đồ án tốt nghiệp iptv-đại học bách khoa hn

Thực chất tất cả các tên đều được sử dụng để nói đến việc phân phối truyền hình băng rộng chất lượng cao hoặc nội dung âm thanh và hình ảnh theo yêu cầu trên một mạng băng rộng.. Theo đị

CHƯƠNG I

TỔNG QUAN VỀ IPTV

Truyền hình kỹ thuật số là tiến bộ quan trọng nhất trong công nghệ truyền hình từ khi phương tiện này được tạo ra trong thế kỷ trước Truyền hình kỹ thuật số đưa ra cho khách hàng nhiều sự lựa chọn và tạo ra nhiều tương tác hơn Hệ thống truyền hình quảng bá tương tự đã được sử dụng rất tốt trong hơn 60 năm qua.Trong giai đoạn đó, người xem phải trải qua sự chuyển tiếp

từ truyền hình đen trắng sang truyền hình màu đã yêu cầu người xem phải mua các Tivi màu mới, và các kênh quảng bá phải có các máy phát mới, các thiết bị sản xuất chương trình mới Ngày nay, với sự phát triển của ngành công nghiệp truyền hình sẽ đưa ruyền hình thông thường sang thời đại của truyền hình kỹ thuật số Hầu hết các hoạt động của truyền hình phải được nâng cấp và triển khai dựa trên kỹ thuật số để đưa tới cho khách hàng các dịch vụ kỹ thuật số tinh vi hơn Một kỹ thuật mới được gọi là truyền hình dựa trên giaothức Internet IPTV (Internet Protocol – based Television) Như tên gọi, IPTV được miêu tả như là một cơ chế để truyền tải luồng nội dung truyền hình dựa trên nền tảng là một mạng sử dụng giao thức IP Lợi ích của

cơ chế này là khả năng phân phối nhiều loại tín hiệu truyền hình khác nhau, tăng các tính năng tương tác và cải tiến để tương thích với các mạng thuê bao đang tồn tại Trong chương này sẽ trình bày khái niệm về IPTV, cấu trúc mạng IPTV, vấn đề phân phối IPTV, các công nghệ cho IPTV, cuối cùng là các ứng dụng và dịch vụ của IPTV.

1.1 Khái niệm IPTV

Công nghệ IPTV đang giữ phần quan trọng và có hiệu quả cao trong các

mô hình kinh doanh truyền hình thu phí Nhưng thực chất nghĩa của từ viết tắt IPTV là gì và ảnh hưởng của nó đối với người xem truyền hình như thế nào?

Khi mới bắt đầu IPTV được gọi là Truyền hình giao thức Internet (Internet Protocol Television) hay Telco TV hoặc Truyền hình băng rộng (Broadband Television) Thực chất tất cả các tên đều được sử dụng để nói đến việc phân phối truyền hình băng rộng chất lượng cao hoặc nội dung âm thanh và hình ảnh theo yêu cầu trên một mạng băng rộng IPTV là một định nghĩa chung cho việc áp dụng để phân phối các kênh truyền hình truyền thống, phim truyện, và nội dung video theo yêu cầu trên một mạng riêng Từ

góc nhìn của người sử dụng thì IPTV chỉ hoạt động như một chuẩn dịch vụ truyền hình trả tiền Từ góc nhìn của nhà cung cấp thì IPTV bao gồm việc thu nhận, xử lý và phân phối chính xác nội dung truyền hình tới thuê bao thông qua một hạ tầng mạng sử dụng IP Theo định nghĩa được đưa ra bởi hiệp hội viễn thông quốc tế tập trung vào nhóm IPTV thì IPTV là các dịch vụ đa phương tiện (ví dụ như dữ liệu truyền hình, video, âm thanh, văn bản, đồ họa) được phân phối trên một mạng IP có sự quản lý để cung cấp các mức yêu cầu về chất lượng của dịch vụ, an toàn, có tính tương tác

và tin cậy IPTV có một số điểm đặc trưng sau:

 Hỗ trợ truyền hình tương tác: khả năng của hệ thống IPTV cho

phép các nhà cung cấp dịch vụ phân phối đầy đủ các ứng dụng của truyền hình tương tác Các dạng dịch vụ IPTV có thể được phân phối bao gồm chuẩn truyền hình trực tiếp, truyền hình hình ảnh chất lượng cao HDTV (High Definition Television), các trò chơi tương tác và truy cập Internet tốc độ cao.

 Dịch thời gian: IPTV kết hợp với một bộ ghi hình video số cho

phép dịch chuyển thời gian để xem nội dung chương trình, đây là một

kỹ thuật ghi hình và lưu trữ nội dung để có thể xem lại sau

 Tính cá nhân: một hệ thống IPTV end-to-end hỗ trợ thông tin có tính

hai chiều và cho phép các user xem các chương trình theo sở thích, thói quen…Hay cụ thể hơn là cho các user xem cái gì họ muốn vào bất kỳ lúc nào

 Yêu cầu băng thông thấp: để thay thế cho việc phân phối mọi kênh

cho mọi user, công nghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chỉ phân phối các kênh mà user đã yêu cầu Đây là đặc điểm hấp dẫn cho phép các nhà khai thác mạng bảo toàn được băng thông của họ.

 Nhiều thiết bị có thể sử dụng được: việc xem nội dung IPTV không

giới hạn cho Tivi Khách hàng có thể sử dụng PC của họ và các thiết

bị di động để truy cập các dịch vụ IPTV.

1.2 Cấu trúc mạng IPTV

Có rất nhiều tài liệu trình bày cấu trúc của mạng IPTV, trong phần này trình bày cấu trúc mạng IPTV theo hai vấn đề Thứ nhất là cơ sở hạ tầng của mạng IPTV, đưa ra các thành phần của một hệ thống IPTV end-to-end Vấn đề thứ hai là cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV, nội dung phần

này nói lên chức năng của từng thành phần cụ thể tham giao vào công việc phân phối nội dung IPTV

1.2.1 Cơ sở hạ tầng của mạng IPTV

Hình 1.1 là mô hình một hệ thống IPTV end-to-end

Hình 1.1 Mô hình hệ thống IPTV end-to-end 1.2.1.1 Trung tâm dữ liệu IPPTV

Trung tâm dữ liệu IPTV (IPTV Data Center) hay Headend là nơi nhận

nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm video nội bộ, các bộ tập trung nội dung, các nhà sản xuất nội dung và các kênh truyền hình vệ tinh, mặt đất, truyền hình cáp Mỗi lần nhận như vậy, một số thành phần phần cứng khác nhau như bộ giải mã, các server video, các router IP và các phần cứng bảo an chuyên dụng đều được sử dụng để chuẩn bị nội dung sẽ được phân phối trên mạng IP Cộng với một hệ thống quản lý thuê bao IPTV về thuộc tính (profile) và hóa đơn thanh toán Chú ý rằng, vị trí vật lý của trung tâm

dữ liệu IPTV sẽ được xác định bởi nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hạ tầng mạng.

1.2.1.2 Mạng phân phối băng rộng

Việc phân phối các dịch vụ IPTV theo yêu cầu kết nối one-to-one, nếu trong trường hợp việc triểnkhai IPTV trên diện rộng thì số kết nối one-to-one sẽ tăng lên Do đó, yêu cầu về băng thông trên mạng

là khá lớn Những tiến bộ về công nghệ mạng cho phép các nhà cung cấp viễn thông có được một số lượnglớn các mạng băng rộng Riêng mạng truyền hình cáp thì sử dụng hỗn hợp cả cáp đồng trục và cáp quang đểđáp ứng cho việc phân phối nội dung IPTV

1.2.1.3 Thiết bị khách hàng IPTVCD

Thiết bị khách hàng IPTVCD (IPTV Consumer Device) là các thành phần cho phép user truy cập dịch

vụ IPTV IPTVCD kết nối tới mạng băng rộng, chúng đảm nhiệm chức năng giải mã, xử lý các luồngtín hiệu tới từ mạng IP IPTVCD được hỗ trợ các kỹ thuật tiên tiến để tối thiểu hóa hoặc loại trừ hoàntoàn ảnh hưởng của các vấn đề về mạng khi xử lý nội dung IPTV Có rất nhiều dạng IPTVCD nhưgateway cho khu dân cư, bộ giải mã set-top boxes, bảng điều khiển trò chơi…

1.2.1.4 Mạng gia đình

Mạng gia đình liên kết các thiết bị kỹ thuật số bên trong một khu vực có diện tích nhỏ Nó cải thiện

thông tin và cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các thành viên trong gia đình Mục đích của mạng gia đình

là cung cấp quyền truy cập thông tin giữa các thiết bị kỹ thuật số xung quanh nhà thuê bao Với mạnggia đình, khách hàng có thể tiết kiệm tiền và thời gian do việc chia sẻ các thiết bị phần cứng rất tốt và dễdàng, thông qua các kết nối Internet băng rộng

1.2.2 Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV

Một mạng IPTV có thể bao gồm nhiều thành phần cơ bản, nó cung cấp một cấu trúc chức năng chophép phân biệt và chuyên môn hoá các nhiệm vụ Hình 1.2 trình bày sáu thành phần chính của cấu trúcchức năng được tạo thành bởi các chức năng sau: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiểnIPTV, truyền dẫn IPTV, thuê bao và bảo an

1.2.2.1 Cung cấp nội dung

Tất cả nội dung được sử dụng bởi dịch vụ IPTV, bao gồm VoD và truyền hình quảng bá sẽ phảithông qua chức năng cung cấp nội dung, ở đó các chức năng tiếp nhận, chuyển mã và mã hóa sẽ tạo nêncác luồng video số có khả năng được phân phối qua mạng IP

1.2.2.2 Phân phối nội dung

Khối phân phối nội dung bao gồm các chức năng chịu trách nhiệm về việc phân phối nội dung đãđược mã hoá tới thuê bao Thông tin nhận từ các chức năng vận truyển và điều khiển IPTV sẽ giúpphân phối nội dung tới thuê bao một cách chính xác Chức năng phân phối nội dung sẽ bao gồm cả việclưu trữ các bản copy của nội dung để tiến hành nhanh việc phân phối, các lưu trữ tạm thời (cache) cho VoD

và các bản ghi video cá nhân Khi chức năng thuê bao liên lạc với chức năng điều khiển IPTV để yêu cầunội dung đặc biệt, thì nó sẽ gửi tới chức năng phân phối nội dung để có được quyền truy cập nội dung

Hình 1.2 Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV 1.2.2.3 Điều khiển IPTV

Các chức năng điều khiển IPTV là trái tim của dịch vụ Chúng chịu trách nhiệm về việc liên kết tất cảcác chức năng khác và đảm bảo dịch vụ hoạt động ở cấp độ thích hợp để thoả mãn nhu cầu của kháchhàng Chức năng điều khiển IPTV nhận yêu cầu từ thuê bao, liên lạc với chức năng phân phối và vậnchuyển nội dung để đảm bảo nội dung được phân phối tới thuê bao Một chức năng khác của điều khiểnIPTV là cung cấp hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide), EPG được thuê bao

sử dụng để chọn nội dung theo nhu cầu Chức năng điều khiển IPTV cũng sẽ chịu trách nhiệm về quản lýquyền nội dung số DRM (Digital Rights Management) được yêu cầu bởi thuê bao để có thể truy cập nộidung

1.2.2.4 Chức năng vận chuyển IPTV

Sau khi nội dung yêu cầu từ thuê bao được chấp nhận, chức năng vận chuyển IPTV sẽ chịu tráchnhiệm truyền tải nội dung đó tới thuê bao, và cũng thực hiện truyền ngược lại các tương tác từ thuê bao tớichức năng điều khiển IPTV

1.2.2.5 Chức năng thuê bao

Chức năng thuê bao bao gồm nhiều thành phần và nhiều hoạt động khác nhau, tất cả đều được sửdụng bởi thuê bao để truy cập nội dung IPTV Một số thành phần chịu trách nhiệm liên lạc thông tin vớichức năng truyền dẫn, ví dụ như truy cập getway kết nối với DSLAM, hay trình STB sử dụng trình duyệtweb để kết nối với Middleware server Trong chức năng này, STB lưu trữ một số các thành phần quantrọng như các key DRM và thông tin xác thực user Khối chức năng thuê bao sẽ sử dụng EPG cho phépkhách hàng lựa chọn hợp đồng để truy cập và yêu cầu nó từ các chức năng điều khiển IPTV Nó cũng nhậncác giấy phép số và các key DRM để truy cập nội dung

1.2.2.6 Bảo an

Tất cả các chức năng trong mô hình IPTV đều được hỗ trợ các cơ chế bảo an tại các cấp độ khác nhau.Chức năng cung cấp nội dung sẽ có bộ phận mật mã được cung cấp bởi nhà cung cấp nội dung Chức năngphân phối nội dung sẽ được đảm bảo thông qua việc sử dụng DRM Các chức năng điều khiển và vậnchuyển sẽ dựa vào các chuẩn bảo an để tránh các thuê bao không được xác thực có quyền sửa đổi và truycập nội dung Chức năng thuê bao sẽ bị giới hạn sử dụng các cơ chế bảo an được triển khai tại STB vàMiddleware server Tóm lại, tất cả các ứng dụng và các hệ thống hoạt động trong môi trường IPTV sẽ cócác cơ chế bảo an luôn sẵn sàng được sử dụng để trách các hoạt động trái phép

Các thành phần trong môi trường IPTV sẽ tương ứng với các chức năng Ví dụ, chức năng điềukhiển IPTV bao gồm các thành phần Middleware và quản lý quyền nội dung số DRM Khi phân phối cácnhiệm vụ, một nhóm phụ trách các chức năng điều khiển IPTV sẽ có khả năng sắp xếp tất cả các ứng dụngtương ứng với các thành phần cho chức năng đó Hình 1.3 mô tả các thiết bị thực hiện các chức năngtrong môi trường IPTV

Hình 1.3 Các thành phần của cấu trúc chức năng 1.3 Vấn đề phân phối IPTV

Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác nhau được tạo ra bởi các loại dịch vụ trên nền

IP khác nhau như VoIP và truy cập Internet tốc độ cao Với mỗi loại dịch vụ có những đặc điểm riêng vềnội dung, vì thế cần phải có những phương thức phân phối thích hợp Hiện nay có ba phương thức dùng đểphân phối nội dung IPTV qua mạng IP là unicast, broadcast và multicast

1.3.1 Unicast

Trong truyền unicast, mọi luồng video IPTV đều được gửi tới một IPTVCD Vì thế, nếu có nhiềuhơn một user IPTV muốn nhận kênh video tương tự thì IPTVCD sẽ cần tới một luồng unicast riêng rẽ Một

trong các luồng đó sẽ truyền tới các điểm đích qua mạng IP tốc độ cao Nguyên tắc thực thi của unicasttrên mạng IP là dựa trên việc phân phối một luồng nội dung được định hướng tới mỗi user đầu cuối Từgóc độ của kỹ thuật này, thì việc cấu hình thực thi khá dễ dàng; tuy nhiên nó không có hiệu quả về băngthông mạng Hình 1.2 trình bày việc thiết lập các kết nối khi có 5 thuê bao IPTV truy cập một kênhbroadcast trên mạng tốc độ cao hai chiều (two-way).

Như trên hình 1.4, khi nhiều user IPTV truy cập cùng một kênh IPTV tại cùng một thời điểm, thì một số các kết nối định hướng được thiết lập qua mạng Trong ví dụ này, server cần cung cấp kết nối tới mọi thuê bao có yêu cầu truy cập Kênh 10, với tổng số là năm luồng riêng rẽ bắt đầu từ server nội dung và kết thúc tại router đích Năm kết nối này sau đó được định tuyến tới các điểm đích của nó Các kết nối được kéo dài tới hai tổng đài khu vực (Regional Office), với ba kết nối tới tổng đài khu vực 1 và hai kết nối tới tổng đài khu vực 2 Sau đó các kết nối được thiết lập giữa các router tại tổng đài khu vực với các getway đặt trong năm hộ gia đình Đây là phương thức truyền dẫn IP video tốt cho các ứng dụng theo yêu cầu như VoD, ở đó mỗi thuê bao nhận một luồng duy nhất.

1.3.2 Broadcast

Các mạng IP cũng hỗ trợ chức năng truyền broadcast, về mặt nào đó giống như kênh IPTV được đưa tới mọi thiết bị truy cập được kết nối vào

mạng băng rộng Khi một server được cấu hình truyền broadcast, một kênh IPTV gửi tới tất cả các thiết bị IPTVCD được kết nối vào mạng bất chấp thuê bao có yêu cầu kênh đó hay không Đây sẽ là vấn đề chính do các tài nguyên IPTVCD bắt buộc phải hoạt động để xử lý các gói tin không mong muốn Một vấn đề khác mà broadcast không phù hợp cho các ứng dụng IPTV là trong thực tế kỹ thuật truyền thông tin này không hỗ trợ việc định tuyến Từ lâu, hầu hết các mạng đã mở rộng việc sử dụng các router, nhưng nếu truyền broadcast thì không sử dụng định tuyến Đây là lý do làm mạng và các thiết bị IPTVCD khác bị tràn ngập khi tất cả các kênh được gửi tới tất cả mọi người

1.3.3 Multicast

Trong phạm vi triển khai IPTV, mỗi nhóm multicast được truyền broadcast các kênh truyền hình

và các thành viên của nhóm tương đương với các thiết bị IPTVCD Vì thế, mỗi kênh IPTV chỉ được đưa tớiIP-STB muốn xem kênh đó Đây là cách hạn chế được lượng tiêu thụ băng thông tương đối thấp vàgiảm gánh nặng xử lý trên server Hình 1.5 mô tả tác động của việc sử dụng kỹ thuật multicast trong ví

dụ phân phối cho năm thuê bao truy cập Kênh 10 IPTV cùng một lúc Như hình 1.5, chỉ bản copy đơn(single) được gửi từ server nội dung tới router phân phối Router này sẽ tạo ra hai bản copy của luồngthông tin tới và gửi chúng tới các router đặt tại các tổng đài khu vực theo các kết nối IP định hướng Sau

đó, mỗi router sẽ tạo ra các bản copy khác để cung cấp cho các thuê bao muốn xem Vai trò quan trọngcủa phương thức này là làm giảm số kết nối IP và dung lượng dữ liệu đi ngang qua mạng Đây là phươngthức thường được các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng để phát quảng bá các chương trình trực tiếp và là một

kỹ thuật có hiệu suất cao cho hạ tầng mạng IP đang tồn tại Phương thức này không có lợi trong tuyếnhướng lên (upstream) luồng thông tin giữa các thiết bị IPTVCD và broadcast server Cần chú ý rằng,việc phát multicast nội dung IPTV thường phức tạp hơn nhiều nếu so sánh với mô hình thông tin unicast

và broadcast

1.4 Các công nghệ cho IPTV

Có nhiều công nghệ khác nhau được yêu cầu để thực thi đầy đủ hệ thống IPTV trong thực tế, một sốcông nghệ chung đã được diễn giải trong các tài liệu khác Trong phần này chỉ đề cập tới một số côngnghệ cơ bản được sử dụng cho các ứng dụng IPTV

Hình 1.5 Các kết nối được sử dụng trong kỹ thuật multicast

1.4.1 Vấn đề xử lý nội dung

Các hệ thống xử lý nội dung tiếp nhận các tín hiệu video thời gian thực từ rất nhiều nguồn khácnhau, hình thức của chúng là một định dạng thích hợp để STB có thể giải mã và hiển thị trên màn hình.Tiến trình này bao gồm các chức năng sau:

 Nén: các nguồn video tương tự, quá trình nén số được thực thi trên mỗi tín hiệu video

trước khi nó được phát lên hệ thống IPTV Tốc độ cao nhất của dữ liệu video và độ dài củagói tin được thực hiện sao cho phù hợp với tất cả các nguồn video đầu vào, và để đơn giảnhóa công việc truyền dẫn và các chức năng ghép kênh

 Chuyển mã: các luồng video tương tự đã được định dạng số, đôi khi nó cần được chuyển đổi

sang thuộc tính MPEG hoặc cấp độ luồng tới thích hợp với các bộ STB Chuyển mã nộidung định dạng HD cung cấp các chuẩn để chuyển mã gốc là MPEG-2 thành H.264 để cóđược băng thông thấp hơn cho các mạng DSL

 Chuyển đổi tốc độ: bản chất của việc chuyển đổi tốc độ là tiến trình chuyển đổi tốc độ bit

của luồng video số tới Ví dụ như luồng chuẩn SD là 4,5 Mbps có thể cần phải giảm xuống2,5 Mbps để sử dụng trong hệ thống IPTV

 Nhận dạng chương trình: mỗi luồng video cần được ghi một nhãn duy nhất trong hệ thống

IPTV, do đó các thiết bị ghép kênh và các bộ STB có thể xác định chính xác các luồng video.Mỗi chương trình audio hay video bên trong mỗi luồng truyền dẫn MPEG phải được xử lý đểđảm bảo không có sự trùng lẫn chương trình

Việc xử lý nội dung có thể được thực thi trên một luồng video trực tiếp hoặc đã được lưu trữ bên trongvideo server

1.4.2 VoD và server

Cấu trúc của hệ thống VoD sử dụng công nghệ video-over-IP trên hình 1.6 bao gồm 4 thành phầnchính Đầu tiên, nội dung phải được xử lý cho việc lưu trữ và phân phối bằng quá trình nén và mật mã tạitrạm tiền xử lý nội dung Một VoD server lưu trữ nội dung và tạo luồng gửi tới thuê bao Mỗi thuê bao sẽ

có một bộ STB để nhận và giải mã nội dung, sau đó đưa lên màn hình hiển thị Bộ STB cũng cung cấp chothuê bao một danh sách các dịch vụ từ thành phần quản lý thuê bao và hệ thống truy cập có điều kiện Đây

là một hệ thống con nhận các lệnh từ thuê bao, gửi những lệnh thích hợp tới VoD server và phân phốicác key giải mã cho các bộ STB

Các video server là yếu tố cần thiết cho mọi hệ thống VoD, do chúng tạo ra các luồng video trongthực tế và gửi chúng tới mỗi thuê bao Các server có dung lượng bộ nhớ lớn nhỏ khác nhau tùy thuộc vàocác ứng dụng khác nhau Trong phần này chỉ để cập đến một số khía cạnh của các server và cách thứcchúng được sử dụng cho việc phân phối nội dung Dung lượng lưu trữ nội dung được hỗ trợ trên mộtserver có thể lớn hoặc nhỏ Sẽ không phù hợp nếu server lưu trữ nhiều nhưng chỉ phục vụ một số ít thuêbao

Hình 1.6 Cấu trúc hệ thống VoD Khi đầu tư xây dựng một server, cần phải chú ý tới dung lượng của server để có thể đáp ứng các yêu

cầu đặt ra Video server có thể là một trong các loại sau:

 Các server sản xuất được sử dụng trong công việc sản xuất các video, ví dụ như trong các mạngtruyền hình Để cho các đối tượng này, một server cần phải có được nội dung lý tưởng nhất trongcác định dạng khác nhau và nhanh chóng phân phối các file chứa nội dung tới thuê bao khi họcần, các server này dung lượng thường rất nhỏ Thay vào đó, là các thiế bị có dung lượng lớn và

hỗ trợ tốt việc tìm nội dung, bao gồm các công cụ hỗ trợ dữ liệu lớn và dữ liệu đó là các file gồmnhiều phiên bản

 Các server cá nhân và công ty được sử dụng trong trường hợp có số luồng video để phânphối đồng thời thấp, ví dụ như một gian hàng trưng bày của công ty có từ 5 đến 10 người xemcùng một lúc Đây là loại server thường được xây dựng trên PC với các phần mềm đượcchuyên dụng hóa

 Các nhà cung cấp server cần các server được thiết kế đặc biệt có khả năng lưu trữ hàng nghìn giờnội dung chương trình và khả năng phân phối tới hàng trăm hoặc hàng nghìn người xem cùngmột lúc Dung lượng của các hệ thống này thật sự rất lớn; ví dụ để cung cấp cho 1000 user cùngmột lúc, với mỗi user là một luồng 2,5 Mbps Như vậy server cần có tốc độ dữ liệu xuất ra là 2,5Gbps

Các nhà cung cấp sử dụng hai phương thức để phân phối server trong mạng của họ, như trên hình 1.7.Đầu tiên là phương thức tập trung hóa, các server lớn, dung lượng cao được xây dựng tại những vịtrí trung tâm, chúng phân phối nội dung cho thuê bao thông qua các liên kết tốc độ cao kết nối tới mỗinhà cung cấp dịch vụ nội hạt Phương thức thứ hai là phân phối hóa server, ở đó các server nhỏ hơn đượcđặt tại các vị trí gần thuê bao và server chỉ cung cấp cho các thuê bao trong vùng đó Trung tâm Libraryserver sẽ download các bản copy nội dung cung cấp cho các Hub server phân phối có yêu cầu Trongphương thức tập trung hóa thì giảm được số lượng server cần phải xây dựng, giảm giá thành trong việctruyền dẫn và lưu trữ nội dung tại các vị trí khác nhau Còn trong phương thức phân phối hóa thì giảmđược số lượng băng thông cần thiết giữa các vị trí Cả hai phương thức đều được sử dụng trong thực

tế, dung lượng của VoD server phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống và sở thích của người xem

Hình 1.7 Mô hình triển khai server 1.4.3 Các hệ thống hỗ trợ hoạt động

Việc phân phối các dịch vụ video tới khách hàng yêu cầu nhiều thiết bị phần cứng có độ tin cậy cao.Một phần mềm lớn cũng được yêu cầu để quản lý số lượng công việc khổng lồ đó, từ việc thông báo chokhách hàng về các chương trình trên các kênh broadcast khác nhau cho tới dữ liệu cần thiết cho việc lậphoá đơn các dịch vụ mà khách hàng đã đăng ký Tập trung lại, các hệ thống phần mềm này gọi là hệ thống

hỗ trợ hoạt động OSS (Operations Support Systems) và nó có thể bao gồm nhiều dạng khác nhau Một sốchức năng được cung cấp bởi các hệ thống IPTV OSS như sau:

 Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide) cung cấp cho người xem lịchphát kênh broadcast và tên các chương trình VoD sẵn có Hướng dẫn này có thể bao gồm cảcác kênh broadcast thông qua việc lựa chọn chương trình hoặc hướng dẫn chương trình tương táccho phép user lên lịch các kênh được phát trong tương lai Một số các nhà khai thác dịch vụIPTV sử dụng các công ty bên ngoài để cung cấp dữ liệu hướng dẫn chương trình

 Hệ thống phân quyền được yêu cầu khi các thuê bao đăng ký xem nội dung thông qua hệ thốngIPTV Hệ thống này cần có khả năng kiểm tra thông tin tài khoản của khách hàng, đó là căn cứ

để hệ thống phân quyền có thể đáp ứng các yêu cầu của thuê bao hay không Hệ thống nàycần kết nối với hệ thống lập hoá đơn thuê bao

 Truy cập nội dung trực tuyến (e-mail, web) được cung cấp bởi một số hệ thống IPTV, chophép user có thể xem nội dung trên PC tương tự như xem trên Tivi nhưng không cần bộ giải mã

1.5 Các dịch vụ và ứng dụng của triển khai IPTV

Các ứng dụng cho triển khai IPTV cung cấp việc phân phối truyền hình quảng bá số cũng như dịch

vụ VoD Như vậy, nó cho phép các nhà cung cấp đưa ra dịch vụ gọi là “triple play” bao gồm truyền hình,thoại và dữ liệu Hạ tầng mạng IPTV cũng cung cấp hầu hết các ứng dụng video cộng thêm sau khi việc lắpđặt hạ tầng mạng tại các vị trí phù hợp Nhưng trong phần này chỉ trình bày một số dịch vụ đã được triểnkhai bởi các nhà cung cấp dịch vụ IPTV tại Việt Nam Đó là truyền hình quảng bá kỹ thuật số, dịch vụVoD và quảng cáo có địa chỉ

1.5.1 Truyền hình quảng bá kỹ thuật số

Khách hàng sẽ nhận được truyền hình số thông thường bằng IPTV Truyền hình quảng bá số được

phân phối tới thuê bao thông qua truyền hình cáp đã được nâng cấp hoặc hệ thống vệ tinh Sự khởi đầu củacác công nghệ DSL tốc độ cao hơn như ADSL2 và ADSL2+ đã mang đến một cuộc cách mạng lớntrong lĩnh vực này Với các công nghệ tốc độ cao này cho phép IPTV có thêm độ tin cậy và tính cạnh tranhvới các dịch vụ truyền hình thu phí khác

IPTV có đầy đủ khả năng để đưa ra các dịch vụ chất lượng cao khác nhau và nhiều dịch vụhơn so với các nhà cung cấp truyền hình thu phí cáp và vệ tinh trong quá khứ Một lợi ích khác của IPTV

là nó có nhiều nội dung và số kênh lớn hơn để lựa chọn, tùy thuộc vào sở thích của khách hàng Đặc biệtkhách hàng có thể tự chọn lựa nguồn nội dung đa dạng này

Chức năng của truyền hình quảng bá thông thường, truyền hình cáp và vệ tinh là cung cấp tất cả cáckênh đồng thời tới nhà thuê bao Tuy nhiên, IPTV chỉ phân phối các kênh mà khách hàng muốn xem và

nó có khả năng cung cấp không giới hạn số kênh này Khách hàng sẽ tự do điều khiển những gì họ muốn

xem và xem vào bất cứ lúc nào họ muốn Đây là đặc tính vốn có và có thể xảy ra của IPTV vì nó có sự kếthợp của khả năng tương tác hai chiều trên nền mạng IP

1.5.2 Video theo yêu cầu

VoD là dịch vụ cung cấp các chương trình truyền hình dựa trên các yêu cầu của thuê bao Các dịch vụ

truyền hình được phát đi từ các bộ lưu trữ phim truyện, chương trình giáo dục hay tin tức thời sự thờigian thự.Ứng dụng VoD cung cấpcho từng thuê bao riêng lẻ để chọn nội dung video và họ xem nó vào lúcthích hợp nhất

Khi hạ tầng mạng IPTV đầu tiên được thiết kế thì các ứng dụng và các dịch vụ tạo lợi nhuận nhưđiện thoại video, hội thoại truyền hình, đào tạo từ xa và camera giám sát an ninh tại nhà đều có thể cungcấp cho khách hàng Có thêm một số dịch vụ và đặc tính tiên tiến hơn so với hệ thống truyền hình quảng bátruyền thống

1.5.3 Quảng cáo có địa chỉ

Thông tin tin nhắn đặc biệt hoặc nội dung đa phương tiện giữa thiết bị và khách hàng dựa trên địa chỉcủa họ gọi là quảng cáo có địa chỉ Địa chỉ được công bố của khách hàng có thể biết được thông qua việcxem xét kỹ profile của người xem Nó được thực hiện bởi lệnh để xác định dù tin nhắn quảng cáo phùhợp hoặc không phù hợp với người nhận Vì thế, quảng cáo có địa chỉ cho phép tính toán nhanh chóng vàchính xác hiệu quả của chiến dịch quảng cáo

Sự hợp tác của người xem là diện mạo của quảng cáo có địa chỉ Ngay khi truyền hình IP được bắtđầu, các hệ thống truyền hình IP có thể hỏi hoặc nhắc nhở người xem khai báo tên của họ từ danh sách đãđăng ký Đổi lại, người xem sẽ muốn chọn tên chương trình của họ Tại đây, tên chương trình đã có mộtprofile và các tin nhắn quảng cáo có thể được lựa chọn, cách xem tốt nhất là kết nối tới profile của ngườixem Bởi vì, các đặc tính tiên tiến đã được đưa ra của truyền hình IP ví dụ như các cuộc gọi tới, e-mail vàhướng dẫn chương trình đều nhớ các kênh ưu thích, người xem có thể thực sự xem chúng

Thu nhập được tạo ra bằng cách gửi các tin nhắn quảng cáo có địa chỉ tới người xem, với các profileđặc biệt có thể lớn gấp 10 đến 100 lần thu nhập từ quảng cáo quảng bá thông thường Khả năng gửicác quảng cáo thương mại tới một số người xem đặc biệt cho phép các nhà quảng cáo cố định được quỹ đầu

tư chính xác cho quảng cáo có địa chỉ Nó cũng cho phép các nhà quảng cáo thử nghiệm một số quảng cáothương mại khác trong cùng một vùng tại cùng một thời điểm

1.6 Sự khác biệt giữa truyền hình Internet và IPTV

Sự phát triển và tiếp đó là sự xâm chiếm của lĩnh vực công nghệ thông tin sang lĩnh vực viễn thông và truyền hình-vốn được xem là hai lĩnh vực hoạt động tương đối độc lập nhau trong suốt quá trình hình thành và phát triển, khiến hai nghành công nghiệp này ngày một xích lại gần nhau hơn và

xu hướng hội tụ được xem là giải pháp hợp lý cho sự phát triển của chúng trong nền kinh tế thị trường Xu hướng này ngày càng được khẳng định khi các nhà cung cấp Internet đang quan tâm đến việc phân phói các chương trình truyền hình và các hãng truyền hình cũng phát triển trên các dịch vụ Internet trên mạng truyền thông của mình.

1.6.1 Khái niệm truyền hình Intenet

Truyền hình Internet (Internet Television) là cụm từ dùng để chỉ dịch

vụ cung cấp chương trình truyền hình qua mạng Internet vì vậy nó còn được gọi là truyền hình trực tuyến (Online Television) Hiện có hai phương thức

để xem chương trình truyền hình qua mạng Internet là:

 Xem trực tiếp theo thời gian thực Real-time (còn gọi là phương thức Download and Play) Việc xem trực tiếp cho phép khách hàng không cần tải file chương trình về máy tính của mình, nhưng cho chất lượng hình ảnh thấp hơn Vì vậy chỉ phù hợp với những kết nối Internet tốc độ cao, hoặc đáp ứng các yêu cầu không cao về chất lượng ảnh.

 Tải file chương trình về máy tính cá nhân (Download stream-file): phương thức này sẽ đảm bảo được chất lượng hình ảnh chương trình, nhưng lại mất thời gian chờ đợi và không áp dụng được cho các chương trình truyền hình trực tiếp

1.6.2 Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet

Do đều được truyền trên mạng dựa trên giao thức IP, người ta đôi lúc hay nhầm IPTV là truyền hình Internet Tuy nhiên, 2 dịch vụ này có nhiều điểm khác nhau:

 Các nền khác nhau: Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet

công cộng để phân phát các nội dung video tới người sử dụng cuối IPTV sử dụng mạng riêng bảo mật để truyền các nội dung video đến khách hàng Các mạng riêng này thường được tổ chức và vận hành bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV.

 Về mặt địa lý: Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sở hữu

và điều khiển không cho phép người sử dụng Internet truy cập Các mạng này chỉ giới hạn trong các khu vực địa lý cố định Trong khi, mạng Internet không có giới hạn về mặt địa lý.

 Quyền sở hữu hạ tầng mạng: Khi nội dung Video được gửi qua

mạng Internet công cộng, các gói sử dụng giao thức Internet mạng nội dung có thể bị trễ hoặc mất đi khi nó di chuyển trong các mạng khác nhau tạo nên mạng Internet công cộng Do đó, nhà cung cấp các dịch vụ

truyền nhình ảnh qua mạng Internet không đảm bảo chất lượng truyền hình như với truyền hình mặt đất, truyền hình cáp hay truyền hình vệ tinh Thực tế là các nội dung video truyền qua mạng Internet khi hiển thị trên màn hình TV có thể bị giật và chất lượng hình ảnh thấp Trong khi, IPTV chỉ được phân phối qua một hạ tầng mạng của nhà cung cấp dịch vụ Do đó người vận hành mạng có thể điều chỉnh để có thể cung cấp hình ảnh với chất lượng cao.

 Cơ chế truy cập: Một set-top box số thường được sử dụng để truy cập

và giải mã nôi j dung viedeo được phân phát qua hệ thống IPTV , trong khi

PC thương được sử dụng để truy cập các dịch vụ Internet Các loại phần mềm được sử dụng trong PC thường phụ thuộc vào loại nội dung truyền hình Internet Ví dụ như, để download các chương trình TV từ trên mạng Internet, đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm media cần thiết để xem được nội dung đó Hay hệ thống quản lí bản quyền cũng cần để hỗ trợ cơ chế truy cập.

 Giá thành: Phần trăm nội dung chương trình được phân phát qua

mạng Internet công cộng tự do thay đổi Điều này khiến các công ty truyền thông đưa ra các loại dịch vụ dựa trên mức giá thành Giá thành các loại dịch vụ IPTV cũng gần giống với mức phí hàng tháng của truyền hình truyền thống Các nhà phân tích mong rằng truyền hình Internet và IPTV có thể hợp lại thành 1 loại hình dịch vụ giải trí.

TÓM TẮT

IPTV là một hệ thống cho phép phân phối các chương trình thời gian thực, phim truyện và các dạng nội dung video tương tác khác trên một mạng nền IP Hạ tầng mạng IPTV end-to-end có thể bao gồm tất cả hoặc một số thành phần sau:

 Trung tâm dữ liệu IPTV là nơi chịu trách nhiệm xử lý và điều chế nội dung để phân phối trên một mạng băng rộng.

 Mạng phân phối IPTV bao gồm nhiều kỹ thuật để truyền tải nội dung IPTV từ trung tâm dữ liệu tới người sử dụng.

 Bộ giải mã STB hoặc các gateway được đặt tại nhà thuê bao để cung cấp các kết nối từ Tivi tới mạng truy cập IP

 Mạng gia đình có khả năng phân phối dữ liệu, thoại và video giữa các thiết bị khác nhau

Ngoài cấu trúc cơ sở hạ tầng, cấu trúc mạng IPTV còn được cụ thể bằng các cấu trúc chức năng Cấu trúc chức năng sẽ cụ thể hóa nhiệm vụ của từng thành phần tham giao vào mạng phân phối IPTV Cấu trúc chức năng bao gồm 6 chức năng: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiển, vận chuyển, thuê bao và bảo an Khi triển khai mạng IPTV để phân phối nội dung cho thuê bao thì vấn đề cần quan tâm là các cơ chế được sử dụng Có ba cơ chế phân phối là unicast, broadcast, và multicast Tùy vào dịch vụ phân phối mà có các cơ chế phân phối thích hợp, ví dụ như để phân phối dịch vụ VoD thì cần cơ chế multicast, nội dung chỉ được phân phối cho những thuê bao có yêu cầu IPTV là một dịch vụ mới, do đó sẽ có các công nghệ để hỗ trợ triển khai Các công nghệ cho dịch vụ IPTV đó là vấn đề xử

lý nội dung, các VoD và Video server, và các hệ thống hỗ trợ hoạt động Trong đó, công nghệ xử lý nội dung, cụ thể là các tiến bộ trong kỹ thuật nén

dữ liệu và các hệ thống hỗ trợ hoạt động là các công nghệ mới phát triển.

CHƯƠNG II

CHUẨN NÉN SỬ DỤNG TRONG IPTV

Nén cho phép các nhà cung cấp dịch vụ truyền các kênh hình và tiếng với chất lượng cao qua mạng IP băng rộng Do mắt người ko thể phân biệt được toàn bộ các phần của hình ảnh.

Do đó việc nén sẽ làm giảm độ lớn của tín hiệu ban đầu bằng cách bỏ bớt các phần của hình ảnh.

2.1 Nén MPEG

MPEG là 1 chuẩn nén được sử dụng rộng rãi trong thông tin vệ tinh, truyền hình cáp và trong các hệ thống truyền hình mặt đất MPEG (moving pictures exert group) được thành lập nhằm phát triển các kĩ thuật nén cho phù hợp vói việc truyền hình ảnh Từ khi được thành lập, MPEG đã đưa ra các chuẩn nén như: MPEG-1, MPEG-2, MPEG4-( Part 2 và part 10), MPEG-7, và MPEG-21 Trong các chuẩn này, MPEG-2 và MPEG-4 Part 10 được sử dụng rộng rãi trong IPTV.

2.2 Chuẩn MPEG2

MPEG 2 là 1 công nghệ đạt được thành công lớn và là 1 chuẩn nén có ưu thế vượt trội dành cho truyền hình số được truyền qua nhiều mạng truyền thông băng rộng Chuẩn nén MPEG-2 được chia thành 2 loại nén hình và nén tiếng

Nén hình: Video ở dạng cơ bản là 1 chuỗi các ảnh liên tục 1 frame được định nghĩa với

1 chuỗi bit header Mắt người thường thấy thoải mái khi xem TV với tốc độ 25 hình/s Sẽ không có lợi nếu phát với tốc độ nhanh hơn vì người xem không thể nhận ra sự khác biệt do đó

có thể dung lượng của những hình ảnh bằng cách nén chúng lại Các bộ nén hình được sử dụng với mỗi frame mà vẫn giữ chất lượng hình ảnh cao.

2.2.1 Quá trình nén MPEG

Phần đầu tiên của nén bao gồm 1 quá trình tiền đồng bộ Quá trình này cơ bản bao gồm

việc làm giảm kích thước của các frame Làm giảm kích thước của các frame chính là làm giảm

số lượng bit , điều này cũng giúp giảm băng thông cần thiết để truyền tín hiệu Tuy nhiên, quá trình này không phải ko có trở ngại Ví dụ, sự giảm kích thước của khung có thể thường xuyên gây ra những lỗi tỉ số cạnh (giống như sai tỉ lệ 4/3 hay 16/9) khi được thể hiện trên màn hình

TV có độ phân giải thấp.

Phần 2 của quá trình nén tín hiệu là chia 1 frame ảnh ra thành các block có kích thước 8 nhân 8 pixel –khối mã hóa nhỏ nhất trong giải thuật của MPEG Có 3 loại block; độ chói Y,

màu khác nhau của hình ảnhtrg khi độ chói mang thông tin về những phần màu đen hoặc trắng của hình ảnh.

Khi hoàn thành 2 phần trên, MPEG sẽ thực hiện 1 hàm toán được gọi là biến đổi cosin rời rạc đối với mỗi block riêng biệt Kết quả thu được là một ma trận hệ số 8*8 DCT sẽ biến

đổi sự khác nhau về không gian thành các tần số khác nhau, nhưng không làm thay đổi các thông tin trong block, các blcok ban đầu sẽ được tái tạo lại 1 cách chính xác sử dụng biến đổi ngược Nguyên tắc thực hiện hàm này bao gồm việc chia các block thành các phần tùy theo mức độ quan trọng Những phần quan trọng sẽ đươc giữ nguyên cho tới bước tiếp theo trong khi các phần còn lại sẽ bị giảm bớt Điều này sẽ đảm bảo rằng mắt người không chú ý tới việc những phần không quan trọng của block bị bỏ bớt khi tốc bít bị hạn chế.

Bước tiếp theo trong MPEG là quá trình lượng tử hóa Quá trình lượng tử hóa dữ liệu số

là quá trình làm giảm số lượng bít của các block Mức lượng tử đối với mỗi tìn hiệu video là rất quan trọng

Khi tất cả các block trong frame đều đã đc nén lại, MPEG sẽ ngắt các frame thành 1 dạng mới gồm nhiều block gọi l à macro block Mỗi macro block có kích thước 16 nhân 16 chứa các block độ chói và block thành phần màu Nếu có sự khác biệt giữa frame cuối cùng và frame hiện tại, các thiết bị nén MPEG sẽ chuyển những block mới này tới 1 vị trí mới trên frame hiện tại Điều này giúp không phải gửi đi những hình ảnh mới hoàn toàn, do đó có thể tích kiệm băng thông Có 2 cách để thực hiện điều đó:

Nén theo không gian là làm giảm các bít trên từng frame riêng biệt điều này có thể đạt

được do các pixel luôn đứng cạnh nhau trong các frame thường có giá trị giống nhau Do đó thay về mã hóa từng pixel riêng biệt Kĩ thuật nén theo không gian này mã hóa sự khác biệt giữa các pixel cạnh nhau Số lượng bít cần thiết để mã hóa những khác biệt này ít hơn số lượng bít cần thiết để mã hóa từng pixel riêng biệt

Nén theo thời gian là làm giảm các bit giữa các frame liên tục Trong quá trình sản

xuất video có những thông tin được lặp lại giữa những frame liên tiếp VD: nếu trên hình có 1 bức tường , bức tường vẫn xuất hiện liên tục trong 30 hình tiếp theo, mà không thay đổi ( bức tường đó không thay đổi trong vòng 1s) Thay vì mã hóa 30 lần liên tục trong 1s, nên thời gian chỉ gửi đi các thông tin dự đoán chuyển động giữa những frame hình, trong trương hợp của bức tường trong VD trên, dự đoán chuyển động được đặt = 0.

Có nhiều phuơng thức khác nhau để nén 1 frame hình VD như với 1 frame hình có độ phức tạp cao thì cần phương pháp nén có yếu tố nén theo không gian thấp bởi vì chỉ có 1 phần rất nhỏ các pixel được lặp lại Nếu tốc đọ bit có sự thay đổi lớn thì khó có thể truyền đi trong mạng IP, vì thế nhiều bộ mã hóa bao gồm cả chức năng đệm để có thể điều khiển và quản lí tốc

độ chung mà tại đó các bit được truyền đi tới tầng tiếp theo của hệ thống sản xuất video.

Bước tiếp theo của quá trình nén MPEG là mã hóa các macroblock thành các slice Slice

là 1 chuỗi ảnh đặt nằm ngang cạnh nhau từ trái sang phải Nhiều slice kết hợp với nhau tạo thành 1 hình Mỗi slice được mã hóa độc lập với nhau để hạn chế lỗi.

2.2.2 Các ảnh trong chuẩn nén MPEG

Chuẩn nén MPEG định nghĩa 3 loại ảnh:

Intra-frame (I-frame) frame được mã hóa riêng biệt không phụ thuộc các frame trước

đó hoặc tiếp theo Mã hóa theo hệ thống đc sử dụng gần giống như nén JPEG Đây là frame độc lập và đc sử dụng để tạo ra các loại frame khác.

P-frame ( forward predicted frame) khung dự đoán ảnh tiếp theo là khung dự đoán ảnh dựa trên các frame I trước đó MPEG không thực sự mã hóa ảnh mà chứa các thông tin về chuyển động cho phép IPTVCD có thể tái tạo lại frame P-frame yêu cầu ít băng thông hơn I- frame, điều này là yếu tố quan trọng đối với mạng dựa trên IPTV.

B-frame (Bi-directional predicted frame ) frame dự đoán hướng: B-frame là frame đc tạo thành từ việc kết hợp các thông tin từ cả I-frame và P-frame Mã hóa B-

trong các khung tham khảo sau đó B-frame chiếm ít dung lượng hơn là I-frame va frame Vì thế dòng Mpeg video gồm nhiều B-frame thì chiếm dung lượng thấp hơn so với dòng chứa các frame I va P Thậm chí, B-frame giúp làm tối thiểu băng thông cần thiết đối với các dòng MPEG video Tuy nhiên, B-frame cũng có hạn chế đó là độ trễ Do IPTVCD phải kiểm tra 2 khung trước và sau trước khi tạo ra B-frame.

P-3 loại ảnh trên kết hợp với nhau tạo thành 1 chuỗi các frame đc gọi là nhóm ảnh (GOP ) Mỗi nhóm ảnh bắt đầu bằng một frame I và có một số các frame B và P, Mỗi nhóm ảnh MPEG

có cấu trúc như sau:

[I B B B P B B B P B B B P B B B P]

Mỗi nhóm ảnh cần bắt đầu với một khung I, mặc dù kích thước của mỗi nhóm ảnh là khác nhau, nhưng trung bình mỗi nhóm ảnh trong IPTV có khoảng 12 đến 15 frame Mỗi cấu trúc của một nhóm ảnh thông thường có thể được miêu tả bởi 2 thông số: N, số ảnh trong một nhóm và M, khoảng cách giữa các frame Các nhóm ảnh được chia thành 2 loại: nhóm đóng

và nhóm mở Với nhóm đóng, khung B cuối cùng không yêu cầu khung I đầu tiên cho nhóm ảnh tiếp theo để giải mã, trong khi với nhóm mở cần yêu cầu khung I cho nhóm ảnh tiếp theo Các nhóm ảnh sau đó được kết hợp với nhau để tạo thành dòng video Mỗi dòng video bắt đầu

biết một đoạn mã, theo sau đó là một header và kết thúc với một mã duy nhất.

Thứ tự các khung được truyền đi trên mạng băng rộng thì khác với thứ tự các khung trong chuối bit đầu vào của bộ mã hóa Bởi vì bộ giải mã trong IPTVCD cần xử lý các frame I

và P trước khi tạo ra khung B Mối quan hệ tổng thể giữa các chuỗi ảnh, ảnh, các slice, các khối macro, các khối và các điểm ảnh được minh họa ở hình sau:

Hình Cấu trúc dòng MPEG video

Mặc dù MPEG-2 được sử dụng trong truyền hình cáp và vệ tinh, nhưng MPEG-2 có nhưng hạn chế đối với các mạng có băng thông giới hạn.Do đó một công nghệ nén mới với nhiều tính năng đã được phát triển trong nhưng năm gần đây vơi mục đích truyền video qua mạng băng thông giới hạn MPEG-4 part 10 được sử dụng trong hạ tầng mạng IPTV.

2.3 MPEG-4

Chuẩn MPEG-4 thành công hơn so với chuẩn MPEG-2 Thêm vào đó, MPEG-4 đưa ra 1

hệ thống hoàn chỉnh với các đặc điểm hỗ trợ các định dạng dữ liệu Mpeg-4 bao gồm rất nhiều phần có thể thực hiện cùng nhau hoặc riêng biệt

• Phần 5: Các phần mềm tham chiếu, đưa ra một nhóm các phần mềm tham chiếu quan trọng, được sử dụng để triển khai MPEG-4 và phục vụ như một ví dụ demo về các bước

• Phần 6: Khung chuẩn cung cấp truyền thông đa phương tiện tích hợp DMIF (Delivery Multimedia Integration Framework), xác định một giao diện giữa các ứng dụng và mạng lưu trữ.

• Phần 7: Các đặc tính của một bộ mã hoá video tối ưu (bổ xung cho các phần mềm tham chiếu, nhưng không phải là các triển khai tối thiểu cần thiết).

• Các phần mới bổ xung tiếp cho chuẩn MPEG-4 sau này là:

• Phần 8: Giao vận (về nguyên tắc không được xác định trong chuẩn, nhưng phần 8 xác định cần ánh xạ như thế nào các dòng MPEG-4 vào giao vận IP).

• Phần 11: Mô tả khung hình (Scene Description - được tách ra từ phần 1);

• Phần 12: Định dạng file truyền thông ISO (ISO Media File Format);

• Phần 13: Quản lý bản quyền nội dung IPMP (Intellectual Property Management and Protection Extensions);

• Phần 14: Định dạng fille MP4 (trên cơ sở phần 12);

• Phần 15: Định dạng file AVC (cũng trên cơ sở phần 12);

• Phần 16: AFX (Animation Framwork eXtensions) và MuW (Multi-user Worlds).

2.4 Tổng quan về MPEG-4 Part 10

Đầu năm 1998, 2 tổ chức ITU-T và VCEG đã cùng đưa ra một chuẩn nén mới H.26L

nhằm tăng gấp đôi hiệu suất nén Do đó chuẩn nén này sẽ mở ra nhiều ứng dụng mới như truyền hình qua mạng Internet, truyền hình di động và phát triển các ứng dụng hiện có.

Cuối năm 2001, VCEG và MPEG đã thành lập JVT ( Joint Video Team) có nhiệm vụ hoàn thành chuẩn nén mới và chính thức được thông qua với tên gọi là MPEG-4 Part 10 hoặc H.264/AVC vào tháng 3 năm 2003.

2.4.1 Cấu trúc phân lớp của H.264/AVC

Với sự gia tăng các ứng dụng và dịch vụ trên nhiều mạng thì câu hỏi đặt ra là làm thế nào quản lí được các ứng dụng đó Do vậy, chuẩn H.264/AVC phải có độ linh hoạt cao và có thể ứng dụng trên nhiều mạng khác nhau Do đó, chuẩn H.264/AVC được thiết

kế theo phân lớp mã hóa video VCL ( Video Coding Layer) và lơp NAL làm nhiệm vụ tương thích với môi trường mạng khác nhau.

Hình: Cấu trúc phân lớp của H.264

a)Lớp mạng NAL ( Network Abstration Layer)

NAL có khả năng ánh xạ từ lớp VCL đến lớp truyền tải:

+ RTP/IP cho dịch vụ thời gian thực qua mạng Internet (conversational và

streaming).

+ Định dạng file: ISO MP4 cho lưu trữ và truyêng tải MMS.

+ H32x cho các dịch vụ đàm thoại có dây và không dây.

+ Dòng truyền tải MPEG-2 cho các dịch vụ quảng bá.

Gói NAL: dữ liệu video được mã hóa được tổ chức trong một đơn vị NAL( hay gói NAL) Mỗi gói có độ dài tính theo byte Byte đầu tiên của mỗi gói NAL là byte mào đầu,

nó chỉ rõ loại dữ liệu được chứa trong NAL, các byte còn lại chứa dữ liệu.

Phần dữ liệu của NAL được ghép xen

Cấu trúc của đơn vị NAL có định dạng chung cho việc sử dụng truyền trong hệ thống hướng bit và hướng gói.

b) Lớp mã hóa Video

Lớp mã hóa video của H.264/AVC thì tương tự với các tiêu chuẩn khác như

MPEG-2 video Nó là sự kết hợp dự đoán theo thời gian và theo không gian,vàvới mã chuyển vị Ảnh được tách thành các khối Ảnh đầu tiên của dãy hoặc điểm truy nhập ngẫu nhiên thì được mã hóa “Intra”, có nghĩa là không dùng thông tin nào ngoài thông tin chứa trong bản thân ảnh Mỗi mẫu của một khối trong một frame Intra được dự đoán nhờ dùng các mẫu không gian bên cạnh của các khối đã mã hóa trước đó Đối với tất cả các ảnh còn lại

của dãy hoặc giữa các điểm truy cập ngẫu nhiên, mã hóa “Inter” được sử dụng, dùng dự đoán bù chuyển động từ các ảnh được mã hóa trước.

c) Khái niệm về ảnh, khung, bán ảnh, macroblock

Tín hiệu video được mã hóa trong H.264 bao gồm tập hợp các ảnh được mã hóa có trật tự Một ảnh có thể biểu diễn bằng cả một khung hoặc một bán ảnh Nhìn chung, một khung gồm có hai bán ảnh xen kẽ nhau: bán ảnh trên và bán ảnh dưới Bán ảnh trên gồm các dòng chẵn 0, 2, 4, …, H/2 -1, với H là tổng số dòng trong một khung Bán ảnh dưới gồm các dòng lẻ và bắt đầu từ dòng thứ 2.

Hình: Các bán ảnh trong một khung

Các macroblock: Mỗi ảnh video, frame hoặc field, được chia thành các

macroblock có kích thước cố định bao trùm một diện tích ảnh hình chữ nhật gồm 16 x 16 mẫu thành phần luma và 8 x 8 mẫu cho mỗi một trong hai thành phần chroma Tất cả các mẫu macroblock luma hoặc chroma được dự đoán theo không gian hoặc thời gian, và dự đoán tại chỗ hợp thành được truyền đi nhờ dùng mã chuyển vị Do vậy mỗi thành phần màu dự đoán tại chỗ được chia nhỏ thành các khối Mỗi khối được biến đổi nhờ dùng biến đổi nguyên (an integer transform), và các hệ số biến đổi được lượng tử hóa và được truyền đi bằngphương pháp mã hóa entropy.

Các macroblock được tổ chức thành các slice, biểu diễn các tập con của ảnh đã cho

và có thể được giải mã độc lập Thứ tự truyền các macroblock trong dòng bit phụ thuộc vào bản đồ phân phối Macroblock (Macroblock Allocation Map) và không nhất thiết phải theo thứ tự quét H.264 / AVC hỗ trợ năm dạng mã hóa slice khác nhau Đơn giản nhất là slice I (Intra), trong đó tất cả macroblock được mã hóa không có tham chiếu tới các ảnh khác trong dãy video Tiếp theo là các slice P và B, ở đó việc mã hóa có tham chiếu tới các ảnh trước nó (slice P) hoặc cả ảnh trước lẫn ảnh sau (slice B) Hai dạng slice còn lại là

SP (switching P) và SI (switching I), được xác định cho chuyển mạch hiệu quả giữa các dòng bit được mã hóa ở các tốc độ bit khác nhau.

2.4.1 H.264 CODEC

Giống như các tiêu chuẩn nén trước đây ( ví dụ như 1, 2 và

MPEG-4),H.264 không được định nghĩa là bộ CODEC ( một cặp encoder và decoder) mà H.264 định nghĩa các cú pháp của luồng nén video Trong thực tế, bộ mã hóa và giải mã bao gồm các thành phần cơ bản như trong hình 2.8 và hình 2.9 So với các chuẩn nén trước bao gồm các thành phần như bộ dự đoán, biến đổi, lượng tử, mã hóa entropy, H.264 CODEC còn bao gồm bộ lọc deblocking và có nhiều thay đổi quan trọng trong các chi tiết về chức năng của các thiết bị.

Bộ mã hóa (hình 2.8) bao gồm 2 dòng dữ liệu , dòng forward (từ trái sang phải) và dòng tái tạo (từ phải sang trái) Dòng dữ liệu trong bộ giải mã được truyền từ phải sang trái trong hình 2.9.

Hình 2.7: Sơ đồ bộ mã hóa H.264.

Bộ mã hóa dòng forward

Một khung hoặc trường lối vào Fn được xử lí trong các khối của một macroblock ( đáp ứng cho 16x16 pixel trong một hình bình thường) Mỗi macroblock được mã hóa ở chế

độ trong ảnh hoặc liên ảnh, với từng block trong macroblock Một dự doán PRED (kí hiệu là

P trong hình 2.8) được định dạng dựa trên các mẫu ảnh được tái tạo lại

Trong chế độ nén liên ảnh, PRED được hình thành từ slice hiện thời vừa được mã hóa,

n trong hình, chú ý rằng các mẫu không được lọc được sủ dụng để tạo nên PRED)

Trong chế độ nén trong ảnh, PRED được hình thành bằng cách dự đoán bù

n

−1 vừa được mã hóa Nhưng, dự đoán tham chiếu đối với mỗi macroblock có thể được chọn từ các hình ảnh trong quá khứ hoặc trong tương lai vừa được mã hóa, tái tạo và lọc ( theo thứ tự hiển thị)

Dự đoán PRED trừ với block hiện tại đer tìm ra sự khác biệt , được biến đổi và lượng

tử hóa để thu được hệ số lưởng tử X sẽ được sắp xếp lại và mã hóa entropy Hệ số được mã hóa entropy cùng với thông tin về cạnh được mã hóa trong mỗi block trong macroblock (chế

độ dự đoán, mức lượng tử, thông tin về vector chuyển động, …) định dạng nên các dòng bit

để truyền tơi lớp mạng trừu tượng để truyền hoặc lưu trữ.

Hình 2.8: Bộ mã hóa

Bộ mã hóa dòng tái tạo

Bên cạnh việc mã hóa và truyền tải các block trong macroblock, bộ mã hóa còn giải

mã ( tái tạo) chúng để làm tham khảo cho các dự đoán trong tương lai Hệ số X được giải

n Block dự

Mục đích chính của bộ giải mã dòng tái tạo trong bộ mã hóa là để chắc chắn rằng cả

bộ mã hóa và giải mã đều sử dụng các tham số khung đã xác định để tạo ra dự đoán P Nếu không có các tham số này, dự báo P ở bộ mã hóa và giải mã sẽ không được xác định, dẫn đến lỗi giữa bộ mã hóa và giải mã.

Hình 2.9 Bộ giải mã 2.4.3 Các đặc điểm chính của MPEG-4 part 10

a) Kích thước block ảnh có thể thay đổi được

Thành phần độ chói của macroblock (16*16 mẫu) có thể được chia theo 4 cách: một

macro block 16 *16 phần macroblock, hai macroblock 16*8 phần, hai 8* 16 phần hoặc bốn macroblock 8*8 phần Nếu kiểu 8*8 phần được chọn, mỗi bốn 8*8 sub-macroblock trong

một macro block có thể được chia theo 4 cách: một phần macro block 8*8, hai phần macroblock 4*8, hai phần sub-macroblock 8*4 hoặc bốn phần sub-macroblock 4*4 Các phần này và các sub-macroblock tạo ra nhiều cách kết hợp giữa trong mỗi macroblock Trong thực tế, phần có kích thước lớn phù hợp với những vị trí không chi tiết, và phần kích thước nhỏ phù hợp với các vị trí có độ chi tiết cao.

sub-Hinh 2.10: Bù chuyển động b.) Độ chính xác của vector bù chuyển động

Mỗi phần hay mỗi phần sub-macroblock trong một macro được mã hóa trong ảnh được

dự đoán từ một vùng có cùng kích thước trong ảnh tham khảo Hầu hết các chuẩn nén trước

đó chỉ đạt được độ chính xác ½ của vector bù chuyển động, nhưng với H.264 có thể đạt tới

¼.

c.) Tham chiếu nhều ảnh bù chuyển động

Ảnh p trong MPEG-2 là ảnh dự đoán được tham chiếu từ một ảnh trước đó, còn ảnh B

là dự đoán 2 chiều được tham chiếu từ nhiều ảnh I hoặc P trước và sau nó.

Trong chuẩn nén H.264, ảnh hiện tại có thể tham chiếu bởi nhiều ảnh, điều này cho phép tăng hiệu suất nén Một lượng lớn các ảnh được giải nén và lưu trong bộ giải nén.

Trong các chuẩn nén trước đó, thứ tự các ảnh dùng cho mục đích tham chiếu bù chuyển động và thứ tự các ảnh thể hiện có mỗi quan hệ chặt chẽ với nhau Tuy nhiên, chuẩn nén H.264 đã khắc phục nhược điểm này bằng cách cho phép bộ giải nén lựa chọn thứ tự các ảnh tham chiếu.

2.4.4 Ưu điểm của H.264/AVC

Chất lượng hình ảnh tốt: H.264 là chuẩn nén sử dụng công nghệ âm thanh, hình ảnh mới khả năng nén tốt hơn so với các chuẩn nén trước đó Do đó, chuẩn nén cung cấp dịch

vụ phân phát hình ảnh chất lượng cao qua mạng băng thông giới hạn.

Yêu cầu băng thông thấp: Chất lượng hình ảnh của H.264 gần giống với MPEG-2 nhưng H.264 cần ít băng thông để truyền tải tín hiệu với cùng chất lượng Đăc điểm này rất phù hợp sử dụng trong hệ thống IPTV.

Có khả năng kết hợp với các thiết bị xử lý video có sẵn như MPEG-2 và hạ tầng mạng dựa trên IP đã có sẵn.

Hỗ trợ truyền hình độ phân giải cao: Khi sử dụng tối ưu chuẩn nén có

Hỗ trợ nhiều ứng dụng: Chuẩn nén H.264 được sử dụng trong nhiều ứng dụng, với nền khác nhau thì có những yêu cầu riêng Ví dụ, ứng dụng truyền đa điểm trong IPTV yêu cầu phải hiển thị hình ảnh ở dạng chuẩn truyền hình, trong khi, đối với các ứng dụng giải trí di động, hình ảnh phải hiển thị được trên các thiết bị di động Để phù hợp với mọi ứng dụng, chuẩn nén H.264 có rất nhiều profile và level với đặc điểm là tốc độ bit và kích thước ảnh.

Có thể truyền độc lập: Chuẩn nén H.264 có thể truyền qua nhiều giao thức như ATM, RTP, UDP, TCP và các dòng MPEG-2.

Dễ dàng thích nghi với các mạng chất lượng kém nhờ cơ chế sửa lỗi.

2.4.5 Các ứng dụng của H.264/AVC

Chuẩn nén này được thiết kế cho các ứng dụng sau:

Truyền hình quảng bá qua vệ tinh, cáp, mặt đất…

Truyền hình tương tác, video theo yêu cầu (VoD).

Lưu trữ đĩa quang, băng từ, DVD.

Tích hợp dịch vụ qua ISDN, LAN, DSL, mạng không dây, mạng di động, modem

Nhắn tin đa phương tiện MMS qua ISDN, DSL, LAN mạng di động.

Còn nhiều ứng dụng khác được phát triển trên mạng hiện tại như video, phone,… và mạng tương lai

CHƯƠNG 3

CÁC KỸ THUẬT PHÂN PHỐI MẠNG IPTV

Hiện nay IPTV được nhìn nhận như là con đường tốt nhất để phân phối các dịch vụ truyền hình kỹ thuật số cho khách hàng Bản chất của IPTV là một mạng phân phối tốc độ cao được làm nền móng để phân phối nội dung Mục đích của mạng này là truyền tải dữ liệu giữa thiết bị khách hàng IPTVCD và trung tâm dữ liệu của các nhà cung cấp dịch vụ Nó cần làm việc này mà không ảnh hưởng tới chất lượng của luồng video được phân phối tới thuê bao IPTV, nó cũng quyết định cấu trúc mạng và độ phức tạp được yêu cầu để hỗ trợ các dịch vụ IPTV Cấu trúc một mạng IPTV gồm

có hai phần là mạng truy cập băng rộng và mạng tập trung hay backbone Các loại mạng mở rộng khác bao gồm các hệ thống cáp, điện thoại cáp đồng, mạng không dây và vệ tinh có thể được sử dụng để phân phối các dịch vụ mạng IPTV tiên tiến Phần chính của chương này là tập trung diễn giải các

công nghệ mạng phân phối IPTV Ngoài ra chương này cũng phân tích các công nghệ mạng lõi cơ bản triển khai các dịch vụ IPTV.

3.1 Các loại mạng truy cập băng rộng

Một thách thức cơ bản đặt ra đối với các nhà cung cấp dịch vụ là việc cung cấp đủ dung lượng băngthông trong mạng “sống” giữa mạng lõi backbone và thiết bị đầu cuối tại nhà thuê bao Có một số địnhnghĩa được sử dụng để diễn giải về loại mạng này như mạng mạch vòng (local loop), mạng “last mile”,mạng biên (edge) Nhưng trong tài liệu này xin sử dụng định nghĩa là mạng truy cập băng rộng Cóbốn loại mạng truy cập (có dây dẫn) băng rộng khác nhau có khả năng cung cấp đủ các yêu cầu về băngthông của dịch vụ IPTV là:

 Mạng truy cập cáp quang

 Mạng DSL

 Mạng cáp truyền hình

 Mạng Internet

Các nhà cung cấp khác nhau lựa chọn các hệ thống phân phối tùy thuộc vào điều kiện tài nguyên mạng

và nhu cầu thực tế Các phần sau đưa ra một cách tổng quát các loại mạng truy cập băng rộng được sử dụngtrong hạ tầng mạng IPTV end-to-end

3.2 IPTV phân phối trên mạng truy cập cáp quang

Đối với IPTV thì yêu cầu về băng thông lớn nhưng chi phí hoạt động phải thấp và tránh được các can

nhiễu Do đó, người ta quan tâm tới việc sử dụng mạng cáp quang đang có sẵn để triển khai các dịch vụIPTV Các liên kết cáp quang cung cấp cho khách hàng đầu cuối một kết nối chuyên dụng tốt nhất đểthuận tiện cho việc tiếp nhận nội dung IPTV Các công nghệ về sản xuất sợi quang gần đây cho khảnăng băng thông lớn hơn, từ đó có thể thực thi một trong các cấu trúc mạng sau:

 Cáp quang tới khu vực văn phòng (FTTRO – Fiber to the regional office): sợi quang từtrung tâm dữ liệu IPTV tới khu vực văn phòng một cách gần nhất được lắp đặt bởi cáccông ty viễn thông hoặc công ty cáp Sau đó sợi cáp đồng sẽ được sử dụng để truyền tínhiệu tới người dùng đầu cuối IPTV trong khu vực văn phòng đó

 Cáp quang tới vùng lân cận (FTTN – Fiber to the neighborhood): như ta đã biết sợi quangđược tập trung tại các node, FTTN đòi hỏi thiết lập sợi quang từ trung tâm dữ liệu IPTVtới bộ chia “vùng lân cận” Đây là vị trí node có khoảng cách nhỏ hơn 1,5 Km tính từ nhàthuê bao Việc triển khai FTTN cho phép người dùng nhận một gói các dịch vụ trả tiềnbao gồm truyền hình IPTV, truyền hình chất lượng cao và video theo yêu cầu

 Cáp quang tới lề đường (FTTC – Fiber to the curd ): sợi quang được lắp đặt từ trung tâm dữliệu IPTV tới các tủ cáp được đặt tại lề đường Từ đó một sợi dây cáp đồng hoặc cáp đồngtrục được sử dụng để nối từ đầu cuối cáp quang trong tủ cáp tới vị trí thiết bị IPTV của nhàthuê bao

 Cáp quang tới nhà khách hàng (FTTH – Fiber to the home): với sợi quang tới nhà kháchhàng, toàn bộ các định tuyến từ trung tâm dữ liệu IPTV tới nhà khách hàng đều được kết nốibởi sợi quang này FTTH dựa trên mạng quang có khả năng phân phối dung lượng dữliệu cao tới người sử dụng trong hệ thống FTTH là hệ thống thông tin song kênh và

hỗ trợ tính năng tương tác của các dịch vụ IPTV

Việc phân phối những cấu trúc mạng này thường được triển khai bằng hai loại mạng khác nhau mộtchút đó là mạng quang thụ động và mạng quang tích cực.

3.2.1 Mạng quang thụ động

Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là công nghệ mạng kết nối điểm – đa điểm Mạng

sử dụng các bước sóng khác nhau để truyền dữ liệu từ trung tâm dữ liệu IPTV tới các điểm đích màkhông có các thành phần điện Mạng quang thụ động được xây dựng dựa trên các mạng FTTx theo các tiêuchuẩn quốc tế Tiêu chuẩn G.983 của ITU là tiêu chuẩn đang được sử dụng hiện nay Mạng PON theo tiêuchuẩn G.983 bao gồm một kết cuối đường quang OLT (Optical Line Termination) được đặt tại trungtâm dữ liệu IPTV và một số các kết cuối mạng quang ONT (Optical Network Termination) được lắp đặttại thiết bị đầu cuối người dùng Trong trường hợp này, các kỹ thuật truyền tải dữ liệu tốc độ cao trên cápđồng được sử dụng (ví dụ như DSL) để truyền các tín hiệu IPTV vào thiết bị đầu cuối của mỗi hộ gia đìnhKết cuối đường quang OLT bao gồm cáp quang và các bộ chia quang để định tuyến lưu lượng mạng tớicác kết cuối mạng quang ONT

 Cáp quang: kết cuối OLT và các ONT khác nhau được kết nối với nhau bằng cáp quang Với

truyền dẫn bằng cáp quang thì can nhiễu thấp và băng thông cao Theo tiêu chuẩn G.983 chophép mạng PON truyền các tín hiệu ánh sáng được số hóa với khoảng cách tối đa là 20 Km

mà không sử dụng bộ khuếch đại

 Bộ chia quang: Bộ chia quang được sử dụng để chia tín hiệu tới thành những tín hiệu đơn

lẻ mà không thay đổi trạng thái của tín hiệu, không biến đổi quang - điện hoặc điện –quang Bộ chia quang cũng được sử dụng để kết hợp nhiều tín hiệu quang thành một tín hiệuquang đơn Bộ chia quang cho phép 32 hộ gia đình chia sẻ băng thông của mạng FFTx Cáp quang và bộ chia quang là các thiết bị thụ động, việc sử dụng các thiết bị thụ động để truyền dẫncác bước sóng qua mạng mà không cần cung cấp nguồn từ xa để giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng Mục đích chính của ONT là cung cấp cho các thuê bao IPTV một giao diện với mạng PON Nó nhậnluồng tín hiệu dạng ánh sáng, giám sát địa chỉ được gán trong các gói tin và chuyển đổi thành tín các tínhiệu điện Kết cuối ONT có thế định vị ở bên trong hoặc bên ngoài nhà thuê bao, được cung cấp nguồn từtrong nhà và bao gồm các mạch vòng (bypass) cho phép điện thoại vẫn hoạt động bình thường khinguồn bị hỏng Phần lớn các kết cuối ONT gồm có một giao diện Ethernet cho đường dữ liệu, một cổngRJ-11 cho kết nối vào hệ thống điện thoại gia đình và một giao diện cáp đồng trục để cung cấp các kếtnối tới Tivi Kết cuối ONT cũng làm nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu quang để truyền trên mạngPON

Hình 3.1 miêu tả cấu trúc mạng PON cơ bản được xây dựng để hỗ trợ phân phối các dịch vụ IPTV vàInternet tốc độ cao cho sáu hộ gia đình khác nhau Như trên hình 3.1, một sợi quang đơn được kéo từ trungtâm dữ liệu IPTV tới một bộ chia quang, vị trí của bộ chia quang được đặt rất gần nhà thuê bao Băng thôngtrên sợi quang được chia sẻ và có khả năng hỗ trợ dung lượng cao từ 622 Mbps tới vài Gbps

Hình 3.1 Mạng IPTV FTTH sử dụng công nghệ PON

Mạng PON trên hình 3.1 cũng mô tả 3 loại bước sóng truyền dẫn khác nhau Bước sóng đầu tiênđược sử dụng để mang lưu lượng Internet tốc độ cao Bước sóng thứ hai được chỉ định mang các dịch vụIPTV và bước sóng thứ ba có thể được sử dụng để mang lưu lượng tương tác từ nhà thuê bao trở lại nhàcung cấp dịch vụ Trên hình 3.1 cũng mô tả thiết bị ghép kênh theo bước sóng WDM, WDM được lắp đặttại trung tâm dữ liệu IPTV và bên trong kết cuối OLT cho phép mạng PON hỗ trợ truyền dẫn nhiều kênhsong song hoặc nhiều bước sóng trên một sợi quang Như vậy, sẽ tạo một số kênh quang ảo trên một sợiquang đơn Trong WDM, dung lượng của mạng được tăng lên bằng việc gán bước sóng bắt đầu từnguồn quang đến các bước sóng riêng biệt trên phổ tần truyền dẫn quang

Có 3 công nghệ mạng PON là BPON, EPON và GPON hỗ trợ cả truyền hình vô tuyến truyền thống

và IPTV Chi tiết cụ thể của mỗi công nghệ được tìm hiểu trong các phần sau

3.2.1.1 BPON

Mạng quang thụ động băng rộng PON dựa trên tiêu chuẩn G.983 của ITU-T Đây là topology mạng

FTTx hỗ trợ các tốc độ dữ liệu lên đến 622 Mbps cho hướng xuống và 155 Mbps cho hướng lên Như vậy,đây là phương thức truyền bất đối xứng, do luồng dữ liệu xuống trong truyền dẫn point-to-point là giữaOLT và ONT, ngược lại đường lên là từ ONT được sinh ra tại các khe thời gian để truyền dẫn dữ liệu.Việcgán các khe thời gian làm giảm bớt sự xung đột lưu lượng giữu các ONT trên mạng; tuy nhiên nó làmgiảm toàn bộ tốc độ dữ liệu của kênh thông tin hướng lên Lưu ý rằng BPON cũng có thể được cấu hình

để hỗ trợ lưu lượng dữ liệu đối xứng

BPON sử dụng chuyển mạch ATM như là giao thức vận chuyển Các mạng dựa trên nền ATM hầuhết đều phân phối các ứng dụng dữ liệu, thoại và video ở tốc độ cao Chuyển mạch ATM chia tất cả thông

tin truyền đi thành các block nhỏ gọi là các cell, vì thế nó là công nghệ có tốc độ rất cao Các cell được

cố dịnh kích thước, mỗi cell có 5 byte header và trường thông tin chứa 48 byte dữ liệu Trường thông tincủa cell ATM mang nội dung IPTV, ngược lại header chứa thông tin thích hợp để thực hiện chức năng

là giao thức ATM

ATM đã được phân loại như là giao thức định hướng kết nối, các kết nối giữa đầu thu và đầu phát đãđược thiết lập trước để truyền dữ liệu video IP trên mạng Khả năng giữ trước băng thông để cho các ứngdụng nhạy với độ trễ là một đặc tính khác của mạng ATM Đây là đặc tính thường được sử dụng đểphân phối các dịch vụ IPTV Việc phân phối các kênh riêng biệt cho các dịch vụ khác nhau giúp loại bỏđược can nhiễu

3.2.1.2 EPON

Mạng quang thụ động EPON là mạng truy cập được phát triển bởi một nhóm gọi là EFM (Ethernet inthe First Mile) của IEEE và được chấp nhận như là một chuẩn vào năm 2004 Như tên của nó, EPON làmạng PON sử dụng Ethernet làm cơ chế truyền dẫn Các tốc độ hỗ trợ phụ thuộc vào khoảng cách giữaOLT và ONT Lưu ý rằng các mạng EPON chỉ hỗ trợ lưu lượng mạng Ethernet

3.2.1.3 GPON

Mạng quang thụ động GPON là hệ thống truy cập dựa trên tiêu chuẩn G.984 của ITU-T GPON về cơbản là nâng cấp cho BPON, GPON hỗ trợ cho các tốc độ truyền dẫn hướng xuống cao hơn, cụ thể là 2,5Gbits hướng xuống và 1,5 Gbits hướng lên, đây là các tốc độ đạt được cho khoảng cách lên tới 20 km.Ngoài ra GPON còn hỗ trợ các giao thức như Ethernet, ATM và SONET, và các đặc tính bảo an được cảitiến

GPON cung cấp các hỗ trợ đa giao thức cho phép các nhà khai thác mạng tiếp tục cung cấp cho kháchhàng các dịch vụ viễn thông truyền thống, trong khi cũng dễ dàng giới thiệu các dịch vụ mới như IPTV vào

hạ tầng mạng của họ Bảng 3.1 tóm tắt đặc tính của các công nghệ mạng PON được sử dụg để truyền tải tínhiệu IPTV

Với sự quan tâm phát triển công nghệ mạng PON trong tương lai thành mạng truy cập dịch vụ đầy đủ,IEEE tiếp tục phát triển mạng PON thế hệ tiếp theo Tại thời điểm nà, đã bắt đầu có hai công nghệ mạngPON mới đó là WDM-PON và 10G-PON

Bảng 3.1 So sánh các công nghệ mạng PON: BPON, EPON và GPON

3.2.2 Mạng quang tích cực

Mạng quang tích cực AON (Active optical network) sử dụng các thành phần điện giữa trung tâm dữ

liệu IPTV và đầu cuối người dùng Trong thực tế, cấu trúc mạng AON sử dụng các chuyển mạch Ethernetđặt tại vị trí giữa trung tâm dữ liệu IPTV và điểm kết cuối của mạng cáp quang

3.3 IPTV phân phối trên mạng ADSL

Trong một vài năm gần đây có một số lớn các công ty điện thoại trên khắp thế giới tuyên bốtham gia vào thị trường IPTV Sự tham gia của các công ty viễn thông vào thị trường đầy tiềm năng này,dẫn đến kết quả là các nhà cung cấp truyền hình cáp và mạng băng rộng không dây đưa ra các dịch vụthoại và truy cập Internet để cạnh tranh Đáp lại, các công ty viễn thông đang nắm giữ thuận lợi là hạ tầngmạng DSL bắt đầu đưa ra các dịch vụ truyền hình thế hệ tiếp theo cho thuê bao của họ Chú ý rằng DSL

là công nghệ cho phép các nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông lớn trên sợi dây cápđồng đang dùng chỉ để truyền thoại Nó làm biến đổi hạ tầng mạng cáp điện thoại đang tồn tại giữa tổngđài nội hạt và điện thoại nhà khách hàng thành đường dây số tốc độ cao Đây là khả năng cho phép cáccông ty điện thoại sử dụng mạng đang có của họ để cung cấp các dịch vụ dữ liệu Internet tốc độ cao chothuê bao

Băng thông là một vấn đề quan trọng trong việc phân phối các dịch vụ IPTV thế hệ mới Một số mạngbăng rộng dựa trên DSL hiện có được kế thừa từ các chuẩn DSL, Báo cáo luận văn tốt nghiệp Chương II:Các kỹ thuật phân phối mạng IPTV nó không chỉ đơn giản là có khả năng hỗ trợ các dịch vụ video tốc độcao Hầu hết các mạng đó bị hạn chế trong việc phân phối luồng dữ liệu IP tới mỗi hộ gia đình Trong một

số trường hợp nó không thể gửi tín hiểu truyền hình chất lượng chuẩn trên mạng truy cập DSL Việc tăngquá trình thực thi được yêu cầu cho IPTV có thể đạt được bằng cách triển khai các công nghệ DSL nhưADSL, ADSL2+ và VDSL Tổng quan về các công nghệ và cách thức hoạt động được tìm hiểu trong cácphần sau

3.3.1 ADSL

Đường dây thuê bao kỹ thuật số bất đối xứng ADSL là kỹ thuật trong họ xDSL được sử dụng rộngrãi nhất hiện nay trên các mạng viễn thông thế giới ADSL là công nghệ kết nối điểm – điểm, nó cho phépcác nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông rộng trên đường dây cáp đồng điện thoạiđang tồn tại Nó được gọi là “bất đối xứng” vì thông tin được truyền từ trung tâm dữ liệu tới thiết bịIPTVCD nhanh hơn thông tin được truyền từ IPTVCD tới trung tâm dữ liệu Cũng vì thế đặc tính kếtnối điểm – điểm của ADSL loại trừ được các biến đổi về băng thông của môi trường mạng chia sẻ

Bằng việc sử dụng các kỹ thuật đặc trưng, ADSL cho phép tốc độ downstream là 8 Mbps và tốc độupstream là 1,5 Mbps Bởi vậy, một kết nối ADSL chỉ đủ cho đồng thời hai kênh truyền hình quảng bátheo chuẩn MPEG-2 và một kết nối Internet tốc độ cao Điểm trở ngại chính của ADSL là phụ thuộc vàokhoảng cách tính từ trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp tới nhà khách hàng Nếu nhà khách hàng ở gần

trung tâm dữ liệu thì chất lượng dịch vụ tốt hơn những nhà ở xa Dịch vụ ADSL giới hạn khoảng cách trên

là 18.000 ft hay 5,5 Km

Các thiết bị ADSL cung cấp một kết nối kỹ thuật số trên mạng PSTN, tuy nhiên tín hiệu truyền là tínhiệu tương tự Các mạch ADSL phải sử dụng tín hiệu tương tự vì mạng mạch vòng nội hạt (local loop)không có khả năng truyền các tín hiệu mã hóa dạng số Vì thế, một modem tại trung tâm dữ liệu IPTV chịutrách nhiệm chuyển đổi dữ liệu số thành các tín hiệu tương tự để có thể truyền được Tương tự, tại nhàkhách hàng cũng có một modem chịu trách nhiệm chuyển đổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu số banđầu trước khi đi vào thiết bị IPTVCD Các thiết bị được sử dụng để triển khai dịch vụ IPTV trên mạngADSL như trên hình 3.2 bao gồm:

 Modem ADSL: tại nhà thuê bao có một bộ thu phát ADSL hoặc modem Modem thường

kết nối bằng cổng USB hoặc giao tiếp Ethernet từ mạng gia đình hoặc PC tới đường line DSL

Đa số modem hiện này đều được tích hợp chức năng định tuyến để hỗ trợ các dịch vụ dữ liệu

và truy cập Internet tốc độ cao

 Bộ lọc POTS: người dùng được kết nối với Internet bằng kết nối băng thông rộng ADSL sẽ sử

dụng một thiết bị gọi là bộ lọc POTS để lọc tín hiệu dữ liệu từ các tín hiệu thoại Bộ lọc sẽ lọctín hiệu tới thành tín hiệu tần số thấp đưa tới điện thoại và tần số cao đưa tới mạng gia đình

 DSLAM – Digital Subscriber Line Access Multiplexer: bộ gép kênh truy cập đường dây thuê

bao số Tại mỗi tổng đài khu vực (Regional Office) của nhà cung cấp dịch vụ IPTV, DSLAMnhận các kết nối của thuê bao trên đường dây cáp đồng, tập hợp chúng lại và kết nối trở lạitrung tâm dữ liệu IPTV bằng cáp quang tốc độ cao dựa trên mạng đường trục Để triểnkhai IPTV, DSLAM thường hỗ trợ truyền dẫn đa điểm (multicast) vì thế không cần phải tái tạolại các kênh cho từng yêu cầu từ một người xem IPTV DSLAM chịu trách nhiệm trong việcphân phối nội dung IPTV từ tổng đài khu vực tới các thuê bao IPTV DSLAM có hai loại làDSLAM lớp 2 và DSLAM nhận biết IP

Hình 3.2 IPTV trên cấu trúc mạng ADSL

 DSLAM lớp 2: hoạt động tại lớp 2 trong mô hình OSI và thực hiện các chức năng như

chuyển mạch lưu lượng giữa Ethernet và ATM, chuyển tiếp các lưu lượng mạng ngược dòng

(up-stream) và ngăn ngừa can nhiễu giữa các thêu bao IPTV Việc chuyển mạch giữa các mạch

ảo ATM và các gói Ethernet ngược dòng được dễ dàng bằng cách sử dụng cơ chế bắc cầu

 DSLAM nhận biết IP: hỗ trợ các giao thức IP hoạt động tại lớp 3 trong mô hình OSI.

Các chức năng tiên tiến được tích hợp trong các DSLAM nhận biết IP là tái tạo các kênhtruyền hình quảng bá và kênh thực hiện theo lệnh

Công nghệ ADSL là một ý tưởng cho các dịch vụ tương tác khác nhau, tuy nhiên, đó không phải làgiải pháp tốt nhất để phân phối nội dung IPTV do các nguyên nhân sau:

 Tốc độ dữ liệu: tốc độ tối đa của ADSL là 8 Mbps chỉ hỗ trợ sử dụng tốt cho hai kênh truyền

hình chất lượng cao và một số lưu lượng Internet, tuy nhiên, nó sẽ không thể đáp ứng đượccho các nhà cung cấp IPTV khi phân phối các chương trình lớn tới thuê bao của họ

 Tính tương tác: vì công nghệ ADSL tốc độ download thấp hơn tốc độ upload do vậy nó sẽ

hạn chế trong việc cung cấp các dịch vụ ngang hàng (peer-to- peer) yêu cầu băng thôngdownload và upload bằng nhau

Cũng vì thế, các nhà cung cấp dịch vụ mạng đã bắt đầu triển khai các công nghệ ADSL tiên tiến đểkhắc phục các hạn chế, và ADSL2 là một trong các công nghệ đó

3.3.2 ADSL2

Các chuẩn của họ ADSL2 được đưa ra để đáp ứng các yêu cầu về băng thông, hỗ trợ cho các ứngdụng yêu cầu băng thông lớn như IPTV Có 3 loại khác nhau của họ ADSL2:

 ADSL2: ADSL2 là phiên bản đầu tiên của ADSL2 được phê chuẩn bởi ITU vào năm 2003.

ADSL2 bao gồm một số cải tiến so với chuẩn ADSL gốc là đặt tên khác, các tốc độdownload cao hơn và khoảng cách từ tổng đài trung tâm tới modem của thuê bao xa hơn

 ADSL2+: ADSL2+ được chuẩn hóa sau ADSL2 Đây là chuẩn xây dựng trên ADSL2 và chophép các nhà cung cấp dịch vụ mạng đưa ra các tốc độ lên tới20 Mbps và hoạt động tốt trongkhoảng 1,5 Km tính từ tổng đài trung tâm tới modem nhà thuê bao

 ADSL(Reach): công nghệ phát triển ADSL2 để vượt lên khoảng cách 1,5 Km tính từ tổng đài

trung tâm tới nhà thuê bao được gọi là ADSL mở rộng hay viết tắt là RE-ADSL2 Reach) RE-ADSL2 đã được chuẩn hóa năm2003 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ IPTVtăng khoảng cách lên tới 6 Km tính từ tổng đài trung tâm gần nhất tới nhà thuê bao Nó là côngnghệ tốt nhất thực thi được trong giới hạn về khoảng cách và tốc độ trên các sợi cáp đồng

(ADSL-3.3.3 VDSL

Đường dây thuê bao số tốc độ cao VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) dựa trên nhữngnguyên lý cơ bản như công nghệ ADSL2+ Nó là công nghệ DSL mới nhất và phức tạp nhất tại thờiđiểm này, và nó đã được phát triển để khắc phục các khuyết điểm của các phiên bản công nghệ truy cậpADSL trước đây Nó loại trừ được hiện tượng “thắt cổ trai” và hỗ trợ khả năng tốc độ rất lớn cho phép cácnhà cung cấp dịch vụ đủ điều kiện để đưa ra cho các thuê bao IPTV rất nhiều dịch vụ để lựa chọn bao gồm

cả VoD và truyền hình quảng bá định dạng HD VDSL cũng được thiết kế để hỗ trợ các truyền dẫn củachuyển mạch ATM và lưu lượng IP trên cáp đồng, điều đó rất có lợi cho các nhà cung cấp khi họ muốn

kế thừa các mạng ATM trên hạ tầng mạng IP Một số thành viên trong họ gia đình VDSL như sau:

 VDSL1: đây là công nghệ được thông qua năm 2004 Nó hoạt động tại tốc độ giới hạn cao

hơn 55 Mbps cho kênh hướng xuống và 15 Mbps cho hướng lên Tuy nhiên nó chỉ hoạt độngđược trong khoảng cách ngắn

 VDSL2: là một cải tiến từ VDSL1 và được định nghĩa trong kiến nghị G.993.2 của ITU-T.

Nó có thể được chia nhỏ thành VDSL2 (Long Reach) và VDSL2 (Short Reach)

 VDSL2 (Long Reach): do thực tế DSL phụ thuộc vào chiều dài của vòng nội hạt (local

loop), một phiên bản VDSL được tạo ra để phân phối các dịch vụ IPTV cho số lượng lớnkhách hàng, trong khi vẫn được hưởng khả năng truy cập băng rộng tốc độ cao VDSL với cáccải tiến về khoảng cách có thể cung cấp cho các thuê bao IPTV tốc độ truy cập băng rộng là

30 Mbps cách tổng đài trung tâm từ 1,2 – 1,5 km

 VDSL2 (Short Reach): dựa trên điều chế DMT, công nghệ này sử dụng 4096 tone, chia ra

thành các băng tần 4 KHz và 8 KHz Chuẩn VDSL2 sử dụng kỹ thuật ghép kênh cho phép nóhoạt động ở tốc độ cao gấp 12 lần so với chuẩn ADSL, tốc độ đó là 100 Mbps cho kênh hướngxuống trong khoảng cách 350m Mặc dù tốc độ kênh hướng lên không đạt được 100 Mbps,nhưng các tốc độ đó đã vượt trội hơn so với các tốc độ kênh hướng lên của ADSL2+ Các cấp

độ thực thi đạt được với giả thiết là không có can nhiễu trên sợi cáp đồng và chất lượng củacáp là tốt nhất Khả năng để cung cấp cho thuê bao IPTV tốc độ 100 Mbps để truy cập dịch

vụ cho phép các nhà khai thác bắt đầu đưa ra các dịch vụ tương tác tiên tiến khác cho kháchhàng của họ

Các đặc tính mới của VDSL2 như cải thiện chất lượng dịch vụ QoS và cải tiến kỹ thuật mã hóa tất cảđều thích hợp để phân phối các ứng dụng triple-play Lợi ích quyết định giúp củng cố vị trí vững chắc củaVDSL trong công nghệ DSL là tính tương thích ngược và khả năng phối hợp với các phiên bản trước củamạng ADSL Điều này cho phép các nhà cung cấp IPTV giải quyết ổn thỏa và có hiệu quả trong việc pháttriển các mạng thế hệ mới dựa trên nền VDSL

Có hai phương thức chính được các nhà cung cấp dịch vụ IPTV sử dụng để tích hợp VDSL2 vào hạtầng mạng đang có của họ Phương thức thứ nhất là thêm các thiết bị VDSL2 mới tại các tổng đài khu vực

và cho phép DSLAM chạy song song với hệ thống DSLAM ADSL đang có Phương thức thứ hai là đặtthiết bị VDSL2 gần thuê bao IPTV Bảng 3.2 so sánh đặc tính của các công nghệ DSL được sử dụng đểtruyền tải tín hiệu IPTV Điểm tích cực chính của DSL cho các hệ thống IPTV trong thực tế là nó lợi dụngmạng dây dẫn đang tồn tại trên thế giới hiện nay Điểm tiêu cực là tất cả các mạng DSL đều phải cânbằng giữa khoảng cách và dung lượng băng thông, tức là tốc độ của DSL sẽ giảm nếu khoảng cách từ thuêbao tới tổng đài trung tâm tăng lên

3.4 IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp

Các mạng truyền hình cáp truyền thống CATV (Cable Television) đã có được sự vượt trội trong việcphân phối hàng trăm kênh truyền hình đồng thời tới hàng ngàn user Mỗi user có thể chọn một kênh bất

kỳ trong hàng trăm kênh chỉ đơn giản bằng cách dò Tivi hoặc thông qua bộ giải mã STB Các hệ thống này dễ dàng thêm các thuê bao mới bằng cách tách và khuếch đại tín hiệu Trong quá khứ, tính tương tác

đã bị giới hạn hoặc không được sử dụng tại tất cả các hệ thống, tất cả nội dung chỉ gửi trực tiếp tới người xem

Bảng 3.2 So sánh các công nghệ DSLCông nghệ

DSL

Downstream (Mbps)

Usptream (Mbps)

Khoảng cách lớn nhất (Km)

Các dịch vụ được hỗ trợ

ADSL 8 1 5,5 1 kênh video SD nén MPEG truy

cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIp

ADSL2 12 1 5,5 2 kênh video SD nén MPEG-2 hoặc

1 kênh HD, truy cập Internet tốc độ cao và các dich vụ VoIp

ADSL2+ 25 1 6 5 kênh video SD Mpeg-2 hoặc 2

kênh HD Mpeg-4, tru cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIp

ADSL-Reach 25 1 6 12 kênh video SD Mpeg-2 hoặc 5

kênh HD Mpeg-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIp

30 30 1,2-1,5 7 kênh video SD Mpeg-2 hoặc 3

kênh HD Mpeg-4, truy cập Internet tốc độc cao và các dịch vụ VoIp

VDSL2

(Short

Reach)

kênh HD Mpeg-4, truy cập Intrnet tốc độ cao và các dịch vụ VoIp

Ngày nay các nhà khai thác CATV đã bắt đầu tìm kiếm các hệ thống phân phố video với nhiều cảitiến, điều đó cho phép họ đưa ra dịch vụ triple-play video, voice và dịch vụ dữ liệu Công nghệ IP là côngnghệ nền tảng cho việc hội tụ các dịch vụ khác Các nhà khai thác truyền hình cáp đã có những đầu tư quantrọng để nâng cấp mạng của họ, hỗ trợ cho việc triển khai các dịch vụ tiên tiến IPTV Để hiểu việc phânphối nội dung IPTV trên mạng truyền hình cáp về mặt công nghệ trong vấn đề này, trước tiên ta cần cócác khái niệm cơ bản về mạng hỗn hợp HFC

3.4.1 Tổng quan về kỹ thuật HFC

Nếu mạng truyền hình cáp có thể sử dụng trên các vùng đặc thù thì khách hàng có thể truy cập IPTV

từ mạng dựa trên kỹ thuật cáp quang, cáp đồng trục hỗn hợp HFC(hybrid fiber/coax) Kỹ thuật HFC nóiđến một số cấu hình mạng hỗn hợp của cáp quang và cáp đồng trục được sử dụng để phân phối lại cácdịch vụ truyền hình kỹ thuật số Các mạng xây dựng dựa trên kỹ thuật HFC có một số đặc tính thuận lợichuyển giao cho các dịch vụ thế hệ mới như sau:

 Đặc tính vật lý của cáp đồng trục và cáp quang hỗ trợ mạng hoạt động ở tốc độ vài Gbps Như trên hình 3.3 ta thấy cấu trúc của mạng HFC gồm có đường trục chính là cáp quang kết nối theocác node quang tới mạng cáp đồng trục Node quang hoạt động như một giao tiếp, nó kết nối các tín hiệuupstream và downstream đi ngang qua mạng cáp quang và cáp đồng trục Phần mạng cáp đồng trục củamạng HFC sử dụng topology cây-phân nhánh, các thuê bao truyền hình kết nối tới mạng HFC theo mộtthiết bị đặc biệt gọi là bộ chia cáp Tap Tín hiệu truyền hình số được phát từ trung tâm dữ liệu tới các nodequang Node quang phân phối tín hiệu thông qua cáp đồng trục, bộ khếch đại và bộ chia cáp Tap tới kháchhàng

3.4.2 IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp

Những cuộc thảo luận trong lĩnh vực công nghiệp truyền hình cáp về vấn đề truyền tải lưu lượngqua một mạng dựa trên nền IP đã và đang tiếp tực diễn ra Do sự cạnh tranh về thị trường kinh doanhtruyền hình thu phí từ các nhà cung cấp viễn thông và những hiệu quả lớn về băng thông khi sử dụng kỹthuật phân phối IP, dẫn tới các nhà khai thác mạng truyền hình cáp phải hướng tới sử dụng mô hình mạng

IP để phân phối nội dung tới người dùng

Việc chuyển một mạng dựa trên tần số vô tuyến RF(Radio Frequency) sang mạng chuyển mạch video

số SDV (Switched Digital Video) trên nền IP, dù bằng cách nào thì vẫn cần phải lắp đặt một số thiết bịmới từ các router tới bộ giải mã IP STB (Set- top box) và các switch tốc độ cao Một số ưu thế của việctriển khai sang mạng chuyển mạch SDV:

 Một số lượng lớn băng thông của mạng sẽ được dự trữ bởi vì nhà khai thác chỉ nhận đượcyêu cầu phát một kênh truyền hình đơn lẻ tới bộ giải mã STB Đây rõ ràng là sự trái ngược vớicác hệ thống cũ mà ở đó tất cả các kênh đều được phát quảng bá trên mạng và các kênhkhông sử dụng vẫn chiếm giữ băng thông

 Băng thông dư thừa cho phép các nhà khai thác mạng cáp truyền hình có thể phân phối cácdịch vụ và nội dung IPTV tới thuê bao của họ

 Những nhà khai thác mạng cáp truyền hình có thể đo đạc và giám sát một cách chính xácnội dung đã xem của mỗi thuê bao Đây là một đặc tính quan trọng cho các nhà khai thácmuốn tạo thêm doach thu bằng quảng cáo

Hình 2.4 mô tả một cấu trúc mạng IPTV cáp được tạo thành từ sự kết hợp các thiết bị của công nghệ

RF và công nghệ IP

Một số thiết bị phần cứng được mô tả trên hình 2.4 bao gồm:

 Switch hay Router GigE: GiE (Gigabit Ethernet) nổi lên như là một giao thức vận chuyển đượclựa chọn để kết nối các thành phần mạng IP GigE thường được sử dụng cho các ứngdụng đòi hỏi dung lượng cao, ví dụ như VoD Router GigE tập hợp lưu lượng IPTV vàcung cấp các kết nối tới mạng truy cập lõi

 Mạng truyền dẫn quang: mạng lõi cung cấp con đường mạng giữa video server trong trungtâm nội dung và các bộ điều chế tại các biên của mạng Mạng lõi có thể là mạng quang đồng

bộ SONET, mạng ATM và mạng ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng DWDM

 Bộ điều chế biên: các bộ điều chế được đặt tại các tổng đài khu vực nhận nội dung IPTV từmạng lõi, chuyển đổi nội dung từ các gói IP sang RF và phân phối trên mạng HFC tới bộ giải

mã STB

Trên đây chỉ là một ví dụ về triển khai IPTV cáp quy mô lớn và sử dụng cấu trúc theo bậc thông quaviệc thiết lập các trung tâm dữ liệu phân phối theo vùng Trong mô hình trên tất cả nội dung đều được điềuchế thành các sóng mang RF và được biên dịch thành RF băng rộng ngõ ra, thường nằm trong dải từ 50 chotới 860 MHz Một số hệ thống hoạt động với tần số lên tới 1 GHz, với các tần số cao thường được dànhriêng cho các dịch vụ thoại và dữ liệu

Từ trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp, một đường trung kế lớn được sử dụng để phân phối tín hiệubăng rộng tới các Hub phân phối Từ Hub phân phối, tín hiệu băng thông rộng được gửi tới mạng truyềndẫn quang, thông qua mạng HFC, các tín hiệu băng rộng được gửi tới các bộ STB trong nhà khách hàng

Hình 3.4.1 Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV cáp kết hợp IP và RF

3.5 IPTV phân phối trên mạng Internet

Từ lúc truyền hình được phát minh, một số công nghệ đã được phát triển để phân phối tín hiệu truyềnhình tới khách hàng trên toàn thế giới Một số mạng cơ bản là vô tuyến, ADSL, cáp quang và mạng truyềnhình cáp Trong thời gian gần đây nhất có một mạng cũng cho phép khách hàng xem truyền hình quảng

bá và nội dung video theo yêu cầu, đó là mạng Internet Lợi dụng tốc độ băng thông rộng kết hợp với cáctiến bộ trong trong kỹ thuật nén dữ liệu và có nhiều chương trình để lựa chọn hơn, đó là một số lý do tại sao

số lượng khách hàng đã sử dụng Internet để giải trí tăng lên IPTV triển khai trên mạng Internet có thể làmột trong các dạng ứng dụng sau

3.5.1 Các kênh truyền hình Internet streaming

Việc phân phối các kênh truyền hình trên Internet là một ứng dụng rộng rãi của IPTV, bao gồm nội dungvideo được streaming từ một server tới các thiết bị client có khả năng xử lý và hiện thị nội dung video Cácloại thiết bị được sử dụng để xem các kênh truyền hình Internet thường là PC hoặc PC trung tâm đa phươngtiện Các kênh truyền hình Internet được streaming cũng có thể đưa vào điện thoại di động hoặc bộ giải mãSTB Nội dung các kênh truyền hình Internet được streaming cũng có thể được phân phối theo thời gianthực và người xem có thể xem lại theo cách xem truyền hống Quá trình kỹ thuật streaming kênh truyềnhình Internet thường bắt đầu tại server streaming, tại đó nội dung video được đóng vào trong các gói IP, nénlại và phát qua mạng Internet tới PC client PC có các phần mềm, thường là một chương trình tìm duyệt(browser), giải nén nội dung video và phát ra video còn “sống” Khoảng thời gian từ lúc chọn kênhtruyền hình tới lúc xem được thường ngắn và phụ thuộc tốc độ kết nối có thể có giữa server và client Môhình cấu trúc mạng được sử dụng để phân phối kênh truyền hình trên Internet như trên hình 2.5