) hiển thị một ảnhRGB bằng cách chiếu sáng các thành phần màu đỏ, lục và lam của mỗi pixel dựa theocường độ của từng thành phần Đối với người xem ở một khoảng cách thông thường, cácthành phần màu riêng biệt này dường như hoà trộn vào nhau tạo ra một ảnh màu ‘thực’.

b YCbCr

Hệ thống thị giác của con người có độ nhạy với màu sắc kém hơn độ chói Trongkhông gian màu RGB, 3 thành phần màu có tầm quan trọng như nhau và do đó thườngđược lưu trữ với cùng độ phân giải còn độ chói thường được lưu giữ ở độ phân giải caohơn Điều này giúp biểu diễn ảnh màu tốt hơn

Không gian màu YCbCr cùng các biến thể của nó (đôi khi gọi là không gian màuYUV) là cách phổ biến để biểu diễn ảnh màu một cách hiệu quả Y là thành phần chói và

có thể được tính như trung bình trọng số của R, G, B:

dữ liệu cần thiết để biểu diễn thành phần màu mà không sợ ảnh hưởng đến chất lượnghình ảnh

Một ảnh RGB có thể biến đổi sang YcbCr sau khi chụp nhằm giảm các yêu cầu vềlưu trữ và/hoặc truyền dẫn Công thức 2.3 và 2.4 cho phép chuyển đổi một ảnh RGB sangYCbCr và ngược lại Chú ý rằng G có thể được tính ra từ Y, Cb và Cr Điều đó giải thíchtại sao không cần lưu trữ và truyền dẫn thành phần Cg

Khuyến nghị ITU-R BT.601 đã định nghĩa k r  0.299 và k b  0 114 Thay vàocông thức trên được công thức chuyển đổi tương ứng như dưới đây:

c Dạng thức lấy mẫu YCbCr

Hình 2.2 giới thiệu 3 mô hình lấy mẫu cho Y, Cb và Cr được hỗ trợ bởi các tiêuchuẩn MPEG-4 Visual và H.264 Lấy mẫu 4:4:4 có nghĩa là 3 thành phần (Y, Cb và Cr)

có cùng độ phân giải và chính vì vậy mỗi thành phần đều có giá trị của mẫu tại mọi vị trípixel Các con số biểu thị tốc độ lấy mẫu tương đối của mỗi thành phần theo chiều ngang,nghĩa là cứ 4 mẫu chói Y thì có 4 mẫu sắc độ Cb và 4 mẫu sắc độ Cr Trong lấy mẫu4:2:2 (đôi khi được gọi là mẫu YUY2), các thành phần tín hiệu màu sẽ có cùng độ phângiải với độ chói theo chiều dọc nhưng chỉ bằng một nửa theo chiều ngang (dãy số 4:2:2 cónghĩa là cứ 4 mẫu chói theo chiều ngang sẽ có 2 mẫu sắc độ Cb và 2 mẫu sắc độ Cr) Cácđoạn video 4:2:2 được sử dụng cho việc sao chép các tín hiệu màu chất lượng cao

Ở dạng thức lấy mẫu phổ biến 4:2:0 (‘YV12’), Cb và Cr có độ phân giải bằng mộtnửa độ phân giải (ngang và dọc) của Y Lấy mẫu 4:2:0 có tổng số mẫu chỉ bằng một nửa

so với các đoạn video YCbCr 4:4:4 (hoặc RGB)

Hình 2.2:Các mô hình lấy mẫu (luỹ tiến) 4:2:0, 4:2:2 và 4:4:4

Hình 2.3 trình bày phương pháp được áp dụng trong các tiêu chuẩn MPEG-4Visual và H.264 nhằm phân bổ các mẫu Y, Cb và Cr vào cặp các trường xen kẽ nhau Từhình vẽ có thể thấy rõ ràng là tổng số mẫu trong một cặp trường cũng bằng tổng số mẫutrong một khung luỹ tiến tương đương

Hình 2.3 Phân bổ các mẫu 4:2:0 cho các trường đỉnh và đáy

Định dạng Mức phân giải độ chói Số lượng bit trên mỗi khung

Nén dữ liệu là quá trình chuyển dữ liệu về dạng biểu diễn với số lượng bit sử dụng

ít hơn Nén video (mã hoá video) là quá trình chuyển chuỗi video số về dạng biểu diễnvới số lượng bit sử dụng ít hơn Các đoạn video số dạng ‘thô’ hoặc không nén thường yêucầu một tốc độ dòng bit rất lớn (xấp xỉ 216 Mbps đối với các đoạn video không nén đảmbảo chất lượng của chương trình truyền hình, do đó việc nén video là cần thiết cho lưu trữ

và truyền dẫn video số

Việc nén video bao gồm một cặp hệ thống bổ trợ lẫn nhau, một hệ thống nén (bộ

mã hoá) và một hệ thống giải nén (bộ giải mã) Bộ mã hoá có nhiệm vụ chuyển đổi dữ

liệu nguồn thành dạng nén (với số bit biểu diễn ít hơn) trước khi truyền dẫn hay lưu trữ,

bộ giải mã ngược lại sẽ chuyển đổi dữ liệu từ dạng nén về dạng trình diễn của đoạn videogốc Cặp bộ mã hoá/giải mã thường được gọi là CODEC (Encoder/Decoder)

Hình 2.4 Bộ mã hoá/giải mã

Phần lớn các phương pháp mã hoá video đều khai thác sự dư thừa về mặt thời gian

và không gian Trong miền thời gian, thường xuyên có sự tương đồng (gần như tương tự)giữa các khung video được chụp tại các thời điểm ngay sát nhau Các khung video kế tiếpnhau thường có sự giống nhau rất lớn, đặc biệt trong trường hợp tốc độ lấy mẫu (tốc độkhung) cao Tương tự, trong miền không gian, các pixel (các mẫu) gần nhau thường cómức độ giống nhau cao, chẳng hạn giá trị của các mẫu cạnh nhau thường rất giống nhau

2.3.2 Mã hoá/giải mã video

Một bộ mã hoá/giải mã video (video CODEC) sẽ mã hoá một hình ảnh hoặc chuỗivideo gốc sang dạng nén và giải mã chúng để tạo ra một bản sao hoặc sự mô tả xấp xỉhình ảnh hoặc chuỗi video gốc Nếu chuỗi video được giải mã giống hệt so với chuỗi gốcthì quá trình mã hoá được gọi là không tổn thất; ngược lại, nếu chuỗi giải mã có sự khácbiệt so với chuỗi gốc thì quá trình mã hoá được gọi là tổn thất

Hình 2.5 Sơ đồ khối mã hoá video

Bộ CODEC mô tả chuỗi video gốc bởi một mô hình (được mã hoá một cách hiệuquả có thể được dùng để khôi phục lại dữ liệu video) Một cách lý tưởng, mô hình nên mô

tả chuỗi với số lượng bit ít nhất có thể và với độ trung thực cao nhất có thể Tuy nhiên,

hai mục tiêu là hiệu suất nén và độ trung thực cao thông thường lại xung đột nhau, tốc độbít nhỏ hơn gây ra chất lượng ảnh thấp hơn tại đầu ra bộ giải mã.

Một bộ mã hoá video gồm 3 khối chức năng chính: một mô hình thời gian, một môhình không gian và một bộ mã hoá entropy Các thông số của mô hình thời gian (cácvector chuyển động điển hình) và mô hình không gian (các hệ số chuyển đổi) sẽ được nénlại bởi bộ mã hoá entropy Việc này giúp loại bỏ các dư thừa thống kê trong dữ liệu(chẳng hạn, thể hiện các vector và hệ số bởi các mã nhị phân ngắn) và tạo ra một luồngbit hoặc file nén ở đầu ra Sau đó chúng sẽ được phát đi hoặc lưu trữ lại Do đó một chuỗinén sẽ bao gồm các thông số vector chuyển động được mã hoá, các hệ số chuyển đổithặng dư được mã hoá cùng các thông tin mào đầu (header)

Bộ giải mã video sẽ khôi phục một khung video từ luồng bit nén Các hệ số chuyểnđổi thặng dư cùng các vector chuyển động sẽ được giải mã bởi một bộ giải mã entropy.Tiếp đó, mô hình không gian được giải mã dựa trên các hệ số chuyển đổi để khôi phục lạimột phiên bản của khung thặng dư Bộ giải mã sẽ sử dụng các thông số vector chuyểnđộng cùng với một hoặc nhiều khung đã giải mã trước đây để tạo ra một khung suy đoáncủa khung hiện tại Sau khi cộng khung suy đoán với khung thặng dư, tại đầu ra bộ giải

mã chúng ta sẽ thu được chính bản thân khung hiện tại

2.3.2.1 Mô hình thời gian

Mục tiêu của mô hình thời gian là để giảm dư thừa giữa các khung liên tiếp bằngcách tạo ra một khung suy đoán và trừ khung hiện tại cho khung suy đoán để tạo ra khungthặng dư Quá trình dự đoán càng chính xác, khung thặng dư chứa càng ít năng lượng.Khung thặng dư sau đó sẽ được mã hoá và gửi tới bộ giải mã Khung suy đoán được táitạo lại ở bộ giải mã sẽ được cộng với khung thăng dư để khôi phục lại khung hiện thời.Khung suy đoán được hình thành từ một hay nhiều khung trước hoặc sau (còn gọi là

‘khung tham chiếu’) của khung hiện thời Độ chính xác của quá trình dự đoán được cảithiện bằng cách bù chuyển động giữa các khung tham chiếu với khung hiện tại

Mô hình thời gian bao gồm các phương pháp suy đoán từ các khung liền kề, nhữngthay đổi gây ra do chuyển động, dự đoán và bù chuyển động dựa trên các khối, suy đoán

bù chuyển động của một khối Macro, bù chuyển động lẻ pixel và cuối cùng là bù chuyểnđộng dựa trên vùng

2.3.2.2 Mô hình không gian của ảnh

Hình ảnh video tự nhiên gồm một lưới các giá trị mẫu Các hình ảnh tự nhiênthường gặp khó khăn khi nén ở dạng nguyên bản ban đầu của chúng do sự giống nhaugiữa các mẫu hình ảnh cạnh nhau

Chức năng của kiểu hình ảnh là để khử sự giống nhau của hình ảnh hoặc dữ liệu

dư thừa và để chuyển đổi nó sang dạng mà có thể được nén một cách hiệu quả bằng cách

sử dụng bộ mã hoá entropi Kiểu hình ảnh thực tế thông thường có ba thành phần chính,

phép biến đổi (khử sự gống nhau và nén dữ liệu), lượng tử hoá (làm giảm sự chính xáccủa dữ liệu đã được biến đổi) và sắp xếp lại (sắp xếp dữ liệu để nhóm các giá trị quantrọng với nhau).

Hình 2.6: Chức năng tự tương quan 2D của hình ảnh

Hình 2.7: Chức năng tự tương quan của phần dư

2.3.2.3 Mã hoá hình ảnh đoán trước:

Bù dịch chuyển là một ví dụ của mã hóa đoán trước trong đó bộ mã hoá tạo một sựtiên đoán vùng của cấu trúc hiện hành dựa trên cấu trúc trước đó (hoặc sau đó) và trừ sựtiên đoán này ra khỏi vùng hiện hành để tạo thành phần thặng dư Nếu sự tiên đoán thànhcông, năng lượng trong phần thặng dư là thấp hơn so với cấu trúc gốc và phần thặng dư

có thể được thể hiện bằng lượng bít ít hơn

Hình 2.8 thể hiện điểm ảnh X sẽ được mã hoá Nếu cấu trúc được xử lý theo trình

tự quét, thì khi đó các điểm ảnh A, B và C (các điểm ảnh cạnh nhau theo chiều và cáchàng trước đó) hoàn toàn có thể được sử dụng trong cả bộ mã hoá và bộ giải mã (do vậychúng nên được giải mã xong trước X) Bộ mã hoá tạo ra sự tiên đoán đối với X dựa trênmột vài sự kết hợp của các điểm ảnh đã được mã hoá, trừ sự tiên đoán này từ X và mãhoá phần dư (kết quả của phần trừ) Bộ giải mã tạo ra sự tiên đoán tương tự và thêm vàophần dư đã được giải mã để dựng lại điểm ảnh

Hình 2.8: Sự tiên đoán không gian (DPCM)

Ví dụ

Sự tiên đoán bộ mã hoá

P(X) = (2A + B + C)/4Phần dư R(X) = X - P(X) được mã hoá và được truyền

Bộ giải mã giải mã R(X) và tạo ra sự tiên đoán tương tự:

P(X) = (2A + B + C)/4Dựng lại điểm ảnh:

X = R(X) + P(X)

2.3.2.4 Mã hoá chuyển đổi:

Mục đích của trạng thái biến đổi CODEC hình ảnh hoặc video là để chuyển đổihình ảnh hoặc dữ liệu dư thừa đã được bù dịch chuyển thành miền khác (miền biến đổi)

Sự lựa chọn biến đổi phụ thuộc vào một số các tiêu chuẩn:

 Dữ liệu trong miền biến đổi nên được khử tương quan (được táchthành các thành phần có sự liên quan đến nhau nhỏ nhất) và nén(hầu hết năng lượng trong dữ liệu đã được biến đổi nên tập trungvào trong một lượng nhỏ các giá trị)

 Biến đổi nên có thể đảo ngược được

 Biến đổi nên dễ kiểm soát về mặt tính toán (yêu cầu bộ nhớ thấp,

có thể đạt được bằng cách sử dụng sự tính toán chính xác giới hạn,

ít các toán tử tính toán, v.v )

Nhiều biến đổi đã được đề xuất đối với việc nén hình ảnh và video và hầu hết cácbiến đổi phổ biến đều dựa vào khối và/hoặc dựa vào hình ảnh Các ví dụ của biến đổi dựavào khối bao gồm biến đổi Karhunen-Loeve (KLT), khai triển giá trị đơn (SVD) và phépbiến đổi Cosin rời rạc phổ cập (DCT) Mỗi trong của các biến đổi này tác động lên cáckhối của các mẫu N x N hình ảnh hoặc phần dư và do đó hình ảnh được xử lý thành cácđơn vị khối

a DCT

Biến đổi Cosin rời rạc (DCT) tác dụng lên X, khối N x N mẫu (các mẫu hình ảnhhoặc giá trị phần dư thông thường sau khi sự tiên đoán) và tạo ra Y, N x N khối các hệ số.Hoạt động của DCT (và nghịch đảo của nó, IDCT) có thể được mô tả dưới dạng ma trậnbiến đổi A DCT tiếp theo (FDCT) của N x N mẫu khối được tạo ra theo công thức:

(2.7)

và DCT nghịch đảo (IDCT) theo công thức:

(2.8)trong đó X ma trận mẫu, Y ma trận các hệ số và A là ma trận biến đổi N x N Các phần tửcủa A là :

Phương trình 2.7 và phương trình 2.8 có thể được viết dưới dạng tổng:

(2.10)

(2.11)

Đầu ra của FDCT hai chiều là một tập hợp của N x N các hệ số đại diện cho dữliệu khối hình ảnh trong miền DCT và các hệ số này có thể được xem như là 'trọng số’của tập các mô hình cơ sở chuẩn

để một trong hai dải tần số này chứa N /2 mẫu Với việc lựa chọn chính xác bộ lọc, phéptính này có thể đảo ngược được

Phương pháp này có thể được mở rộng để áp dụng với tín hiệu hai chiều như mộthình lớn (Hình 2.9) Mỗi hàng của hình ảnh 2D được lọc bằng bộ lọc thông thấp và bộ lọcthông cao (Lx và Hx) và đầu ra của mỗi bộ lọc được lấy mẫu xuống bởi hệ số của hai đểtạo ra các hình ảnh trực tiếp L và H L là ảnh nguyên gốc ban đầu được lọc thông thấp vàlấy mẫu xuống theo trục x và H là ảnh nguyên gốc ban đầu được lọc thông cao và lấymẫu xuống theo trục x Tiếp theo, mỗi cột của chúng, các hình ảnh mới được lọc với bộlọc thông thấp và thông cao (Ly và y), lấy mẫu xuống bởi hệ số của hai để tạo ra bốn hìnhảnh con (LL, LH, HL và HH) Bốn hình ảnh 'dải con' này có thể được kết hợp để tạo đầu

ra hình ảnh với số lượng các mẫu giống như với bản gốc (Hình 2.10)

Hình 2.9: Quy trình phân tích wavelet hai chiều

Hình 2.10: Hình ảnh sau một mức khai triển

Trong ứng dụng nén hình ảnh, khai triển wavelet hai chiều được mô tả như đã nêu

ở trên được áp dụng trở lại hình ảnh 'LL', tạo ra bốn hình ảnh dải con mới

2.3.3 Lượng tử hoá

Các bộ lượng tử hoá sẽ biến đổi tín hiệu trong dải giá trị X thành một tín hiệu đãđược lượng tử hoá trong dải giá trị mới Y (nhỏ hơn so với X) Có thể biểu diễn tín hiệu đãđược lượng tử hoá với số lượng bít ít hơn so với bản gốc do khoảng các giá trị có thể lànhỏ hơn Một bộ lượng tử hoá vô hướng sắp xếp một mẫu của tín hiệu đầu vào thành mộtgiá trị đầu ra và một bộ lượng tử hoá vector biến một nhóm các mẫu đầu vào ('vector')thành một nhóm các mẫu đầu ra

Ví dụ đơn giản về lượng tử hoá vô hướng là việc xử lý làm tròn số rất nhỏ thành sốnguyên gần nhất , chẳng hạn bản đồ là từ R đến Z Việc xử lý gây suy giảm (không làmđảo ngược) do có thể xác định giá trị chính xác của số rất nhỏ ban đầu từ số nguyên đãđược làm tròn

Ví dụ tổng quát hơn của lượng tử hoá đồng nhất là:

(2.12)

trong đó QP là 'kích cỡ bước' lượng tử hoá

Hình 2.11 thể hiện hai ví dụ về lượng tử hoá vô hướng, lượng tử hoá tuyến tính(với việc sắp xếp tuyến tính giữa các giá trị đầu vào và đầu ra) và lượng tử hoá phi tuyến

có 'vùng chết' xung quanh không (trong đó đầu vào giá trị nhỏ được cho bằng không)

Hình 2.11 Lượng tử hoá vô hướng: tuyến tính; phi tuyến có vùng chết

Trong các CODEC nén hình ảnh và video, hoạt động lượng tử hoá thường gồm haiphần: lượng tử hoá trước FQ trong bộ mã hoá và 'lượng tử hoá chuyển đổi ngược' hoặc(IQ) trong bộ giải mã Thông số giới hạn là kích cỡ bước QP giữa các giá trị đếm thànhcông Nếu kích cỡ bước là lớn, khoảng các giá trị lượng tử là nhỏ hơn và thể hiện hiệuquả trong khi truyền (được nén cao), nhưng giá trị đếm lại là xấp xỉ thô đối với tín hiệugốc Nếu kích cỡ bước là nhỏ, các giá trị đến lại phù hợp với tín hiệu gốc nhiều hơnnhưng khoảng lớn hơn của các giá trị đã được lượng tử hoá làm giảm hiệu quả việc nén

Một vector lượng tử biểu thị tập hợp của dữ liệu đầu vào (như khối các mẫu hìnhảnh) đến các giá trị đơn (từ mã hoá) Một ứng dụng thông thường của lượng tử hoá vector

là việc nén hình ảnh như được thực hiện dưới đây:

 Phân chia ảnh nguyên gốc ban đầu thành các vùng (chẳng hạn M x Nkhối điểm ảnh)

 Chọn một vector từ bảng mã hoá phù hợp gần nhất có thể với vùng hiệntại

 Truyền chỉ số nhận dạng vector đã được chọn tới bộ giải mã

 Tại bộ giải mã, dựng lại bản sao gần đúng của vùng này sử dụng vector

đã được chọn

Một hệ thống đơn giản được thể hiện trên hình 2.12 Ở đây, lượng tử hoá được sửdụng trong miền không gian (chẳng hạn các nhóm mẫu hình ảnh được lượng tử hoá như

là các vector) nhưng nó có thể được sử dụng cân bằng với chuyển động đã được bùvà/hoặc dữ liệu đã được biến đổi Điểm mấu chốt trong việc thiết kế bộ lượng tử hoávector bao gồm bảng trạng thái và việc tìm kiếm hiệu quả trong bảng trạng thái để tìm ravector tối ưu.

Hình 2.12 Lượng tử hoá vector

2.3.4 Sắp xếp lại và mã hoá không

Các hệ số biến đổi đã được lượng tử hoá được yêu cầu mã hoá chặt chẽ trước khilưu giữ và truyền Trong bộ mã hoá hình ảnh hoặc video dựa trên biến đổi, đầu ra củalượng tử hoá là chuỗi rải rác chứa một ít các hệ số không phải số không và một lượng lớncác hệ số có giá trị bằng không Việc sắp xếp lại (để nhóm cùng với nhau các hệ số khôngphải số không) và thể hiện hiệu quả các hệ số có giá trị bằng không được sử dụng trướckhi mã hoá entropy Các xử lý này được mô tả đối với biến đổi DCT và wavelet

2.3.4.1DCT

a Phân bố hệ số

Hệ số DCT có ý nghĩa của khối các mẫu hình ảnh hoặc phần dư thông thường làcác vị trí 'tần số thấp' xung quanh hệ số DC (0,0) Hệ số DCT không có giá trị bằng khôngđược tập trung xung quanh hệ số (DC) phần trên bên trái và sự phân bố không bằngphẳng về mặt hình học theo các hướng nằm ngang và theo hướng thẳng đứng

Hình 2.13 Phân bố hệ số DCT 8 x 8 (cấu trúc)

b Mã hoá mức chạy

Đầu ra của xử lý sắp xếp lại là một chuỗi thông thường chứa một hoặc nhiều vùngcác hệ số không có giá trị bằng không gần điểm bắt đầu, theo sau là chuỗi các hệ số có giátrị bằng không

Ví dụ

Chuỗi đầu vào: 16,0,0,−3,5,6,0,0,0,0,−7,

Các giá trị đầu ra: (0,16),(2,−3),(0,5),(0,6),(4,−7)

Mỗi giá trị đầu ra này (cặp chạy-mức) được mã hoá dưới dạng các ký hiệu tách bởi

Hình 2.15 Thứ tự quét zigzag (khối của các trường)

2.3.4.2Wavelet

a Phân bố hệ số

Nhiều hệ số trong các dải con cao hơn là gần giá trị bằng không và có thể được lượng tửhoá tới giá trị bằng không mà không làm mất đáng kể chất lượng hình ảnh Khi hệ sốtrong dải con tần số thấp hơn là không bằng không, có các khả năng lớn có thể xảy ra làcác hệ số ở các vị trí tương ứng dải con có tần số cao hơn cũng không có giá trị bằngkhông

b Mã hoá cây không

Mong muốn rằng mã hoá các hệ số wavelet không có giá trị bằng không càngnhiều càng tốt trước khi mã hoá entropy Các thức hiệu quả của việc đạt được là để mãhoá mỗi cây của các hệ số có giá trị không bằng không bắt đầu từ mức thấp nhất (gốc)của khai triển Hệ số ở lớp thấp nhất được mã hoá, theo sau bởi các hệ số con của nó tạilớp cao hơn tiếp theo, và cứ tiếp tục như vậy Việc xử lý mã hoá tiếp tục tới tận khi câytiến đến hệ số giá trị bằng không Hệ số con tiếp theo hệ số giá trị bằng không là giốngvới các giá trị bằng không và bởi vậy các giá trị con còn lại được thể hiện bởi một mã hoáđơn mà phân biệt cây của các giá trị bằng không (cây không) Bộ giải mã dựng lại bản đồ

hệ số bắt đài từ phần gốc của mỗi cây; các hệ số không bằng không được giải mã, dựnglại và khi mã cây bằng không đạt được, tất cả các 'phần con' còn lại được tập hợp thànhgiá trị không Điều này là cơ sở của phương pháp cây giá trị không được nhúng (EZW)của các hệ số wavelet mã hoá

2.3.5 Bộ mã hóa entropy

Bộ mã hóa entropy chuyển một dãy ký hiệu biểu diễn các phần tử của chuỗi videothành dòng bít (được nén) để lưu trữ hoặc truyền đi Các ký hiệu đầu vào có thể là các hệ

số biến đổi lượng tử, phần mào đầu và các thông tin phụ khác Trong phần này chúng tathảo luận về các phương pháp tiền mã hóa dự đoán (để khai thác mối liên hệ trong cácmiền thuộc về khung được mã hóa) tiếp sau đó là các kỹ thuật mã hóa entropy được sửdụng phổ biến, kỹ thuật mã hóa biến đổi theo chiều dài “tựa Huffman” và mã hóa số học.

2.3.5.1 Mã hóa dự đoán

Các ký hiệu nhất định có mối liên quan chặt chẽ với nhau trong cùng một miền củaảnh Hiệu suất mã hóa có thể được cải tiến bằng việc dự đoán các thành phần của khốihiện thời hay khối Macro từ những dữ liệu đã được mã hóa từ trước và mã hóa độ lệchgiữa giá trị dự đoán và giá trị thực

Tham số lượng tử hay kích thước bước lượng tử quyết định mối liên hệ giữa hiệusuất nén và chất lượng ảnh Trong một bộ CODEC video thời gian thực, có thể cần phảithay đổi bước lượng tử trong một khung mã hóa (chẳng hạn thay đổi hệ số nén để tốc độdòng bít ra phù hợp với tốc độ kênh truyền) Thông thường thì chỉ cần thay đổi một lượngnhỏ giữa các khối Macro đã được mã hóa thành công Bước lượng tử thay đổi phải đượcthông báo cho khối giải mã và thay vì truyền một bước lượng tử mới, chỉ cần gửi giá trịsai lệch (tức là ±1 hay ±2) là đủ Việc mã hóa giá trị sai lệch cần ít bít hơn mã hóa cảbước lượng tử

Hình 2.16 Những đề cử cho dự đoán vector chuyển động

2.3.5.2 Mã hóa chiều dài thay đổi

Một bộ mã hóa chiều dài thay đổi tham chiếu các ký hiệu đầu vào tới một dãy các

từ mã hóa (các mã có chiều dài thay đổi: các VLC) Mỗi ký hiệu tham chiếu tới một từ

mã và các từ mã có thể có chiều dài thay đổi nhưng phải chứa 1 tổ hợp các bít Các kýhiệu thường xuyên xuất hiện được biểu diễn bằng các VLC ngắn trong khi những ký hiệu

ít khi xuất hiện được biểu diễn bằng các VLC dài

a Mã hóa Huffman

Mã hóa Huffman gán mỗi VLC cho một ký hiệu dựa trên xác suất xuất hiện củacác ký hiệu Theo cách tiếp cận ban đầu của Huffman (1952) thì cần tính toán xác suấtxuất hiện của mỗi ký hiệu và thiết lập một tập các VLC Quá trình này được mô tả qua ví

dụ sau