TỔ NG QUAN V Ề D Ị CH V Ụ IPTV
Khái ni ệ m IPTV
Cuối thập kỷ trước, sự phát triển của truyền hình vệ tinh, truyền hình cáp số và sự ra đời của HDTV đã tạo dấu ấn lớn trong lĩnh vực truyền hình Hiện nay, Internet Protocol Television (IPTV) đã xuất hiện như một phương thức cung cấp dịch vụ mới, mạnh mẽ và đa dạng hơn Dựa trên sự hỗ trợ của ngành viễn thông, IPTV mang lại nhiều hoạt động tương tác và tạo ra sự cạnh tranh mạnh mẽ cho các doanh nghiệp trong ngành truyền hình.
IPTV (Truyền hình giao thức Internet) là một hệ thống cung cấp dịch vụ truyền hình số cho người tiêu dùng thông qua kết nối băng thông rộng, sử dụng giao thức IP.
Hình 1.1: Mô hình kết nối hệ thống IPTV
IPTV là công nghệ truyền hình kỹ thuật số sử dụng giao thức internet và kết nối băng rộng để cung cấp nội dung cho người dùng Dịch vụ này thường đi kèm với điện thoại trên internet (VoIP) và video theo yêu cầu (VOD).
Demand - VoD) nên thường được gọi là công nghệ tam giác về truyền tải dữ liệu, hình ảnh, âm thanh
Mô hình h ệ th ố ng cung c ấ p d ị ch v ụ IPTV
Hình 1.2: Mô hình mạng IPTV
Mạng truy nhập băng rộng là hạ tầng mạng IP cần thiết để truyền dịch vụ IPTV từ nhà cung cấp đến khách hàng, tận dụng phần hạ tầng mạng xDSL có sẵn Để đảm bảo chất lượng dịch vụ và tiết kiệm băng thông khi có nhiều người truy cập đồng thời, mạng cần hỗ trợ multicast, với DSLAM yêu cầu hỗ trợ IGMP version 2 và các giao tiếp Ethernet chuẩn (FE, GE) Hệ thống cũng phải đảm bảo QoS từ đầu cuối đến đầu cuối, cung cấp băng thông cần thiết và ưu tiên cho các kênh truyền hình quảng bá cũng như video theo yêu cầu, với độ mất gói và jitter tối thiểu Băng thông xDSL từ DSLAM đến khách hàng cần đạt từ 4-5 Mbps.
Hình 1.3: Sơ đố khối dịch vụ IPTV
Hệ thống cung cấp nguồn dữ liệu:
Middleware là một giao diện hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV cho người dùng, cho phép quản lý thuê bao, nội dung và báo cáo một cách hoàn chỉnh Nó xác định danh tính người dùng, hiển thị danh sách dịch vụ mà thuê bao có thể sử dụng và hỗ trợ lựa chọn dịch vụ sau khi xác thực Middleware lưu trữ profile cho tất cả các dịch vụ, đảm bảo hoạt động truyền hình diễn ra một cách hoàn hảo Hệ thống này không giới hạn hoạt động riêng lẻ mà giao tiếp trực tiếp với từng thành phần hỗ trợ Ngoài ra, Middleware còn hỗ trợ API, cho phép mở rộng chức năng và truyền dữ liệu giữa các hệ thống.
Hệ thống phân phối nội dung:
Hệ thống máy chủ VoD và quản lý VoD cho phép lưu trữ nội dung đã mã hóa và thiết lập chính sách phân phối linh hoạt Nó hỗ trợ nhà khai thác mở rộng một cách kinh tế, phù hợp với tải và nhu cầu dịch vụ của thuê bao Máy chủ VoD lưu trữ nội dung thực và cung cấp cho thuê bao sau khi xác thực danh tính.
Middleware cho phép người dùng đặt và xem các bộ phim chất lượng cao cùng với chương trình theo yêu cầu, được lưu trữ trên máy chủ và truyền tải khi có nhu cầu Hệ thống này còn hỗ trợ các chức năng điều khiển VCR như tua nhanh, tạm dừng và tua ngược.
Chúng tôi cung cấp đa dạng dịch vụ quảng bá bao gồm truyền hình quảng bá (Broadcast TV), kênh âm thanh (Audio Channel), truyền hình trực tuyến (Time-Shift TV) và VoD băng hẹp Ngoài ra, chúng tôi còn cung cấp các dịch vụ theo yêu cầu như Video theo yêu cầu (VoD), âm nhạc theo yêu cầu (MoD) và TV theo yêu cầu (TVoD).
We offer a range of interactive services, including Interactive Information, Interactive TV, online subscription for public and charitable services, online gambling, online bill inquiries, gaming, web services, email communications, and TV commerce.
Một số dịch vụ điển hình của IPTV: IPTV có rất nhiều hình thức dịch vụ khác nhau, nhưng cơ bản bao gồm các dịch vụ sau:
Dịch vụ quảng bá (Broadcast Service):
- Truyền hình quảng bá: Dịch vụ phát các kênh truyền hình quảng bá thông thường như các kênh quảng bá VTV1, VTV2, HTV7, HTV9,
Truyền hình quảng bá với các chế độ điều khiển linh hoạt cho phép người dùng tạm dừng, xem lại, tiếp tục hoặc bỏ qua các đoạn quảng cáo, cũng như ghi lại các chương trình yêu thích bằng các thiết bị ghi hình.
- Multi-angle service: Dịch vụ cung cấp cho người dùng xem nhiều góc quay của một phim (như 3D) hoặc một trận bóng đá.
- Electronic Program Guide (EPG): Dịch vụ hướng dẫn trực tiếp trên màn hình về lịch phát sóng, danh sách các phim, cước phí…
- Quảng cáo truyền hình truyền thống: Quảng cáo kèm theo các chương trình truyền hình truyền thống
Dịch vụ theo yêu cầu (On Demand Service):
- Phim theo yêu cầu - Video on Demand (VoD): Cho phép khách hàng lựa chọn phim ưa thích và có trả phí
- Nhạc theo yêu cầu - Music on Demand (MoD): Cho phép khách hàng lựa chọn các video clip, bản nhạc ưa thích và có trả phí
- Game theo yêu cầu - Game on Demand (GoD): Cho phép khách hàng lựa chọn các game ưa thích và có trả phí
Thanh toán theo nội dung (PPV, OPPV, IPPV) cho phép người dùng xem các chương trình phải trả phí, bao gồm việc đăng ký các chương trình theo lịch phát sóng hoặc các chương trình mới.
Dịch vụtương tác (Interactive Service):
- Thông tin chung: Các dịch vụ thông tin thông thường trên truyền hình như tin thời sự, thời tiết, giá cả thịtrường…
Dịch vụ T-communication cung cấp giải pháp thông tin qua truyền hình, cho phép khách hàng trao đổi thông tin hiệu quả thông qua IPTV Các hình thức giao tiếp bao gồm email, tin nhắn, chat, duyệt web và hội nghị video, mang lại trải nghiệm đa dạng và tiện lợi cho người sử dụng.
- Thương mại (T-commerce): Dịch vụ giao dịch ngân hàng, mua sắm, đặt chỗ khách sạn, tàu, máy bay, vé xem ca nhạc… tại nhà
- Dịch vụ voting: Cho phép người xem tham gia trực tiếp các trò chơi trên truyền hình
- Giải trí (T-entertainment ): Các trò chơi, karaoke, xem ảnh, xổ số, nhật ký điện tử… Có thểchơi một mình hoặc nhóm
- Thông tin chính sách (T-government): Các thông tin về chế độ, chính sách xã hội liên quan đến chính phủ, thành phố, phường, quận…
The Interactive Program Guide (IPG) and Electronic Contents Guide (ECG) are services designed to assist users in searching for and discovering TV content based on their selected themes, offering an interactive experience tailored to customer preferences.
Quảng cáo chọn lọc, hay còn gọi là quảng cáo theo yêu cầu, là hình thức tiếp thị mà doanh nghiệp tập trung vào một nhóm đối tượng khách hàng cụ thể, thay vì quảng bá rộng rãi trên toàn mạng Điều này giúp tối ưu hóa hiệu quả quảng cáo và tăng khả năng tiếp cận những khách hàng tiềm năng, từ đó nâng cao tỷ lệ chuyển đổi và giảm lãng phí ngân sách quảng cáo.
Phương thứ c phát truy ề n tín hi ệ u c ủ a IPTV
Trong hệ thống IPTV, video được thu thập theo thời gian thực và mã hóa bằng các phương thức như MPEG 2/4 để tạo thành luồng tín hiệu số Các luồng này sau đó được phát qua mạng cáp thông qua phần mềm IPTV Người dùng ở đầu cuối tiếp nhận, lựa chọn, giải mã và khuếch đại tín hiệu để thưởng thức nội dung.
Trong hệ thống IPTV có hai phương thức truyền đa tín hiệu đã được dự định trước (scheduled programs) Đó là:
Phát quảng bá (broadcasting), truyền phát tới mọi nơi;
Phát đến địa điểm theo yêu cầu (on demand)
Hệ thống quảng bá hoạt động dựa trên nguyên lý mà các chương trình được minh họa trong hình 1.4 MBone, được coi là mạng xương sống của hệ thống đa điểm, đóng vai trò là đường trục internet Người dùng chỉ nhận nội dung chương trình liên quan theo lệnh từ bộ quản lý nội dung Chương trình cụ thể được thu thập từ nhiều bộ IPTV server hoặc được cung cấp bởi các server của mạng MBone.
Hình 1.4: Nguyên lý hoạt động của hệ thống quảng bá
Hình 1.5 minh họa sự hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu
Dịch vụ VoD, hay còn gọi là IPTV đơn điểm, bao gồm các server của bộ quản lý nội dung được tổ chức thành cụm server, giúp tổng hợp kho dữ liệu của các chương trình.
Để tối ưu hóa việc phục vụ người dùng, cách bố trí cụm server sẽ được trình bày rõ ràng trong sơ đồ tổng thể ở hình 1.5 Các bước thực hiện dịch vụ VoD sẽ được hướng dẫn cụ thể trong bài viết.
1 Một thuê bao được chứng nhận nhập mạng và chịu sự quản lý của bộ quản lý EPG
2 Thuê bao muốn yêu cầu một nội dung nào đó Thuê bao gửi yêu cầu đến EGP
3 EGP cho biết địa chỉ của server cần tìm
4 Thuê bao gửi yêu cầu tới server đó.
5 Server dựa theo yêu cầu của thuê bao mà cung cấp nội dung
Hiện nay, nhu cầu nghiệp vụ của IPTV rất đa dạng, dẫn đến cấu trúc mạng trở nên phức tạp hơn Trong bài viết này, chúng ta sẽ phân tích hoạt động tổng thể của mạng IPTV.
Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động của IPTV thực hiện chức năng VoD
Sơ đồ khối mô tả các chức năng của dịch vụ IPTV, bao gồm các giai đoạn từ nguồn nội dung đến tay người dùng Các nghiệp vụ chính trong quy trình này được phân chia thành bốn nhóm: cung cấp và giới thiệu nội dung, chuyển tải, tiếp nối đầu cuối và quản trị.
Mạng nội dung cung cấp và giới thiệu các dịch vụ xử lý nội dung truyền hình trực tiếp và truyền hình VoD, cùng với các ứng dụng gia tăng như tin tức, điện thoại có hình, email và nhắn tin Nguồn nội dung này được mã hóa qua hệ thống xử lý để phù hợp với luồng media, giúp truyền tải hiệu quả tới người dùng cuối qua mạng.
Mạng chuyển tải là mạng cáp IP, cho phép truyền tải media bằng cả phương thức đa hướng (multicast) và đơn kênh Trong đó, truyền hình quảng bá BTV sử dụng phương thức đa hướng để gửi tín hiệu đến người dùng cuối, trong khi truyền hình theo yêu cầu VoD được phân phối qua mạng cáp nội dung CDN (Content Distribution Network) tới địa điểm của người dùng.
Mạng đầu cuối, hay còn gọi là mạng cáp gia đình, là hệ thống kết nối băng rộng bao gồm các công nghệ như xDSL, FTTx, LAN và WLAN, theo thông tin từ các nhà khai thác viễn thông.
- Bộ quản trị bao gồm quản lý nội dung, quản lý cáp truyền, tính cước phí, quản lý các thuê bao, quản lý các hộp ghép nối STB
Trong mạng IPTV, có ba dạng luồng tín hiệu chính: luồng quảng bá BTV, luồng truyền theo yêu cầu VoD và luồng nghiệp vụ giá trị gia tăng Ba phương thức truyền bao gồm truyền trực tiếp hiện trường, truyền quảng bá có định thời gian và truyền tới điểm VoD Khi truyền hình trực tiếp, nội dung được lưu vào bộ nhớ để phát lại trên truyền hình quảng bá định thời gian hoặc làm nguồn cho các tiết mục VoD Đối với tiết mục quảng bá có định thời gian, IPTV sử dụng phương pháp truyền phát đa điểm IP tiết kiệm băng tần, hay còn gọi là multicast, cho phép một luồng dữ liệu thời gian thực được phát cho hàng nghìn thuê bao mà không phụ thuộc vào số lượng người xem.
Hình 1.6: Biểu diễn luồng tín hiệu
IPTV cung cấp hình ảnh và âm thanh qua mạng cáp, sử dụng phương pháp đồng bộ A/V để đảm bảo chất lượng tín hiệu Hệ thống này dựa trên một server duy nhất thu thập dữ liệu theo khuyến nghị RTP cho truyền dẫn thời gian thực Với kỹ thuật nén thị tần hiệu suất cao, băng tần truyền dẫn đạt 800 kbit/s, tương đương với băng tần thu DVD, giúp nhà khai thác dễ dàng phát triển dịch vụ video Mạng chuyển tải CDN bao gồm nhiều server cache phân bố tại các khu vực đông thuê bao, cho phép cache server tìm nội dung phù hợp từ VoD server và cung cấp cho thuê bao khi có yêu cầu.
Trong mạng chuyển tải, 21 hoạt động của các server dựa trên kỹ thuật cân bằng tải toàn cục giúp tối ưu hóa hiệu suất Đặc biệt, trong quá trình truyền tải nội dung multimedia IPTV, việc sử dụng khóa mật mã là cần thiết để đảm bảo an toàn cho nội dung được truyền dẫn.
IPTV tuân thủ các tiêu chuẩn quốc tế như khuyến nghị về truyền dẫn thời gian thực (RTP) và khuyến nghị về khống chế thời gian thực (RTCP), đảm bảo chất lượng dịch vụ và hiệu suất truyền tải.
IPTV cũng cùng làm việc với máy tính dùng hệ điều hành UNIX, VIC/VAT, Apple và Quick Time
Hiện nay cách thức mã hóa video của luồng chủ của IPTV theo MPEG-2,
MPEG-4 và H.264/AVC là các định dạng video phổ biến, trong khi MPEG-2 và MPEG-4 đang phát triển mạnh mẽ H.264, được đề xuất bởi ITU-T, là chuẩn mã hóa video phù hợp cho các hệ thống công cộng và có tiềm năng trở thành chuẩn mã hóa chính trong tương lai.
Nghiệp vụ IPTV phục vụ cho các hộ gia đình, tuy nhiên, phương thức truy nhập băng rộng ADSL không đáp ứng đủ yêu cầu của IPTV về multimedia thời gian thực và tương tác Do đó, cáp quang FTTH được công nhận là phương thức chuyển tải tối ưu, với băng tần rộng và khả năng truyền dẫn hai hướng đối xứng, đảm bảo chất lượng cao cho truyền hình ảnh động.
Thiết bị đầu cuối IPTV trong gia đình có hai loại: một là máy vi tính PC, hai là máy TV + hộp kết nối STB
Hộp STB thực hiện ba chức năng sau:
1 Nối tiếp vào mạng băng tần rộng, thu phát và xử lý số liệu IP và luồng video
2 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
CÁC GIẢ I PHÁP K Ỹ THU Ậ T, CÔNG NGH Ệ PHÁT TRI Ể N H Ệ
Gi ả i pháp l ự a ch ọ n chu ẩ n nén hình ả nh
Với sự phát triển của máy tính và internet, nhu cầu tìm kiếm phương pháp nén ảnh để tiết kiệm không gian lưu trữ và tối ưu hóa truyền thông trên mạng trở nên cấp thiết Các kỹ thuật nén video được thiết kế nhằm giảm thiểu lượng thông tin cần thiết cho chuỗi bức ảnh mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh không bị ảnh hưởng.
Mục đích của nén video là giảm số bit cần thiết cho việc lưu trữ và truyền tải bằng cách loại bỏ thông tin thừa trong từng khung hình và áp dụng kỹ thuật mã hóa để tối ưu hóa dữ liệu quan trọng Khi hình ảnh được số hóa trên thiết bị lưu trữ kỹ thuật số, quá trình nén sẽ xử lý dữ liệu để đưa hình ảnh vào không gian lưu trữ hạn chế hơn, giúp tiết kiệm băng thông khi truyền tải qua các phương tiện như đường dây điện thoại.
Trong thị trường lưu hình kỹ thuật số hiện nay, các chuẩn nén phổ biến bao gồm Motion JPEG (MJPEG), Wavelet, H.261/H.263/H.263+/H.263++ và MPEG-1/MPEG-2/MPEG-4 Các chuẩn nén này được phân thành hai nhóm chính: nhóm 1 gồm MJPEG và Wavelet, và nhóm 2 bao gồm các định dạng còn lại.
2.1.1 Chu ẩ n nén MJPEG và Wavelet
Ảnh số có tính chất chung là sự tương quan lớn giữa các pixel liền kề, dẫn đến việc dư thừa thông tin trong quá trình biểu diễn ảnh Sự dư thừa này gây ra mã hoá không tối ưu Do đó, cần tìm kiếm phương án biểu diễn ảnh với sự tương quan nhỏ nhất nhằm giảm thiểu độ dư thừa thông tin.
Có 2 kiểu dư thừa thông tin sau:
Dư thừa trong miền không gian đề cập đến mối quan hệ giữa không gian pixel trong ảnh, trong đó các pixel lân cận thường có giá trị tương tự nhau, ngoại trừ những pixel nằm ở rìa biên của ảnh.
- Dư thừa trong miền tần số: là tương quan giữa những dải màu hoặc các dải phổ khác nhau
Nghiên cứu về nén ảnh tập trung vào việc giảm số bit cần thiết để biểu diễn hình ảnh bằng cách loại bỏ các phần dư thừa trong cả miền không gian và miền tần số Các chuẩn nén như MJPEG và Wavelet đều tuân thủ nguyên tắc này, tự động nén từng khung hình bằng cách tìm kiếm các yếu tố dư thừa Trong khi đó, các chuẩn nén thuộc nhóm 2 không chỉ loại bỏ dư thừa trong miền không gian mà còn ở cả miền tần số của hình ảnh.
MPEG là định dạng nén ảnh lâu đời và phổ biến nhất Với chuẩn nén MJPEG, hình ảnh được chia thành các khối vuông kích thước 8x8 pixel, mỗi khối biểu diễn mức xám của 64 điểm ảnh.
Mã hoá biến đổi cosin rời rạc DCT trong chuẩn nén khai thác sự tương đồng giữa các pixel trong mỗi khối, dẫn đến việc rút ngắn chuỗi biểu diễn ảnh tùy theo mức nén, gây ra sai lệch so với ảnh gốc sau khi giải nén Ngược lại, chuẩn nén Wavelet thực hiện mã hoá trên toàn bộ bề mặt ảnh, sử dụng các bộ lọc để phân tích dữ liệu từng điểm ảnh, tạo ra một tập hợp hệ số Do đó, sai lệch ở ảnh giải nén từ Wavelet khác với MJPEG, mặc dù hiệu ứng ghép mảnh không xảy ra, nhưng độ phân giải hình ảnh vẫn giảm và có thể xuất hiện một số vết mờ.
Cả định dạng Wavelet và MJPEG đều dẫn đến mất thông tin khi giải nén ảnh Tuy nhiên, khả năng lưu trữ hình ảnh mà mắt người cảm nhận được khi sử dụng chuẩn nén Wavelet thấp hơn 30% so với MJPEG.
MPEG không phải là một công cụ nén đơn lẻ, mà là một tập hợp các công cụ mã hóa chuẩn có thể kết hợp linh hoạt cho nhiều ứng dụng khác nhau Nguyên lý nén tín hiệu video của MPEG dựa trên việc loại bỏ sự dư thừa về không gian và thời gian Cụ thể, nén liên ảnh trong MPEG loại bỏ sự dư thừa về thời gian bằng cách sử dụng thông tin giữa các ảnh liên tiếp, chỉ giữ lại những ảnh có sự thay đổi so với ảnh trước Các bộ mã hóa dự đoán chuyển động của các frame, với khả năng cao là các frame ở thời điểm gần nhau sẽ tương tự Chúng quét các phần nhỏ trong mỗi frame để phát hiện những marco block không thay đổi, trong khi bộ giải mã sử dụng thông tin đã lưu trữ để phục hồi ảnh.
Sự tương đồng cao giữa các frame khiến việc phát hiện sai lệch trở nên khó khăn, dẫn đến ảnh khôi phục không đạt được chất lượng như ảnh gốc Chất lượng ảnh của các chuẩn nén H.26x và MPEG-x tương tự như Wavelet và MJPEG, nhưng chúng có dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ nhỏ hơn, với H.263 tiết kiệm không gian lưu trữ từ 3 đến 5 lần so với Motion JPEG Sự khác biệt giữa các chuẩn nén này chủ yếu nằm ở cách tiên đoán các frame mới và tính toán sai lệch giữa frame hiện tại và frame phỏng đoán Chuẩn nén H.26x bao gồm các thế hệ như H.261, H.262 và H.263.
Chuẩn mã hóa tín hiệu 26 có tốc độ thấp hơn MPEG-x, khoảng 1,5 Mbps với độ phân giải 352 x 288, chủ yếu được sử dụng trong viễn thông Ngược lại, MPEG-2 phục vụ cho thị trường giải trí với độ phân giải cao hơn và chất lượng hình ảnh tốt hơn, đạt hơn 1,5 Mbps cho độ phân giải 352 x 288 hoặc lên đến 6 Mbps cho độ phân giải hoàn chỉnh.
MPEG-2, được ra mắt vào năm 1994, là một bộ tiêu chuẩn mã hóa cho âm thanh và hình ảnh số, đã được phê duyệt bởi Nhóm Chuyên gia Hình ảnh Động (MPEG) và công nhận trong tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC.
MPEG-2 là định dạng phổ biến dùng để mã hóa âm thanh và hình ảnh cho các tín hiệu phát sóng, bao gồm truyền hình vệ tinh và truyền hình cáp Ngoài ra, MPEG-2 cũng được áp dụng với một số sửa đổi cho các phim DVD thương mại tiêu chuẩn.
MPEG-2 bao gồm các phần chính sau:
MPEG-2 Video (Phần 2) tương tự như MPEG-1 nhưng hỗ trợ video xen kẽ, phù hợp cho các hệ thống truyền hình quảng bá Mặc dù không tối ưu hóa cho tốc độ bit thấp dưới 1 Mbps, MPEG-2 hoạt động hiệu quả hơn MPEG-1 ở tốc độ từ 3 Mbps trở lên Tất cả các bộ giải mã tín hiệu video tuân theo chuẩn MPEG-2 đều có khả năng phát lại video MPEG-1 Nhờ vào nhiều cải tiến, video MPEG-2 và các hệ thống liên quan được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền dẫn HDTV.
Các giao th ứ c truy ề n t ả i và báo hi ệ u
Trước khi đi sâu vào các giao thức truyền tải trong mạng IP, chúng ta cần hiểu rõ về mô hình TCP/IP TCP/IP là một họ giao thức làm việc cùng nhau để cung cấp các phương tiện truyền thông liên mạng, cho phép các thiết bị khác nhau giao tiếp với nhau một cách hiệu quả Mô hình này tương ứng với mô hình 7 lớp OSI, tạo nên một kiến trúc mạng tổng thể.
Kiến trúc TCP/IP và OSI có sự khác biệt rõ rệt về số lượng tầng, với TCP/IP gồm 4 tầng và OSI gồm 7 tầng Hai tầng bổ sung trong OSI là tầng trình diễn và tầng phiên, trong khi tầng ứng dụng, tầng trình diễn và tầng phiên của OSI tương ứng với tầng ứng dụng và dịch vụ của TCP/IP.
2.2.2 Giao th ứ c IP – Internet Protocol
Chức năng chính của giao thức IP là kết nối các mạng con thành một liên mạng nhằm truyền dữ liệu hiệu quả Đặc điểm nổi bật của IP là tính "không liên kết", cho phép truyền dữ liệu mà không cần thiết lập kết nối trước.
Khuôn dạng gói IP: Đơn vị dữ liệu dùng trong IP là datagram Khuôn dạng gói datagram được chỉ ra trong hình 2.2
Hình 2.2 Khuôn dạng gói IP Ý nghĩa của các tham số như sau:
- VER (4 bits): Chỉ ra phiên bản hiện hành của IP được cài đặt
- IHL (4 bits): Chỉ độ dài phần đầu (Internet Header Length) của datagram, tính theo đơn vị word (32bits) Độ dài tối thiểu là 5 words = 20 bytes
- Type of Service (8 bits): Đặc tả tham số về dịch vụ
- Total Length (16 bits): Chỉ độ dài của toàn bộ datagram bao gồm cả phần header (tính theo đơn vị byte)
Mã định danh (16 bits) cùng với các tham số khác như Địa chỉ Nguồn và Địa chỉ Đích, được sử dụng để xác định duy nhất một datagram trong suốt thời gian nó tồn tại trên mạng.
- Frags (3 bits): Liên quan đến sự phân đoạn các datagram
Fragment offsets, represented by 13 bits, indicate the position of a fragment within a datagram, measured in 64-bit units This means that each fragment, except for the last one, must contain a data segment that is a multiple of 64 bits in length.
Thời gian tồn tại (TTL) là một giá trị 8 bit quy định thời gian sống của datagram trong mạng, tính bằng giây, nhằm ngăn ngừa tình trạng datagram bị mắc kẹt Giá trị TTL được thiết lập bởi trạm gửi và sẽ giảm đi 1 đơn vị mỗi khi datagram đi qua một router trong mạng.
- Protocol (8 bits): Chỉ giao thức tầng trên kế tiếp sẽ nhận vùng dữ liệu ở trạm đích (hiện tại thường là UDP hoặc TCP được cài đặt trên IP)
- Header Checksum (16 bits): Mã kiểm soát lỗi 16 bits theo phương pháp CRC, chỉ cho vùng header
- Source Address (32 bits): Địa chỉ của trạm nguồn
- Destination Address (32 bits): Địa chỉ của trạm đích
- Options (độ dài thay đổi): Khai báo các options do người gửi yêu cầu
- Padding (độ dài thay đổi): vùng đệm được dùng để đảm bảo cho phần header luôn kết thúc ở một mốc 32 bits
Dữ liệu có độ dài thay đổi, với kích thước là bội số của 8 bits và tối đa là 65535 bytes Khi truyền trên mạng, các datagram sẽ được gắn thêm phần tiêu đề (header) để tạo thành các khung (frame), vì đường truyền vật lý không thể xác định các datagram Toàn bộ datagram sẽ nằm trong vùng dữ liệu của frame, như minh họa trong hình 2.3 dưới đây.
Hình 2.3 Datagram được đóng gói lại thành các khung
2.2.3 Giao th ứ c TCP – Transmission Control Protocol
Giao thức TCP là một giao thức điều khiển truyền thông hướng kết nối với độ tin cậy cao, phức tạp hơn UDP TCP không chỉ cung cấp các dịch vụ cơ bản như UDP mà còn bổ sung thêm nhiều dịch vụ quan trọng, bao gồm truyền dữ liệu đáng tin cậy, điều khiển lưu lượng, kiểm soát tắc nghẽn, đánh số thứ tự và bộ định thời.
TCP là giao thức hướng kết nối, yêu cầu thiết lập một liên kết logic giữa hai thực thể trước khi gửi dữ liệu thông qua thủ tục “bắt tay” Liên kết này phải đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy; nếu không còn đủ độ tin cậy, nó sẽ bị huỷ bỏ và thiết lập lại Sau khi quá trình truyền tin hoàn tất, kết nối sẽ được giải phóng.
- Cung cấp đường truyền hai chiều (song công - full duplex)
Giao thức TCP đảm bảo độ tin cậy của dữ liệu thông qua việc sử dụng các tham số kiểm tra như số thứ tự (Sequence number), xác nhận (ACK) và kiểm tra lỗi tổng (Checksum) Các segment được đánh số tuần tự nhằm loại bỏ những segment bị trùng lặp hoặc không đúng yêu cầu Khi bên thu nhận được các segment, nó sẽ thực hiện kiểm tra bằng trường checksum; nếu không có lỗi hay trùng lặp, tín hiệu ACK sẽ được gửi về bên phát để xác nhận dữ liệu đã nhận chính xác Ngược lại, nếu segment bị lỗi hoặc trùng lặp, nó sẽ bị loại bỏ và bên thu sẽ yêu cầu bên phát gửi lại segment đó, từ đó đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy cho dữ liệu.
- Cung cấp các dịch vụ (chức năng) kiểm tra đường truyền, cho phép điều khiển luồng và điều khiển tắc nghẽn
Đơn vị dữ liệu của TCP là segment, được mô tả trong khuôn dạng gói TCP Một tiến trình ứng dụng trên máy chủ truy cập dịch vụ TCP thông qua cổng, và cổng kết hợp với địa chỉ IP tạo thành một socket duy nhất trong mạng Dịch vụ TCP hoạt động nhờ vào liên kết logic giữa hai socket, với khả năng một socket tham gia nhiều liên kết khác nhau Trước khi truyền dữ liệu, cần thiết lập một liên kết TCP giữa hai trạm, và liên kết này sẽ được giải phóng khi không còn nhu cầu truyền dữ liệu.
UDP là giao thức "không liên kết" thay thế TCP trên IP theo yêu cầu ứng dụng, không thiết lập hay giải phóng các liên kết như TCP Khác với TCP, UDP không có cơ chế báo nhận, không sắp xếp tuần tự dữ liệu và có thể xảy ra mất hoặc trùng dữ liệu mà không thông báo cho người gửi Giao thức này cũng quản lý các số hiệu cổng để định danh ứng dụng trên mạng Với ít chức năng phức tạp, UDP hoạt động nhanh hơn TCP và thường được sử dụng cho các ứng dụng không yêu cầu độ tin cậy cao Khuôn dạng UDP datagram đơn giản hơn nhiều so với TCP segment.
Hình 2.5 Khuôn dạng UDP datagram
Giao thức RTSP, được phát triển bởi IETF và thiết lập vào năm 1998 theo chuẩn RFC 2326, là một công cụ quan trọng để điều khiển dữ liệu thời gian thực RTSP cung cấp khung làm việc cho việc điều khiển các luồng dữ liệu như âm thanh và video, cho phép truy cập cả dữ liệu sống và clip lưu trữ Giao thức này đóng vai trò thiết yếu trong phát triển các ứng dụng truyền phát đa phương tiện.
RTSP là giao thức điều khiển luồng đa phương tiện, cho phép phân phối nội dung qua các kênh như UDP và TCP, đảm bảo tính thời gian thực Mặc dù RTSP có thể sử dụng RTP để truyền dữ liệu, nhưng hoạt động của nó không phụ thuộc vào kỹ thuật vận chuyển Giao thức này được thiết kế để tương thích với cú pháp và hoạt động của HTTP/1.1, giúp mở rộng khả năng kết nối tới RTSP trong nhiều trường hợp.
Tuy nhiên ở RTSP có sự khác biệt quan trọng về lý thuyết so với HTTP:
- RTSP giới thiệu một số phương pháp mới và có sự khác giao thức xác nhận
- Một RTSP server cần xác định trạng thái bằng cách mặc định hầu hết tất cả các trường hợp, tương phản với trạng thái tự nhiên của HTTP
- Cả RSTP server và client có thểđưa ra yêu cầu
- Dữ liệu mang đi out-of-band bằng giao thức khác
2.2.5.1: Một số đặc điểm của giao thức RTSP
- Khảnăng mở rộng: Phương pháp mới và các thông số có thể dễ dàng thêm vào RTSP
- Dễ dàng phân tích: Giao thức RTSP có thể dễ dàng phần tích bằng tiêu chuẩn HTTP hoặc MIME
RTSP áp dụng các kỹ thuật bảo mật web, bao gồm các phương pháp nhận thực cơ bản và chứng thực trực tiếp Một số kỹ thuật bảo mật có thể dừng lại hoặc được áp dụng ở lớp mạng để tăng cường an toàn cho dữ liệu.
L ự a ch ọ n công ngh ệ m ạ ng truy nh ậ p
IPTV hoạt động bằng cách chuyển đổi tín hiệu hình ảnh từ dạng tương tự sang dạng số, mang lại âm thanh và hình ảnh với chất lượng tiêu chuẩn hoặc cao nhờ công nghệ nén tiên tiến Hiện nay, các mạng cung cấp dịch vụ IPTV bao gồm mạng DSL, mạng quang thụ động, mạng cáp, hoặc sự kết hợp của các loại mạng này Mỗi loại mạng đều có những ưu điểm và thách thức riêng, tạo nên sự đa dạng trong mô hình cung cấp dịch vụ IPTV.
2.3.1 Công ngh ệ m ạ ng truy nh ậ p xDSL
Công nghệ nén hiện nay cho phép ADSL cung cấp dịch vụ IPTV, trong khi VDSL có khả năng cung cấp băng thông lớn hơn, lên tới 50 Mbps cho đường truyền tải xuống Tuy nhiên, băng thông của VDSL lại tỉ lệ nghịch với khoảng cách, yêu cầu thuê bao phải ở gần trạm phát.
Tốc độ đường truyền mạng giảm theo khoảng cách, ảnh hưởng đến việc triển khai dịch vụ IPTV qua mạng xDSL Dù vậy, các nhà quản lý mạng vẫn có thể duy trì nguồn tài chính ổn định Đường download xDSL có khả năng cung cấp truyền hình độ nét cao (HDTV), yêu cầu băng thông từ 8-10 Mbps cho mỗi kênh, trong khi truyền hình độ nét tiêu chuẩn (SDTV) chỉ cần 2.5 Mbps Để đáp ứng nhu cầu này, công nghệ mạng truy cập ADSL 2+ hoặc VDSL là cần thiết Tuy nhiên, việc thay đổi kênh yêu cầu tín hiệu từ STB gửi đến DSLAM, có thể gây ra một số vấn đề tiềm tàng đối với các chương trình HD khi hoạt động ở tốc độ tối đa của VDSL Các dạng chuẩn của ADSL được trình bày trong bảng 2.2.
Bảng 2.2: Các dạng chẩn của ADSL
Common name Downstream rate Upstream rate
Hiện nay, tại các tỉnh sử dụng công nghệ mạng xDSL, các thành phố lớn như Hà Nội, Hải Phòng và thành phố Hồ Chí Minh chủ yếu áp dụng công nghệ ADSL 2+, cho phép tốc độ download tối đa lên tới 24 Mbps.
Hình 2.9: Sơ đồ triển khai mạng truy nhập xDSL
2.3.2 Công ngh ệ m ạ ng truy nh ậ p FTTx
Mạng FTTx (Fiber-to-the-x) sẽ đóng vai trò quan trọng trong 2-3 năm tới nhờ khả năng cung cấp băng thông lớn hơn so với cáp đồng, đáp ứng nhu cầu truyền thoại, dữ liệu và video trên nền IP Việc triển khai FTTx cho dịch vụ IPTV tại các tỉnh và thành phố lớn đang trở nên khả quan.
Hình 2.10 Công nghệ mạng truy nhập FTTx
2.3.3 Công ngh ệ m ạ ng truy nh ậ p Wimax
Wimax đang trở thành lựa chọn phổ biến để cung cấp kết nối internet băng thông rộng khi các công nghệ như DSL hoặc cáp không khả thi Công nghệ Wimax theo chuẩn IEEE 802.16d cho phép cung cấp dịch vụ IPTV với tốc độ bitrate lên tới 10 Mbps trên băng thông 3.5 MHz, mặc dù không lý tưởng cho triển khai rộng rãi Tuy nhiên, Wimax cho mobile theo chuẩn IEEE 802.16e có thể cung cấp dịch vụ IPTV tới các thiết bị cầm tay với tốc độ bitrate thấp hơn, mở ra cơ hội mới cho người dùng di động.
Hình 2.11 Công nghệ mạng truy nhập Wimax
Bảng 2.3: Các băng thông truyền tải dịch vụ IPTV
Max DL Throughput per BS(Mbps) 18.4 37.4
Max UL Throughput per BS(Mbps) 4 8
Max DL Throughput per BS(Mbps) 12.96 25.9
Max UL Throughput per BS(Mbps) 7 14.1
Max DL Throughput per BS(Mbps) 9.36 18.7
Max UL Throughput per BS(Mbps) 2 4
Bảng 2.4: Các yêu cầu QoS cho dịch vụ IPTV
Service Delay Jitter Packet loss rate
Chương 2 nổi bật lên hai vấn đề sau:
Trong lĩnh vực IPTV, việc lựa chọn chuẩn nén hình ảnh phù hợp là rất quan trọng Các giải pháp nén hình được sử dụng bao gồm MJPEG, Wavelet, MPEG-x và H.26x Mỗi chuẩn nén này có những ưu nhược điểm riêng, do đó cần phải so sánh kỹ lưỡng để xác định chuẩn nén tốt nhất, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của IPTV.
Vấn đề 2 đề cập đến các giao thức truyền tải và báo hiệu trong mô hình TCP/IP, bao gồm các giao thức như TCP, UDP, RTSP, IGMP, và đặc biệt là giao thức PIM, hỗ trợ truyền tín hiệu multicast Bên cạnh đó, giao thức SIP được sử dụng để thiết lập các phiên trong mạng IP.
CHƯƠNG 3 : C Ấ U TRÚC H Ệ TH Ố NG IPTV ÁP D Ụ NG
TRONG T ẬP ĐOÀN VIỄN THÔNG QUÂN ĐỘ I VIETTEL
Mô hình IPTV trong T ập đoàn Viễn thông Quân độ i Viettel
Hệ thống phân phối nội dung
Hình 3.1: Mô hình tổng thể hệ thống IPTV
Hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV bao gồm các bộ phận sau:
Bộ phận thu thập tín hiệu IPTV có nhiệm vụ thu thập tín hiệu truyền hình từ các nguồn như kênh vệ tinh, cáp, mặt đất và các đĩa CD, DVD, băng từ Sau đó, bộ phận này sẽ điều chế và mã hóa tín hiệu thành các gói dữ liệu theo chuẩn IPTV (M-PEGx/H.26x).
The IPTV Service Management and Operations department encompasses various key components, including content storage, Certificate of Authority/Digital Rights Management (CA/DRM), Operation Support System/Billing Support System (OSS/BSS), application servers, customer information management, and billing processes.
Bộ phận phân phối dịch vụ IPTV bao gồm máy chủ VOD cung cấp dịch vụ Video on Demand và máy chủ phát sóng cung cấp dịch vụ truyền hình trực tuyến, tương tự như các đài truyền hình truyền thống Đại lý phân phối nội dung IPTV thực hiện việc phân phối theo mô hình phân tán, giúp mở rộng khả năng tiếp cận và nâng cao trải nghiệm người dùng.
Bộ phận truyền dẫn tín hiệu truyền hình TPTV bao gồm mạng lõi, mạng biên và mạng truy cập Đầu cuối thuê bao chịu trách nhiệm giải mã tín hiệu dữ liệu IPTV thành hình ảnh và âm thanh thông thường, đồng thời thực hiện các chức năng như xác nhận thông tin thuê bao và tiếp nhận yêu cầu dịch vụ từ người dùng gửi đến bộ phận quản lý dịch vụ.
H ệ th ố ng Headend
Hệ thống nhận tín hiệu Audio/Video từ vệ tinh, truyền hình và các thiết bị phát quảng bá để cung cấp nguồn tín hiệu cho dịch vụ IPTV thông qua mã hóa, chuyển đổi và điều chỉnh tốc độ mã hóa Đầu ra của hệ thống này được chuyển trực tiếp đến các máy chủ IPTV, đáp ứng nhu cầu cung cấp dịch vụ Ngoài ra, các máy chủ có khả năng điều chỉnh chương trình video, cho phép xóa hoặc thêm các chương trình quảng cáo và giải trí.
Khi các nguồn cung cấp video ngày càng phong phú, giao diện thiết bị trở nên phức tạp hơn Các hệ thống video có thể hỗ trợ nhiều loại giao diện khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp Thông thường, có hai loại tín hiệu chương trình Audio/Video từ các nguồn cung cấp.
Tín hiệu video nguyên bản là tín hiệu không bị mã hóa bởi các tần số video, và nó có hai dạng giao diện cơ bản: tín hiệu số và tín hiệu tương tự.
Tín hiệu video đã được mã hoá, được thu từ vệ tinh hoặc thu trực tiếp từcác đĩa DVD hoặc từ các nguồn Audio/Video ở dạng file
Hệ thống cung cấp nguồn tín hiệu IPTV cần tập hợp các tín hiệu video nguyên bản trước khi mã hóa, trong khi đối với các tín hiệu video đã được mã hóa, hệ thống phải quản lý và điều chỉnh tốc độ mã hóa cho phù hợp.
Hình 3.2: Cấu trúc hệ thống Headend
Khi một chương trình quảng bá từ nhà cung cấp nội dung được truyền qua vệ tinh, thiết bị thu nhận tín hiệu vệ tinh sẽ giải mã chương trình và gửi tới thiết bị mã hóa hỗ trợ mã hóa tương tự như tín hiệu AV Đối với chương trình truyền qua mạng cáp TV, cần có bộ lọc để phân chia chương trình trước khi gửi tới thiết bị mã hóa Người dùng có thể cung cấp thiết bị thu nhận tín hiệu và bộ lọc Hệ thống Headend quan trọng chuyển đổi các nguồn tín hiệu thành định dạng H.264/MPEG-4 Part 10.
Hệ thống Headend yêu cầu thiết bị đầu cuối để phát nội dung quảng bá, với khả năng mã hóa chuỗi hình ảnh theo thời gian thực bằng công nghệ nén MPEG-4.
Part 10 hoặc H.264 Hình ảnh mã hoá có thể lấy từ vệ tinh, truyền hình cáp, hệ thống truyền hình mặt đất, máy chủ video, tape playout,
Sau khi mã hóa, các chuỗi truyền MPEG định dạng ASI và SPTS sẽ được đóng gói thông qua IP Streamer Tiếp theo, IP Streamer sẽ tiến hành truyền những chuỗi gói này.
Hệ thống Video Headend sử dụng giao thức UDP/IP để tiếp nhận đầu vào từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các chương trình truyền hình quảng bá của VTV, các kênh truyền hình mua bản quyền từ vệ tinh, các kênh truyền hình cáp, cũng như các bộ phim từ các nguồn tự sản xuất và thiết bị VCD/DVD player.
H ệ th ố ng Middleware
The IPTV system comprises nine interconnected subsystems that complement each other, including the Service Management System (SMS), Digital Rights Management (DRM), Electronic Programmer Guide (EPG), Content Processing System (CPS), Content Management System (CMS), Video Library System (VLS), Distributed Streaming Media System (DSS), Value-Added Services (VAS), and Content Distribution Network (CDN) The diagram below illustrates the role of Middleware within the IPTV framework.
Hình 3.3: Vai trò của Middleware trong hệ thống IPTV
Hệ thống quản lý dịch vụ (SMS) đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và hỗ trợ các dịch vụ cho mô hình IPTV, bao gồm nhận thực, cấp phép, quản lý tính cước và phân tích thống kê Nó có khả năng kết nối với các hệ thống bên ngoài như BSS/OSS để tối ưu hóa quy trình quản lý dịch vụ Bên cạnh đó, phần quản lý hệ thống đảm nhận các chức năng như quản lý quyền và vai trò, tài nguyên, cấu hình hệ thống, giám sát, quản lý cảnh báo và quản lý Set-top Box (STB).
Hệ thống quản lý nội dung (CMS) đóng vai trò quan trọng trong mô hình IPTV, giúp quản lý các mục, kênh và nguồn video Nó hỗ trợ quản lý nhãn hiệu và logo cho các trạm TV, công bố và phát nội dung, lập lịch trình cho nội dung và giám sát chất lượng nội dung Ngoài ra, CMS còn quản lý thuế biểu, sắp xếp các chương trình quảng bá, và thực hiện việc chèn quảng cáo, giải trí, cùng với việc thực thi các dòng công việc một cách hiệu quả.
Hình 3.4: Chức năng của CMS
Hệ thống hướng dẫn chương trình điện tử (EPG) bao gồm hai dịch vụ chính: dịch vụ web và dịch vụ ứng dụng EPG, cả hai có thể hoạt động trên một máy chủ Dịch vụ web đáp ứng nhu cầu của người dùng bằng cách gửi các EPG tương ứng, tạo mẫu EPG và thu thập thông tin từ hệ thống quản lý nội dung (CMS) để xây dựng các trang EPG Trong khi đó, dịch vụ ứng dụng EPG thực hiện yêu cầu của người dùng thông qua việc tích hợp với hệ thống quản lý nội dung và dịch vụ truyền thông trong mô hình IPTV.
Hình 3.5: Chức năng của EPG
Hệ thống Middleware phải có khảnăng hỗ trợtính năng giải trí sau:
- Hướng dẫn chương trình tương tác (Interactive Programming Guide - IPG)
Middleware cần hỗ trợ IPG và cung cấp thông tin chương trình cho truyền hình kỹ thuật số Giao diện và nội dung của IPG sẽ được tích hợp qua VoD, âm nhạc kỹ thuật số và danh mục nội dung trên cổng thông tin TV.
- Middleware hỗ trợ tối thiểu thông tin chương trình trong 7 ngày và có khả năng truyền thông tin STB một bản tóm tắt chi tiết về mỗi chương trình
- Hệ thống Middleware phải hỗ trợ tính năng "picture-in-guide", cho phép người dùng có thểxem ti vi và được hướng dẫn đồng thời
Phần mềm Middleware mang đến tính năng xem phim theo yêu cầu, tương tự như VCR, cho phép người dùng thực hiện các thao tác như bật xem, tạm dừng, tua nhanh về phía trước, tua lại và nhảy tới một thời điểm cụ thể trong bộ phim.
Middleware cần cung cấp các tính năng hỗ trợ việc xem phim thuận lợi hơn, với video được phân loại chi tiết theo các thể loại quen thuộc trong VoD IPG Phần mềm cũng nên tích hợp công cụ tìm kiếm toàn diện, cho phép tìm kiếm theo thứ tự ABC dựa trên tên diễn viên, tác giả hoặc tiêu đề phim Để khuyến khích khán giả mua phim, người xem có thể xem trước các bản tóm tắt và đoạn quảng cáo trước khi quyết định mua.
Middleware cung cấp một giải pháp hiệu quả và thân thiện cho việc quản lý nội dung chương trình xem, bao gồm kiểm soát parental và theo dõi lịch sử tài khoản Nó cho phép cha mẹ thiết lập quyền kiểm soát, chỉ có thể truy cập thông qua mã PIN của thuê bao.
- Tương thích với STB của hãng thứ 3
- Các tính năng cần thiết khác
Hệ thống quản lý Middleware cơ bản phục vụ cho những chức năng sau:
Hỗ trợ thiết lập khai thác bao gồm việc xác định chu kỳ thanh toán cho thuê bao, cài đặt thông số cần thiết cho việc cập nhật phần mềm đến STB, thiết lập số lượng STB tối đa cho mỗi thuê bao, chỉnh sửa và định nghĩa ngôn ngữ cho phần mềm Middleware Client, cũng như kích hoạt gói xem phim theo yêu cầu (VoD).
Hệ thống cung cấp các chức năng quản lý thuê bao hiệu quả, bao gồm giám sát tình trạng thuê bao và thiết bị STB, theo dõi dịch vụ đang cung cấp cho thuê bao, cũng như cho phép kích hoạt hoặc bỏ kích hoạt chức năng giám sát của cha mẹ Người dùng có thể dễ dàng cài đặt và thiết lập mã PIN, cũng như quản lý việc kích hoạt hoặc hủy kích hoạt các dịch vụ theo nhu cầu.
- Quản lý sản phẩm: xác định kênh, hướng dẫn, dịch vụ web, tải EPG,
- Định nghĩa gói và giá cước
- Bảo mật, quy định mức độ truy cập với người dùng.
H ệ th ố ng m ạ ng phân ph ố i n ộ i dung (Content Ditribution Network)
Cấu trúc hệ thống CDN cơ bản như hình 3.6:
Hình 3.6: Cấu trúc hệ thống CDN
Hệ thống bao gồm nhiều cụm máy chủ video, thực hiện phân phối nội dung và lập danh mục chương trình giữa các cụm Một hệ thống CDN thông thường bao gồm một node trung tâm và một số node phụ Mỗi node máy chủ VoD bao gồm một máy chủ quản lý và một vài máy chủ VoD, đảm bảo hiệu quả trong việc cung cấp dịch vụ video.
63 node có thể được thêm vào một cách linh hoạt để phù hợp với yêu cầu của sự phát triển trong mạng
Máy chủ VoD không chỉ lưu trữ và xử lý các luồng video mà còn cung cấp các dịch vụ như truyền hình trực tiếp, VoD, Time Shift TV và NPVR Đồng thời, dung lượng lưu trữ trên đĩa cứng có thể được chia sẻ giữa các máy chủ VoD trong cùng một cụm, tối ưu hóa hiệu suất và khả năng phục vụ người dùng.
Máy chủ quản lý trong hệ thống CDN được chia thành hai loại: CDN manager và CDN agent CDN manager tại node trung tâm chịu trách nhiệm quản lý và phát hành nội dung, cũng như lập lịch giữa các node bên cạnh Trong khi đó, CDN agent tại các node phụ thực hiện việc quản lý và phát hành nội dung trong node của mình, đồng thời thực hiện cân bằng tải giữa các máy chủ VoD Cả hai loại máy chủ này đều nhận yêu cầu VoD từ người dùng và truyền danh sách nội dung theo chính sách cân bằng tải.
Hệ thống CDN hỗ trợ các tính năng rất linh hoạt và thông minh trong mạng
Mỗi node trong hệ thống có khả năng cung cấp đầy đủ chức năng của máy chủ VoD, cho phép thêm, xóa hoặc thay đổi các chương trình thông qua các chương trình lưu trữ nội bộ.
Hình 3.7: Cấu trúc mạng hai lớp
Node CDN trung tâm chứa các chương trình.
Node CDN bên cạnh xử lý các yêu cầu trực tiếp của người sử dụng
Hình 3.8: Cấu trúc mạng đa lớp
Hệ thống CDN trung tâm có nhiều cấp độ khác nhau, bao gồm mức 1, mức 2 và nhiều mức khác mà không bị giới hạn Mỗi node trung tâm tại các cấp độ này đều có tính năng tương đương nhau.
Node trung tâm cấp một chịu trách nhiệm quản lý và phân phối nội dung cho các node trung tâm cấp hai Các node trung tâm ở mỗi cấp không chỉ quản lý mà còn phân phối nội dung cho các node lân cận, đồng thời thực hiện việc phân tải giữa chúng.
- Nội dung được phân phối giữa các node CDN trung tâm khác nhau
- Hệ thống CDN có chức năng quan trọng là việc phân phối nội dung, điều này được thể hiện ở việc phân phối PUSH, PULL và MIRROR
Phân phối kiểu PUSH cho phép hệ thống chuyển giao chương trình giữa các node dựa trên các quy tắc phân phối đã được thiết lập trước Quá trình này có thể được thực hiện hoàn toàn bằng tay.
Phân phối kiểu PULL xảy ra khi một node A không đáp ứng được yêu cầu của một thuê bao, dẫn đến việc node A phải kéo nội dung từ một node trung tâm để phục vụ cho thuê bao đó.
Phân phối kiểu MIRROR là quá trình phản chiếu và đồng bộ hóa nội dung giữa các máy chủ Video, thiết lập mối quan hệ tương phản giữa máy chủ nguồn VoD và máy chủ đích VoD.
H ệ th ố ng qu ả n lý b ả n quy ể n s ố (Digital Right Management)
Việc sao chép và xem nội dung bất hợp pháp gây ra vấn đề về quyền sở hữu trí tuệ và bảo mật Để đảm bảo nội dung được truyền tải đến đúng người dùng và an toàn, hệ thống quản lý quyền sử dụng (DRM) được triển khai nhằm bảo vệ nội dung số khỏi kẻ đột nhập và người dùng bất hợp pháp Do đó, người dùng cần được xác thực qua hệ thống DRM để truy cập vào nội dung cụ thể.
Hệ thống DRM cần hỗ trợ giao tiếp hai chiều trong mạng IP để nâng cao tính an ninh, đồng thời phải có khả năng mã hóa ít nhất 25 kênh quảng bá hoặc nhiều hơn, sử dụng các thuật toán mã hóa công nghiệp.
DRM hỗ trợ và có khả năng tích hợp với các hệ thống STB, máy chủ lưu trữ video, hệ thống đầu cuối, IPTV Middleware
Hệ thống DRM bao gồm các máy chủ thực hiện chức năng điều khiển và duy trì khóa chứng thực PKI, ghi lại các giao dịch và quản lý nội dung mã hóa trong quá trình phân phát Nó cung cấp giao diện an toàn giữa thiết bị khách hàng (STB) và máy chủ DRM, đồng thời quản lý chìa khóa và cơ sở dữ liệu chứng thực cho khách hàng, cũng như thực hiện mã hóa thời gian thực cho nội dung quảng bá.
Hệ thống DRM cần hỗ trợ đồng nhất cho cả truyền thông đa điểm IPTV và VoD, được thực hiện thông qua các máy chủ mã hóa, bao gồm cả máy chủ cho mã hóa theo thời gian thực và mã hóa gián tuyến Các video sẽ được mã hóa trước khi được đưa vào hệ thống VoD Nội dung trong hệ thống DRM phải đảm bảo khả năng hỗ trợ các tính năng như tua, tạm dừng và phát tiếp.
DRM giúp nhà khai thác bảo vệ nội dung truyền hình và VoD bằng cách mã hóa và trộn tín hiệu khi truyền tải qua internet Để bảo vệ nội dung chương trình truyền hình quảng bá, một thiết bị scrambler được lắp đặt giữa Headend và thiết bị mạng truy cập, với nội dung được mã hóa theo thời gian thực Đối với nội dung VoD, việc mã hóa diễn ra trước khi lưu trữ trên máy chủ VoD.
Hệ thống DRM cần có khả năng hỗ trợ lên đến 50.000 giấy phép Các bộ mã hóa thực hiện việc mã hóa dữ liệu CA, trong đó CA là một phần của PKI, phối hợp với RA để xác minh thông tin từ các yêu cầu đã được xác thực số.
H ệ th ố ng Billing, VoD, STB (Set-top Box)
Hệ thống VoD sử dụng máy chủ để lưu trữ nội dung và cung cấp cho thuê bao sau khi xác thực danh tính từ Middleware Nó cho phép người dùng đặt và xem các bộ phim chất lượng cao cùng chương trình theo yêu cầu, với nội dung được lưu trên máy chủ dịch vụ và truyền tải khi cần Hệ thống cũng hỗ trợ các chức năng điều khiển VCR như tua nhanh, tạm dừng và tua lại.
Hệ thống máy chủ VoD cần đảm bảo khả năng truy cập liên tục 24/7 vào các nội dung lưu trữ Để tăng cường an toàn, hệ thống này phải được cấu hình dự phòng đầy đủ và quản lý tập trung, đồng thời hỗ trợ quản lý tại chỗ.
Giải pháp VoD phải có khả năng cung cấp các tính năng quản lý nội dung cơ bản sau:
- Các tác vụ quản trị nội dung
- Nạp các file chứa nội dung
- Sao chép các file chứa nội dung
- Lưu trữ các file chứa nội dung
- Xóa các file chứa nội dung
- Đăng ký cho file chứa nội dung
- Quản lý các nội dung đã được đăng ký
- Thiết lập lịch trình quảng bá nội dung
Hệ thống quản lý mạng và tính cước được lắp đặt tại Hà Nội, bao gồm các máy chủ quản lý thiết bị mạng, cơ sở dữ liệu khách hàng và tính cước Hệ thống này có khả năng quản lý tối thiểu 50.000 STB, bao gồm việc quản lý các nút mạng và quản lý Middleware.
Hệ thống thiết bị đầu cuối Set-top Box (STB) được lắp đặt tại nhà khách hàng, cung cấp ứng dụng truyền thông và giải trí, đồng thời hỗ trợ kết nối giữa tivi và mạng điện thoại, internet cũng như thư viện ảnh ảo của nhà cung cấp dịch vụ STB có khả năng giải mã dữ liệu và hình ảnh dựa trên địa chỉ IP, hiển thị chúng trên TV Thiết bị này hỗ trợ chuẩn H.264/MPEG-4 Part 10, với phần mềm client Middleware được xây dựng trên cấu trúc thick client, cho phép lưu trữ ứng dụng và dữ liệu ngay trên STB.
Mô hình đấu nối IPTV sang hệ thống IP: Tất cả các lưu lượng từ trung tâm
IPTV được định tuyến đến thiết bị PE, sau đó lưu lượng dịch vụ đi qua mạng core đến BRAS tại các tỉnh thành Từ BRAS, lưu lượng được phân phối xuống các switch truy cập, switch lớp 2, DSLAM, và cuối cùng đến tay thuê bao.
Hình 3.9 Mô hình đấu nối hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV
Hiện nay, các ATM-DSLAM đang dần được thay thế bởi IP-DSLAM, dẫn đến việc triển khai dịch vụ IPTV trên nền tảng IP-DSLAM cho các thuê bao.
Do nhu cầu sử dụng và băng thông lớn của dịch vụ VoD, việc triển khai các VoD server thứ cấp gần với thuê bao là cần thiết để giảm tải cho hệ thống mạng, đặc biệt là mạng đường trục Có hai vị trí khả thi để bố trí các VoD server thứ cấp: tại BRAS và tại access switch Giải pháp bố trí VoD server tại BRAS được đánh giá là khả thi hơn.
- Bố trí VoD server tại các access switch đòi hỏi chi phí rất lớn cho một sốlượng lớn VoD server
- BRAS là điểm tập trung lưu lượng với số lượng thuê bao hợp lý
- BRAS hoạt động ở lớp 3 nên việc cấu hình, đảm bảo QoS, và quản lý cũng dễ dàng hơn.
Chương 3 chương quan trọng của luận văn nói về cấu trúc của hệ thống IPTV đang được áp dụng trong Tập đoàn Viễn thông Quân đội Viettel từsơ đồ khối, chi tiết các phân hệ : hệ thống Headend, Middleware, CMS, MMS, hệ thống phân phối nội dung Content Ditribution Network, hệ thống bản quyền số DRM, hệ thống Billing, VOD , STB và chức năng đảm nhiệm của từng phân hệ, mô hình đấu nối từ hệ thống IPTV sang hệ thống truyền tải IP