Tìm hiểu về IPTV và sự phát triển ở Việt Nam Trang i LỜI CÁM ƠN Sau hơn một tháng nghiên cứu em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Tập đồ án này là kết quả của ba năm học tập trường Cao đẳng CNTT Hữu Nghị Việt – Hàn Và em xin gửi lời cám ơn chân thành nhất đến tất cả các thầy giáo, cô giáo trong khoa CNTT Ứng Dụng, những người đã tận tâm, nhiệt tình giảng dạy trong suốt ba năm qua để em có được những kiến thức cơ bản về ngành học cũng như giúp em hoàn thiện được đồ án tốt nghiệp này Qua đ.
TỔNG QUAN VỀ IPTV
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ IPTV
Lịch sử IPTV bắt đầu từ năm 1994 khi chương trình World News Now của ABC thực hiện buổi phát sóng truyền hình quảng bá đầu tiên qua Internet, sử dụng phần mềm videoconferencing CU-SeeMe.
Tổ chức đầu tiên liên quan đến IPTV được thành lập vào năm 1995 bởi Judith Estrin và Bill Carrico với tên gọi Precept Software Họ đã phát triển sản phẩm internet video mang tên "IP/TV", tương thích với các ứng dụng trên Windows và Unix, cho phép truyền âm thanh và hình ảnh qua giao thức unicast và IP multicast RTP/RTCP Phần mềm này được viết bởi Steve Casner, Karl Auerbach, và Cha Chee Kuan Năm 1998, Cisco Systems đã mua lại hệ thống này và giữ lại tên gọi "IP/TV".
AudioNet bắt đầu tiến hành nghiên cứu live webcasts với WFAA-TV trong tháng năm 1998, và KCTU-LP vào mùng 10 tháng 1 năm 1998
Kingston Communications, nhà cung cấp dịch vụ viễn thông tại Vương quốc Anh, đã triển khai dịch vụ KIT (Kingston Interactive Television) và IPTV qua mạng băng rộng DSL vào tháng 9 năm 1999, sau khi thử nghiệm thành công dịch vụ truyền hình và Video theo yêu cầu (VoD) Vào tháng 10 năm 2001, công ty đã bổ sung dịch vụ VoD vào hệ thống thông qua Yes TV Kingston được biết đến là một trong những công ty tiên phong trên thế giới trong việc triển khai IPTV và IP VoD qua mạng ADSL.
IPTV đã phát triển mạnh mẽ trên toàn cầu, đặc biệt là ở châu Á với các thị trường lớn như Hàn Quốc, Nhật Bản, Trung Quốc và Việt Nam Tại Việt Nam, dịch vụ IPTV đang ngày càng phổ biến với sự gia tăng số lượng thuê bao, nhờ vào sự khai thác công nghệ của nhiều công ty Hiện tại, ba nhà mạng cung cấp dịch vụ IPTV tại Việt Nam bao gồm VNPT với sản phẩm www.mytv.com.vn, FPT qua www.tv.fpt.vn và VTC với dịch vụ IPTV của mình.
Kể từ khi Internet ra đời, nhu cầu sử dụng các ứng dụng liên quan ngày càng gia tăng Trong số đó, truyền hình cũng nhận được sự chú ý đáng kể Hiện nay, IPTV đã trở thành một khái niệm quen thuộc trong lĩnh vực giải trí.
IPTV, viết tắt của Internet Protocol Television, là công nghệ truyền hình mới sử dụng mạng IP để phân phối nội dung audio-video đến người dùng Công nghệ này áp dụng các kỹ thuật nén video nhằm giảm dung lượng dữ liệu, giúp truyền tải hiệu quả hơn Nội dung đã nén được gửi đến khách hàng qua mạng IP tiêu chuẩn, cho phép người dùng thưởng thức dịch vụ IPTV thông qua máy tính hoặc tivi kết hợp với hộp giải mã set-top box.
Theo ITU-T Focus Group, IPTV được định nghĩa là dịch vụ đa phương tiện cung cấp truyền hình, âm thanh, văn bản, đồ họa và dữ liệu qua mạng IP Dịch vụ này được quản lý để đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS), chất lượng trải nghiệm (QoE), tính bảo mật, tính tương tác và tính tin cậy.
Hình 1.1 Hai cách triển khai dịch vụ
IPTV cho phép truyền hình kết nối trực tiếp với mạng Internet gia đình, thay vì sử dụng tín hiệu truyền thống, vệ tinh hoặc cáp Dịch vụ này tích hợp truyền hình với kết nối Internet, mang đến trải nghiệm giải trí hiện đại và tiện lợi cho người dùng.
Hiện có hai phương pháp chính thu tín hiệu truyền hình Internet Thứ nhất, sử
Triển khai IPTV theo kiểu truyền thống có thể chuyển đổi tín hiệu truyền hình thành tín hiệu cho các TV chuẩn thông qua bộ chuyển đổi tín hiệu (set top box - STB) Bộ chuyển đổi này thực chất hoạt động giống như một chiếc PC Với sự phát triển công nghệ, trong tương lai sẽ có những sản phẩm TV có khả năng kết nối và nhận tín hiệu truyền hình trực tiếp từ Internet.
Hiện nay, kết nối Internet không dây đã trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết, và các nhà cung cấp dịch vụ kỳ vọng rằng trong tương lai, khách hàng sẽ được trải nghiệm các dịch vụ IPTV không dây.
1.1.3 So sánh IPTV và các công nghệ truyền hình khác
Hình 1.3 Các công nghệ truyền hình
Truyền hình quảng bá mặt đất
Truyền hình cáp kỹ thuật số
Truyền hình số mặt đất
1.1.3.1 IPTV và các công nghệ truyền hình truyền thống a Truyền hình tương tự (analog):
Tín hiệu hình ảnh và âm thanh trong truyền hình tương tự là công nghệ truyền hình đầu tiên và vẫn được sử dụng phổ biến hiện nay Các kênh truyền hình quảng bá như HTV7, HTV9, VTV1 và hầu hết các dịch vụ truyền hình cáp tại Việt Nam vẫn áp dụng công nghệ này.
Truyền hình cáp tương tự và truyền hình quảng bá mặt đất có nhiều điểm tương đồng về kỹ thuật, tuy nhiên, truyền hình cáp cung cấp nhiều kênh hơn nhờ không bị giới hạn về băng tần.
Truyền hình tương tự có ưu điểm là công nghệ đơn giản và tương thích với hầu hết các loại máy thu hình hiện có, giúp khách hàng tiết kiệm chi phí đầu tư vì không cần mua thêm bộ giải mã Tuy nhiên, nhược điểm lớn của nó là tiêu tốn nhiều băng thông và chất lượng hình ảnh không cao Chính vì lý do này, nhiều quốc gia trên thế giới đã lên kế hoạch ngừng phát sóng các kênh truyền hình quảng bá tương tự và chuyển sang truyền hình số để tiết kiệm băng tần Trước năm 2010, các quốc gia như Mỹ, Hà Lan, Thụy Điển và Thụy Sĩ đã chính thức ngừng phát sóng truyền hình tương tự, và Việt Nam cũng đã đưa ra lộ trình để xóa bỏ các kênh này.
Tín hiệu âm thanh và hình ảnh trong truyền hình số được truyền dưới dạng tín hiệu số với nhiều định dạng khác nhau, bao gồm SDTV (Truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn), EDTV (Truyền hình độ phân giải nâng cao) và HDTV (Truyền hình độ phân giải cao) Truyền hình số được triển khai thông qua các công nghệ đa dạng như truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh, truyền hình số mặt đất và IPTV, mang đến chất lượng hình ảnh và âm thanh vượt trội cho người xem.
Truyền hình vệ tinh và truyền hình số mặt đất sử dụng công nghệ viba số để truyền tín hiệu hình ảnh và âm thanh Để xem các kênh truyền hình số, khách hàng cần trang bị bộ giải mã tín hiệu số, điều này làm tăng chi phí đầu tư Mặc dù truyền hình số có nhiều ưu điểm về chất lượng và tiết kiệm băng thông, nhưng nó vẫn chưa thể thay thế hoàn toàn truyền hình tương tự.
CẤU TRÚC MẠNG IPTV
Mạng nội dung cung cấp và giới thiệu các dịch vụ xử lý nội dung truyền hình trực tiếp và truyền hình VoD, bao gồm cả ứng dụng gia tăng như tin tức, điện thoại có hình, email và nhắn tin Nguồn nội dung truyền hình trực tiếp và VoD được mã hóa để phù hợp với luồng media theo yêu cầu, cho phép hệ thống chuyển tải cung cấp các luồng này tới người dùng cuối một cách hiệu quả.
Mạng Head End là một thành phần quan trọng khi triển khai dịch vụ IPTV cùng với hệ thống truyền hình vệ tinh số hoặc cáp số Tại điểm này, các nội dung truyền hình tuyến tính và theo yêu cầu được thu thập và định dạng để phân phối qua mạng IP Head End nhận các chương trình quốc gia từ vệ tinh, bộ quảng bá, hoặc qua mạng sợi trên mặt đất Sau khi thu thập, các kênh sẽ được mã hóa thành dạng số và đóng gói vào IP để gửi qua mạng, thường sử dụng luồng Multicast, mang lại nhiều lợi ích cho việc phân phối nội dung.
Quản lý vận chuyển không dây cho phép nhà cung cấp dịch vụ truyền tải một luồng IP từ đầu cuối đến mạng truy cập, mang lại lợi ích khi nhiều khách hàng có thể cùng xem một kênh quảng bá vào cùng một thời điểm, như trong các sự kiện thể thao hay văn hóa với hàng ngàn người cùng tham gia.
Mạng quản lý :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
Mạng truyền tải sử dụng cáp IP cho phép chuyển media qua phương thức đa hướng (multicast) hoặc đơn kênh Thông thường, truyền hình quảng bá BTV sử dụng phương thức đa hướng để phát tới người dùng cuối, trong khi truyền hình theo yêu cầu VoD được phân phối qua mạng cáp thông qua CDN (Content Distribution Network) tới địa điểm người dùng.
Mạng truy nhập là kết nối từ nhà cung cấp dịch vụ đến từng hộ gia đình, thường được coi là "chặng cuối" trong việc cung cấp băng rộng Các nhà cung cấp viễn thông hiện đang áp dụng công nghệ DSL để phục vụ nhu cầu của các gia đình, đồng thời cũng chuyển sang sử dụng công nghệ sợi quang như PON Đối với dịch vụ IPTV, họ sử dụng các phiên bản ADSL và VDSL để đảm bảo băng thông cần thiết Để thiết lập kết nối, nhà cung cấp sẽ lắp đặt thiết bị như DSL modem tại khu vực khách hàng, từ đó phân phối kết nối Ethernet đến mạng nội bộ của gia đình.
Mạng đầu cuối, hay còn gọi là mạng cáp gia đình, là mạng kết nối băng rộng như xDSL, FTTx kết hợp với LAN hoặc WLAN, theo các nhà khai thác viễn thông.
1.2.2 Kiến trúc và các thành phần IPTV
Các hệ thống IPTV bao gồm nhiều thành phần quan trọng, thường được gọi là Ecosystem, và tất cả đều có ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng dịch vụ (QoS) và trải nghiệm người dùng (QoE) của IPTV Những thành phần quan trọng nhất trong hệ thống này bao gồm:
Các bộ mã hoá video có nhiệm vụ biến đổi luồng đầu vào với nhiều định dạng
Các bộ mã hoá video như AVC hoặc WM VC-1 có nhiệm vụ đóng gói luồng video vào định dạng vận chuyển như ATM hoặc các gói IP Trước đây, bộ mã hoá video thời gian thực cho tín hiệu truyền hình trực tiếp có giá rất cao, nhưng hiện nay đã giảm đáng kể, không còn chiếm phần lớn đầu tư trong Video Head End Hầu hết các bộ mã hoá cho truyền hình trực tiếp nằm trong Head End cấp quốc gia, nhưng cũng xuất hiện trong các Head End của chương trình cục bộ Các thuộc tính kỹ thuật chính của bộ mã hoá video bao gồm chất lượng mã hoá, tỷ lệ nén, các loại thuật toán mã hoá và hỗ trợ ghép kênh thống kê.
Hình 1.5 Kiến trúc mạng IPTV điển hình Video server
Hình 1.5 Kiến trúc mạng IPTV điển hình
Các video server là thiết bị máy tính kết nối với hệ thống lưu trữ lớn, cho phép lưu trữ nội dung video đã được mã hóa trên đĩa hoặc trong ngân hàng RAM Chúng có khả năng xếp luồng nội dung video và âm thanh qua unicast, mang lại trải nghiệm xem mượt mà cho người dùng.
Hệ thống truy cập khẩn cấp
Nội dung vệ tinh ISP VoIP
VoD cục bộ Nội dung và quảng cáo cục bộ
Trạm Hub Video (VHO) Vòng SDH/SONET Điều khiển dịch vụ đa phương tiện Điều khiển IMS
DSLAM xDSL modem xDSL modem
Biên/Truy nhập thuê bao multicast tới STB chủ yếu được thực hiện thông qua video server, thường được sử dụng cho dịch vụ Video theo yêu cầu (VoD) và cũng hỗ trợ tính năng NPVR, cho phép thuê bao ghi lại nội dung từ xa trên thiết bị của nhà vận hành Các video server có đặc điểm kỹ thuật chung là khả năng mở rộng, bao gồm dung lượng lưu trữ, số lượng luồng, phần mềm quản lý và các loại giao diện khác nhau.
Middleware là phần mềm và phần cứng kết nối các thành phần trong giải pháp IPTV, hoạt động trên cả server của nhà cung cấp và STB Nó thực hiện cấu hình đầu cuối, cung cấp video server, EPG và nội dung, đồng thời hoạt động như boot server cho STB, đảm bảo tất cả STB chạy phần mềm tương thích Các đặc tính kỹ thuật của middleware bao gồm tính tin cậy, khả năng mở rộng và khả năng giao diện với các hệ thống khác.
Hệ thống truy cập có điều kiện (CAS) là công cụ quan trọng để bảo vệ nội dung trong các dịch vụ IPTV Trước đây, mạng video số không yêu cầu CAS, nhưng khi IPTV trở thành xu hướng, các nhà cung cấp nội dung phải áp dụng CAS và quản lý bản quyền số (DRM) để kiểm soát quyền truy cập và sử dụng nội dung DRM không chỉ quản lý việc xem chương trình thời gian thực mà còn kiểm soát nội dung sau khi đã xem Hầu hết các hệ thống CAS/DRM hiện nay đều kết hợp giữa xáo trộn và mã hóa bảo mật, với nguồn video được xáo trộn và điều khiển qua một bản tin mã hóa gửi đến thiết bị giải mã Các thuộc tính kỹ thuật của CAS/DRM bao gồm tính mở rộng và khả năng tích hợp với bộ mã hóa, máy chủ video và thiết bị giải mã (STB).
STB (Set-Top Box) là thiết bị quan trọng phía khách hàng, đóng vai trò giao diện giữa người sử dụng và hệ thống truyền hình, mạng Nó hỗ trợ EPG (Electronic Program Guide) giúp người dùng dễ dàng tìm kiếm các chương trình truyền hình và VoD STB chuyển đổi tín hiệu thành trung tâm cho hệ thống liên lạc trong nhà Phiên bản đầu tiên của STB cung cấp các tính năng cơ bản như EPG, giải mã và một số chức năng ghi hình cá nhân, nhằm giữ giá thành hợp lý Các yếu tố kỹ thuật quan trọng của STB bao gồm độ tin cậy, khả năng giải mã, kích thước ổ đĩa ngoài và các loại giao diện Giá cả của STB là yếu tố quyết định đối với nhà cung cấp IPTV, và việc sử dụng hệ thống MPEG-4 trên chip với mức tích hợp cao có thể giúp giảm giá thành sản phẩm.
CẤU TRÚC CHỨC NĂNG CHO DỊCH VỤ
Một mạng IPTV bao gồm nhiều thành phần cơ bản, tạo nên một cấu trúc chức năng cho phép phân biệt và chuyên môn hóa các nhiệm vụ Sáu thành phần chính của cấu trúc này bao gồm: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiển IPTV, truyền dẫn IPTV, quản lý thuê bao và bảo mật.
Hình 1.6 Cấu trúc chức năng các thành phần cho dịch vụ IPTV
Tất cả nội dung của dịch vụ IPTV, bao gồm VoD và truyền hình quảng bá, phải trải qua quá trình cung cấp nội dung Trong quá trình này, các chức năng tiếp nhận, chuyển mã và mã hóa sẽ tạo ra các luồng video số, cho phép phân phối qua mạng IP.
Khối phân phối nội dung đảm nhiệm việc chuyển giao nội dung đã mã hóa tới thuê bao, sử dụng thông tin từ các chức năng vận chuyển và điều khiển IPTV để đảm bảo tính chính xác trong quá trình phân phối Chức năng này bao gồm việc lưu trữ các bản sao nội dung nhằm tăng tốc độ phân phối, cùng với việc sử dụng lưu trữ tạm thời (cache) cho dịch vụ Video theo yêu cầu (VoD) và các bản ghi video cá nhân Khi thuê bao yêu cầu nội dung đặc biệt từ chức năng điều khiển IPTV, yêu cầu đó sẽ được chuyển đến chức năng phân phối nội dung để đảm bảo quyền truy cập.
Chức năng điều khiển IPTV đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối và vận hành các dịch vụ IPTV, đảm bảo đáp ứng nhu cầu của khách hàng Nó nhận yêu cầu từ thuê bao và phối hợp với các chức năng phân phối, giúp nội dung được truyền tải đến người dùng Bên cạnh đó, chức năng này cũng cung cấp hướng dẫn chương trình điện tử EPG, cho phép thuê bao lựa chọn nội dung theo sở thích Hơn nữa, chức năng điều khiển IPTV còn quản lý quyền nội dung số DRM, giúp thuê bao truy cập vào các nội dung một cách hợp pháp.
1.3.4 Chức năng vận chuyển IPTV
Sau khi yêu cầu nội dung từ thuê bao được chấp nhận, chức năng vận chuyển IPTV sẽ đảm nhiệm việc truyền tải nội dung đến thuê bao và đồng thời gửi lại các tương tác từ thuê bao tới chức năng điều khiển IPTV.
Chức năng thuê bao trong IPTV bao gồm nhiều thành phần và hoạt động khác nhau, cho phép người dùng truy cập nội dung Các thành phần này, như gateway kết nối với DSLAM và STB sử dụng trình duyệt web để kết nối với Middleware server, có vai trò quan trọng trong việc truyền tải thông tin STB lưu trữ các thành phần thiết yếu như key DRM và thông tin xác thực người dùng Chức năng thuê bao cũng sử dụng EPG để khách hàng có thể lựa chọn hợp đồng và yêu cầu truy cập từ các chức năng điều khiển IPTV, đồng thời nhận các giấy phép số và key DRM cần thiết để truy cập nội dung.
Mô hình IPTV tích hợp nhiều chức năng với các cơ chế bảo mật ở nhiều cấp độ khác nhau Chức năng cung cấp nội dung được bảo vệ bằng mã hóa từ nhà cung cấp, trong khi chức năng phân phối nội dung sử dụng DRM để đảm bảo an toàn Các chức năng điều khiển và vận chuyển áp dụng các tiêu chuẩn bảo mật nhằm ngăn chặn việc truy cập và sửa đổi trái phép từ các thuê bao không được xác thực Bên cạnh đó, chức năng thuê bao sẽ bị giới hạn bởi các cơ chế bảo mật triển khai tại STB và Middleware server Tóm lại, mọi ứng dụng và hệ thống trong môi trường IPTV đều có sẵn các cơ chế bảo mật nhằm ngăn chặn các hoạt động trái phép.
Trong môi trường IPTV, các thành phần được tổ chức theo chức năng cụ thể, như chức năng điều khiển IPTV bao gồm Middleware và quản lý quyền nội dung số DRM Nhóm phụ trách chức năng điều khiển IPTV có nhiệm vụ phân phối và sắp xếp các ứng dụng tương ứng với các thành phần của chức năng này Hình 1.5 minh họa các thiết bị thực hiện các chức năng trong môi trường IPTV.
PHÂN PHỐI TRONG MẠNG IPTV
CÁC LOẠI MANG TRUY NHẬP BĂNG RỘNG
Một thách thức lớn đối với các nhà cung cấp dịch vụ là đảm bảo đủ dung lượng băng thông trong mạng "sống" giữa mạng lõi và thiết bị đầu cuối tại nhà thuê bao Các khái niệm như mạng mạch vòng, mạng "last mile" và mạng biên thường được sử dụng để mô tả loại mạng này, nhưng trong tài liệu này, chúng tôi sẽ gọi đó là mạng truy cập băng rộng Có bốn loại mạng truy cập băng rộng có dây dẫn khác nhau có khả năng đáp ứng yêu cầu băng thông cho dịch vụ IPTV.
Mạng truy cập cáp quang
Các nhà cung cấp lựa chọn hệ thống phân phối dựa trên điều kiện tài nguyên mạng và nhu cầu thực tế Bài viết này sẽ tổng quát các loại mạng truy cập băng rộng được sử dụng trong hạ tầng mạng IPTV end-to-end.
IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG TRUY NHẬP CÁP QUANG
Đối với dịch vụ IPTV, yêu cầu về băng thông lớn nhưng chi phí hoạt động cần phải thấp Hiện nay, hạ tầng cáp quang đã sẵn sàng để triển khai các dịch vụ này, mang đến cho khách hàng một kết nối chuyên dụng tối ưu cho việc tiếp nhận nội dung IPTV Công nghệ sản xuất sợi quang mới nhất cho phép băng thông lớn hơn, từ đó có thể thực hiện các cấu trúc mạng hiệu quả.
Cáp quang tới khu vực văn phòng (FTTRO) là giải pháp kết nối từ trung tâm dữ liệu IPTV đến văn phòng gần nhất, được lắp đặt bởi các công ty viễn thông hoặc cáp Sau khi cáp quang được triển khai, cáp đồng sẽ được sử dụng để truyền tín hiệu đến người dùng cuối IPTV trong khu vực văn phòng.
Cáp quang tới vùng lân cận (FTTN) là công nghệ sử dụng sợi quang tập trung tại các node, với việc thiết lập từ trung tâm dữ liệu IPTV tới bộ chia trong khu vực lân cận, cách nhà thuê bao dưới 1,5 km Việc triển khai FTTN mang lại cho người dùng khả năng truy cập vào các dịch vụ trả tiền như truyền hình IPTV, truyền hình chất lượng cao và video theo yêu cầu.
Cáp quang tới lề đường (FTTC) là công nghệ truyền dẫn, trong đó sợi quang được lắp đặt từ trung tâm dữ liệu IPTV đến các tủ cáp tại lề đường Từ các tủ cáp này, một sợi dây cáp đồng hoặc cáp đồng trục sẽ được sử dụng để kết nối từ đầu cuối cáp quang đến thiết bị IPTV của người dùng.
Cáp quang tới nhà khách hàng (FTTH - Fiber to the home) là công nghệ kết nối trực tiếp từ trung tâm dữ liệu IPTV đến tay người dùng thông qua sợi quang Hệ thống FTTH sử dụng mạng quang để cung cấp dung lượng dữ liệu cao, đáp ứng nhu cầu sử dụng của khách hàng Ngoài ra, FTTH còn hỗ trợ các dịch vụ IPTV với tính năng tương tác, mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn.
Việc phân phối cấu trúc mạng thường được thực hiện thông qua hai loại mạng chính, bao gồm mạng quang thụ động và mạng quang tích cực.
Mạng quang thụ động PON (Passive Optical Network) là công nghệ kết nối điểm – đa điểm, sử dụng các bước sóng khác nhau để truyền dữ liệu từ trung tâm dữ liệu IPTV đến các điểm đích mà không cần các thành phần điện Công nghệ này được xây dựng dựa trên các mạng FTTx theo tiêu chuẩn quốc tế, với tiêu chuẩn G.983 của ITU đang được áp dụng hiện nay.
Mạng PON theo tiêu chuẩn G.983 bao gồm một kết cuối đường quang OLT
Optical Line Termination (OLT) được triển khai tại trung tâm dữ liệu IPTV, trong khi các thiết bị đầu cuối mạng quang ONT được lắp đặt tại nhà người dùng Để truyền tải tín hiệu IPTV đến từng hộ gia đình, các kỹ thuật truyền dữ liệu tốc độ cao qua cáp đồng như DSL được sử dụng.
Kết cuối đường quang OLT bao gồm cáp quang và các bộ chia quang để định tuyến lưu lượng mạng tới các kết cuối mạng quang ONT
Cáp quang kết nối OLT và các ONT khác nhau, mang lại truyền dẫn với độ can nhiễu thấp và băng thông cao Theo tiêu chuẩn G.983, mạng PON có khả năng truyền tín hiệu ánh sáng số hóa ở khoảng cách tối đa 20 Km mà không cần bộ khuếch đại.
Bộ chia quang là thiết bị quan trọng dùng để phân chia tín hiệu quang thành các tín hiệu đơn lẻ mà không làm thay đổi trạng thái của chúng, đồng thời không chuyển đổi giữa quang và điện Ngoài ra, bộ chia quang cũng có khả năng kết hợp nhiều tín hiệu quang thành một tín hiệu duy nhất Thiết bị này cho phép tối đa 32 hộ gia đình cùng chia sẻ băng thông từ mạng FFTx.
Cáp quang và bộ chia quang là thiết bị thụ động, cho phép truyền dẫn sóng quang mà không cần nguồn điện từ xa, giúp giảm chi phí vận hành và bảo trì.
Mục đích chính của ONT là cung cấp giao diện kết nối cho thuê bao IPTV với mạng PON, nhận tín hiệu ánh sáng và chuyển đổi thành tín hiệu điện ONT có thể được lắp đặt bên trong hoặc bên ngoài nhà, với nguồn điện từ trong nhà và mạch vòng cho phép điện thoại hoạt động khi nguồn bị hỏng Hầu hết các thiết bị ONT đều có giao diện Ethernet cho dữ liệu, cổng RJ-11 cho hệ thống điện thoại và giao diện cáp đồng trục cho kết nối Tivi Ngoài ra, ONT còn chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu quang để truyền trên mạng PON.
Cấu trúc mạng PON cơ bản, như được mô tả trong hình 2.1, được thiết kế để cung cấp dịch vụ IPTV và Internet tốc độ cao cho sáu hộ gia đình Một sợi quang đơn được kéo từ trung tâm dữ liệu IPTV đến bộ chia quang, cho phép chia sẻ và hỗ trợ dung lượng cao từ 622 Mbps đến vài Gbps.
Mạng PON mô tả ba loại bước sóng truyền dẫn khác nhau, bao gồm bước sóng đầu tiên để mang lưu lượng Internet tốc độ cao, bước sóng thứ hai để mang các dịch vụ IPTV và bước sóng thứ ba để mang lưu lượng tương tác từ nhà thuê bao trở lại nhà cung cấp dịch vụ Thiết bị ghép kênh theo bước sóng WDM được lắp đặt tại trung tâm dữ liệu IPTV và bên trong kết cuối OLT, cho phép mạng PON hỗ trợ truyền dẫn nhiều kênh song song hoặc nhiều bước sóng trên một sợi quang, tạo ra các kênh quang ảo trên một sợi quang đơn Điều này giúp tăng dung lượng của mạng bằng cách gán bước sóng bắt đầu từ nguồn quang đến các bước sóng riêng biệt trên phổ tần truyền dẫn quang.
Hình 2.1 Mạng IPTV FTTH sử dụng công nghệ PON
Có 3 công nghệ mạng PON là BPON, EPON và GPON hỗ trợ cả truyền hình vô tuyến truyền thống và IPTV Chi tiết cụ thể của mỗi công nghệ được tìm hiểu trong các phần sau
IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG ADSL
Trong những năm gần đây, nhiều công ty điện thoại trên toàn cầu đã tham gia vào thị trường IPTV, tạo ra sự cạnh tranh với các nhà cung cấp truyền hình cáp và mạng băng rộng không dây Sự tham gia này đã thúc đẩy các nhà cung cấp truyền hình đưa ra các dịch vụ thoại và truy cập Internet Để đối phó, các công ty viễn thông tận dụng hạ tầng mạng DSL để cung cấp dịch vụ truyền hình thế hệ mới cho khách hàng Công nghệ DSL cho phép phân phối băng thông lớn qua cáp đồng, biến đổi mạng cáp điện thoại hiện có thành đường truyền số tốc độ cao, từ đó cung cấp dịch vụ dữ liệu Internet tốc độ cao cho người dùng.
Băng thông đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp dịch vụ IPTV thế hệ mới Nhiều mạng băng rộng dựa trên DSL hiện tại vẫn kế thừa từ các chuẩn DSL cũ, không chỉ thiếu khả năng hỗ trợ video tốc độ cao mà còn gặp hạn chế trong việc phân phối luồng dữ liệu IP đến từng hộ gia đình Trong một số trường hợp, việc truyền tín hiệu truyền hình chất lượng chuẩn qua mạng DSL là không khả thi Để cải thiện khả năng thực thi IPTV, cần triển khai các công nghệ DSL như ADSL, ADSL2+ và VDSL, điều này sẽ được khám phá chi tiết trong các phần tiếp theo.
2.3.1 ADSL Đường dây thuê bao kỹ thuật số bất đối xứng ADSL là kỹ thuật trong họ xDSL được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay trên các mạng viễn thông thế giới ADSL là công nghệ kết nối điểm – điểm, nó cho phép các nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông rộng trên đường dây cáp đồng điện thoại đang tồn tại Nó được gọi là “bất đối xứng” vì thông tin được truyền từ trung tâm dữ liệu tới thiết bị IPTVCD nhanh hơn thông tin được truyền từ IPTVCD tới trung tâm dữ liệu Cũng vì thế đặc tính kết nối điểm – điểm của ADSL loại trừ được các biến đổi về băng thông của môi trường mạng chia sẻ
ADSL sử dụng các kỹ thuật đặc trưng cho phép tốc độ downstream đạt 8 Mbps và tốc độ upstream là 1,5 Mbps, đủ để hỗ trợ hai kênh truyền hình quảng bá chuẩn MPEG-2 cùng một kết nối Internet tốc độ cao Tuy nhiên, chất lượng dịch vụ ADSL phụ thuộc vào khoảng cách từ trung tâm dữ liệu của nhà cung cấp đến nhà khách hàng; nếu khách hàng gần trung tâm, dịch vụ sẽ tốt hơn so với những nhà ở xa Khoảng cách tối đa cho dịch vụ ADSL là 18.000 ft (khoảng 5,5 Km).
Các thiết bị ADSL cung cấp kết nối kỹ thuật số qua mạng PSTN, nhưng tín hiệu truyền vẫn là tín hiệu tương tự Do mạng mạch vòng nội hạt không thể chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự, các mạch ADSL phải sử dụng tín hiệu tương tự Tại nhà khách hàng, modem sẽ chuyển đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số trước khi gửi đến thiết bị IPTVCD.
Các thiết bị được sử dụng để triển khai dịch vụ IPTV trên mạng ADSL như trên hình 2.2 bao gồm:
Modem ADSL: tại nhà thuê bao có một bộ thu phát ADSL hoặc modem
Modem thường kết nối bằng cổng USB hoặc giao tiếp Ethernet từ mạng gia đình hoặc
PC kết nối với đường line DSL Hầu hết các modem hiện nay đều tích hợp chức năng định tuyến, giúp hỗ trợ dịch vụ dữ liệu và cung cấp truy cập Internet tốc độ cao.
Bộ lọc POTS là thiết bị cần thiết cho người dùng kết nối Internet qua ADSL, giúp phân tách tín hiệu dữ liệu và tín hiệu thoại Thiết bị này sẽ lọc tín hiệu, gửi tín hiệu tần số thấp đến điện thoại và tần số cao đến mạng gia đình, đảm bảo kết nối ổn định và hiệu quả.
DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) là thiết bị quan trọng trong hệ thống IPTV, hoạt động tại các tổng đài khu vực của nhà cung cấp dịch vụ Nó nhận kết nối từ các thuê bao qua đường dây cáp đồng, tập hợp và truyền tải nội dung đến trung tâm dữ liệu IPTV bằng cáp quang tốc độ cao Với khả năng hỗ trợ truyền dẫn đa điểm (multicast), DSLAM giúp giảm thiểu việc tái tạo kênh cho từng yêu cầu từ người xem Có hai loại DSLAM là DSLAM lớp 2 và DSLAM nhận biết IP, đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối nội dung IPTV tới các thuê bao.
IPTV trên cấu trúc mạng ADSL hoạt động thông qua DSLAM lớp 2, thực hiện chuyển mạch lưu lượng giữa Ethernet và ATM, đồng thời quản lý lưu lượng mạng ngược dòng và ngăn ngừa can nhiễu giữa các thêu bao IPTV DSLAM có khả năng nhận biết IP và hỗ trợ các giao thức IP tại lớp 3, cho phép tái tạo các kênh truyền hình quảng bá và kênh theo lệnh Mặc dù công nghệ ADSL cung cấp nền tảng cho các dịch vụ tương tác, nó không phải là giải pháp tối ưu cho việc phân phối nội dung IPTV do một số hạn chế nhất định.
Tốc độ tối đa của ADSL đạt 8 Mbps, đủ để hỗ trợ hai kênh truyền hình chất lượng cao và một số lưu lượng Internet Tuy nhiên, tốc độ này không đáp ứng được nhu cầu của các nhà cung cấp IPTV khi phân phối chương trình lớn đến thuê bao.
Công nghệ ADSL có tốc độ download thấp hơn tốc độ upload, điều này dẫn đến hạn chế trong việc cung cấp các dịch vụ ngang hàng (peer-to-peer) vì yêu cầu băng thông download và upload cần phải tương đương.
Để khắc phục các hạn chế của công nghệ mạng hiện tại, các nhà cung cấp dịch vụ đã bắt đầu triển khai công nghệ ADSL tiên tiến, trong đó ADSL2 nổi bật như một giải pháp hiệu quả.
Chuẩn ADSL2 được phát triển nhằm đáp ứng nhu cầu băng thông cao, hỗ trợ các ứng dụng đòi hỏi tốc độ truyền tải lớn như IPTV Trong dòng sản phẩm ADSL2, có ba loại khác nhau để phục vụ các mục đích sử dụng đa dạng.
ADSL2, phiên bản đầu tiên được ITU phê chuẩn vào năm 2003, mang đến nhiều cải tiến so với chuẩn ADSL gốc Với tốc độ tải xuống cao hơn và khả năng kết nối từ tổng đài trung tâm đến modem của thuê bao ở khoảng cách xa hơn, ADSL2 là lựa chọn tối ưu cho người dùng cần hiệu suất Internet tốt hơn.
ADSL2+: ADSL2+ được chuẩn hóa sau ADSL2 Đây là chuẩn xây dựng trên
ADSL2 cho phép các nhà cung cấp dịch vụ mạng cung cấp tốc độ lên tới 20 Mbps, hoạt động hiệu quả trong khoảng cách 1,5 Km từ tổng đài trung tâm đến modem của khách hàng.
IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP
Mạng truyền hình cáp truyền thống (CATV) đã nổi bật trong việc cung cấp hàng trăm kênh truyền hình cho hàng ngàn người dùng, cho phép mỗi người dễ dàng chọn kênh yêu thích thông qua việc dò tìm trên Tivi hoặc sử dụng bộ giải mã STB Hệ thống này cũng hỗ trợ việc thêm thuê bao mới một cách đơn giản bằng cách tách và khuếch đại tín hiệu Tuy nhiên, trong quá khứ, tính tương tác của các hệ thống này bị hạn chế, với nội dung chỉ được gửi trực tiếp đến người xem mà không có khả năng tương tác.
Bảng 2.2 So sánh các công nghệ DSL
Khoảng cách lớn nhất (km)
Các dịch vụ được hỗ trợ
Một kênh video SD nén MPEG- 2,truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoiP
Hai kênh video SD nén MPEG-2 hoặc một kênh HD,truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ Voip
Năm kênh video SD nén MPEG-2 hoặc hai kênh HD, truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ Voip
Năm kênh video SD nén MPEG-2 hoặc hai kênh HD , truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ Voip
Mười hai kên video SD MPEG-2 hoặc năm kênh HD Truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ
Bảy kênh video SD MPEG-2 hoặc ba kênh HD Truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoIP
Mười hai kênh video SD MPEG-
2 hoặc 10 kênh HD truy cập Internet tốc độ cao và các dịch vụ VoiP
Hiện nay, các nhà khai thác CATV đang tìm kiếm các hệ thống phân phối video tiên tiến để cung cấp dịch vụ triple-play bao gồm video, thoại và dữ liệu Công nghệ IP đóng vai trò nền tảng trong việc hội tụ các dịch vụ này.
Các nhà khai thác truyền hình cáp đã đầu tư mạnh mẽ để nâng cấp mạng lưới, hỗ trợ triển khai dịch vụ IPTV tiên tiến Để hiểu rõ về công nghệ phân phối nội dung IPTV qua mạng truyền hình cáp, trước tiên cần nắm vững các khái niệm cơ bản về mạng hỗn hợp HFC.
2.4.1 Tổng quan về kỹ thuật HFC
Mạng truyền hình cáp có thể hoạt động hiệu quả tại các vùng đặc thù, cho phép khách hàng truy cập IPTV thông qua công nghệ cáp quang và cáp đồng trục hỗn hợp HFC (hybrid fiber/coax) Kỹ thuật HFC kết hợp cáp quang và cáp đồng trục để phân phối dịch vụ truyền hình kỹ thuật số, mang lại nhiều đặc tính thuận lợi cho việc cung cấp các dịch vụ thế hệ mới.
Mạng HFC có khả năng truyền tải đồng thời tín hiệu số và tín hiệu tương tự, điều này rất quan trọng đối với các nhà khai thác mạng.
Mạng HFC kết hợp hiệu quả giữa việc mở rộng dung lượng và đảm bảo độ tin cậy cho hệ thống IPTV Tính năng gia tăng dung lượng của hệ thống HFC cho phép các nhà khai thác mạng triển khai dịch vụ mới mà không cần thay đổi toàn bộ cấu trúc mạng hiện có Bên cạnh đó, đặc tính vật lý của cáp đồng trục và cáp quang hỗ trợ mạng hoạt động với tốc độ lên tới vài Gbps.
Mạng HFC (Hybrid Fiber-Coaxial) có cấu trúc bao gồm đường trục chính là cáp quang, kết nối đến các node quang và mạng cáp đồng trục Node quang đóng vai trò như một giao tiếp, kết nối tín hiệu upstream và downstream qua mạng cáp quang và cáp đồng trục Mạng cáp đồng trục sử dụng topology cây-phân nhánh, trong đó các thuê bao truyền hình kết nối thông qua bộ chia cáp Tap Tín hiệu truyền hình số được phát từ trung tâm dữ liệu đến các node quang, sau đó được phân phối qua cáp đồng trục, bộ khếch đại và bộ chia cáp Tap đến tay khách hàng.
2.4.2 IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp
Cuộc thảo luận về việc truyền tải lưu lượng qua mạng IP trong ngành công nghiệp truyền hình cáp đang diễn ra sôi nổi Sự cạnh tranh từ các nhà cung cấp viễn thông và hiệu quả băng thông cao của kỹ thuật phân phối IP buộc các nhà khai thác mạng truyền hình cáp phải chuyển sang mô hình mạng IP để cung cấp nội dung đến người dùng.
Transitioning from a radio frequency (RF) network to a switched digital video (SDV) network based on IP requires the installation of new equipment, including routers, IP set-top boxes (STBs), and high-speed switches The implementation of an SDV network offers several advantages.
Một lượng lớn băng thông mạng sẽ được dự trữ vì nhà khai thác chỉ nhận yêu cầu phát một kênh truyền hình đơn lẻ tới bộ giải mã STB Điều này trái ngược với các hệ thống cũ, nơi tất cả các kênh đều được phát quảng bá trên mạng, dẫn đến việc các kênh không sử dụng vẫn chiếm giữ băng thông.
Băng thông dư thừa giúp các nhà khai thác mạng cáp truyền hình cung cấp dịch vụ và nội dung IPTV cho thuê bao một cách hiệu quả.
Các nhà khai thác mạng cáp truyền hình có khả năng đo đạc và giám sát chính xác nội dung mà từng thuê bao đã xem Tính năng này rất quan trọng đối với các nhà khai thác nhằm tăng doanh thu từ quảng cáo.
Hình 2.4 mô tả một cấu trúc mạng IPTV cáp được tạo thành từ sự kết hợp các thiết bị của công nghệ RF và công nghệ IP
Một số thiết bị phần cứng được mô tả trên hình 2.4 bao gồm:
Switch hay Router GigE: GigE (Gigabit Ethernet) đã trở thành giao thức vận chuyển phổ biến để kết nối các thành phần mạng IP Nó thường được áp dụng cho các ứng dụng cần băng thông lớn, chẳng hạn như Video on Demand (VoD) Router GigE có khả năng tập hợp lưu lượng IPTV và cung cấp kết nối đến mạng truy cập lõi, tối ưu hóa hiệu suất truyền tải dữ liệu.
Mạng truyền dẫn quang là mạng lõi đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối giữa máy chủ video trong trung tâm nội dung và các bộ điều chế tại các điểm biên Mạng này có thể bao gồm các công nghệ như mạng quang đồng bộ SONET, mạng ATM và mạng ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng DWDM, đảm bảo khả năng truyền tải dữ liệu hiệu quả và ổn định.
Bộ điều chế biên là thiết bị quan trọng tại các tổng đài khu vực, có chức năng nhận nội dung IPTV từ mạng lõi, chuyển đổi nội dung từ các gói IP sang tín hiệu RF và phân phối qua mạng HFC tới bộ giải mã STB.
IPTV PHÂN PHỐI TRÊN MẠNG INTERNET
Kể từ khi truyền hình ra đời, nhiều công nghệ đã được phát triển để phân phối tín hiệu đến người xem toàn cầu, bao gồm vô tuyến, ADSL, cáp quang và mạng truyền hình cáp Gần đây, Internet đã xuất hiện như một phương thức mới, cho phép khách hàng xem truyền hình quảng bá và nội dung video theo yêu cầu.
Sự gia tăng số lượng khách hàng sử dụng Internet để giải trí được thúc đẩy bởi tốc độ băng thông rộng, tiến bộ trong kỹ thuật nén dữ liệu và sự đa dạng của các chương trình lựa chọn IPTV, triển khai trên mạng Internet, là một trong những ứng dụng nổi bật trong lĩnh vực này.
2.5.1 Các kênh truyền hình Internet streaming
Phân phối kênh truyền hình qua Internet là một ứng dụng phổ biến của IPTV, cho phép người dùng xem nội dung video được streaming từ server tới các thiết bị như PC, điện thoại di động hoặc bộ giải mã STB Nội dung này có thể được phát trực tiếp hoặc xem lại theo cách truyền thống Quá trình streaming bắt đầu từ server, nơi video được nén vào các gói IP và truyền qua mạng Internet đến thiết bị client Thiết bị này sử dụng phần mềm, thường là trình duyệt, để giải nén và phát video Thời gian từ khi người dùng chọn kênh đến khi xem được phụ thuộc vào tốc độ kết nối giữa server và client Mô hình mạng phân phối kênh truyền hình qua Internet được minh họa trong hình 2.5.
Hình 2.5 Cấu trúc mạng các kênh truyền hình Internet
Trung tâm dữ liệu truyền hình Internet
Việc triển khai tất cả các kênh truyền hình Internet sẽ yêu cầu một server streaming, server này sẽ hỗ trợ các chức năng sau:
Lưu trữ và khôi phục nội dung video nguồn là rất quan trọng, đồng thời điều khiển tốc độ các gói video IP được phân phối tới thiết bị của người xem giúp cải thiện trải nghiệm Ngoài ra, việc thực hiện chuyển tiếp và chuyển ngược các lệnh yêu cầu từ người xem truyền hình Internet cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa quá trình xem video trực tuyến.
Một server streaming đơn lẻ hiệu quả cho việc phân phối một số lượng ít kênh truyền hình đến một nhóm thuê bao giới hạn Tuy nhiên, để cung cấp nhiều kênh cho hàng trăm hoặc hàng ngàn thuê bao IPTV, cần triển khai nhiều server streaming trên các đường mạng khác nhau.
Công việc streaming video yêu cầu bảo mật cao do nội dung không được lưu trữ trên thiết bị của người dùng, vì vậy cần ngăn chặn việc sao chép trái phép IPTV mang lại lợi thế vượt trội với khả năng hoạt động hiệu quả trên các kết nối băng thông thấp, cho phép người xem bắt đầu xem nội dung tại bất kỳ điểm nào trong luồng.
Việc phân phối truyền hình Internet khác biệt so với các cơ chế phân phối khác ở chỗ các vị trí cổng Internet không thuộc quyền sở hữu của nhà cung cấp IPTV và không kiểm soát cơ sở hạ tầng cung cấp dịch vụ video IP cho người dùng Thay vào đó, cơ sở hạ tầng mạng này thuộc sở hữu của các nhà cung cấp truyền hình cáp hoặc các công ty viễn thông.
Như tên gọi, IPTV cho phép khách hàng download và xem nội dung theo yêu cầu
Hầu hết các dịch vụ tải xuống trên Internet đều yêu cầu trả phí hoặc tính phí theo dung lượng tải, bao gồm tin tức, thời tiết, phim ảnh và âm nhạc Gần đây, một số cổng Internet đã bắt đầu cung cấp thư viện nội dung IPTV cho phép người dùng tải về Mặc dù nhiều người vẫn sử dụng máy tính để xem các chương trình này, nhưng một số công ty đã cung cấp thiết bị giải mã STB cho những ai không muốn xem trên PC Công nghệ IPTV end-to-end đang phát triển với nhiều tính năng hấp dẫn.
Các giao thức mạng như FTP và HTTP thường được sử dụng để truyền tải nội dung IPTV từ server đến client, giúp giảm thiểu khả năng nội dung này bị chặn bởi firewall.
Công nghệ server: chuẩn phần mềm Web server thường được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu về nội dung video
Tốc độ mạng ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian tải phim trên Internet, với tốc độ kết nối băng thông rộng và chất lượng video là hai yếu tố quan trọng Các bộ phim có định dạng SD thường được tải xuống nhanh hơn so với các nội dung video có chất lượng cao hơn.
Mặc dù kết nối băng rộng được ưa chuộng hơn, người dùng vẫn có thể sử dụng các liên kết dial-up chậm hơn để truy cập dịch vụ tải xuống trên Internet.
Nhu cầu lưu trữ cho cả server và client là rất quan trọng để xử lý các tệp IPTV lớn Nhiều ứng dụng tải xuống Internet cho phép người dùng IPTV ghi lại nội dung video đã tải về vào đĩa DVD và xem trên đầu DVD.
2.5.3 Chia sẻ video ngang hàng Ứng dụng chia sẻ video ngang hàng peer-to-peer cho phép nhiều user xem, chia sẻ và tạo nội dung video trực truyến Việc sử dụng ứng dụng chia sẻ video peer-to-peer không phức tạp và nó thường là download và cài đặt một số phần mềm chuyên dụng
Khi phần mềm hoạt động trên PC, người dùng chỉ cần nhấp vào các liên kết để tải xuống video Sau khi quá trình tải xuống bắt đầu, phần mềm sẽ thiết lập các kết nối chia sẻ video peer-to-peer và lấy nội dung video từ nhiều nguồn khác nhau Khi file video đã được tải xuống và lưu đầy đủ vào ổ cứng, người dùng có thể xem nội dung một cách dễ dàng.
