Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ IPTVVOD trên hạ tầng mạng truyền hình cáp HFC

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 đ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Lê Nhật Thăng

Hà Nội - 2011

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG BIỂU, SƠ ĐỒ, HÌNH VẼ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 3

TỔNG QUAN VỀ IPTV, CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG IPTV 3

1.1 Giới thiệu IPTV 3

1.1.1 Khái niệm IPTV 3

1.1.2 Đặc trưng của IPTV 3

1.1.3 Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet 4

1.1.4 Ưu điểm của IP và sự lựa chọn IP cho IPTV 5

1.1.5 Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV 6

1.1.5.1 Sơ đồ mạng IPTV 6

1.1.5.2 Cấu trúc chức năng dịch vụ IPTV 7

1.1.6 Các dịch vụ IPTV 9

1.1.6.1 Các dịch vụ video IPTV 10

1.1.6.2 Các dịch vụ IPTV audio 11

1.1.6.3 Các dịch vụ IPTV gaming 12

1.1.6.4 Các dịch vụ thông tin tích hợp 12

1.1.6.5 Các dịch vụ quảng cáo 13

1.2 Các công nghệ phân phối mạng IPTV 14

1.2.1 Phân phối IPTV trên mạng truy cập cáp quang 14

1.2.2 Phân phối IPTV trên mạng DSL 14

1.2.2.1 ADSL 15

1.2.2.2 ADSL2 16

1.2.2.3 VDSL 16

1.2.3 Phân phối IPTV trên mạng Internet 18

1.2.3.1 Các kênh truyền hình Internet streaming 19

1.2.3.2 Download Internet 20

1.2.3.3 Chia sẻ video ngang hàng 21

1.2.4 Phân phối IPTV trên mạng truyền hình cáp 21

1.2.4.1 Tổng quan về kỹ thuật HFC 21

1.2.4.2 IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp 22

1.3 Chuẩn nén dữ liệu sử dụng trong IPTV 24

1.3.1 Tổng quan nén MPEG 24

1.3.2 ITU-T H.264/AVC 25

1.3.2.1 Giới thiệu 25

1.3.2.2 Phạm vi ứng dụng và các điểm tiêu biểu của H.264/AVC 26

1.3.2.3 Ưu điểm của H.264/AVC 28

1.4 Một số giao thức sử dụng trong mạng IPTV 29

1.4.1 Truyền dẫn Multicast 29

1.4.2 Truyền dẫn Unicast 30

1.4.3 Các giao thức khác 30

1.5 Kết luận chương 1 31

CHƯƠNG 2 32

ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV 32

2.1 Giới thiệu chung về chất lượng dịch vụ IPTV 32

2.1.1.1 Khái niệm QoS 32

2.1.1.2 Khái niệm QoE 32

2.1.2 Quan hệ giữa QoS và QoE 33

2.1.3 Sự cần thiết của QoS, QoE trong mạng IPTV 36

2.1.4 Các yêu cầu đối với chất lượng của các dịch vụ IPTV 37

2.2 Các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ QoS và chất lượng trải nghiệm QoE 37 2.2.1 Tham số đánh giá chất lượng dịch vụ QoS 37

37

2.2.1.2 Băng thông – Bandwidth 38

2.2.1.3 Độ trễ - Delay 39

2.2.1.4 Độ biến thiên trễ - Delay variation/Jitter 39

2.2.1.5 Mất gói – Packet loss 40

2.2.1.6 Nghẽn trên server 40

2.2.1.7 Mạng lõi, mạng truy nhập và mạng tại thuê bao 41

2.2.2 Tham số đánh giá chất lượng dịch vụ QoE 41

2.3 Các tiêu chuẩn áp dụng cho chất lượng dịch vụ IPTV 43

2.3.1 Tiêu chí chất lượng tín hiệu video/audio 43

2.3.2 Tiêu chí về truyền dẫn 44

2.3.3 Tiêu chí thời gian tương tác 45

2.3.4 Tiêu chí đồng bộ giữa tín hiệu hình và tiếng 45

2.3.5 Các tiêu chí chất lượng phục vụ 46

2.3.5.1 Độ khả dụng của dịch vụ 46

2.3.5.2 Thời gian thiết lập dịch vụ 46

2.3.5.3 Thời gian khắc phục dịch vụ 47

2.4 Kết luận chương 2 47

CHƯƠNG 3 48

CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ IPTV/VOD TRÊN MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP HFC VCTV 48

3.1 Giới thiệu mạng Truyền hình Cáp VCTV 48

3.1.1 Giới thiệu chung về VCTV 48

3.1.1.1 Lịch sử và các dịch vụ của VCTV 48

3.1.1.2 Cơ cấu tổ chức 50

3.1.2 Phân tích hiện trạng mạng VCTV 50

3.1.2.1 Tổng quan về hệ thống mạng truyền hình cáp VCTV 51

3.1.2.2 Thực trạng hệ thống truyền hình cáp VCTV 55

3.2 Case Study: Triển khai hệ thống IPTV trên mạng Cáp VCTV 57

3.2.1 Sơ đồ, cấu trúc hệ thống 57

3.2.2 Kết quả đo các tham số chính 58

3.2.3 Nhận xét, đánh giá chất lượng dịch vụ 64

3.3 Một số giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ IPTV/VOD trên mạng truyền hình cáp HFC của VCTV 65

3.3.1 Nâng cao hiệu năng quản lý, theo dõi, giám sát hệ thống 65

3.3.1.1 Các biện pháp đảm bảo QoS IPTV ở Head-end 65

3.3.1.2 Các biện pháp đảm bảo QoS ở mạng quản lý 66

3.3.1.3 Các biện pháp đảm bảo QoS ở Home network 66

3.3.1.4 Các biện pháp đảm bảo QoS ở mạng truyền dẫn 66

3.3.2 Tối ưu thiết kế mạng đáp ứng chất lượng dịch vụ IPTV 70

3.3.2.2 Sự cần thiết phải đầu tư cải tạo, nâng cấp mạng cáp quang 71

3.3.2.3 Phân tích lựa chọn phương án kỹ thuật và công nghệ 71

3.3.3 Triển khai DOCSIS 3.0 74

3.3.3.1 Giới thiệu tổng quan về DOCSIS 74

3.3.3.2 DOCSIS 3.0 79

3.3.3.3 Triển khai DOCSIS 3.0 82

3.4 Kết luận chương 3 86

KẾT LUẬN 87

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO CHÍNH 88

Từ viết tắt Nghĩa Tiếng Anh Nghĩa Tiếng Việt

Line

Đường dây thuê bao số bất đối xứng

Network

Mạng quang thụ động băng rộng

Community Antenna Television

Truyền hình cáp hữu tuyến

System

Hệ thống kết cuối modem cáp

như mô hình tổng thể

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức Internet

Telecommunications Union – Telecommunication

Tổ chức viễn thông quốc tế về các tiêu chuẩn viễn thông

Middleware Các phần mềm chức năng hoặc dịch vụ liên kết các thành phần đặc

biệt (ví dụ như server các ứng dụng, VoD server và STB) và các thành phần ứng dụng (ví dụ như giám sát truy cập có điều kiện, hệ thống tính cước và các dịch vụ tương tác, )

Committee

Ủy ban hệ thống truyền hình quốc gia (Mỹ)

Network

Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng

modulation

Điều chế biên độ trực giao

nhiên

thực

Protocol

Giao thức quản lý mạng đơn giản

trong các luồng nối tiếp nhau theo một tỷ lệ phù hợp với tốc độ dữ liệu được sử dụng bởi thiết bị hiển thị

Internet Protocol trên nền IP

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 3.7 Phổ tần mạng cáp VCTV đo bằng máy phân tích phổ Techtronix

2714

56

Hình 3.13 Ảnh hưởng giữa số client và băng thông (down) dịch vụ VoD

của đường truyền

61

bị hỏng

Bảng 2.3 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã

Bảng 2.6 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-4

AVC hay VC-1

45

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Hiện nay sự phát triển của các dịch vụ truyền hình vệ tinh, sự tăng trưởng của dịch

vụ truyền hình cáp số, và đặc biệt là sự ra đời của HDTV đã để lại dấu ấn to lớn đối với lĩnh vực truyền hình Tuy nhiên, trên thế giới đã xuất hiện một phương thức cung cấp dịch vụ mới đó là IPTV (Internet Protocol Television) dựa trên mạng viễn thông băng thông rộng IPTV dễ dàng cung cấp nhiều hoạt động tương tác hơn, tạo nên sự cạnh tranh mạnh mẽ hơn cho các doanh nghiệp kinh doanh dịch vụ truyền hình

Tại Việt Nam, hiện có nhiều nhà khai thác dịch vụ viễn thông lớn đang cạnh tranh nhau 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

Tuy nhiên vấn đề khó khăn của các nhà cung cấp dịch vụ IPTV đó là đảm bảo chất lượng dịch vụ cho nhu cầu càng cao về dịch vụ IPTV của khách hàng Do đó các nhà cung cấp dịch vụ đều tìm mọi cách để nâng cao chất lượng dịch vụ, chiếm được lòng tin của khách hàng Đề tài tập trung nghiên cứu, phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ IPTV/VOD, từ đó đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ, tập trung trên mạng Truyền hình Cáp HFC

Đề tài “Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ IPTV/VOD

trên hạ tầng mạng Truyền hình Cáp HFC” hiện nay là đề tài hết sức thiết thực góp

phần thúc đẩy sự phát triển dịch vụ truyền hình Cáp tại Đài Truyền hình Việt Nam nói riêng và các dịch vụ truyền hình trả tiền tại Việt Nam nói chung

2 Tổng quan các vấn đề nghiên cứu của đề tài

Tổng quan về dịch vụ IPTV/VOD, các công nghệ triển khai IPTV trên mạng viễn thông và mạng HFC

Phân tích các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng dịch vụ IPTV/VOD, các tham số đánh giá chất lượng, các tiêu chí đánh giá dịch vụ IPTV/VOD

Giới thiệu Case Study về triển khai dịch vụ IPTV/VOD đang thực hiện tại VCTV, kết quả đo kiểm các tham số đánh giá chất lượng dịch vụ đang hoạt động Đưa ra nhận xét, so sánh, đánh giá Sau đó đề xuất một số khuyến nghị, giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ IPTV/VOD trên hạ tầng mạng Truyền hình Cáp HFC

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu là dịch vụ IPTV/VOD trên mạng truyền hình Cáp

- Phạm vi nghiên cứu về không gian: Tập trung chính tại VCTV – Trung tâm Kỹ thuật Truyền hình Cáp Việt Nam - Đài Truyền hình Việt Nam

4 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu là vận dụng một cách tổng hợp nhiều phương pháp nghiên cứu cơ bản như: Thống kê, tổng hợp và so sánh, đối chiếu và phân tích

5 Kết cấu luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, mục lục và danh mục tài liệu tham khảo, đề tài được kết cấu thành 3 chương:

- Chương I: Tổng quan về IPTV, các công nghệ sử dụng trong IPTV

- Chương II: Đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV

- Chương III: Các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ IPTV/VOD trên

mạng Truyền hình cáp HFC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ IPTV, CÁC CÔNG NGHỆ SỬ DỤNG TRONG IPTV

1.1 Giới thiệu IPTV

1.1.1 Khái niệm IPTV

IPTV là tên viết tắt của cụm từ Internet Protocol Television - truyền hình qua giao thức Internet Thực chất tất cả các tên gọi 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 Liên minh 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

Có thể thấy, IPTV là một dịch vụ số mà có khả năng cung cấp những tính năng vượt trội hơn khả năng của bất kì cơ chế phân phối truyền hình nào khác Ví dụ, Set – Top Box IPTV có thể thông qua phần mềm để cho phép xem đồng thời 4 chương trình truyền hình trên màn hiển thị, hay có thể nhận tin nhắn SMS, E – mail…

1.1.2 Đặc trưng của IPTV

IPTV có một số điểm đặc trưng sau:

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

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

cho Tivi Khách hàng có thể sử dụng PC của họ và các thiết bị di động để truy cập các dịch vụ IPTV

1.1.3 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:

 Về mặt địa lí:

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 lí cố định

Trong khi, mạng Internet không có giới hạn về mặt địa lí, người dùng Interet nào cũng có thể xem truyền hình Internet ở bất kì đâu trên thế giới

 Quyền sở hữu hạ tầng mạng:

Khi nội dung video được gửi qua mạng Internet công cộng, các gói sử dụng giao thức Internet, nội dung video có thể bị trễ hoặc mất khi nó di chuyển trong các mạng khác nhau trên mạng Internet công cộng Do đó, nhà cung cấp các dịch vụ truyền hình 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 nội dung video được phân phát qua hệ thống IPTV, trong khi PC thường 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:

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 một loại hình dịch vụ giải trí

1.1.4 Ưu điểm của IP và sự lựa chọn IP cho IPTV

Truyền hình số được định thời một cách chính xác, là dòng dữ liệu liên tục có tốc độ bit không đổi, thường hoạt động trên các mạng mà mỗi tín hiệu được truyền đều phục vụ cho mục đích truyền hình Trái với truyền hình, mạng IP truyền những loại dữ liệu khác nhau từ rất nhiều nguồn trên một kênh chung, bao gồm thứ điện tử, trang web, tín nhắn trực tiếp, tiếng nói qua IP (VoIP) mà nhiều loại dữ liệu khác Để truyền đồng thời những dữ liệu này, Mạng Internet phân thông tin thành các gói Như vậy, rõ ràng là IP và truyền hình không phải là một sự kết hợp hoàn hảo (lý tưởng) về công nghệ

Mặc dù không tương thích về căn bản, nhưng thị trường IPTV vẫn bùng nổ Vậy lý do tại sao lại chọn các mạng dựa trên IP để truyền tín hiệu truyền hình? Câu trả lời cho câu hỏi này có thể tóm tắt thành năm điểm sau:

Mạng IP băng rộng đã vươn tới rất nhiều gia đình ở nhiều nước, các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình có thể sử dụng những mạng này để phát các dịch vụ truyền hình mà không cần xây dựng hệ thông mạng riêng của họ

IP có thể đơn giản công việc phát các dịch vụ truyền hình mới, như là chương trình tương tác, truyền hình theo yêu cầu…

Giá thành của mạng IP tiếp tục giảm do số thiết bị được sản xuất mỗi năm rất lớn và sự tồn tại của các chuẩn trên toàn thế giới

Mạng IP có mặt trên toàn thế giới, và số người dùng mạng Internet tốc độ cao tiếp tục tăng rất nhanh

IP là công nghệ hoàn hảo cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm sự trao đổi

dữ liệu, mạng cục bộ, chia sẻ tệp tin, lướt web và nhiều nhiều nữa…

IP cung cấp cơ chế để định hướng truyền gói giữa các thiết bị được liên kết trong mạng IP là một giao thức phổ biến được sử dụng khắp các mạng Internet và hàng triệu các mạng khác có sử dụng IP Không có IP, mọi việc sẽ hỗn loạn bởi vì không có cách nào để một thiết bị gửi dữ liệu một cách riêng biệt tới một thiết bị khác

Với việc sử dụng các mạng IP để truyền dẫn tín hiệu truyền hình, việc xem truyền hình hiện đại sẽ rất khác so với xem truyền hình trước đây Các tín hiệu truyền hình bây giờ không khác gì những dữ liệu khác Nhờ đó, ngoài các kênh truyền hình quảng bá truyền thống, chúng ta sẽ có thêm những kênh truyền hình riêng biệt, tương tác để thỏa mãn nhu cầu của từng người

1.1.5 Sơ đồ, cấu trúc hạ tầng IPTV

1.1.5.1 Sơ đồ mạng IPTV

Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV điển hình được minh họa ở hình vẽ dưới đây:

Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV

(i) Headend - Trung tâm dữ liệu IPTV

Cũng được biết đến là ―đầu cuối - headend‖ Trung tâm dữ liệu IPTV nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phương, các nhà tập hợp nội dung, nhà sản xuất, qua đường cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh Ngay khi nhận được nội dung, một số các thành phần phần cứng khác nhau như thiết bị mã hóa, các máy chủ video, bộ định tuyến IP và thiết bị bảo mật dành riêng được sử dụng để chuẩn bị nội dung video cho việc phân phối qua mạng dựa trên IP Thêm vào đó, hệ thống quản

lý thuê bao được yêu cầu để quản lý hồ sơ và phí thuê bao của những người sử dụng

(ii) Mạng truyền dẫn băng thông rộng

Việc truyền dẫn dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm – điểm Trong trường hợp triển khai IPTV trên diện rộng, số lượng các kết nối điểm – điểm tăng đáng kể và yêu cầu độ rộng băng thông của cơ sở hạ tầng khá rộng Sự tiến bộ trong công nghệ mạng trong những năm qua cho phép những nhà cung cấp viễn thông thỏa mãn một lượng lớn yêu cầu độ rộng băng thông mạng Hạ tầng truyền hình cáp dựa trên cáp đồng trục lai cáp quang và các mạng viễn thông dựa trên cáp quang rất phù hợp để truyền tải nội dung IPTV

(iii) Thiết bị người dùng IPTV

Thiết bị người dùng IPTV (IPTVCD) là thành phần quan trọng trong việc cho phép mọi người có thể truy xuất vào các dịch vụ IPTV Thiết bị này kết nối vào mạng băng rộng và có nhiệm vụ giải mã và xử lý dữ liệu video dựa trên IP gửi đến Thiết bị người dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để có thể tối thiểu hóa hay loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của lỗi, sự cố mạng khi đang xử lý nội dung IPTV

1.1.5.2 Cấu trúc chức năng dịch vụ IPTV

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

Hình 1.2 Các thành phần cấu trúc chức năng hệ thống IPTV

(i) Cung cấp nội dung

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

(ii) Phân phối nội dung

Khối phân phối nội dung bao gồm các chức năng chịu trách nhiệm về việc phân phối nội dung đã được mã hoá tới thuê bao Thông tin nhận từ các chức năng vận chuyển và điều khiển IPTV sẽ giúp phân phối nội dung tới thuê bao một cách chính xác Chức năng phân phối nội dung sẽ bao gồm cả việc lưu 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 cầu nội dung đặc biệt, thì nó sẽ gửi tới chức năng phân phối nội dung để có được quyền truy cập nội dung

(iii) Điều khiển IPTV

Các chức năng điều khiển IPTV là trái tim của dịch vụ Chúng chịu trách nhiệm

về việc liên kết tất cả các chức năng khác và đảm bảo dịch vụ hoạt động ở cấp độ thích hợp để thoả mãn nhu cầu của khách hàng Chức năng điều khiển IPTV nhận yêu cầu từ thuê bao, liên lạc với chức năng phân phối và vận chuyển nội dung để đảm bảo nội dung được phân phối tới thuê bao Một chức năng khác của điều khiển IPTV 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 lý quyền nội dung số DRM (Digital Rights Management) được yêu cầu bởi thuê bao để có thể truy cập nội dung

(iv) Chức năng vận chuyển IPTV

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

(v) Chức năng thuê bao

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

chức năng điều khiển IPTV Nó cũng nhận các giấy phép số và các key DRM để truy cập nội dung

(vi) Chức năng bảo mật

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 năng phân phối nội dung sẽ được đảm bảo thông qua việc sử dụng DRM Các chức năng điều khiển và vận chuyển sẽ dựa vào các chuẩn bảo an để tránh các thuê bao không được xác thực có quyền sửa đổi và truy cập nội dung Chức năng thuê bao sẽ bị giới hạn sử dụng các cơ chế bảo an được triển khai tại STB và Middleware server Tóm lại, tất cả các ứng dụng và các hệ thống hoạt động trong môi trường IPTV sẽ có các cơ chế bảo an luôn sẵn sàng được sử dụng để trách các hoạt động trái phép

1.1.6 Các dịch vụ IPTV

IPTV không chỉ đơn thuần là IP video Trên thực tế, các nhà khai thác viễn thông đang tập trung vào dịch vụ này để tạo ra sự khác biệt của dịch vụ họ cung cấp với các dịch vụ mà các nhà khai thác mạng truyền hình cáp hay vệ tinh cung cấp Tất

cả các lựa chọn cấu trúc và công nghệ cơ sở tập trung vào việc phân phối nhiều loại dịch vụ video theo yêu cầu và video quảng bá, nhưng với kinh nghiệm về các dịch vụ thoại và số liệu tốc độ cao cho phép các nhà khai thác viễn thông cung cấp cho khách hàng các dịch vụ tích hợp bổ xung là một phần của gói dịch vụ IPTV lớn

Các dịch vụ chính thường được triển khai trước là dịch vụ video theo yêu cầu

và video quảng bá, tuy nhiên các nhà khai thác viễn thông đều có kế hoạch bổ sung các dịch vụ này với các dịch vụ trò chơi, quảng cáo, âm thanh, thông tin… Điều cần biết là định nghĩa và phạm vi của các dịch vụ này sẽ liên tục được phát triển theo thời gian

Bảng 1.1 dưới đây mô tả tổng quan các loại dịch vụ IPTV khác nhau hiện đang được triển khai [4,12]

Bảng 1.1 Các dịch vụ IPTV Live TV

Về cơ bản, các dịch vụ video quảng bá không khác gì so với các dịch vụ video

mà các nhà khai thác truyền hình cáp, vệ tinh, mặt đất cung cấp ngày nay Điều này góp phần tạo thành tiêu chuẩn đối với dịch vụ TV, không kể đến các cơ chế truyền tải: lai cáp đồng/quang, DSL hay FTTx…Các kênh video quảng bá bao gồm các kênh truyền hình quốc gia, địa phương và các kênh trả tiền (như HBO)

Số các kênh quảng bá khu vực có thể thay đổi theo thị trường, các kênh này thường hỗ trợ các phiên bản theo khu vực của các mạng gốc (ABC, CBS, NBC và Fox ) Một số trong các kênh quảng bá có định dạng độ phân giải cao (HD), điều đó có nghĩa các nhà khai thác viễn thông có thể cung cấp cho khách hàng cả hai loại kênh quảng bá tiêu chuẩn (SD) và độ phân giải cao (HD) Một phần nội dung quảng bá có thể được lưu lại trong mạng và sử dụng sau đó

b) Các dịch vụ video lưu trữ

Các dịch vụ video lưu trữ có nhiều dạng và là nền tảng để phân biệt với các nội dung video khác được truyền tải qua các mạng IP Nội dung video lưu trữ đáp ứng được nhiều các sở thích khác nhau của người xem Tùy theo vị trí lưu trữ, khách hàng

có thể tận dụng được các ưu điểm của nội dung video lưu tại thiết bị khách hàng hoặc mạng để điều khiển một các linh hoạt khi sử dụng dịch vụ như: tua nhanh, tua ngược, tạm dừng như khi họ sử dụng VCDs/DVDs Nội dung video lưu trữ là động lực chính thúc đẩy sự phát triển phần mềm lớp dịch vụ trong các mạng IPTV cũng như các tùy chọn của Set-Top Box Các tùy chọn nội dung video lưu trữ bao gồm:

VoD lưu trữ cục bộ: Nội dung được xem là phổ biến rộng rãi sẽ được phát

quảng bá tới CPE qua mạng IP và lưu cục bộ để khách hàng có thể xem theo yêu cầu Các nội dung này thường gắn với quá trình xác thực quyền sử dụng khi xem đối với từng thuê bao

VoD lưu trên mạng: VoD lưu trên mạng dành cho các nội dung được coi là

không phổ biến cho nhiều thuê bao tại cùng thời điểm Khách hàng có thể yêu cầu xem nội dung ngay lập tức và/hoặc sau khi yêu cầu Nội dung có thể xem ngay được truyền tải dưới dạng unicast trên mạng IP, trong khi nội dung xem sau yêu cầu được tập hợp theo nhóm các thuê bao và có thể truyền tải dạng broadcast hay narrowcast dựa trên thứ tự tương đương đối với các thuê bao khác Điều này sẽ cho phép nhà cung cấp dịch

vụ sử dụng tối ưu các tài nguyên mạng một cách linh hoạt

VoD thuê bao: VoD thuê bao là biến thể của hai dịch vụ trên, cho phép khách

hàng quyền xem một số nội dung đã được cho phép trước đó trong một khoảng thời gian xác định, tận dụng ưu điểm của cả hai nội dung video lưu trên mạng và cục bộ

Ghi lại nội dung video theo yêu cầu cá nhân: PVR (Personal Video Recorder)

cho phép người dùng quyền ghi lại các chương trình quảng bá/theo yêu cầu để xem lại sau đó Các quyền xem nội dung thay đổi tùy theo việc sử dụng một lần, nhiều lần hay không giới hạn nội dung và phần mềm quản lý bản quyền (DRM) là yếu tố quan trọng trong các trường hợp này để kiểm soát quá trình chia sẻ nội dung giữa các thiết bị trong nhà thuê bao

Ghi lại nội dung video và lưu trên mạng (Network-based PVR): tương tự như

dịch vụ PVR, sự khác nhau chủ yếu là vị trí lưu nội dung, trong trường hợp này là trên mạng, thay vì sử dụng thiết bị của khách hàng Dịch vụ này cho phép các thuê bao và Set-Top Box đơn giản tận dụng được các ưu điểm của các dịch vụ video lưu trữ và cho phép các nhà cung cấp dịch vụ tập hợp các nội dung lưu trữ trong mạng một cách tối

ưu nhờ đó giảm chi phí so với việc thuê bao phải sử dụng Set-Top Box phức tạp Dịch

vụ này cũng cung cấp một cách tốt nhất cho thuê bao khả năng linh hoạt trong việc lựa chọn chương trình vì mạng có khả năng lưu nhiều nội dung hơn so với Set-Top Box của khách hàng

1.1.6.2 Các dịch vụ IPTV audio

Nếu chỉ có dịch vụ IPTV audio thì chắc chắn không đủ kích thích các thuê bao chuyển nhà cung cấp dịch vụ và cũng không đủ để nhà cung cấp dịch vụ đầu tư một lượng lớn tiền vào hạ tầng mạng để phân phối dịch vụ IPTV Tuy nhiên, khi kết hợp với các tùy chọn khác nó sẽ nâng cao tính hấp dẫn của gói dịch vụ tổng thể

a) Dịch vụ phát thanh

Dịch vụ này cho phép khách hàng dò tìm bất kỳ đài phát nào trên thế giới và nghe qua lối ra âm thanh của TV hay hệ thống loa kèm theo

b) Dịch vụ âm nhạc quảng bá

Theo quan điểm dịch vụ âm thanh, dịch vụ này rất giống quảng bá video cơ bản, nghĩa là người dùng có thể sử dụng nhiều kênh âm nhạc khác nhau Dịch vụ này

đã khá phổ biến và được cung cấp bởi nhiều nhà cung cấp dịch vụ cáp/MSO Dịch vụ

âm nhạc này thường đi kèm với thông tin đồ họa về nội dung nhạc hiển thị trên TV của khách hàng Hướng dẫn chương trình chọn kênh cũng tương tự như đối với các kênh video

c) Music on demand – Dịch vụ âm nhạc theo yêu cầu

Tương tự như VoD, quyền yêu cầu và nghe tương tự như đối với các dịch vụ VoD Mối quan hệ giữa các nhà cung cấp nội dung và phương tiện là yếu tố quan trọng như đối với dịch vụ VoD để đảm bảo có được thư viện lớn các file nhạc

d) Music subscription service – Dịch vụ đăng ký âm nhạc

Cho phép thuê bao lưu trữ và sắp xếp theo sở thích của mình

Dịch vụ âm nhạc theo yêu cầu sẽ được truyền tải qua mạng IP theo cách tương

tự như các dịch vụ VoD sử dụng các cơ cấu broadcast hay unicast, theo thời gian và mức độ tương đương với các thuê bao khác

1.1.6.3 Các dịch vụ IPTV gaming

Chơi game (một người hay nhiều người cùng lúc) trên truyền hình là dịch vụ riêng biệt mà các nhà khai thác viễn thông đang xúc tiến tích hợp vào các gói dịch vụ IPTV của họ Sẽ có nhiều loại trò chơi cho nhiều loại đối tượng khác nhau cũng như cũng như các trò chơi cho một người và nhiều người chơi cùng lúc Khách hàng có thể lựa chọn người chơi cùng cũng như lên kế hoạch thời gian chơi với người khác

1.1.6.4 Các dịch vụ thông tin tích hợp

Dịch vụ thông tin IPTV tích hợp là lĩnh vực trong đó các nhà khai thác viễn thông có ưu thế hơn so với các nhà cung cấp đa dịch vụ/truyền hình cáp Các dịch vụ thông tin tích hợp sẽ tận dụng các lợi thế về tài nguyên của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông khi cung cấp các dịch vụ thoại và truy cập Internet tốc độ cao Các ví dụ về dịch vụ thoại và Internet tích hợp được mô tả như sau:

a) Dịch vụ thoại tích hợp

Dịch vụ thoại tích hợp cho phép các thuê bao sử dụng TV của họ mở rộng các chức năng dịch vụ thoại di động và cố định Ví dụ:

Dịch vụ thông báo cuộc gọi đến (Incoming Call Notification Service): Hiển thị

biểu tượng trên TV, thông báo cho thuê bao có cuộc gọi thoại/video đến Ngoài ra còn

hỗ trợ các chức năng hiển thị số thuê bao và ghi lại cuộc gọi

Dịch vụ thông báo bản tin (Message Notification Service): Hiển thị biểu tượng

trên TV, thông báo cho thuê bao có lời nhắn (voice mail) trong hộp thư kèm theo dịch

vụ thoại cố định và/hoặc di động

Dịch vụ thiết lập kết nối (Connection Establishment Service): cho phép thuê

bao gọi thoại/video từ TV của họ

Dịch vụ hội nghị thoại/video (Voice/Video Conferencing Service): cho phép

thuê bao tham gia và/hoặc khởi tạo hội nghị thoại/video

Dịch vụ danh bạ (Directory Service): Cung cấp cho thuê bao danh bạ điện thoại

điện tử có thể truy cập qua TV

b) Các dịch vụ Internet tích hợp

Các dịch vụ internet tích hợp sẽ cho phép sử dụng TV để sử dụng các ứng dụng Internet trước đây phải sử dụng bằng máy tính cá nhân Các dịch vụ này không nhằm

để thay thế các ứng dụng Internet dựa trên PC mà chúng cung cấp các biện pháp thuận tiện hơn để truy cập thông tin trong những khu vực khác nhau trong nhà thuê bao hay

ở các thời điểm khác nhau

Duyệt web bằng TV (TV web browsing): cho phép thuê bao xem các trang web

trên TV của họ

Nhắn tin bằng TV (TV Instant Messaging): cho phép thuê bao thông tin qua IM

trong khi đồng thời sử dụng các dịch vụ video/audio hay gaming khác

TV Email: cho phép thuê bao sử dụng các ứng dụng client trên TV để đọc, gửi

và nhận thư điện tử

Telecommerce Service: tương tự như các dịch vụ E-commerce, các dịch vụ này

được thiết kế để cho phép thuê bao sử dụng TV của mình để tìm kiếm và đặt mua hàng

1.1.6.5 Các dịch vụ quảng cáo

Hỗ trợ các quảng cáo quảng bá truyền thống và xen vào cùng với quảng bá cục

bộ tại các điểm khác nhau trong mạng IPTV Khả năng tương quan giữa các Set-Top Box và các mức ưu tiên dịch vụ cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra các dịch vụ quảng cáo có hướng đối tượng

Việc tích hợp các dịch vụ quảng cáo hướng vào đối tượng sử dụng với các dịch

vụ mua bán từ xa cho phép nhà cung cấp dịch vụ có thể giúp khách hàng của mình thực hiện được những thỏa thuận mua bán theo yêu cầu Với bản chất hai chiều của mạng thông tin và các dịch vụ kết hợp, các thuê bao có thể cung cấp ý kiến đánh giá của mình đối với quảng cáo trên IPTV để làm cho dịch vụ quảng cáo này sát với đối tượng hơn, phù hợp hơn

1.2 Các công nghệ phân phối mạng IPTV

Có bốn loại mạng truy cập (có dây dẫn) băng rộng khác nhau có khả năng cung cấp đủ các yêu cầu về băng thông của dịch vụ IPTV là: Mạng truy cập cáp quang, Mạng DSL, Mạng cáp truyền hình, Mạng Internet

1.2.1 Phân phối IPTV 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 vụ IPTV Các liên kết cáp quang cung cấp cho khách hàng đầu cuối một kết nối chuyên dụng tốt nhất để thuận tiện cho việc tiếp nhận nội dung IPTV Các công nghệ về sản xuất sợi quang gần đây cho khả năng băng thông lớn hơn, từ đó có thể thực thi một trong các cấu trúc mạng sau:

(i) Cáp quang tới khu vực văn phòng (FTTRO – Fiber To The Regional Office): Sợi

quang từ trung tâm dữ liệu IPTV tới khu vực văn phòng một cách gần nhất được lắp đặt bởi các công ty viễn thông hoặc công ty cáp Sau đó sợi cáp đồng sẽ được sử dụng

để truyền tín hiệu tới người dùng đầu cuối IPTV trong khu vực văn phòng đó

(ii) Cáp quang tới vùng lân cận (FTTN – Fiber To The Neighborhood): Như ta đã

biết sợi quang được tập trung tại các node, FTTN đòi hỏi thiết lập sợi quang từ trung tâm dữ liệu IPTV tới bộ chia ―vùng lân cận‖ Đây là vị trí node có khoảng cách nhỏ hơn 1,5 Km tính từ nhà thuê bao Việc triển khai FTTN cho phép người dùng nhận một gói các dịch vụ trả tiền bao gồm truyền hình IPTV, truyền hình chất lượng cao và video theo yêu cầu

(iii) Cáp quang tới lề đường (FTTC – Fiber To The Curd ): sợi quang được lắp đặt từ

trung tâm dữ liệu IPTV tới các tủ cáp được đặt tại lề đường Từ đó một sợi dây cáp đồng hoặc cáp đồng trục được sử dụng để nối từ đầu cuối cáp quang trong tủ cáp tới vị trí thiết bị IPTV của nhà thuê bao

(iv) Cáp quang tới nhà khách hàng (FTTH – Fiber To The Home): với sợi quang tới

nhà khách hàng, toàn bộ các định tuyến từ trung tâm dữ liệu IPTV tới nhà khách hàng đều được kết nối bởi sợi quang này FTTH dựa trên mạng quang có khả năng phân phối dung lượng dữ liệu 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

1.2.2 Phân phối IPTV trên mạng DSL

Trong một vài năm gần đây có một số lớn các công ty điện thoại trên khắp thế giới tuyên bố tham 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 vụ thoại và truy cập Internet để cạnh tranh Đáp lại, các công ty viễn thông đang nắm giữ thuận lợi là hạ tầng mạng 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 cáp đồng đang dùng chỉ để truyền thoại Nó làm biến đổi hạ tầng mạng cáp điện thoại đang tồn tại giữa tổng đài nội hạt và điện thoại nhà khách hàng thành đường dây số tốc độ cao Đây là khả năng cho phép các công ty điện thoại

sử dụng mạng đang có của họ để cung cấp các dịch vụ dữ liệu Internet tốc độ cao cho thuê bao

Băng thông là một vấn đề quan trọng trong việc phân phối các dịch vụ IPTV thế

hệ mới Một số mạng băng rộng dựa trên DSL hiện có được kế thừa từ các chuẩn DSL,

nó không chỉ đơn giản là có khả năng hỗ trợ các dịch vụ video tốc độ cao 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 tăng quá trình thực thi được yêu cầu cho IPTV có thể đạt được bằng cách triển khai các công nghệ DSL như ADSL, ADSL2+ và VDSL

1.2.2.1 ADSL

Đường dây thuê bao kỹ thuật số bất đối xứng ADSL là kỹ thuật trong họ xDSL được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trên các mạng viễn thông thế giới ADSL là công nghệ kết nối điểm – điểm, nó cho phép các nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông rộng trên đường dây cáp đồng điện thoại đang tồn tại Nó được gọi

là ―bất đối xứng‖ vì thông tin được truyền từ trung tâm dữ liệu tới thiết bị IPTVCD nhanh hơn thông tin được truyền từ IPTVCD tới trung tâm dữ liệu Cũng vì thế đặc tính kết nối 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 độ upstream là 1,5 Mbps Bởi vậy, một kết nối ADSL chỉ đủ cho đồng thời hai kênh truyền hình quảng bá theo chuẩn MPEG-2 và một kết nối Internet tốc độ cao Điểm trở ngại chính của ADSL là phụ thuộc vào khoảng 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 tín hiệu 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 chịu trách nhiệm chuyển đổi

dữ liệu số thành các tín hiệu tương tự để có thể truyền được Tương tự, tại nhà khách hàng cũng có một modem chịu trách nhiệm chuyển đổi các tín hiệu tương tự thành tín hiệu số ban đầu trước khi đi vào thiết bị IPTVCD

Công nghệ ADSL là một ý tưởng cho các dịch vụ tương tác khác nhau, tuy nhiên, đó không phải là giải 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 được cho 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 thông download 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 để khắc phục các hạn chế, và ADSL2 là một trong các công nghệ đó

1.2.2.2 ADSL2

Các chuẩn của họ ADSL2 được đưa ra để đáp ứng các yêu cầu về băng thông,

hỗ trợ cho các ứng dụng 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 độ download 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 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mạng đưa ra các tốc độ lên tới 20 Mbps

và hoạt động tốt trong khoảng 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 (ADSL- Reach) RE-ADSL2 đã được chuẩn hóa năm 2003 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ IPTV tăng khoảng cách lên tới 6 Km tính từ tổng đài trung tâm gần nhất tới nhà thuê bao Nó là công nghệ tốt nhất thực thi được trong giới hạn về khoảng cách và tốc độ trên các sợi cáp đồng

1.2.2.3 VDSL

Đường dây thuê bao số tốc độ cao VDSL (Very high speed Digital Subscriber Line) dựa trên những nguyên lý cơ bản như công nghệ ADSL2+ Nó là công nghệ DSL mới nhất và phức tạp nhất tại thời điểm này, và nó đã được phát triển để khắc phục các khuyết điểm của các phiên bản công nghệ truy cập ADSL trước đây Nó loại trừ được hiện tượng ―thắt cổ chai‖ và hỗ trợ khả năng tốc độ rất lớn cho phép các nhà 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 của chuyển 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 động được 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 lớn khách hàng, trong khi vẫn được hưởng khả năng truy cập băng rộng tốc độ cao VDSL với các cải 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 nó hoạt động ở tốc độ cao gấp 12 lần so với chuẩn ADSL, tốc độ

đó là 100 Mbps cho kênh hướng xuống trong khoảng cách 350 m 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 của cáp 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 khách hàng của họ

Các đặc tính mới của VDSL2 như cải thiện chất lượng dịch vụ QoS và cải tiến

kỹ thuật mã hóa tất cả đều thích hợp để phân phối các ứng dụng triple-play Lợi ích quyết định giúp củng cố vị trí vững chắc của VDSL trong công nghệ DSL là tính tương thích ngược và khả năng phối hợp với các phiên bản trước của mạng ADSL Điều này cho phép các nhà cung cấp IPTV giải quyết ổn thỏa và có hiệu quả trong việc phát triển 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 hạ tầng 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 đặt thiết bị VDSL2 gần thuê bao IPTV Bảng 1.2 so sánh đặc tính của các công nghệ DSL được sử dụng để truyền tải tín hiệu IPTV

Điểm tích cực chính của DSL cho các hệ thống IPTV trong thực tế là nó lợi dụng mạng dây dẫn đang tồn tại trên thế giới hiện nay Điểm tiêu cực là tất cả các

mạng DSL đều phải cân bằng giữa khoảng cách và dung lượng băng thông, tức là tốc

độ của DSL sẽ giảm nếu khoảng cách từ thuê bao tới tổng đài trung tâm tăng lên

Bảng 1.2 So sánh các công nghệ DSL

Công nghệ

DSL

Downstream (Mbps)

Upstream (Mbps)

Khoảng cách lớn nhất (km)

Các dịch vụ được hỗ trợ

ADSL 8 1 5,5 km Một kênh video SD nén MPEG-2,

truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP

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

hoặc một kênh HD, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP

ADSL2+ 25 1 6 km Năm kênh video SD MPEG-2 hoặc

hai kênh HD MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP

ADSL-

Reach

25 1 6 km Năm kênh video SD MPEG-2 hoặc

hai kênh HD MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP

VDSL1 55 15 Vài trăm mét Mười hai kênh video SD MPEG-2

hoặc năm kênh HD MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch

vụ VoIP VDSL2

(Long

Reach)

30 30 1,2 – 1,5 km Bảy kênh video SD MPEG-2 hoặc

ba kênh HD MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP

VDSL2

(Short

Reach)

100 100 350 m Mười hai kênh video SD MPEG-2

hoặc 10 kênh HD MPEG-4, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch

vụ VoIP

1.2.3 Phân phối IPTV trên mạng Internet

Từ lúc truyền hình được phát minh, một số công nghệ đã được phát triển để phân phối tín hiệu truyền hình tới khách hàng trên toàn thế giới Một số mạng cơ bản

là vô tuyến, ADSL, cáp quang và mạng truyền hình 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 các tiến 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 là một trong các dạng ứng dụng sau

1.2.3.1 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 dung video được streaming từ một server tới các thiết bị client có khả năng xử lý và hiện thị nội dung video Các loại thiết bị được sử dụng để xem các kênh truyền hình Internet thường là PC hoặc các loại thiết bị đa phương tiện Các kênh truyền hình Internet được streaming cũng có thể đưa vào điện thoại di động hoặc bộ giải mã STB Nội dung các kênh truyền hình Internet được streaming cũng có thể được phân phối theo thời gian thực và người xem có thể xem lại theo cách xem truyền thống Quá trình kỹ thuật streaming kênh truyền hình Internet thường bắt đầu tại server streaming, tại đó nội dung video được đóng vào trong các gói IP, nén lại 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 kênh truyền hình tới lúc xem được thường ngắn và phụ thuộc tốc độ kết nối có thể có giữa server và client Mô hình cấu trúc mạng được sử dụng để phân phối kênh truyền hình trên Internet như trên hình 1.3

Hình 1.3 Cấu trúc mạng các kênh truyền hình Internet

Việc triển khai tất cả các kênh truyền hình Internet sẽ yêu cầu một server streaming, server này sẽ hỗ trợ các chức năng sau:

- Lưu trữ và khôi phục nội dung video nguồn

- Điều khiển tốc độ các gói video IP được phân phối tới thiết bị của người xem

- Thực hiện chuyển tiếp và chuyển ngược các lệnh yêu cầu từ người xem truyền hình Internet

Một server streaming đơn làm việc tốt khi phân phối số lượng ít các kênh truyền hình tới một số thuê bao được giới hạn Để hỗ trợ cho việc phân phối nhiều kênh tới hàng trăm hoặc hàng ngàn thuê bao IPTV, thì cần phải triển khai một số lượng lớn server streaming trên các đường mạng khác nhau

Công việc streaming nội dung video hầu hết đều cần phải bảo mật vì nội dung không được lưu trữ trên thiết bị truy cập của khách hàng Vì thế, việc sao chép nội dung trái phép cần phải được ngăn chặn Một lợi thế khác của IPTV là khả năng hoạt động hiệu quả trên các kết nối có băng thông thấp và người xem có khả năng bắt đầu xem nội dung tại mọi điểm trong luồng IPTV

1.2.3.2 Download Internet

Như tên gọi, IPTV cho phép khách hàng download và xem nội dung theo yêu cầu Hầu hết các dịch vụ download Internet đều phải trả tiền hoặc trả theo dung lượng download, các dịch vụ bao gồm tin tức nội bộ và bản tin thời tiết, phim điện ảnh, phim nội bộ và âm nhạc, chỉ dẫn giải trí và các quảng cáo được phân loại Một số vị trí cổng Internet trực tuyến gần đây bắt đầu tiến hành đưa ra các thư viện nội dung chương trình IPTV có thể download cho người sử dụng Internet Trong hầu hết các trường hợp, mọi người đều sử dụng PC để xem các chương trình download, tuy nhiên, một số công ty bắt đầu cung cấp thiết bị giải mã STB cho những khách hàng không muốn xem trên PC Một số đặc điểm của công nghệ IPTV end-to-end dựa trên các dịch vụ download Internet:

Các giao thức mạng: chuẩn giao thức truyền tập tin FTP và giao thức truyền

siêu văn bản HTTP thường được sử dụng để truyền nội dung IPTV từ server tới client Việc sử dụng các giao thức trên để giảm thiểu khả năng nội dung IPTV bị ngăn chặn bởi firewall

Công nghệ server: chuẩn phần mềm Web server thường được sử dụng để đáp

ứng các yêu cầu về nội dung video

Tốc độ mạng: thời gian để download một bộ phim trên Internet phụ thuộc vào

tốc độ của kết nối băng rộng và chất lượng nội dung video Các bộ phim điện ảnh định dạng SD và các chương trình download tương đối nhanh so với nội dung video dạng

HD Mặc dù băng rộng là dạng kết nối được ưu thích hơn nhưng vẫn có thể sử dụng các liên kết dial-up chậm hơn để truy cập các dịch vụ download Internet

Các nhu cầu về lưu trữ: cả server và client đều yêu cầu khả năng lưu trữ tiên

tiến để hỗ trợ xử lý các tập tin IPTV lớn Một số ứng dụng của download Internet cho phép các thuê bao IPTV ghi lại một bản copy nội dung video đã được download vào đĩa DVD và xem bằng đầu DVD

1.2.3.3 Chia sẻ video ngang hàng

Ứng dụng chia sẻ video ngang hàng peer-to-peer cho phép nhiều user xem, chia

sẻ và tạo nội dung video trực truyến Việc sử dụng ứng dụng chia sẻ video peer-to-peer không phức tạp và nó thường là download và cài đặt một số phần mềm chuyên dụng Khi phần mềm hoạt động được trên PC, người dùng chỉ cần click vào các link để download một file video Khi tiến trình download đã bắt đầu, phần mềm ứng dụng chia sẻ video peer-to-peer được thiết lập các kết nối và bắt đầu lấy nội dung video được yêu cầu từ các nguồn khác nhau Khi file video được download và ghi đầy đủ vào ổ cứng thì có thể xem nội dung

1.2.4 Phân phối IPTV trên mạng truyền hình cáp

Các mạng truyền hình cáp truyền thống CATV (Cable Television) đã có được

sự vượt trội trong việc phân 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

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

1.2.4.1 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 nói đến một số cấu hình mạng hỗn hợp của cáp quang và cáp đồng trục được sử dụng để phân phối lại các dịch vụ truyền hình kỹ thuật số Các mạng xây dựng dựa trên kỹ thuật HFC có một số đặc tính thuận lợi chuyển giao cho các dịch vụ thế hệ mới như sau:

- Mạng HFC có khả năng truyền dẫn đồng thời cả tín hiệu số và tín hiệu tương

tự Đây là đặc tính rất quan trọng cho các nhà khai thác mạng

- Mạng HFC có thể chung hòa giữa việc tăng dung lượng và các yêu cầu tin cậy của một hệ thống IPTV Đặc điểm tăng được dung lượng của hệ thống HFC cho phép các nhà khai thác mạng triển khai thêm các dịch vụ mà không cần phải thay đổi toàn

bộ cấu trúc mạng

- Đặc tính vật lý của cáp đồng trục và cáp quang hỗ trợ mạng hoạt động ở tốc

độ vài Gbps

Hình 1.4 cho ta thấy cấu trúc của mạng HFC gồm có đường trục chính là cáp quang kết nối theo các node quang tới mạng cáp đồng trục Node quang hoạt động như một giao tiếp, nó kết nối các tín hiệu upstream và downstream đi ngang qua mạng cáp quang và cáp đồng trục Phần mạng cáp đồng trục của mạng HFC sử dụng topology cây - phân nhánh, các thuê bao truyền hình kết nối tới mạng HFC theo một thiết bị đặc biệt gọi là bộ chia cáp Tap Tín hiệu truyền hình số được phát từ trung tâm dữ liệu tới các node quang Node quang phân phối tín hiệu thông qua cáp đồng trục, bộ khuếch đại và bộ chia cáp Tap tới khách hàng

Những cuộc thảo luận trong lĩnh vực công nghiệp truyền hình cáp về vấn đề truyền tải lưu lượng qua một mạng dựa trên nền IP đã và đang diễn ra Do sự cạnh tranh về thị trường kinh doanh truyền hình thu phí từ các nhà cung cấp viễn thông và những hiệu quả lớn về băng thông khi sử dụng kỹ thuật 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 bị mới từ các router tới bộ giải mã IP STB (Set- Top Box) và các switch tốc độ cao Một số ưu thế của việc triển 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 được yêu cầu phát một kênh truyền hình đơn lẻ tới bộ giải mã STB

Đây rõ ràng là sự trái ngược với các hệ thống cũ mà ở đó tất cả các kênh đều được phát quảng bá trên mạng và các kênh không 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 các dịch 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 xác nội dung đã xem của mỗi thuê bao Đây là một đặc tính quan trọng cho các nhà khai thác muốn tạo thêm doach thu bằng quảng cáo

Hình 1.5 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 1.5 bao gồm:

- Switch hay Router GigE: GiE (Gigabit Ethernet) nổi lên như là một giao thức

vận chuyển được lựa chọn để kết nối các thành phần mạng IP GigE thường được sử dụng cho các ứng dụng đòi hỏi dung lượng cao, ví dụ như VoD Router GigE tập hợp lưu lượng IPTV và cung cấp các kết nối tới mạng truy cập lõi

- Mạng truyền dẫn quang: mạng lõi cung cấp đường mạng giữa video server

trong trung tâm 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 từ mạng lõi, chuyển đổi nội dung từ các gói IP sang RF và phân phối trên mạng HFC tới bộ giải mã STB

Trong mô hình trên tất cả nội dung đều được điều chế thành các sóng mang RF

và được biên dịch thành RF băng rộng ngõ ra, thường nằm trong dải từ 50 cho tới 860 MHz Một số hệ thống hoạt động với tần số lên tới 1 GHz, với các tần số cao thường được dành riêng 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 hiệu băng rộng tới các Hub phân phối Từ Hub phân phối, tín hiệu băng thông rộng được gửi tới mạng truyền dẫn quang, thông qua mạng HFC, các tín hiệu băng rộng được gửi tới các bộ STB trong nhà khách hàng

Hình 1.5 Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV cáp kết hợp IP và RF 1.3 Chuẩn nén dữ liệu 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 không thể phân biệt được toàn bộ các phần của hình ảnh, việc nén sẽ làm giảm độ lớn của tín hiệu ban đầu bằng cách bỏ bớt

các phần của hình ảnh

1.3.1 Tổng quan nén MPEG

MPEG là một 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 Expert Group) được thành lập nhằm phát triển các kĩ thuật nén cho phù hợp với việc truyền hình ảnh

Hiện nay các chuẩn nén MPEG đang được sử dụng phổ biến và được các tổ chức ISO/IEC, ITU (International Telecommunication Union) công nhận là chuẩn nén quốc tế, áp dụng cho các hệ truyền hình tại Hoa Kỳ, Nhật Bản, Châu Âu

Từ khi được thành lập, MPEG đã đưa ra các chuẩn nén như: 1,

2, MPEG4- (Part 2 và part 10), 7, và 21 Trong các chuẩn này,

MPEG-2 và MPEG-4 Part 10 được sử dụng rộng rãi trong IPTV

MPEG-1: Được phát triển vào năm 1988-1992, là tiêu chuẩn đầu tiên của

MPEG Chuẩn MPEG-1 được sử dụng chủ yếu để nén tín hiệu VCD và các luồng tốc

độ thấp khoảng 1.5Mbps

MPEG-1 hỗ trợ nén các tín hiệu có độ phân giải thấp 352x240(60Hz) và 352x288(50Hz), sử dụng biến đổi cosin rời rạc (DCT) để loại bỏ dư thừa không gian,

có dự đoán và bù chuyển động

Điểm nổi bật của MPEG-1 khi đó là có hỗ trợ nén các hình ảnh quét liên tục

MPEG-2: Được xây dựng từ năm 1991 đến 1994 và vẫn đang được sử dụng

rộng rãi đến tận bây giờ

MPEG-2 có thuật toán nén tương tự như MPEG-1, song đã được phát triển lên tầm cao hơn, hoàn chỉnh hơn với hệ thống công cụ và cấp đa dạng (Profile & Level),

hỗ trợ nén cho rất nhiều định dạng tín hiệu

MPEG-2 gồm có 10 phần (Part 1 đến Part 10), trong đó Part 2 là về video, part

3 là về audio MPEG-2/Part 2 tương tự như MPEG-1 song đã có hỗ trợ nén hình ảnh quét xen kẽ Chính vì vậy, MPEG-2 được sử dụng rộng rãi và chính thức trong các tiêu chuẩn truyền hình DVB, ITSC, ISDB

MPEG-3: Được phát triển vào năm 1992 với mục đích áp dụng cho HDTV, tuy

nhiên nó bị huỷ bỏ vào năm 1993 do nhận thấy rằng: MPEG-2 hoàn toàn có thể thực hiện cho HDTV

- MPEG-4: Được bắt đầu vào năm 1993, nhằm nâng cao hiệu quả nén cho

HDTV MPEG-4 vẫn đang được phát triển đến hiện nay

- MPEG-7: Được đưa ra không phải là để cho nén, mà là các mô tả về đối

tượng số và metadata

- MPEG-21: MPEG-21 là một khung chuẩn mở để phân phối và sử dụng dịch

vụ đa phương tiện MPEG-21 được đưa ra với mục đích nhằm cho phép sử dụng các

tài nguyên đa phương tiện trên một phạm vi rộng các mạng và các thiết bị khác nhau

Nhằm không ngừng nâng cao hiệu quả mã hoá, rất nhiều kỹ thuật được áp dụng vào trong MPEG-4/AVC nhằm khai thác tối đa sự tương quan giữa các khung hình video và xử lý linh hoạt các tham số theo nội dung của cảnh video cần nén MPEG-4/AVC cũng đã áp dụng rất nhiều công cụ đã được giới thiệu trong MPEG-4 Visual

1.3.2.2 Phạm vi ứng dụng và các điểm tiêu biểu của H.264/AVC

Chuẩn này được thiết kế cho các giải pháp kỹ thuật của các lĩnh vực ứng dụng sau đây:

- Quảng bá trên các kênh vệ tinh, cáp, sóng mặt đất, DSL (Digital Subscriber Line)…

- Lưu trữ nối tiếp hoặc tương tác trên các thiết bị quang và từ, trên DVD…

- Các dịch vụ hội nghị trên ISDL, Ethernet, LAN, DSL, không dây và mạng di động…

- Các dịch vụ đa phương tiện hoặc video theo yêu cầu trên ISDL, cáp, DSL, LAN, mạng không dây…

- Các dịch vụ nhắn tin đa phương tiện (Multimedia Messaging Service-MMS) trên ISDL, DSL, Ethernet, LAN, mạng di động và mạng không dây

Hơn nữa, các dịch vụ mới cũng có thể được thực hiện trên các mạng hiện tại hoặc tương lai Điều này dẫn đến yêu cầu về việc làm thế nào để quản lý sự đa dạng trong ứng dụng và khai thác mạng

Để thực hiện việc này, MPEG-4/H.264 đưa ra lớp mã hoá video (Video Coding Layer-VCL), được thiết kế để trình diễn hiệu quả các nội dung video, và đưa ra lớp mạng trừu tượng (Network Abstraction Layer-NAL) để định dạng sự trình diễn video của lớp VCL và cung cấp các thông tin mào đầu (Header) theo cách thích hợp cho việc truyền dữ liệu tại lớp truyền tải hoặc cho việc lưu trữ dữ liệu

Tương quan với các giải pháp mã hoá trước đây, ví dụ như MPEG-2, một số điểm tiêu biểu của MPEG-4/H.264 cho phép tăng hiệu quả nén, bao gồm cả khả năng

dự đoán giá trị nội dung ảnh được trình bày sau đây:

chọn kích thước block bù chuyển động và hình dạng một cách mềm dẻo hơn tất cả các chuẩn trước đó, với kích thước block bù chuyển động tối thiểu đạt tới 4x4

chính xác bù chuyển động đến tối đa là ½ mẫu Chuẩn mới cho phép điều này đạt đến mức ¼ mẫu, như có thế thấy ở MPEG-4 Visual Tuy nhiên độ phức tạp trong xử lý việc này đã giảm đi với MPEG-4/H.264

MPEG-2 cần phải chỉ đúng vào vùng ảnh đã được giải mã trước đó thì MPEG-4/H.264 cho phép chỉ tới đường bao của ảnh

hoặc P trước đó để dự đoán ảnh tiếp theo Với MPEG-4/H.264, dự đoán bù chuyển động từ nhiều ảnh trước đó được lưu trong bộ nhớ Tương tự như vậy với ảnh B

5 Tách riêng thứ tự mã hoá khỏi thứ tự trình diễn: trong MPEG-2, có một

sự phụ thuộc chặt chẽ giữa thứ tự mã hoá và thứ tự trình diễn MPEG-4/H.264 cho phép bộ mã hoá có thể lựa chọn thứ tự mã hoá hoàn toàn độc lập với thứ tự trình diễn, miễn là dung lượng bộ nhớ của bộ giải mã đủ lớn Điều này sẽ giảm được thời gian trễ khi mã hoá các ảnh dự đoán 2 chiều

trong các chuẩn trước, các ảnh B là các ảnh được mã hoá từ việc dự đoán 2 chiều các ảnh khác, không thể được sử dụng như một ảnh chuẩn để dự đoán các ảnh khác trong chuỗi video Chuẩn mới loại trừ việc này, do đó làm tăng tính mềm dẻo cho việc dự đoán chuyển động

phép tín hiệu dự đoán bù chuyển động được kết hợp với một giá trị trọng số được mô

tả bởi bộ mã hoá Chế độ dự đoán này là hỗ trợ cần thiết khi nén các cảnh có sự mờ đi (khi 1 cảnh được mờ đi vào cảnh khác), nhờ vậy mà tăng được hiệu quả nén

qua sẽ không chuyển động trong nội dung cảnh Điều này sẽ có ảnh hưởng không tốt khi mã hoá video có chứa chuyển động toàn thể Thay vì suy luận vùng bị bỏ qua, MPEG-4/H.264 đưa ra giải pháp suy đoán chuyển động mới, gọi là bù chuyển động trực tiếp (Direct)

mã hoá có thể chỉ thị cho bộ giải mã xâm nhập vào dòng bít để chuyển tốc độ bit hay

có thể giải mã được ảnh tại đúng vị trí xâm nhập đó mà không cần sử dụng các ảnh khác

phép bộ mã hoá gửi đi hình ảnh dự phòng của vùng ảnh được truyền, nhằm khôi phục lại vùng ảnh bị mất ở trên đường truyền

Nhằm cải tiến các giải pháp dự đoán, một số phần khác của chuẩn cũng được nâng cao để tăng hiệu quả nén

kích thước block biến đổi là 8x8, trong khi MPEG-4/H.264 dựa trên kích thước 4x4

Do có kích thước block nhỏ hơn nên sẽ độ sai khác giữa ảnh thật và ảnh dự đoán giảm

đi, nhờ vậy tăng hiệu quả nén

thước block có thể tăng lên trong một số trường hợp

các phép biến đổi được sử dụng cho trình diễn video thường có ngưỡng chấp nhận lỗi cho phía thu, do không thể đạt được phép biến đổi ngược lý tưởng trên lý thuyết Vì

thế, mỗi bộ giải mã sẽ có tín hiệu video khác một chút so với bộ mã hoá, điều này làm ảnh hưởng đến chất lượng video MPEG-4/H.264 là tiêu chuẩn đầu tiên đạt được sự chính xác về chất lượng của tín hiệu video giải mã từ tất cả các bộ giải mã

trong MPEG-4/H.264 là mã hoá số học nhị phân theo nội dung CABAC (Context Adaptive Binary Arithmetic Coding) Phương pháp mã hoá này dựa trên khả năng chọn lựa các chế độ cho mỗi cú pháp dựa vào nội dung

áp dụng trong MPEG-4/H.264 là mã hoá độ dài thay đổi theo nội dung Context Adaptive Variable Length Coding) Phương pháp này được thiết kế để mã hoá

(CAVLC-độ dư thừa các hệ số chuyển đổi của các khối 4x4 và 2x2

Một số cải tiến nhằm nâng cao việc truyền dữ liệu trên các mạng cũng được thêm vào MPEG-4/H.264

trong dòng dữ liệu như thông tin header, một cách độc lập và mềm dẻo hơn, nhằm đảm bảo có thể khôi phục chính xác dữ liệu tại đầu thu

MPEG-4/H.264 được đặt trong một gói dữ liệu logic, được gọi là đơn vị NAL Điều này cho phép sự tùy biến lớn hơn trong các giải pháp truyền nội dung video

có nhiều header trong slice làm giảm hiệu quả mã hoá

1.3.2.3 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 Đặc điểm này rất phù hợp để sử dụng trong hệ thống IPTV

Có khả năng kết hợp với các thiết bị xử lí 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 thể làm có thể

làm tăng khả năng truyền dữ liệu của mạng Do đó các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông

có thể sử dụng chuẩn nén này để cung cấp chương trình video độ phân giải cao qua mạng sẵn 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 Đặc điểm của profile và level 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

Từ những đặc điểm và ưu điểm của MPEG-4 AVC đánh dấu một bước ngoặt trong lĩnh vực nén video, áp dụng các kỹ thuật tiên tiến nhằm mục đích sử dụng băng thông hiệu quả hơn và đem lại chất lượng ảnh cao hơn Với các kỹ thuật này, MPEG-4 AVC có thể giảm tốc độ bit xuống hơn 50% so với chuẩn MPEG-2 Do đó, MPEG-4 Part 10 được lựa chọn để ứng dụng trong IPTV

1.4 Một số giao thức sử dụng trong mạng IPTV

IPTV bao trùm cả live TV (multicasting) cũng như Video on Demand VoD Thiết bị đầu cuối của IPTV đòi hỏi có một máy tính cá nhân hoặc một Set-Top Box nối với TV Nội dung video sử dụng chuẩn mã hoá MPEG-2 hoặc MPEG-4 và chúng gửi một chuỗi MPEG phân phối qua IP Multicast (đối với truyền hình trực tiếp) hoặc qua IP Unicast (đối với VoD) IP Multicast là một phương thức mà thông tin có thể được gửi đến nhiều máy tính trong cùng một thời gian

1.4.1 Truyền dẫn Multicast

Một địa chỉ Multicast cho phép phân phối dữ liệu tới một tập hợp các host đã được cấu hình như những thành viên của một nhóm Multicast trong các mạng con phân tán khác nhau Đây là phương pháp truyền dẫn đa điểm, trong đó chỉ các host có nhu cầu nhận dữ liệu mới tham gia vào nhóm Điều này hạn chế tối đa sự lãng phí băng thông trên mạng, hơn nữa còn nhờ cơ chế gửi gói dữ liệu Multicast mà băng thông được tiết kiệm triệt để

Hình 1.6 Minh hoạ cho truyền dẫn Multicast

1.4.2 Truyền dẫn Unicast

Truyền dẫn Unicast, hay còn gọi là truyền dẫn điểm - điểm Trong hình thức truyền dẫn này, nhiều host muốn nhận thông tin từ một bên gửi thì bên gửi đó phải truyền nhiều gói tin đến các bên nhận Điều này sẽ dẫn đến gia tăng băng thông khi có quá nhiều bên nhận và không hiệu quả về nguồn và bộ đệm

Hình 1.7 Minh hoạ cho truyền dẫn Unicast 1.4.3 Các giao thức khác

Trong hệ thống chuẩn IPTV, các giao thức chuẩn dưới đây được sử dụng:

Live TV đang dùng IGMP (Internet Group Management Protocol - Giao thức quản lý nhóm Internet) version 2 hoặc IGMP version 3 cho việc kết nối đến multicast stream (TV channel), và cho việc thay đổi từ một multicast stream đến stream khác (thay đổi kênh TV) IGMP hoạt động trong các mạng LAN hoặc VLAN, các giao thức khác như Protocol Independent Multicast (PIM) được sử dụng để định tuyến các IPTV multicast stream từ phân đoạn mạng LAN này tới các phân đoạn mạng LAN khác

VOD sử dụng giao thức UDP (User Datagram Protocol) hoặc RTP (Real Time Transport Protocol) cho việc truyền các kênh chương trình, giao thức RTSP (Real Time Streaming Protocol) được sử dụng để điều khiển việc truyền dẫn tín hiệu VOD

NPVR (Network-based Personal Video Recorder) NPVR là một dịch vụ mà ở

đó truyền hình phát theo thời gian thực cho phép người dùng cuối chiếm dụng trên mạng một không gian trong máy chủ, truy cập đến các chương trình ghi sẵn theo danh mục người dùng chọn, không phải là danh mục có sẵn của nhà cung cấp dịch vụ Hệ thống NPVR cung cấp time-shifted các chương trình quảng bá, cho phép thuê bao ghi lại và xem các chương trình yêu thích của họ, mà không đòi hỏi thiết bị PVR cá nhân NPVR, giống như VOD, sử dụng giao thức UDP hoặc RTP cho việc truyền các kênh chương trình, và sử dụng giao thức RTSP cho việc điều khiển việc truyền dẫn tín hiệu