Tìm hiểu loại hình dịch vụ truyền hình qua mạng

Tìm hiểu loại hình dịch vụ truyền hình qua mạng MỤC LỤC2LỜI MỞ ĐẦU4CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH QUA MẠNG51.1.Khái niệm truyền hình qua mạng51.1.1.Các loại truyền hình truyền thống51.1.2.Khái niệm truyền hình qua mạng.61.2.Các loại hình dịch vụ.61.2.1.InternetTV và IPTV61.2.2.Các dịch vụ của IPTV81.2.3.VOD và Video Server91.2.4.Set – Top – Box10CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ KHI TRIỂN KHAI DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH QUA MẠNG112.1.Phương thức truyền dữ liệu112.1.1.Multicast112.1.2.Unicast112.1.3.Giao thức RTP và RTCP122.2.Đóng gói dữ liệu video IPTV122.2.1.Mô hình truyền thông IPTV:122.2.2.Mã hóa video122.2.3.Đóng gói video132.2.4.Đóng gói kết cấu dòng truyền tải142.3.Các chuẩn nén sử dụng152.3.1.Khái niệm nén Video:152.3.2.MPEG (H.26x):162.4.Kỹ thuật phân phối mạng172.4.1.Phân phối trên mạng cáp đồng172.4.2.Phân phối trên mạng cáp quang192.4.2.1.Mạng quang thụ động192.4.2.2.Mạng quang tích cực20CHƯƠNG 3: CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRONG TRUYỀN HÌNH QUA MẠNG213.1.Tổng quan về chất lượng dịch vụ (QoS)213.1.1.Khái niệm về QoS213.1.2.QoS nhìn từ những khía cạnh khác nhau213.2.Các giải pháp QoS cho dịch vụ truyền hình qua mạng223.2.1.QoS ở mạng nội dung223.2.2.QoS ở mạng quản lý233.2.3.QoS ở mạng truyền dẫn233.2.4.QoS ở mạng gia đình25KẾT LUẬN26TÀI LIỆU THAM KHẢO27

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

- -Báo cáo Bài tập lớn môn:

Truyền thông đa phương tiện

Đề Tài 19:

Tìm hiểu loại hình dịch vụ truyền hình qua mạng

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Thị Hoàng Lan Sinh viên thực hiện: MSSV: Lớp:

Trương Manh Tuấn 20112454 CNTT 1.2 K56Cấn Việt Anh

Trần Thanh Sơn 2011462720112088 CNTT 1.1 K56CNTT 1.1 K56

Hà Nội – 12/2014

MỤC LỤC

Với những ưu điểm vượt trội: tính năng tương tác giữa hệ thống với người xem, cho phép người xem chủ động về thời gian và khả năng triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng , truền hình qua mạng thật sự xứng đáng là công nghệ truyền hình dẫn đầu Truyền hình qua mạng không chỉ đơn thuần là một dịch vụ giá trị gia tăng trên nền mạng

IP, nó là một bước phát triển, tiến lên hội tụ mạng viễn thông – xu hướng chung của truyền thông toàn cầu.

Để khách hàng có thể tiếp cận và chấp nhận một công nghệ mới như dịch vụ truyền hình qua mạng, nhất là trong bối cảnh thị trường truyền thông đang diễn ra quá trình cạnh tranh khốc liệt như hiện nay, đảm bảo chất lượng dịch vụ là yêu cầu vô cùng quan trọng mà nhà cung cấp dịch vụ cần phải quan tâm

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH QUA MẠNG

1.1 Khái niệm truyền hình qua mạng

1.1.1. Các loại truyền hình truyền thống

a Truyền hình tương tự (analog):

Tín hiệu hình ảnh và âm thanh được truyền đi là tín hiệu tương tự, truyền hình

tương tự là công nghệ truyền hình xuất hiện sớm nhất và hiện nay vẫn đang được sử dụngrộng rãi Các kênh truyền hình quảng bá như HTV7, HTV9, VTV1 và hầu hết các dịch vụtruyền hình cáp của Việt Nam hiện nay cũng sử dụng công nghệ tương tự

Truyền hình cáp tương tự và truyền hình quảng bá mặt đất nhìn chung là giốngnhau về kỹ thuật, truyền hình cáp phát được nhiều kênh hơn do không bị hạn chế về băngtần

Truyền hình tương tự có ưu điểm là công nghệ đơn giản, phù hợp với đa số máythu hình đang được sử dụng, sử dụng truyền hình tương tự, khách hàng không phải đầu tưthêm các bộ giải mã, tiết kiệm chi phí đầu tư Nhược điểm của truyền hình tương tự là rấttốn băng thông và chất lượng hình ảnh không cao Do đó, hiện nay, các quốc gia trên thếgiới đều đã có lộ trình kết thúc phát các kênh truyền hình quảng bá tương tự và chuyểnsang truyền hình số nhằm tiết kiệm băng tần Mỹ, Hà Lan, Thụy Điển, Thụy Sỹ… đãchính thức ngưng phát các kênh truyền hình tương tự trước 2010 và ở Việt Nam, chínhphủ cũng đã đưa ra lộ trình xóa bỏ các kênh truyền hình tương tự trước 2020

b Truyền hình số (digital):

Tín hiệu âm thanh và hình ảnh truyền đi là tín hiệu số Tín hiệu truyền hình số có

thể có những định dạng khác nhau cung cấp chất lượng khác nhau: SDTV (StandardDefinition Television ), EDTV (Enchanted Definition Television) và HDTV (HighDefinition Television) Truyền hình số được triển khai dựa trên nhiều công nghệ khácnhau: truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh, truyền hình số mặt đất và IPTV

Truyền hình vệ tinh và truyền hình số mặt đất dựa vào các công nghệ viba số đểtruyền tín hiệu hình ảnh và âm thanh Để thu được các kênh truyền hình số, đòi hỏi TVcủa khách hàng cần phải có bộ giải mã tín hiệu số Điều này làm tăng chi phí đầu tư phíakhách hàng, do đó, dù có nhiều ưu thế về chất lượng và tiết kiệm được băng thông, truyềnhình số không thể tự nó thay thế hoàn toàn truyền hình tương tự

Truyền hình cáp digital (DVB-C Digital Video Broadcast over Cable) và IPTVđều là truyền hình số triển khai dựa vào mạng có dây ( chỉ xét trong thời điểm hiện tại)

1.1.2. Khái niệm truyền hình qua mạng.

Truyền hình qua mạng IP là loại hình ứng dụng cung cấp dịch vụ nội dung số:xem truyền hình qua mạng máy tính Nội dung truyền hình là về âm thanh, hình ảnh,video hay cũng là thông tin văn bản

Về bản chất, loại hình ứng dụng này chính là việc kết nối các chương trình truyềnhình với hệ thống viễn thông băng tần dải rộng (broadband) với mạng Internet (môitrường liên mạng), truyền quảng bá trên mạng diện rộng

Nội dung có thể là sẵn có phục vụ theo yêu cầu tương tác với người xem: chươngtrình được lập lịch, truyền hình trực tiếp

1.2 Các loại hình dịch vụ.

1.2.1. InternetTV và IPTV

Thuật ngữ IPTV gồm hai thành phần: IP và TV Trong đó:

IP: Internet Protocol – giao thức Internet Là giao thức ở lớp 3 trong mô hình OSI(Open Systems Interconnection Reference Model) (tương đương lớp 2 trong mô hìnhTCP/IP), là giao thức cơ sở để xây dựng mạng băng rộng hiện nay đồng thời cũng là cơ

sở để xây dựng mạng viễn thông hội tụ trong tương lai Mạng băng rộng hoạt động dựatrên giao thức IP (mô hình TCP/IP) không ngừng được cải tiến, phát triển về băng thông

và tốc độ bit, có thể cung cấp đa dịch vụ, kể cả các dịch vụ tốn nhiều băng thông và cầnthời gian thực như thoại, video…

TV: Television – Truyền hình TV được hiểu là một môi trường viễn thông chophép truyền và nhận hình ảnh động (video) và âm thanh TV thông thường được hiểu chomáy thu hình hoặc chương trình truyền hình Tuy nhiên, thực tế, TV là một hệ thống gồm

có máy thu hình, máy phát, nội dung chương trình và kênh truyền hình

Sự kết hợp giữa IP và TV có thể được hiểu là dùng mạng băng rộng IP để truyềntín hiệu hình ảnh và âm thanh đến người xem.Tuy nhiên, IPTV không dùng để chỉ tất cảcác dịch vụ truyền hình ảnh và âm thanh qua mạng IP.IPTV chỉ được hiểu là các dịch vụtruyền video qua mạng IP được quản lý, không bao gồm các dịch vụ video dựa trên mạngInternet mở (thường được biết đến như TV online hay video online)

Hình 1.1: Mô hình IPTV

+ Không được bảo đảm về chất lượng

dịch vụ (QoS) Chất lượng không ổn định

(thường là chất lượng kém và phụ thuộc

vào đường truyền Internet)

+ Thông thường chạy trên cơ sở các ứng

dụng của PC

+ Không có khả năng cạnh tranh với

truyền hình truyền thống

+ Ưu thế của Internet TV là có tính linh

hoạt và không bị giới hạn bởi địa lý (vì

mạng Internet mở vốn không bị giới hạn

về địa lý), có nội dung phong phú, người

xem TV có thể xem các kênh trên phạm vi

toàn cầu

+ Internet TV cung cấp trên cơ sở World

Wide Web, nhà cung cấp có thể phát triển

độc lập

+ Nhiều kênh Internet TV hiện nay rất

phát triển (được biết đến là các trang web

video online, TV online) Phổ biến nhất

có thể kể đến là YouTube

IPTV

+ Được đảm bảo chất lượng dịch vụ(QoS) bởi các nhà cung cấp dịch vụ băngrộng (ISP), có băng thông, chất lượngđường truyền ổn định, nội dung được đảmbảo

+ Có thể xem IPTV trên TV hoặc PC

+ Có khả năng cạnh tranh với truyền hìnhtruyền thống và hoàn toàn chiếm ưu thế.+ Giới hạn trong phạm vi khu vực củaISP, nội dung do nhà cung cấp dịch vụcung cấp (thường không thể phong phúnhư mạng Internet mở)

+ Để cung cấp dịch vụ IPTV cần phải có

sự kết hợp giữa ISP và nhà cung cấp nộidung

+ Các dịch vụ IPTV phổ biến hiện nay ởViệt Nam có thể kể đến ITV (FPT),MyTV (VASC & VNPT)

1.2.2. Các dịch vụ của IPTV

Cung cấp dịch vụ IPTV không chỉ đơn thuần là IP video Trên thực tế, các nhàkhai thác viễn thông đang tập trung vào dịch vụ này để tạo ra sự khác biệt của dịch vụ họcung cấp với các dịch vụ mà các nhà khai thác mạng truyền hình cáp hay vệ tinh cungcấp Tất cả các lựa chọn cấu trúc và công nghệ cơ sở tập trung vào việc phân phối nhiềuloại dịch vụ video theo yêu cầu và video quảng bá, nhưng với kinh nghiệm về các dịch vụthoại và số liệu tốc độ cao cho phép các nhà khai thác viễn thông cung cấp cho kháchhàng 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 vàvideo quảng bá, tuy nhiên các nhà khai thác viễn thông đều có kế hoạch bổ xung các dịch

vụ này với các dịch vụ trò chơi, quảng cáo, âm thanh, thông tin…Điều cần biết là địnhnghĩa và phạm vi của các dịch vụ này sẽ liên tục được tiến triển theo thời gian

Live TV – Dịch vụ TV

 Digital TV – Truyền hình số

 Pay-per-view

 Near VoD (Video On Demand)

 Program guide – Chỉ dẫn chương trình

Stored TV – Dịch vụ lưu trữ

 Video on demand – Video theo yêu cầu

 Time-Shifting Video: truyền hình định thời

 Network PVR (Personal Video Recorder) – bộ lưu trữ cá nhân

Communictaion – Dịch vụ truyền thông

 VoIP (Voice over IP)

 Targeted/interactive advesting – Quảng cáo hướng đối tượng

ASP (Application Service Provider) – Dịch vụ khách hàng

 Distance learning – Đào tạo từ xa

 Home automation portal – Tự động hóa gia đình

 Converged services – Dịch vụ hội tụ

 Hospitality - Dịch vụ y tế

1.2.3. VOD và Video Server

Trong IPTV có dịch vụ rất quan trọng là VoD (video on demand) - truyền hìnhtheo yêu cầu là cách thức người xem các chương trình truyền hình theo sự lựa chọn củakhán giả.Cấu trúc của hệ thống VoD sử dụng công nghệ video-over-IP Đầu tiên, nộidung 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 đê nhận và giải mã nội dung, sau đó đưa lên màn hìnhhiên thị Bộ STB cũng cung cấp cho thuê bao một danh sách các dịch vụ từ thành phầnquản lý thuê bao và hệ thống truy cập có điều kiện Đây là một hệ thống con nhận cáclệnh từ thuê bao, gửi những lệnh thích hợp tới VoD server và phân phối các key giải mãcho các bộ STB

Hình 1.3: Mô hình VoD

Các video server là yếu tố cần thiết cho mọi hệ thống VoD, do chúng tạo ra cácluồng video trong thực tế và gửi chúng tới mỗi thuê bao Các server có dung lượng bộnhớ lớn nhỏ khác nhau tùy thuộc vào các ứng dụng khác nhau Trong phần này chỉ để cậpđến một số khía cạnh của các server và cách thức chúng được sử dụng cho việc phân phốinội dung Dung lượng lưu trữ nội dung được hỗ trợ trên một server có thể lớn hoặc nhỏ

1.2.4 Set – Top – Box

Set – Top – Box (STB) là một vật không thể thiếu ở mỗi gia đình khi triển khaidịch vụ truyền hình qua mạng.

Set-Top-Box: là thiết bị giải mã tín hiệu truyền hình sau đó chuyển dữ liệu hìnhảnh và âm thanh lên màn hình TV

Yếu tố ảnh hưởng lớn nhất đến chất lượng IPTV trong mạng gia đình chính là Top-Box

Set-Khi sử dụng dịch vụ IPTV, Set-Top-Box sẽ được nhà cung cấp dịch vụ lắp đặt làmthiết bị trung gian giữa mạng băng thông rộng và TV

Trong dịch vụ VoD, Set-Top-Box đứng ra làm thiết bị lưu trữ dữ liệu khi cần, đưa

ra yêu cầu với hệ thống của nhà cung cấp dịch vụ IPTV

Set-Top-Box tăng tính cá nhân của người dùng IPTV, cho phép người dùng sửdụng và lựa chọn việc xem TV theo sở thích như chương trình và thời gian xem

CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ KHI TRIỂN KHAI DỊCH VỤ TRUYỀN

HÌNH QUA MẠNG

2.1 Phương thức truyền dữ liệu

Dữ liệu của dịch vụ IPTV được truyền dưới theo 2 hình thức: multicast cho live

TV và unicast cho VOD và các dịch vụ giá trị gia tăng khác.Các dịch vụ video của IPTVchủ yếu sử dụng giao thức dữ liệu người dùng (UDP – User Datagram Protocol) kết hợpvới giao thức truyền tải thời gian thực RTP/RTCP (Real time Transport Protocol/ Realtime Transport Control Protocol)

2.1.1. Multicast

Multicast là phương thức chủ yếu để truyền các chương trình truyền hình trực tiếpLiveTV, Multicast là giao thức truyền một tín hiệu đến nhiều người nhận cùng một lúc cóchọn lựa Dùng multicast có thể tiết kiệm băng thông so với dùng unicast hoặc broadcast.Dùng unicast, dữ liệu này phải được copy ra nhiều bản ngay từ đầu, rất phí băng thôngcủa hệ thống Dùng broadcast, không cần copy gói nhưng nội dung phải được truyền đếntất cả người dùng, người không muốn nhận dữ liệu sẽ bỏ qua dữ liệu đó, điều này cũnggây tốn băng thông mạng Multicast thể hiện ưu thế vượt trội khi không cần phải copygói mà và chỉ chuyển nó đến người cần nhận

Đối với multicast, các máy thu cùng muốn nhận một dữ liệu sẽ tham gia vào 1multicast group ( mỗi group được xác định bằng 1 địa chỉ IP lớp D) Máy thu dùng bảntin IGMP (Internet Group Management Protocol) đến router để yêu cầu tham gia 1 group.Dựa vào các group đó, các router trên mạng sẽ chạy các giao thức multicast (DVMRP –Distance Vector Multicast Routing Protocol, PIM – Protocol Independent Multicast,MOSPF – Multicast Open Shortest-Path First, CBT – Core Based trees, MBGP –Multiprotocol BGP Extenssions for IP Multicast, MSDP - Multicast Source DiscoveryProtocol) để đưa dữ liệu đến máy thu Nguồn multicast có nhiệm vụ thiết lập các session,các group và quảng bá group đến máy thu

2.1.2. Unicast

Unicast thông thường được sử dụng để truyền dữ liệu VoD và các dịch vụ giá trịgia tăng Unicast là phương thức truyền tín hiệu từ từ một máy thu đến một máy phát.Đối với IPTV, các luồng unicast chủ yếu là từ video server đến người dùng Việc truyềnunicast video rất tốn tài nguyên mạng, do đó, khi IPTV vào giai đoạn phát triển nhanh,

dẫn đến tăng nhanh các luồng unicast sẽ gây ảnh hưởng lớp đến chất lượng dịch vụ Nhàcung cấp dịch vụ cần đưa ra các giải pháp thích hợp.

2.1.3. Giao thức RTP và RTCP

RTP và RTCP là một bộ giao thức nằm ở lớp 4 của mô hình OSI (Transport) đượcchuẩn hóa theo RFC 1889 và RFC 3550, cho phép truyền tải gói tin thời gian thực (thôngthường là audio và video) qua mạng IP có hỗ trợ chất lượng

RTP định dạng dữ liệu thực và truyền qua mạng trong khi RTCP được dùng để gửicác gói tin điều khiển, thu nhận thông tin và phản hồi về chất lượng dịch vụ

2.2 Đóng gói dữ liệu video IPTV

2.2.1. Mô hình truyền thông IPTV:

Hình 2.1: Mô hình truyền thông IPTV

Dữ liệu video ở đầu gửi được truyền từ lớp cao xuống lớp thấp trong mô hình IPTV, vàđược truyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao thức của lớp vật lí.Ở đầu nhận, dữ liệunhận được chuyển từ lớp thấp nhất đến lớp trên cùng trong mô hình IPTV

2.2.2. Mã hóa video

Tín hiệu đầu ra của bộ mã hóa gọi là các dòng cơ bản (elementary stream) Tùytheo kỹ thuật nén mà có các dòng cơ bản khác nhau Dòng cơ bản thường chỉ bao gồm dữliệu video/audio và một vài thông tin về kích thước và tần số ảnh, tỉ lệ màn ảnh…Đối với

kỹ thuật nén H.264, dòng cơ bản này còn được chia thành các gói đơn vị NAL (NetworkAbstraction Layer unit).

Hình 2.2:Cấu trúc dòng cơ bản (Elementary stream) với kỹ thuật nén H.264

2.2.3. Đóng gói video

Dòng cơ bản video/audio phải được chia thành các gói được đánh dấu thời gianPES (Parketized Element Stream Packet) Một gói PES chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu từ 1 nguồnduy nhất, kích thước khối cố định hoặc thay đổi, có thể lên tới 65536 byte/gói Bao gồm 6 byteheader, và số byte còn lại chứa nội dung chương trình

Hình 2.3: Cấu trúc gói PES

2.2.4. Đóng gói kết cấu dòng truyền tải

Các gói PES được chia nhỏ thành các gói TS có kích thước cố định 188byte(184byte dữ liệu và 4 byte header).Chuẩn đóng gói thường được dùng là MPEG và dữliệu sau đóng gói được gọi là MPEG2-TS

Hình 2.4: MPEG-TS

Các gói ở lớp này có thể bao gồm cả dữ liệu video, audio và các dữ liệu khác liênquan, tuy nhiên, mỗi gói chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu duy nhất.

Hình 2.5: Cấu trúc dòng MPEG-TS tổng hợp

Trong một số trường hợp, đóng gói ở lớp này có thể được bỏ qua vì giao thức RTPcũng hỗ trợ việc đóng gói và truyền trực tiếp các PES Sử dụng phương pháp đóng góiRTP trực tiếp có thể cắt giảm lưu lượng dư thừa và đang được nghiên cứu phát triển, tuynhiên, đóng gói MPEG-TS thông dụng hơn và tương thích với hầu hết các hệ thống giải

mã video

Đóng gói ở các lớp thấp hơn:

Các TS phải tiếp tục được đóng gói để có thể truyền qua mạng IP

RTP là một giao thức tùy chọn ở lớp truyền vận, gói tin có thề được đóng góiRTP/UDP hoặc chỉ đóng gói UDP

Hình 2.6: Đóng gói MPEG/RTP/UDP/IP

2.3 Các chuẩn nén sử dụng

Nén video được xem là một công nghệ then chốt để các trong các giải pháp truyềnhình qua mạng, nó cho phép những kênh truyền hình chất lượng cao có thể được truyền

đi qua mạng IP

Trước khi các kỹ thuật nén video xuất hiện, hầu hết các kỹ thuật nén dữ liệu đượcphát triển nhằm mục đích nén văn bản Các kỹ thuật này thông thường cho tỉ lệ nén thấp

và không phù hợp với đối với video