Cong Nghe IPTV

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ IPTV

Chương I : Tổng quan về mô hình TCP/IP

I. Mô hình TCP/IPTCP/IP là một bộ giao thức mở được xây dựng cho mạng Internet mà tiền thân của nó là

mạng ARPnet của bộ quốc phòng Mỹ. Do đây là một giao thức mở, nên nó cho phép bất kỳ một

đầu cuối nào sử dụng bộ giao thức này đều có thể được kết nối vào mạng Internet. Chính điều

này đã tạo nên sự bùng nổ của Internet toàn cầu trong thời gian gần đây. Trong bộ giao thức này,

hai giao thức được sử dụng chủ yếu đó là giao thức truyền tải tin cậy TCP (Transmission Control

Protocol) và IP (Internet Procol). Chúng cùng làm việc với nhau để cung cấp phương tiện truyền

thông liên mạng.

Điểm khác nhau cơ bản của TCP/IP so với OSI đó là tầng liên mạng sử dụng giao thức không

kết nối (connectionless) IP, tạo thành hạt nhân hoạt động của mạng Internet. Cùng với các giao

thức định tuyến như RIP, OSPF, … tầng liên mạng IP cho phép kết nối một cách mềm dẻo và

linh hoạt các loại mạng vật lý khác nhau như: Ethernet, Token Ring, X25…

Hình 1.1 Mô hình TCP/IP và mô hình OSI

1.1 Lớp ứng dụng (Application Layer)Là giao diện giữa người dùng và mạng Internet, lớp ứng dụng sử dụng các dịch vụ lớp

TCP/IP kiểm soát các giao thức lớp cao, biểu diễn thông tin, mã hóa và điều khiển hội thoại.

TCP/IP có các giao thức để hỗ trợ các ứng dụng sau :

File Transfer Protocol (FTP): là dịch vụ tạo cầu nối (connection-oriented) tin cậy,

nó sử dụng TCP để truyền các tập tin giữa các hệ thống có hỗ trợ FTP.

Trivial File Transfer Protocol (TFTP): Là dịch vụ không tạo cầu nối

(connectionless) dùng UDP (User Data Protocol). TFTP được dùng trên router để

truyền các file cấu hình và các Cisco IOS image và truyền các file giữa các hệ

thống hỗ trợ TFTP. Hoạt động nhanh hơn FTP trong môi trường ổn định.

GVHD : ThS. VÕ TRƯỜNG SƠN SVTH : TRƯƠNG MINH TƯỜNG 1


Network File System (NFS): là bộ giao thức cho phép truy suất file đến các thiết bị

lưu trữ ở xa như một đĩa cứng qua mạng.

Simple Mail Transfer Protocol (SMTP): quản lý hoạt động truyền e-mail qua mạng

máy tính.

Terminal Emulation (Telnet): cung cấp khả năng truy nhập từ xa vào máy tính

khác. Nó cho phép một user đăng nhập vào một internet host và thực thi các lệnh.

Simple Network Management Protocol (SNMP): là giao thức cung cấp phương

pháp để giám sát và điều khiển các thiết bị mạng và quản lý các cấu hình, thu thập

thống kê, bảo mật.

Domain Name System (DNS): là một hệ thống được trên internet để thông dịch tên

của các miền và các node mạng được quảng cáo công khai sang địa chỉ IP.

Hình 1.2 Lớp ứng dụng

1.2 Lớp vận chuyển (Transport layer)Lớp vận chuyển cung ứng dịch vụ vận chuyển từ host nguồn đến host đích, nó thiết lập

cầu nối luận lý giữa các đầu cuối của mạng. Giao thức vận chuyển phân chia và tái thiết lập dữ

liệu của các ứng dụng lớp trên thành luồng dữ liệu giống nhau giữa các đầu cuối. Điều khiển

end-to-end được cung cấp bởi cửa sổ trượt và tính tin cậy trong các số tuần tự và báo nhận là

nhiệm vụ then chốt của lớp vận chuyển khi dung TCP.

Lớp này chạy trên đỉnh của lớp IP và bao gồm hai giao thức là TCP và UDP. TCP là một

kiểu phương thức hướng kết nối cho phép cung cấp các dịch vụ tin cậy còn UDP sử dụng

phương thức hướng không kết nối cung cấp các dịch vụ kém tin cậy hơn.



Hình 1.3 Lớp vận chuyển

1.3 Lớp internetMục đích của lớp internet là chọn đường đi tốt nhất xuyên qua mạng chuyển tiếp các gói

tin từ nguồn tới đích. Mỗi gói tin chứa địa chỉ đích và IP sử dụng thông tin này để truyền gói tin

tới đích của nó. Giao thức IP được chạy trên tất cả các máy chủ (Host) cũng như trong tất cả các

thiết bị định tuyến (Router). Lớp IP là lớp kết nối phi hướng nghĩa là mạng không cần thiết lập

bất kỳ một đường dẫn nào đến đích trước khi gói tin được truyền qua mạng đến đích do vậy, mỗi

gói đến đích với mỗi đường tối ưu khác nhau và IP không đảm bảo thứ tự đến đích của các gói

tin. Các giao thức hoạt động tại lớp internet :

IP cung cấp kết nối phi hướng (connectionless) nghĩa là không quan tâm đến nội

dung gói tin nhưng tìm đường dẫn cho gói tới đích.

ICMP (Internet Control Message Protocol) đem đến khả năng điều khiển và chuyển

thông điệp.

ARP (Address Resolution Protocol) xác định địa chỉ MAC khi đã biết địa chỉ IP

RARP (Reverse Address Resolution Protocol) xác định địa chỉ IP khi biết trước địa

chỉ MAC

Hình 1.4 Lớp internet

1.4 Lớp truy nhập mạng (network access layer)Lớp truy nhập mạng liên quan đến tất cả các chủ đề gói IP cần thực sự tạo ra một liên

kết vật lý đến môi trường truyền của mạng. Các chức năng của lớp truy nhập bao gồm ánh xạ

địa chỉ IP sang địa chỉ vật lý và đóng gói (encapsulation) các gói IP thành các frame. Căn cứ



vào dạng phần cứng và giao tiếp mạng, lớp truy nhập sẽ xác lập kết nối với đường truyền vật

lý của mạng, phương tiện truyền dẫn đảm bảo sự truyền dẫn an toàn các khung thông tin trên

bất kỳ một phương tiện truyền dẫn nào như Ethernet, ATM, token-ring, frame-relay,…

Hình 1.5 Lớp truy nhập mạng

II. Địa chỉ IPĐịa chỉ IP là địa chỉ lớp mạng, được sử dụng để định danh các máy trạm (HOST) trong liên

mạng. Địa chỉ IP có độ dài 32 bít đối với IPv4 và 128 bít với IPv6. Nó có thể được biểu thị dưới

dạng thập phân, bát phân, thập lục phân và nhị phân.

Có hai cách cấp phát địa chỉ IP phụ thuộc vào cách thức ta kết nối mạng. Nếu mạng của ta

kết nối vào mạng Internet, địa chỉ mạng được xác nhận bởi NIC (Network Information Center).

Nếu mạng của ta không kết nối với Internet, người quản trị mạng sẽ cấp phát địa chỉ IP cho

mạng này.

Về cơ bản, khuôn dạng địa chỉ IP gồm hai phần: Network Number và Host Number như

hình vẽ:

Trong đó, phần Network Number là địa chỉ mạng còn Host Number là địa chỉ các máy trạm

làm việc trong mạng đó.

Địa chỉ IP là 32 bít là rất ít do vậy để mở rộng khả năng đánh địa chỉ cho mạng IP và vì nhu

cầu sử dụng có rất nhiều quy mô mạng khác nhau, nên người ta chia các điạ chỉ IP thành 5 lớp ký

hiệu là A, B, C, D và E có cấu trúc như sau:



Hình 1.6 Các kiểu địa chỉ IP

Lớp A (/8): Được xác định bằng bít đầu tiên trong byte thứ nhất là 0 và dùng các bít còn

lại của byte này để định danh mạng. Các địa chỉ lớp A dung octet đầu tiên để ghi địa chỉ mạng,

ba octet còn lại cung cấp địa chỉ host. Do đó, nó cho phép định danh tới 126 mạng, với 16 triệu

máy trạm trong mỗi mạng.

Lớp B (/16): Được xác định bằng hai bít đầu tiên nhận giá trị 10, và sử dụng byte thứ

nhất và thứ hai cho định danh mạng. Nó cho phép định danh 16.384 mạng với tối đa 65.535 máy

trạm trên mỗi mạng.

Lớp C (/24): Được xác định bằng ba bít đầu tiên là 110 và dùng ba byte đầu để định

danh mạng. Nó cho phép định danh tới 2.097.150 mạng với tối đa 254 máy trạm trong mỗi máy

trạm trong mỗi mạng. Do đó, nó được sử dụng trong các mạng có quy mô nhỏ.

Lớp D: Được tạo ra để multicasting cho địa chỉ IP. Một địa chỉ multicast là một địa chỉ

mạng duy nhất hướng dẫn các gói đến một nhóm các địa chỉ IP. Do đó một máy trạm có thể

truyền luồng số liệu đến nhiều đích một cách đồng thời. Địa chỉ lớp D được xác định bằng bốn

bít đầu tiên là 1110, nó được dùng để gửi các IP datagram tới một nhóm các host trên một mạng.

Tất cả các số lớn hơn 233 trong trường đầu là thuộc nhóm D.

Lớp E: Được xác định bằng năm bít đầu tiên là 11110, được dự phòng cho tương lai.

Với phương thức đánh địa chỉ IP như trên, số lượng mạng và số máy tối đa trong mỗi lớp mạng

là cố định. Do đó, sẽ nảy sinh vấn đề đó là có các địa chỉ không được sử dụng trong mạng của một

doanh nghiệp, trong khi một doanh nghiệp khác lại không có địa chỉ mạng để dùng. Do đó để tiết

kiệm địa chỉ mạng, trong nhiều trường hợp một mạng có thể được chia thành nhiều mạng con

(subnet). Khi đó, có thể đưa thêm các vùng subnetID để định danh cho các mạng con. Vùng

subnetID này được lấy từ vùng hostID của các lớp A, B và C.

III. IP datagram



Hình 1.7 Các filed ở lớp mạng

Các gói IP bao gồm dữ liệu từ lớp trên và thêm vào một IP header gồm các thành phần sau :

Version : chỉ ra phiên bản hiện hành của IP đang được dung gồm 4 bit. Nếu trường

này khác với phiên bản IP của thiết bị nhận thì nó sẽ từ chối các gói này.

Header length : chỉ ra chiều dài header theo các từ 32 bit. Đây là tổng chiều dài của

tất cả thông tin header.

Type of version : chỉ ra tầm quan trọng được gán bởi một giao thức lớp trên, bao gồm

8 bit

Total length : chỉ ra toàn bộ gói tính theo byte, bao gồm dữ liệu và header, có 16 bit

Identification : chứa một số nguyên định danh cho datagram hiện hành, gồm 16 bit.

Đây là chỉ số tuần tự.

Flag : một field có 3 bit, trong đó hai bit có thứ tự thấp điều khiển sự phân mảnh. Một

bit cho biết gói có thể bị phân mảnh hay không và bit kia cho biết gói có phải là mảnh

cuối cùng của chuỗi gói bị phân mảnh hay không.

Hình 1.8 Trường flags

Fragment offset : được dung để ghép các mảnh datagram lại với nhau, có 13 bit. Field

này cho phép field trước đó kết thúc tại ranh giới 16 bit.



Time to live : Chỉ ra số bước nhảy mà một gói có thể đi qua. Con số này sẽ giảm đi

một mỗi khi gói đi qua một router. Khi bộ đếm đạt tới 0 gói này sẽ bị loại. Đây là giải

pháp nhằm ngăn chặn tình trạng lặp vòng vô hạn của gói nào đó.

Protocol : Chỉ ra giao thức lớp trên TCP hay UDP, tiếp nhận các gói đến khi công

đoạn xử lý IP hoàn tất, gồm 8 bit.

Hình 1.9 Protocol field

Header checksum : Giúp đảm bảo toàn vẹn IP header, có 16 bit.

Source address : chỉ ra địa chỉ IP nguồn của node truyền datagram, gồm 32 bit.

Destination address : chỉ ra địa chỉ IP đích của node nhận, có 32 bit.

Option : cho IP hỗ trợ các tùy chọn khác nhau, ví dụ như bảo mật, có chiều dài thay

đổi.

Trong khi địa chỉ IP nguồn và đích là quan trong cho hoạt động của IP, các field khác làm

cho IP rất linh hoạt. Các header field là thong tin cung cấp cho các giao thức lớp trên xác định dữ

liệu trong gói.

IV. Định tuyến IPĐịnh tuyến trên Internet được thực hiện dựa trên các bảng định tuyến (Routing table) được

lưu tại các trạm (Host) hay trên các thiết bị định tuyến (Router). Thông tin trong các bảng định

tuyến được cập nhật tự động hoặc do người dùng cập nhật.

Trong hoạt động định tuyến, người ta chia làm hai loại là định tuyến trực tiếp và định tuyến

gián tiếp. Định tuyến trực tiếp là định tuyến giữa hai máy tính nối với nhau vào một mạng vật lý.

Định tuyến gián tiếp là định tuyến giữa hai máy tính ở các mạng vật lý khác nhau nên chúng phải

thực hiện thông qua các Gateway.

Để kiểm tra xem máy đích có nằm trên cùng một mạng vật lý với máy nguồn không thì

người gửi phải tách lấy địa chỉ mạng của máy đích trong phần tiêu đề của gói dữ liệu và so sánh

với phần địa chỉ mạng trong phần địa chỉ IP của nó. Nếu trùng thì gói tin sẽ được truyền trực tiếp

nếu không cần phải xác định một Gateway để truyền các gói tin này thông qua nó để ra mạng

ngoài thích hợp.

Hoạt động định tuyến bao gồm hai hoạt động cơ bản sau:



Quản trị cơ sở dữ liệu định tuyến : Bảng định tuyến (bảng thông tin chọn đường) là

nơi lưu thông tin về các đích có thể tới được và cách thức để tới được đích đó. Khi

phần mềm định tuyến IP tại một trạm hay một cổng truyền nhận được yêu cầu truyền

một gói dữ liệu, trước hết nó phải tìm trong bảng định tuyến, để quyết định xem sẽ

phải gửi Datagram đến đâu. Tuy nhiên, không phải bảng định tuyến của mỗi trạm hay

cổng đều chứa tất cả các thông tin về các tuyến đường có thể tới được. Một bảng định

tuyến bao gồm các cặp (N,G). Trong đó:

+ N là địa chỉ của IP mạng đích

+ G là địa chỉ cổng tiếp theo dọc theo trên đường truyền đến mạng N

Bảng 2.1 minh họa bảng định tuyến của một cổng truyền.

Đến Host trên mạng Bộ định tuyến Cổng vật lý

10.0.0.0 Direct 2

11.0.0.0 Direct 1

12.0.0.0 11.0.0.2 1

13.0.0.0 Direct 3

13.0.0.0 13.0.0.2 3

15.0.0.0 10.0.02 5

Như vậy, mỗi cổng truyền không biết được đường truyền đầy đủ để đi đến đích. Trong

bảng định tuyến còn có những thông tin về các cổng có thể tới đích nhưng không nằm trên

cùng một mạng vật lý. Phần thông tin này được che khuất đi và được gọi là mặc định (default).

Khi không tìm thấy các thông tin về địa chỉ đích cần tìm, các gói dữ liệu được gửi tới cổng

truyền mặc định.

Thuật toán định tuyến: Được mô tả như sau:

+ Giảm trường TTL của gói tin

+ Nếu TTL=0 thì

Huỷ gói dữ liệu

Gửi thông điệp ICMP báo lỗi cho thiết bị gửi.

+ Nếu địa chỉ đích là một trong các địa chỉ IP của các kết nối trên mạng thì xử lý

gói dữ liệu IP tại chỗ.



+ Xác định địa chỉ mạng đích bằng cách nhân (AND) mặt nạ mạng (Network

Mask) với địa chỉ IP đích.

+ Nếu địa chỉ đích không tìm thấy trong bảng định tuyến thì tìm tiếp trong tuyến

đường mặc định, sau khi tìm trong tuyến đường mặc định mà không tìm thấy các thông tin về địa

chỉ đích thì huỷ bỏ gói dữ liệu này và gửi thông điệp ICMP báo lỗi “mạng đích không đến được”

cho thiết bị gửi.

+ Nếu địa chỉ mạng đích bằng địa chỉ mạng của hệ thống, nghĩa là thiết bị đích đến

được kết nối trong cùng mạng với hệ thống, thì tìm địa chỉ mức liên kết tương ứng với bảng tương

ứng địa chỉ IP-MAC, nhúng gói IP trong gói dữ liệu mức liên kết và chuyển tiếp gói tin trong

mạng.

+ Trong trường hợp địa chỉ mạng đích không bằng địa chỉ mạng của hệ thống

thì chuyển tiếp gói tin đến thiết bị định tuyến cùng mạng.

Chương II : Giới thiệu IPTV

I. Tổng quan về công nghệ IPTV1.1 Công nghệ IPTV

IPTV - Internet Protocol TV - là mạng truyền hình kết hợp chặt chẽ với mạng viễn thông.

Nói rộng hơn IPTV là dịch vụ giá trị gia tăng sử dụng mạng băng rộng IP phục vụ cho nhiều

người dùng. Người dùng có thể thông qua máy vi tính PC hoặc máy thu hình phổ thông cộng với

hộp phối ghép set topbox để sử dụng dịch vụ IPTV.

IPTV: IP (Internet Protocol) + TV (Television), dùng phương thức IP để truyền một

nguồn video (hình ảnh và âm thanh) đến người dùng thông qua hạ tầng mạng IP. Nguồn video

thu từ hệ thống vệ tinh hoặc cáp được mã hóa thành luồng video và đóng gói thành các gói tin

IP, với địa chỉ đích là một địa chỉ IP phát đồng loạt ( multicast) xác định. Sau đó gói tin được

đưa vào mạng IP, nhờ vào bảng định tuyến multicast trong các thiết bị mạng các gói tin này sẽ

được phân phối đến đúng người dùng có yêu cầu. Tại đầu cuối khách hàng, bộ giải mã video

(STB - Set Top Box) nhận luồng video (kênh truyền hình) và chuyển chúng sang tín hiệu tương

tự hoặc số để hiện thị hình ảnh, âm thanh lên màn hình TV.

IPTV có 2 đặc điểm cơ bản là: dựa trên nền công nghệ IP và phục vụ theo nhu cầu. Tính

tương tác là ưu điểm của IPTV so với hệ thống truyền hình cáp CATV hiện nay, vì truyền hình

CATV tương tự cũng như CATV số đều theo phương thức phân chia tần số, định trước thời gian

và quảng bá đơn hướng (truyền từ một trung tâm đến các máy tivi thuê bao). Mạng CATV hiện

nay chủ yếu dùng cáp đồng trục hoặc lai ghép cáp đồng trục với cáp quang (HFC) đều phải



chiếm dụng tài nguyên băng tần rất rộng. Hơn nữa kỹ thuật ghép nối modem cáp hiện nay đều

sản sinh ra tạp âm. So với mạng truyền hình số DTV thì IPTV có nhiều đổi mới về dạng tín hiệu

cũng như phương thức truyền bá nội dung. Trong khi truyền hình số thông qua các menu đã định

trước (thậm chí đã định trước hàng tuần, hoặc hàng tháng) để người dùng lựa chọn, thì IPTV có

thể đề cao chất lượng phục vụ có tính tương tác và tính tức thời. Người sử dụng có thể tự do lựa

chọn chương trình TV của mạng IP băng rộng.

1.2 Cơ sở hạ tầng một mạng IPTV

Hình 2.1 Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV

Trung tâm dữ liệu IPTV : Cũng được biết đến là “đầu cuối_headend”. Trung tâm dữ liệu

IPTV nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phương, các nhà tập

hợp nội dung, nhà sản xuất, qua đường cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh. Ngay khi nhận được nội

dung, một số các thành phần phần cứng khác nhau từ thiết bị mã hóa và các máy chủ video tới bộ

định tuyến IP và thiết bị bảo mật giành riêng được sử dụng để chuẩn bị nội dung video cho việc

phân phối qua mạng dựa trên IP. Thêm vào đó, hệ thống quản lý thuê bao được yêu cầu để quản

lý và hồ sơ và phí thuê bao của những người sử dụng.

Mạng truyền dẫn băng rộng : Việc truyền dẫn dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm–điểm.

Trong trường hợp triển khai IPTV trên diện rộng, số lượng các kết nối điểm–điểm tăng đáng kể

và yêu cầu độ rộng băng thông của cơ sở hạ tầng khá rộng. Sự tiến bộ trong công nghệ mạng

trong những năm qua cho phép những nhà cung cấp viễn thông thỏa mãn một lượng lớn yêu cầu

độ rộng băng thông mạng. Hạ tầng truyền hình cáp dựa trên cáp đồng trục lai cáp quang và các

mạng viễn thông dựa trên cáp quang rất phù hợp để truyền tải nội dung IPTV.

Thiết bị người dùng IPTV : Thiết bị người dùng IPTV (IPTVCD) là thành phần quan

trọng trong việc cho phép mọi người có thể truy xuất vào các dịch vụ IPTV. Thiết bị này kết nối

vào mạng băng rộng và có nhiệm vụ giải mã và xử lý dữ liệu video dựa trên IP gửi đến. Thiết bị

người dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để có thể tối thiểu hóa hay loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng

của lỗi, sự cố mạng khi đang xử lý nội dung IPTV.

Mạng gia đình : Mạng gia đình kết nối với một số thiết bị kĩ thuật số bên trong một diện

tích nhỏ. Nó cải tiến việc truyền thông và cho phép chia sẻ tài nguyên (các thiết bị) kĩ thuật số

đắt tiền giữa các thành viên trong gia đình. Mục đích của mạng gia đình là để cung cấp việc truy

cập thông tin, như là tiếng nói, âm thanh, dữ liệu, giải trí, giữa những thiết bị khác nhau trong



nhà. Với mạng gia đình, người dùng có thể tiết kiệm tiền và thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi

như là máy in và máy scan, cũng như kết nối Internet băng rộng, có thể được chia sẻ một cách dễ

dàng.

Hình 2.2 Cấu trúc giải pháp IPTV

Các chương trình truyền hình được thu ở các head end, ví dụ qua vệ tinh, và được xử lý

để truyền dẫn IPTV. Các chương trình được phân phối đến cho các khách hàng qua việc tạo

luồng Multicast IP qua mạng lõi IP và các mạng truy nhập. Mã hoá trực tuyến sẽ được thực hiện

nhờ có một hệ thống bảo vệ nội dung. Phụ thuộc vào chương trình được lựa chọn, thiết bị set-

top-box (STB) sẽ chuyển sang luồng multicast phù hợp sử dụng giao thức quản lý nhóm Internet

(Internet Group Management Protocol - IGMP).

Nội dung video sẽ sẵn sàng ở Server VoD và được bảo vệ bằng các phương tiện của hệ

thống bảo vệ nội dung. Một bộ phim được lựa chọn sẽ được truyền tải qua định luồng đơn hướng

IP (IP Unicast Streaming) đến STB. Bằng các phương thức của giao thức định luồng thời gian

thực (Real Time Streaming Protocol - RTSP), khách hàng có thể dừng phim hoặc tua trở lại hoặc

chuyển tiếp giống như cách với đầu ghi video hoặc đầu DVD.

Dịch vụ và quản lý người sử dụng (NSD) sẽ làm nhiệm vụ cung cấp các dịch vụ IPTV và

quản lý dữ liệu khách hàng. STB thông tin với hệ thống này để nhận các thông tin cụ thể về

khách hàng và các dịch vụ, và để tiến hành các giao dịch như cho thuê video. Các mô hình kinh

doanh khác nhau như trả theo lần xem, thuê theo thời gian và thuê bao các gói dịch vụ đều được

hỗ trợ. Khách hàng có thể lựa chọn nhiều dịch vụ khác nhau qua một giao diện NSD thu hút trực

tiếp tại thiết bị truyền hình.

Hệ thống bảo vệ nội dung sẽ cho phép việc mã hoá các chương trình truyền hình và nội

dung VoD. Nó cũng cung cấp khoá cần thiết để giải mã ở STB. Để biết chắc liệu một khách hàng

được phép vào nội dung yêu cầu thu được (ví dụ liệu khách hàng có thuê video) hệ thống bảo vệ

nội dung sẽ thực hiện một yêu cầu trực tiếp tới dịch vụ và hệ thống quản lý NSD.

Hệ thống quản lý nội dung cũng sẽ thực hiện xử lý nội dung VoD và thông tin dữ liệu đi

kèm. Thông tin dữ liệu sẽ cung cấp thông tin chi tiết về nội dung, gồm nhan đề, giám đốc sản

xuất, ngôi sao màn bạc, mô tả, thời gian phim được chiếu và chi phí. Một hướng dẫn chương



trình điện tử (EPG) luôn sẵn sàng cho các chương trình truyền hình; nó cung cấp thông tin toàn

diện về các chương trình sẵn sàng cho các ngày hay các tuần.

II. Các phương thức phát truyền tín hiệu của IPTVTrong hệ thống IPTV hình ảnh video do các phần cứng thu thập theo thời gian thực (real

time), thông qua phương thức mã hóa (như MPEG 2/4...) tạo thành các luồng tín hiệu số. Sau đó,

thông qua hệ thống phần mềm, IPTV phát truyền vào mạng cáp. Đầu cuối của các user tiếp nhận,

lựa chọn, giải mã và khuếch đại. Trong hệ thống IPTV có 2 phương thức truyền đa tín hiệu đã

được dự định trước (scheduled programs) :

- Phát quảng bá (broadcasting), truyền phát tới mọi nơi

- Phát đến địa điểm theo yêu cầu (on demand).

2.1 Phát quảng bá (broadcasting)Nguyên lý hoạt động của hệ thống quảng bá: trong đó MBone (mạng xương sống của hệ

thống đa điểm) chính là đường trục Internet. Tuy nhiên người sử dụng chỉ theo lệnh của bộ quản

lý nội dung (content manager) để được giới thiệu nội dung chương trình hữu quan. Chương trình

cụ thể do rất nhiều bộ IPTV server thu thập được hoặc cùng do các server của mạng MBone

cung cấp

Hình 2.3 Phương thức phát quảng bá

2.2 Phát theo yêu cầu

Hình 2.4 Phương thức phát theo yêu cầu



Hình 2.4 minh họa sự hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu (VOD) được

gọi là IPTV đơn điểm. Trong đó các server của bộ quản lý nội dung được tổ chức thành cụm

server (server cluster) tổng hợp kho dữ liệu (database) của các chương trình. Cách bố trí cụm

server để phục vụ được các user được hiệu quả sẽ được nói rõ trên sơ đồ tổng thể ở dưới đây.

Các bước thực hiện VOD như sau:

Một thuê bao được chứng nhận nhập mạng và chịu sự quản lý của bộ quản lý EPG

Thuê bao muốn yêu cầu một nội dung nào đó. Thuê bao gửi yêu cầu đến EGP

EGP cho biết địa chỉ của server cần tìm

Thuê bao gửi yêu cầu tới server đó.

Server dựa theo yêu cầu của thuê bao mà cung cấp nội dung.

2.3 Một số đặc tính của IPTVHỗ trợ truyền hình tương tác: Khả năng hai chiều của hệ thống IPTV cho phép nhà cung

cấp dịch vụ phân phối toàn bộ các ứng dụng TV tương tác. Các loại dịch vụ được truyền tải

thông qua một dịch vụ IPTV có thể bao gồm TV trực tiếp chuẩn, TV chất lượng cao (HDTV), trò

chơi tương tác, và khả năng duyệt Internet tốc độ cao.

Sự dịch thời gian: IPTV kết hợp với một máy ghi video kĩ thuật số cho phép dịch thời

gian nội dung chương trình – một cơ chế cho việc ghi và lưu trữ nội dung IPTV để xem sau.

Cá nhân hóa: Một thệ thống IPTV từ kết cuối đến kết cuối hỗ trợ truyền thông tin hai

chiều và cho phép người dùng ở kết cuối cá nhân hóa những thói quen xem TV của họ bằng cách

cho phép họ quyết định những gì họ muốn xem và khi nào họ muốn xem.

Yêu cầu về băng thông thấp: Thay vì phân phối trên mọi kênh để tới mọi người dùng,

công nghệ IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ chỉ truyền trên một kênh mà người dùng yêu

cầu. Đặc điểm hấp dẫn này cho phép nhà điều hành mạng có thể tiết kiệm băng thông của mạng.

Có thể truy xuất qua nhiều thiết bị: Việc xem nội dung IPTV bây giờ không chỉ giới hạn

ở việc sử dụng TV. Người dùng có thể sử dụng máy PC hay thiết bị di động để truy xuất vào các

dịch vụ IPTV.

III. Sơ đồ mạng tổng thể IPTVIPTV áp dụng các khuyến nghị quốc tế về tiêu chuẩn, như khuyến nghị về truyền dẫn thời

gian thực (RTP), khuyến nghị về khống chế thời gian thực (RTCP)...

Hiện nay cách thức mã hóa video của luồng chủ của IPTV theo MPEG-2, MPEG-4,

H.264/AVC. Trong đó, MPEG-2 và MPEG-4 được phát triển mạnh. H.264 là luật mã hóa thị tần

của ITU-T đề xuất thích hợp cho các hệ thống công cộng. Do đó H.264 có khả năng thành cách

mã hóa chính của IPTV.

Phương thức tiếp nhập băng rộng tới gia đình thường dùng phương pháp truy nhập ADSL,

nhưng vì IPTV thiết lập tới user nghiệp vụ multimedia thời gian thực và tương tác nên ADSL



không thỏa mãn các yêu cầu của IPTV. Cáp quang truyền dẫn tới tận nhà FTTH được công nhận

là phương thức chuyển tải tối ưu. Cáp quang có băng tần rất rộng và có khả năng truyền dẫn hai

hướng đối xứng đảm bảo được yêu cầu truyền hình ảnh động theo hai hướng với chất lượng cao.

Các thành phần cơ bản của mạng gồm:

- Mạng nội dung

- Mạng truyền tải

- Mạng đầu cuối

- Bộ quản trị quản lý nội dung

Hình 2.5 Mạng IPTV

3.1 Mạng nội dung Mạng này cung cấp và giới thiệu nội dung gồm xử lý nội dung truyền hình trực

tiếp/truyền hình VOD (theo điểm) và xử lý, giới thiệu các ứng dụng gia tăng (phục vụ tin tức,

điện thoại có hình, email, nhắn tin...). Nguồn nội dung truyền hình trực tiếp/truyền hình VOD

không qua hệ thống xử lý nội dung được mã hóa để phù hợp với luồng media theo yêu cầu qua

mạng chuyển tải đưa các luồng này cung cấp tới các người dùng đầu cuối.

Ta thấy trong mạng IPTV có 3 dạng luồng tín hiệu: luồng quảng bá BTV, luồng truyền

đến địa điểm theo yêu cầu VOD và luồng nghiệp vụ giá trị gia tăng. Như biểu diễn trên hình 2.5.

Có 3 phương thức truyền trực tiếp hiện trường, truyền quảng bá có định thời gian và truyền tới

điểm VOD. Khi truyền hình trực tiếp đồng thời ta lấy nội dung này lưu vào bộ nhớ để phát lại

vào truyền hình quảng bá định thời gian hoặc làm nguồn các tiết mục cho truyền hình VOD. Đối

với tiết mục quảng bá có định thời IPTV dùng phương pháp truyền phát đa điểm IP có tiết kiệm



băng tần tức là phương thức multicast. Dùng phương thức này, mỗi tiết mục mạng cáp chỉ phát

một luồng số liệu thời gian thực (real time) không liên quan tới số người xem tiết mục này.

Phương thức này có thể truyền phát cho hàng nghìn thuê bao.

3.2 Mạng truyền tảiĐây là mạng cáp IP. Đối với luồng media có hình thức nghiệp vụ không giống nhau có

thể dùng phương thức chuyển đa hướng (multicast) cũng có thể chuyển theo phương thức đơn

kênh. Thông thường, truyền hình quảng bá BTV truyền đa hướng tới user đầu cuối, truyền hình

theo yêu cầu VOD thông qua mạng cáp phân phát nội dung CDN (Content Distribution

Network) tới địa điểm người dùng đầu cuối.

IPTV cung cấp đồng thời hình ảnh (video) và âm thanh (audio) trên mạng cáp. Để đảm

bảo chất lượng của 2 loại tín hiệu trên IPTV dùng phương pháp đồng bộ A/V thông qua một

server duy nhất thu thập các dữ liệu tại hiện trường, văn bản sử dụng theo khuyến nghị truyền

dẫn thời gian thực RTP. IPTV dùng kỹ thuật nén thị tần có hiệu suất cao nên băng tần truyền dẫn

tại 800kbit/s có thể tiếp cận với băng tần thu DVD nên tạo điều kiện cho các nhà khai thác dễ

dàng phát triển các dịch vụ video. Mạng chuyển tải CDN gồm nhiều server cache phân bố tại các

khu vực tập trung thuê bao. Khi có yêu cầu của thuê bao, cache server chuyển lên VOD server

trong mạng nguồn cung cấp, tìm nội dung phù hợp và chuyển tải cho thuê bao sự hoạt động của

các server trong mạng chuyển tải. Trong quá trình truyền đưa multimedia IPTV có thể dùng khóa

mật mã đảm bảo độ an toàn của nội dung truyền dẫn.

3.3 Mạng đầu cuốiMạng người dùng gồm một cổng vào (home gateway – có thể là modem DSL, bộ định

tuyến) giao tiếp với mạng của nhà cung cấp có nghiệm vụ nhận nguồn hình IPTV và phân phát

đến các STB khác nhau. Thiết bị đầu cuối (end point): STB, phone, mobile… có thể dùng cáp

đồng UTP hoặc vô tuyến (WiFi) để kết nối vào Home Gateway.

Hình 2.6 Điểm kết nối dịch vụ

Home Gateway có khả năng nhận cấu hình tự động từ phía mạng nhà cung cấp dịch vụ

(plug-and-play) để thiết lập kênh hoạt động cho các thiết bị đầu cuối gắn thêm vào Home

gateway đảm bảo tính linh hoạt và mở rộng dịch vụ.



Thiết bị đầu cuối IPTV trong gia đình có 2 loại: một là máy vi tính PC, hai là máy TV+

hộp kết nối STB. Hộp STB thực hiện 3 chức năng sau:

Nối tiếp vào mạng băng tần rộng, thu phát và xử lý số liệu IP và luồng video.

Tiến hành giải mã luồng video MPEG-2, MPEG-4, WMV, Real... đảm bảo video

VOD hiển thị lên màn hình ti vi các số liệu...

Phối hợp với bàn phím đảm bảo HTML du lịch trên mạng, tiến hành gửi nhận

email. Hộp STB đảm nhiệm các nhiệm vụ trên chủ yếu dựa vào bộ vi xử lý.

Các thuê bao chỉ cần có thiết bị đầu cuối là máy tính PC hoặc TV+STB là có thể thưởng

thức được các chương trình truyền hình phong phú. Hoạt động của IPTV là hoạt động tương tác

trên mạng không chỉ có các chương trình truyền hình quảng bá mà còn thực hiện truyền hình đến

địa điểm theo yêu cầu (VOD). IPTV còn có các dịch vụ tương tác khác như truyền thoại có hình,

email, du lịch trên mạng, học tập từ xa...

3.4 Bộ quản trị quản lý (Network Management)Mạng đa dịch vụ cần sử dụng băng thông mạng hiệu quả, độ tin cậy cao và đảm bảo chất

lượng dịch vụ nên công cụ hỗ trợ quản lý, vận hành, khai thác, chuẩn đoán lỗi là vấn đề hết sức

thiết thực cần quan tâm đúng mức và trang bị hệ thống tương xứng.

Hệ thống hỗ trợ vận hành, khai thác và quản lý mạng là ưu tiên hàng đầu cần xem xét đầu

tư khi triển khai đa dịch vụ trên hạ tầng mạng chung. Việc chọn lựa giải pháp quản lý tốt sẽ giúp

nhà cung cấp dịch vụ giảm chi phí vận hành, khai thác hệ thống và chi phí chăm sóc, hỗ trợ

khách hàng, nâng cao chất lượng dịch vụ. Tạo điều kiện cho nhà cung cấp dịch vụ tập trung tiềm

lực vào các vấn đề khác đem lại doanh thu nhiều hơn.

Hệ thống phải có khả năng phát hiện nhận biết thiết bị (khi thiết bị đầu cuối kết nối vào

mạng) và tự động cài đặt cấu hình cho đầu cuối khách hàng.

Việc triển khai dịch vụ IPTV sẽ ảnh hưởng rất lớn đến cấu trúc mạng của nhà cung cấp

dịch vụ viễn thông, đòi hỏi nhà cung cấp dịch vụ phải có kế hoạch triển khai nâng cấp hạ tầng

mạng đáp ứng nhu cầu băng thông cho dịch vụ cả trong mạng trục, mạng kết tập và mạng truy

cập. Việc tính toán băng thông cũng như dự báo nhu cầu dịch vụ là công tác cần xem xét trong

quá trình xây dụng và triển khai dịch vụ.



Chương III : Nguyên lý tích hợp IPTV

I. Television1.1 Định nghĩa

Truyền hình là hệ thống cho phép truyền hình ảnh và âm thanh tương ứng từ trạm phát

đến người xem ở một khoảng cách nhất định.

Phương thức truyền dẫn là sử dụng khả năng truyền lan của sóng điện từ trong môi

trường xác định. Môi trường ở đây có thể là không gian, bề mặt kim loại..... Khi truyền ra không

gian thì người ta gọi là sóng vô tuyến. Khi được truyền trên bề mặt của dây dẫn bằng kim loại thì

gọi là hữu tuyến.

Định dạng tín hiệu có 2 loại: tín hiệu tương tự và tín hiệu số. Tín hiệu tương tự là tín hiệu

biến đổi liên tục theo thời gian. Tín hiệu số là tín hiệu không liên tục theo thời gian. Người ta chỉ

lấy những tín hiệu theo một chu kỳ nhất định theo thời gian, những thời điểm khác bị loại bỏ.

Hình ảnh mà mắt người cảm nhận được có bản chất là tín hiệu điện từ nhưng ở tần số rất

cao, trong dải sóng ánh sáng, không thể thu trực tiếp lại rồi truyền đi được. Do vậy, người ta phải

chuyển đổi từ ánh sáng sang tín hiệu điện từ ở tần số thấp hơn, có thể lưu trữ và truyền đi được.

Trong quá trình truyền dẫn, ta phải điều chế tín hiệu đã có lên dải tần số phục vụ cho việc truyền

dẫn tín hiệu hình ảnh. Quy định quốc tế cho dải tần này là từ 45 - 860 MHz. Qua nghiên cứu

thực tế, dải tần này phù hợp với việc truyền dẫn tín hiệu trên mặt đất và trong mạng cáp. Tín hiệu

có thể truyền được đi khá xa, ít bị can nhiễu. Đối với tín hiệu tương tự, người ta điều chế tín hiệu

hình ảnh vào một tần số riêng, gọi là sóng mang hình và tín hiệu âm thanh vào một tần số riêng

gọi là sóng mang tiếng. Phương thức điều chế của sóng mang hình là điều biên. Phương thức

điều chế của sóng mang tiếng là điều tần. Khoảng cách giữa hai sóng mang hình gọi là 1 kênh.

Đối với truyền hình số, người ta dùng phương pháp điều chế PSK hoặc QAM. Tín hiệu phát đi là

những xung ở tần số sóng mang. Những xung này sẽ có một số giá trị cố định về biên độ và góc

pha. Như vậy, tín hiệu thu được sẽ chỉ xuất hiện ở một số giá trị nhất định, tạo ra khả năng khôi

phục tín hiệu khi đường truyền bị can nhiễu.

Nguyên bản của truyền hình đã được phát triển dựa trên công nghệ tương tự. Tín hiệu

truyền hình được tạo ra qua việc sử dụng máy quay tương tự để tạo ra tín hiệu video sau đó nó sẽ

được định dạng và truyền tới các trạm phát sóng.Tại thuê bao, đầu thu sẽ nhận các tín hiệu đã



được định dạng và hiển thị kết quả lên màn hình TV. Hình 3.1 minh họa các thành phần chính

của hệ thống truyền hình tương tự. Khi ta thay thế máy quay tương tự bằng máy quay số và sử

dụng định dạng số thì các thành phần trong hình 3.1 cũng phải tương thích với hệ thống truyền

hình số.

Hình 3.1 Sơ đồ khối thu phát hình

Tín hiệu định dạng được mô tả trong hình 3.2 là tiêu chuẩn của tín hiệu tương tự được

miêu tả với độ sáng của ba màu cơ bản đỏ, xanh dương, xanh lá và được truyền với các một tần

số nhất định tùy thuộc vào từng màu.

Hình 3.2 Biểu đồ màu sắc

Tùy theo màu sắc của điểm ảnh mà tín hiệu ra của các cảm biến R, G, B sẽ có độ lớn

nhỏ khác nhau. Trong truyền hình đen trắng, tín hiệu truyền hình là tín hiệu chói Y , là thành

phần tổng hợp từ R, G, B theo nguyên lý pha màu và theo sự cảm thụ màu sắc của mắt người có

giá trị xác định theo công thức sau:

Y = 0,59G + 0,3R + 0,11B

Tín hiệu truyền hình màu sẽ gồm tín hiệu Y và hai thành phần R - Y và B - Y. Ngày

nay, tất cả các đài phát đều sử dụng tín hiệu Y, R - Y, B - Y để truyền đi thông tin tin hình ảnh.

Tại máy thu, nếu là máy thu trắng đen sẽ thu nhận 3 thành phần tín hiệu hình sau đó lọc lấy 1

thành phần Y; nếu máy thu hình màu sẽ tái tạo lại 3 tín hiệu R, G, B dựa trên 3 thành phần tín

hiệu thu được.



Xuất phát từ giới hạn về hình ảnh trong khuôn hình và thiết bị hiển thị, người ta đã đưa ra

tiêu chuẩn về khung tín hiệu, cách thức chuyển đổi từ hình ảnh sang tín hiệu điện từ, ..... Đối với

truyền hình tương tự về tiêu chuẩn hình ảnh, trên thế giới hiện nay có 3 tiêu chuẩn chính là:

PAL, SECAM, NTSC.

a/ NTSC (National Television Systems Committee)

Ở hệ thống NTSC, người ta truyền đi 3 tín hiệu sau :

Y = 0.59G + 0.3R + 0.11B

I = 0.74(R - Y) – 0.27(B – Y)

Q = 0.48(R – Y) + 0.41(B – Y)

Tín hiệu I được truyền với dải thông khoảng 1,3MHz, tín hiệu Q truyền với dải thông 0,5

MHz và tín hiệu Y với dải thông 4,2MHz.

Tín hiệu I và Q sẽ được biến điệu AM cân bằng với tần số sóng mang phụ fsc= 3,58Mhz trước

khi được trộn với tín hiệu Y.

Hình 3.3 Sơ đồ khối phát NTSC

Ưu điểm: hệ thống NTSC đơn giản, thiết bị mã hóa và giải mã không phức tạp và do đó giá

thành thiết bị thấp.

Khuyết điểm: dễ sai màu do dải tần của I và Q khác nhau và do sự bất đối xứng của biên tần

tín hiệu I.

b/ PAL (Phase Alternative Line)

Một vài năm sau khi hệ NTSC đưa vào sử dụng, hệ truyền hình màu của Châu Âu bắt đầu

phát triển và kế thừa thành quả của NTSC để đưa ra một hệ thống truyền hình cho riêng mình là

hệ PAL. Trong hệ này sử dụng 3 tín hiệu màu sau :

Y = 0.59G + 0.3R + 0.11B

U = 0.493(B – Y)

V = ± 0.877(R – Y)



Sự khác nhau quan trọng nhất của hệ PAL so với hệ NTSC là tín hiệu V đảo pha theo từng

dòng quét của ảnh ( thể hiện bằng dấu ± ở biểu thức ). Mục đích của sự đảo pha này là sửa méo

pha ở các dòng quét, và điều này có thể dẫn đến sự méo sắc độ của màu. Trong truyền hình PAL,

tín hiệu U và V được điều biên nén tại tần số 4.43Mhz.

Hình 3.4 Sơ đồ khối phát PAL

c/ SECAM (Sequentiel Couluer A Memoire)

Là hệ thống truyền hình lần lượt, có nhớ, ra đời tại Pháp, được sử dụng phổ biến tại Pháp và

các nước thuộc Liên xô cũ. Hệ truyền hình này sử dụng 3 tín hiệu màu :

Y = 0.59G + 0.3R + 0.11B

DR = -1.9(R – Y)

DB = 1.5(B – Y)

Hai tín hiệu DR và DB được điều tần bởi 2 tần số sóng mang màu khác nhau và được lần lượt

truyền đi theo từng dòng, dòng thứ nhất gồm Y và DR thì dòng tiếp theo sẽ là Y và DB

Hình 3.5 Sơ đồ khối phát SECAM

1.2 Phân loại truyền hình



Truyền hình được sử dụng để mô tả hệ thống viễn thông phát sóng, nhận tín hiệu video

và hình ảnh. Hầu hết mọi người đều cảm thấy quen thuộc với việc phát sóng thông qua các

phương tiện truyền thông khác nhau ví dụ qua vô tuyến, hệ thống cáp và gần đây truyền hình

phát sóng thông qua giao thức Internet (IP networks). Về cơ bản truyền hình được chia thành các

loại sau :

Truyền hình quảng bá tương tự mặt đất Truyền hình quảng bá số mặt đất Truyền hình vệ tinh tương tự và số Truyền hình viba Truyền hình cáp tương tự và số

a/ Truyền hình quảng bá tương tự mặt đất

Hình 3.6 Sơ đồ khối truyền hình quảng bá tương tự mặt đất

Phương thức truyền dẫn vô tuyến tương tự tuy không phát là phương thức dẫn đầu tiên đối

với truyền hình nhưng do ưu điểm là giá thành rẻ, phạm vi phủ sóng tương đối lớn nên phương

thức truyền dẫn này đã phát triển mạnh mẽ trong thế kỷ trước, khi truyền hình mới ra đời.

Trong phương thức này, tín hiệu hình ảnh ở dải tần tín hiệu Video (0-6,5 MHz) được điều

chế lên dải tần tín hiệu truyền hình (45 - 860 MHz). Đối với truyền hình quảng bá mặt đất, tín

hiệu đó được khuếch đại lên công suất rất lớn từ hàng trăm đến hàng trục nghìn watt, rồi đưa lên

antten phát xạ ra không gian. Phạm vi phủ sóng của anten phụ thuộc vào chiều cao cột anten,

công suất máy phát, khả năng định hướng của anten. VD đối với kênh VTV 1, cột anten cao

125m, công suất máy phát 20.000 w, điểm xa nhất có thể thu được tín hiệu cách cột anten

khoảng 60 km với anten thông thường.

Ưu điểm của loại hình truyền dẫn này là:

- Triển khai xây dựng nhanh chóng

- Giá thành không lớn

Nhược điểm:

- Phạm vi phủ sóng nhỏ, bán kính vài trục km

- Thời gian sử dụng của máy phát hạn chế do công suất phát sóng lớn.

- Phát được ít kênh, không có khả năng cung cấp các dịch vụ gia tăng.

- Hiện tại trên TG không phát triển công nghệ này nữa.

- Trong thành phố có nhiều toà nhà cao tầng, tín hiệu thu xấu do các hiện

tượng phản xạ, hấp thụ, ngăn cản sóng điện từ



b/ Truyền hình quảng bá số mặt đất

Hình 3.7 Sơ đồ khối truyền hình quảng bá số mặt đất

Với sự phát triển của kỹ thuật điện tử, người ta đã ứng dụng kỹ thuật số vào các hệ thống

truyền dẫn vô tuyến. Truyền hình số mặt đất là một phần của sự phát triển này. Người ta vẫn sử

dụng các thiết bị khuếch đại công suất, anten và cột phát sóng giống như tương tự, chỉ khác là tín

hiệu phát đi là tín hiệu số, được điều chế theo phương thức điều chế số (PSK, QAM).

Ưu điểm:

- Tín hiệu số cho phép sửa các lỗi đường truyền như phản xạ, giao thoa

sóng. Cho phép hỗ trợ thu tín hiệu di động.

- Giảm bớt công suất phát sóng mà vẫn đảm bảo phạm vi phủ sóng.

- Cho phép cung cấp nhiều kênh truyền hình trên cùng một tần số sóng

mang. Số lượng kênh tỉ lệ nghịch với chất lượng hình ảnh. Cung cấp một số dịch vụ gia tăng

khác như tin nhắn,...

- Có khả năng khoá mã tín hiệu để quản lý số lượng người xem.

Nhược điểm:

- Công nghệ mới nên các nhà sản xuất tivi chưa thích ứng được, cần thiết

bị hỗ trợ.

- Chưa giải quyết triệt để vấn đề truyền dẫn đối với thành thị, trong các

nhà cao tầng, tầng hầm vẫn là những điểm khuất, không xem được.

- Vẫn là hệ thống 1 chiều, khả năng phát triển các dịch vụ gia tăng kém.

c/ Truyền hình vệ tinh tương tự và số

Hình 3.8 Sơ đồ khối truyền hình vệ tinh tương tự và số

Đối với truyền hình vệ tinh, tín hiệu này được điều chế một lần nữa để đưa lên tần số phát

lên vệ tinh rồi mới được khuếch đại công suất và đưa ra antten phát lên vệ tinh. Tại vệ tinh, tín

hiệu được này được đổi về tần số phát xuống để phát xuống mặt đất. Hệ thống thu tín hiệu vệ



tinh, bao gồm antten parabol, LNB, đầu thu vệ tinh sẽ chuyển tín hiệu về dạng Video để có thể

hiện thị trên màn hình TV.

Truyền hình vệ tinh cũng có 2 hình thức là truyền hình tương tự và truyền hình số. Tuy

nhiên do có quá nhiều nhược điểm nên truyền hình tương tự hiện đã không còn phát triển nữa.

Một trong những nhược điểm lớn nhất của truyền hình vệ tinh tương tự là chất lượng hình ảnh

phụ thuộc rất nhiều vào vị trí và kích thước của anten. Chỉ cần anten thu chỉnh sai một góc rất

nhỏ là chất lượng hình ảnh suy hao rõ rệt. Thêm nữa, khi anten thu không đủ kích thước, công

suất tín hiệu thu được kém cũng làm giảm chất lượng tín hiệu video.

Hiện tại, truyền hình vệ tinh chủ yếu là truyền hình số. Gồm 2 dải tần là băng C và băng Ku.

Băng C có tần số phát lên từ 5 - 6,5 GHz, tần số phát xuống từ 2-3,5 GHz. Băng Ku có dải tần

phát lên từ 13 - 15 GHz, phát xuống từ 10 - 12 GHz.

Ưu điểm của truyền hình số vệ tinh:

- Phạm vi phủ sóng rộng, một anten vệ tinh có thể phủ sóng tối đa 1/3 trái

đất.

- Cho phép truyền được nhiều kênh truyền hình trên cùng 1 tần số.

Nhược điểm:

- Giá thành đầu tư ban đầu lớn

- Người xem cần phải đầu tư thiết bị để thu tín hiệu

- Kỹ thuật lắp đặt đòi hỏi phái có trình độ nhất định.

- Phụ thuộc nhiều vào thời tiết, bức xạ mặt trời

- Vệ tinh có tuổi thọ giới hạn, khoảng 20 năm. Mỗi lần thay thế đòi hỏi

giá thành cao.

- Không gian để phát triển hạn chế. Khoảng cách giữa các vệ tinh tối

thiểu là 3 độ, bán kính đặt vệ tinh gần như đã bị phủ kín. Các quốc gia nhỏ rất khó khăn trong

việc xây dựng vệ tinh của riêng mình

So sánh giữa hai băng tần:

Băng C:

- ít chịu ảnh hưởng của thời tiết (mưa...), đường truyền ổn định

- Anten có kích thước đòi hỏi cao, đường kính tổi thiểu 2,4 m, giá thành

hệ thống thu tín hiệu lớn.

- Phù hợp cho các hệ thống truyền hình chuyên nghiệp, trạm phát lại

- Số lượng kênh truyền không lớn

Băng Ku:

- Chịu nhiều ảnh hưởng của thời tiết (mưa...), đường truyền không ổn

định

- Truyền được nhiều kênh trên cùng một băng tần.

- Kích thước anten nhỏ, đường kính từ 60 đến 90 cm, giá thành hệ thống

thu tín hiệu không cao, dễ dàng triển khai tại các hộ gia đình.



d/ Truyền hình viba

Hình 3.9 Sơ đồ khối truyền hình viba

Tín hiệu truyền hình sau khi được điều chế lên dải sóng truyền hình được điều chế một lần

nữa lên dải tần số viba (2,5 - 2,7 GHz). Về phía thu, người thu phải sử dụng anten chuyên dụng ở

dải tần số viba, thiết bị chuyển đổi từ tần số viba về tần số trong dải truyền hình để có thể xem

được trên tivi.

Ưu điểm:

- Công suất phát sóng nhỏ, cho phép truyền được nhiều kênh truyền hình.

Dải viba quy định cho truyền hình cho phép truyền tối đa 16 kênh với băng thông 8MHz/kênh.

- Can nhiễu trên đường truyền nhỏ, chất lượng tín hiệu thu tốt.

- Có khả năng quản lý tín hiệu để thu thuê bao.

- Phạm vi phủ sóng khá rộng, có thể thu ở xa bằng các anten chuyên

dụng.

Nhược điểm:

- Là sóng truyền thẳng, 2 anten phải nhìn thấy nhau. Do vậy trong đô thị

có nhiều nhà cao tầng, khả năng thu tín hiệu kém.

- Hiện tại, trên thế giới không phát triển công nghệ này do dải tần số này

đã bị chuyển mục đích sử dụng, không còn nhà sản xuất các thiết bị phục vụ.

e/ Truyền hình cáp tương tự và số

Hình 3.10 Sơ đồ khối truyền hình cáp tương tự và số

Đây là hình thức đầu tiên của truyền hình, do việc truyền dẫn bằng cáp luôn là nền tảng của

việc truyền dẫn sóng điện từ. Tín hiệu truyền hình trong dải tần số truyền hình được đưa đến

từng thuê bao qua hệ thống cáp quang, cáp đồng trục. Chính vì vậy hệ thống này còn được gọi là

hệ thống hữu tuyến.

Ưu điểm :



- Chất lượng đường truyền ổn định, truyền được nhiều kênh. Đặc biệt đối

với truyền hình số. Trung bình hệ thống truyền hình cáp tương tự truyền được khoảng 40 kênh.

Số khoảng 200 kênh.

- Có khả năng tương tác hai chiều, có thể cung cấp hầu hết các dịch vụ

gia tăng về viễn thông (điện thoại, internet, truyền số liệu.....)

- Giá thành lắp đặt đối với thuê bao rẻ, thuận tiện khi sử dụng.

- Không phụ thuộc vào thời tiết, điều kiện về địa lý.

Nhược điểm:

- Cơ sở hạ tầng đầu tư lớn, lâu dài.

- Quản lý cơ sở hạ tầng khó khăn, thiết bị phân bố trên một địa bàn rộng,

hay xảy ra sự cố.

- Phạm vi phục vụ giới hạn. Khoảng cách từ node quang đến thuê bao tối đa 1 km. Chỉ

phù hợp với các đô thị có mật độ dân cư lớn.

II. Chuẩn nén sử dụng trong IPTVVới sự phát triễn của công nghệ thông tin ngày nay, các thiết bị đều có dải thông nhất định. Các

dòng số tốc độ cao yêu cầu dải thông rất rộng vược quá khả năng của thiết bị, vì vậy người ta đã đưa

ra các chuẩn nén có tác dụng làm giảm tốc độ bit của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm bảo

chất lượng hình ảnh, âm thanh cần truyền tải.

Nén thực chất là quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ các sự dư thừa và loại bỏ tính có

nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu mới có lượng thông tin nhỏ hơn. Đồng thời sử dụng các

dạng mã hóa có khả năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lượng bit sử dụng để mã

hóa một lượng thông tin nhất định là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng theo yêu cầu.

Hình 3.11 Sơ đồ tổng quát quá trình nén và giải nén

Quá trình nén và giải nén như sau :

Biến đổi



Một số phép biến đổi và kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu

ban đầu, tạo ra một nguồn dữ liệu mới tương đương chứa lượng thông tin ít hơn. Ví dụ kỹ thuật

tạo sai số dự báo trong công nghệ DPCM hay phép biến đổi cosin rời rạc củ cộng nghệ mã hóa

chuyển đổi. Các phép biến đổi phải có tín thuận nghịch để có thể khôi phục tín hiệu ban đầu nhờ

phép biến đổi ngược.

Mã hóa

Các dạng mã hóa đuộc lựa chọn sao cho có thể tận dụng được xác suất xuất hiện của

mẫu. Thông thường sử dụng mã RLC (run length coding : mã hóa loạt dài) và mã VLC (variable

length coding) : gắn cho mẫu có xác suất xuất hiện cao từ mã có độ dài ngắn sao cho chứa đựng

khối lượng thông tin nhiều nhất với số bit truyền tải ít nhất mà vẫn bảo đảm chất lượng yêu cầu.

2.1 Tổng quan về chuẩn nén MPEG2.1.1 Các thành phần cơ bản trong chuẩn nén MPEG

Các tiêu chuẩn nén MPEG cấu trúc dữ liệu dạng lớp bao gồm các thành phần cơ bản

sau :

Khối (block) : là đơn vị cơ bản cho chuyển đổi DCT, bao gồm 8x8 điểm ảnh tín hiệu chói

hoặc tín hiệu màu.

Macro block : là nhóm các khối DCT tương ứng với thông tin của một cửa sổ 16x16 điểm ảnh

gốc. Có nhiều dạng macro block khác nhau phụ thuộc vào cấu trúc lấy mẫu được sử dụng.

Hình 3.12 Cấu trúc macroblock của các dạng lấy mẫu

Lát (slice) : được cấu thành từ một hay một số macroblock liên tiếp nhau. Phần header của

slice chứa thông tin về vị trí của nó trong ảnh và tham số quét lượng tử (quantized

scaling factor). Kích cỡ của slice quyết định bởi mức bảo vệ lỗi cần có trong ứng dụng

vì bộ giải mã sẽ bỏ qua slice bị lỗi. Hệ số định vị một chiều DC được định vị tại điểm bắt đầu

mỗi slice.



Ảnh : cho bên thu biết về loại mã hóa khung I,P,B. Phần header mang thứ tự truyền tải của

khung để bên thu hiển thị khung theo đúng thứ tự.

Nhóm ảnh (group of picture) : gồm cấu trúc của các ảnh I,B và P. Mỗi nhóm ảnh bắt đầu bằng

ảnh I cung cấp điểm vào ra và tìm kiếm.

Hình 3.13 Cấu trúc nhóm ảnh trong MPEG

Chuỗi video (video sequence) : lớp chuỗi bao gồm phần header, một hoặc một số nhóm ảnh

(Picture group) và phần kết thúc chuỗi (sequence end code).

Thông tin quan trọng nhất của phần header là kích thước (dọc ngang) của mỗi ảnh, tốc độ

bit, tốc độ ảnh và dung lượng đòi hỏi bộ đệm bên thu. Thông tin chuỗi ảnh và phần header của mỗi

chuỗi là dòng bit đã mã hóa, còn gọi là dòng video cơ bản.



Hình 3.14 Cấu trúc dòng dữ liệu video MPEG

2.1.2 Phân loại ảnh trong MPEG

Chuẩn nén MPEG định nghĩa 3 loại ảnh:

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

frame trước đó hoặc tiếp theo.Mã hóa theo hệ thống đc sử dụng gần giống như

nén JPEG. Đây là frame độc lập và được sử dụng để tạo ra các loại frame

khác.

P-frame (forward predicted frame) : khung dự đoán ảnh tiếp theo là khung dự

đoán ảnh dựa trên các frame I trước đó. MPEG không thực sự mã hóa ảnh mà

chứa các thông tin về chuyển động cho phép IPTVCD có thể tái tạo lại frame.

P-frame yêu cầu ít băng thông hơn I-frame, điều này là yếu tố quan trọng đối

với mạng dựa trên IPTV.

B-frame (Bi-directional predicted frame ) : frame dự đoán hướng: B-frame là

frame được tạo thành từ việc kết hợp các thông tin từ cả I-frame và P-frame.

Mã hóa B-frame thì tương tự với P-frame, ngoại trừ các vecto chuyển động

phụ thuộc vào các vùng trong các khung tham khảo sau đó. B-frame chiếm ít

dung lượng hơn là I-frame va P-frame. Vì thế dòng Mpeg video gồm nhiều B-

frame thì chiếm dung lượng thấp hơn so với dòng chứa các frame I và P.

Thậm chí, B-frame giúp làm tối thiểu băng thông cần thiết đối với các dòng

MPEG video. Tuy nhiên, B-frame cũng có hạn chế đó là độ trễ. Do IPTVCD

phải kiểm tra 2 khung trước và sau trước khi tạo ra B-frame.



Mỗi nhóm ảnh cần bắt đầu với một khung I, mặc dù kích thước của mỗi nhóm ảnh là

khác nhau, nhưng trung bình mỗi nhóm ảnh trong IPTV có khoảng 12 đến 15 frame. Mỗi cấu

trúc của một nhóm ảnh thông thường có thể được miêu tả bởi 2 thông số: N, số ảnh trong một

nhóm và M, khoảng cách giữa các frame. Các nhóm ảnh được chia thành 2 loại: nhóm đóng và

nhóm mở. Với nhóm đóng, khung B cuối cùng không yêu cầu khung I đầu tiên cho nhóm ảnh

tiếp theo để giải mã, trong khi với nhóm mở cần yêu cầu khung I cho nhóm ảnh tiếp theo. Các

nhóm ảnh sau đó được kết hợp với nhau để tạo thành dòng video. Mỗi dòng video bắt đầu biết

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

Thứ tự các khung được truyền đi trên mạng băng rộng thì khác với thứ tự các khung

trong chuối bit đầu vào của bộ mã hóa. Bởi vì bộ giải mã trong IPTVCD cần xử lý các frame I và

P trước khi tạo ra khung B. Mối quan hệ tổng thể giữa các chuỗi ảnh, ảnh, các slice, các khối

macro, các khối và các điểm ảnh được minh họa ở hình sau:

Hình 3.15 Cấu trúc dòng MPEG video

2.1.3 Quá trình nén MPEG

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

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

giảm số lượng bit, điều này cũng giúp giảm băng thông cần thiết để truyền tín hiệu. Tuy nhiên,

quá trình này không phải ko có trở ngại. Ví dụ, sự giảm kích thước của khung có thể thường



xuyên gây ra những lỗi tỉ số cạnh (giống như sai tỉ lệ 4/3 hay 16/9) khi được thể hiện trên màn

hình TV có độ phân giải thấp.

Phần hai của quá trình nén tín hiệu là chia một frame ảnh ra thành các block có kích

thước 8 nhân 8 pixel - khối mã hóa nhỏ nhất trong giải thuật của MPEG. Có 3 loại block; độ chói

Y, thành phần màu đỏ Cr hoặc xanh Cb. Các loại block thành phần màu mang thông tin về những

màu khác nhau của hình ảnh, trong khi độ chói mang thông tin về những phần màu đen hoặc

trắng của hình ảnh.

Khi hoàn thành hai phần trên, MPEG sẽ thực hiện một hàm toán được gọi là biến đổi

cosin rời rạc đối với mỗi block riêng biệt. Kết quả thu được là một ma trận hệ số 8*8. DCT

(discrete cosine transform) sẽ biến đổi sự khác nhau về không gian thành các tần số khác nhau,

nhưng không làm thay đổi các thông tin trong block, các block ban đầu sẽ được tái tạo lại 1 cách

chính xác sử dụng biến đổi ngược. Nguyên tắc thực hiện hàm này bao gồm việc chia các block

thành các phần tùy theo mức độ quan trọng. Những phần quan trọng sẽ đươc giữ nguyên cho tới

bước tiếp theo trong khi các phần còn lại sẽ bị giảm bớt. Điều này sẽ đảm bảo rằng mắt người

không chú ý tới việc những phần không quan trọng của block bị bỏ bớt khi tốc bít bị hạn chế.

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

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

rất quan trọng.

Khi tất cả các block trong frame đều đã đc nén lại, MPEG sẽ ngắt các frame thành một

dạng mới gồm nhiều block gọi là macro block. Mỗi macro block có kích thước 16 nhân 16 chứa

các block độ chói và block thành phần màu. Nếu có sự khác biệt giữa frame cuối cùng và frame

hiện tại, các thiết bị nén MPEG sẽ chuyển những block mới này tới một vị trí mới trên frame

hiện tại. Điều này giúp không phải gửi đi những hình ảnh mới hoàn toàn, do đó có thể tích kiệm

băng thông. Có 2 cách để thực hiện điều đó:

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

được do các pixel luôn đứng cạnh nhau trong các frame thường có giá trị giống nhau. Do

đó thay về mã hóa từng pixel riêng biệt. Kĩ thuật nén theo không gian này mã hóa sự

khác biệt giữa các pixel cạnh nhau. Số lượng bít cần thiết để mã hóa những khác biệt này

ít hơn số lượng bít cần thiết để mã hóa từng pixel riêng biệt.

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

video có những thông tin được lặp lại giữa những frame liên tiếp. VD: nếu trên hình có

một bức tường, bức tường vẫn xuất hiện liên tục trong 30 hình tiếp theo, mà không thay

đổi ( bức tường đó không thay đổi trong vòng 1s), thay vì mã hóa 30 lần liên tục trong 1s,

nên thời gian chỉ gửi đi các thông tin dự đoán chuyển động giữa những frame hình, trong

trường hợp của bức tường trong VD trên, dự đoán chuyển động được đặt = 0.

Có nhiều phuơng thức khác nhau để nén một frame hình. VD như với một frame

hình có độ phức tạp cao thì cần phương pháp nén có yếu tố nén theo không gian thấp bởi vì chỉ



có một phần rất nhỏ các pixel được lặp lại. Nếu tốc độ bit có sự thay đổi lớn thì khó có thể truyền

đi trong mạng IP, vì thế nhiều bộ mã hóa bao gồm cả chức năng đệm để có thể điều khiển và

quản lí tốc độ chung mà tại đó các bit được truyền đi tới tầng tiếp theo của hệ thống sản xuất

video.

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

slice. Slice là 1 chuỗi ảnh đặt nằm ngang cạnh nhau từ trái sang phải. Nhiều slice kết hợp với

nhau tạo thành 1 hình. Mỗi slice được mã hóa độc lập với nhau để hạn chế lỗi.

Trong hệ thống IPTV người ta sử dụng ba loại chuẩn nén MPEG (moving pictures exert group)

phổ biến nhất :

MPEG - 2

MPEG - 4

H.264/AVC

2.2 Chuẩn MPEG-22.2.1 Khái niệm

MPEG 2 là một công nghệ đạt được thành công lớn và là một chuẩn nén có ưu thế

vượt trội dành cho truyền hình số được truyền qua nhiều mạng truyền thông băng rộng. MPEG-2

có khả năng mã hoá tín hiệu truyền hình ở tốc độ 3-15Mbit/s và truyền hình độ nét cao ở tốc độ tới 15-

30Mbit/s. MPEG-2 cho phép mã hoá tín hiệu video với nhiều mức độ phân giải khác nhau, chúng có

khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Nén hình với MPEG - 2: Video ở dạng cơ bản là 1 chuỗi các ảnh liên tục. 1 frame

được định nghĩa với 1 chuỗi bit header. Mắt người thường thấy thoải mái khi xem TV với tốc độ

25 hình/s. Sẽ không có lợi nếu phát với tốc độ nhanh hơn vì người xem không thể nhận ra sự

khác biệt. do đó có thể dung lượng của những hình ảnh bằng cách nén chúng lại. Các bộ nén hình

được sử dụng với mỗi frame mà vẫn giữ chất lượng hình ảnh cao.

2.2.2 Cấu trúc dòng bit video MPEG – 2

Hình 3.16 Cấu trúc dòng bit MPEG - 2

Chuỗi video được mã hóa bắt đầu bằng Sequence Header, sau đó là

chuỗi mở rộng (nếu có) và các nhóm ảnh. Nếu phần chuỗi mở rộng

(Sequence extension) không được xác định (không có mã báo có thành phần

mở rộng), các lớp tiếp theo khi đó sẽ thực hiện một quy trình giống như MPEG-1



và đó là tương hợp thuận. Khi có thêm phần mở rộng thì phải có thêm các đặc tính mở rộng để

mã hóa hữu hiệu hơn.

Header của nhóm ảnh (GOP) có chức năng tương tự như header của

MPEG-1. Các thông số quan trọng dùng để mã hóa ảnh mở rộng được định

nghĩa trong extension header của ảnh. Vì có hai loại ảnh, liên tục và xen kẻ

nên cấu trúc ảnh cần phải được xác định rõ field trên hay field dưới hoặc

frame.

2.2.3 Khả năng co giản của MPEG-2

Một trong những đặc điểm quan trọng của MPEG-2 là sự phù hợp với nhiều ứng dụng

video. Có thể sử dụng MPEG-2 cho phân phối truyền hình tiêu chuẩn (Standard Television), truyền

hình phân giải cao (HDTV: High Definition Television) hoặc cho truyền dẫn tín hiệu truyền thông

qua các mạng truyền thông.

Tính co giãn của dòng bit MPEG-2 là khả năng giãi mã được một phần dòng bit MPEG-2

độc lập với phần còn lại của dòng bit đó nhằm khôi phục video với chất lượng hạn chế (hạn chế độ

phân giải không gian, độ phân giải thời gian hoặc hạn chế về SNR…). Dựa theo tính co giãn, dòng bit

được phân thành hai hay nhiều lớp. Tập con nhỏ nhất của cú pháp dòng bit có thể giải mã một cách

độc lập được gọi là lớp cơ bản. Các lớp còn lại được gọi là các lớp nâng cao. Có nhiều loại co giãn

khác nhau :

Co giãn không gian : dòng bit gồm hai hay nhiều lớp video có độ phân giải không

gian khác nhau.

Co giãn SNR : dòng bit gồm hai hay nhiều lớp video có cùng độ phân giải không

gian nhưng tỉ số tín hiệu trên nhiễu là khác nhau.

Co giãn thời gian : dòng bit gồm hai hay nhiều lớp video có cùng độ phân giải

không nhưng có độ phân giải thời gian khác nhau.

Co giãn phân chia số liệu : dòng bit video được chia làm hai phần : phần ưu tiên

cao (lớp cơ bản) gồm các hệ số DCT tần số thấp, phần ưu tiên thấp (lớp nâng cao)

gồm các hệ số DCT tần số cao. Co giãn phân chia số liệu chính là một phần của co

giãn tần số.

Tiêu chuẩn MPEG-2 qui định chính thức hai loại co giãn : co giãn không gian và co giãn

SNR. Các dạng co giãn khác chỉ mới ở dạng dự thảo.

2.2.4 Hệ thống ghép kênh và phân kênh MPEG-2

Hệ thống MPEG-2 sử dụng cấu trúc dữ liệu dạng gói như dữ liệu của các mạng

truyền thong. Các gói dữ liệu luôn bao gồm phần đầu đề header và phần truyền tải payload

Phần header chứa thông tin cần thiết để xử lý dữ liệu ở phần payload (ví dụ thông tin

phân loại ảnh trong phần header gói ảnh). Kích thước phần payload có thể cố định hoặc thay đổi.



Hình 3.17 Cấu trúc gói dữ liệu

Trong tiêu chuẩn MPEG-2, dòng bit tại đầu ra bộ mã hóa Video/Audio được gọi là

dòng sơ cấp ES (Elementary Stream) có đơn vị truy cập là một ảnh.

Các dòng ES sẽ được đóng gói thành các gói PES (Packetized Elementary Stream).

Cũng như mọi dạng gói thông tin khác, PES bao gồm phần header và phần payload. Phần pay

load của PES có độ dài thay đổi. Các gói PES sau đó được chia thành các gói nhỏ hơn có độ dài

cố định gọi là gói truyền tải TSP (Transport Steam Packet).


Mã hóa video

Mã hóa audio

Đóng gói

Đóng gói

Dữ liệu

Videovào

Audiovào

Đồng hồ

Đồng hồ

Đồng hồ

Đồng hồ

Dữ liệu

Dữ liệu

Audiora

Audiora

Videora

Videora

PTS

PTS

PTS

Dòng chương

trình

Dòng truyền

tải

Ghép kênh dòng

chương trình

Phân kênh dòng

chương trình

Ghép kênh dòng

truyền tải

Phân kênh dòng

truyền tải

Mở gói

Mở gói

Mở gói

Mở gói

Bộ đệm

Bộ đệm

Bộ đệm

Bộ đệm

Giải mã video

Giải mã video

Giải mã audio

Giải mã audio

PTS

Hình 3.18 Hệ thống ghép kênh, phân kênh MPEG-2.


a/ Mã hóa

Tín hiệu video số dạng thức CCIR-601 sau khi nén MPEG-2 có dạng một dòng dữ liệu cơ sở

video (Elementary Stream-ES) với chiều dài gần như vô tận và chỉ chứa những thông tin cần

thiết để có thể khôi phục lại hình ảnh ban đầu.

Tương tự, bộ mã hóa audio mã hóa tín hiệu audio số dạng thức AES/ABU (Tần số lấy mẫu

48 KHz, số bit mẫu 24 bit và tốc độ bit là 1152 Kbit/s) thành dòng cơ sở audio (audio ES) có

chiều dài tùy ý.

Để có thể truyền với độ tin cậy cao, các dòng cơ sở video, audio được đóng gói lại thành các

dòng cơ sở đóng gói PES (Packetized ES) tương ứng với các gói có độ dài thay đổi. Mỗi gói PES

gồm một header và số liệu của các dòng cơ sở. Các gói PES này được ghép kênh với nhau tạo ra

dòng truyền tải TS (Transport Stream) hoặc dòng chương trình.

b/ Giải mã

Gồm các quy trình ngược lại. Dòng chương trình hay dòng truyền tải được phân kênh để trả

lại các dòng gói cơ sở đóng gói, rồi được mở gói để trả lại các dòng cơ sở video, audio, dữ liệu

v.v... Các dòng cơ sở ES này sau đó được giải mã để trả lại tín hiệu video số, audio số v.v... Việc

phát lại các dòng audio, video cũng được kiểm soát bởi các “nhãn thời gian trình diễn” PTS. Các

nhãn thời gian trình diễn này được truyền đi trong dòng ghép kênh MPEG-2.

c/ Đồng bộ

Trong hệ thống ghép kênh MPEG-2, đồng bộ được thực hiện thông qua các nhãn thời gian

(Time Stamps) và các chuẩn đồng hồ (Clock Reference).

Chuẩn đồng hồ: đồng hồ được sử dụng tại bộ ghép kênh và bộ giải mã không

đo thời gian theo giờ, phút, giây mà đo thời gian theo đơn vị của 27 MHz, được biểu

diễn theo số nhị phân 42 bit. Trong dòng chương trình, thông tin về đồng bộ được

truyền đi tối thiểu 0.7 giây một lần, được gọi là chuẩn đồng hồ hệ thống (System

Clock Reference). Còn trong dòng truyền tải, thông tin về đồng bộ được truyền đi tối

thiểu 0.1 giây một lần và được gọi là chuẩn đồng hồ chương trình (Programme Clock

Reference). Các chương trình trên cùng một dòng truyền tải có thể sử dụng các chuẩn

đồng hồ chương trình khác nhau.

Nhãn thời gian: nhãn thời gian là một giá trị nhị phân 32 bit, được biểu diễn

theo đơn vị của 90 KHz. Có hai nhãn thời gian là:

Nhãn thời gian trình diễn (Presentation Time Stamps-PTS) là loại nhãn thời

gian cơ bản dùng để chỉ định thời điểm mà khi đó một đơn vị truy cập sẽ được

trích ra khỏi bộ đệm phía giải mã, được giải mã và được trình diễn cho người

xem.

Nhãn thời gian giải mã (Decoding Time Stamps-DTS) chỉ định thời điểm mà



khi đó một đơn vị truy cập sẽ được trích ra từ bộ đệm phía giải mã, được giải

mã nhưng chưa được trình chiếu cho người xem. Hình ảnh đã được giải mã

này sẽ được lưu trữ tạm thời trong bộ nhớ tạm để trình chiếu sau đó một thời

gian ngắn.

2.2.5 Cấu trúc dòng cơ sở ES (Elementary Stream)

Dòng cơ sở về cơ bản là tín hiệu gốc tại đầu ra của bộ mã hóa và chỉ chứa những

thông tin cần thiết giúp bộ giải mã tái tạo lại hình ảnh hoặc âm thanh ban đầu. Cú pháp dòng cơ

sở (ES Syntax) được biểu diễn trong hình 3.19.

Hình 3.19 Cú pháp dòng cơ sở ES

Đơn vị cơ sở của một hình ảnh là khối DCT, mỗi khối có 8x8 phần tử ảnh. Hệ số ứng

với thành phần một chiều được gửi đi trước tiên với độ chính xác cao hơn các hệ số khác. Mã

End of Block được gửi đi sau cùng. Các Block được tập hợp thành các Macroblock (MB), mỗi

MB có một vectorr chuyển động hai chiều. Các MB được tập hợp lại để tạo thành các Slice.

Slice luôn biểu thị các sọc ngang của hình ảnh từ trái sang phải. Slice có thể bắt đầu từ bất kỳ

điểm nào và có kích thước tùy ý. Tuy nhiên, đối với tiêu chuẩn ATSC quy định Slice phải bắt

đầu từ phía mép trái của hình ảnh.

Nhiều Slice tập hợp lại tạo nên một ảnh hoặc một mành tích cực. Dữ liệu bắt đầu của


Các hệ số khối

Khối lớn (4 khối)

Slice Ảnh Nhóm ảnh

Dãy dữ liệu video

Vector chuyển động

Mẫu đồng bộ I, P, B

Thời gian

Các vector chung

Đóng/Mở

Ma trận lượng tử

Tốc độ

ảnh

Cấp độ

Hiện trạng

Cấu trúc sắc độ

Tiến hành trộn

Hệ số co

Kích cỡ ảnh


ảnh (Picture header) xác định ảnh đó là I, P hoặc B. Một vài ảnh tập hợp lại tạo thành nhóm ảnh

(GOP). Nhóm ảnh bắt đầu bằng một ảnh I, giữa hai ảnh I là một số ảnh P và/hoặc ảnh B. Nhóm

ảnh có thể mở (Open) hoặc đóng (Close). Nhiều nhóm ảnh GOP tập hợp lại thành chuỗi dữ liệu

video.

2.2.6 Dòng cơ sở đóng gói PES

Do nhu cầu thực tế, dòng dữ liệu cơ sở (ES) mang thông tin video và audio từ mạch

nén cần được chia thành nhiều gói. Những gói này được nhận diện bởi tín hiệu bắt đầu (Header)

và chứa nhãn thời gian (Time Stamps) phục vụ cho việc đồng bộ.

Trong dòng cơ sở đóng gói (PES) dòng dữ liệu cơ sở (ES) có chiều dài vô tận được

chia thành các gói có kích thước phù hợp cho từng ứng dụng. Chiều dài của gói có thể tới vài

trăm Kbytes và thay đổi tùy theo nhu cầu, chiều dài cực đại của gói PES là 2 16 bytes. Cú pháp

dòng cơ sở đóng gói được cho trong hình 3.20.


PES Start Code Prefix

Stream ID

PES Packet Length

PES Header

Stuffing Byte

PES Packet Data

“10”PES

Scrambling Control

PESPriority

DataAlignmentIndicator

CopyRight

Orginal or

Copy 7 Flags

PES Header Data

length

OptionalFields

PTS DTS

ESCR

ESRate

DSMTrick Mode

AdditionalCopy Information

PESCRC

PESExtention

5 Flags Optional

PESPrivate Data

Packet HeaderField

ProgramPacket SeqCounter

P-STDBuffer

PESExtention

Field

24 8 16 n1 n2

88111122

40 48 24 8 8 16

128 8+n3 16 16 8+n4

40


Hình 3.20 Cú pháp dòng cơ sở đóng gói PES

Dòng cơ sở đóng gói bao gồm dữ liệu bắt đầu và dòng dữ liệu cơ sở có ích. Dữ liệu

bắt đầu bao gồm:

Bốn byte trong đó có 3 bytes dùng cho mã khởi đầu gói dữ liệu PES (PES

Start Code Prefix) và 1 byte nhận diện dòng cũng như chỉ thị loại dòng

(Stream Indentity-ID). 3 bytes (24 bit) mã khởi đầu gói PES gồm 23 bit mang

giá trị 0, tiếp theo sau là 1 bit mang giá trị 1. 1 byte (8 bit) Stream ID có giá trị

từ 0xBD đến 0xFE, ví dụ: từ 0xC0 đến 0xDF – dòng audio; 0xE0 đến 0xEF –

dòng video.

Dữ liệu Header có thể phân biệt được 16 chương trình video và 32 chương

trình audio. Từng chương trình trong số 48 chương trình (video và audio) đều

có thể kèm theo dữ liệu về người dùng (User).

PES-Packet Header Data Length cho thông tin về số bytes có trong dữ liệu bắt

đầu tùy chọn (Option Header Data) trước khi bắt đầu dòng dữ liệu có ích.

Các Flags chỉ rõ mành tùy chọn (Option Fields) tồn tại hay không tồn tại,

thông tin được mã hóa hay không mã hóa, yêu cầu về bản quyền, sự có mặt

hay không có mặt của PTS và DTS. Hai thông tin sau cùng được sử dụng để

đảm bảo sự đồng bộ ở mạch giải mã, DTS đảm bảo thứ tự ảnh khi giải mã còn

PTS đảm bảo thứ tự khi hiển thị ảnh.

Tiếp theo hai bit mang giá trị 10, có các flag sau:

PES Scrambling Control (2 bit): giá trị 1 chỉ sự xáo trộn nếu có.

PES Priority (1 bit): chỉ sự ưu tiên của gói.

Data alignment Indicator (1 bit): giá trị 1 chỉ thị một trường payload bắt đầu

với một mã mở đầu video hay từ đồng bộ audio.

Copy Right (1 bit): giá trị 1 chỉ thị trường payload gói PES được bảo vệ bản

quyền.

Orginal or Copy (1 bit): giá trị 1 chỉ thị trường payload gói PES là nguyên

gốc.

PTS-DTS Flags (2bit): giá trị 10 và 11 chỉ thị có PTS hiện diện phía sau, ngay

trong header này, giá trị 11 chỉ thị có DTS hiện diện còn giá trị 00 chỉ thị

không có cả PTS và DTS.

ES CR Flag (1 bit): giá trị 1 chỉ thị chuẩn đồng hồ hiện diện trong header gói

PES.

ES Rate Flag (1 bit): giá trị 1 chỉ thị tốc độ bit hiện diện trong header gói PES.

DSM Trick Mode Flag (1 bit): giá trị 1 chỉ sự hiện diện của trường chế độ kỹ



xảo dài 8 bit phía sau.

Additional Copy Information Flag (1 bit): giá trị 1 chỉ thị sự hiện diện của

thông tin bản quyền.

PES CRC Flag (1 bit): giá trị chỉ thị CRC xuất hiện trong gói PES.

2.2.7 Ghép kênh dòng chương trình

Mô hình hệ thống ghép kênh dòng chương trình được chỉ ra trong hình 3.21. Một

dòng chương trình (hình 3.22) là kết quả ghép kênh một vài dòng cơ sở đóng gói PES sử dụng

cùng một hệ thống xung nhịp thời gian (Time Clock). Dòng chương trình có thể là một dòng

video có kèm audio hoặc một chương trình nhiều kênh audio.

Dòng video cơ sở được chia thành các đơn vị truy cập (AU-Access Units). Mỗi AU

chứa dữ liệu đã được nén của một ảnh. Các ảnh này phân biệt bởi ảnh I, P hoặc B. Mỗi video AU

là một gói chương trình, các gói này thay đổi về kích thước. Ví dụ gói ảnh I lớn hơn nhiều gói

ảnh B. Tuy nhiên đối với các đơn vị truy cập audio số (DAA-Digital Audio Access) thường có

cùng kích thước và vài DAA tạo thành một gói dòng chương trình.

Tóm lại, dòng chương trình được thiết kế để truyền trong môi trường không có tạp

nhiễu và sai lầm (Noise and Error Free).

2.2.8 Ghép kênh dòng truyền tải

Mô hình hệ thống ghép kênh dòng truyền tải TS chỉ ra trong hình 3.23. Nếu chia các

gói PES có độ dài khác nhau thành các gói TS có độ dài không đổi (mỗi gói TS được bắt đầu

bằng TS header và thường có chiều dài 188 bytes) và truyền các gói này đi sau khi đã cộng với

dòng bit điều khiển dùng để mô tả chương trình (cũng được đóng gói thành các gói truyền tải), ta

sẽ có dòng truyền tải TS, hình 3.24.


Ghép kênh dòng chương trình

Video PES

Audio PES

Dòng chương trình PS

Hình 3.21 Ghép kênh dòng chương trình.

Audio Audio Vidieo

Gói PES

PES Header

Hình 3.22 Dòng chương trình.


Trong dòng truyền tải, các gói PES từ các dòng gói sơ cấp khác nhau được phân nhỏ

và gán vào phần payload của gói TS. Quy trình này phải thỏa mản 2 điều kiện:

Byte đầu tiên của mỗi gói PES phải trở thành byte đầu tiên của phần payload

của gói TS.

Bất kỳ gói TS nào cũng chỉ mang phần dữ liệu lấy từ cùng một gói PES.

Mỗi gói PES không thể phân chia dữ liệu của nó một cách chính xác vào một số

nguyên gói TS. Thường gặp trường hợp không đủ số liệu để lấp đầy vào payload của gói TS cuối

cùng. Để thỏa mãn 2 điều kiện trên, người ta độn thêm phần Adaptation Field với độ dài thích

hợp. Có thể giảm thiểu độ dài phần Adaptation Field này bằng cách lựa chọn chiều dài gói PES

hợp lý. Gói PES cũng thường được chọn đủ dài để đa số các gói TS được lấp đầy bởi số liệu có

ích lấy từ các gói PES, hình 3.26.


Ghép kênh dòng

truyền tải

Dòng truyền tải TS

PID1

PID2

PID(n-3)

PID(n-2)

PID(n-1)

PID(n)

Video PES

Audio PES

Audio PES

Video PES

Data

Ánh xạ dòng cơ sở

Hình 3.23 Ghép kênh dòng truyền tải.

Audio Audio Audio Video Video Video

Gói TS TS Header

PES Header

Hình 3.24 Dòng truyền tải

Payload PES

Header của PES

Header của TS

Payload TS Payload TS Payload TS

Adaptation Field

Hình 3.25 Chia các gói PES thành các gói TS.


Mặc dù MPEG-2 được sử dụng trong truyền hình cáp và vệ tinh, nhưng MPEG-2 có

nhưng hạn chế đối với các mạng có băng thông giới hạn. Do đó một công nghệ nén mới với

nhiều tính năng đã được phát triển trong những năm gần đây với mục đích truyền video qua

mạng băng thông giới hạn. MPEG-4 part 10 được sử dụng trong hạ tầng mạng IPTV.

2.3 Chuẩn MPEG - 4Chuẩn MPEG-4 là một chuẩn động dễ thay đổi: với MPEG-4, các đối tượng khác

nhau trong một khung hình có thể được mô tả, mã hoá và truyền đi một cách riêng biệt đến bộ

giải mã trong các dòng cơ bản ES (Elementary Stream) khác nhau. Cũng nhờ xác định, tách và

sử lý riêng các đối tượng (như nhạc nền, âm thanh xa gần, đồ vật, đối tượng ảnh video như con

người hay động vật, nền khung hình…), nên người sử dụng có thể loại bỏ riêng từng đối tượng

khỏi khuôn hình. Sự tổ hợp lại thành khung hình chỉ được thực hiện sau khi giải mã các đối

tượng này.

Đặc điểm chính của MPEG-4 là mã hóa video và audio với tốc độ bit rất thấp. Thực

tế tiêu chuẩn đưa ra với 3 dãy tốc độ bit :

Dưới 64 Kbps

64 đến 384 Kbps

384 Kbps đến 4Mbps

Đặc điểm quan trọng của chuẩn MPEG-4 là cho phép khôi phục lỗi tại phía đầu thu,

vì vậy chuẩn nén đặc biệt thích hợp với môi trường dễ xảy ra lỗi như truyền dữ liệu qua các thiết

bị cầm tay. MPEG-4 là chuẩn quốc tế đầu tiên dành cho mã hóa các đối tượng video. Với độ linh

động và hiệu quả do mã hóa từng đối tượng video, MPEG-4 đạt ứng dụng cho các dịch vụ nội

dung video có tính tương tác và các dịch vụ truyền thong video trực tiếp hay lưu trữ. Trong

MPEG-4, khung cảnh của một đối tượng video được mã hóa riêng lẽ. Sự cách ly các đối tượng

video như vậy mang đến độ mềm dẻo hơn cho việc thực hiện mã hóa thích nghi làm tăng hiệu

quả nén tin hiệu. Mặc dù tập trung vào những ứng dụng tốc độ bit thấp nhưng MPEG-4 cũng bao

gồm cả studio chất lượng cao và HDTV.



Hình 3.26 Cấu trúc bộ mã hóa và giải mã MPEG-4

Các bộ phận chức năng chính trong các thiết bị MPEG-4 bao gồm:

Bộ mã hoá hình dạng ngoài Shape Coder dùng để nén đoạn thông tin, giúp xác

định khu vực và đường viền bao quanh đối tượng trong khung hình scene.

Bộ dự đoán và tổng hợp động để giảm thông tin dư thừa theo thời gian.

Bộ mã kết cấu mặt ngoài Texture coder dùng để xử lý dữ liệu bên trong và các

dữ liệu còn lại sau khi đã bù chuyển động.

Hình 3.28 là một ví dụ về mã hóa và tổng hợp khung hình video sử dụng trong

MPEG-4. Nhiều đối tượng, người, xe, nhà cửa, được tách ra khỏi video đầu vào. Mỗi đối tượng

video sau đó được mã hóa bởi bộ mã hóa đối tượng video VO (video object) và sau đó được

truyền đi trên mạng. Tại đầu thu, những đối tượng này được giải mã riêng rẽ nhờ bộ giải mã VO

và gửi đến bộ tổ hợp (compositor). Người sử dụng có thể tương tác với thiết bị để cấu trúc lại

khung hình gốc (a), hay để xử lý các đối tượng tạo ra một khung hình khác (b). Ngoài ra, người

sử dụng có thể tải các đối tượng khác từ các thư viện cơ sở dữ liệu (có sẵn trên thiết bị hay từ xa

thông qua mạng LAN, WAN hay Internet) để chèn thêm vào hay thay thế các đối tượng có trong

khuôn hình gốc (c).

Hình 3.27 Mã hóa và tổng hợp khung hình trong MPEG-4



Để có thể thực hiện việc tổ hợp khung hình, MPEG-4 sử dụng một ngôn ngữ mô tả khung

hình riêng, được gọi là định dạng nhị phân cho các khung hình BiFS (Binary Format for Scenes).

BiFS không chỉ mô tả ở đâu và khi nào các đối tượng xuất hiện trong khung hình, nó cũng mô tả

cách thức hoạt động của đối tượng (làm cho một đối tượng xoay tròn hay chồng mờ hai đối

tượng lên nhau) và cả điều kiện hoạt động đối tượng và tạo cho MPEG-4 có khả năng tương tác.

Trong MPEG-4, tất cả các đối tượng có thể được mã hoá với sơ đồ mã hoá tối ưu riêng của nó –

video được mã hoá theo kiểu video, text được mã hoá theo kiểu text, các đồ hoạ được mã hoá

theo kiểu đồ hoạ - thay vì việc xử lý tất cả các phần tử ảnh pixels như là mã hoá video ảnh động.

Do các quá trình mã hoá đã được tối ưu hoá cho từng loại dữ liệu thích hợp, nên chuẩn MPEG-4

sẽ cho phép mã hoá với hiệu quả cao tín hiệu ảnh video, audio và cả các nội dung tổng hợp như

các bộ mặt và cơ thể hoạt hình.

2.4 Chuẩn nén H.264/AVC2.4.1 Giới thiệu chung

Kể từ khi mới xuất hiện vào đầu những năm 90, chuẩn nén video MPEG-2 đã hoàn

toàn thống lĩnh thế giới truyền thông. Cũng trong thập kỷ này, chuẩn nén MPEG-2 đã được cải

tiến về nhiều mặt. Giờ đây nó có tốc độ bit thấp hơn và việc ứng dụng nó được mở rộng hơn nhờ

có các kỹ thuật như đoán chuyển động, tiền xử lý, xử lý đối ngẫu và phân bổ tốc độ bit tùy theo

tình huống thông qua ghép kênh thống kê.

Tuy nhiên, chuẩn nén MPEG-2 cũng không thể được phát triển một cách vô hạn

định. Thực tế hiện nay cho thấy chuẩn nén này đã đạt đến hết giới hạn ứng dụng của mình trong

lĩnh vực truyền truyền hình từ sản xuất tiền kỳ đến hậu kỳ và lưu trữ Video số. Bên cạnh đó, nhu

cầu nén Video lại đang ngày một tăng cao kèm theo sự phát triển mạnh mẽ của mạng IP mà tiêu

biểu là mạng Internet. Khối lượng nội dung mà các công ty truyền thông cũng như các nhà cung

cấp dịch vụ thông tin có thể mang lại ngày càng lớn, ngoài ra họ còn có thể cung cấp nhiều dịch

vụ theo yêu cầu thông qua hệ thống cáp, vệ tinh và các hạ tầng viễn thông đặt biệt là mạng

Internet.

Các tiêu chuẩn mã hoá Video ra đời và phát triển với mục tiêu cung cấp các phương

tiện cần thiết để tạo ra sự thống nhất giữa các hệ thống được thiết kế bởi những nhà sản xuất

khác nhau đối với mọi loại ứng dụng Video; Nhờ vậy thị trường Video có điều kiện tăng trưởng

mạnh. Chính vì lý do này nên những người sử dụng bộ giải mã cần có một chuẩn nén mới để đi

tiếp chặng đường mà MPEG-2 đã bỏ dở.

Hiệp hội viễn thông quốc tế (ITU) và tổ chức tiêu chuẩn quốc tế/ Uỷ ban kỹ thuật

điện tử quốc tế (ISO/IEC) là hai tổ chức phát triển các tiêu chuẩn mã hoá Video. Theo ITU-T,



các tiêu chuẩn mã hoá Video được coi là các khuyến nghị gọi tắt là chuẩn H.26x (H.261, H.262,

H.263 và H.264). Với tiêu chuẩn ISO/IEC, chúng được gọi là MPEG-x (như MPEG-1, MPEG-2

và MPEG-4).

Những khuyến nghị của ITU được thiết kế dành cho các ứng dụng truyền thông

Video thời gian thực như Video Conferencing hay điện thoại truyền hình. Mặt khác, những tiêu

chuẩn MPEG được thiết kế hướng tới mục tiêu lưu trữ Video chẳng hạn như trên đĩa quang

DVD, quảng bá Video số trên mạng cáp, đường truyền số DSL, truyền hình vệ tinh hay những

ứng dụng truyền dòng Video trên mạng Internet hoặc thông qua mạng không dây (wireless).

Với đối tượng để truyền dẫn Video là mạng Internet thì ứng cử viên hàng đầu là

chuẩn nén MPEG-4 AVC, còn được gọi là H.264, MPEG-4 part 10, H.26L hoặc JVT.

2.4.2 Tính kế thừa của chuẩn nén H.264

Mục tiêu chính của chuẩn nén H.264 đang phát triển nhằm cung cấp Video có chất

lượng tốt hơn nhiều so với những chuẩn nén Video trước đây. Điều này có thể đạt được nhờ sự

kế thừa các lợi điểm của các chuẩn nén Video trước đây. Không chỉ thế, chuẩn nén H.264 còn kế

thừa phần lớn lợi điểm của các tiêu chuẩn trước đó là MPEG-4 bao gồm 4 đặc điểm chính như

sau:

Phân chia mỗi hình ảnh thành các Block (bao gồm nhiều điểm ảnh), do vậy

quá trình xử lý từng ảnh có thể được tiếp cận tới mức Block.

Khai thác triệt để sự dư thừa về mặt không gian tồn tại giữa các hình ảnh liên

tiếp bởi một vài mã của những Block gốc thông qua dự đoán về không gian,

phép biến đổi, quá trình lượng tử và mã hoá Entropy (hay mã có độ dài thay

đổi VLC).

Khai thác sự phụ thuộc tạm thời của các Block của các hình ảnh liên tiếp bởi

vậy chỉ cần mã hoá những chi tiết thay đổi giữa các ảnh liên tiếp. Việc này

được thực hiện thông qua dự đoán và bù chuyển động. Với bất kỳ Block nào

cũng có thể được thực hiện từ một hoặc vài ảnh mã hoá trước đó hay ảnh được

mã hoá sau đó để quyết định véc tơ chuyển động, các véc tơ này được sử dụng

trong bộ mã hoá và giải mã để dự đoán các loại Block.

Khai thác tất cả sự dư thừa về không gian còn lại trong ảnh bằng việc mã các

block dư thừa. Ví dụ như sự khác biệt giữa block gốc và Block dự đoán sẽ

được mã hoá thông qua quá trình biến đổi, lượng tử hoá và mã hoá Entropy.

2.4.3 Mã hóa H.264



Hình 3.28 Sơ đồ mã hoá Video của H264/MPEG Part 10

Lớp mã hoá video của H264/MPEG Part 10 là sự kết hợp của mã hoá không gian, mã

hoá thời gian và mã chuyển vị. Ảnh được tách thành các khối, ảnh đầu tiên của dãy hoặc điểm

truy cập ngẫu nhiên thì được mã hoá “Intra”- mã hoá trong ảnh, có nghĩa là không dùng thông tin

của các ảnh khác mà chỉ dùng thông tin chứa trong ảnh đó. Mỗi mẫu của một khối trong một

Frame Intra được dự đoán nhờ dùng các mẫu không gian bên cạnh của các khối đã mã hoá trước

đó. Đối với tất cả các ảnh còn lại của dãy hoặc giữa các điểm truy cập ngẫu nhiên, mã hoá

“Inter” được sử dụng, dùng dự đoán bù chuyển động từ các ảnh được mã hoá trước đó.Quá trình

mã hoá cho dự đoán liên ảnh (bù chuyển động) gồm việc lựa chọn dữ liệu chuyển động, các ảnh

tham chiếu và sự dịch chuyển không gian được ứng dụng cho tất cả việc lấy mẫu của khối.

Bộ mã hoá có thể lựa chọn giữa mã hoá Intra và Inter cho miền hình dạng khối của

mỗi ảnh. Mã hoá Intra có thể chỉ ra điểm truy cập của chuỗi được mã hoá, tại đó việc giải mã có

thể bắt đầu và tiếp tục một cách chính xác. Mã hoá Intra sử dụng các mode dự đoán không gian

riêng rẽ để làm giảm độ dư thừa không gian trong tín hiệu gốc của mỗi ảnh đơn. Mã hoá Inter

(dự đoán một chiều hay nhiều chiều) thì việc sử dụng dự đoán liên ảnh hiệu quả hơn cho mỗi

block của giá trị lấy mẫu từ một vài ảnh được giải mã trước đó.

Mã hoá Inter sử dụng các Vector chuyển động cho các block cơ sở dự đoán liên ảnh

(Inter prediction) để làm giảm sự dư thừa thời gian giữa các ảnh (picture) khác nhau. Việc dự

đoán được thu được từ tín hiệu đã lọc tách khối của các ảnh được thiết lập lại trước đó.

Bộ lọc tách khối làm giảm sự nhiễu khối tại các đường biên của block. Các vector

chuyển động và các mode dự đoán trong ảnh (intra prediction) có thể (theo lý thuyết) làm biến

đổi kích thước block trong ảnh. Sự dự đoán thặng dư được nén tốt hơn bằng việc sử dụng một

phép biến đổi để loại bỏ sự tương quan theo không gian trong một block trước khi được lượng tử

hoá.

Cuối cùng, Vector chuyển động hay các mode dự đoán liên ảnh được liên kết với



thông tin của hệ số biến đổi lượng tử hóa và được mã hoá sử dụng mã Entropy như mã hoá chiều

dài biến đổi thích ứng theo tình huống CAVLC (context-adaptive variable length code) hay mã

hoá theo số học nhị phân thích ứng theo tình huống CABAC (context-adaptive binary arithmetic

coding).

2.4.4 Nén video

a/ Nén theo miền thời gian

Những dư thừa về mặt thời gian là những hình ảnh giống nhau lặp đi lặp lại từ khung này

sang khung khác, ví dụ như khung nền không chuyển động của một chương trình đối thoại trên

truyền hình. Vì vậy, để giảm bớt độ dư thừa này ta phải tiến hành nén theo miền thời gian.

Khi bộ mã hoá đang hoạt động ở chế độ “giữa khối”, khối này sẽ phải qua công đoạn hiệu

chỉnh chuyển động. Quá trình này sẽ phát hiện ra bất kỳ chuyển động nào diễn ra giữa khối đó và

một khối tương ứng ở một hoặc hơn một ảnh tham chiếu đã được lưu trữ từ trước, sau đó tạo ra

khối “chênh lệch” hoặc “lỗi”. thao tác này làm giảm bớt dữ liệu trong mỗi Block một cách hiệu

quả do chỉ phải biểu diễn chuyển động của nó mà thôi. Tiếp đến là công đoạn biến đổi Cosine rời

rạc DCT để bắt đầu nén theo miền không gian. Khi bộ mã hoá hoạt động ở chế độ “trong khối”,

khối này sẽ bỏ qua công đoạn hiệu chỉnh chuyển động và tới thẳng công đoạn DCT.

b/ Nén theo miền không gian

Dư thừa về mặt không gian là các khối có chứa các điểm ảnh tương tự nhau hoặc giống hệt

nhau. Trong nhiều trường hợp các điểm ảnh thường không thay đổi nhiều. Như vậy có nghĩa là

tần số thay đổi giá trị điểm ảnh trong khối này là rất thấp. Những khối như thế được gọi là khối

có tần số không gian thấp. Bộ lập mã lợi dụng đặc điểm này bằng cách chuyển đổi các giá trị

điểm ảnh của khối thành các thông tin tần số trong công đoạn biến đổi Cosine rời rạc.

* Biến đổi Cosine rời rạc (DCT)

Biến đổi Cosine là một hàm mà làm biến đổi dữ liệu hỉnh ảnh được thể hiện trong hệ toạ

độ X-Y sang miền tần số. Công đoạn DCT biến đổi các giá trị điểm ảnh của khối thành một

mạng lưới gồm các hệ số ngang dọc đặt trong không gian tần số. Khi khối ban đầu có tần số

không gian thấp, DCT sẽ tập hợp năng lượng tần số vào góc tần số thấp của mạng lưới. Nhờ vậy,

những hệ số tần số thấp ở góc đó sẽ có giá trị cao hơn. Một số lượng lớn các hệ số khác còn lại

trên mạng lưới đều là các hệ số có tần số cao, năng lượng thấp và có giá trị thấp. Tại đây, hệ số

DC và một vài hệ số tần số thấp sẽ hàm chứa phần lớn thông tin được mô tả trong khối ban đầu.

Có nghĩa là bộ lập giải mã có thể loại bỏ phần lớn hệ số tần số cao còn lại mà không làm giảm

chất lượng hình ảnh của khối. Bộ lập mã chuẩn bị các hệ số cho công đoạn này bằng cách quét

chéo mạng lưới theo đường zig-zag, bắt đầu từ hệ số DC và qua vị trí của hệ số ngang dọc tăng

dần. Do vậy nó tạo ra được một chuỗi hệ số được sắp xếp theo tần số.



* Lượng tử hoá

Quá trình lượng tử hoá là quá trình biến đổi có mất thông tin, làm giảm bớt số lượng bít

cần thiết để biểu diễn các hệ số. Dựa trên một hệ số tỷ lệ xích (có thể điều chỉnh bởi bộ mã hoá),

bộ lượng tử hoá sẽ cân đối tất cả các giá trị hệ số. Do phần lớn các hệ số đi ra từ DCT đều mang

năng lượng cao nhưng giá trị thấp nên bộ lượng tử hoá bắt đầu bằng một số giá trị cao ở đầu

chuỗi, theo sau là một hàng dài các hệ số đã được lượng tử hoá về 0. Bộ lập mã Entropy có thể

theo dõi số lượng các giá trị 0 liên tiếp trong một chuỗi mà không cần mã hoá chúng, nhờ vật

giảm bớt được khối lượng dữ liệu trong mỗi chuỗi. Để lượng tử hóa các hệ số biến đổi,

H264/MPEG Part 10 dùng phương pháp lượng tử hóa vô hướng. Các bộ lượng tử hoá được lựa

chọn cho mỗi Macro-Block là dựa vào các tham số lượng tử hoá QP (Quantization Parameter).

Các bộ lượng tử hoá được sắp xếp sao cho có sự tăng khoảng 12.5% trong kích thước bước

lượng tử hoá khi QP tăng một đơn vị. Nhìn chung các hệ số biến đổi được lượng tử hoá của khối

được quét zig-zag và được truyền đi nhờ dùng phương pháp mã hoá Entropy.

* Mã hoá Entropy

Mã hoá Entropy trong các tiêu chuẩn trước đó như MPEG -1,2,4, H.261, và H.263 thì cơ

bản là trên các bảng cố định mã hoá biến đổi theo chiều dài (VLC). Các tiêu chuẩn đó xác định

các bộ mã hoá từ là cơ bản trên sự phân bố xác suất của các video chung thay cho mã Huffman

chính xác đến các chuỗi video. Tuy nhiên H.264 sử dụng các VLC để mà khớp với một biểu

tượng được mã hoá cơ bản trên các đặc trưng của ngữ cảnh. Tất cả các phần tử cú pháp, ngoại

trừ các dữ liệu dư thừa, được mã hoá bằng mã Exp-Golomb. Để mà đọc được các dữ liệu dư thừa

(các hệ số biến đổi đã lượng tử hoá) thì ta sử dụng phương pháp quét Zig-Zag (xen kẽ nhau) hay

quét lần lượt (không xen kẽ hay phân trường).

2.4.5 Bộ lọc tách khối

Một đặc trưng riêng của mã hoá dựa trên cơ sở khối là có thể nhìn thấy các cấu trúc

khối. Các mép của khối được cấu trúc lại với độ chính xác kém hơn các phần tử ảnh (pixel) bên

trong và nhìn chung dạng khối (blocking) được xem là một trong những nhiễu “artifact” dễ nhìn

thấy nhất với các phương pháp nén hiện tại. Do nguyên nhân này mà H.264/MPEG-4 Part 10 sử

dụng bộ lọc tách khối (Deblocking Filter) để làm giảm hiện tượng tách khối, ngăn chặn việc

truyền của tạp âm mã hoá được tích luỹ. Tại bộ lọc này, cường độ lọc được điều khiển bởi giá trị

của nhiều phần tử cấu trúc.

Các chuẩn nén trước đó đã không sử dụng bộ lọc tách khối bởi vì việc bổ sung rất

phức tạp, mặt khác việc chia các nhiễu khối có thể được làm giảm bằng việc sử dụng MC chính

xác một nửa phần tử ảnh. Một nửa phần tử ảnh thu được bằng cách lọc tuyến tính (bilinear

filtering)của các phần tử ảnh nguyên vẹn bên cạnh đã phát huy vai trò làm “nhẵn” của mã hoá

tạp âm trong miền phần tử ảnh nguyên vẹn.



H.264 sử dụng bộ lọc tách khối để việc thực hiện việc mã hoá cao hơn mặc dù việc

thực hiện rất phức tạp. Việc lọc được áp dụng cho các mép của các Block 4 x 4 trong một

Macro-Block. Quá trình điều khiển bộ lọc tách khối thành phần chói được thực hiện trên 4 cạnh

của mẫu 16 x 16 (16-sample) và quá trình xử lý bộ lọc tách khối cho mỗi thành phần màu được

thực hiện trên 2 cạnh của mẫu 8 x 8.

2.4.6 Giải mã video

Hình 3.29 Sơ đồ giải mã Video H264/MPEG -4 Part 10

2.4.7 Ưu điểm của H.264/AVC

Chất lượng hình ảnh tốt : H.264 là chuẩn nén sử dụng công nghệ âm thanh, hình ảnh

mới khả năng nén tôt hơn so với các chuẩn nén trước đó. Do đó, chuẩn nén cung cấp dịch vụ

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

Yêu cầu băng thông thấp : Chất lượng hình ảnh của H.264 gần giống với MPEG-2

nhưng H.264 cần ít băng thông để truyền tải tín hiệu với cùng chất lượng. Đặ điểm này rất phù

hợp để sử dụng trong hệ thống IPTV.

Có khả năng kết hợp với các thiết bị xử lí video có sẵn như MPEG-2 và hạ tầng

mạng dựa trên IP đã có sẵn .

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

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

sử dụng chuẩn nén này để cung cấp chương trình video độ phân giải cao qua mạng sẵn có.

Hỗ trợ nhiều ứng dụng : Chuẩn nén H.264 được sử dụng trong nhiều ứng dụng, với

nền khác nhau thì có những yêu cầu riêng. Ví dụ, ứng dụng truyền đa điểm trong IPTV yêu cầu

phải hiện thị hình ảnh ở dạng chuẩn truyền hình, trong khi, đối với các ứng dụng giải trí di động,

hình ảnh phải hiển thị được trên các thiết bị di động. Để phù hợp với mọi ứng dụng, chuẩn nén

H.264 có rất nhiều profile và level.Đặc điểm của profile và level là tốc độ bit và kích thước ảnh.

Có thể truyền độc lập : Chuẩn nén H.264 có thể truyền qua nhiều giao thức như

ATM, RTP,UDP, TCP và các dong MPEG-2.



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

2.4.8 Các ứng dụng của H.264/AVC

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

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

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

Lưu trữ đĩa quang, băng từ, DVD.

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

modem.

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

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

mạng tương lai.

Kết luận

Từ những đặc điểm và ưu điểm của MPEG-4 AVC đánh dấu một bước ngoặt trong lĩnh vực

nén video, áp dụng các kỹ thuật tiên tiến nhằm mục đích sử dụng băng thông hiệu quả hơn và

đem lại chất lượng ảnh cao hơn. Với các kỹ thuật này, MPEG-4 AVC có thể giảm tốc độ bit

xuống hơn 50% so với chuẩn MPEG-2. Do đó, MPEG-4 Part 10 được lựa chọn để ứng dụng

trong IPTV.

2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng video2.5.1 Ảnh hưởng bởi hệ thống mã hóa/giải mã

Dữ liệu Video trong các ứng dụng đa phương tiện hiện nay thường được mã hóa và

nén bằng MPEG2, MPEG4 Part 10/H.264, Microsoft WMV9/VC1 và một số chuẩn nén khác.

Các bộ mã hóa video thường hỗ trợ một khoảng khá rộng tốc độ nén, điều này cho phép những

lựa chọn khác nhau giữa chất lượng và băng thông. Phần lớn các phương pháp nén video đều dựa

vào việc mã khác nhau giữa các frame (inter-frame). Điều này có nghĩa là, thay vì phải gửi đi tất

cả các frame, thì chỉ gửi đi sự sai khác của một frame với frame trước đó. Phương pháp mã hóa

này làm việc tốt với những video có những thay đổi hình ảnh ít, tuy nhiên sẽ là ảnh hưởng đáng

kể đến chất lượng hình ảnh và băng thông nếu có sự thay đổi lớn giữa các frame hình ảnh. Đa số

các chuẩn mã hóa vừa cho phép mã hóa với tốc độ bít cố định (chất lượng hình ảnh thay đổi) hay

tốc bít thay đổi (chất lượng hình ảnh ít thay đổi).

Các phương pháp mã hóa video nói chung thường kết hợp cả kiểu mã hóa intra-frame

và inter-frame. Trong kiểu mã hóa intra-frame, một frame ảnh được chia thành các khối, mỗi

khối này được biến đổi thành tập các hệ số thông qua biến đổi Cosin rời rạc. Một nhóm các khối

được kết hợp lại thành một thực thể duy nhất (slice), và đôi khi được đóng gói vào một gói. Nếu

có lỗi trên đường truyền xảy ra thì có thể cả một nhóm các khối sẽ bị mất, tạo nên “sọc” trong

các ảnh dải mã. Điều này xảy ra bởi vì các hệ số của biển đổi Cosin rời rạc trong mỗi khối được

tính toán dựa trên khối đầu tiên trong slice, nếu lỗi làm mất thông tin của khối đầu tiên thì tất cả



các khối còn lại trong slice là không xác định. Một vài lỗi có thể làm hỏng cấu trúc của frame, do

đó không có khả năng tái tạo lại frame. Với kiểu mã hóa inter-frame (motion based coding), các

vector chuyển động được xác định và mã hóa cho mỗi khối. Trong các hệ thống mã hóa kiểu

inter-frame, việc mất một frame có thể làm cho các frame theo sau nó trở nên không sử dụng

được cho đến khi I-frame tiếp theo được nhận, kết quả là có thể thu được hình ảnh video trắng

hay hình ảnh bị đông cứng, chất lượng video bị suy giảm đáng kể. Trong hầu hết các trường hợp

các tiêu chuẩn mã hóa video đều cung cấp khả năng linh động ở cả bộ mã hóa và giải mã cho

việc cân bằng giữa chất lượng và tốc độ. Việc hiểu biết rõ ràng về ảnh hưởng của các bộ mã hóa

và giải mã video là yếu tố quan trọng góp phần vào việc đánh giá chính xác các ảnh hưởng của

mạng đến chất lượng truyền video trên mạng.

2.5.2 Giới hạn về băng thông

Sự giới hạn về băng thông thường xảy ra tại lớp truy nhập (thường là các kết nối DSL

hay Cable). Nếu băng thông dành sẵn không đủ để truyền một stream video thì sẽ xảy ra mất gói

tại các bộ đệm của bộ định tuyến, dẫn đến việc suy giảm chất lượng video. Một vấn đề khá tinh

tế cũng xảy ra khi mã hóa video với tốc độ bít thay đổi. Trong trường hợp này, sự thay đổi hình

ảnh hay sự thay đổi các frame là đáng kể sẽ làm tăng yêu cầu về băng thông trong một khoảng

thời gian ngắn, điều này có thể gây lên hiện tượng mất gói và do đó làm suy giảm chất lượng

hình ảnh.

2.5.3 Mất gói tin

Sự mất gói tin trên mạng có thể gây ra bởi nhiều nguyên nhân: sự nghẽn mạng, mất

liên kết, không đủ băng thông hay lỗi trên đường truyền, v.v… Sự mất gói thường xảy ra bùng

phát, mức độ tắc nghẽn mạng cao gây lên độ mất gói cao. Sự suy giảm chất lượng video gây ra

bởi hiện tượng mất gói tùy thuộc vào giao thức được sử dụng để truyền tải video:

Khi giao thức UDP được dùng để truyền tải dữ liệu video, khi xảy ra hiện

tượng mất gói thì một vài phần của video stream có thể bị mất.

Khi giao thức TCP được dùng để truyền tải dữ liệu video, khi một gói bị mất

thì sẽ có yêu cầu truyền lại gói đã bị mất, điều này làm sự thiếu hụt bộ đệm tại

set-top-box, gây lên hiện tượng dừng hình.

Khi truyền video bằng giao thức UDP, hiện tượng mất gói có thể làm hỏng một phần

hay thậm chí hoàn toàn các frame.

2.5.4 Nghẽn tại máy chủ

Không hẳn mọi yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng video đều gây ra bởi mạng, nếu máy

chủ cung cấp dịch vụ VoD phải phục vụ tối đa số người dùng theo khả năng của nó, điều này sẽ

gây ra sự tắc nghẽn tại máy chủ cung cấp dịch vụ. Sự tắc nghẽn này gây ra hiện tượng dừng hình

quá lâu tại phía đầu cuối. Để giảm tải cho máy chủ dịch vụ có thể dùng các giao thức phù hợp

như UDP Multicast. Nhưng giao thức này chỉ phù hợp khi có một số lượng lớn người dùng xem



cùng một nội dung tại cùng một thời điểm.

2.5.5 Jitter và Timing drift

Jitter là khái niệm dung để mô tả sự khác nhau của khoảng thời gian đi từ nguồn đến

đích của các gói tin. Jitter càng lớn khi xảy ra nghẽn mạng hay tắc nghẽn tại máy chủ dịch vụ.

Jitter có thể gây ra tràn bộ đệm tại set-top-box, gây lên hiện tượng dừng hình tại đầu cuối. Hiện

tượng Timing drift xảy ra khi đồng hồ tại đầu gửi và đầu nhận có sự sai khác nhau về tốc độ, gây

ra sự tràn vùng đệm tại đầu nhận. Để hạn chế sự ảnh hưởng của hiện tượng này, yêu cầu phía đầu

nhận phải hiệu chỉnh lại tốc độ của đồng hồ cho phù hợp để tránh hiện tượng tràn bộ đệm.

Chương IV : Kiến trúc IPTV

I. Tổng quan về mô hình truyền thông IPTVMô hình truyền thông trong IPTV có 7 lớp (và một lớp tùy chọn) được xếp chồng lên nhau. Các dữ

liệu video ở phía thiết bị gửi được truyền từ lớp cao xuống lớp thấp trong mô hình IPTV, và được

truyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao thức của lớp vật lí. Ở thiết bị nhận, dữ liệu nhận được

chuyển từ lớp thấp nhất đến lớp trên cùng trong mô hình IPTV.



Hình 4.1 Mô hình truyền thông IPTV

Do đó, nếu 1 bộ mã hóa gửi chương trình video đến 1 thiết bị IPTV của khách hàng, thì phải

chuyển qua các lớp trong mô hình IPTV ở cả phía thiết bị nhận và thiết bị gửi. Mỗi lớp trong mô hình

IPTV độc lập với nhau và có chức năng riêng. Khi chức năng này được thực hiện, dữ liệu video được

chuyển đến lớp tiếp theo trong mô hình IPTV. Mỗi lớp sẽ thêm vào hoặc bỏ đi phần thông tin điều

khiển của các gói video trong quá trình xử lí. Thông tin điều khiển chứa các thông tin giúp thiết bị có

thể sử dụng gói dữ liệu đúng chức năng của nó, và thường được định dạng như các header hoặc

trailer. Bên cạnh việc truyền thông giữa các lớp, còn có các liên kết ảo giữa các tầng cùng mức. 7 lớp

và 1 lớp bổ sung trong mô hình IPTV có thể được chia làm 2 loại: các lớp cao và lớp thấp. các tầng

cao hơn thì quan tâm nhiều hơn tới các ứng dụng của IPTV và các định dạng file, trong khi các tầng

thấp hơn thì quan tâm tới việc truyền tải các nội dung.

II. Mô hình IPTV và truyền tải các nội dung MPEGHình 4.2 cho ta cái nhìn rõ hơn về việc các nội dung video đã được nén qua các lớp như thế nào khi

sử dụng hệ thống MPEG khi chuyển từ lớp trên xuống lớp dưới.



Hình 4.2 Đóng gói các lớp trong mô hình IPTV

2.1 Lớp mã hóa video Quá trình truyền thông bắt đầu ở lớp mã hóa, các tín hiệu tương tự hoặc số được nén. Tín hiệu

lối ra của bộ nén là các dòng Mpeg cơ bản. các dòng MPEG cơ bản được định nghĩa là các tín hiệu số

liên tục thời gian thực. Có nhiều loại dòng cơ bản. VD, âm thanh được mã hóa sử dụng MPEG được gọi

là “dòng cơ bản âm thanh.“ Một dòng cơ bản thực ra chỉ là tín hiệu ra thô từ bộ mã hóa. Các dòng dữ

liệu được tổ chức thành các khung tại lớp này. Các thông tin chứa trong một dòng cơ bản có thể bao

gồm:

Loại khung và tốc độ

Vị trí của những block dữ liệu trên màn hình

Tỉ số cạnh

Điều quan trọng phải chú ý là lớp này được chia thành 2 lớp phụ theo đặc tính của chuẩn

H.264/AVC: lớp mã hóa video(VCL) và lớp trừu tượng(NAL). Lớp phụ VCL quan tâm tới việc nén các

nội dung video. TÍn hiệu đầu ra của lớp này là chuỗi các slice ảnh. Dòng bit ở lớp NAL được tổ chức

thành các gói rời rạc được gọi là các khối NAL. Định dạng của các khối NAL được mô tả trong hình 4.3.

Các khối trong hình 4.3 mô tả 1 khối NAL với phần payload nội dung video. Nó có thể chứa các

loại payload khác trong phần này như thông tin điều khiển. Những khối như thế được xếp vào loại không

phải khối VCL (non-VCL unit). Các khối NAL được kết hợp với nhau thành chuỗi, định dạng nên khối

truy cập. chú ý rằng khối NAL được tạo nên từ chuẩn H.264/AVC có thể hỗ trợ cho cả cấu trúc mạng dựa

trên giao thức IP và các mạng không dựa trên giao thức IP.



Hình 4.3 Cấu trúc của khối NAL

2.2 Lớp đóng gói VideoĐể truyền các dòng cơ bản âm thanh, dữ liệu và hình ảnh qua mạng số, mỗi dòng cơ bản này

phải được chuyển đổi sang dòng được chèn của gói PES dã được đánh dấu thời gian (PES- Parketized

Element Stream ). Một dòng PES chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu từ 1 nguồn. Một gói PES có thể có kích

thước khối cố định hoặc thay đổi, có thể lên tới 65536 byte/gói. Bao gồm 6 byte header, và số byte còn

lại chứa nội dung chương trình. Định dạng của 1 PES header được minh họa trong hình 4.4 và giải thích

trong bảng 4.1.

Hình 4.4 Định dạng gói MPEG PES

Bảng 4.1 Cấu trúc của một gói MPEG PES

Tên trường Chức năng



Tiền tố mã bắt đầu gói Gói PES bắt đầu với tiền tố 0x000001

Nhận dạng dòng (1 byte)

Trường này nhận dạng loại payload trong

gói. Một mẫu bit 111x xxxx cho biết đó là

gói audio, còn mẫu bit 1110 xxxx cho biết

rằng đó là gói video. Giá trị "X" được sử

dụng để biểu thị các số của các dòng

MPEG

Độ dài gói PES Trường dài 2 byte để chỉ thị độ dài gói

Mã đồng bộ Trường được dùng để đồng bộ nội dung

video và audio

Cờ header PES

Trường 14 bit chứa các bộ chỉ thị PES khác

nhau hay các cờ, cung cấp phần cứng hay

phần mềm bộ giải mã của set - top box IP

với thông tin thêm vào. Các loại cờ gồm :

Điều khiển tranh chấp PES: Cờ này

báo cho bộ giải mã gói có được

bảo đảm hay không thông qua xử

lý tranh chấp

Độ ưu tiên PES: Cờ này cung cấp

cho bộ giải mã thông tin về mức độ

ưu tiên của gói PES.

Bộ chỉ thị sắp xếp dữ liệu: Bộ chỉ

thị này quyết định Payload của PES

bắt đầu với bit video hay audio.

Thông tin bản quyền: Khi bit này

được thiết đặt, nội dung video được

bảo vệ bởi bản quyền.

Bản gốc hay bản sao: Cờ này chỉ ra

nội dung này là bản gốc hay bản

sao

Độ dài dữ liệu header của PES Trường này nhận chỉ ra tổng số byte bị

chiếm bởi các trường header khác nhau



Trường header của PES Trường này chứa một số các bít tùy chọn

Payload của PESPayload của PES gồm các dòng audio hay

dữ liệu video

Do bản chất của mạng, thứ tự hay chuỗi các khung video từ lối ra của trung tâm dữ liệu IPTV có

thể khác thứ tự các khung do các thiết bị của người dùng nhận được. Do đó, để giúp đỡ quá trình đồng

bộ, các hệ thống dực trên MPEG thường dán nhãn các gói PES khác nhau trong chuỗi video.

Có 2 loại nhãn thời gian được sử dụng đối với mỗi gói PES: nhãn thời gian trình diễn(PTS), và

nhãn thời gian giải mã(DTS):

PTS : Nhãn thời gian trình diễn có giá trị thời gian 33 bit, được đặt trong trường PES

header. Mục đích của việc sử dụng PTS cho mỗi gói là để xác định xem khi nào và theo

trật tự nào thì gói đó được xem (bởi người xem).

DTS : nhãn giải mã được sử dụng để giúp bộ giải mã ở thiết bị của người sử dụng biết

khi nào xử li gói đó.

Khái niệm ứng dụng những nhãn thời gian khác nhau đối với mỗi gói PES trong dòng mã hóa

MPEG được minh họa trong hình 4.5.

Hình 4.5 Ứng dụng nhãn thời gian với các gói MPEG PES

Như đã chỉ ra ở trên, thứ tự các gói được truyền đi qua mạng khác với thứ tự các gói nhận được

ở thiết bị của người sư dụng. Thiết bị người sử dụng IPTV sẽ dùng các nhãn PTS và DTS để tái tạo lại

nội dung video gốc. Bên cạnh việc gửi đi các nội dung nén MPEG-2, PES còn có khả năng truyền tải

các khối H.264/AVC qua mạng IPTV. Các chi tiết quá trình ánh xạ được mô tả ở hình 4.6.



Hình 4.6 Ánh xạ gói truy cập AVC sang gói MPEG PES

2.3 Lớp cấu trúc dòng truyền tải Lớp tiếp theo trong mô hình truyền thông IPTV làm nhiệm vụ tạo nên dòng truyền tải, bao gồm

1 dòng liên tiếp, những gói này thường được gọi là các gói TS được tạo ra bằng cách ngắt các gói PES

thành các gói TS có kích thướt cố định là 188 byte độc lập với thời gian. Sử dụng thời gian độc lập làm

giảm khả năng mất gói tin trong quá truyền và giảm ồn. Mỗi gói TS bao gồm 1 trong 3 định dạng

truyền thông : dữ liệu, âm thanh, hình ảnh. Do đó, các gói TS mang cố định 1 loại hình truyền thông.

Mỗi gói TS bao gồm 184 byte payload và 4 byte header. Các thành phần của TS header được mô tả

trong hình 4.7 và giải thích trong bảng 4.2.

Hình 4.7 Định dạng gói MPEG TS



Bảng 4.2 Cấu trúc gói MPEG TS


Trường đồng bộ

Phần header thường bắt đầu băng các bit đồng bộ (8 bit),

thường là các bit 0. Trường này dùng để xác định điểm

bắt đầu của 1gói IPTV.

Trường chỉ thị lỗibit cờ này sẽ chỉ ra 1 lỗi (nếu có) liên quan đến dòng

truyền tải

Trường chỉ thị

điểm bắt đầu khối

truyền tải

bit cờ này sẽ chỉ ra 1 điểm bắt đầu của khối truyền tải

Mức ưu tiên truyền

tảiKhi đặt cờ này sẽ chỉ ra mức ưu tiên khối payload

ID chương trình

Trương quan trọng nhất trong phần header là13 bit để xác

định ID chương trình. Nó sẽ chỉ ra gói nào thuộc dòng

nào.Các gói thuộc dòng nào thì sẽ có cùng ID chương

trình.Bộ phân kênh trong bị của người sử dụng dùng

thông tin để phân biệt các loại gói khác nhau.chú ý rằng

các gói null có ID chương trình = 8191. Các gói không

có ID chương trình thì sẽ bị thiết bị nhận IPTV loại bỏ

Điều khiển việc

tranh chấp các

truyền tải

2 bit của trường này sẽ cho biết trạng thái mã hóa của

phần payload gói truyền tải.

Trường điều khiển

thích nghi

trường 2 bit này sẽ cho biết liệu header của gói dữ liệu có

liên quan tới dòng truyền tải có bao gồm trường thích

nghi và payload không

Bộ đếm tiến

Bộ đếm tiến sẽ đếm tăng lên 1 khi 1 gói dòng truyển tải

với cùng một ID chương trình. Nhờ đó có thể xác định

được nếu có mất hoặc bị lặp gói. Điều này có thể ảnh

hưởng hình ảnh.

Trường thích nghi Trường này có thể có hoặc không có trong phần header.



Trường thích nghi này bao gồm nhiều thông tin khác

nhau được sử dụng để định thời và điều khiển, bao gồm

cả PCR. PCR được sử dụng để đồng bộ đồng hồ

IPTVCD với đồng hồ bộ mã hóa. Giá trị PCR có độ dài

42 bit và được tăng theo tốc độ đồng hồ chuẩn, 27MHz.

Ngay sau khi đồng bộ, việc giải mã MPEG - 2 IPTV

được tiến hành

Lớp này cũng cung cấp các chức năng để tạo ra dòng chương trình. Một dòng chương trình là

một gói PES chứa một vài dòng cơ bản được mã hóa sử dụng cùng đồng hồ chủ, hoặc đồng hồ hệ thống.

Các kiểu dòng này được phát triễn cho những ứng dụng như lưu trữ nội dung video trên các đĩa quang

hay đĩa cứng.

Bên cạnh các nội dung âm thanh hình ảnh dã được nén, dòng truyền tải bao gồm nhiều thông tin

đặc trưng của chương trình. Thông tin này được chứa trong 4 bảng PSI.

Bảng chương trình kết hợp (PAT) : Việc truyền bảng PAT là bắt buộc và là điểm vào

các bảng PSI. Bảng chương trình kết hợp luôn có ID chương trình là 0. Bảng này đưa ra

các liên kết giữa chỉ số chương trình và ID của chương trình.

Bảng ánh xạ chương trình: Bảng ánh xạ chương trình cũng là bắt buộc và mang cáo

thông tin về một chương trình cụ thể. Bảng ánh xạ chương trình liệt kê các ID chương

trình cho các gói mang các thành phần của 1 chương trình cụ thể (âm thanh, hình ảnh,

dữ liệu, và các thông tin PCR). Hình 4.8 mô tả một ví dụ về mối quan hệ giữa bảng

chương trình kết hợp (PAT) và bảng chương trình ánh xạ (PMT).

Hình 4.8 Mối liên hệ giữa PMT và PAT



Vì thế khi một thiết bị người dùng(IPTVCD) yêu cầu một chương trình, bảng chương

trình kết hợp sẽ được kiểm tra, sau đó sẽ kiểm tra bảng chương trình ánh xạ để định

nghĩa các IP chương trình về gói âm thanh, hình ảnh và dữ liệu liên kết với chương trình

đó. Trong ví dụ này, thuê bao lựa chọn chương trình1 và thiết bị IPTV của người sử

dụng định vị toàn bộ các gói truyền tải với ID chương trình là 36 đối với phần hình ảnh

của chương trình và các gói với ID chương trình là 3 với các phần âm thanh của

chương trình. Nếu dữ liệu là quảng bá với chương trình, thì bảng ánh xạ chương trình

sẽ bao gồm các chi tiết trên đó xác định các gói dữ liệu truyền tải.

Bảng điều kiện truy cập(CAT)- bảng điều kiện truy cập là một bảng tùy chọn PSI bao

gồm các ID chương trình của EMMs (các tin quản lí quyền truy cập). Tin quản lí quyền

truy cập bao gồm các thông tin về mức cho phép đối với hệ thông truy cập. Bảng điều

kiện truy cập (CAT) thường được chứa trong một gói với ID chương trình là một.

Bảng thông tin mạng (NIT)- Bảng thông tin mạng NIT là 1 bảng tùy chọn lưu trữ các

thông tin như tần số kênh và số dòng truyền tải. Set top box sẽ sử dụng thông tin này để

chỉnh sóng tới các chương trình cụ thể.

2.4 Lớp giao thức truyền tải thời gian thựcGiao thức truyền tải thời gian thực phân phát các dòng âm thanh và hình ảnh bằng cách đóng

gói các nội dung trong một định dạng riêng biệt. Mỗi gói bao gồm phần header và payload (dữ liệu

IPTV). Để sử dụng hiệu quả băng thông, phần payload thường bao gồm nhiều hơn một gói MPEG-TS.

Phần header bao gồm các chức năng cốt yếu để có thể truyền thành công các dữ liệu thời gian

thực qua mạng. Hheader của RTP có thể nhận biết với header của UDP có giá trị là 5004, và bao gồm

rất nhiều trường.Chi tiết về các trường khác nhau được minh họa trong hình 4.9 và bảng 4.3

Có một điều đáng chú ý, đó là giao thức thời gian thực không có trường dài trong phần header

bởi vì nó phụ thuộc vào giao thức truyền tải cơ bản để cung cấp loại thông tin này. Như đã miêu tả, lợi

ích chính của việc chèn các nội dung video đã được nén và trong các gói RTP là :

Thêm số chuỗi vào gói để giúp cả bộ giải mã ở phía nhà cung cấp và thiết bị người dùng

có thể sắp xếp lại các gói nhận được từ mạng IP.

Trường nhãn thời gian giúp khắc phục các vấn đề như jitter và mất đồng bộ giữa nguồn

và đích.



Hình 4.9 Định dạng RTP header

Khi header truyền tải thời gian thực được thêm vào payload video, gói truyền tải thời gian thực

được chuyển tới giao thức TCP hoặc UDP để tiếp tục xử lý.

Bảng 4.3 Cấu trúc của gói IPTV dựa trên RTP


Phiên bản (V) Trường này xác định phiên bản RTP được dùng trong gói IPTV

Phần đệm (P) Trường này xác định có byte đệm trong gói RTP hay không

Phần mở rộng (X)Nếu bit này được đặt bằng 1 thì phần mở rộng theo ngay sau tiêu đề

cố định

Tổng số nguồn góp

(CSRC)Trường này chứa thông tin số bộ nhận diện CSRC có trong gói

Bit dấuChức năng của nó được xác định bởi mô tả RTP. Thường được sử

dụng để xác định ranh giới khung

Loại Payload (PT)Trường này chứ thông tin về định dạng payload của IPTV. Ví dụ,

giá trị 34 chỉ ra nội dung video được mã hóa sử dụng H.263

Số thứ tự gói

Trường này giúp tìm ra được những gói bị mất, lỗi. Giúp cho

IPTVCD sắp xếp lại các gói được gửi tới không theo thứ tự, xác

định đúng kính thước gói không đúng và chỉ ra gói bị lặp. Giá trị

trong trường được tăng lên một mỗi lần một gói RTP được gửi qua

mạng. Khi dòng IPTV bắt đầu, một giá trị bất kì được gán cho

trường này để giảm rủi ro bị hacker tấn công



Dấu thời gian

Trường này giữ dấu thời gian của gói, được khởi tạo từ một đồng hồ

đáng tin cậy. Trường này được sd để thêm vào trong các gói âm

thanh và hình ảnh đúng theo thứ tự thời gian của dòng IPTV

Nguồn đồng bộ

(SSRC)

Mục đích của trường này để chỉ ra nguồn đồng bộ trong mạng IPTV.

Trường này thường được sử dụng kết hợp với trường số thứ tự gói

để sửa những vấn đề xảy ra trong chuỗi IPTV

Danh sách CSRCMục đích của trường 32 bit này để chỉ ra những nguồn video và

audio góp vào payload IPTV

Chú ý rằng, kĩ thuật RTP thường được triển khai trong các mạng không đảm bảo chất lượng

dịch vụ QoS để truyền các dịch vụ IPTV. Mặc dù RTP giúp làm tăng khả năng các dòng tới đích trong

trật tự đúng nhưng không được thiết kế để đảm bảo các mức chất lượng dịch vụ. Do đó, trách nhiệm của

nhà cung cấp dịch vụ là đảm bảo bản video luôn được ưu tiên khi chúng được truyền đi trong hạ tầng

mạng.

2.5 Lớp truyền tảiThông thường các gói RTP là dạng đầu vào của lớp truyền tải. Điều đáng chú ý là có thể ánh xạ

trực tiếp các gói MPEG-TS sang payload giao thức của lớp truyền tải.

Lớp truyền tải IPTV được thiết kế để đảm bảo các kết nối đầu cuối là tin cậy. Nếu dữ liệu tới

thiết bị người nhận đúng. Lớp truyền tải sẽ truyền lại. Lớp truyền tải thông báo với lớp trên để có các

thông tin chính xác hơn.

TCP và UDP là 2 giao thức quan trọng nhất được sử dụng ở lớp này.

2.4.1 Sử dụng TCP để định tuyến các gói IPTV

TCP là giao thức cốt lõi của bộ giao thức internet và được xếp vào loại định hướng kết nối.

Điều này cơ bản có nghĩa là kết nối được thiết lập giưa đầu cuối nhà cung cấp và thiết bị IPTV của

người sử dụng để truyền các chương trình qua mạng.

TCP có khả năng điều khiển lỗi xảy ra trong quá trình truyền các chương trình qua mạng.

Các lỗi như mất gói, mất trật tự gói, hoặc lặp gói thường gặp trong môi trường truyền IPTV. Để xử lí

các tình huống này, TCP sử dụng hệ thống các số liên tục để cho phép thiết bị gửi có thể gửi lại các dữ

liệu hình ảnh bị mất hoặc hỏng. Hệ thống số liên tục này là trường có độ dài 32 bit trong cấu trúc gói.

Trường đầu tiên chứa chuỗi số bắt đầu của dữ liệu trong gói và trường thứ hai chứa giá trị của chuỗi số

tiếp theo mà video server đang đợi (mong) nhận trở lại từ IPTVCD.

Bên cạnh việc sửa các lỗi có thể xảy ra trong quá trình truyền nội dung video qua mạng IP

băng rộng, TCP còn có điều khiển luồng dữ liệu. Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng trường

kích thước cửa sổ với thuật toán là của sổ trượt. Giá trị trong trường này xác định số các byte có thể

truyền đi qua mạng trước khi nhận được xác nhận từ phía thiết bị nhận.



Trong môi trường IPTV, Giá trị trường kích thướt cửa sổ chính là kích thước vùng đệm

trong IPTVCD trừ đi lượng nội dung đã có trong vùng đệm tại một thời điểm. Dữ liệu này sẽ được giữ

cho tới khi bản tin thông báo đã nhận được gửi về từ IPTVCD.

Khi giá trị của trường bằng 0, IPTVCD ở phía đầu thu sẽ không đủ khả năng xử lý các dữ

liệu IPTVCD ở tốc độ đủ lớn. Khi đó, TCP sẽ chỉ thị cho video server dừng hoặc làm chậm tốc độ gửi

các gói dữ liệu tới IPTVCD. Điều này sẽ đảm bảo rằng IPTVCD sẽ không bị tràn các gói dữ liệu tới.

Khi IPTVCD đã xử lý xong các gói dữ liệu trong vùng đệm và video server đã biết được điều đó thì giá

trị tại vùng đệm sẽ tăng lên, và video server sẽ bắt đầu truyền tiếp các nội dung.

Bảng 4.4 Định dạng của TCP segment


Cửa nguồn Trường 16 bit. Chỉ ra số của cổng nguồn

Cổng đích Trường 16 bit. Chỉ ra số của cổng đích

Chỉ số dãyChỉ ra chỉ số dãy của đoạn TCP. Điều này giúp TCP theo

được vết của mỗi gói IPTV chuyển qua mạng

Chỉ số chấp nhận

chứa chỉ số dãy tiếp theo mà thiết bị gửi mong muốn nhận

được. Trường này chỉ chứa giá trị này nếu bít điều khiển

ACK được thiết lập

Độ dời dữ liệutrường ngắn này chỉ ra vị trí trong đoạn mà dữ liệu video bắt

đầu

Được đặt trướcTrường này được đặt trước để sử dụng sau này và có giá trị

bằng 0

Các bit điều

khiển

Trường này gồm có 6 bít điều khiển:

URG:Urgent pointer

ACK: Acknowledgment

PSH: Push

RST: Reset (đặt lại liên kết)

SYN: Synchronize (đồng bộ chỉ số dãy)

FIN: không có thêm dữ liệu từ bên gửi

Cửa sổChỉ ra kích thước cửa sổ cho dữ liệu phân phối giữa những

lần nhận

Checksum Kiểm tra lỗi để bảo vệ dữ liệu được gửi qua mạng

con trỏ khẩn cấp Chỉ được dịch khi trường con trỏ khẩn cấp được cho phép

Các tùy chọn và

đệm

Các tùy chọn là các bội số 8 bit có sẵn và có thể chứa các

kiểu biến khác nhau. Các tùy chọn được lựa chọn sẽ quyết

định độ dài của đoạn TCP. Đệm là phần cuối cùng của tiêu

đề và tạo thành bởi các số 0

TCP ánh xạ segment sang giao thức IP sau khi chèn các thông tin cần thiết vào trong phần



header.Như đã mô tả ở trên, TCP cung cấp toàn bộ các chức năng để truyền tải các dữ liệu qua mạng

IP.

2.4.2 Sử dụng UDP để định tuyến các gói IPTV

UDP là giao thức thuộc về bộ giao thức Internet. UDP cho phép máy chủ kết nối với mạng

băng rộng để gửi tới các IPTVCD dịch vụ truyền hình quảng bá có chất lượng hài lòng người dùng.

UDP giống với TCP nhưng là phiên bản sơ lược hơn, đưa ra cho số lượng tối thiểu các dịch vụ truyền

tải. UDP là giao thức không liên kết, điều đó có nghĩa là kết nối giữa video server và IPTVCD không

cần thiết lập trước khi dữ liệu được truyền đi. Video server đơn giản chỉ thêm vào địa chỉ IP đích và số

cổng vào datagram và gửi tới cơ sở mạng để phân phát tới địa chỉ IP đích. UDP sử dụng các khối dữ

liệu được gọi là các datagram để truyền nội dung qua mạng.

UDP datagram: UDP datagram bao gồm 8 byte header và dữ liệu video. Các thành phần cơ

bản của một UDP datagram được mô tả trong hình 4.10 và bảng 4.5

Hình 4.10 Định dạng datagram dựa trên UDP

Bảng 4.5 Cấu trúc datagram IPTV dựa trên UDP


Cửa nguồn

chỉ ra chỉ số cửa của quá trình gửi datagram. Nó là cửa tùy

chọn và nếu không được dùng thì sẽ được điền đầy bằng các

số 0

Cửa đích Chỉ ra chỉ số cửa của quá trình đích đang chạy trên IPTVCD

Độ dài

Giúp cho IPTVCD xác định độ dài và kích thước của

datagram UDP đang đến. Trường độ dài bao gồm một giá trị

hệ 8, bao gồm cả tiêu đề và dữ liệu video thực sự.

Checksum

Trường này dài 2 byte chứa số được định trước, cho phép

một IPTVCD kiểm lại tính nguyên vẹn của UDP đang đến

dựa trên datagram IPTV.



Dữ liệu video

Phần này của datagram chứa dữ liệu video. Trong trường

hợp môi trường IPTV, dữ liêu là một phần của datagram

UDP được định dạng bởi giao thức dòng video và

audio mà được sử dụng tại đầu cuối IPTV

a/ Ưu điểm của UDP

Không có ngắt trong quá trình truyền nội dụng video: không có trễ trong quá trình phân phối ngay cả

khi trong mạng có các gói bị trễ hoặc bị hỏng. Ngược lại, khi sử dụng TCP, có thể xảy ra sự ngắt quãng

khi phải chờ các gói bị trễ và các khung hình tới hoặc phải chờ các gói bị hỏng được thay thế.

Dung lượng thấp: Kích thước header của UDP chỉ bao gồm có 8 byte trong khi TCP header chiếm tới

20 byte.

Tốc độ thiết lập kết nối: thời gian thiết lập và hủy bỏ kết nối giữa IPTVCD và các thiết bị ở trung tâm

dữ liệu IPTV ngắn. Do đó, việc phân phối các gói sử dụng giao thức UDP thương nhanh hơn so với sử

dụng giao thức TCP.

Hỗ trợ truyền một chiều: UDP không yêu cầu đường về, do đó cho phép các công ty sử dụng vệ tinh

có thể truyền nội dung IPTV truyền đa điểm tới khách hàng của mình.

b/ Nhược điểm của UDP

Tính toàn vẹn của dữ liệu: Tính toàn vẹn của dữ liệu khi sử dụng UDP là không được bảo đảm khi

UDP chỉ cung cấp một dịch vụ duy nhất là kiểm tra tổng và multiplexing thông qua số cổng. Bất kì vấn

đề nào cũng có thể xảy ra trong quá trình truyền thông ở tại đầu cuối nào cần được điều khiển độc lập

với các ứng dụng. Các vấn đề thường gặp như là phát lại, đóng gói và lắp ráp lại, truyền lại các gói bị

mất, sự tắc nghẽn, và điều khiển luồng nằm ngoài khả năng sửa lỗi của UDP.

Khó khăn trong việc vượt qua các tường lửa: Nhiều loại tường lửa trên mạng chặn các thông tin UDP

gây ra các lỗi trong quá trình truyền thông. Đây không phải là vấn đề lớn đối với các nhà cung cấp dịch

vụ IPTV, tuy nhiên nó cũng ảnh hưởng tới các công ty cung cấp dịch vụ Internet TV.

2.4.3 Sự khác biệt giữa TCP và UDP

Khi các nhà cung cấp dich vụ phát nội dung IPTV tới các thuê bao, điều quan trọng là các

nội dung này phải đến thiết bị của người dung đúng lúc. Nói cách khác, các gói video phải không bị

ngắt quãng. Do đó, nhà cung cấp dịch vụ cần chắc chắn trong việc sử dụng giao thức hỗ trợ khả năng

phân phối qua hạ tầng mạng.

Mặc dù TCP cung cấp các ứng dụng với nhiều đặc trưng về mạng so với UDP, nhưng các nhà

cung cấp dịch vụ IPTV không thường chọn TCP là giao thức tryền tải. Điều này chỉ ra một thực tế rằng

IPTV là ứng dụng thời gian thực và không có trễ. TCP có thể đưa ngầm vào sự phân phối nội dung

video IP do thực tế rằng giao thức sử dụng cơ chế điều khiển dòng. Đặc điểm và hạn chế của TCP đối

với phân phối chương trình thời gian thực:

Cân bằng giữa độ nhạy và độ trễ : IPTV ít nhạy với mất hoặc ngắt gói hơn là với độ trễ.



Việc truyền lại các gói nâng cao độ tin cậy của kết nối giữa máy chủ và thiết bị truy cập

IPTV. Tuy nhiên, khi việc truyền lại diễn ra nhiều thì sẽ làm độ trễ tăng lên.

TCP là giao thức kết nối liên kết : Như đã trình bày ở trên TCP yêu cầu thiết lập kết

nối logic giữa máy chủ và IPTVCD trước khi truyền các nội dung IPTV. Khi người

xem chuyển từ kênh này sang kênh khác cũng sẽ gây ra độ trễ đối với môi trường

truyền hình trực tiếp của IPTV.

Hỗ trợ sửa lỗi : TCP cung cấp nhiều tính năng, đáng chú ý là khả năng sửa lỗi và điều

khiển luồng. Tuy nhiên, việc sửa lỗi trong mạng IP video có thể làm giảm chất lượng

dịch vụ tới khách hàng.

Mất gói IP : quá trình xử lý mất các gói IPTV nhiều hay ít cũng giống như quá trình

sửa ngắt gói IPTV. Các gói bị mất cũng cần được truyền lại, gây ra ảnh hưởng bất lợi

tới dịch vụ phân phối IPTV.

Hỗ trợ điều khiển luồng : bên cạnh vấn đề sửa lỗi và thiết lập kết nới logic, giao thức

TCP còn hỗ trợ điều khiển tốc độ bit luồng dữ liệu gửi đi, có thể gây ra nhiều trở ngại

trong việc truyền và nhận nội dung IPTV. Trở ngại này xảy ra khi vùng đệm IPTV bắt

đầu tràn các gói IPTV hoặc mạng bị nghẽn. Khi xảy ra trường hợp này, máy chủ được

yêu cầu giảm tốc độ gửi các gói tin lên mạng. Nếu máy chủ thực hiện hiện yêu cầu

giảm tốc độ, có một khả năng là hình ảnh sẽ không hiển thị được khi tốc độ giảm. Nếu

bản tin dừng thực hiện, dịch vụ IPTV sẽ tắt hoàn toàn.

Không hỗ trợ đa truyền thông : TCP không hoạt động hiệu quả trong môi trường đa

truyền thông. Do đó, UDP là lựa chọn tốt hơn TCP đối với các dịch vụ truyền thông

như các ứng dụng đa truyền thông IPTV và truyền quảng bá.

Đặc điểm của truyền video: video bao gồm một chuỗi các ảnh liên tiếp, bất cứ khi nào xảy ra

ngắt với tốc độ mà tại đó các hình ảnh này được xử lí và hiển thị trên ITVCD cũng làm giảm chất

lượng hình ảnh hiển thị và ảnh hưởng tới người sử dụng. Thời gian xử lí mỗi ảnh riêng biệt chỉ mất

khoảng một phần của giây. Nếu sử dụng TCP để sửa lỗi do ngắt, cơ chế sửa lỗi như sau:

IPTVCD sẽ báo gói dữ liệu bị lỗi bằng việc đặt cờ.

Một bản tin sẽ được gửi tới máy chủ IPTV để thông báo cho ứng dụng biết 1 trong các

gói nhận được bị ngắt.

Dưới sự quản lí của TCP, máy chủ cần phải tìm ra và gửi lại gói bị ngắt.

IPTV CD nhận được gói mới trong vung đệm và hiển thị nội dung video trong gói đó.

Trong khi TCP thực hiện các bước ở trên, IPTVCD phải chờ gói bị lỗi được truyền lại và phải

để trống luồng video hoặc bỏ qua gói truyền lại khi nhận được. Do đó kĩ thuật sửa lỗi của TCP là không

cần thiết.

Đây là những nguyên nhân chính TCP ít được sử dụng trong IPTV trực tiếp. TCP được dùng

trong các ứng dụng khác như e-mail, download các chương trình Internet TV.

Mặc dù, độ tin cậy và khả năng sử lỗi của UDP không bằng TCP nhưng UDP là giao thức



được lựa chọn để phân phát các dịch vụ IPTV. UDP có các nhược điểm sau : không có khả năng tìm

và sửa lỗi. Vấn đề này được khắc phục bằng cách gắn các hàm sửa lỗi vào các ứng dụng IPTV chạy

trên các mạng hoặc trong chính các dòng video.

2.6 Lớp IPSau lớp truyền tải là lớp IP, nhiệm vụ chính của lớp này là đưa các dữ liệu tới các vi trí mạng

riêng biệt thông qua nhiều mạng độc lập được liên kết với nhau gọi là liên mạng. Lớp này được sử

dụng để gửi các dữ liệu thông qua các đường khác nhau tới đích. IP là giao thức tốt nhất được sử dụng

trong lớp liên mạng, giao thức này cung cấp dịch vụ phân phát gói cơ bản cho tất cả các dịch vụ

IPTV. Các loại dịch vụ này với hệ thống truyền đơn điểm, nơi các gói được truyền từ nguồn tới một

IPTVCD đích, khác với hệ thống truyền đa điểm nơi mà các gói được truyền từ máy chủ tới nhiều

IPTVCD.

IPv4 là giao thức phổ biến nhất được sử dụng trong mạng IPTV ngày nay. Nhiệm vụ chính

của IP là phân phát các bit dữ liệu trong các gói từ nguồn tới đích. IP sử dụng kỹ thuật có hiệu quả cao

nhất để phân phát dữ liệu, nói cách khác không có tiến trình nào đảm bảo quá trình phân phát thông

tin qua mạng. Các khối cơ sở của giao thức IP là các đoạn bit dữ liệu được đặt trong các gói và được

định địa chỉ.

Gói IP là đơn vị dữ liệu bao gồm dữ liệu video thực và các thông tin của việc nhận video từ

trung tâm cung cấp dữ liệu IPTV tới đích IPTVCD. Thành phần chính của một gói IPv4 được mô tả

trong hình 4.11 và bảng 4.6.

Cách đánh địa chỉ IP : trong môi trường IPTV, địa chỉ IPv4 thường được dùng để định nghĩa

IPTVCD và trung tâm cung cấp dữ liệu. Địa chỉ IPv4 là chuỗi 4 số được ngăn cách với nhau bằng các

dấu chấm để định nghĩa 1 cách chính xác vị trí vật lí của 1 thiết bị, ví dụ như set-top box, trong mạng.

Địa chỉ IPv4 gồm 32 bit trong hệ nhị phân. Các số nhị phân này được chia thành 4 octet, mỗi octet 8 bit,

mỗi octet được đại diện bởi 1 số hệ thập phân nằm trong khoảng từ 0 đến 255. Mỗi octet được ngăn

cách bởi 1 dấu chấm trong hệ thâp phân. Địa chỉ IP được tổ chức thành 2 phần:

Địa chỉ mạng dùng để định nghĩa mạng băng rộng mà IPTVCD kết nối tới.

Địa chỉ host dùng để định nghĩa các thiết bị IPTV.

Hình 4.11 Định dạng gói video IPv4



Bảng 4.6 Cấu trúc gói video IPv4


Phiên bảnChỉ ra phiên bản của IP được sử dụng trên mạng _ IPv4 hay

IPv6

Độ dài HeaderMô tả kích thước của header, giúp cho IPTVCD nhận ra

payload của dữ liệu video bắt đầu ở đâu

Loại dịch vụ

Còn được biết là điểm mã phân biệt dịch vụ DSCP

(Differentiated services code point). Trường này khá quan

trọng cho việc phân phối nội dung IPTV bởi vì nó cho nhà

cung cấp dịch vụ thiết đặt loại nội dung được mang trong

gói dữ liệu. Thông tin này sau đó được xử lí bởi bộ định

tuyến IP trong hệ thống mạng. Điều này cho phép các bộ

định tuyến chấp nhận và làm cho mức chất lượng dịch vụ

thích hợp với những loại lưu lượng khác nhau

Tổng chiều dài

Báo cho IPTVCD biết toàn bộ chiều dài của gói IPTV. Giá

trị này có độ dài 16bit, có nghĩa là một gói có thể có kích

thước tối đa là 65535 byte

thẻ nhận dạng

Được bộ định tuyến sử dụng để phân một gói lớn thành

nhiều mảnh nhỏ. Khi được phân mảnh, bộ định tuyến sử

dụng trường này để phân biệt các mảnh khác nhau của gói

ban đầu

Cờ

Các cờ xác định các kiểu phân mảnh khác nhau, hoặc gói là

một mảnh, hoặc nó được cho phép phân mảnh, hoặc gói đó

là mảnh cuối cùng hay có thêm mảnh khác.

Độ dời của mảnh

Khi một gói IPTV được phân mảnh và chuyền đi qua mạng

thì chức năng của IPTVCD là tổng hợp các mảnh theo đúng

thứ tự. Trường này đánh số mỗi mảnh, cho phép IPTVCD

tổng hợp lại theo đúng thứ tự

Thời gian sống

Vì một gói IP chuyền qua mạng, trường thời gian sống sẽ

được mỗi bộ định tuyến dọc theo đường truyền kiểm tra và

giá trị bên trong trường này sẽ được giảm dần. Quá trình

này tiếp tục cho đến khi giá trị trường này giảm về 0. Khi

điều này xảy ra có nghĩa là gói này hết hạn và sẽ bị loại bỏ.

Chức năng chính của trường này là để loại bỏ các gói trên

mạng mà không có khả năng truyền đến đích. Điều này sẽ

làm giảm tắc nghẽn trên mạng. Giá trị của trường này trong

khoảng từ 30 đến 32.

Giao thức Trường dài 8 bit, chỉ ra loại giao thức đóng gói bên trong



datagram IP. Nếu giá trị là một thì sau đó ICMP được dùng,

là hai tương ứng với IGMP, là 6 được sử dụng cho lưu

lượng TCP, và 17 được sử dụng cho ứng dụng UDP

Kiểm tra tổng

header

cho phép IPTVCD tách datatgram khỏi header lỗi. Gói bị lỗi

thường bị IPTVCD loại bỏ hay hủy

Địa chỉ nguồn

Chứa địa chỉ IP của thiết bị gửi gói IPTV. Trong môi trường

IPTV, thiết bị gửi thường là máy chủ VoD hoặc là bộ mã

hóa.

Địa chỉ đíchChứa địa chỉ của thiết bị nhận được chỉ định. Trong môi

trường IPTV, địa chỉ này thường là địa chỉ của IPTVCD

Tùy chọn và đệmĐược nhà cung cấp IPTV sử dụng để cung cấp thêm các đặc

điểm khác

Dữ liệu Là nội dung video

2.7 Lớp liên kết dữ liệuLớp liên kết dữ liệu lấy các dữ liệu thô từ lớp IP và định dạng chúng thành các gói phù hợp để

truyền qua mạng vật lí. Chú ý, lớp liên kết dữ liệu khác với các giao thức mạng. Kĩ thuật Ethetnet là

một trong những kĩ thuật phổ biến hơn được sử dụng trong hệ thống IPTV. Lớp liên kết dữ liệu bao

gồm các chức năng dành cho các mạng dựa trên Ethernet :

Encapsulation : Lớp này thêm vào các gói IPTV 1 header. Ethernet header là loại

Encapsulation phổ biến nhất dùng trong lớp liên kết dữ liệu của IPTVCD. Các thành

phần cơ bản của Ethernet header được giải thích trong bảng 4.7.

Định địa chỉ : Lớp liên kết dữ liệu xử lí các địa chỉ vật lí của mạng người sử dụng và

các thiết bị chủ. Hệ thống địa chỉ khác nhau với các topo mạng. Ví dụ, địa chỉ MAC

được sử dụng trong mạng Ethernet. Mỗi thiết bị kết nối với mạng IPTV thì có 1 địa

chỉ MAC. Độ dài của địa chỉ MAC là 48 bit và thường được biểu diễn bằng 12 số

trong hệ 16. Trong 12 số hệ 16 này, 6 số đầu tiên để dành cho nhà sản xuất thiết bị

IPTV và các số còn lại được dùng để định nghĩa giao diện mạng ảo.

Kiểm tra lỗi : chức năng kiểm tra lỗi được dung trong vài lớp mô hình IPTV, bao

gồm cả lớp liên kết dữ liệu. Các gói bị ngắt là lỗi thường gặp trong quá trình truyền

các nội dung video qua mạng dựa trên IP. Phương pháp sửa lỗi thường dùng là kiểm

tra dư thừa vòng CRC trong IPTV để tìm và loại bỏ các gói bị ngắt.

Điều khiển luồng : Điều khiển luồng là một trong chức năng của lớp truyền tải. Trong

mạng IPTV, điều khiển luồng cho thiết bị IPTV của người sử dụng không bị tràn bởi

các nội dung. Lớp liên kết dữ liệu cùng với lớp truyền tải thực hiện bất kì yêu cầu điều

khiển luồng nào.



Bảng 4.7 Cấu trúc của Ethernet header

Tên trường

trong

Header

Kích thước

(bit)

Chức năng

Địa chỉ đích

mạng

Ethernet

48 Chỉ ra địa chỉ của giao diện đích

Địa chỉ

nguồn mạng

Ethernet

48 Chỉ ra địa chỉ của giao diện nguồn

Loại mã 16

Chỉ ra giao thức được sử dụng trong việc định dạng

gói. Ví dụ kiểu gói "TCP/IP" chứa giá trị kiểu hex

"0 x 80 0 x 00"

Bảng 4.8 Cấu trúc khung Ethernet được dùng để mang nội dung MPEG-2

Mô tả Kích thước

Các dòng gói truyền

tải MPEG bảy

Mỗi gói có kích thước 188 byte (184 byte chứa nội dung

video, cộng với 4 byte được dùng làm thông tin header).

Gói MPEG - TS bảy này chiếm 1316 byte (10528 bit)

của khung

Tiêu đề RTP Tiêu đề này chiếm 12 byte của khung Ethernet

Tiêu đề UDP Tiêu đề này chiếm 8 byte của khung Ethernet

Tiêu đề IP Tiêu đề này chiếm 20 byte của khung Ethernet

Tiêu đề Ethernet Tiêu đề này chiếm 14 byte của khung Ethernet

2.8 Lớp vật lýLớp vật lí quy định luật lệ truyền các bit số qua mạng. Nó đề cập đến việc đưa các dữ liệu

qua các mạng vật lí riêng biệt như x DSL, và không dây. Lớp này định nghĩa cấu hình mạng vật lí,

thông số kĩ thuật, điện trong môi trường truyền.

Khi dòng bit được truyền qua mạng, các gói được chuyển từ lớp thấp đến lớp cao trong

mô hình truyền thông IPTV. Ví dụ lớp liên kết dữ liệu sẽ kiểm tra các gói và loại bỏ đi phần header

Ethernet và trường sửa lỗi CRC. Tiếp đó sẽ kiểm tra trường kiểu mã của Ethernet header và xác định

gói cần được xử lý bởi giao thức IP. Do đó gói dữ liệu được chuyển lên lớp mạng, lớp mạng kiểm tra

và loại bỏ đi phần IP header và chuyển gói đó lên lớp truyền tải. Phương pháp bỏ đi phần header khi

qua các lớp khác nhau gọi là bóc gói. Quá trình này tiếp tục được thực hiện cho tới khi gói dữ liệu lên

đến tầng trên cùng trong mô hình và hình ảnh gốc được thể hiện trên màn hình TV của người xem.



Bảng 4.9 Tổng kết các lớp trong mô hình IPTV

STT

LớpTên lớp Tổng quan

1 Vật lý

Xác định các thuộc tính của các phương tiện truyền

thông trong mạng chịu trách nhiệm truyền các bit dữ

liệu IPTV

2 Liên kết dữ liệu

Quản lý các cơ chế được sử dụng để truy cập thiết bị

truyền thông trong mạng. Kiểm soát lỗi, đồng bộ và

điều khiển luồng là những chức năng khác mà lớp này

cung cấp.

3 IP

Chức năng của lớp này có quan hệ với việc định tuyến

các gói IP truyền trên mạng. Các cơ chế như là đánh địa

chỉ và điều khiển tắc nghẽn thương được lớp IPTVCM

này sử dụng

4 Giao vận

Chức năng chính của lớp này là để đảm bảo rằng các

gói IPTV đến được đích. TCP và UDP đều vận hành tại

lớp này

5 RTP (tùy chọn)

Mặc dù UDP là giao thức được lớp giao vận ưu tiên sử

dụng hơn cho việc phân phối nội dung IPTV trên mạng

băng rộng, nhưng nó cũng ko phải là giao thức đang tin

cậy và nó không hỗ trợ việc sửa lỗi hay giải quyết vấn

đề các gói đến IPTVCD không theo đúng thứ tự. Do đó,

một số các nhà cung cấp dịch vụ sử dụng RTP để giải

quyết những thiếu hụt cỗ hữu trong giao thức UDP.

6Xây dựng dòng

truyền tải

Lớp này đóng gói các dòng bít video và audio. Các gói

có độ dài 188 byte

7Lớp đóng gói

Video

Lớp này tạo một dòng các gói PES đã được đánh dấu

thời gian

8 Mã hóa Video

Các dòng audio và video cơ bản làm thành nền tảng cho

lớp IPTVCM. Định dạng của dòng truyền được sử dụng

ở lớp này phụ thuộc vào thuật toán nén sử dụng bởi bộ

mã hóa

III. Ưu điểm của IPTV Truyền hình số được định thời một cách chính xác, là dòng dữ liệu liên tục có tốc độ bit

không đổi, thường hoạt động trên các mạng mà mỗi tín hiệu được truyền đều phục vụ cho mục

đích truyền hình. Trái với truyền hình, mạng IP truyền những loại dữ liệu khác nhau từ rất nhiều



nguồn trên một kênh chung, bao gồm thứ điện tử, trang web, tín nhắn trực tiếp, tiếng nói qua IP

(VoIP) mà nhiều loại dữ liệu khác. Để truyền đồng thời những dữ liệu này, Mạng Internet phân

thông tin thành các gói. Như vậy, rõ ràng là IP và truyền hình không phải là một sự kết hợp hoàn

hảo về công nghệ.

Việc chọn các mạng dựa trên IP để truyền tín hiệu truyền hình có thể thành năm điểm sau:

Mạng IP băng rộng đã vươn tới rất nhiều gia đình ở nhiều nước, các nhà cung cấp

dịch vụ truyền hình có thể sử dụng những mạng này để phát các dịch vụ truyền hình

mà không cần xây dựng hệ thông mạng riêng của họ.

IP có thể đơn giản công việc phát các dịch vụ truyền hình mới, như là chương trình

tương tác, truyền hình theo yêu cầu…

Giá thành của mạng IP tiếp tục giảm do số thiết bị được sản xuất mỗi năm rất lớn và

sự tồn tại của các chuẩn trên toàn thế giới.

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

tăng rất nhanh.

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

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

IP cung cấp cơ chế để định hướng truyền gói giữa các thiết bị được liên kết trong mạng. IP là

một giao thức phổ biến được sử dụng khắp các mạng Internet và hàng triệu các mạng khác có sử

dụng IP.

Với việc sử dụng các mạng IP để truyền dẫn tín hiệu truyền hình, việc xem truyền hình hiện

đại sẽ rất khác so với xem truyền hình trước đây. Các tín hiệu truyền hình bây giờ không khác gì

những dữ liệu khác. Nhờ đó, ngoài các kênh truyền hình quảng bá truyền thống, chúng ta sẽ có

thêm những kênh truyền hình riêng biệt, tương tác để thỏa mãn nhu cầu của từng người.

Những ưu điểm nổi bật của IPTV :

Người xem sẽ không bỏ lỡ bất kỳ phần nào của chương trình ưa thích thông qua chức

năng tạm dừng, lưu lại, lướt nhanh …

IPTV cho phép bạn ghi lại các chương trình yêu thích của bạn để bạn có thể xem

chúng ở một thời điểm thuận tiện. Hơn nữa, bạn có thể ghi lại nhiều chương trình

cùng một lúc thông qua IPTV.

IPTV đảm bảo chất lượng cao của âm thanh và hình ảnh, gần giống như khi một đĩa

DVD.

Người dùng có thể lựa chọn những bộ phim mình ưa thích và xem bất cứ lúc nào họ

muốn thông qua dịch vụ VoD.

IPTV không bị ảnh hưởng bởi những thay đổi trong thời tiết không giống như truyền

hình cáp và DTH. Bên cạnh là một dịch vụ chất lượng cao, IPTV hầu như không bị

gián đoạn đường truyền do thời tiết xấu.

Vì IPTV là một công nghệ mới nên không tránh được các nhược điểm sau :



Vì IPTV là dựa trên giao thức Internet, nên nhạy cảm với sự trễ gói, mất mát và kết

nối IPTV không phải là đủ nhanh.

Phụ thuộc vào tốc độ của đường truyền xDSL.

Chi phí cao.

IV. So sánh IPTV với truyền hình Internet và CATV, DTH4.1 IPTV và iTV

Do đều được truyền trên mạng dựa trên giao thức IP, người ta đôi lúc hay nhầm IPTV là truyền

hình Internet. Tuy nhiên, 2 dịch vụ này có nhiều điểm khác nhau:

Các nền khác nhau

Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet công cộng để phân phát các nội dung video

tới người sử dụng cuối.

IPTV sử dụng mạng riêng bảo mật để truyền các nội dung video đến khách hàng. Các

mạng riêng này thường được tổ chức và vận hành bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV.

Về mặt địa lí

Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sỡ hữu và điều khiển không cho phép

người sử dụng internet truy cập. Các mạng này chỉ giới hạn trong khu vực địa lí cố định.

Trong khi, mạng internet không có giới hạn về địa lí, người dùng internet nào cũng có

thể xem truyền hình internet ở bất kì đâu trên thế giới.

Quyền sở hữu hạ tầng mạng

Khi nội dung video được gửi qua mạng Internet công cộng, các gói sử dụng giao thức

Internet mạng nội dung video có thể bị trễ hoặc mất khi nó di chuyển trong các mạng khác nhau tạo

nên mạng Internet công cộng. Do đó, nhà cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh qua mạng Internet

không đảm bảo chất lượng truyền hình như với truyền hình mặt đất, truyền hình cáp hay truyền hình

vệ tinh. Thực tế là các nội dung video truyền qua mạng Internet khi hiển thị trên màn hình TV có thể

bị giật và chất lượng hình ảnh thấp.

Trong khi, IPTV chỉ được phân phối qua một hạ tầng mạng của nhà cung cấp dịch vụ.

Do đó người vận hành mạng có thể điều chỉnh để có thể cung cấp hình ảnh với chất lượng cao.

Cơ chế truy cập

Một set-top box số thường được sử dụng để truy cập và giải mã nội dung viedeo được

phân phát qua hệ thống IPTV , trong khi PC thương được sử dụng để truy cập các dịch vụ Internet. Các

loại phần mềm được sử dụng trong PC thường phụ thuộc vào loại nội dung truyền hình Internet. Ví dụ

như, để download các chương trình TV từ trên mạng Internet, đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm

media cần thiết để xem được nội dung đó. Hay hệ thống quản lí bản quyền cũng cần để hỗ trợ cơ chế truy

cập.

Giá thành

Phần trăm nội dung chương trình được phân phát qua mạng Internet công cộng tự do

thay đổi. Điều này khiến các công ty truyền thông đưa ra các loại dịch vụ dựa trên mức giá thành. Giá

thành các loại dịch vụ IPTV cũng gần giống với mức phí hàng tháng của truyền hình truyền thống.



Các nhà phân tích mong rằng truyền hình Internet và IPTV có thể hợp lại thành 1 loại hình dịch vụ

giải trí.

4.2 IPTV và CATV, DTHNhư đã phân tích ở trên, so với IPTV thì CATV và DTH thường gặp phải các vấn đề sau:

a/ Tín hiệu tại thuê bao nhiễu

Do mức tín hiệu tại thuê bao thấp. Cần đo kiểm tra mức tín hiệu tại đầu vào của tivi.

Nguyên nhân và cách khắc phục:

- Cáp thuê bao quá xa. Thiết kế và thi công bổ xung mạng cáp vào sát nhà thuê bao hơn nữa.

- Hộp kênh của tivi bị hỏng, các kênh thu được chất lượng không đồng đều

- Đầu nối vào thuê bao tại hộp thiết bị đã qua nhiều tầng chia. Kiểm tra và thay thế các bộ

chia thành 1 bộ chia nhiều đường cho phù hợp.

- Kênh đang sử dụng bị xuyên nhiễu từ các hệ thống vô tuyến bên ngoài (số mặt đất, điện

thoại di dộng, ....). Tăng cường khả năng bọc kim chống can nhiễu, nhất là tại điểm đấu giữa tivi

và cáp. Kiểm tra mạng xem có vị trí nào bị hở vỏ bọc kim loại hoặc thiết bị lắp đặt chưa kín

b/ Tín hiệu bị nhấp nháy

Khi xem tín hiệu tại tivi thấy lúc có hình lúc không.

Nguyên nhân và biện pháp khắc phục:

Điện áp nguồn cấp cho khuếch đại không đủ. Do 2 lý do: điện áp nguồn cấp vào hệ thống

không đủ 220 V~ hoặc trên mạng có điểm cáp bị ôxy hoá gây ra điện trở cao. Đo kiểm tra điện

áp nguồn, nếu không đủ thì lắp ổn áp. Kiểm tra tuyến cáp nghi là điện trở thay đổi, tháo đầu jack

kiểm tra. Nếu cáp đã bị ôxy hoá quá nhiều thì phải thay cáp. Lắp bổ xung nguồn điện.

c/ Các kênh tín hiệu có mức không đồng đều

Khi đo bằng đồng hồ đo hiển thị dải phổ thấy các kênh có mức tín hiệu không đồng đều.

Nguyên nhân: lỗi khi làm jack, cáp bị biến dạng.

Kiểm tra lại jack, làm lại jack để đảm bảo kết nối, thay thế đoạn cáp bị biến dạng.

d/ Hình bị các vạch xước ngang

Hình ảnh trên màn hình tivi có các vạch xước ngang mầu trắng.

Nguyên nhân: mức đầu vào khuếch đại vượt mức ngưỡng, dẫn đến hiện tượng đỉnh tín hiệu

bị cắt, những xung tín hiệu đạt mức đỉnh sẽ hiển thị là xung trắng trên màn hình.

Đo kiểm tra mức tín hiệu đầu vào của khuếch đại, lắp đặt bổ xung thiết bị để điều chỉnh mức

tín hiệu đảm bảo chất lượng tín hiệu đầu vào như thiết kế đối với khuếch đại.

e/ Tín hiệu có vạch ngang liên tục hết màn hình

Trên màn hình tivi có nhiều vạch ngang mầu trăng như dòng kẻ đi hết màn hình.

Nguyên nhân: trùng tần số với một kênh truyền hình khác của hệ thống truyền hình quảng bá.

Kiểm tra việc bọc kim chống nhiễu trên hệ thống, đặc biệt tại jack tivi.

f/ Mất tín hiệu

Không thu được tín hiệu trên tivi.



Nguyên nhân: cáp tín hiệu bị đứt, mất nguồn khuếch đại.

Kiểm tra phạm vi mất tín hiệu, đánh giá trên sơ đồ mạng cáp để phán đoàn khả năng mất tín

hiêu do nguyên nhân nào. Gọi điện đến nhà cung cấp điện, nếu báo mất điện thì chờ khi có điện

lại rồi kiểm tra tín hiệu tại thuê bao. Nếu không bị mất điện thì ra hiện trường kiểm tra đo đạc

thực tế trên mạng để xác định vị trí đứt cáp, hỏng thiết bị. Lên phương án và tiến hành thay thế.

g/ Tín hiệu mầu bị vằn

Hình ảnh có những vạch lượn sóng dọc theo màn hình.

Nguyên nhân: Tín hiệu bị sai pha mầu, có thành phần hài nằm xen vào sóng mang mầu. Sử

dụng phân tích phổ đo kiểm tra xem có thành phần tần số lạ nằm trong băng tần của kênh bị

nhiễu hay không. Nếu có thì phải kiểm tra và thay thế khuếch đại trên hệ thống.

h/ Chất lượng tín hiệu tại thuê bao xấu đi đột ngột

Khách hàng đang xem bình thường đột nhiên thấy tính hiệu một vài kênh bị xấu.

Nguyên nhân: đường truyền tín hiệu từ mạng đến nhà khách hàng bị thay đổi đột ngột. Biến

dạng vỏ cáp, bị đóng đinh vào cáp, vỏ cáp bị rách...... Cần kiểm tra lại tuyến cáp đến nhà thuê

bao hoặc tuyến cáp trục đến hộp cấp tín hiệu cho thuê bao, hoặc thiết bị chia cho thuê bao có thể

hỏng một đường.

Chương V : Kết luận và khả năng ứng dụng



I. Kết luậnIPTV (Internet Protocol Television) là một hệ thống mà ở đó dịch vụ truyền hình số nhận

được nhờ giao thức Internet Protocol thông qua một cấu trúc mạng, có thể bao gồm bởi một kết

nối băng rộng. Thay vì nhận được nội dung chương trình truyền hình từ các phương thức truyền

thống hay qua cáp quang, người xem tiếp nhận tín hiệu truyền hình thông qua mạng máy tính.

Với người sử dụng, IPTV thường được cung cấp theo dạng Video theo yêu cầu (Video on

demand – VoD) và có thể bao gồm các dịch vụ Internet như truy cập Web và VoIP. Gói thương

mại gồm IPTV, VoIP và truy cập Internet thường được nhắc đến như là dịch vụ “Triple Play”

(trường hợp thêm cả dịch vụ di động sẽ gọi là “Quadruple Play”). IPTV thường được cung cấp

bởi các nhà cung cấp sử dụng hạ tầng mạng đóng. Phương pháp mạng đóng này là một đối thủ

cạnh tranh với phương pháp thu nhận tín hiệu truyền hình thông qua mạng Internet công cộng,

được gọi là Truyền hình Internet. Về mặt thương mại, IPTV có thể sử dụng để nhận tín hiệu

truyền hình thông qua mạng LAN.

1.1 Tính ưu việtNền tảng trên cơ sở IP mang đến cho IPTV những ưu việt rõ rệt, trước hết phải kể tới khả

năng tích hợp truyền hình với các dịch vụ trên cơ sở truy cập Internet tốc độ cao và VoIP.

Một mạng chuyển mạch IP còn cho phép nhận được nhiều nội dung hơn và nhiều chức

năng hơn. Với một TV thông thường hay một mạng vệ tinh, việc sử dụng công nghệ quảng bá,

toàn bộ nội dung là giống nhau đối với tất cả các khách hàng, và các khách hàng thực hiện việc

thay đổi nội dung tại bộ set-top box. Khách hàng có thể lựa chọn từ nhiều dịch vụ như điện thoại,

cáp hay vệ tinh đã được gửi tới tận nhà ở của họ. Một mạng chuyển mạch IP lại hoạt động hoàn

toàn khác. Nội dung chương trình đã có sẵn trên mạng, và chỉ nội dung nào được khách hàng lựa

chọn mới được gửi tới nhà của khách hàng. Điều này giúp giải phóng cho kênh truyền không bị

gới hạn bởi băng thông và do vậy cho phép khách hàng có thể lựa chọn giới hạn tối thiểu cho

kênh truyền tới nhà của mình tuỳ thuộc vào nội dung mình lựa chọn. Điều này cũng hàm ý rằng

sự riêng tư của khách hàng có thể thoả hiệp để có sự mở rộng hơn khả năng có thể so với TV

truyền thống hay các mạng vệ tinh.

1.2 Tính tương tácTrên nền IP nên cho phép đưa tới những cơ hội lớn cho người xem truyền hình ngoài tính

năng tương tác và các sở hữu cá nhân. Nhà cung cấp có thể lồng thêm một bản chỉ dẫn chương

trình cho phép người xem tìm kiếm nội dung bằng một thông tin hay tên của diễn viên, hay như

chức năng “hình trong hình – picture-in-picture” cho phép họ “lướt kênh – channel surf” khi

không cần phải chuyển kênh mà họ đang xem. Người xem có thể tìm hiểu về tình trạng của các

cầu thủ khi họ đang xem các chương trình thi đấu thể thao hoặc điều khiển góc quay của Camera.

Thậm chí họ còn có thể xem ảnh hoặc nghe nhạc từ PC trên TV của mình, sử dụng điện thoại

không dây để đặt lịch ghi hình các chương trình ưa thích, hay xa hơn nữa là đưa ra các điều



khiển của các bậc cha mẹ để con cái họ có thể xem tài liệu về báo cáo của trường học trong khi

họ đang ở xa nhà.

Cũng cần lưu ý rằng, các tính năng này dù ở những mức độ khác nhau nhưng đều có thể

thực hiện được bởi các hệ thống trước đây như truyền hình số mặt đất, vệ tinh hay mạng cáp

thông qua một set-top box.

1.3 VODTính năng Video theo yêu cầu VOD cho phép khách hàng truy cập trực tiếp vào chương

trình hoặc catalogue phim để xem đoạn phim quảng cáo và sau đó lựa chọn chương trình cho

mình theo ý thích. Chương trình đã chọn sẽ được phục vụ gần như tức thời trên TV hay PC của

khách hàng.

Về mặt kỹ thuật, khi khách hàng lựa chọn chương trình, một kết nối điểm tới điểm đã

được thiết lập giữa bộ giải mã (Set-top-box hay PC) của khách hàng và Server mạng. Các chức

năng (pause, slow-motion, wind/rewind...) được đảm bảo bởi RTSP (Real Time Streaming

Protocol).

Các bộ Codec thường dùng cho VOD là MPEG-2, MPEG-4 và VC-1. Nhằm ngăn ngừa

tình trạng in sao lậu, các nội dung VOD thường được khoá mã. Trong khi các khoá mã của các

hệ thống truyền hình vệ tinh, cáp là những công nghệ cũ thì đối với IPTV chúng có thể hiệu quả

hơn vì sử dụng công nghệ quản lý bản quyền số. Một phim đã được chọn, ví dụ có thể xem trong

vòng 24 giờ, sau thời gian đó là không thể.

1.4 Chức năng ba trong một – triple playThông thường, tín hiệu truyền hình được đưa tới TV thông qua một đường cáp hoặc từ

một Antenna mặt đất, còn tín hiệu điện thoại được đưa tới bằng một đường khác và tín hiệu

Internet lại đến từ một đường khác nữa. Cả hai nhà cung cấp dịch vụ cáp và điện thoại đều đã

đưa ra giải pháp truyền cả ba dịch vụ trên trong một dây dẫn, tuy nhiên giá cả đều cao. Chức

năng ba trong một của IPTV được hiểu là các tín hiệu điện thoại, số liệu và Video được gói

chung vào rồi đưa tới một kết nối duy nhất. Chức năng ba trong một của IPTV còn có nghĩa là sự

kết hợp của ba dịch vụ (Tín hiệu Video, thoại và Internet) được gói chung với nhau tạo rất nhiều

thuận tiện cho khách hàng nhưng chỉ đòi hỏi một chi phí thấp hơn nhiều so với các công nghệ cũ.

Người ta còn có thể tích hợp thêm cả dịch vụ không dây vào hệ thống. Có thể nói chức năng ba

trong một không là vấn đề gì đáng kể đối với IPTV nhưng nó xứng đáng là một thành quả quan

trọng đối với lĩnh vực Video.

1.5 Các dịch vụ hội tụ trên cơ sở IPTV

Một ưu việt nữa của mạng IP là khả năng tích hợp và hội tụ. Các dịch vụ hội tụ tạo ra sự

tương tác lẫn nhau của các dịch vụ tưởng như không hề có sự liên quan với nhau thành các dịch



vụ với một giá trị mới. On-Screen Caller ID là một ví dụ điển hình, lấy Caller ID trên TV của

bạn và khả năng duy trì nó (gửi nó tới Voice mail chẳng hạn). Các dịch vụ trên cơ sở IP sẽ giúp

cho khách hàng khả năng truy cập nội dung thông qua TV, PC hay điện thoại di động bất cứ đâu

hay bất cứ thời điểm nào đồng thời tích hợp các dịch vụ và nội dung với nhau. IPTV không phải

xây dựng hai hạ tầng song song để nhận các dịch vụ trực tiếp và truy cập từ server.

1.6 Những hạn chếDo IPTV yêu cầu truyền dẫn dữ liệu thời gian thực và sử dụng giao thức Internet, nên nó

nhậy cảm với sự tổn hao gói và trễ khi kết nối IPTV không đủ nhanh hay hình ảnh bị nứt vỡ hoặc

bị mất nếu dòng dữ liệu không đảm bảo. Nhược điểm này của IPTV được cải thiện về cơ bản khi

dòng IPTV được truyền tải thông qua các kết nối không dây. Sự phát triển của công nghệ không

dây hiện nay đã bắt đầu cung cấp các thiết bị để giải quyết triệt để tồn tại này.

Hiện nay, hạ tầng mạng của Vịêt Nam còn nhiều hạn chế nên việc phát triển IPTV ở

nước ta còn gặp rất nhiều khó khăn. Hy vọng, với những ưu điểm nổi trội của IPTV và sự phát

triển nhanh chóng của hạ tầng mạng, trong một tương lai gần IPTV sẽ trở thành thân thuộc và

gần gũi với người dân Việt Nam.

II. Tình hình phát triển dịch vụ IPTV tại Việt NamTại Việt Nam, hiện có nhiều nhà khai thác dịch vụ viễn thông lớn đang cạnh tranh nhau nhằm

cung cấp cho khách hàng các dịch vụ băng rộng với chất lượng cao và giá rẻ. Họ cũng đã nhận ra

xu hướng phát triển của truyền hình trực tuyến và video theo yêu cầu, và đang có những bước đi

mạnh mẽ. Một số Website cung cấp thử nghiệm các chuơng trình truyền hình trực tuyến của

VietNamNet, Công ty VTC, Đài truyền hình thành phố Hồ Chí Minh đã ghi nhận số lượng truy

cập rất lớn, cho thấy sức hấp dẫn của dịch vụ này đối với công chúng.

Tuy nhiên, cho đến nay tại Việt Nam mới chỉ có FPT Telecom là doanh nghiệp viễn thông

đầu tiên chính thức khai thác và cung cấp dịch vụ IPTV trên hệ thống mạng băng rộng

ADSL/ADSL2+ từ ngày 03/03/2006 sau một năm thử nghiệm và hiện tại đã có 500 khách hàng

thử nghiệm đầu tiên. FPT Telecom đã mua các thiết bị nhận sóng từ vệ tinh để truyền trên mạng

và cũng đã ký kết bản quyền từ VTV và HTV để phát sóng 32 kênh truyền hình trên Internet để

phục vụ cho các khách hàng của FPT. Hiện FPT đang tìm kiếm các phương thức hợp tác tương

tự như với VTC để có thêm một số kênh phim truyện của đài này. Với một thuê bao ADSL 2+

của FPT, khách hàng có thể xem một lúc 3 kênh truyền hình đồng thời. Hiện FPT đang có gần

100.000 thuê bao ADSL, FPT sẽ cung cấp dịch vụ giá trị gia tăng IPTV cho các khách hàng này.

Ngoài FPT, các doanh nghiệp khác như VNPT, Viettel cũng đang chuẩn bị cho quá trình triển

khai dịch vụ IPTV trên mạng băng rộng.

III. Ứng dụng IPTV trên WIMAX2.1 Đặc điểm



Khả năng truyền multicasting : ưu điểm lớn nhất của WiMAX là khả năng multicasting

của nó. Kỹ thuật multicasting cho phép trạm cơ sở BS (Base Station) gởi các gói video đến một

tập các trạm. Ví dụ, trực tiếp một chương trình với một số lớn người xem có thể xem được

chương trình đồng thời. Dùng đặc điểm multicasting của WiMAX, tất cả người sử dụng đều

được phục vụ chương trình mà chỉ cần một băng thông nhỏ. Điều này có thể ứng dụng mở rộng

cho bất kỳ chương trình TV nào muốn phục vụ cho nhiều người xem.

Chuyển kênh tức thời : Trên mạng IP, việc chuyển kênh gặp nhiều thách thức hơn vì tại

một thời điểm chỉ một dòng truyền video được truyền đến TV. Khi người xem TV muốn thay đổi

kênh, họ nhấn remote để gửi tín hiệu đến router trên mạng. Sau đó, router dừng gửi dòng truyền

đang thực thi để gửi dòng truyền mới dựa trên yêu cầu kênh. Điều này tạo ra một thời gian trễ

giữa thời gian router dừng gửi kênh cũ và sau đó bắt đầu gửi kênh yêu cầu mới. Điều này sẽ thực

sự tồi tệ khi router nhận nhiều yêu cầu chuyển kênh ở cùng thời điểm.

Jitter : Vấn đề khác xảy ra khi mạng IP xử lý video như cách thức xử lý dữ liệu bất kỳ

trên mạng. Trong mạng IP, dữ liệu được chia thành các gói nhỏ và sau đó gửi tách biệt. Ở đích

đến, tất cả các gói dữ liệu được tập hợp, lắp ráp lại. Khi truyền video trên mạng IP, dữ liệu video

cũng phải trải qua các quá trình tương tự. Đối với các file dữ liệu thông thường, hệ thống này

hoạt động tốt, nhưng với dữ liệu video thì lại xảy ra vấn đề. Các file video có dung lương rất lớn

và để gửi hoàn tất một file sẽ mất nhiều thời gian có thể lên đến vài giờ. Giải pháp là cho phép

play video ngay khi nhận được các gói dữ liệu video. Tuy nhiên, do các yếu tố như thay đổi định

tuyến, nghẽn mạng hoặc trôi thời gian (timing drift), các gói không đến đích theo một tốc độ

giống nhau hoặc thậm chí sai thứ tự gói. Vấn đề này gọi là jitter. Giải pháp cho vấn đề này là

dùng một bộ đệm jitter (jitter buffer). Bộ đện jitter lưu cac gói khi chúng được gửi đến. Những

gói này được tập hợp và sắp xếp lại trong bộ đệm vì thế có thể chèn được các gói đến trễ.

Thông tin cộng thêm vào dữ liệu : Trong hệ thống làm việc theo gói, mỗi lớp được cộng

thêm một lượng thông tin đáng kể vào đầu gói, do đó làm giảm hiệu quả băng thông của dữ liệu

chính nằm trong phần payload. WiMAX giải đóng gói các frame ở lớp MAC, do đó nó có thể

loại bỏ thông tin header payload và kỹ thuật nén theo thứ tự sẽ giảm số lượng thông tin cộng

thêm ở lớp vật lý và lớp MAC.

Thiết kế máy thu phát : Các hệ thống WiMAX dùng máy thu phát vô tuyến có hiệu suất

cao. Các thông số của máy thu phát có độ ổn định cao, nhiễu thấp, mức tuyến tính cao và dải

động rộng. Bên cạnh đó, để hỗ trợ IPTV và các ứng dụng video thì yêu cầu băng thông rộng

cũng được đáp ứng.

Tiêu thụ nguồn : Việc tiêu thụ nguồn là một vấn đề quan trọng khác trong thiết kế hệ

thống WiMAX nhằm hỗ trợ các dịch vụ IPTV. Một chương trình TV có thể diễn ra trong vài giờ,

do đó hệ thống phân phối sẽ tiêu thụ nguồn nhiều. Một cách tốt để giảm tiêu thụ nguồn là thực

thi các chế độ hoạt động khác nhau thay đổi theo yêu cầu (ví dụ chế độ không sử dụng, chế độ

ngủ,…) Một cách khác để tiết kiệm năng lượng là dùng máy thu có độ nhạy cao.



Khả năng hệ thống : hệ thống phải có khả năng hỗ trợ nhiều người sử dụng. Cách tốt để

gia tăng khả năng của hệ thống là dùng anten có độ lợi cao có thể phân phối trên nhiều hướng

đến một lượng lớn khách hàng.

Khả năng di động : IPTV được kỳ vọng cung cấp khả năng truy cập mọi nơi với khả năng

hỗ trợ di động. Việc cung cấp các dịch vụ đến người dùng di động luôn gặp nhiều thách thức,

đặc biệt là với các dịch vụ multimedia. Tuy nhiên, với ưu điểm của WiMAX là hỗ trợ truyền dữ

liệu ở tốc độ di chuyển cao, đặc điểm mà các hệ thống truyền hình cáp không có được đã tạo ra

ưu thế lớn cho WiMAX.

Tối đa số thuê bao : Rõ ràng, sự thành công của việc triển khai các dịch vụ IPTV được

xác định theo thời gian phát triển và của các hoạt động mang lại lợi nhuận. Việc đạt được số thuê

bao tối đa sớm nhất có thể với chương trình, dịch vụ IPTV triển khai mới là đích đến cho bất kỳ

nhà cung cấp dịch vụ nào. Trong thực tế, việc truy cập dựa trên mạng xDSL và cáp băng rộng

không phải luôn sẵn sàng đáp ứng nhất là trong một số vùng có khoảng cách địa lý lớn hoặc mật

độ người sử dụng thưa. Như một giải pháp mới hiệu quả về kỹ thuật để triển khai mạng truy cập,

WiMAX có khả năng phát triển mạng dễ dàng tương tự như các kỹ thuật mạng không dây khác,

nhưng WiMAX có cùng phủ sóng dịch vụ lớn hơn và băng thông rộng. Chi phí cho phát triển cơ

sở hạ tầng và cung cấp dịch vụ có thể giảm đến mức kinh ngạc. Việc phân phối các dịch vụ

IPTV trên WiMAX bổ sung cho khả năng cung cấp IPTV hiện nay đó là : khả năng cung cấp

dịch vụ cho số lượng tối đa các thuê bao trên cùng một cơ sở hạ tầng, và đặc biệt là cung cấp khả

năng truy cập tốt hơn đến nguốn tài nguyên nội dung video cho người sử dụng di động.

Phát triển nhanh mạng truy cập băng rộng không dây : Các công ty viễn thông đã và

đang nỗ lực tìm cách để hỗ trợ các dịch vụ triple hoặc quadruple. WiMAX được xem như một

giải pháp để cung cấp các dịch vụ mới như truy cập mạng băng rộng không dây và voice di động

trên nền IP. Việc triển khai IPTV trên WiMAX có thể đạt được hiệu quả cao như giảm chi phí

khi cung cấp được nhiều dịch vụ hơn so với các dịch vụ hiện có trên cùng một cơ sở hạ tầng.

Hỗ trợ các xu hướng tương lai: Các xu hướng tương lai của IPTV đã trình bày ở trên

như: hỗ trợ di động, cung cấp khả năng truy cập đến các nội dung không được quản lý, hỗ trợ

video chất lượng cao HDTV. Về kỹ thuật, WiMAX được hỗ trợ về cấp phát băng thông dành

riêng, và hỗ trợ nghiêm ngặt QoS cho 4 loại dịch vụ: UGS (Unsolicited Service), rtPS (real-time

Polling Service), lưu lượng BE (Best Effort). Việc hỗ trợ rtPS trong truy cập băng rộng không

dây sẽ đảm bảo các yêu cầu về băng thông đối với các nội dung được quản lý của các nhà cung

cấp dịch vụ IPTV, đặc biệt là đối với các kênh HDTV và SDTV có trả tiền. Hiện nay, ngày càng

nhiều cổng thông tin trên mạng Internet cung cấp phong phú nguồn nội dung và video theo yêu

cầu miễn phí, sức thu hút sẽ rất lớn khi cho phép không chỉ các thuê bao IPTV mà còn các người

dùng di động truy cập đến nguồn nội dung không được quản lý này mà không ảnh hưởng đến

chất lượng và hiệu năng của các nội dung có trả tiền khác. Sự kết hợp của các dịch vụ RTPS và

BE có thể được tính toán để hỗ trợ các yêu cầu này nhằm đạt được sự linh hoạt và kinh tế nhất

mà không làm ảnh hưởng chất lượng của hệ thống phân phối. Việc mở rộng khả năng hỗ trợ các



xu hướng tương lai của dịch vụ IPTV trên cơ sở hạ tầng mạng truy cập WiMAX tạo ra viễn cảnh

phát triển lâu dài hứa hẹn mang đến hiệu quả kinh tế cho hoạt động IPTV.

2.2 Giải pháp triển khai IPTV trên WiMAX2.2.1 Cấu trúc hệ thống dùng WiMAX

Sơ đồ cấu trúc một hệ thống phân phối IPTV trên WiMAX (đến một thuê bao cố

định) minh họa trong hình 5.1.

Hình 5.1 Sơ đồ cấu trúc IPTV trên WiMax

Hình 5.2 Phân phối các dịch vụ IPTV cho thuê bao cố định và di động

Từ nhà cung cấp dịch vụ (tính từ trạm WiMAX Base Station) các dòng truyền IPTV

được đóng gói vào các frame OFDM. Trước đó, một link trung gian sẽ được thiết lập giữa nhà

cung cấp dịch vụ đến trạm WiMAX Base Station. Link này thường được thiết lập dựa trên mạng

SONET, vì thế cần bộ SONET-WiMAX mapping ở phía nhà cung cấp dịch vụ và một bộ

SONET-WiMAX demaping ở trạm WiMAX Base Station. Sau đó, các frame OFDM được trạm



WiMAX phát theo các link không dây đến thuê bao. Tại trạm thuê bao (WiMAX CPE) các frame

sẽ được thu nhận và tái tạo lại các dòng truyền. Các dòng truyền này sẽ được gửi đến client IPTV

để hiển thị.

IPTV trên WiMAX như đã trình bày ở trên chỉ mới đáp ứng vai trò phân phối dịch vụ

cố định (mà thực ra không cần WiMAX thì các nhà cung cấp dịch vụ cũng đã phát triển dịch vụ

qua mạng có dây). Tuy nhiên, vấn đề hướng đến ở đây là khả năng hỗ trợ di động. Hình 5.3 sẽ

mô tả hệ thống mà IPTV được phân phối từ nhà cung cấp dịch vụ đến nhiều mạng khác nhau, từ

mạng cố định đến mạng không dây…

Bộ thích nghi content/rate adapter (xem hình 5.2) chịu trách nhiệm chuyển đổi dịch

vụ IPTV băng rộng thành dịch vụ băng rộng trên WiMAX, và thực hiện phân giải lại các gói IP

sau đó chuyển thành các dòng truyền video. Quá trình adaptation (thích nghi) phụ thuộc vào loại

mạng và chia thành 2 bước như sau: rate adtation (chuyển đổi thích nghi về mặt tốc độ) và

content adaptation (chuyển đổi thích nghi, phù hợp về dạng thức nội dung).

2.2.1Mô hình đề nghị

Mô hình đề nghị cho ứng dụng IPTV gồm sơ đố khối cho trong hình 5.3, và hình 5.4

là ngăn xếp giao thức (protocol stack) của dịch vụ IPTV. Mô hình này chú trọng đến phân loại

lưu lượng ở lớp MAC, điều chế và mã hóa thích nghi ở lớp vật lý (Physical Layer) nhằm cung

cấp sự cải thiện về tiêu chí trải nghiệm multimedia cho người dùng IPTV. Ở headend video, các

dòng truyền video được mã hóa và nén (ví dụ MPEG-2/4) từ các chương trình trực tiếp và lưu

trữ. Các kênh MPEG được đóng gói theo giao thức RTP (Real-time Transport Protocol) và

truyền theo dòng truyền UDP hoặc TCP đến lớp IP.

Hình 5.3 Mô hình hệ thống đề nghị cho các ứng dụng IPTV trên WiMax



Hình 5.4 Ngăn xếp giao thức IP để truyền IPTV

Các gói IP được đóng gói vào các frame Ethernet sau đó gửi trên mạng thông qua lớp

vật lý. Trạm WiMAX BS nhận dữ liệu này và giải đóng gói chúng vào lớp IP, sau đó đóng gói

trở lại chúng cho phù hợp với tiêu chuẩn kỹ thuật của MAC và PHY PDU. Lớp vật lý thực hiện

sửa lỗi tiến FEC, ánh xạ symbol (symbol mapping) và điều chế, bộ phát vô tuyến (radio) sẽ

truyền các tín hiệu kết quả đến các node di động. Từ đó, các dòng video được gửi đến bộ giải mã

của STB hoặc PC để tái tạo lại nội dung video. Lớp MAC và lớp vật lý cùng với bộ phát vô

tuyến sẽ được bày cụ thể hơn trong đoạn sau.

a) Lớp MAC (Medium Access Control)

WiMAX là hệ thống điểm – đa điểm (point-to-multipoint), kết nối định hướng. Giao thức lớp

MAC là một giao thức biên tập dịch vụ Dynamic (động, linh hoạt) gồm các chức năng Add

(cộng thêm), Change (thay đổi), Delete (xóa, hủy) các dịch vụ nhằm cho phép việc quản lý định

dạng payload thông điệp. Một trong những ưu điểm lớn nhất là nó hỗ trợ chất lượng QoS linh

hoạt.

Hình 5.5 trình bày một lớp MAC điển hình. BS nhận lưu lượng IP có thể chứa các loại dữ

liệu khác nhau (dữ liệu internet, voice, video,…). Tùy theo loại dịch vụ, dữ liệu được gán lưu

lượng (đạt chất lượng QoS) phân loại theo dịch vụ sử dụng: UGS, rtPS, nrtPS hoặc BS (ví dụ

dòng truyền video dùng phân loại dịch vụ RTPS).

Bộ phân loại lưu lượng (Traffic Classifier) có qui luật sắp xếp lưu lượng đến theo mức độ ưu

tiên của chất lượng QoS yêu cầu. Trước tiên, nó trích thông tin header từ các gói IP và gửi đến

khối quản lý kết nối (Connection Management).



Hình 5.5 Lớp MAC hỗ trợ chất lượng QoS

Hình 5.6 Cấu trúc lớp vật lý

Dựa trên thông tin header, khối quản lý kết nối gán một FlowID duy nhất cho mỗi gói.

FlowID sẽ chứa thông tin về loại dịch vụ, loại kết nối cho mỗi gói và sẽ được gán theo giao thức

quy định chất lượng QoS trong cơ sở dữ liệu QoS. Với các dịch vụ IPTV, giao thức này đã được

gán với các thông số sau: Minimum / Maximum Delay, Minimum / Maximum Data Rate,

Retransmission and Requests Policy,… Bộ phân loại lưu lượng căn cứ trên FlowID của gói IP

packet và chức năng Scheduling/Queuing để sắp xếp lưu lượng IP tương ứng. Trong trường hợp

này, dòng IPTV video có mức độ ưu tiên cao nhất. Công đoạn cuối sẽ tạo WiMAX MAC PDU

gửi đến lớp vật lý. Quá trình tương tự sẽ được thực thi theo chiều ngược lại.

b) Lớp vật lý (PHY)

Hình 5.6 trình bày sơ đồ khối của quá trình thực thi ở lớp vật lý. Theo chuẩn WiMAX, ở lớp

vật lý, các gói đến từ lớp MAC trước hết được mã kênh (Channel Coding) và điều chế

(Modulation). Mã kênh bao gồm các quá trình: ngẫu nhiên hóa, sửa lỗi tiến, mã (RS), chèn

(interleaving). Lớp vật lý hỗ trợ các loại điều chế khác nhau (như: QAM, BPSK, và QPSK).



Trong thiết kế đề nghị người ta hay dùng kỹ thuật điều chế thích nghi để tối ưu tốc độ mã hóa,

nhờ đó tối đa hiệu quả băng thông mà vẫn đảm bảo chất lượng kênh truyền.

Sau điều chế, IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) biến đổi tính hiệu từ miền tần số sang

miền thời gian, sau quá trình xử lý trong miền thời gian (như spectral shaping, nội suy). Cuối

cùng, các frame được hình thành và gửi đến giao diện vô tuyến Radio Interface (gồm cả IF và

RF).

Hướng ngược lại hoàn toàn tương tự. Nó bao gồm: đồng bộ thời gian/ tần số, ước tính kênh,

cân bằng, giải điều chế, giải mã và chuyển tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần số.

Sơ đồ khối cho bộ thu WiMAX BS cho trong hình 5.7, gồm phần số (Digital Domain) và

analog (Analog Domain). Một chú ý ở đây là giải thuật quản lý nguồn để điều chỉnh các thông số

của bộ thu (như độ lợi khuyếch đại, mức công suất, tần số sóng mang) để đạt được tín hiệu có

chất lượng tối ưu.

Từ lớp vật lý, tín hiệu số với các thành phần I và Q được đưa đến bộ Up-Converter. Sau đó,

tín hiệu được chuyển đổi sang analog bởi bộ ADC, qua hai bước chuyển tần số (IF và RF) để

“cõng” tín hiệu lên tần số vô tuyến chọn lựa. Tín hiệu được khuyếch đại ở bộ Power Amplifier

rồi đưa đến anten để phát xạ. Thông thường, tín hiệu sau khuyếch đại thường đi qua bộ chuyển

mạch hoặc bộ ghép phụ thuộc vào phương pháp ghép kênh TDD hoặc FDD.

Hình 5.7 Sơ đồ bộ thu phát vô tuyến



Lời kếtDịch vụ IPTV với những ưu điểm nổi trội so với các chuẩn truyền hình truyền thống đã và

đang được phát triển mạnh mẽ trên thế giới cũng như ở Việt Nam. Đi kèm với IPTV là rất nhiều dịch

vụ giá trị gia tăng khác như: truyền hình theo yêu cầu, mạng giáo dục từ xa, hội thảo từ xa, …

Trong phạm vi luận văn này chỉ nêu được tổng quan về dịch vụ IPTV, các công nghệ nén

video tiến tiến, phương pháp đóng gói dữ liệu video qua từng lớp. Chuẩn nén MPEG-2, MPEG-4 này

không chỉ được sử dụng trong IPTV mà còn được ứng dụng trong hầu hết các công nghệ truyền hình

số hiện đại như : truyền hình số mặt đất, truyền hình số vệ tinh, truyền hình cáp, truyền hình di dộng

đến truyền hình phân giải cao HDTV. Đóng gói dữ liệu video qua từng lớp cho thấy cấu trúc dữ liệu

trong từng lớp và các cơ chế điều khiển luồng, cơ chế sửa lỗi, đảm bảo chất lượng dịch vụ làm hài

lòng người xem

Các tài liệu sử dụng trong đề tài này chủ yếu được lấy từ Internet và đặc biệt là sự hướng dẫn

của thầy giáo ThS. Võ Trường Sơn. Đề tài này còn nhiều thiếu sót, do đó em rất mong nhận được ý

kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn để luận văn này được hoàn thiện hơn.


Documents

Cong Nghe IPTV