Các công nghệ truyền hình di động và giải pháp truyền hình di động trên mạng 3g

Các công nghệ truyền tải tín hiệu truyền hình trên mạng di động bao gồm: truyền hình di động truyền tải qua mạng 3G, truyền hình di động phát qua mạng quảng bá số mặt đất cho các thiết b

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học:

TS PHẠM HUY HOÀNG

Hà Nội – 2010

LỜI CẢM ƠN

Trước hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới Tiến sĩ Phạm Huy Hoàng,

người đã định hướng đề tài và tận tình hướng dẫn chỉ bảo em từ những ý tưởng trong đề cương nghiên cứu, phương pháp giải quyết vấn đề cho đến những lần kiểm tra cuối cùng để hoàn tất bản luận văn cao học này

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong viện Công nghệ thông tin và truyền thông, viện Đào tạo sau đại học trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy bảo và giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường

Đông thời, em cũng xin cảm ơn các đồng nghiệp cùng làm việc tại trung tâm nghiên cứu và phát triển công nghệ (Tổng công ty truyền thông đa phương tiện VTC) và các bạn cùng lớp Cao học Công nghệ thông tin khóa 2008-2010 đã nhiệt tình trao đổi, góp ý và cung cấp thông tin tư liệu trong quá trình thực hiện luận văn

Trong phạm vi của Luận văn tốt nghiệp cao học khó có thể diễn đạt hết ý về mặt lý thuyết cũng như kĩ thuật, bên cạnh đó là trình độ bản thân còn hạn chế nên không thể tránh khỏi thiếu xót Em rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp để tiếp tục hoàn thiện kiến thức cũng như giải pháp của mình

Phan Thị Kim Hoa

Cao học Công nghệ thông tin – Khóa 2008-2010

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan: Bản luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu thực

sự của cá nhân em, được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết, kiến thức kinh điển, nghiên cứu khảo sát tình hình thực tiễn và dưới sự hướng dẫn khoa học của

Tiến sĩ Phạm Huy Hoàng, không sao chép toàn văn của bất cứ công trình nghiên cứu nào khác Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu, thông tin

được đăng tải trên các tác phẩm, tạp chí và các trang web theo danh mục tài liệu của luận văn Em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung được viết trong luận văn này

Hà Nội, ngày 31 tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn

Phan Thị Kim Hoa

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH ẢNH 7

DANH MỤC BẢNG 9

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG 10

1.1 Đặt vấn đề 10

1.2 Mục đích đề tài 10

1.3 Cách tiếp cận 11

1.4 Bố cục luận văn 11

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG 12

2.1 Tổng quan về truyền hình di động 12

2.2 Nghiên cứu các tiêu chuẩn đối với truyền hình di động 15

2.3 Các nguồn tài nguyên đối với truyền hình di động 15

2.4 Công nghệ broadcast và unicast đối với truyền hình di động 16

2.4.1 Công nghệ broadcast 16

2.4.2 Công nghệ unicast 16

2.5 Truyền hình di động sử dụng các mạng tế bào 17

2.6 Truyền hình di động sử dụng truyền dẫn số mặt đất và vệ tinh 19

2.6.1 Công nghệ quảng bá đa phương tiện số cho các máy cầm tay (DVB-H) 19 2.6.2 Công nghệ quảng bá đa phương tiện số (DMB) 20

2.6.3 Công nghệ chỉ liên kết hướng đi đa phương tiện (MediaFLO) 23

2.6.5 Các công nghệ Truyền hình di động khác 25

2.7 Truyền hình di động sử dụng công nghệ vô tuyến 26

2.7.1 Truyền hình di động sử dụng các công nghệ WiFi 26

2.7.2 Truyền hình di động sử dụng các công nghệ WiMAX 26

Chương 3: CÁC TIÊU CHUẨN STREAMING VÀ ĐA PHƯƠNG TIỆN DI ĐỘNG 28

3.1 Định nghĩa đa phương tiện di động 28

3.2 Truyền tải dòng 28

3.2.1 Quá trình bắt giữ và mã hóa nội dung 29

3.2.2 Biến đổi file thành khuôn dạng streaming 29

3.2.3 Stream serving 30

3.2.4 Streaming và quản lý băng thông 31

3.3 Chương trình xem và server streaming 32

3.3.1 Khuôn dạng Media của Microsoft Windows 33

3.3.2 Apple QuickTime 34

3.4 Rich Media – Ngôn ngữ đa phương tiện đồng bộ 34

3.5 Đa phương tiện di động 35

3.5.1 Các phần tử của đa phương tiện di động 35

3.5.2 Sự tiêu chuẩn hóa đa phương tiện đối với các mạng di động 37

3.6 Các khuôn dạng file cho Mobile Multimedia 38

3.6.1 Các khuôn dạng file được đặc tả bởi 3GPP và các mô tả bộ mã hóa 38

3.6.2 Các phiên bản 3GPP 39

Chương 4: MẠNG 3G VÀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI Ở VIỆT NAM 41

4.1 Giới thiệu chung 41

4.2 Dịch vụ viễn thông di động toàn cầu dựa trên công nghệ WCDMA 45

4.2.1 Sự phát triển lên UMTS và dự án hiệp hội thế hệ thứ ba (3GPP) 45

4.2.2 Kiến trúc hệ thống UMTS 46

4.2.2.1 Kiến trúc mạng 3GPP phiên bản năm 1999 46

4.2.2.2 Kiến trúc mạng 3GPP phiên bản 4 48

4.2.2.3 Kiến trúc mạng toàn IP 3GPP phiên bản 5 50

4.2.3 Các yêu cầu phổ tần số với UMTS 52

4.3 Công nghệ CDMA2000 52

4.3.1 Sự phát triển của CDMA2000 53

4.3.2 Kiến trúc hệ thống CDMA2000 54

4.3.3 Các yêu cầu phổ tần số với CDMA2000 55

4.4 Điểm chung giữa WCDMA/CDMA2000 56

4.5 Tình hình triển khai mạng 3G tại Việt Nam 57

4.5.1 Tình hình triển khai 3G của Vinaphone 59

4.5.2 Tình hình triển khai 3G của MobiFone 61

4.5.3 Tình hình triển khai 3G của Viettel 62

4.5.4 Tình hình triển khai 3G của EVN Telecom và Hanoi Telecom 64

4.5.5 Hợp tác chiến lược triển khai 3G của EVN Telecom và VTC 66

Chương 5: TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ 3G 68

5.1 Giới thiệu chung 68

5.2 Các yêu cầu đối với việc truyền tải tín hiệu truyền hình di động qua mạng di động 69

5.3 Truyền tải dòng truyền hình di động sử dụng các tiêu chuẩn 3GPP – Dịch vụ truyền tải dòng chuyển mạch gói 3GPP (PSS) 69

5.4 Tiêu chuẩn 3G-324M 74

5.5 Công nghệ MBMS và BCMCS 74

5.5.1 Kiến trúc MBMS 77

5.5.2 Các chế độ của MBMS 78

5.5.3 Truy nhập tới các dịch vụ MBMS 80

5.5.3.1 Quá trình khởi đầu phiên 80

5.5.3.2 Các giao thức và các bộ mã hóa/ giải mã 81

2.5.3.3 Mạng truy nhập vô tuyến 83

5.6 Công nghệ MBMS broadcast tiên tiến 86

5.6.1 Nguyên lý MBMS broadcast tiên tiến 86

5.6.2 Hướng dẫn dịch vụ điện tử 87

5.6.3 Truy nhập dịch vụ và bảo vệ nội dung 88

5.6.4 Tính tương tác và tính cá nhân hóa 89

5.7 Kiến trúc điển hình hệ thống cung cấp tín hiệu truyền hình di động qua mạng 3G 90

Chương 6: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG 92

6.1 Mô hình dịch vụ 92

6.1.1 Phạm vi ứng dụng 92

6.1.1.1 Khảo sát thực tế và đề xuất yêu cầu 92

6.1.1.2 Xác định yêu cầu 95

6.1.2 Mô hình hệ thống 97

6.1.2.1 Kiến trúc chung 97

6.1.2.2 Các thành phần của ứng dụng 99

6.2 Phân tích thiết kế ứng dụng 100

6.2.1 Thiết kế dữ liệu 100

a Dữ liệu người dùng 100

b VOD 100

6.2.2 Lược đồ sử dụng 103

6.2.2.1 Lược đồ các chức năng 103

6.2.2.2 Phân tích từng chức năng 103

6.2.3 Giao diện chương trình 105

6.3 Cài đặt tích hợp hệ thống và thử nghiệm 112

6.3.1 Môi trường phát triển và cài đặt hệ thống 112

6.3.1.1 Môi trường phát triển 112

6.3.1.2 Yêu cầu phần cứng 112

6.3.1.2 Cài đặt hệ thống 112

6.3.2 Thử nghiệm hệ thống 113

Chương 7: TỔNG KẾT – ĐÁNH GIÁ 115

7.1 Kết quả thực hiện 115

7.1.1 Ưu điểm 115

7.1.2 Khuyết điểm 115

7.2 Hướng mở rộng 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO 115

DANH MỤC THUẬT NGỮ 115

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Phân loại các công nghệ truyền hình di động 14

Hình 2.2 Tổng quan về các công nghệ truyền hình di động 14

Hình 2.3 Truyền dẫn broadcast đối với Truyền hình di động 16

Hình 2.4 Truyền dẫn Unicast đối với Truyền hình di động 17

Hình 2.5 Hệ thống DVB-H truyền dẫn các dịch vụ IP 20

Hình 2.6 Hệ thống T-DMB theo tiêu chuẩn DAB Eureka 147 21

Hình 2.7 Mạng đơn tần (A) và mạng đa tần (B-mỗi màu một tần số khác nhau) 22

Hình 2.8 Các biến thể của S-DMB 23

Hình 2.9 Mạng MediaFLO 24

Hình 3.1 Các phần tử của Mobile Multimedia 28

Hình 3.2 Giá giao thức streaming 30

Hình 3.3 Streaming server 31

Hình 3.4 Truyền tải dòng và mã hóa video MPEG-4 được phân lớp 32

Hình 3.5 Chuyển mạch dòng streaming xảy ra ở các khung I 33

Hình 3.6 Phát dữ liệu đã được lưu giữ ở bộ đệm trong chế độ streaming 34

Hình 3.7 Truyền tải dòng nội dung dựa trên SMIL 35

Hình 3.8 Các ứng dụng của Mobile Multimedia 36

Hình 3.9 Các dịch vụ Mobile Multimedia phổ biến 37

Hình 3.10 Tiêu chuẩn hóa 3GPP 37

Hình 3.11 Các phiên bản 3GPP đối với Mobile Multimedia 39

Hình 4.1 IMT-2000 41

Hình 4.2 Sự phát triển lên mạng 3G 43

Hình 4.3 Kiến trúc mạng 3GPP phiên bản năm 1999 46

Hình 4.4 Kiến trúc mạng phân tán 3GPP phiên bản 4 48

Hình 4.5 Kiến trúc mạng 3GPP IP multimedia 50

Hình 4.6 Sự phát triển lên CDMA2000 54

Hình 4.7 Kiến trúc hệ thống CDMA2000 tổng quát 55

Hình 4.8 Các sóng mang 1xRTT và EVDO 55

Hình 5.1 Kiến trúc truyền tải dòng MobileTV 71

Hình 5.2 Giá giao thức dịch vụ truyền tải dòng gói 3GPP 71

Hình 5.3 Thiết lập phiên truyền tải dòng 3GPP-PSS 72

Hình 5.4 Truyền tải tín hiệu MobileTV theo chuẩn 3GPP 73

Hình 5.5 Mạng 3G-324M 74

Hình 5.6 Quảng bá qua các kết nối Unicast 75

Hình 5.7 Quảng bá qua các kết nối multicast 76

Hình 5.8 Kiến trúc MBMS 77

Hình 5.9 Các chế độ và phương pháp phân phát dữ liệu MBMS 78

Hình 5.10 Luồng phiên MBMS 80

Hình 5.11 Giá giao thức MBMS 82

Hình 5.12 Nguyên lý download MBMS với thủ tục sửa file point-to-point 83

Hình 5.13 Chế độ broadcast tiên tiến 86

Hình 5.14 Nguyên lý bảo vệ truy nhập dịch vụ 88

Hình 5.15 Ví dụ về chuỗi tương tác “voting” 89

Hình 5.16 Kiến trúc hệ thống cung cấp tín hiệu MobileTV qua mạng 3G 90

Hình 5.17 Mô hình chồng giao thức TCP/IP Error! Bookmark not defined Hình 5.18 Router truy nhập bắt đầu từ BS (hay node B)Error! Bookmark not defined Hình 5.19 Một mạng sử dụng IP cho 3G Error! Bookmark not defined Hình 5.20 Mô hình tham chiếu IP2W từ dự án EU BRAIN.Error! Bookmark not defined Hình 6.1 Cấu trúc mạng di động ảo theo giải pháp 1 94

Hình 6.2 Cấu trúc mạng di động ảo theo giải pháp 2 95

Hình 6.3 Capture và broadcast video trực tiếp 96

Hình 6.4 Ứng dụng tương tác 96

Hình 6.5 Kiến trúc hệ thống 97

Hình 6.6 Dữ liệu người dùng 100

Hình 6.7 Dữ liêu VOD – Phần Music 101

Hình 6.8 Lược đồ các chức năng chính 103

Hình 6.9 Giao diện khởi động 105

Hình 6.10 Giao diện đăng nhập 106

Hình 6.11 Giao diện lựa chọn các lĩnh vực muốn xem 107

Hình 6.12 Giao diện xem truyền hình trực tuyến 108

Hình 6.13 Giao diện xem video theo yêu cầu 109

Hình 6.14 Giao diện lựa chọn video muốn xem 110

Hình 6.15 Giao diện xem nội dung video theo yêu cầu 111

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 Các khuôn dạng file Multimedia 40

Bảng 4.1 Nền tảng công nghệ chính của các thế hệ mạng vô tuyến 42

Bảng 4.2 So sánh 2G, 2.5G và 3G 44

Bảng 4.3 Sự phát triển CDMA 54

Bảng 5.1 Các khuôn dạng mã hóa/ giải mã đối với dịch vụ streaming 70

Bảng 6.1 Kết quả thử nghiệm trên máy ảo 113

Bảng 6.2 Kết quả thử nghiệm trên điện thoại di động Nokia E66 114

Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Đặt vấn đề

Truyền hình di động gần đây đã được thử nghiệm và triển khai thành công ở nhiều quốc gia trên thế giới như Phần Lan, Anh, Italia, Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc,… Truyền hình di động được biết đến như là công nghệ vô tuyến được thiết kế di động, có băng thông hạn chế và thường xuyên chịu ảnh hưởng của fading, nhiễu và tạp âm, trong khi phải đáp ứng được khả năng hiển thị tín hiệu tốt trên máy thu đầu cuối cầm tay di động có kích thước màn hình nhỏ, công suất pin tiêu thụ hạn chế

Các công nghệ truyền tải tín hiệu truyền hình trên mạng di động bao gồm: truyền hình di động truyền tải qua mạng 3G, truyền hình di động phát qua mạng quảng bá số mặt đất cho các thiết bị cầm tay (DVB-H), truyền hình di động phát qua mạng quảng bá đa phương tiện số (DMB), truyền hình di động phát qua mạng quảng bá số các dịch vụ tích hợp – mặt đất (ISDB-T), truyền hình di động phát trên mạng quảng bá âm thanh số trên nền IP (DAB-IP) và truyền hình di động phát trên các mạng Wifi, WiMAX Trong đó các công nghệ truyền hình di động truyền tải qua mạng 3G, DVB-H, DMB và MediaFLO đã được nghiên cứu, tiêu chuẩn hóa và

sử dụng phổ biến Ở Việt Nam, từ năm 2006 Tổng công ty truyền thông đa phương tiện Việt Nam (VTC) đã tiến hành thử nghiệm công nghệ DVB-H; năm 2008 Đài truyền hình Việt Nam đã tiến hành thử nghiệm công nghệ DMB

Sự phát triển của các công nghệ truyền hình di động thực sự đem lại những thay đổi lớn trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện, giúp cho người dùng có thể xem được tín hiệu truyền hình ở bất cứ địa điểm nào có phủ sóng truyền hình di động chỉ với một chiếc máy di động cầm tay Cùng với việc hạ tầng mạng wifi ngày càng phổ biến cũng như việc thử nghiệm và triển khai công nghệ 3G đang bởi nhiều nhà cung cấp dịch vụ như: Tập đoàn công nghệ Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT), Tổng công ty viễn thông quân đội (Viettel),… Dịch vụ truyền hình di động được xem như một trong những ứng dụng quan trọng trong chiến dịch phát triển mạng 3G

1.2 Mục đích đề tài

Luận văn sẽ nghiên cứu tìm hiểu các công nghệ truyền hình di động phổ biến hiện nay đặc biệt là công nghệ truyền hình di động sử dụng hạ tầng mạng 3G Đồng thời xây dựng ứng dụng xem truyền hình trên thiết bị di động giao tiếp qua IP sử dụng mạng 3G hoặc wifi

1.3 Cách tiếp cận

Để thực hiện các công việc trên, ta cần thực hiện các công việc sau:

- Tìm hiểu về truyền hình di động và các công nghệ truyền hình di động phổ biến hiện nay

- Tìm hiểu về truyền dẫn đa phương tiện trên thiết bị di động

- Tìm hiểu mạng 3G và tình hình phát triển ở Việt Nam

- Tìm hiểu mô hình truyền hình di động sử dụng công nghệ 3G

- Xây dựng ứng dụng truyền hình cho thiết bị di động

1.4 Bố cục luận văn

Luận văn được chia làm 7 chương, mỗi chương có các nội dung sau:

- Chương 1: Giới thiệu chung

- Chương 2: Tổng quan về truyền hình di động

- Chương 3: Các tiêu chuẩn streaming và đa phương tiện đi động

- Chương 4: Tổng quan về mạng 3G và thực trạng phát triển ở Việt Nam: + Tổng quan về mạng 3G

+ Thực trạng phát triển ở Việt Nam

- Chương 5: Truyền hình di động sử dụng công nghệ 3G:

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG

2.1 Tổng quan về truyền hình di động

Truyền hình di động (MobileTV) là công nghệ mã hóa và truyền dẫn các chương trình truyền hình hoặc video để có thể thu được trên các thiết bị di động như điện thoại di động, các thiết bị hỗ trợ số cầm tay (PDA), các thiết bị đa phương tiện

vô tuyến, các máy điện thoại có khả năng thu tín hiệu truyền hình di động

Với truyền hình di động, người xem có thể truy nhập một dải mở rộng các chương trình truyền hình trong khi di chuyển Các chương trình truyền hình có thể được truyền tải dòng (streaming) tới máy di động để xem ở tốc độ giống như khi được phát hoặc các chương trình có thể được xem với thời gian trễ hoặc có thể được ghi lại toàn bộ giống như băng cassette video hoặc đĩa DVD Truyền hình di động không chỉ cho phép truyền dẫn một chiều thông thường mà còn cho phép truyền tín hiệu truyền hình tương tác nhờ sử dụng các kênh cung cấp bởi mạng tế bào Các chương trình có thể được phát ở chế độ quảng bá (chế độ broadcast) trong một vùng phủ hoặc phát tới một người sử dụng theo yêu cầu (chế độ unicast) hoặc có thể phát tới một nhóm người sử dụng (chế độ multicast)

Các công nghệ truyền hình truyền thống được thiết kế đối với các máy thu cố định, có kích thước màn hình lớn trong đó công suất tiêu thụ không là vấn đề quan trọng Trong khi đó các máy thu di động có công suất pin hạn chế, kích thước màn hình nhỏ, anten nhỏ được tích hợp ở bên trong máy và có bộ nhớ giới hạn, hơn nữa máy thu có thể chuyển động với tốc độ thậm chí lên tới 200km/h Do đó, truyền hình di động là công nghệ được thiết kế để đáp ứng được các yêu cầu truyền dẫn tín hiệu truyền hình trong môi trường vô tuyến di động có băng thông hạn chế, máy thu đầu cuối di động có công suất tiêu thụ nhỏ, kích thước màn hình nhỏ, và giới hạn về tốc độ làm tươi Các ảnh hưởng quan trọng của môi trường vô tuyến di động bao gồm truyền dẫn đa đường, fading, và hiệu ứng Doppler Các công nghệ truyền hình

di động đã được phát triển để khắc phục các hạn chế của môi trường truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động cũng như các hạn chế của máy thu tín hiệu truyền hình di động nói trên Các yêu cầu về mặt công nghệ hỗ trợ việc truyền dẫn tin hiệu truyền hình di động là:

- Truyền dẫn theo khuôn dạng lý tưởng phù hợp với các thiết bị truyền hình di động, ví dụ các độ phân giải QCIF (176 x 144 pixels), CIF (352 x 288 pixels), hoặc QVGA (320 x 249 pixels) với các mã hóa hiệu quả cao

- Công nghệ tiêu thụ công suất thấp

- Thu nhận tín hiệu ổn định khi di động

- Chất lượng hình ảnh rõ nét mặc dù bị tổn hao tín hiệu do fading và tín hiệu

đa đường

- Hỗ trợ di động ở tốc độ lên tới 250km/h hoặc cao hơn

- Có khả năng thu tín hiệu trong một vùng rộng khi di chuyển

Hiện nay có hai phương pháp chính để phát tín hiệu truyền hình di động Phương pháp thứ nhất là phát qua mạng tế bào hai chiều và phương pháp thứ hai là phát qua mạng quảng bá dành riêng, một chiều Mỗi phương pháp có các ưu nhược điểm riêng:

- Phát tín hiệu truyền hình qua mạng tế bào có ưu điểm là sử dụng được cơ

sở hạ tầng mạng đã được thiết lập, do đó sẽ giảm chi phí triển khai Đồng thời các nhà khai thác đã có sẵn thị trường truy nhập tới các thuê bao hiện tại, các thuê bao này chỉ cần đăng ký dịch vụ truyền hình di động mà họ muốn sử dụng Nhược điểm chính khi phát tín hiệu truyền hình qua các mạng

tế bào (2G hoặc 3G) là vấn đề băng thông hạn chế, điều này có thể làm giảm chất lượng các dịch vụ điện thoại truyền thống Tốc độ dữ liệu cao của truyền hình di động có thể làm giảm dung lượng của mạng tế bào Hơn nữa

để thu được tín hiệu truyền hình di động máy đầu cuối cũng cần được thay thế và thiết kế lại (các vấn đề như kích thước màn hình, cường độ tín hiệu máy thu) Nhiều nhà khai thác dịch vụ di động 2G và hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ 3G đang cung cấp dịch vụ video theo yêu cầu và dòng truyền tải video Các dịch vụ này phát ở chế độ unicast với dung lượng truyền dẫn giới hạn và được xây dựng trền nền các công nghệ sử dụng hệ thống tế bào như GSM, WCDMA hoặc CDMA2000 Một ví dụ về công nghệ được thiết kế trên nền mạng 3G là công nghệ phát dịch vụ broadcast và multicast đa phương tiện (MBMS), hệ thống này có thể hoạt động ở chế độ unicast hoặc multicast MBMS được thiết kế bởi dự án hiệp hội 3G (3GPP) để phát các dịch vụ truyền hình di động qua mạng GSM và mạng WCDMA MBMS hoạt động ở băng thông 5MHz WCDMA, hỗ trợ 6 dịch vụ truyền tải dòng quảng

bá thời gian thực song song, mỗi dịch vụ có tốc độ 128kbit/s, trên kênh vô tuyến có băng thông 5MHz

- Các hệ thống truyền hình di động dành riêng được thiết kế để tối ưu hóa sự

phân phát tín hiệu truyền hình di động Các hệ thống này có thể phát trên mặt đất, phát qua vệ tinh hoặc kết hợp cả mặt đất và vệ tinh Một trong những ưu điểm chính của các hệ thống truyền hình di động dành riêng là nội dung có thể được phát quảng bá tới nhiều người sử dụng đồng thời Nhược điểm của các hệ thống này là yêu cầu đầu tư đáng kể và cơ sở hạ tầng mạng và các lựa chọn nội dung bị hạn chế

Hình 2.1 Phân loại các công nghệ truyền hình di động

Các công nghệ truyền hình di động cạnh tranh nhau để đạt được thị phần chia sẻ thị trường, chúng có nguồn gốc khác nhau và được phát triển với các mục đích khác nhau Các công nghệ truyền hình di động được phân loại như trên hình

2.1

Hình 2.2 Tổng quan về các công nghệ truyền hình di động

2.2 Nghiên cứu các tiêu chuẩn đối với truyền hình di động

Truyền hình di động có khoảng trên 30 loại khuôn dạng file âm thanh gồm các dạng file đơn giảnh có đuôi wav, mpg, Real, QuickTime, Windows Media 9 và các khuôn dạng file khác Video có khoảng 25 khuôn dạng khác nhau từ các file video không nén đên file nén có khuôn dạng MPEG4, MPEG4-AVC/H264 Video

có thể có một dải rộng độ phân giải, kích thước và tốc độ

Các tiêu chuẩn được sử dụng làm nền tảng chung cho việc phân phát các dịch vụ truyền hình di động Các tiêu chuẩn có thể khác nhau dựa trên công nghệ nhưng đã đạt được sự thống nhất chung Điều này đòi hỏi các nhóm phải làm việc cùng nhau Các nhóm này bao gồm các nhà thiết kế chip, các nhà chế tạo để vận hành hệ thống, các nhà thiết kế phần mềm ứng dụng, các nhà thiết kế và sản xuất máy đầu cuối, các nhà phát triển phần mềm, cộng đồng quảng bá tín hiệu truyền hình, các nhà khai thác mạng 3G, các nhà khai thác tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh Ngoài ra, việc tiêu chuẩn hóa cũng liên quan đến ngành công nghiệp chế tạo nội dung để thiết kế nội dung âm thanh và video cho các máy đầu cuối di động; ngành công nghiệp di động tế bào để thiết lập các hệ thống truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động và nhiều ngành công nghiệp khác

Các tiêu chuẩn truyền hình di động được tổng kết trong khuyến nghị IUT-R BT.1833, ngoài các tiêu chuẩn trong khuyến nghị này, còn có các công nghệ truyền hình di động đã được tiêu chuẩn hóa và được triển khai ở nhiều phương tiện di động

ở Trung Quốc (CMMB)

2.3 Các nguồn tài nguyên đối với truyền hình di động

Đối với truyền hình di động, một số nguồn tài nguyên chung quan trọng là phổ tần số Ở Anh và Mỹ phổ tần số dành cho truyền hình truyền thống nằm trong dải VHF và UHF Ở Anh, công ty BT Movio đã sử dụng phổ tần số dành cho quảng

bá âm thanh số (DAB) để phát tín hiệu truyền hình di động sử dụng tiêu chuẩn DAB-IP Ở Hàn Quốc phổ tần DAB dành cho các dịch vụ vệ tinh được sử dụng để phát dịch vụ truyền hình di động theo khuôn dạng tín hiệu quảng bá đa phương tiện

số qua vệ tinh (DMB-S) Hàn Quốc cũng cho phép sử dụng phổ tần VHF để cung cấp dịch vụ truyền hình di động sử dụng công nghệ quảng bá đa phương tiện số mặt đất (DVB-T) Công nghệ quảng bá đa phương tiện số cho các máy cầm tay (DVB-H) là một tiêu chuẩn được thiết kế sử dụng các mạng DVB-T để phát các dịch vụ DVB-H và sử dụng chung phổ tẩn của DVB-T Ở trên DVB-H sử dụng băng tần L

ở 1670MHz; HiWire - một nhà khai thác sử dụng phổ tần 700Mhz để phát dịch vụ DVB-H Nhiều nỗ lực đang được thực hiện để tìm kiếm phổ tần và các nguồn tài

nguyên để truyền tín hiệu truyền hình di động ở cấp khu vực hay toàn cầu, sẽ dẫn tới sự hội tụ của các tiêu chuẩn

2.4 Công nghệ broadcast và unicast đối với truyền hình di động

Có hai chế độ phân phát nội dung tới thiết bị di động là: chế độ broadcast và chế độ unicast Ở Chế độ broadcast, cùng nội dung giống nhau được phát tới số lượng không hạn chế người sử dụng, trong khi ở chế độ unicast nội dung được phát theo yêu cầu tới người sử dụng cụ thể dựa trên việc lựa chọn nội dung

2.4.1 Công nghệ broadcast

Công nghệ cung cấp tới nhiều người sử dụng cùng nội dung ở cùng thời điểm được gọi là broadcast ví dụ như sự quảng bá tín hiệu truyền hình tương tự và radio Công nghệ này có tính cá nhân thấp vì tất cả người sử dụng đều thu được cùng nội dung Tuy nhiên, công nghệ này phù hợp với thị trường vì không bị hạn chế kỹ thuật về số lượng người sử dụng có thể thu nội dung ở cùng thời điểm

Hình 2.3 Truyền dẫn broadcast đối với truyền hình di động

Các công nghệ quảng bá phát tín hiệu truyền hình di động gồm: MBMS, DMB-T, DMB-S, DVB-H, ISDB-S, DAB, DAB-IP và MediaFLO Như vậy, công nghệ quảng bá được sử dụng tốt nhất để phân phát hiệu quả các kênh truyền hình phổ biến tới số lượng lớn người sử dụng trong một vùng địa lý nhất định

2.4.2 Công nghệ unicast

Công nghệ cung cấp tín hiệu truyền hình di động theo chế độ one-to-one được gọi là unicast Công nghệ này có tính cá nhân cao vì mỗi người sử dụng chỉ xem dòng truyền tải unicast của mình Unicast cũng có ưu điểm là các nguồn tài nguyên mạng chỉ được sử dụng khi một người sử dụng kích hoạt việc sử dụng dịch

vụ Hơn nữa, với unicast, mạng có thể tối ưu về mặt truyền dẫn đối với mỗi người

sử dụng đơn lẻ Tuy nhiên các mạng unicast bị hạn chế về số lượng người sử dụng được hỗ trợ bởi vì nguồn tài nguyên là hữu hạn (băng thông hạn chế) Ví dụ, truyền tải dòng video của một sự kiện thể thao như bóng đá, bóng chuyền… có thể được lựa chọn bởi hàng trăm nghìn người sử dụng, điều này làm cho nguồn tài nguyên mạng bị cạn kiệt Các tốc độ truyền dẫn ở các mạng tế bào UMTS điển hình là 64kbps (chuyển mạch kênh, CS), hoặc 220-320 kbps (chuyển mạch gói, PS) Các mạng GPRS cung cấp tốc độ trong khoảng 30-40 kbps (PS), các mạng EDGE có tốc

độ điển hình trong khoảng 100-130kbps (PS) và HSDPA có thể đạt tốc độ từ 1100kbps (PS) Mặc dù bị giới hạn về băng thông, công nghệ unicast phù hợp cho việc cung cấp dịch vụ video theo yêu cầu và sự tương tác cho các dịch vụ truyền hình di động

550-Hình 2.4 Truyền dẫn Unicast đối với truyền hình di động

2.5 Truyền hình di động sử dụng các mạng tế bào

Sự triển khai các công nghệ 2.5G với tốc độ dữ liệu cao hơn đã cho phép các nhà khai thác mạng di động cung cấp các dịch vụ đa phương tiện như video, âm thanh giống như truyền tải dòng IP qua mạng Internet Tuy nhiên, do các điều kiện truyền dẫn và mạng, tín hiệu clip video bị trễ và chất lượng tín hiệu không cao do tốc độ khung thấp Sự phát triển từ công nghệ 2.5G đến 3G đã tăng tốc độ dữ liệu,

sự phát triển các giao thức âm thanh và video cùng với kỹ thuật mã hóa nguồn hiệu quả MPEG-4 dẫn tới mạng 3G có thể cung cấp các kênh video trực tiếp ở tốc độ 128kbps hoặc cao hơn Các mạng 3G được thiết kế để có thể cung cấp tốc độ dữ liệu cao lên tới 384 kbps, do đó các mạng 3G có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ truyền hình di động Mạng 3G đã được triển khai ở nhiều nước khác nhau trên thế giới, một số nhà khai thác mạng 3G điển hình ở các nước như: Mỹ (Sprint, Cingular, Midwest Wireless, Alltel, Cellular South, Verizon), Mexico (Telcel), Peru

(Moviestar), Canada (Bell, Rogers, TELUS), Aanh (Orange, Three)… Hiệp hội Viễn thông Quốc tế (ITU) đã thống nhất các mạng 3G với tên gọi là IMT-2000 dựa trên hai công nghệ cơ bản là: UMTS và CDMA2000 Công nghệ UMTS (WCDMA) được phát triển đối với các nước đang khai thác mạng GSM, các tần số 3G ở UMTS được phân bố rời rạc trong phổ tần của UMTS Trong khi đó công nghệ CDMA2000 được thiết kế tương thích với các mạng CDMAOne

Các dịch vụ Truyền hình di động dựa trên mạng 3G có thể cung cấp dòng truyền tải dữ liệu di động chấp nhận được ở tốc độ lên tới 300 kbps, tương đương với 10 cuộc gọi trong mạng Điều này có nghĩa là để cung cấp một dòng truyền tải video, mạng 3G bị tổn thất 10 cuộc gọi Do băng thông khả dụng bị hạn chế, các mạng 3G không thể tối ưu để phát tín hiệu truyền hình di động tới số lượng lớn người sử dụng đồng thời Dự án 3GPP đang phát triển các công nghệ mới để tăng tốc độ, mở rộng vùng phủ và các loại hình dịch vụ có thể cung cấp trên các mạng 3G Ví dụ như công nghệ truy nhập gói đường xuống dốc tốc độ cao (HSDPA) và công nghệ broadcast và multicast đa phương tiện (MBMS) đã được phát triển để hỗ trợ các dịch vụ âm thanh và video

- Trong điều kiện bình thường, mạng HSDPA có thể phát ở tốc độ 384 kbps tới 50 người sử dụng trong một tế bào, HSDPA có thể tăng tốc độ bit lên tới

10 Mbps hoặc thậm chí cao hơn (đường xuống) trên các mạng 5MHz 3G nhờ

sử dụng mã hóa và điều chế thích nghi, định trình gói nhanh và kỹ thuật chọn

tế bào nhanh Ưu điểm chính của HSDPA là được xây dựng trên cơ sở hạ tầng mạng 3G hiện tại, do đó các nhà khai thác có thể sử dụng giấy phép mạng 3G mà không cần đầu tư xin thêm các tần số mới Mặc dù cung cấp tốc

độ dữ liệu cao, nhược điểm của các mạng 3G, thậm chí khi nâng cấp lên công nghệ HSDPA vẫn là tính quy mô (scalability) Mạng unicast không có tính quy mô tốt khi số người sử dụng truy nhập dịch vụ tăng

- Với mạng 3G, công nghệ broadcast và multicast đa phương tiện (MBMS) được tiêu chuẩn hóa để phát tín hiệu ở chế độ quảng bá, sự triển khai MBMS bắt đầu vào năm 2008, bổ sung khả năng phát quảng bá cho các mạng 3G Tốc độ phát dữ liệu của các mạng này có thể đạt được từ 64 đến 256kbps sử dụng giao thức MBMS/UMTS, và từ 32 đến 128kbps sử dụng giao thức MBMS/GSM Tuy nhiên công nghệ này có thể làm giảm chất lượng dịch vụ thoại truyền thống và yêu cầu đầu tư đáng kể vào cơ sở hạ tầng mạng Công nghệ MBMS có hai chế độ cung cấp dịch vụ tới số lượng lớn người sử dụng Phiên bản thứ sáu 3GPP định nghĩa MBMS có các chế độ cung cấp dịch vụ sau:

o Chế độ multicast truyền tín hiệu từ nguồn phát tới tất cả các thiết bị trong một nhóm multicast Các thiết bị này có thể nằm ở các tế bào khác nhau hặc đang di chuyển Do đó, truyền dẫn multicast không phát dữ liệu tới tất cả người sử dụng trọng một vùng nhất định, mà sự phân phát dữ liệu này có tính chọn lọc

o Chế độ broadcast truyền tín hiệu tới tất cả người sử dụng trong một vùng nhất định

2.6 Truyền hình di động sử dụng truyền dẫn số mặt đất và vệ tinh

Các công nghệ Truyền hình di động sử dụng truyền dẫn số mặt đất và vệ tinh bao gồm: DVB-H, DMB-T, ISDB-IP, DAB-IP, MediaFLO, DMB-S, ISDB-S Các công nghệ này được tổng kết ngắn gọn như dưới đây:

2.6.1 Công nghệ quảng bá đa phương tiện số cho các máy cầm tay (DVB-H)

Công nghệ này dựa trên tiêu chuẩn quảng bá đa phương tiện số mặt đất (DVB-T) được tối ưu cho các máy đầu cuối cầm tay, sử dụng chung phổ tần của DVB-T DVB-H sử dụng các khuôn dạng mã hóa nguồn MPEG-4 hoặc Windows Media 9 đối với video và mà hóa nguồn AAC hoặc WM đối với âm thanh DVB-H

sử dụng dòng truyền tải IP qua MPEG-2 TS và sử dụng kỹ thuật cắt lát thời gian (time-slicing) để giảm công suất tiêu thụ với các sơ đồ điều chế khác nhau như QPSK, 16QAM hoặc 64QAM để khắc phục các ảnh hưởng của nhiễu đa lường đối với máy thu di động

Hệ thống DVB-H cũng hỗ trợ chế độ điều chế OFDM 4K phù hợp với môi trường di động bên cạnh các chế độ 2K và 8K DVB-H được thiết kế hoạt động ở các băng thông 5MHz, 6MHz, 7MHz và 8MHz, đây là các băng thông được sử dụng cho các dịch vụ quảng bá trên thế giới Kỹ thuật mã hóa kênh được sử dụng ở DVB-H là mã xoắn kết hợp với mã Reed Solomon DVB-H hoạt động ở băng tần UHF hoặc băng tần L (ở Mỹ) DVB-H được sử dụng ở Châu Âu, Mỹ, và một số nước Châu Á

DVB-H có thể cung cấp ở bộ ghép kênh DVB-H từ 20 tới 40 kênh hoặc hơn (tùy thuộc vào tốc độ bit) tới hàng triệu người sử dụng ở chế độ quảng bá Trong khi các dịch vụ DVB-T được phát ở tốc độ dữ liệu có thể lên tới 24Mbps, các dịch

vụ DVB-H được phát ở tốc độ dữ liệu có thể lên tới 11Mbps DVB-H dựa trên các tiêu chuẩn mở và tương thích với DVB-T DVB-H tuân theo mô hình IP datacast và toàn bộ mạng IP end-to-end

Hình 2.5 mô tả hệ thống DVB-H truyền dẫn các dịch vụ IP Trong ví dụ này,

cả các dịch vụ MPEG-2 truyền thống và các dịch vụ DVB-H đều được truyền tải

qua cùng một bộ ghép kênh Máy đầu cuối cầm tay chỉ giải mã và sử dụng các dịch

vụ IP Vì lý do tương thích trong trường hợp bộ ghép kênh được chia sẻ giữa các dịch vụ cho máy thu DVB-T cố định và các dịch vụ cho DVB-H, nên chế độ 4K OFDM và ghép xen theo độ sâu không được sử dụng

Hình 2.5 Hệ thống DVB-H truyền dẫn các dịch vụ IP

2.6.2 Công nghệ quảng bá đa phương tiện số (DMB)

Công nghệ này phát triển từ hệ thống Eureka-147 cho quảng bá âm thanh số (DAB) để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gồm video, âm thanh và các dịch vụ tương tác cho các máy cầm tay di động DMB là sự mở rộng của tiêu chuẩn DAB nhờ thêm vào lớp sửa lỗi nhằm truyền các dịch vụ đa phương tiện DMB sử dụng dải phổ đã được phân bố cho DAB, nên việc triển khai DMB trở nên dễ dàng và đã thành công Có hai phiên bản DMB là DMB-T (quảng bá đa phương tiện số mặt đất) và DMB-S (quảng bá đa phương tiện số qua vệ tinh)

Các dịch vụ Truyền hình di động được phát qua vệ tinh công suất cao ở băng tần L (1452-1492 MHz) và băng tần S (2.6 GHz) Để đảm bảo thu được tín hiệu trong nhà, các tòa nhà được trang bị thêm các bộ lặp băng tần S để phát lặp tín hiệu mặt đất Đối với truyền dẫn số mặt đất DMB-T, băng tần VHF và UHF được sử dụng DMB-T chia khe VHF 6MHz thành ba sóng mang, mỗi sóng mang có băng thông 1.54 MHz, có thể truyền tải bốn kênh video và các kênh âm thanh phụ DMB-

T sử dụng kỹ thuật mã hóa nguồn H.264 MPEG-4 đối với video và mã hóa nguồn BSAC, MP2 đối với âm thanh; dòng truyền tải là MPEG-2 TS; ghép kênh theo tần

số FDM, sử dụng điều chế DQPSK; mã hóa kênh được sử dụng là mã xoắn kết hợp

với mã Reed Solomon DMB-T không hỗ trợ kỹ thuật tiết kiệm nguồn nên đây là vấn đề quan trọng đối với các máy di động cầm tay có công suất pin thấp DMB đã được triển khai đầu tiên ở Hàn Quốc và các nước Châu Âu như; Đức, Anh Hình 2.6

mô tả kiến trúc hệ thống DMB được mở rộng từ hệ thống DAB EUREKA-147

Hình 2.6 Hệ thống T-DMB theo tiêu chuẩn DAB Eureka 147

DMB sử dụng công nghệ truyền dẫn DAB với một số sự mở rộng như thêm vào các sơ đồ mã hóa nguồn cho các nội dung âm thanh và video, sử dụng các phương pháp hiệu quả để khắc phục các ảnh hưởng của môi trường vô tuyến di động, cho phép thu các chương trình truyền hình di động với chất lượng cao thậm chí khi người sử dụng di chuyển ở tốc độ lên tới 200km/h DAB/DMB sử dụng các kênh tần số có băng thông 1.536MHz và tốc độ dữ liệu từ 1 đến 1.5Mbps để truyền dẫn các kênh truyền hình di động và dữ liệu khác DMB hỗ trợ một số chế độ truyền dẫn để tương thích với hiện tượng truyền dẫn đặc biệt các tín hiệu âm thanh trong các dải tần số khác nhau, các hệ thống DMB do đó có thể hoạt động rất linh hoạt trong dải tần giữa 30MHz và 3GHz Truyền dẫn DMB có thể được thực hiện trên các mạng mặt đất (T-DMB) hoặc phát qua vệ tinh (S-DMB) Các băng tần truyền dẫn là: 174-240MHz (băng II) và 1452-1492MHz (Băn L) đối với T-DMB; 2605-2655MHz (băng S) đối với S-DMB Những dải tần số được dùng trong DMB là:

- Dải tần từ 174 - 240MHz (băng III) dùng cho T-DMB (DMB truyền trên mặt đất)

- Dải tần từ 474 - 858MHz (băng UHF) dùng cho T-DMB

- Dải tần từ 1452 - 1492MHz (băng L) dùng cho T-DMB

- Dải tần từ 2605 - 2655MHz (băng S) dùng cho S-DMB (DMB truyền bằng vệ tinh)

Trên thực tế sự sử dụng những băng này phụ thuộc vào những chính sách tại những quốc gia nơi mà DMB được triển khai

Hình 2.7 Mạng đơn tần (A) và mạng đa tần (B-mỗi màu một tần số khác nhau)

Hệ thống T-DMB bao gồm một mạng các máy phát, hoạt động hoặc như một mạng đơn tần số (Single Frequency Network - SFN) hoặc mạng đa tần số (Multi Frequency Network - MFN) (hình 2.7) Trước đây, tất cả các máy phát đều chiếm dụng các kênh tần số giống nhau Để tránh nhiễu đồng kênh ở các máy thu, tất cả các máy phát phải đồng thời phát ra các dòng dữ liệu giống nhau và phải đồng bộ hoá lẫn nhau Hầu hết các SFN chiếm giữ các kênh tần số trong băng III, và một máy phát có thể đạt được bán kinh phủ sóng lên đến 100 km Trong các mạng MFN, các máy phát gần nhau được ấn định những kênh tần số khác nhau Vùng phủ của một trạm phát không vượt quá 25km, và vì vậy chi phí triển khai và khai thác cho MFN đắt hơn nhiều so với SFN Ngoài ra, MFN còn yêu cầu hoạt động chuyển vùng của các thiết bị cầm tay tại các trạm thu, để tránh bị ngắt quãng tín hiệu thu khi đi qua đường bao của hai vùng phủ gần nhau được cung cấp bởi các trạm phát khác nhau

S-DMB tồn tại dưới một số biến thể được so sánh trong hình 2.8 Một vệ tinh S-DMB cung cấp một vùng phủ sóng với bán kính tới vài trăm km và được đặt trên quỹ đạo địa tĩnh Phạm vi phủ sóng của S-DMB là rất lớn so với T-DMB và thậm chí là bao trùm toàn bộ các nước Tín hiệu phát từ một vệ tinh có thể nhận được bởi một thiết bị đầu cuối có bộ thu vệ tinh trực tiếp hay từ một mạng các trạm lặp

Ở một biến thể khác, S-DMB có thể hỗ trợ mạng 3G giống như UMTS Tín hiệu từ vệ tinh có thể thu trực tiếp hoặc từ trạm gốc gần đó của mạng UMTS mặt đất Mạng mặt đất sẽ khuếch đại và chuyển đi tín hiệu vệ tinh Do UMTS ban đầu

đã được thiết kế cho truyền dẫn điểm-điểm, nên điều tiên quyết để áp dụng biến thể này là mạng UMTS riêng này đã được mở rộng cho phát quảng bá

Thiết bị đầu cuối

Tiếp cận theo DAB/EUREKA Tiếp cận theo 3G

Hình 2.8 Các biến thể của S-DMB

2.6.3 Công nghệ chỉ liên kết hướng đi đa phương tiện (MediaFLO)

Đây là một hệ thống end-to-end cho phép phát quảng bá các dòng truyền tải video, âm thanh, các file đa phương tiện số… tới máy thu di động Hệ thống này được phát triển bởi hãng Qualcomm, được thiết kế để tối ưu vùng phủ, dung lượng

và công suất tiêu thụ của máy thu Công nghệ MediaFLO được thiết kế để có thể phát multicast hiệu quả và kinh tế nội dung đa phương tiện tới hàng triệu người sử dụng di động đồng thời

FLO hỗ trợ nhiều dịch vụ đa phương tiện, bao gồm các dịch vụ thời gian thực như treaming video, âm thanh, tele-text, các dịch vụ không thời gian thực như clip cast, tải file về xem sau đó… và dịch vụ IP datacast Hệ thống MediaFLO được thiết kế tối ưu qua tất cả các lớp của giá giao thức và là một giải pháp tích hợp để phân phát tới multicast Lớp vật lý FLO được thiết kế để đảm bảo cơ chế tiết kiệm công suất tiêu thụ, giảm thiểu thời gian chuyển kênh trong khi lại đạt được tăng ích phân tập thời gian và tần số ở thiết bị đầu cuối di động Hơn nữa, FLO cũng được thiết kế để đảm bảo tính linh hoạt trong việc triển khai hệ thống và đạt được hiệu quả sử dụng phổ cao, ví dụ FLO có thể hỗ trợ truyền dẫn khoảng 20 dịch vụ thời gian thực trên băng thông 6MHz

Hệ thống hoạt động ở băng tần 700 MHz (ở Mỹ), băng tần UHF hoặc băng tần L (MediaFLO) có thể hoạt động ở tần số bất kỳ từ 300 MHz – 1.5 GHz, và được thiết kế tối ưu sử dụng trong băng UHF; với các băng thông 5 MHz, 6 MHz, 7 MHz hoặc 8 MHz Nhờ sử dụng máy phát có công suất cao nên MediaFLO có thể phát tới khoảng cách xa tới 50km Chỉ cần 3 hoặc 4 máy phát FLO có thể phủ sóng toàn

bộ một vùng thành phố MediaFLO được triển khai ở Mỹ và được thử nghiệm ở Đức và Anh

Một hệ thống FLO bao gồm bốn phân hệ: Trung tâm điều hành mạng, các máy phát FLO, mạng 3G và các thiết bị đầu cuối FLO

- Trung tâm điều hành mạng gồm trung tâm điều hành quốc gia (NOC) và các trung tâm điều hành địa phương (LOC) Trung tâm điều hành quốc gia thực hiện việc tính cước, phân phát và quản lý nội dung NOC quản lý các phần tử khác nhau của mạng và đóng vai trò là điểm truy nhập để các nhà cung cấp nội dung phân phát nội dung và thông tin hướng dẫn chương trình tới thiết bị đầu cuối di động NOC cũng quản lý thông tin đăng ký sử dụng dịch vụ, phân phát các khóa truy nhập và khóa bí mật, cung cấp thông tin tới các nhà khai thác di động NOC có thể gồm nhiều LOC phục vụ như là điểm truy nhập mà từ đó các nhà cung cấp nội dung địa phương phân phát nội dung địa phương tới thiết bị đầu cuối di động

- Các máy FLO thực hiện phát tín hiệu dạng sóng FLO tới các thiết bị di động giao tiếp với NOC để đăng ký dịch vụ và được phân phát khóa mật mã

- Các mạng 3G hỗ trợ các dịch vụ tương tác, cho phép các thiết bọ đầu cuối di động giao tiếp với NOC để đăng ký dịch vụ và được phân phát khóa mật mã

- Các thiết bị đầu cuối di động FLO có thể thu các dạng sóng FLO bao gồm các dịch vụ nội dung và thông tin hướng dẫn chương trình Bởi vì tất cả ứng dụng trên thiết bị đầu cuối chia sẻ nguồn tài nguyên chung, nên thiết bị đầu cuối cần phải tiết kiệm công suất tiêu thụ Do đó, FLO đã được thiết kế để tối

ưu công suất tiêu thụ qua sự tích hợp thông minh trên thiết bị và sự phân phát được tối ưu qua mạng

Hình 2.9 Mạng MediaFLO

2.6.5 Các công nghệ Truyền hình di động khác

Ngoài các công nghệ phổ biến kể trên còn có các công nghệ truyền hình di động sử dụng truyền dẫn số mặt đất và vệ tinh khác đang trong giai đoạn tiêu chuẩn hóa hoặc được triển khai gồm:

- Công nghệ quảng bá số các dịch vụ tích hợp – mặt đất (ISDB-T)

Khuyến nghị ITU-R BT.1833 mô tả hai hệ thống ISDB-T riêng biệt Hệ thống thứ nhất dựa trên công nghệ ISDB-T – 1 segment (sử dụng 1/13 băng thông của truyền dẫn số mặt đất), hoạt động ở băng thông 429kHz, 500kHz, hoặc 571Hz Hệ thống thứ 2 là hệ thống kết hợp mặt đất/ vệ tinh, hoạt động ở băng thông 25MHz, ISDB-T sử dụng kỹ thuật mã hóa nguồn H.264 MPEG-4/AVC đối với video, mã nguồn MPEG-2 AAC đối với âm thanh; dòng truyền tải là MPEG-2 TS; sử dụng điều chế COFDM với các sơ đồ điều chế như QPSK, DQPSK, 16QAM và 64QAM Hơn nữa, hệ thống ISDB-T hỗ trợ chế độ điều chế OFDM 4K phù hợp với môi trường di động bên cạnh các chế độ 2K và 8K ISDB-T được sử dụng ở Nhật Bản, Brazil và Peru

- Công nghệ Truyền hình di động quảng bá âm thanh số trên nền IP (DAB-IP)

Công nghệ này là một phiên bản tiêu chuẩn ETSI DAB và đã được tiêu chuẩn hóa bởi ETSI vào giữa năm 2006, DAB-IP có thể cung cấp các dịch vụ Truyền hình di động với các khe phổ tần 1.5MHz khả dụng cho công nghệ DAB Tiêu chuẩn DAB-IP sử dụng lớp IP để truyền tài các dòng dữ liệu âm thanh, video và IP Nội dung được phân phát bởi chế độ IP multicast DAB-IP

sử dụng nhiều kỹ thuật mã hóa nguồn đối với video và âm thanh (ví dụ: mã hóa nguồn H.264 hoặc Windows Media 9 đối với video và AAC + hoặc BSAC đối với âm thanh) Lớp IP có thể được truyền tải qua nhiều loại mạng quảng bá và unicast như DAB, DVB-H hoặc mạng 3G (UMTS) Công nghệ này có số lượng kênh hạn chế so với công nghệ DVB-H hoặc MediaFLO và đã được triển khai thương mại ở Anh vào năm 2006

- Công nghệ VSB tiên tiến

Công nghệ này xây dựng dựa trên tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình ATSC ở Bắc Mỹ cho phép máy đầu cuối di động thu được các tín hiệu truyền hình quảng

bá Công nghệ này tương thích với các máy thu truyền hình số hiện nay ở Mỹ

- Công nghệ quảng bá đa phương tiện di động ở Trung Quốc (CMMB)

Đây là một hệ thống quảng bá vô tuyến mặt đất/ vệ tinh Hệ thống này hoạt động băng thông 2MHz hoặc 8MHz, sử dụng điều chế OFDM, và hỗ trợ các dịch vụ tương tác

2.7 Truyền hình di động sử dụng công nghệ vô tuyến

Các mạng vô tuyến đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu Các mạng này được xem là có tiềm năng lớn để truyền tải các dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ truyền hình di động

2.7.1 Truyền hình di động sử dụng các công nghệ WiFi

Các mạng WiFi (802.11x) đã trở nên phổ biến trong việc cung cấp dịch vụ truy nhập Internet Các mạng WiFi ngày này đang được sử dụng nhiều trong các khu vực công cộng như các tòa nhà, quán café, bệnh viện, khách sạn, sân bay… WiFi cho phép truyền dẫn ở tốc độ cao hơn so với cá mạng di động Tiêu chuẩn WiFi 802.11b có thể cung cấp tốc độ lên tới 11 Mbps, trong khi đó tiêu chuẩn WiFi 802.11g tương thích với 802.11b có thể cung cấp tốc độ lên tới 54 Mbps Do truyền dẫn dữ liệu ở tốc độ cao, WiFi được xem là một phương thức để truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động Với WiFi người sử dụng di động có thể tải các nội dung truyền hình qua Internet sử dụng máy di động cầm tay Nội dung có thể được xem không trực tuyến sau đó WiFi có chi phí hiệu quả vì không yêu cầu giấy phép mạng, và tương đối rẻ để triển khai Tuy nhiên vẫn tồn tại các vấn đề cần giải quyết như chuyển vùng giữa mạng WiFi và các mạng tế bào, vấn đề tính cước…

2.7.2 Truyền hình di động sử dụng các công nghệ WiMAX

Công nghệ WiMAX (Liên hoạt động toàn cầu đối với truy nhập vi ba) là công nghệ cho phép truyền dẫn các dịch vụ dữ liệu trong một vùng phủ rộng hơn so với WiFi WiMAX có thể cung cấp dung lượng cao hơn và do đó đắt hơn so với WiFi WiMAX rất phù hợp để truyền dẫn video và nội dung đa phương tiện WiMAX rất có thể cung cấp dịch vụ truy nhập Internet vô tuyến tốc độ cao khi máy thu đang chuyển động thậm chí lên tới tốc độ 60 km/h Các ứng dụng điển hình của WiMAX là âm thanh và video theo yêu cầu Với WiMAX, người sử dụng di động

có thể tải về hoặc xem dòng video trực tiếp khi đang di chuyển trên tàu, ô tô,…

WiMAX hỗ trợ sự chuyển vùng giữa mạng WiMAX và các mạng di động, các máy cầm tay di động có thể chuyền từ mạng di động tới các kết nối vô tuyến Tuy nhiên, nhược điểm của WiMAX là việc sử dụng dải phủ tần số cần được phép, không giống như WiFi

WiMAZ có thể cung cấp tốc độ cao hơn 20 Mbps và vùng phủ rộng toàn thành phố với một số ít máy phát WiMAX được đặc tả bởi hai tiêu chuẩn: WiMAX truy nhập vô tuyến cố định IEEE 802.16d) có thể cung cấp tốc độ dữ liệu trong khoảng 70-100 Mbps IEEE 802.16d sử dụng công nghệ điều chế OFDM đa sóng mang (256 sóng mang) và kỹ thuật truy nhập OFDMA với 2048 sóng mang để khắc

phục các ảnh hưởng của fading chọn lọc theo tần số WiMAX truy nhập vô tuyến cố định đã được triển khai ở Châu Âu, Mỹ, Singapore, Hồng Kông và nhiều nước khác Trong khi đó WiMAX di động (IEEE 802.16e) sử dụng điều chế OFDMA có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 15Mbps trong phạm vi 10km, cho phép máy cầm tay di chuyển ở tốc độ lên tới 150km/h WiMAX di động là công nghệ tiềm năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện với các lý do sau:

- Đa số các công nghệ phân phát đa phương tiện di động dựa trên chế độ IP unicast hoặc multicast, ví dụ như các dịch vụ MBMS multicast; DVB-H với

IP data casting; DAB-IP;…

- Các công nghệ WiMAX cung cấp môi trường để phân phát dịch vụ đa phương tiện trên nền IP, và được xem là công nghệ tiềm năng khi phổ tần của các mạng 3G và DVB-H hạn hẹp

- Các máy điện thoại di động đã bắt đầu cung cấp các giao diện WiFi (802.16b), WiMAX hoặc WiBro (tiêu chuẩn vô tuyến băng rộng được phát triển bởi Viện nghiên cứu điện tử và viễn thông Hàn Quốc ETRI)

- Các ứng dụng khả dụng có thể cung cấp dịch vụ Truyền hình di động trên nền WiMAX hoặc vô tuyến băng rộng với sự tương thích toàn cầu

Ưu điểm của WiMAX và WiFi là chúng đều được cung cấp chế độ unicast point-to-point cũng như phát nội dung quảng bá trong một mạng Điều này làm cho WiMAX và WiFi phù hợp để cung cấp các dịch vụ quảng bá truyền hình di động, truyền tải dòng video và video theo yêu cầu với sự tương tác đối với người sử dụng

di động

Chương 3: CÁC TIÊU CHUẨN STREAMING VÀ ĐA

PHƯƠNG TIỆN DI ĐỘNG

3.1 Định nghĩa đa phương tiện di động

Đa phương tiện di động (Mobile Multimedia) bao gồm việc tạo ra nội dung được thiết kế cho các mạng di động, truyền dẫn và phân phát nội dung này sử dụng các giao thức tiêu chuẩn Nội dung có thể có nhiều dạng như: đồ họa, hình ảnh, âm thanh và video trực tiếp, các bản tin đa phương tiện, các trò chơi, VoIP, truyền tải dòng âm thanh và video… Nội dung đa phương tiện trong môi trường di động cần được thiết kế phù hợp với việc sử dụng được ở máy thu đầu cuối di động (công suất pin tiêu thụ và khả năng xử lý, kích thước màn hình, bộ nhớ của máy thu di động; các công nghệ truyền dẫn như GSM, GPRS, 3G-GSM, CDMA, 1xEV-DO) Điều này được thực hiện bằng cách định nghĩa các profile của các file đa phương tiện, các giao thức, hoặc các ứng dụng trở thành các tiêu chuẩn cho đa phương tiện di động Hình 3.1 mô tả các phần tử của đa phương tiện di động

Hình 3.1 Các phần tử của Mobile Multimedia

3.2 Truyền tải dòng

Truyền tải dòng (Streaming) nội dung như âm thanh, video đã trở thành công nghệ phổ biến cùng với sự phát triển của Internet vào những năm 1990 Một phương pháp truyền tải dữ liệu video đó là người sử dụng sẽ tải về các file âm thanh

và video và bắt đầu xem chương trình khi đã tải xong, phương pháp này có nhược điểm là do kích thước của các file có thể lớn (ví dụ 200Mbytes) nên thời gian chờ

để tải về là rất dài

Ở chế độ streaming dữ liệu âm thanh và video được phân phát tới người sử dụng di động hoặc các thiết bị khác ở cùng tốc độ trung bình giống như khi dữ liệu

này được xem Ví dụ, với kết nối 128kbps, dữ liệu video ở tốc độ 64-100kbps có thể được truyền tải dòng liên tục, cho phép người sử dụng truy nhập trực tiếp tới nội dung đa phương tiện

Truyền tải dòng thực hiện được nhờ sử dụng các bộ mã hóa có tốc độ nén cao cùng với công nghệ truyền tải dòng nội dung bằng cách biến đổi khuôn dạng file dữ liệu lưu giữ thành khuân dạng gói phù hợp với truyền tải qua mạng Internet

Có hai phương pháp để truyền tải dòng Dữ liệu âm thanh, video, các trang Web có thể được cung cấp bằng cách sử dụng giao thức HTTP Phương pháp này được gọi là truyền tải dòng tiên tiến (progressive streaming), và thực hiện được khi gói kênh phân phát có khản năng phân phát dữ liệu HTTP ở các tốc độ bit yêu cầu Phương pháp thực tế hơn đó là phương pháp truyền tải dòng thời gian thực (real-time streaming), phương pháp này yêu cầu sử dụng các giao thức đặc biệt (giao thức thời gian thực RTP, các giao thức multicasting…) và các server đặc biệt (Apple QuickTime server, RealTime server, Windows Media server) Streaming bao gồm các bước sau:

- Bắt giữ và mã hóa nội dung

- Biến đổi file thành khuôn dạng streaming

- Streaming server

- Truyền tải dòng qua các mạng IP

- Chạy chương trình trên media player

3.2.1 Quá trình bắt giữ và mã hóa nội dung

Việc bắt giữ và mã hóa nội dung bao gồm việc tiếp nhận trực tiếp dòng âm thanh và video ở khuôn dạng tương thích với card bắt giữ video của máy tính PC hoặc server Khuôn dạng có thể là AVI hoặc các ứng dụng chuyên nghiệp, dạng SDI Card bắt giữ gồm các bộ mã hóa phần cứng có thể tiếp nhận nội dung ở khuôn dạng YC, RGB… Sau khi bắt giữ, các file được lưu trữ trên đĩa ví dụ ở khuôn dạng avi trước khi nén Sau khi nén các file được lưu giữ ở khuôn dạng nén phù hợp như mpg, mp4… phụ thuộc vào bộ mã hóa được sử dụng

3.2.2 Biến đổi file thành khuôn dạng streaming

Để các file được truyền tải dòng streaming theo thời gian thực, các file này cần có thông tin điều khiển thời gian, thông tin này được sử dụng bởi server để quản

lý tốc độ phát Do đó các file được biến đổi thành khuôn dạng streaming bằng cách thêm vào thông tin điều khiển thời gian và media giúp cho việc phân phát có thứ tự

dữ liệu streaming đối với các ứng dụng Ví dụ QuickTime sử dụng một tính năng

gọi là Hint Tracks để cung cấp thông tin điều khiển nhằm xác định thông tin âm thanh và video đã được streaming

3.2.3 Stream serving

Stream serving là một ứng dụng đặc biệt được sử dụng ở chế độ client server

để phát chuỗi liên tục các gói qua mạng IP đến máy client Ứng dụng streaming sử dụng các giao thức trao đổi file thời gian thực đa phương tiện được phát triển bởi IETF Các giao thức này bao gồm: giao thức thời gian thực RTP, giao thức điều khiển thời gian thực RTCP và giao thức truyền tải dòng thời gian thực (RTSP)

Quá trình streaming bao gồm hai kênh riêng rẽ được thiết lập cho phiên streaming Kênh dữ liệu cung cấp việc truyền tải dữ liệu âm thanh và video, trong khi đó kênh điều khiển cung cấp phản hồi từ streaming client (ví dụ như media player) tới server Dữ liệu âm thanh và video trong quá trình streaming được điều khiển bởi giao thức RTP, giao thức này sử dụng giao thức UDP và IP là các lớp bên dưới Do đó dữ liệu được phân phát theo chuỗi datagram mà không cần xác nhận Điều này tạo thành kênh dữ liệu trong quá trình streaming

Hình 3.2 Giá giao thức streaming

Client cung cấp thông tin như số lượng gói thu được và chất lượng kênh qua kênh RTCP Server dựa trên thông tin thu được sẽ biết tình trạng lỗi và tắc nghẽn của mạng và tốc độ mà client thực sự thu được các gói Nhờ đó server có thể thực hiện phân phát gói ở tốc độ chính xác Ví dụ, dựa trên thông tin phản hồi từ client, server có thể chọn một trong các tốc độ bit truyền tải dòng khả dụng (chẳng hạn 64,

128, 256kbps) hoặc chọn tốc độ khung thấp hơn để đảm bảo tốc độ dữ liệu truyền tải không vượt quá khả năng của kênh IP Kênh điều khiển sử dụng giao thức RTSP, giao thức này hoạt động trên nền giao thức TCP và IP RTSP do đó điều

khiển việc phân phát nội dung streaming tới client qua mạng IP RTSP hỗ trợ các chức năng điều khiển như xem lại (playback), xem (play), tua đi (forward), tua lại (reverse) và dừng tạm thời (pause), kết hợp với media player của client sẽ cung cấp cho người sử dụng đầy đủ chức năng điều khiển trong quá trình xem lại qua truyền tải dòng streaming

3.2.4 Streaming và quản lý băng thông

Streaming server và media client (thực hiện thiết lập kết nối đến server để truyền tải dòng) hoạt động ở chế độ bắt tay như mô tả trên hình 3.3

Hình 3.3 Streaming server

Dòng media được gửi theo các khối dữ liệu, các khối này được biến đổi thành các gói RTP Mỗi gói RTP bao gồm phần tiêu đề và phần dữ liệu Tiêu đề có phần mô tả dòng truyền tải, dấu thời gian, và số thứ tự của gói dữ liệu Thông tin này rất cần thiết trong việc ghép lại các gói theo thứ tự chính xác ở máy thu đầu cuối Giao thức RTP duy trì tốc độ phân phát dữ liệu đã được cố định và được thỏa thuận qua kết nối UDP/IP, trong khi đó giao thức RTSP hỗ trợ sự tương tác client với các chức năng như xem và dừng tạm thời Khi một kết nối được thiết lập, RTSP được sử dụng để tạo kết nối ở tốc độ bit cao nhất mà mạng IP hỗ trợ (có thể gồm các đường liên kết vô tuyến hoặc các mạng GSM/GPRS hoặc 3G, CDMA) Các gói truyền tải (âm thanh và video) được xử lý liên tục khi chúng tới media player Client cần thực hiện lưu đệm dữ liệu vì tốc độ bit truyền dẫn thay đổi Nếu tốc độ

dữ liệu thấp hoặc tỷ lệ lỗi cao do điều kiện đường liên kết thì client sẽ gửi tín hiệu tới server yêu cầu thực hiện chuyển mạch sang truyền tải dòng thông minh hoặc do tốc độ khung bị rớt Quá trình này tạo thành kết nối unicast Đối với mỗi client (ví

dụ như máy di động hoặc media player), có một số dòng truyền tải (kênh dữ liệu riêng rẽ và kênh điều khiển riêng rẽ) được thiết lập để thực hiện quá trình streaming

thành công Tuy nhiên dạng kết nối này không lý tưởng khi có một số lượng lớn người sử dụng muốn truy nhập cùng một nội dung, vì khi đó số dòng truyền tải và

dữ liệu được cung cấp tăng lên nhanh chóng

Chế độ truyền dẫn khác là chế độ multicast, trong đó nhiều người sử dụng cùng thu được nội dung, khi đó dữ liệu được phát multicast Các bộ định tuyến trong mạng thu được dòng multicast thực hiện phát lặp dữ liệu tới các đường liên kết trong mạng Thay vì hàng trăm nghìn phiên unicast, mỗi đường liên kết truyền tải chỉ một dòng nội dung multicast Phương pháp này có nhiều ưu điểm, tuy nhiên các client không có cơ chế điều khiển để yêu cầu server thay đổi tốc độ bit truyền dẫn khi xảy ra lỗi hoặc tắc nghẽn mạng…

Hình 3.4 Truyền tải dòng và mã hóa video MPEG-4 được phân lớp

Với MPEG-4 có cơ chế khác để cung cấp tốc độ bit cao hơn tới các client khi mạng có băng thông cao hơn Server truyền tải dòng MPEG-4 sẽ phát dòng cơ sở có

độ phân dải thấp và một dòng phụ Client thu dòng cơ sở và các dòng phụ này khi băng thông khả dụng làm cho chất lương hình ảnh tốt hơn

3.3 Chương trình xem và server streaming

Hình 3.5 Chuyển mạch dòng streaming xảy ra ở các khung I

Tồn tại một số bộ mã hóa và server streaming, trong đó một số công nghệ yêu cầu bản quyền riêng Ví dụ sự thiết lập streaming của RealNetwork gồm bộ mã hóa/ giải mã RealVideo và server streaming SureStream RealVideo dựa trên nguyên lý mã hóa MPEG-4, sử dụng tốc độ khung không lấy mẫu Điều này cho phép các tốc độ khung yêu cầu đối với tốc độ phân phát được lựa chọn được tạo ra bằng các vector chuyển động và nội suy khung Do đó một file media đơn giản có thể được tạo ra có các tốc độ mã hóa khác nhau Khi thực hiện truyền tải dòng, RealNetwork SureStream sẽ thiết lập kết nối sau khi thỏa thuận với player Tốc độ

dữ liệu thấp nhất sẽ được truyền tải dòng trong điều kiện mạng tắc nghẽn nhất SureStream sử dụng chuyển mạch stream động để chuyển mạch tới tốc độ bit thấp hơn hoặc cao hơn phụ thuộc vào điều kiện truyền dẫn và phản hồi từ client Ví dụ, SureStream có thể chuyển từ dòng 64kbps sang dòng 128kbps hoặc ngược lại

Khuôn dạng RealMedia sử dụng giao thức RTP và giao thức bản quyền RDP (Giao thức gói dữ liệu thực) để truyền tải dữ liệu Họ các giao thức RealMedia truyền tải dữ liệu ở chế độ unicast

3.3.1 Khuôn dạng Media của Microsoft Windows

Windows Media là họ các bộ mã hóa và bộ giải mã cũng như server và player truyền tải dòng, gồm các thành phần sau:

- Họ các bộ mã hóa Windows Media

- Windows Media Servive (server)

- Các bộ mã hóa/ giải mã âm thanh và Video Windows Media

Các bộ mã hóa có thể lưu giữ các file video ở các khuôn dạng như avi và tạo

ra các file ở khuôn dạng wmv hoặc asf Các bộ mã hóa/ giải mã gồm hai loại: dựa trên dạng Windows Media và MPEG-4 Chương trình Windows Media là một phần của hệ điều hành Windows Server của Windows Media truyền tải dòng các file ở khuôn dạng wmv (khuôn dạng Windows Media video) hoặc asf (khuôn dạng streaming tiên tiến)

Phiên bản 9 của Windows Media cung cấp các tính năng tiên tiến như truyền tải dòng nhanh và lập trình nội dung động Truyền tải dòng nhanh cung cấp truyền tải dòng ngay tức khắc, tức là không cần lưu giữ đệm trược khi bật chương trình và các tính năng “luôn sẵn sàng” phù hợp với kết nối băng rộng Điều này đảm bảo không có sự ngắt quãng trong quá trình xem chương trình Truyền tải dòng Windows Media là công nghệ bản quyền và không dựa trên giao thức thời gian thực

RTP, giao thức truyền tải thời gian thực RTSP và giao thức mô tả phiên SDP Multicasting được hỗ trợ bởi IGMPv3, Windows Media hỗ trợ Ipv6

Hình 3.6 Phát dữ liệu đã được lưu giữ ở bộ đệm trong chế độ streaming

3.3.2 Apple QuickTime

QuickTime của Apple là tập các công cụ playet để tạo điều khiển dữ liệu đa phương tiện và truyền tải dòng streaming Các thành phần của QuickTime gồm: Một trình duyệt, hoặc player đa phương tiện QuickTime và QuickTime streaming server QuickTime sử dụng giao thức RTP và RTSP và tiêu chuẩn nén MPEG-4

3.4 Rich Media – Ngôn ngữ đa phương tiện đồng bộ

Rất nhiều ứng dụng yêu cầu hiển thị nhiều hình ảnh, đồ họa hoặc file âm thanh; các file này cần được đồng bộ và biểu diễn ở dạng media tích hợp Ví dụ như

âm thanh được kết hợp với hình ảnh, thoại được kết hợp với phần trình bày Ngôn ngữ tích hợp đa phương tiện đồng bộ (SMIL) là một kỹ thuật thực hiện việc đồng

bộ trên SMIL được hỗ trợ bởi RealMedia và Apple QuickTime Cũng có thể bổ sung chức năng đồng bộ media vào ngôn ngữ HTML bằng cách sử dụng ngôn ngữ XML cho phép mô tả các tham số đồng bộ truyền tải dòng video, hình ảnh và văn bản SMIL là một tiêu chuẩn cho phép viết các ứng dụng đa phương tiện tương tác bao gồm các đối tượng đa phương tiện và siêu liên kết hyperlink, cho phép điều khiển đầy đủ việc hiển thị trên màn hình, SMIL có các tham số xác định vị trí và thứ tự hiển thị theo dạng tuần tự và quy định dạng trình bày nội dung, như văn bản, video và đồ họa Ví dụ, hình 3.7 là một mô tả SMIL, truyền tải dòng hai video clip, theo sau bởi một bản tin thời tiết bao gồm video, một cửa sổ dạng văn bản và một đồng hồ dạng văn bản

Hình 3.7 Truyền tải dòng nội dung dựa trên SMIL

3.5 Đa phương tiện di động

3.5.1 Các phần tử của đa phương tiện di động

Các thành phần sau trong thế giới đa phương tiện di động (Mobile Multimedia) cần được tiêu chuẩn hóa:

- Các công nghệ sử dụng cho đa phương tiện

- Các khuôn dạng file cho đa phương tiện

- Các giao thức truyền tải được sử dụng trong các mạng di động

Các phần tử của đa phương tiện di động gồm:

- Các file đa phương tiện

- Các thủ tục thiết lập và giải phóng cuộc gọi để phân phát dữ liệu đa phương tiện

- Các giao thức truyền tải dữ liệu đa phương tiện

- Các player đa phương tiện và các client đầu cuối

Ví dụ một ứng dụng có thể là một file Windows Media được truyền tải dòng tới máy điện thoại di động bằng cách sử dụng giao thức 3G-PSS qua mạng 3G File này yêu cầu chương trình Windows Media player để chạy Truyền hình di động là một ứng dụng khác, sử dụng giao thức truyền tải dòng chuyển mạch gói 3GPP và các khuôn daạng file được nén tốc độ cao được định nghĩa bởi 3GPP, cho phép dòng truyền tải liên tục được phân phát, giải mã và hiển thị trên máy thu di động Một số ứng dụng cho Mobile Multimedia được mô tả ở hình 3.8

Hình 3.8 Các ứng dụng của Mobile Multimedia

MSS là giao thức mở rộng của SMS và được định nghĩa là một tiêu chuẩn mới Các bản tin MSS có nhiều kiểu nội dung như văn bản, hình ảnh (.jpg hoặc gif), âm thanh, video Thông tin có thể được biểu diễn đồng bộ bởi ngôn ngữ SMIL

Dịch vụ tải về Video clip là dịch vụ thường được sử dụng trong các mạng di động Người sử dụng gửi yêu cầu về clip qua tin nhắn SMS hoặc sử dụng kết nối tới WAP Nội dung được thu bởi giao thức MMS hoặc tải về sử dụng giao thức WAP Máy thu di động khi đó cần có chương trình player phù hợp như Real hoặc Windows Media để chạy nội dung tải về

Video streaming có thể được sử dụng để thu nội dung trực tiếp (như các trận bóng đá, lưu lượng giao thông,…) Đây là một dịch vụ theo yêu cầu, đã được tiêu chuẩn hóa sử dụng giao thức PSS và phát ở chế độn unicast từ server tới người sử dụng

Video calling được thực hiện nếu cả chủ gọi và bị gọi đều sử dụng điện thoại

có camera Các tiêu chuẩn 3G-324M, sử dụng kết nối chuyển mạch kênh đảm bảo một tốc độ bit không đổi Dịch vụ video calling có thể mở rộng thành dịch vụ hội nghị truyền hình

Hình 3.9 Các dịch vụ Mobile Multimedia phổ biến

3.5.2 Sự tiêu chuẩn hóa đa phương tiện đối với các mạng di động

Hình 3.10 Tiêu chuẩn hóa 3GPP

Các nhà khai thác dịch vụ di động, các nhà chế tạo thiết bị và các nhà bán hàng thiết bị di động cũng như các tổ chức tiêu chuẩn đã nỗ lực thực hiện tiêu chuẩn hóa các khuôn dạng file, các giao thức, các thủ tục thiết lập cuộc gọi và các ứng dụng đối với các mạng di động Tiêu chuẩn đã được thực hiện bởi các dự án hiệp hội 3G (3GPP) 3GPP là một dự án gồm một số tổ chức tiêu chuẩn nhằm thiết lập các tiêu chuẩn cho các dịch vụ di động tế bào thế hệ thứ ba Trên thực tế có hai diễn đàn thực hiện các nỗ lực tiêu chuẩn hóa này là 3GPP (khởi đầu từ các nhà khai thác mạng GSM, GPRS, EDGE và 3G-WCDMA) và 3GPP2 (các nhà khai thác mạng CDMA2000, CDMA1X, CDMA3X,…) 3GPP hình thành năm 1998 và có mục tiêu

là cung cấp các đặc tả kỹ thuật ứng dụng toàn cầu cho hệ thống di động thế hệ thứ

ba khi phát triển từ các công nghệ 2G và 2.5G Các phiên bản mới nhất của 3GPP

và 3GPP2 trình bày bức tranh hài hòa về các khuôn dạng file, các giao thức, các thủ tục thiết lập cuộc gọi và các khả năng thiết bị người sử dụng Các phiên bản 3GPP bao gồm các tiêu chuẩn mã hóa và giải mã âm thanh, đồ họa, video, dữ liệu, các thủ tục điều khiển cuộc gọi, máy di động, và các thiết bị người sử dụng

3.6 Các khuôn dạng file cho Mobile Multimedia

Các khuôn dạng file được hỗ trợ trong môi trường đa phương tiện di động được đặc tả bởi 3GPP và 3GPP2 Với các phiên bản đầu tiên, các khuôn dạng file được tạo ra bởi các bộ mã hóa dựa trên các tiêu chuẩn mã hóa MPEG-4 và H.263 Các file này được sử dụng trong mạng GSM, 2.5G và 3G WCDMA, được ký hiệu

là 3gpp và sử dụng MPEG-4 cho video, AAC và AMR cho âm thanh Các file được

sử dụng trong các mạng CDMA, CDMA2000, CDMA1X và CDMA3X được ký hiệu là 3g2 và cũng sử dụng MPEG-4 cho video, AAC và AMR cho âm thanh, hỗ trợ thêm bởi bộ dự đoán tuyến tính kích thích mã Qualcomm (QCELP)

Nhiều máy di động 2.5G hoặc 3G hỗ trợ các file phụ khác có thể tải về như Windows Media (các file wmv và wma) hoặc các file Real và Microsoft Mobile Office (file ppt – Power Point) hoặc file pdf, các file này không bắt buộc bởi 3GPP Các khuôn dạng đối với 3GPP dựa trên MPEG-4, đây là công nghệ mã hóa nguồn cơ bản cho nhiều ứng dụng đa phương tiện MPEG-4 Part 10 được tiêu chuẩn hóa với tên gọi là tiêu chuẩn ITU H.264

3.6.1 Các khuôn dạng file được đặc tả bởi 3GPP và các mô tả bộ mã hóa

Vì MPEG-4 có nhiều profile và lớp, 3GPP đã tiêu chuẩn hóa các mã đặc tả sau cho việc sử dụng trong mạng 3G (các bộ mã hóa/ giải mã 3G-324M):

- Mã hóa video: với các profile MPEG-4 đơn giản lớp 1, hỗ trợ được khuyến nghị là MPEG-4 profile hiển thị đơn giản lớp 1 (ISO/IEC 14496-2) Tốc độ khung có thể lên tới 15fps và độ phân giải là 176x144

- Mã hóa tiếng: mã hóa và giải mã AMR là yêu cầu bắt buộc, G723.1 được khuyến nghị

Tiêu chuẩn trên được xem là cần thiết để giới hạn độ phức tạp của các bộ mã hóa và giải mã sử dụng trong các máy di động MPEG-4 profile hiển thị đơn giản lớp 1 hỗ trợ bộ mã hóa/ giải mã H.263 và có khả năng chống lỗi tốt phù hợp với môi trường vô tuyến di động, trong khi đó lại có độ phức tạp thấp, đồng thời đáp ứng được yêu cầu của truyền thông đa phương tiện có độ trễ thấp Việc hỗ trợ bộ

mã hóa/ giải mã MPEG-4/AVC (H.264) được khuyến nghị là lựa chọn trong phiên bản 6 của 3GPP Ngày nay nhiều mạng đã hỗ trợ H.264 Các cuộc gọi thoại sử dụng

mạng 3G-324M sẽ sử dụng các giao thức H.263 3GPP khuyến nghị các tính năng

và các tham số được hỗ trợ bởi bộ mã hóa/ giải mã này

3.6.2 Các phiên bản 3GPP

Hình 3.11 Các phiên bản 3GPP đối với Mobile Multimedia

Phiên bản 3GPP 1999: Phiên bản này lựa chọn tiêu chuẩn truy nhập vô tuyến mặt đất toàn cầu (UTRA) là tiêu chuẩn vô tuyến WCDMA, với hai chế độ FDD và TDD (3.84Mcps) Phiên bản này cũng tiêu chuẩn hóa một bộ mã hóa/ giải mã mới

là AMR băng hẹp

Phiên bản 4 3GPP 2001: Phiên bản 4 lần đầu tiên hướng tới xây dựng cơ sở

hạ tầng mạng dựa trên IP (mạng lõi toàn IP dựa trên IPv6)

Phiên bản 5 3GPP 2002: Phiên bản 5 lựa chọn hệ thống đa phương tiện dựa trên IP (IMS) làm nền tảng của các mạng 3G Toàn bộ mạng dựa trên nền IP, IMS cung cấp cuộc gọi thông thường dựa trên giao thức khởi đầu phiên SIP Phiên bản này cũng đã giới thiệu công nghệ truy nhập đường xuống tốc độ cao HSDPA, và cung cấp bộ mã hóa/ giải mã đa tốc độ thích nghi băng thông rộng (AMR-WB), đảm bảo chất lượng QoS từ đầu cuối tời đầu cuối

Phiên bản 6 3GPP: Phiên bản này giới thiệu các dịch vụ broadcast và multicast đa phương tiện (MBMS), bộ mã hóa/ giải mã băng rộng AMR-WB+, các dịch vụ truyền tải dòng dạng gói (các giao thức 3GPP-PSS)

Các mạng 3GPP2: 3GPP2 hình thành bởi các nhà khai thác mạng CDMA

Cả 3GPP và 3GPP2 đều nỗ lực hướng tới thống nhất hài hòa về phần truy nhập vô tuyến, thiết kế đầu cuối và thiết kế mạng lõi

Khuôn dạng file

Multimedia Đuôi mở rộng Mã hóa âm thanh Mã hóa video

Windows Media wmv, wma Windows Media

audio

Windows Media video

Java2ME archive jar

Bảng 3.1 Các khuôn dạng file Multimedia

Máy di động có kích thước màn hình nhỏ, độ phân giải pixel thấp, bộ nhớ thấp Một số phần mềm khả dụng để tạo ra các nội dung chạy trên máy di động gồm: Macromedia Flash Lite, Java Mobikr Edition (J2ME) Macromedia Flash Lite

có tính đến kích thước nhỏ của máy di động (176x208, 320x240,…), độ sâu màu thấp, băng thông thấp cho truyền dẫn, các ứng dụng yêu cầu sử dụng bộ nhớ và xử

lý ít hơn Các ứng dụng của Flash Lite phát triển các nội dung như hoạt hình, trò chơi, wall paper di đi động… Profile thiết bị thông tin di động J2ME (MIDP) được xem là công cụ nền tảng để phát triển các nội dung cho máy di động Với các phần mềm trên, các trang Web có thể sử dụng Java hoặc hoặc Flash và máy di động sẽ thu được nội dung phong phú hơn Các trình duyệt cho máy di động đã được phát triển hỗ trợ J2ME và Flash Lite, ví dụ như trình duyệt Opera Mini có thể chạy trên các máy di động sử dụng java, trình duyệt Symbian 9.3 OS của nokia hỗ trợ Flash2.0 Bảng 3.1 Tổng kết các khuôn dạng file và các profile được sử dụng điển hình trong môi trường mobile multimedia