IPTV (Internet Protocol Television) là dịch vụ truyền tải hình ảnh kỹ thuật số tới người sử dụng qua giao thức IP trên mạng Internet với kết nối băng thông rộng

Hình 1-2 Các dịch vụ IPTV được cung cấp 1.2.1 Dịch vụ truyền hình quảng bá • Live TV Đây được hiểu là dịch vụ truyền hình số trên nền mạng IP cung cấp dạng phát Broadcast những chương tr

Chương 1 GIỚI THIỆU IPTV

1.1 Khái niệm

IPTV (Internet Protocol Television) là dịch vụ truyền tải hình ảnh kỹ thuật số tới người sử dụng qua giao thức IP trên mạng Internet với kết nối băng thông rộng Nó thường được cung cấp kết hợp với VoIP, video theo yêu cầu nên còn được gọi là công nghệ TriplePlay (dữ liệu, âm thanh và hình ảnh) Nhưng trong một môi trường

mà thách thức nhân lên theo cấp số mũ và công nghệ phải liên tục được cập nhật, bộ

ba dịch vụ nói trên đã chuyển thành bộ tứ khi có thêm xem truyền hình Internet qua điện thoại di động (MobileTV)

Hình 1-1 Công nghệ của tương lai

Khả năng của IPTV gần như là vô hạn và nó hứa hẹn mang đến những nội dung

kỹ thuật số chất lượng cao như video theo yêu cầu (Video-on-Demand- VoD), hội thảo, truyền hình tương tác/trực tiếp, game, giáo dục từ xa, video blogging (vBlog), tin nhắn nhanh qua TV

Trước đây, công nghệ này gần như không thể hoạt động được do tốc độ kết nối quay số quá chậm, nhưng trong vài năm tới, IPTV sẽ trở nên thịnh hành hơn Các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông coi IPTV như một cơ hội để tăng doanh thu trên thị trường và là vũ khí lợi hại chống lại sự bành trướng của truyền hình cáp

1.2 Phân loại dịch vụ IPTV

Hệ thống IPTV phát triển dựa trên hệ thống mạng băng thông rộng đang triển khai có khả năng cung cấp được các dịch vụ như mô tả ở phần dưới đây

Hình 1-2 Các dịch vụ IPTV được cung cấp

1.2.1 Dịch vụ truyền hình quảng bá

• Live TV

Đây được hiểu là dịch vụ truyền hình số trên nền mạng IP cung cấp dạng phát (Broadcast) những chương trình truyền hình được thu lại từ hệ thống truyền hình mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh hoặc kênh truyền hình riêng tới khách hàng Các kênh truyền hình được thu từ những nguồn thu khác nhau, bao gồm:

- Các kênh truyền hình analog của quốc gia

- Các kênh truyền hình được thu miễn phí từ vệ tinh

- Các kênh truyền hình đã mã hoá từ vệ tinh

- Các kênh truyền hình riêng của nhà cung cấp TV

Với giải pháp IPTV, nhà cung cấp dịch vụ có thể đóng nhiều loại kênh truyền hình thành các gói nhằm cung cấp cho khách hàng với các gói cước linh hoạt khác nhau Các kênh truyền hình được hỗ trợ tính năng trả tiền theo từng kênh hoặc theo

từng thời điểm người xem muốn xem (Pay-per-View – PPV), Set-top-box (STB) có giao diện hướng dẫn xem chương trình và kế hoạch phát sóng chương trình TV cập nhật dễ dàng Người xem có thể chuyển kênh thuận tiện trên STB tại đầu cuối của khách hàng.

• Time-shifted TV

Tạm dừng TV là tính năng giúp người xem có thể tạm dừng kênh truyền hình đang phát và có thể xem tiếp sau đó Ví dụ người xem tạm dừng khi cần nghe điện thoại, sau khi cuộc gọi kết thúc người xem có thể xem chương trình TV tiếp tục từ thời điểm trước đó hoặc xem tiếp như bình thường Giao diện và chức năng của dịch vụ được thể hiện rõ ràng, trực quan thông qua STB, thuận tiện cho người sử dụng Người dùng có thể xem tiếp từ thời điểm tạm dừng và hệ thống đáp ứng kênh LiveTV như bình thường Hình thức này có thể tính phí linh hoạt, thu cước theo gói dịch vụ

• Virtual Channel from VoDs

Chức năng này cho phép hệ thống ghép một số nội dung VoD tùy chọn thành một kênh riêng và phát trên mạng Sau khi đã kích hoạt, kênh ảo này hoạt động và

có đầy đủ các tính năng như một kênh TV bình thường Dịch vụ cho phép biên tập các nội dung VoD cùng thể loại (âm nhạc, thời trang, thể thao, ) thành một kênh chuyên đề theo thị hiếu của khách hàng Người quản trị có khả năng quản lý và theo dõi các kênh ảo tạo ra

• NVoD (Near Video on Demand)

Chức năng này cho phép hệ thống phát một chương trình truyền hình hoặc VoD tùy chọn lặp lại nhiều lần trên các kênh multicast khác nhau Với cùng một nội dung phát cách nhau một khoảng thời gian, do vậy khách hàng có thể trả tiền PPV (Pay-per-view) và xem tại các thời điểm tùy ý Hệ thống có khả khả năng thiết lập dịch

vụ NVoD với các chương trình truyền hình hoặc VoD Hỗ trợ khả năng tính cước theo PPV hoặc theo gói dịch vụ

• Mobile TV

Dịch vụ này là hướng phát triển tương lai đảm bảo cung cấp kênh truyền hình, VoD và các dịch vụ của hệ thống IPTV đến các khách hàng của mạng di động Giải pháp hoàn chỉnh hệ thống IPTV có thể kết nối, triển khai để cung cấp dịch vụ Mobile-TV Việc tính cước có thể tích hợp với hệ thống Billing độc lập để có các phương thức tính cước linh động và hiệu quả.

1.2.2 Dịch vụ theo nhu cầu (On-Demand)

• VoD (Video on Demand)

Đối với dịch vụ VoD, người xem lựa chọn các video (phim, video clip) trực tiếp

từ thư viện của nhà cung cấp để xem qua trên TV của khách hàng Thư viện hỗ trợ tính năng tìm kiếm, hiển thị danh sách và miêu tả các video cùng với việc giới thiệu

độ hấp dẫn của video Nhằm khuyến khích khán giả mua phim, người xem sẽ được xem qua các bản tóm tắt phim, xem trước các đoạn phim demo rồi mới quyết định

có mua hay không Dịch vụ VoD có những tính năng cơ bản của thiết bị ghi hình VCR như là tạm dừng, chạy tiếp, chuyển nhanh về phía trước, chuyển nhanh về phía sau Tính năng chuyển nhanh về phía trước, chuyển nhanh về phía sau cần đạt được tốc độ 2X, 4X, 8X, 16X, 32X và 64X Hệ thống cho phép giới thiệu thông tin tóm tắt về các bộ phim và video trên giao diện của EPG Tùy vào mục đích kinh doanh của nhà cung cấp dịch vụ, người xem có thể xem nhiều lần bất cứ lúc nào như ở chế độ phát sóng Nhà cung cấp có thể gắn kèm trailer quảng cáo và nội dung demo, hỗ trợ lưu các thông tin VoD ưa thích vào Favourite, sau đó có thể chọn lại Chức năng khoá chương trình, phim hoặc nội dung không dành cho trẻ em VoD có thể phân loại thành VoD miễn phí (Free on Demand - FoD) và VoD trả tiền

• TVoD (TV on Demand)

Tính năng này cho phép các chương trình LiveTV được lưu lại trên server trong một khoảng thời gian nào đó Khách hàng sau đó có thể lựa chọn để xem lại (như đối với VoD) các chương trình mà mình bỏ lỡ Thời gian lưu trữ các chương trình

có thể đặt thay đổi linh động theo nhu cầu thực tế Hệ thống sẽ hỗ trợ cả 2 cách thức

là lưu trữ theo thời gian và lưu trữ theo chương trình được chọn nào đó Thông tin

về cước (nếu có) đối với dịch vụ được hiển thị đúng đắn để khách hàng đưa ra quyết

định lựa chọn Hỗ trợ các tính năng cơ bản của thiết bị ghi hình VCR, đó là tạm dừng, chạy tiếp, chuyển nhanh về phía trước, chuyển nhanh về phía sau Tính năng chuyển nhanh về phía trước, chuyển nhanh về phía sau cần đạt được tốc độ 2X, 4X, 8X, 16X, 32X và 64X.

• Games on Demand (Chơi game theo yêu cầu)

Dịch vụ này cung cấp những trò chơi giải trí đơn giản cho khách hàng Các trò chơi này có thể chơi trực tuyến bằng cách truyền (streaming) từ hệ thống IPTV server đến STB STB thường phải hỗ trợ Java (JVM) để chơi được các game Hệ thống có chế độ tính điểm và ghi thông tin người chơi

1.2.3 Dịch vụ tương tác (Interactive)

• Personal Video Recorder (PVR), Client Personal Video Recording (cPVR)Trong trường hợp này, thuê bao có thể thu lại các chương trình vào thư mục của mình, các thuê bao sẽ trả tiền thông qua tài khoản Đối với nội dung đã được mã hoá, khoá giải mã sẽ được download từ trên hệ thống tại thời điểm xem nội dung Chức năng này để thuê bao có thể chia sẻ những hình ảnh của họ cho bạn bè và những người thân của họ

• Networked Personal Video Recorder (nPVR)

nPVR là một thành phần mạng để ghi và phát lại nội dung của các kênh truyền hình Có thể không nhất thiết ghi lại tất cả các kênh truyền hình, nPVR sẽ giới hạn trước chỉ những chương trình được chọn, những chương trình này có thể được ghi lại với mục đích điều khiển lưu trữ dữ liệu EPG sẽ có nhiệm vụ xác định xem kênh nào mà nPVR có thể cung cấp Dựa trên “list” này, các thuê bao có thể lưu lại các chương trình mà họ chọn trong thư viện nPVR chẳng hạn như một biểu tượng hay một icon Trong lúc xem những chương trình do nPVR cung cấp, thuê bao có thể tuỳ thích sử dụng những các chức năng điều khiển như Play, Pause, FF, RW Nhà cung cấp dịch vụ sẽ thiết lập các quy tắc ghi cho mỗi kênh TV riêng, chẳng hạn thời gian lưu trữ cho kênh được ghi.

• Guess và Voting

Cung cấp tính năng bình chọn trực tiếp và dịch vụ trò chơi dự đoán cho người xem qua TV Việc dự đoán, bình chọn được kết hợp thể hiện trực tiếp trên các chương trình truyền hình Cho phép tạo các kịch bản bình chọn hoặc dự đoán dễ dàng và linh động theo nhiều tiêu chí khác nhau Chức năng bình chọn có thể thực hiện đồng thời trong khi vẫn đang xem chương trình TV Hỗ trợ âm thanh, hình ảnh minh họa cho các đề mục đưa ra Thao tác bình chọn, dự đoán cần được hỗ trợ thuận tiện thông qua Remote Control

• TV –Education

Cung cấp tất cả các dịch vụ học tập, đào tạo theo các nội dung và theo từng lứa tuổi Hệ thống hỗ trợ khả năng quản lý nội dung các chương trình học tập, đào tạo Giao diện hệ thống đảm bảo thân thiện, EPG hiển thị dễ dàng thuận tiện cho khách hàng Hệ thống cho phép phát triển, tích hợp thêm các dịch vụ learning mới vào hệ thống IPTV hiện tại theo yêu cầu Có giải pháp hoàn chỉnh cho các nhà cung cấp third-party tích hợp vào hệ thống để cung cấp dịch vụ

• TV –Commerce

Thương mại qua TV là các dịch vụ tương tác cho phép khách hàng trao đổi, mua bán và đấu giá những sản phẩm được giới thiệu trên TV hoặc những chương trình quảng cáo Để thuê bao có thể đăng kí, thực hiện các dịch vụ này hệ thống cần hỗ trợ các phương thức đặt hàng, thanh toán, giao hàng đến tận tay người dùng Hệ

thống có sự đồng bộ, nhất quán từ server, middleware, EPG đến STB để cung cấp dịch vụ đến khách hàng Hỗ trợ giới thiệu, quảng bá các thông tin sản phẩm trên các kênh Live TV, VoD một cách linh động và hiệu quả Có giải pháp tích hợp với hệ thống thanh toán qua ngân hàng, giải pháp đảm bảo an toàn cho Online-Payment.

• Chức năng tương tác qua mobile

Dịch vụ này cho phép thuê bao có thể xem và tương tác hình ảnh thông qua các thiết bị cầm tay như trên màn hình TV Ngoài ra còn có thể cho phép thuê bao từ thiết bị cầm tay của mình điều khiển mọi quá trình tương tác của STB ( Set Top Box ) đối với hệ thống qua thiết bị cầm tay của mình Ví dụ, khi thuê bao đang bận

đi công tác nhưng muốn thu một chương trình mà họ thích xem tại một thời điểm nào đó vào bộ nhớ trên STB của mình tại nhà Họ có thể điều khiển từ thiết bị cầm tay của họ trên thiết bị cầm tay

1.2.4 Dịch vụ thông tin và truyền thông

• Internet on TV (Web Browser)

Dịch vụ này cho phép người dùng truy cập vào những trang web trên Internet Hệ chức năng sẽ có các tính năng cơ bản của trình duyệt web như Back, Refresh, Stop, History và Boookmark, Các thành phần hệ thống middleware, EPG, STB có cơ chế để duyệt các trang web và hiển thị thông tin chính xác lên màn hình Nội dung hiển thị có thể thay đổi font chữ theo yêu cầu Hỗ trợ font chữ Unicode

• TV – Information

Dịch vụ này cung cấp các thông tin đến khách hàng thông qua hệ thống IPTV Các thông tin có thể cung cấp rất đa dạng và phong phú, bao gồm tin tức, thông tin thị trường, mua sắm, thông tin chứng khoán, đấu giá, dự báo thời tiết, thông tin giao thông, … Cho phép phát triển, tích hợp thêm các dịch vụ thông tin mới vào Hệ thống IPTV hiện tại Các nhà cung cấp nội dung thông tin third-party có thể tích hợp vào hệ thống để cung cấp dịch vụ

• TV Messaging

Chức năng này cho phép người xem TV có thể chat trực với nhau thông qua hệ thống IPTV Ngoài chat trực tiếp với nhau, khách hàng có thể chat với các người dùng của hệ thống khác như Yahoo, MSN, các tin nhắn SMS Hệ thống có thể quản lý thông tin cá nhân của các thành viên (Profile) Quản lý danh sách bạn bè như thêm, xóa, sửa thông tin, có chế độ thông báo tới người dùng khi có message mới đến Quản lý thông tin Offline Message Ngoài ra các tính năng khác sẽ phát triển như hỗ trợ voice chat và video (webcam), STB hỗ trợ bàn phím không dây, font chữ Unicode và tích hợp bộ gõ tiếng Việt.

• Video Conference

Hội thảo truyền hình cho phép nhiều thuê bao tham gia đối thoại trực tuyến thông qua truyền hình Giải pháp này cho phép tổ chức các cuộc họp, các buổi hội thảo, đào tạo trực tuyến từ xa, người dùng có thể tham gia từ bất cứ vị trí địa lý nào miễn

là có kết nối hệ thống IPTV Hệ thống hỗ trợ việc thay đổi các thông số về chất lượng hình ảnh, chuẩn nén, … cho phù hợp với băng thông của mạng lưới

• Video Phone (SIP Phone)

Điện thoại truyền hình thông qua giao thức VoIP thông dụng như SIP, H323 Dịch vụ cho phép 2 thuê bao có thể liên lạc bằng hình ảnh và âm thanh với nhau dựa trên chuẩn SIP/IP Các dữ liệu âm thanh và hình ảnh sẽ được STB mã hoá và được gửi thông qua IP tới từng thuê bao riêng biệt Hệ thống cung cấp dịch vụ VoIP-Phone cho phép thuê bao IPTV có thể gọi điện cho nhau hoặc gọi ra các mạng điện thoại khác Hệ thống cung cấp giải pháp hoàn chỉnh cho việc tích hợp hệ thống VoIP-Phone Cung cấp các thiết bị tích hợp đi kèm (handset) hỗ trợ cho việc gọi điện thoại Hỗ trợ khả năng mở rộng, tích hợp đến các mạng điện thoại khác như fixed-phone, mobile phone,

1.2.5 Các dịch vụ gia tăng khác

• Tin nhắn SMS/MMS

Chức năng này cho phép người dùng TV có thể gửi nhận tin nhắn SMS, MMS đến các mạng di động Cho phép gửi nhận tin nhắn trực tiếp giữa khách hàng của hệ thống IPTV và khách hàng của mạng mobile Hệ thống có giao diện nhập tin nhắn

dễ dàng, STB sẽ hỗ trợ bàn phím không dây trong tương lai Có chế độ cảnh báo người dùng khi có SMS mới đến

• TV Mail

Chức năng này giống như một trình email-client Người dùng có thể gửi, nhận, đọc trực tiếp email thông qua màn hình giao diện trên màn hình TV Tuy nhiên hiện tại các STB cấu hình thấp có hạn chế là không thể gửi được file đính kèm, cần phát triển khả năng tích hợp thiết bị đầu vào (USB chẳng hạn ) để upload nội dung Chức năng này hỗ trợ đầy đủ chuẩn SMTP, POP3 thông dụng Hỗ trợ các tính năng email-client cơ bản như CC, BCC, HTML mail, chèn chữ ký (signature), sắp xếp message theo các tiêu chí khác nhau Cho phép cấu hình, tạo nhiều tài khoản email kết nối gửi nhận email đến các mail-server khác nhau Quản lý thông tin Address Book

• Media Sharing (Photo Album)

Chức năng này cho phép khách hàng thông qua hệ thống IPTV có thể tạo, lưu trữ

và quản lý các album ảnh của mình Hệ thống album cho phép quản lý theo các category khác nhau Hỗ trợ giao diện thân thiện, EPG hiển thị dễ dàng thuận tiện Chức năng tìm kiếm thông tin ảnh, tạo các thư mục cá nhân (Private)

• Video Blog

Dịch vụ này cho phép khách hàng IPTV có thể tạo riêng cho mình một blog có khả năng lưu trữ các clip video Người dùng có thể soạn thảo, thêm mới các đề mục, bài viết dễ dàng Hệ thống hỗ trợ quản lý thông tin cá nhân của các thành viên (Profile), cho phép phân quyền các thành viên khác nhau Khách hàng có thể quản

lý danh sách bạn bè như thêm, xóa, sửa thông tin

• Global Monitoring

Ứng dụng cho theo dõi giao thông, giám sát an ninh và giám sát hộ gia đình từ

xa Với loại hình dịch vụ này, hệ thống IPTV có thể ứng dụng cho tập khách hàng nhóm lớn như các công ty, doanh nghiệp Hệ thống hỗ trợ giải pháp hoàn chỉnh cho phép tích hợp cung cấp dịch vụ trên hệ thống IPTV đã triển khai Cung cấp các thiết

bị tích hợp đi kèm (camera, remote, ) phía khách hàng hỗ trợ cho việc monitoring

• Game Online (Multiplayer game)

Dịch vụ cung cấp những trò chơi quy mô lớn, chơi trực tuyến và có nhiều người chơi tham gia đồng thời Hệ thống có giải pháp hoàn chỉnh cho các nhà cung cấp game third-party tích hợp vào hệ thống IPTV triển khai để cung cấp dịch vụ Hỗ trợ tính tiền một cách linh động và hiệu quả (tính tiền theo thời gian chơi game, các chế

độ khuyến mại theo yêu cầu )

Chương 2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH TRÊN

2.1.2 Các thành phần cung cấp dịch vụ Broadcast Video

• Bộ nén video thời gian thực

Bộ nén video thời gian thực tiếp nhận tín hiệu audio, video từ các nguồn phát broadcast video (tín hiệu có thể ở dạng tương tự hoặc số), sau đó chuyển đổi tín hiệu này thành luồng các gói IP mang dữ liệu audio/video ở dạng đã được nén số

• EPG

EPG cung cấp thông tin về các kênh truyền hình đến broadcast client chạy trên các STB EPG thường được xây dựng dưới dạng một HTTP server và các kênh

truyền hình được hiển thị dưới dạng các trang web Ứng dụng EPG sẽ đảm nhận việc xác thực và chứng thực một thuê bao đối với các dịch vụ broadcast EPG còn cung cấp địa chỉ IP multicast được sử dụng để phát kênh truyền hình vào mạng IP Broadcast client dùng địa chỉ này để thực hiện giao thức IGMP trong quá trình chọn

và chuyển kênh

• Broadcast Client

Broadcast Client là một tiến trình ứng dụng chạy trên STB đảm nhiệm việc cung cấp giao diện người dùng và điều khiển cho các dịch vụ Broadcast video Broadcast client cùng với EPG tạo ra giao diện xác thực thuê bao cho các dịch vụ Việc xác thực thường được thực hiện bằng các giao thức xác thực của tầng ứng dụng (Application layer) Broadcast client hiển thị thông tin về các kênh truyền hình sử dụng dữ liệu lấy được từ EPG và tạo ra giao diện điều khiển phục vụ thay đổi kênh bằng IGMP

2.1.3 Các thành phần cung cấp dịch vụ VoD

• Hệ thống phân phối nội dung

Hệ thống phân phối nội dung (Asset Distribution System – ADS) lấy nội dung video từ các nhà cung cấp nội dung và sử dụng các qui tắc kinh doanh để phân phối nội dung này đến những khu vực khác nhau trong hệ thống mạng của nhà cung cấp dịch vụ ADS có thể được sử dụng để thay đổi các thông tin mô tả (metadata) của nội dung video nhằm bổ sung các thông tin liên quan đến các quy tắc kinh doanh như giá của nội dung video, gói dịch vụ của nội dung video, nội dung video có cần được mã hóa không,… Dựa trên các quy tắc kinh doanh, ADS sẽ phân phối nội dung đến phân hệ quản lý tài nguyên tại các video server ở các khu vực khác nhau

• Navigation server

Navigation server cung cấp các thông tin về nội dung VoD cho on-demand client chạy trên STB Navigation server thường được thực hiện bởi một HTTP server và hiển thị thông tin về các nội dung video dưới dạng các trang web Navigation server

sử dụng thông tin từ hệ thống quản lý tài nguyên để xác định những nội dung video nào được hiển thị đến thuê bao Đối với các nội dung được cung cấp dưới dạng gói

thuê bao thì navigation server có thể sử dụng thông tin trong cơ sở dữ liệu khách hàng để điều chỉnh những thông tin được hiển thị.

• Phân hệ quản lý phiên

Phân hệ quản lý phiên là điểm liên lạc trung tâm cho các yêu cầu phiên VoD từ on-demand client chạy trên STB Thành phần này quản lý vòng đời của một phiên video và đảm nhiệm việc điều phối các tài nguyên khác nhau nhằm gửi các luồng video tương ứng với các yêu cầu từ on-demand client Khi nhận được một yêu cầu phiên video từ on-demand client, phân hệ quản lý phiên sử dụng dịch vụ của phân

hệ bản quyền để xác định xem thuê thuê bao có được phép xem nội dung video mà thuê bao đang yêu cầu hay không Nếu yêu cầu được chấp nhận, phân hệ bản quyền

sẽ trả lại các thông tin có liên quan (chẳng hạn như định dạng mã hóa được sử dụng cho nội dung video) Sau đó, phân hệ quản lý phiên xác định VoD server tối ưu để phục vụ thuê bao Tiếp theo, phân hệ quản lý tài nguyên sẽ gửi đi luồng video Trong trường hợp nội dung cần được mã hóa, phân hệ quản lý phiên trao đổi thông tin với hệ thống truy nhập có điều kiện (Conditional Access System – CAS) để lấy thông tin về thuật toán mã hóa cũng như là để gửi khóa mã hóa đến STB Cuối cùng, các thông tin liên quan đến nội dung video (địa chỉ IP/UDP/RTP) được gửi đến STB

• Phân hệ bản quyền

Phân hệ bản quyền có chức năng xác định một nội dung video chỉ được xem bởi những thuê bao được cấp phép Phân hệ bản quyền sử dụng các thông tin từ ADS để xây dựng cơ sở dữ liệu cho biết các nội dung video trong các gói thuê bao khác nhau

• Video pump

Video pump là thành phần lưu trữ và streaming của hệ thống VoD Video pump chứa các thiết bị lưu trữ, nội dung video được tổ chức sao cho có thể gửi bất kỳ một nội dung video nào với một tốc độ xác định trước Thành phần streaming thực hiện lấy file từ hệ thống lưu trữ và đẩy vào mạng Video pump phải có khả năng điều khiển các luồng video ở mức tối thiểu, ví dụ như fast-forward, rewind… phục vụ cho quá trình xem nội dung của thuê bao

• Phân hệ quản lý tài nguyên

Phân hệ quản lý tài nguyên quản lý các luồng video, các thiết bị lưu trữ của một nhóm các video pump Phân hệ này định vị, sao chép nội dung cũng như cấp phát các video pump cho các yêu cầu video nhận được từ phân hệ quản lý phiên

Ở đầu vào, phân hệ quản lý tài nguyên tiếp nhận nội dung từ hệ thống phân phối nội dung và sao chép nội dung này đến các video pump mà nó quản lý Phân hệ này

sẽ đưa ra quyết định khi nào và ở đâu cần được sao chép nội dung dựa trên các thông tin như các thông tin quản lý từ hệ thống phân phối nội dung, các yêu cầu video từ thuê bao Ở đầu ra, nó có nhiệm vụ đáp ứng các yêu cầu video từ phân hệ quản lý phiên bằng cách chỉ ra video pump sẽ phục vụ cho yêu cầu đó

• On-demand client

Đây là một tiến trình ứng dụng chạy trên STB, có nhiệm vụ cung cấp giao diện người dùng và điều khiển cho các dịch vụ video theo yêu cầu On-demand client cung cấp giao diện người dùng để duyệt các nội dung theo yêu cầu bằng cách sử dụng các dịch vụ của navigation server On-demand client cũng tương tác với phân

hệ quản lý phiên để yêu cầu một luồng video theo yêu cầu

2.1.4 Các thành phần chung

Hệ thống truy nhập có điều kiện (Conditional Access System – CAS) đóng vai trò là hạ tầng quản lý và phân phối các khóa mã hóa được sử dụng để mã hóa các nội dung video Mã hóa nội dung được sử dụng như là lớp bảo vệ thứ hai chống lại nạn ăn cắp nội dung Lớp bảo vệ đầu tiên cho cả dịch vụ broadcast lẫn dịch vụ theo yêu cầu được tích hợp trong ứng dụng chạy trên STB Các ứng dụng chạy trên STB

sử dụng cơ chế xác thực người dùng để kiểm tra một thuê bao có được phép xem nội dung mong muốn không Tuy nhiên, các ứng dụng này lại không bảo vệ bản thân luồng video CAS sử dụng các giải thuật mã hóa nội dung để ngăn chặn những thuê bao xem nội dung trái phép Bởi vì truy nhập có điều kiện tạo ra thêm sự phức tạp cũng như chi phí cho hệ thống truyền tải nên thường mã hóa nội dung bằng CAS chỉ áp dụng với những kênh truyền hình hoặc nội dung cao cấp Đối với dịch

vụ broadcast, mã hóa được thực hiện trong bộ nén video thời gian thực Đối với các

dịch vụ theo yêu cầu, mã hóa có thể được thực hiện trong bộ nén video thời gian thực hoặc trong quá trình xử lý sao chép nội dung đến các video pump.

• VoD server

VoD server có chức năng lưu trữ và đẩy các luồng nội dung (dưới dạng thời gian thực) vào mạng cho các dịch vụ theo yêu cầu VoD server bao gồm một tập hợp nhiều video pump được quản lý bởi phân hệ quản lý tài nguyên VoD server phối hợp cùng với middleware và có thể được tích hợp với CAS khi yêu cầu tiền mã hóa (pre-encryption) được sử dụng

• Hệ thống truy nhập có điều kiện

Hệ thống truy nhập có điều kiện (CAS) cung cấp các dịch vụ mã hóa và giải mã hóa, các chức năng tạo và phân phối khóa mã hóa, cho các dịch vụ broadcast cũng như các dịch vụ theo yêu cầu CAS bao gồm phân hệ quản lý tài nguyên mã hóa, hệ thống mã hóa (encryption engine), và tiến trình giải mã hóa video tại STB CAS tương tác với middleware khi sự mã hóa theo phiên được yêu cầu cho các dịch vụ theo yêu cầu CAS cũng có thể tương tác với middleware khi cần phân phối khóa

mã hóa giữa phân hệ quản lý tài nguyên mã hóa và tiến trình giải mã hóa trên STB Cuối cùng, CAS tương tác với VoD server khi tiền mã hóa được sử dụng cho một nội dung nào đó

2.2 Những yêu cầu đặt ra cho dịch vụ video

2.2.1 Băng thông rộng

So với các dịch vụ thoại, Internet thì băng thông dành cho các dịch vụ video cao hơn nhiều Một luồng video với độ phân giải chuẩn (standard-definition) với chuẩn nén MPGE-4/H.264 yêu cầu băng thông 2Mbps Đối với hạ tầng mạng truy nhập DSL thì có thể thấy rằng đường truyền DSL thường chỉ có khả năng truyền đồng thời từ 1 đến 2 luồng video cùng một lúc Điều này có nghĩa là thuê bao chỉ có thể xem đồng thời 2 kênh truyền hình hay 2 nội dung video Bên cạnh đó, bởi vì các dịch vụ theo yêu cầu hoạt động theo phương thức unicast, trong khi dịch vụ broadcast video hoạt động theo phương thức multicast nên có thể nói băng thông dành cho các dịch vụ theo yêu cầu trong mạng phân phối cũng như mạng gom lớn hơn rất nhiều so với dịch vụ Broadcast video

2.2.2 Băng thông không đối xứng

Lưu lượng video (bao gồm cả theo yêu cầu lẫn broadcast) đều được truyền đi trong mạng theo một hướng (hướng xuống) Chỉ có các thông tin điều khiển là được truyền di theo hướng ngược lại (hướng lên) Do đó, chi phí về hạ tầng có thể giảm bớt khi xây dựng các liên kết đơn hướng

đó, yêu cầu đặt ra cho các dịch vụ video ngặt nghèo hơn so với các dịch vụ khác Tỉ

lệ mất gói phải đảm bảo ở mức nhỏ nhất có thể

2.2.4 Sự sẵn sàng của dịch vụ

Mỗi loại dịch vụ có một mức độ sẵn sàng khác nhau Các dịch vụ broadcast có tính chất quan trọng là tính thời gian thực, thuê bao không thể quay trở lại để xem đoạn chương trình đã phát Do đó sự sẵn sàng đặt ra đối với dịch vụ broadcast là rất cao Trong khi đó, đối với các dịch vụ video theo yêu cầu thì thuê bao hoàn toàn có thể xem lại cũng như bỏ qua một đoạn nội dung nào đó Do đó yêu cầu về tính sẵn sàng đối với dịch vụ này thấp hơn đáng kể so với dịch vụ broadcast

2.2.5 Thời gian chuyển kênh đối với dịch vụ Broadcast

Một chỉ tiêu quan trọng đối với các dịch vụ broadcast video là thời gian mà thuê bao phải chờ đợi khi chuyển từ một kênh này sang một kênh khác Đối với các dịch

vụ truyền hình tương tự, khoảng thời gian này gần như là tức thời Đối với các dịch truyền hình số, khoảng thời gian này nằm trong khoảng từ 1 đến 1.5 giây Lý do của hiện tượng này là do trong truyền hình số, tín hiệu video được mã hóa theo các chuẩn nén nên cần một khoảng thời gian nhất định để giải nén tín hiệu Đặc điểm của các chuẩn nén là chia tín hiệu hình tương tự thành một chuỗi các khung ảnh tĩnh

và thực hiện các giải thuật đánh giá để loại bỏ sự dư thừa thông tin cũng như xác định chuyển động Các loại khung hình được sử dụng gồm có: khung I, khung B, và khung P Trong số này khung I là khung mang đầy đủ thông tin, có tính chất quyết định đến sự hiển thị chính xác của hình ảnh Trên thực tế, các khung I không được gửi đi liên tục mà được gửi đi xen kẽ cùng các khung B và khung P Khoảng thời gian giữa 2 khung I liên tiếp sẽ quyết định thời gian chuyển kênh Trong mạng IP, bên cạnh giải thuật nén, các yếu tố sau cũng ảnh hưởng đến khoảng thời gian giữa các khung I (đối với thiết bị đẩu cuối – STB):

• Đặc điểm của STB

• Trễ do giao thức multicast

• Các yêu cầu về bảo mật, bản quyền

2.3 Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ IPTV

Hình 2-5 Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ IPTVTheo kiến trúc này, hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV gồm các video site và mạng truyền dẫn

2.4 Video site

Trong hệ thống mạng, hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV được chia thành 3 khu vực chính như sau:

• SHE (Super HeadEnd)

• VHO (Video Headend Office)

• VSO (Video Switching Office)

• Super Headend

Tại SHE, các kênh truyền hình quảng bá được thu sóng và chuyển đổi thành các luồng multicast thông qua các bộ nén video thời gian thực (real-time encoder) Bên cạnh đó, tại SHE còn có hệ thống quản lý phân phối nội dung phục vụ cho các dịch

vụ video theo yêu cầu Ngoài ra các hệ thống hỗ trợ quản trị, vận hành, bảo dưỡng,

và tính cước cũng được bố trí tại SHE Hầu hết các phương án triển khai IPTV trên mạng cố định đều xây dựng một SHE Thông thường, SHE được bố trí trong mạng lõi của mạng truyền dẫn

• Video Headend Office

VHO là nơi đặt hệ thống video server Đây là nơi mà phần lớn các video pump phục vụ cho các dịch vụ video theo yêu cầu được trang bị Tại đây cũng có thể có các bộ nén video thời gian thực dành cho dịch vụ broadcast video cục bộ Một VHO thường phục vụ trong phạm vi một đô thị Có thể coi VHO tương đương với một điểm POP trong dịch vụ truy nhập Internet Kết nối giữa VHO và mạng lõi IP/MPLS là một router biên (Distribution Edge Router – DER) DER kết nối mạng lõi và các luồng video tại chỗ với mạng phân phối băng thông rộng để mang các luồng video của cả dịch vụ broadcast video lẫn dịch vụ video theo yêu cầu đến VSO

• Video Switching Office

Các VSO chứa các router của mạng gom (Aggregation Router - AR) là các router làm nhiệm vụ thu gom lưu lượng từ các DSLAM của mạng gom VSO thường được đặt tại đài chuyển mạch trung tâm (central switching office), là điểm kết cuối vật lý

cho các đường dây thuê bao Các thiết bị của VSO sẽ kết nối mạng phân phối với mạng gom Lưu lượng đến và đi khỏi các DSLAM được thu gom tại các AR, AR có thể nằm trong VSO trung gian hoặc VSO biên (terminal).

2.5 Mạng truyền dẫn

IPTV là một dịch vụ trong mô hình mạng cung cấp dịch vụ triple-play Một vấn

đề quan trọng đối với mạng truyền dẫn trong kiến trúc triple-play là làm thế nào một

hệ thống mạng cung cấp được nhiều dịch vụ một cách tách biệt nhau Trong phần này sẽ trình bày về các vấn đề sau:

Ánh xạ dịch vụ trong mạng truy nhập: Có 3 phương án ánh xạ dịch vụ trong mạng truy nhập, đó là:

• Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo (Multi-VC)

• Kiến trúc truy nhập EtherType

• Kiến trúc truy nhập đa VLAN (Multi-VLAN)

Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo Trong kiến trúc này, các kênh ảo ATM (hay

ATM VC) riêng rẽ được sử dụng để phân biệt các không gian địa chỉ khác nhau cho từng loại dịch vụ Các VC này cũng được sử dụng để áp các tham số chất lượng dịch vụ cho từng loại dịch vụ Trong hình 4, DSLAM ánh xạ các ATM VC trên đường day ADSL vào các VLAN dịch vụ trên đường uplink.( hình 2 – 4 )

Kiến trúc truy nhập EtherType Với kiến trúc này, trường EtherType trong

khung Ethernet được sử dụng để phân biệt hai không gian địa chỉ khác nhau Ở đây, giả sử rằng dịch vụ Internet sử dụng phương thức đóng gói PPPoE, còn dịch vụ video sử dụng phương thức đóng gói IP Khi các gói IP và PPP được mang trong khung Ethernet, trường EtherType được sử dụng để phân biệt hai loại gói này Một điểm đáng chú ý là dịch vụ thoại phải được mang trong 1 trong 2 topo logic được

mô tả bởi trường EtherType trong khung Ethernet Nghĩa là hoặc dịch vụ thoại được mang trong khung Ethernet với trường EtherType là IP hoặc dịch thoại được mang trong khung Ethernet với trường EtherType là PPPoE Do một VC được sử dụng cho tất cả các dịch vụ nên chất lượng dịch vụ được quyết định bởi các tham số chất lượng dịch vụ lớp Ethernet hoặc lớp IP Trong hình 5, DSLAM ánh xạ các giá trị EtherType khác nhau vào các VLAN dịch vụ khác nhau.(hinh 2 – 5 )

Hình 2-6 Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo

Hình 2-7 Kiến trúc truy nhập EtherType

Kiến trúc truy nhập đa VLAN Trong kiến trúc truy nhập da VLAN, phương

thức đóng gói 802.1q được sử dụng trên các đường truyền ADSL, các VLAN ID khác nhau được sử dụng để phân biệt các không gian địa chỉ của các dịch vụ khác nhau Sau đó, DSLAM thực hiện các VLAN ID này trên đường uplink vào một tập VLAN ID khác dùng để nhận dạng không gian địa chỉ trên link đó.(Hình 2 -7)

Hình 2-8 Kiến trúc truy nhập đa VLAN

Trong mô hình này, một VC được sử dụng cho tất cả các dịch vụ Do đó, cũng giống như kiến trúc truy nhập EtherType, chất lượng dịch vụ được quyết định bởi các tham số chất lượng dịch vụ lớp Ethernet hoặc lớp IP Trong hình

7, DSLAM ánh xạ VLAN ID trên đường truyền ADSL vào các VLAN dịch vụ

trên đường uplink ( Hình 2 -8 )

Ánh xạ dịch vụ trong mạng truy nhập Có hai kiến trúc khác nhau để ánh các dịch vụ từ thuê bao vào các VLAN trong mạng gom Ethernet: là kiến trúc N:1 VLAN và kiến trúc 1:1 VLAN Điểm khác biệt giữa hai kiến trúc này là cách thức ánh xạ các đường dây thuê bao và các dịch vụ vào các VLAN:

Kiến trúc N:1 VLAN ánh xạ nhiều đường dây thuê bao và dịch vụ vào cùng một VLAN

Kiến trúc 1:1 VLAN: ánh xạ mỗi dường dây thuê bao vào một VLAN riêng rẽ

Mô hình N:1 VLAN Trong mô hình N:1 VLAN, nhiều thuê bao và nhiều dịch

vụ được ánh xạ vào một VLAN trong mạng gom Ethernet Có nhiều cách để ánh xạ các nhóm thuê bao và dịch vụ vào các VLAN

Ví dụ, mỗi VLAN trong mô hình này có thể được sử dụng để gom tất cả các thuê bao của cùng một dịch vụ Khi sử dụng mô hình này, tất cả các thuê bao ứng với một dịch vụ và một DSLAM được ánh xạ vào một VLAN duy nhất DSLAM thực hiện chức năng chuyển tiếp (Ethernet bridge) giữa các đường dây DSL mà DSLAM

đã gom vào một VLAN với VLAN trên Ethernet uplink Một trong những vấn đề về bảo mật liên quan đến chuyển tiếp Ethernet là một thuê bao có thể xem được thông tin của một thuê bao khác Vì vậy, các DSLAM phải có khả năng ngăn chặn hiện tượng chuyển tiếp giữa các đường dây DSL và đường Ethernet uplink

Mô hình 1:1 VLAN Trong mô hình 1:1 VLAN, mỗi đường dây thuê bao được nhận diện trong mạng gom thông qua một VLAN ID Kiến trúc này tương tự như kiến trúc gom các đường truyền DSL theo ATM trước đây, bởi vì mỗi thuê bao trong kiến trúc ATM được nhận diện tại BRAS bởi một kênh ảo ATM Vì số lượng bit VLAN tag theo 802.1q là 12 nên trong trường hợp số lượng thuê bao lớn hơn

4096 thì mạng gom lớp 2 phải sử dụng đóng gói 802.1ad (hay còn gọi là Q-in-Q) Trong mô hình này, DSLAM phải ánh xạ đường dây thuê bao vào một VLAN tag ở đường Ethernet uplink Khi sử dụng đóng gói 802.1q thì DSLAM ánh xạ đường dây DSL vào một 802.1a VLAN ID Trong trường hợp đóng gói 802.1ad thì DSLAM phải ánh xạ đường dây DSL vào một cặp 802.1ad tag trong (inner) và ngoài (outer)

Trong kiến trúc chất lượng dịch vụ phân tán, chất lượng dịch vụ được thực hiện bằng cách lập lịch cho các link vật lý Với phương án này, mỗi link vật lý phải có khả năng phân loại lưu lượng và dựa theo một thứ tự đã cấu hình sẵn để áp dụng chất lượng dịch vụ.

Kiến trúc biên lớp 3

Kiến trúc biên lớp 3 được phân làm kiến trúc: Single-edge và multi-edge

Single- edge: Với kiến trúc này, tất cả các dịch vụ đều được kết cuối tại một nút BRAS duy nhất Vì vậy, kiến trúc này phải sử dụng kiến trúc chất lượng dịch vụ tập trung

Multi-edge: Trong kiến trúc multi-edge, các dịch vụ khác nhau được kết cuối tại các thiết bị lớp 3 khác nhau Điều này có thể thực hiện bằng cách ánh xạ các dịch vụ khác nhau vào các VLAN ID khác nhau tại DSLAM, hoặc sử dụng phân giải ARP với các nút lớp 3 khác nhau với các địa chỉ subnet khác nhau

Trong kiến trúc phân tán, tất cả các nút lớp 3, mạng gom và mạng truy nhập đều

có khả năng thực sao chép các luồng multicast Các nút lớp 3 sử dụng IP multicast

để sao chép các luồng multicast, trong khi đó các thiết bị lớp 2 sử dụng IGMP snooping

Khi sử dụng kiến trúc phân tán thì cũng có nghĩa là sử dụng mô hình N:1 VLAN cho dịch vụ multicast video Một VLAN duy nhất được sử dụng cho luồng video multicast, điều này cho phép chỉ tạo ra một bản sao duy nhất của luồng multicast cho nhiều thuê bao Với kiến trúc này thì chất lượng dịch vụ cũng được thực hiện theo kiến trúc phân tán

Chương 3 CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG

TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG xDSL

Nguyên tắc lựa chọn giải pháp kỹ thuật, công nghệ dựa trên các giải pháp kỹ thuật phù hợp với thực trạng mạng lưới của nơi triển khai, để cung cấp dịch vụ IPTV với chất lượng tốt nhất tới khách hàng

3.1 Giải pháp lựa chọn chuẩn nén hình ảnh

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính và sự ra đời của Internet thì việc tìm ra một phương pháp nén ảnh nhằm giảm bớt không gian lưu trữ thông tin và truyền thông trên mạng là yêu cầu cấp thiết Các kỹ thuật nén video đều cố gắng giảm lượng thông tin cần thiết cho một chuỗi các bức ảnh mà không làm giảm chất lượng ảnh

Mục đích của nén video là giảm bớt số bít khi lưu trữ và truyền bằng cách loại bỏ lượng thông tin dư thừa trong từng frame và dùng kỹ thuật mã hoá để tối thiểu hoá lượng thông tin quan trọng cần lưu giữ Với một thiết bị lưu hình kỹ thuật số thông thường, ảnh sau khi được số hoá sẽ được nén lại Quá trình nén sẽ xử lý các dữ liệu trong ảnh để đưa hình ảnh vào một không gian hẹp hơn như trong thiết bị nhờ kỹ thuật số hoặc qua đường dây điện thoại

Với thị trường lưu hình kỹ thuật số hiện nay, các chuẩn nén phổ biến là Motion JPEG (MJPEG), Wavelet, H.261/ H.263/ H.263+/ H.263++ và MPEG-1/ MPEG-2/ MPEG-4 Nhìn chung, có 02 nhóm tiêu chuẩn chủ yếu là nhóm 1 gồm định dạng nén MJPEG và Wavelet và nhóm 2 gồm các định dạng chuẩn còn lại

3.1.1 Chuẩn nén MJPEG và Wavelet

Tính chất chung của các ảnh số là tương quan giữa các pixel ở cạnh nhau lớn, điều này dẫn tới dư thừa thông tin để biểu diễn ảnh Việc dư thừa thông tin dẫn tới việc mã hoá không tối ưu Do vậy cần tìm phương án biểu diễn ảnh với tương quan

nhỏ nhất để giảm thiểu độ dư thừa thông tin của ảnh Có 2 kiểu dư thừa thông tin sau:

• Dư thừa trong miền không gian: là tương quan giữa không gian pixel của ảnh (các pixel lân cận của ảnh có giá trị gần giống nhau, trừ những pixel ở giáp đường biên ảnh)

• Dư thừa trong miền tần số: là tương quan giữa những dải màu hoặc các dải phổ khác nhau

Trọng tâm của các nghiên cứu về nén ảnh là giảm bớt một số bit để biểu diễn ảnh bằng việc loại bỏ dư thừa trong miền không gian và miền tần số càng nhiều càng tốt Các chuẩn nén MJPEG và Wavelet đều tuân theo nguyên tắc tìm ra các phần tử

dư thừa miền không gian (mỗi Frame nén tự động) Trong khi đó, đặc trưng của các chuẩn nén thuộc nhóm 2 là loại bỏ dư thừa ở cả miền không gian và miền tần số của ảnh

MPEG là định dạng nén ảnh lâu đời nhất và đã được dùng phổ biến Khi dùng chuẩn nén MJPEG, ảnh được phân chia thành các khối vuông ảnh, mỗi khối vuông

có kích thước 8 x 8 pixel và biểu diễn mức xám của 64 điểm ảnh Mã hoá biến đổi cosin rời rạc DCT (Discrete Cosin Tranform) trong chuẩn nén này khai thác sự tương đồng giữa các pixel trong mỗi khối để lấy ra các biểu diễn ảnh với tương quan nhỏ Chuỗi biểu diễn sẽ bị rút ngắn tuỳ theo mức nén của hệ thống hiện hành với qui trình rút ngắn chuỗi biểu diễn Vì vậy, hình ảnh sau khi giải nén thường có nhiều sai lệch so với ảnh gốc

Ở chuẩn nén Wavelet, thay vì mã hoá theo từng khối 8 x 8, việc thực hiện trên toàn bộ bề mặt ảnh, một loạt các bộ phận lọc ở khâu chuyển đổi sẽ phân tích các dữ kiện về từng điểm ảnh và cho ra một tập các hệ số Do chuẩn Wavelet có tác dụng với toàn bộ bề mặt ảnh nên các sai lệch ở ảnh giải nén sẽ khác với MJPEG Hiệu ứng ghép mảnh không xảy đến với ảnh được quan sát nhưng độ phân giải hình ảnh giảm cũng như một vài vết mờ sẽ xuất hiện Các định dạng Wavelet và MJPEG đều gây ra hiện tượng mất thông tin ở ảnh giải nén Sự dư thừa khả năng lưu ảnh ở mắt người cảm thụ khi dùng chuẩn nén Wavelet ít hơn MJPEG 30%

3.1.2 Chuẩn nén MPEG-x và H.26x

MPEG không phải là một công cụ nén đơn lẻ mà ưu điểm của ảnh nén dùng MPEG là ở chỗ MPEG có một tập hợp các công cụ mã hoá chuẩn, chúng có thể kết hợp với nhau một cách linh động để phục vụ cho một loạt các ứng dụng khác nhau Nguyên lý chung của nén tín hiệu video là loại bỏ sự dư thừa về không gian (spatial redundancy) và sự dư thừa về thời gian (temporal redundancy) Trong MPEG, việc loại bỏ sự dư thừa về thời gian (nén liên ảnh) được thực hiện trước hết nhờ sử dụng tính chất giữa các ảnh liên tiếp Dùng tính chất này để tạo ra các bức ảnh mới nhờ vào thông tin từ những bức ảnh gửi trước đó Do vậy ở phía bộ mã hoá chỉ cần giữ lại những ảnh có sự thay đổi so với ảnh trước, sau đó dùng phương pháp nén về không gian trong những bức ảnh sai khác này Nói một cách cụ thể, nguyên lý chung của các chuẩn nén là phỏng đoán trước chuyển động của các frame ở bộ mã hoá Mỗi frame ở tại một thời điểm nhất định sẽ có nhiều khả năng giống với các frame đứng ngay trước và sau đó Các bộ mã hoá sẽ tiến hành quét lần lượt những phần nhỏ trong mỗi frame (marco blocks) và phát hiện ra marco block nào không thay đổi từ frame này tới frame khác Phía bên thu, tức bộ giải mã đã lưu trữ sẵn những thông tin không thay đổi từ frame này tới frame khác, chúng được dùng để điền thêm vào vị trí trống trong ảnh được khôi phục

Tuy nhiên, do sự tương đồng giữa các frame rất lớn nên sự phát hiện ra các sai lệch là rất khó Do vậy ảnh khôi phục khó đạt được như ảnh gốc Điều này đồng nghĩa với việc chất lượng ảnh cũng tương tự như khi dùng chuẩn Wavelet và MJPEG, nhưng dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ của các chuẩn nén H.26x và MPEG-x là nhỏ hơn (ví dụ như không gian lưu trữ của chuẩn H.263 nhỏ hơn Motion JPEG từ 3 tới 5 lần) Sự khác biệt giữa các chuẩn nén này (như ở H.26x

và MPEG-x) chủ yếu nằm ở khâu tiên đoán các frame mới và cách thức tính toán sai lệch giữa các frame hiện tại và frame phỏng đoán Chuẩn nén H.26x (gồm các thế hệ H.261, H.262 và H.263, ), thường có tốc độ mã hoá tín hiệu thấp hơn MPEG-x (khoảng 1,5 Mbps với độ phân giải hình 352 x 288) do dùng chủ yếu trong viễn thông Trong khi đó, chuẩn MPEG-2 dùng cho thị trường giải trí có độ phân giải hình cao hơn, và mang lại chất lượng hình ảnh tốt (cao hơn 1,5 Mbps với độ phân giải 352x288 hoặc 6 Mbps cho phân giải hoàn chỉnh)

3.1.3 Chuẩn nén MPEG-2

MPEG-2, ra đời năm 1994, là tên của một nhóm các tiêu chuẩn mã hóa cho tín hiệu âm thanh và hình ảnh số, được chấp thuận bởi MPEG (Moving Picture Expert Group) và được công bố trong tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 13818 MPEG-2 thường được sử dụng để mã hóa âm thanh và hình ảnh cho các tín hiệu broadcast bao gồm truyền hình vệ tinh quảng bá trực tiếp và truyền hình cáp MPEG-2 với một số sửa đổi cũng là khuôn dạng được sử dụng bởi các phim DVD thương mại tiêu chuẩn MPEG-2 bao gồm các phần chính sau:

MPEG-2 Video part (Part 2): tương tự MPEG-1, nhưng chỉ hỗ trợ video xen kẽ (interlaced video, là khuôn dạng được sử dụng cho các hệ thống truyền hình quảng bá) MPEG-2 video không được tối ưu hóa cho các tốc độ bit thấp (nhỏ hơn 1 Mbps), nhưng lại thực hiện tốt hơn MPEG-1 ở tốc độ 3 Mbps và cao hơn Tất cả các

bộ giải mã tín hiệu video tuân theo chuẩn MPEG-2 hoàn toàn có khả năng phát lại các luồng video MPEG-1 Do có nhiều cải tiến, MPEG-2 video và các hệ thống MPEG-2 được sử dụng trong hầu hết các hệ thống truyền dẫn HDTV

MPEG-2 Audio part (Part 3): cải tiến chức năng amm thanh của MPEG-1 bằng cách cho phép mã hóa các chương trình âm thanh với nhiều hơn hai kênh Part 3 cũng cũng tương thích với chuẩn trước, cho phép các bộ giải mã âm thanh MPEG-1 giải mã các thành phần âm thanh nổi (stereo)

MPEG-2 được dùng để mã hóa hình ảnh động và âm thanh và để tạo ra ba kiểu khung số liệu (intra frame, forward predictive frame và bidirectional pridicted frame) có thể được sắp xếp theo một trật tự cụ thể gọi là cấu trúc nhóm các hình ảnh (group of pictures, GOP)

Một luồng video MPEG-2 được tạo nên bởi một chuỗi các khung số liệu mã hóa hình ảnh Có ba cách để mã hóa một hình ảnh là: intra-coded (I picture), forward predictive (P picture) và bidirectional predictive (B picture) Các hình ảnh của luồng video được phân ra thành một kênh chứa thông tin về độ sáng (luminance, còn gọi

là kênh Y) và hai kênh thành phần mầu (chrominance, còn gọi là các tín hiệu mầu phân biệt Cb và Cr) MPEG-2 sử dụng các chuẩn mã hóa âm thanh mới, đó là:

• Mã hóa tốc độ bit thấp với tần số lấy mấu giảm đi một nửa (MPEG-1 Layer 1/2/3 LSF)

• Mã hóa đa kênh, lên đến 5.1 kênh

• MPEG-2 AAC

3.1.4 Chuẩn nén MPEG-4

So với các chuẩn nén đã nêu ở trên, chuẩn MPEG-4 là định dạng nén hình ảnh tiên tiến nhất, đáp ứng những đòi hỏi về kỹ thuật cũng như phù hợp với nhiều loại thị trường Với nỗ lực không ngừng để đưa ra thị trường sản phẩm ưu việt nhất của ngành công nghiệp Máy ghi hình kỹ thuật số chuẩn MPEG-4 với bản chất là một thiết bị thu hình kỹ thuật số có hiệu suất cao, được chọn để đáp ứng nhu cầu cấp thiết của thị trường về một định dạng nén ảnh hoàn hảo với tính năng nổi trội là, có thể thu được hệ thống lớn các nguồn hình ảnh

MPEG-4 thực sự là một dạng nén ảnh mang tính đột phá của công nghệ nén hình đương đại, thể hiện rõ nét ở những tiêu chuẩn sau:

• Áp dụng những tiêu chuẩn có tính mở cao với sự hỗ trợ đắc lực từ ngành công nghiệp an ninh và công nghiệp máy tính

• Hiệu suất lớn

• Khả năng truyền theo dòng và mạng lưới

• Tối thiểu hoá dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ trong khi vẫn giữ được tính trung thực của ảnh

Chuẩn MPEG-4 cung cấp các phân bộ trong kết cấu logic và năng lực giải mã từng dòng bit riêng rẽ Một profile (chất lượng của video) là một phân bộ xác định trên toàn bit stream (điều chỉnh bit stream và bộ phân giải màu), một level (độ phân giải của video) sẽ xác định một số tiêu chí bắt buộc cho tham số của bức ảnh (kích thước ảnh, số lượng bit, )

Những chuẩn nén MPEG-4 có profile dạng đơn giản chiếm lĩnh đa phần thị trường MPEG-4 đã được phát triển và hoàn thiện trở thành định dạng nén hình tiên tiến, hoàn hảo, với tiêu chí tập trung phát triển những nhân tố giúp tăng cường chất lượng hình ảnh, cũng như phục vụ đắc lực cho các thiết bị giám sát có các frame dạng chữ nhật Mỗi bit stream hiển thị trong định dạng nén MPEG-4 cung cấp một

mô tả mang tính phân tầng về hình ảnh hiển thị Từng lớp dữ liệu được đưa vào luồng bit bởi những mật mã đặc biệt gọi là mật mã khởi nguồn.

Mỗi vật thể ảnh có thể được mã hoá dưới dạng đa lớp (scalable) hoặc đơn lớp (non scalable)

VOL (video object layer) sẽ hỗ trợ quá trình mã hoá đa lớp Một vật thể ảnh được mã hoá dưới dạng đa lớp không gian hoặc đa lớp thời gian, đi từ phân giải thô tới phân giải tinh Bộ phận giải mã có thể đạt được độ phân giải hình mong muốn, tuỳ theo những thông số như dải thông tần hiện có, hiệu suất máy và theo mong muốn của người dùng

Có 02 loại VOL, loại thứ nhất mang đầy đủ chức năng của định dạng nén MPEG-4, loại còn lại với những chức năng được giảm bớt (VOL với header dạng ngăn) Loại VOL này giúp luồng bit tương thích với đường biên ở H.263

VOP (Video object plane)- ảnh được mã hoá độc lập hoặc mã hoá trên cơ sở tham khảo các ảnh khác qua khâu bù chuyển động ở bộ giải mã Mỗi frame ảnh thông thường được biểu diễn bởi một VOP dạng chữ nhật

Với chuẩn nén MPEG-4, có 3 kiểu khác nhau để mã hoá cho khối ảnh:

• VOP được mã hoá độc lập Trong trường hợp này VOP được mã hoá gọi là Intra VOP (I-VOP)

• VOP được tiên đoán qua kỹ thuật bù chuyển động nhờ một VOP khác đã được tiên đoán trước đó Đó là loại P-VOP (Predicted VOP)

• VOP được tiên đoán dựa trên các VOP trước và sau nó thuộc dạng B-VOP (Bidirectiional Interpolated VOP)

B-VOP được thêm vào dựa trên I-VOP và P-VOP Ngoài việc có thể nâng cao chất lượng hình ảnh khi dùng, một ưu điểm khác của B-VOP là dùng kỹ thuật đa lớp thời gian Với kỹ thuật này, Frame dữ liệu hiển thị được tăng cường Những lớp tăng cường đưa thông tin vào giữa các lớp frame

Định dạng nén ảnh MPEG-4 hỗ trợ quá trình lượng tử hoá, do vậy cũng giúp đáp ứng những đòi hỏi khác nhau về tốc độ bít Lượng tử hoá đã có ở các chuẩn nén như H.263 và MPEG-1, MPEG-2 Bộ phận mã hoá ở định dạng nén của MPEG-4 cũng tương thích với những bộ mã hóa trong các chuẩn nén trước đây