Tìm hiểu về công nghệ truyền hình internet IPTV

IPTV là một định nghĩachung cho việc áp dụng đế phân phối các kênh truyền hình truyền thông, phimtruyện và nội dung video theo yêu cầu trên một mạng riêng.. Theo tổ chức Liên Hiệp Viễn T

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỦ - THÔNG TIN

•k'k'k'k'k'k'k-k'k'k’k-k'k'k'k'k'k’k'k'k 'k -k

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

INTERNET IPTV”

TS NGUYỄN HOÀI GIANG ĐÁNG THỊ ANH

KI6B 2013-2017 ĐẠI HỌC CHÍNH QUY

Hà Nội-2017 Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên thực hiện

Lớp

Khoá

Hệ

Internet IPTV ” Nội dung đồ án bao gồm những chương chính như sau :

• Chương 1 : Tổng quan về IPTV

• Chuơng 2 : Công nghệ truyền hình trên nền IP

• Chương 3 : QoS trong dịch vụ IPTV

• Chương 4 : Tình hình phát triển dịch vụ IPTV tại Việt Nam

Do kiến thức cũng như khả năng tìm hiếu còn hạn chế chưa được đầyđủ

và xác thực, nội dung đồ án tốt nghiệp còn thiếu sót, em rất mong nhận

góp ý từ các quý thầy cô và các bạn để đồ án này được hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn !

Sinh viên thực hiện

Đặng Thị Anh

và góp ý đe em có thêm kinh nghiệm và hoàn thiện hơn đồ án này.

Em xin chân thành cam on!

Sinh viên thực hiện

Đặng Thị Anh

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DÀN NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN LỜI MỎ ĐẦU

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC HÌNH VẼ

THUẬT NGỮ VIẾT TẢT

DANH MỤC HÌNH VẼ

DANH MỤC BANG

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

A

ADSL Asymmetrical DigitalSubcriber Line Đường dây thuê bao số bấtđối xứng

Access Multiplexer

Bộ ghép kênh truy cậpđường dây thuê bao số

DSL Digital Subcriber Line Đường dây thuê bao số

E

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thứcInternet

IPTVCD IPTV Cunsumcr Device Thiết bị khách hàng IPTV

Protocol

Giao thức quán lý nhómmạng Internet

Network

Mạng số tích hợp đa dịchvụ

L

M

thông

group

Nhóm chuyên ngành về ánhđộng

PIM Protocol IndependentMulticast

chương trình phát đa hướngkhông phụ thuộc vào giaothức

Q

RTMU Real-Time Multicast &Unicast Thời gian thực multicast &unicast

s

T

u

liệu ngắn

V

VCR Video Cassette Recording Ghi băng video

Subcribcr Line

Đường dây thuê bao số tốc

độ rất cao

J

JavaScriptw

WRED Weighted Random EarlyDetection Phát hiện sớm ngầu nhiêncó trọng số

CHƯƠNG 1 : TÔNG QUAN VỀ IPTV

1.1 GIỚI THIỆU VÈ IPTV

IPTV là một cơ chế truyền tải nội dung truyền hình dựa trên nền táng làmột mạng sừ dụng giao thức IP Lợi ích cùa cơ chế này là khả năng phân phốinhiều loại tín hiệu truyền hình khác nhau, tăng tính tương tác, cải tiến đế tươngthích với các thuê bao đang tồn tại

Sự phát triển nhanh chóng cúa mạng Internet băng rộng làm thay đối cả vềnội dung và kỹ thuật truyền hình Đặc biệt nổi trội về kỹ thuật là tính tương tácgiữa hệ thống với người xem, cho phép người xem chủ động về thời gian và khánăng triển khai dịch vụ giá trị gia tăng tiện ích khác trên hệ thống nhằm đáp ứngnhu cầu cùa người sử dụng Đây là xu hướng hội tụ cùa mạng viễn thông thếgiới

1.1.1 Khái niệm IPTV

IPTV là tên viết tắt của cụm từ Internet Protocol Television

Khi mới bắt đầu IPTV được gọi là truyền hình giao thức internet hayTelcoTv hay truyền hình băng rộng Thực chất tất cả các tên trên đều mang hàm

ý về việc phân phối truyền hình băng rộng chất lượng cao hoặc nội dung âmthanh, hình ảnh theo yêu cầu trên một mạng băng rộng IPTV là một định nghĩachung cho việc áp dụng đế phân phối các kênh truyền hình truyền thông, phimtruyện và nội dung video theo yêu cầu trên một mạng riêng

Theo tổ chức Liên Hiệp Viễn Thông Quốc Tc ITU :

IPTV được định nghĩa là các dịch vụ đa phương tiện như truyền hình,video, audio, văn bản, số liệu truyền tải trên các mạng dựa trên IP được kiếmsoát nhằm cung cấp mức chất lượng dịch vụ, tính tương tác, độ báo mật và tincậy theo yêu cầu

Một số đặc điểm cua IPTV :

• Uu điểm :

•Hỗ trợ truyền hình tương tác :

Khả năng hoạt động hai chiều của hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấpdịch vụ đưa ra một số lượng lớn các ứng dụng truyền hình tương tác Các loạihình dịch vụ được phân phối qua dịch vụ IPTV có thề bao gồm truyền hình trựctiếp tiêuchuẩn, truyền hỉnh độ trung thực cao (HDTV), các trò chơi trực tuyến

và kết nối Internet tốc độ cao

•Không phụ thuộc thời gian :

IPTV khi kết hợp với máy thu video số cho phép tạo chương trình nội dungkhông phụ thuộc thời gian bằng cơ chế ghi và kru lại nội dung và sau đó có thexem lại

•Tăng tỉnh cả nhân :

Hệ thống IPTV từ đầu cuối - đến - đầu cuối hồ trợ thông tin hai chiều vàcho phép các đối tượng sử dụng lựa chọn và thiết lập việc xem TV theo sở thíchriêng như chương trình và thời gian xem ưa thích

•Yêu cầu về hăng thông thấp

Thay vì phải truyền tải tất cả các kênh cho mọi đối tượng sử dụng, côngnghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chi cần phái phát các kênh màđối tượng sứ dụng yêu cầu Tính năng hấp dẫn này cho phép nhà khai thác mạngtiết kiệm băng thông

•Khả năng truy nhập trên nhiều loại thiết bị

Việc xem nội dung IPTV không bị giới hạn là dùng cho các máy thu hình.Các khách hàng thường sứ dụng máy tính cá nhân và các thiêt bị di động đê truycập tới các dịch vụ IPTV

1PTV thường được xem là công nghệ TriplePlay (dữ liệu, âm thanh và hìnhảnh) Nhưng trong một môi trường mà thách thức nhân lên theo cấp số mũ vàcông nghệ phải liên tục được cập nhật, bộ ba dịch vụ nói trên đã chuyển thành

bộ tứ khi có thêm xem truyền hình qua thiết bị di động MobilcTV

Khả năng của IPTV hứa hẹn mang đến những nội dung kỹ thuật số chấtlượng cao như video theo yêu cầu VoD, hội tháo, truyền hình tương tác/trựctiếp, game, giáo dục từ xa, tin nhắn nhanh qua TV V.V

• Nhược điểm :

• Nhược điểm của IPTV chính là khả năng mất dừ liệu rất cao và sự chậmtrễ trong truyền tín hiệu Neu như đường kết nối mạng cúa người dùngkhông thật sự tốt cũng như không đủ băng thông cần thiết thì hiện tượnghình ảnh, video bị giật, nhiễu hay việc chuyển kênh có thể tốn khá nhiềuthời gian đế tải về Nếu máy chủ cùa nhà cung cấp dịch vụ không đúmạng thì sốlượng người xem truy cập vào nhiều làm cho chất lượng dịch

vụ giảm sút

Tuy nhiên công nghệ mạng Internet càng ngày càng phát triển mạnh mẽ,đấy băng thông kết nối lên cao hơn, góp phần giúp IPTV khắc phụcnhược điểm nói trên

1.1.2 Các giao thức IPTV sử dụng

IPTV bao gồm cả truyền hình trực tiếp cũng như lưu trữ các gói video theoyêu cầu Chương trình phát lại yêu cầu một thiết bị băng thông rộng kết nối vớimạng IP cố định hoặc không dây theo mẫu của máy tính cá nhân độc lập hoặcthiết bị hạn chế được gắn vào như điện thoại thông minh, máy tính bảng mànhình cảm ứng, bàn phím điều khiển, được kết nối với tivi hoặc đầu thu kỳ thuậtsố

Hình ánh nén được cung cấp bới H.263 hoặc H.264 có nguồn gốc từ phầnmềm giải nén, âm thanh nén thông qua một phần mềm giãi nén cơbán MDCT và sau đó đóng gói trong một luồng truyền tải MPEG hoặc các góithông tin RTP hoặc gói Flash Video cho truyền hình trực tiếp hay đườngtruyền video theo yêu cầu Phân giải địa chi IP cho phép dữ liệu được gửi trựctiếp tới nhiều người nhận cùng một lúc bằng cách sứ dụng một địa chi nhóm cácphần mềm truyền tải thông tin

H.264/MPEG-4 AVC thường được sừ dụng cho đường truyền Internet dựatrên tiêu chuẩn tốc độ cao như H.261 và H.263, những đường truyền internet tốc

độ cao Đường truyền này thường có nhiều thiết kế cho chương trình truyềnhình ISDN

H.262/MPEG-1/2 và thường không được sứ dụng như một băng thông rộng,

dễ dàng yêu cầu để sử dụng cho mạng lưới đó, đó là lý do tại sao họ chi sứ dụng

đe kết noi các chương trinh phát sóng hoặc lưu trừ các chương trinh ứng dụng.Trong các hệ thống IPTV chính, các giao thức cơ bán được sử dụng là:

• Nhà cung cấp dịch vụ dựa trên các đường truyền trực tiếp:

• IGMP cho đăng ký vào một dòng truyền tải thông tin đa hướng (kênhtruyền hình) và thay đối từ một dòng truyền tải thông tin đa hướng khác(kênh truyền hình thay đổi) Địa chì IP của dòng truyền tải thông tin đahướng hoạt động ớ mạng LAN (bao gồm các VLAN) và mạng WAN Địachi

IP của dòng truyền tái thông tin đa hướng thường được định tuyếntrong mạng lõi của mã chương trình phát đa hướng không phụ thuộc vàogiao thức (PIM), thiết lập đúng sự phân bố của dòng truyền tải thông tin

đa hướng (các kênh truyền hình) từ nguốn phát sóng của tất cã các đườngtruyền đến với khách hàng, những người muốn xem những kênh truyềnhình này, sao chép gói tin nhận được khi cần thiết Theo nội dung đãđược yêu cầu, sử dụng đường truyền kết nối đơn hướng được địnhtrước RTP trên UDP hoặc các luồng thòng tin H.222 có phí thấp sovới TCP là một giải pháp tốt

• Website dựa trên kênh truyền hình đường truyền đơn hướng và truyền hìnhtheo yêu cầu:

• Các phần mềm hồ trợ trình duyệt đưa ra RTMP dựa trên TCP với thiết lập

và điều khiến thông qua các bước chuyến AMF hoặc XML hoặc JSON

• Apple ÍOS sử dụng đường truyền đa hướng dựa trên hệ thống máytính HTTP với thiết lập và điều khiển thông qua một tập tin được gắn vàotập tin chương trình M3U

• Các chương trình ứng dụng trên internet sử dụng các đường truyền đồngnhất (đường truyền đa hướng dựa trên hệ thống máy tính) thông quawebsite HTTP trên truyền hình đường truyền đa hướng và đường truyềntruyền hình đơn hướng theo yêu cầu

• Website truyền hình đa hướng và đường truyền đơn hướng video theo yêucầu:

• IETF tiến cử RTP dựa trên UDP hoặc TCP chuyến đen chương trình thiếtlập và kiểm soát việc sứ dụng RTSP dựa trên TCP

• Được kết nối với tivi, máy chơi game, hộp giãi mã truyền hình và máy ghivideo cá nhân:

• Nội dung trong mạng cục bộ sử dụng UpnP AV cho đường truyền đơnhướng thông qua HTTP dựa trên TCP hoặc cho đường truyền truyền hình

đa hướng RTP dựa trên UDP

• Nội dung dựa trên các website được cung cấp thông qua các website cóthêm các tính năng hỗ trợ nội tuyến hoặc truyền hình được phát sóng dựatrên các ứng dụng sử dụng một ngôn ngữ trung gian như MHEG-5, đâylàchương trình ứng dụng khới động một công việc như tái một trình duyệtwcb nội tuyến được sứ dụng như một phần mồm bổ trợ hỗ trợ trình duyệt.Một dịch vụ IPTV cúa công ty truyền thông thường được phân phối trênmột việc đầu tư lớn về mạng lưới các dịch vụ có quyền kiểm soát.

• IPTV địa phương được sứ dụng cho các thiết bị nghe nhìn (AV) trongmạng lưới các doanh nghiệp được dựa trên sự kết hợp cùa:

• Thiết bị thu hình theo tiêu chuấn và giái mã IPTV

• Cống IPTV giả mãi kênh MPEG được phát sóng và địa chi IP bọc chúng

đê tạo ra các đường truyền thông tin đa hướng

1.2 MÔ HÌNH CẤU TRÚC IPTV

1.2.1 Cơ sở hạ tầng của mạng 1PTV

ITU-T mô tả mô hình chuẩn dịch vụ IPTV như trong hình 1.1

Trong đó, vai trò cùa bốn thành phan chính là :

• Nhà cung cấp nội dung (Content Provider) : sớ hữu hoặc được cấp phép

đế bán nội dung hay quyền sở hữu nội dung

• Nhà cung cấp dịch vụ (Service Provider): cung cấp dịch bị IPTV tớingười sử dụng Nhà cung cấp dựa trên QoS trong các mạng cùa nhà cungcấp để đảm bảo ỌoE cho các dịch vụ IPTV

• Nhà cung cấp mạng (Network Provider) : cung cấp dịch vụ mạng cho càngười sử dụng và nhà cung cấp dịch vụ Nhà cung cấp mạng cần cam kếtkhông chi với nhà cung cấp dịch vụ mà còn với cả người sứ dụng về cáctham sổ mạng

• Người sử dụng (Customer) : sử dụng và trả tiền cho các dịch vụ IPTV

* Ref: ITU TSB IPTV Consultation meeting (Doc IptvOI8e and 20e)

Hình 1.1: Mô hình chuẩn IPTV don giản

Mô hình này hoàn toàn đơn gián nhưng định nghĩa đơn gián này sẽ giúpchúng ta phân biệt hơn nữa các dịch vụ IPTV khi xem xét từng vai trò

Trôn thực tế, các mạng video IP là những hệ thống khá phức tạp được cấuthành từ rất nhiều phần tứ, đó là một trong những lý do mà chúng khó thiết kế vàphát triển, về bản chất các mạng video IP cùa các nhà khai thác viễn thông làkhác phân bố hơn so với các nhà cung cấp mạng video cáp, thường tập trungnhiều chức năng tại trung tâm chính Hình 1.2 minh họa một cấu trúc mạngIPTV tiêu biểu trên thực tế Có thể thấy, trên mạng thực tế, để truyền tải dịch vụIPTV từ đầu cuối-tới-đầu cuối cần có sự tham gia của nhiều phần tứ mạng hàngloạt công nghệ Trong các phần tiếp theo, chúng ta sẽ tập trung vào các côngnghệ sử dụng trong lớp hạ tầng dịch vụ IPTV, bao gồm các hệ thống nguồnvideo IP, các máy chủ VoD, các phần mềm trung gian (middlleware), các set-topbox và phần mềm báo mật/quán lý bán quyền là đặc trưng đối với dịch vụ IPTV

và một số giao thức mạng liên quan đến quá trình truyền tải nội dung IPTV

Control

Content

Provider

ServiceProvider

Network

Hình 1.2: Mô hình IPTV thực tế

1.2.2 Cấu trúc chức năng cho dịch vụ IPTV

Một mạng IPTV có thế bao gồm nhiều thành phần cơ bàn, nó cung cấp mộtcấu trúc chức năng cho phép phân biệt và chuyên môn hóa các nhiệm vụ

Hình 1.3: cấu trức chức năng cho dịch vụ IPTV

Tất cả nội dung được sứ dụng bời dịch vụ IPTV, bao gồm VoD và truyềnhình quàng bá sẽ phải thông qua chức năng cung cấp nội dung Ở đó, các chứcnăng tiếp nhận, chuyến mã và mã hóa sẽ tạo nên các luồng video số có khả năngđược phân phối qua mạng IP

Khối phân phối nội dung bao gồm các chức năng chịu trách nhiệm ve việcphân phối nội dung đã được mã hóa tới thuê bao Thông tin nhận từ các chứcnăng vận chuyển và điều khiển IPTV sẽ giúp phân phối nội dung tới thuê baomột cách chính xác

Chức năng phân phối nội dung sẽ bao gồm cà việc lưu trữ các bản copy củanội dung đê tiến hành nhanh việc phân phối, các lưu trừ tạm thời (cache) choVoD và các bàn ghi video cá nhân Khi chức năng thuê bao liên lạc với chứcnăng điều khiên IPTV đe yêu cầu nội dung đặc biệt thì nó sẽ gửi yêu cầu tớichức năng phân phối nội dung để có được quyền truy cập nội dung

Các chức năng điều khiển IPTV là trái tim cúa dịch vụ Chúng chịu tráchnhiệm về việc liên kết tất cả các chức năng khác nhau và đảm bào dịch vụ hoạtđộng ớ cấp độ thích họp đế thóa mãn nhu cầu của khách hàng Chức năng điềukhiển IPTV nhận yêu cầu từ thuê bao, liên lạc với chức năng phân phối và vậnchuyển nội dung để đảm bảo nội dung được phân phối tới thuê bao.

Một chức năng khác cùa điếu khiến IPTV là cung cấp hướng dần chươngtrình điện tử EPG (Electronic Program Guide), EPG được thuê bao sử dụng đểchọn nội dung theo nhu cầu của người sử dụng Chức năng điều khiến IPTVcũng sẽ chịu trách nhiệm về quàn lý quyền nội dung sổ DRM (Digital RightsManagement) được yêu càu bới thuê bao đê có thê truy cập nội dung

Sau khi nội dung yêu cầu từ thuê bao được chấp nhận, chức năng vậnchuyển IPTV sẽ chịu trách nhiệm truyền tải nội dung đó tới thuê bao và cũngthực hiện truyền ngược lại các tương tác từ thuê bao tới chức năng điều khiên

Chức năng thuê bao bao gom nhiều thành phần và nhiều hoạt động khácnhau, tất cả đều được sử dụng bởi thuê bao đố truy cập nội dung IPTV Một sốthành phần chịu trách nhiệm liên lạc thông tin và chức năng truyền dần Ví dụnhư truy cập gateway kết nối với bộ ghép kênh truy cập đường dây thuê bao sốDSLAM, hay trình STB (Bộ giãi mã) sứ dụng trình duyệt web để kết nối vớiMiddleware server

Trong chức năng này, STB lưu trừ một số các thành phần quan trọng nhưcác key DRM và thông tin xác thực người dùng Khối chức năng thuê bao sẽ sừdụng EPG cho phép khách hàng lựa chọn họp đồng đế truy cập và yêu cầu nó từcác chức năng điều khiển 1PTV Nó cũng nhận các giấy phép số và các keyDRM để truy cập nội dung

Hình 1.4: Các thành phần của cấu trúc chức năng

1.3 CÁC DỊCH VỤ CỦA IPTV

IPTV không chi đơn thuần là IP video Trên thực tế, các nhà khai thác viềnthông đang tập trung vào dịch vụ này đe tạo ra sự khác biệt của dịch vụ họ cungcấp với các dịch vụ mà các nhà khai thác mạng truyền hình cáp hay vệ tinh cungcấp Tất cả các lựa chọn cấu trúc và công nghệ cơ sở tập trung vào việc phânphối nhiều loại dịch vụ video theo yêu cầu và video quàng bá, nhưng với kinhnghiệm về các dịch vụ thoại và truyền số liệu tốc độ cao cho phép các nhà khaithác viễn thông cung cấp cho người sử dụng các dịch vụ tích hợp bố sung là mộtphần cùa gói dịch vụ IPTV lớn

Các dịch vụ chính thường được triển khai trước là dịch vụ video theo yêucầu và video quáng bá, tuy nhiên các nhà khai thác viễn thông đều có kế hoạch

bổ sung các dịch vụ này với các dịch vụ trò chơi, quáng cáo, âm thanh, thôngtin Điều cần biết là định nghĩa và phạm vi cùa các dịch vụ này sẽ liên tục đượctiến triển theo thời gian

• Dịch vụ theo yêu cầu (On Demand Service)

• Dịch vụ tương tác (Interactive Service)

1.3.1 Dịch vụ quảng bá (Broadcast TV)

• Dịch vụ phát thanh quàng há (Broadcast TV) :

Dịch vụ này cho phép người sử dụng dò tim bất kỳ đài phát nào trên thếgiới và nghe qua lối ra âm thanh cúa TV hay hệ thống loa kèm theo

•Dịch vụ sóng phát thanh (Broadcast audio channel) :

Là dịch vụ nghe sóng phát thanh theo yêu cầu Với một danh sách định sằn

có trong hệ thống chương trình phát thanh được phát trực tiếp theo chuyên đề cụthể như : âm nhạc, chính trị, kinh tế, xã hội Chúng ta có thế lựa chọn và nghecác chương trình phát thanh trong nước, quốc tế qua hệ thống

•Tạm dừng (Time Shift TV) :

Dịch vụ tạm dừng là dịch vụ kết hợp giữa dịch vụ truyền hình trực tuyếnLive TV và dịch vụ theo yêu cầu Với chức năng dịch thời gian, có the tạm dừnghoặc tua đi tua lại kênh truyền hình đang phát để xem lại sau

1.3.2 Dịch vụ theo yêu cầu (On Demand Service)

•Truyền hình Live TV:

Live TV tương tự như dịch vụ truyền hình truyền thống Dịch vụ này cungcấp cho người sữ dụng những chương trình truyền hình được thu lại từ hệ thốngtruyền hình mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh và kênh truyền hìnhriêng Hiện nay hệ thống cùa MyTV đã cung cấp 71 kênh truyền hình Các nộidung truyền hình được phát theo lịch trình và thời gian cố định như truyền hìnhtruyền thống Nhưng với công nghệ IPTV, người sử dụng không chi xem mộtcách thụ động mà có thể sứ dụng những tính năng ưu việt: tạm dừng, lưu trữ,hướng dẫn chương trình điện tứ, khóa chương trình không dành cho tre em

•Truyền hình theo yêu cáu (TVoD) :

Dịch vụ này cho phép bạn lựa chọn xem lại các chương trình đã phát trước

đó Với dịch vụ truyền hình theo yêu cầu, người xem không phải phụ thuộc vàothời gian phát sóng cúa các đài truyền hình và không bao giờ bó lỡ bất cứ mộtchương trình truyền hình yêu thích nào

•Đa phương tiện theo yêu cầu (MoD) :

Dịch vụ này cho phép người sử dụng lựa chọn, nghe, xem các clip, videoclip ca nhạc, phim truyện từ thư viện của nhà cung cấp

•Lưu trữ (nPVR) :

Chức năng nPVR (Personal Video Recorder) cho phép người sử dụng ghichương trình và lưu trừ chủng trong hệ thống lưu trừ của nhà vận hành và xemlại sau đó với đầy đú chức năng điều khiến VCR

1.3.3 Dịch vụ tưoìig tác (Interactive Service)

•Tương tác thông tin :

Tương tác thông tin như việc dự đoán hay binh chọn, nhắn tin qua tivi Dịch vụ này cho phép người sứ dụng thực hiện các thao tác trực tiếp trên tiviqua hệ thống 1PTV cùng cới sự hồ trợ cùa các thiết bị điều khiển và giao diệnđược cung cấp.

xử lý video, bảo mật mạng truyền tải cấu trúc hạ tầng mạng IPTV từ đầu tới-cuối có thế bao

cuối-gồm tất cả hay một số các thành phần sau :

• Nhà cung cấp nội dung (Content Provider) : sớ hữu hoặc được cấp phép

đế bán nội dung hay quyền sở hữu nội dung

• Nhà cung cấp dịch vụ (Service Provider) : cung cấp dịch bị 1PTV tớingười sử dụng Nhà cung cấp dựa trên QoS trong các mạng cùa nhà cungcấp để đảm bảo QoE cho các dịch vụ IPTV

• Nhà cung cấp mạng (Network Provider): cung cấp dịch vụ mạng cho cảngười sứ dụng và nhà cung cấp dịch vụ Nhà cung cấp mạng cần cam kếtkhông chì với nhà cung cấp dịch vụ mà còn với cả người sử dụng về cáctham số mạng

• Người sử dụng (Customer): sir dụng và trả tiền cho các dịch vụ IPTV

về cấu trúc chức năng dịch vụ cúa IPTV thì gồm những chức năng :

• Chức năng cung cấp nội dung

• Chức năng phân phối nội dung

• Chức năng điều khiến

• Chức năng vận chuyển

• Chức năng thuê bao

Dịch vụ IPTV có rất nhiều ưu điếm vượt trội như : khả năng tương tác cao,tích hợp đa dịch vụ, tiết kiệm được băng thông, kiểm soát tối đa các chươngtrinh truyền hình trên TV, truyền hình chất lượng cao (HD),

Tuy nhiên vẫn tồn tại những nhược điểm không nhỏ như sự chậm trễ trongtruyền tín hiệu, khả năng mất dừ liệu cao

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH

TRÊN NỀN IP

2.1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA HỆ THỐNG IPTV

Hình 2.1: Nguyên lý hoạt dộng của hệ thống IPTV

Tín hiệu âm thanh hình ánh được chuyến đối thành tín hiệu dạng số quaquá trình lấy mẫu, lượng tứ và số hóa tại một bộ biến đổi A/D Các tín hiệu sốnày sau đó được nén lại đế tăng hiệu quả truyền dẫn, được đóng gói được truyềnqua một mạng IP

Mạng IP bao gồm các router/switch định tuyến, sẽ dựa trên địa chi của góitin, các thông tin chi dần (độ ưu tiên, nhãn, ) và bảng thông tin định tuyến củamình đế tìm ra con đường tốt nhất đế chuyền gói tin Trong quá trình chuyến góitin, để hạn chế việc mất gói (gián đoạn đường truyền, méo dạng do nhiễu hayloại bó do nghẽn) ánh hường đến chất lượng dịch vụ, người ta thường sứ dụngcác bộ đệm gói tin đe nhận và thêm vào một độ trễ làm tất cả các gói tin xuấthiện với độ trễ không thay đoi

Các gói tin IP này được biến đổi trở lại thành dạng tín hiệu truyền hình(PAL, NTSC hay DVB) thông qua các gateway hoặc các đầu cuối Set-top Box

và được hiển thị bằng TV hoặc máy tính cá nhân

Mọi hoạt động cúa hệ thống IPTV như khới tạo, kết nối, quán lý các chứcnăng truyền hình đều thông qua middleware server của nhà cung cấp dịch vụ.Khi khởi tạo ban đầu, các đau cuối truyền hình sẽ được cung cấp một địa chỉ IP

và thông qua địa chỉ IP này middleware sẽ quản lý và tài xuống các chưong trìnhhướng dẫn điện tử vào STB STB sẽ tương tác điều khiến với middleware đểthực hiện các yêu cầu cùa người dùng

Các kênh truyền hình sau khi nén được gán địa chi IP quáng bá Một đầucuối muốn theo dõi một kênh truyền hình nào đó (dựa trên thông tin middlewarecung cấp qua EPG) sẽ gửi lệnh tham gia vào nhóm multicast của kênh thông quaIGMP Thời gian chuyến kênh chính là thời gian rời bỏ một nhóm multicast vàtham gia vào một nhóm multicast khác

Khi có các dịch vụ theo yêu cầu, middleware sẽ chuyền phiên làm việc chomáy chủ VoD Máy chú VoD cũng được middleware quản lý cung cấp một địachi IP, thông qua đó thiết lập một kết nối streaming giữa đầu cuối và máy chúVoD Đầu cuối STB phải hồ trợ đa địa chi IP (mồi địa chi IP chỉ có thể tham giavào một nhóm multicast) đế có the coi cùng lúc nhiều chương trinh khác nhau

2.2 CẤU TRÚC HỆ THÓNG IPTV

2.2.1 Mạng cung cấp dịch vụ IPTV

Hình 2.2 : Mô hình tống quát hệ thống IPTV

Mô hỉnh IPTV được sử dụng chung cho thiết bị cùa hầu hết các nhà sảnxuất thường bao gồm : mạng nội dung, mạng truyền dẫn, mạng gia đình, bộphận quàn lý

Tuy nhiên, đây chi là một mô hình tổng quát ở cấp cao Thực tế, về chi tiết,các hệ thống IPTV và giải pháp mạng của nhà sản xuất khác nhau có đặc tínhriêng khác nhau và phức tạp

Giống như những hệ thống truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh, dịch vụ1PTV yêu cầu đầu cuối cung cấp nội dung, nơi mà các kênh truyền hình trựctuyến (broadcast TV) và các nội dung VOD (phim ánh, ca nhạc ) được thu lại,định dạng để sau đó phân phối qua mạng 1P Thông thường, đau cuối video(Video Headend) thu các chương trình live TV, VoD từ vệ tinh, truyền hình cáp,hoặc từ các nhà phân phối tập trung Một vài chương trình cũng có thể đượcthu của các đài truyền hình quăng bá mặt đất

Đầu cuối video thu các kênh truyền hình, mã hóa định dạng video số Néntín hiệu số sứ dụng các kỹ thuật nén thường dùng cho video: MPEG-2, MPEG-4 Sau đó, đóng gói và truyền qua mạng IP

Dữ liệu từ các video-headend cùng với một số chương trình khác (phim,nhạc ) cũng được chuyển vào VOD server de phục vụ cho dịch vụ VOD

• Mạng truyền tài là mạng băng rộng IP

Tùy theo hình thức dịch vụ mà các luồng dữ liệu có thể truyền bằng cácphương thức khác nhau : phương thức truyền đa hướng (multicast), phương thứctruyền đơn kênh (unicast) Thông thường, truyền hình quàng bá BTV (BroadcsatTV) dùng multicast, truyền hình theo yêu cầu VoD và các dịch vụ gia tăng dùngunicast

• Mạng lõi/biên cúa nhà cung cấp dịch vụ (Service Provider Core/EdgeNetwork)

Các luồng video số đã mã hóa được truyền qua mạng 1P của nhà cung cấpdịch vụ Những mạng này thường độc lập đối với các nhà cung cấp dịch vụIPTV và thông thường bao gồm các thiết bị của nhiều nhà sản xuất Mạng này

có thế là mạng IP đã tồn tại hoặc mạng được xây dựng cho mục đích truyền dầnVideo Hiện nay, mạng lõi thường dùng kỳ thuật chuyển mạch nhãn đa giao thứcMPLS (Multip Protocol Label Switching) còn mạng biên thường là mạng đô thịMAN-E (Metro Access Network - Enthenet)

• Mạng truy nhập

Mạng truy nhập là mạng từ biên của nhà cung cấp dịch vụ đến nhà kháchhàng Mạng truy nhập băng thông có thể được xây dựng bằng các công nghệkhác nhau: DSL - Digital Subcribcr Line (đường dây thuê bao số) mà thôngthường là ADSL - Asymmetrical Digital Subcriber Line (đường dây thuê bao sốbất đối xứng) hoặc VDSL - Very-high-speed Digital Subcribcr Line (đường dâythuê bao số tốc độ rất cao), PON - Passive Optical Networking (mạng quang thụđộng)

Nhà cung cấp dịch vụ đặt một thiết bị tại nhà khách hàng (ví dụ như modem) đểtạo liên kết IP tới mạng gia đình Hiện nay các công nghệ truy nhập vô tuyếnđang phát triền rất nhanh, mạng di dộng thế hệ thứ tư 4G ( Fourth Genegation)

và đặc biệt là giải pháp phát triên lâu dài LTE (Long Term Evilution) hứa hẹncung cấp dịch vụ IPTV di động

Mạng gia đình là mạng phân phối dịch vụ IPTV trong nhà Có rất nhiềuloại mạng gia đinh : mạng không dây (wireless), mạng có dây (wireline), Tuynhiên, đế đáp ímg nhu cầu băng thông rất cao của IPTV hiện nay chi có côngnghệwireline được sử dụng STB (Set-Top Box) được coi là điểm kết thúc củamạng gia đình IPTV.

IPTV Middleware là một gói các phan mềm phục vụ cho việc thực hiện cácdịch vụ của IPTV : quản lý nội dung, quàn lý cáo truyền, tính cước phí, quản lýthuê bao Cũng như đối với phần cứng 1PTV, mồi nhà sán xuất phần mềm đưa racác giải pháp riêng của họ Nhà cung cấp dịch vụ cần lựa chọn Middleware thíchhợp nhất với cấu trúc hệ thống cùa minh Middleware thông thường là một cấutrúc máy khách/máy chủ (clicnt/scrvcr) Ớ đây STB là client - máy khách, cấutrúc chức năng cúa Middleware gồm các thành phần sau:

• EPG (Electronic Program Guide - Giao diện người dùng): là giao diệntương tác giữa người dùng và dịch vụ, cho phép người sử dụng có thểdùng các dịch vụ IPTV với các thao tác đơn giản, tương thích với mànhình TV

• CRM (Customer Relationship Management - Quàn lý quan hệ ngườidùng): giao diện giữa nhà cung cấp dịch vụ và người dùng Cho phép thựchiện marketing và bán các sản phẩm dịch vụ IPTV

• CA (Condition Access - Điều kiện truy nhập)/DRM (Digital RightsManagement - Quàn lý bán quyền số); còn được gọi là hệ thống an toànIPTV, có tác dụng kiểm tra quyền truy nhập của khách hàng và chống lạiviệc đánh cắp nội dung IPTV

• VOD (Quàn lý VoD): cho phép quản lý việc sử dụng các dịch vụ VoD

• Billing (tính cước): cho phép tính cước dịch vụ, đây là một vấn đề kháphức tạp vì IPTV là một hệ thống đa dịch vụ Các chức năng cơ bản củaphần mềm thanh toán cùa 1PTV là :

+ Báo trì cơ sở dừ liệu thuê bao

+ Đánh giá, tính phí cho dịch vụ IPTV

+ Tạo và quán lý kế hoạch thuế

+ Tạo ra các tài liệu kế toán (hóa đơn)

+ Thẻ truy cập quàn lý và báo cáo tài chính

2.2.2 Các phương thức truyền và phân phối dữ liệu IPTV

Hiện nay có ba phương thức dùng đế truyền phân phối dữ liệu qua mạng IP

là : Unicast, Broadcast và Multicast

• IP Unicast: Được sử dụng để truyền dừ liệu (hay một gói dừ liệu) từ mộtmáy phát (sender) đến một máy thu đơn gián

• IP Broadcast: Được sử dụng đế gừi dừ liệu từ một máy phát (sender) đếntoàn bộ một mạng con Subnetwork gồm nhiều máy thu

• IP Multicast: Được sử dụng đế cung cấp dữ liệu từ một máy phát đến mộtnhóm các máy thu được cài đặt theo một cấu hình thống nhất, các thànhviên của một nhóm này có thê thuộc các mạng phân tán khác nhau.Tuy nhiên, đối với vấn đề truyền dẫn video trong môi trường mạng, do yêucầu phải phân phối dữ liệu từ một diêm đến nhiều điếm, trong đó dòng dữ liệucần được truyền đi từ một máy phát sender đến nhiều máy thu có nhu cầu xemđồng thời, nhưng lại không được phép đi đến toàn bộ các máy được kết nốitrong cùng một mạng con subnetwork (de giâm lưu lượng lưu thông trên mạng),nên giải pháp IP Boradcast thường ít được sử dụng trong thực tế Các úng dụngtruyền dần truyền hình trên mạng hiện nay thường sứ dụng phương pháp IPUnicast và IP Multicast, trong đó IP Multicast là giải pháp hiện đang được ứngdụng khá phố biến hiện nay

vì những lý do sau :

• Băng thông cùa mạng bị lãng phí

• Dịch vụ rất khó mở rộng khi só lượng máy thu tăng lên

• Không thể sử dụng trong các dịch vụ bị giới hạn bởi thời gian, do sự cungcấp đến mỗi máy thu phái theo trình tự xếp hàng

Hình 2.3 Các kết nối Unicast cho nhiều user IPTV

Qua hình 2.3 ta có thể thấy, khi nhiều user IPTV truy cập cùng một kênhtại cùng một thời điêm thì một số các kết nối định hướng được thiết lập quamạng Trong ví dụ này server can cung cấp kết nối tới mọi thuê bao có yêu cầutruy cập Kênh 10 với tống số là năm luồng riêng rẽ bắt đầu từ server nội dung vàkết thúc tại router đích

Các mạng IP cũng hồ trợ chức năng truyền broadcast, về mặt nào đó giốngnhư kênh IPTV được đưa tới mọi thiết bị truy cập được kết nối vào mạng băngrộng Kh : một server được cấu hình truyền broadcast, có một kênh IPTV gừi tớitất cà các thiết bị IPTVCD được kết nối vào mạng bất chấp thuê bao có yêu cầuhay không Đây SC là vấn đề chính do các tài nguyên IPTVCD bắt buộc pháihoạt động để xử lý các gói tin không mong muốn Một vấn đề khác màbroadcast không phù hợp cho các ứng dụng IPTV là trong thực tế kỹ thuậttruyền thông tin này không hỗ trợ việc định tuyến Từ lâu, hầu hết các mạng đã

mớ rộng việc sử dụng các router nhưng nếu truyền broadcast thì không sử dụngđịnh tuyến Đây là lý do làm mạng và các thiết bị IPTVCD khác bị ngập tất cảcác kênh được gửi tới tất cá mọi người

Hình vẽ 2.4 mô tả hoạt động của việc sử dụng kỹ thuật multicast trong ví

dụ phân phối cho năm thuê bao truy cập kênh 10 IPTV cùng một lúc Theo nhưhình vẽ, bán copy đơn (single) được gừi từ server nội dung tới rounter phânphối Router này sẽ tạo ra hai bản copy cùa luồng thông tin tới và gứi chúng tớicác rounter đặt tại các tống đài khu vực theo các kết nối IP định hướng Sau đó,mồi router sẽ tạo ra các bán copy khác đế cung cấp cho các thuê bao muốn xem.Vai trò quan trọng của phương pháp này là làm giám số kết nối IP và dunglượng dữ liệu đi ngang qua mạng Đây là phương thức thường được các nhàcung cấp dịch vụ sứ dụng đe phát quảng bá các chương trình trực tiếp và là một

kỹ thuật có hiệu suất cao cho hạ tầng mạng IP đang tồn tại Phương thức nàykhông có lợi trong tuyến hướng lên (upstream) luồng thông tin giữa các thiếtbịIPTVCD và broadcast server Việc phát multicast nội dung IPTV thường phứctạp hơn nhiều nếu so sánh với mô hình thông tin unicast và broadcast

So sánh các phưong thức truyền và phân phối dữ liệu IPTV

• IP Unicast: Như đã trình bày ớ trên, do các nhược điểm lãng phí băngthông, khó mớ rộng dịch vụ khi con số khách hàng tăng lên, nhất là trongcác dịch vụ bị giới hạn về thời gian (như truyền hình online), nên 1PUnicast không thật sự thích hợp cho dịch vụ truyền hình trên môi trườngmạng

• IP Multicast : So với IP Unicast, truyền thông IP Multicast cho phép phânphối dừ liệu từ một điểm đen nhiều điếm với hiệu quă băng thông cao hơnrất nhiều, nhưng vần tồn tại một số điểm như :

- Các bộ định tuyến tiling gian (Router) cần phái có khá năng multicast

- Yêu cầu cao về tính năng thiết bị và năng lực quản trị mạng

- Vấn đề độ tin cậy và khả năng kiếm soát lỗi truyền dừ liệu

Các yêu cầu liên quan đến máy thu: cần có card mạng và phần mềm hồ trợ

IP Multicast

• Nhìn chung, đối với các dịch vụ truyền hình trực tuyến trên môi trườngmạng có nhu cầu mở rộng không lớn lắm, IP Multicast vẫn là phươngthức truyền phố biến hiện nay

• IP Broadcast: Trong thực tế kỳ thuật truyền thông tin này không hồ trợviệc định tuyến vì thế mà broadcast không phù hợp cho các ứng dụngIPTV

2.2.2.4 Giao thức RTP/PTCP

RTP và RTCP là một bộ giao thức nằm ớ lớp 4 của mô hình OSI

(Transport) được chuẩn hóa theo RFC 1889 và RFC 3550, cho phép truyền tảigói tin thời gian thực (thông thường là audio và video) qua mạng IP có hồ trợchất lượng.

RTP định dạng dừ liệu thực và truyền qua mạng trong khi RTCP đượcdùng để gửi các gói tin điều khiển, thu nhận thông tin và phán hồi về chất lượngdịch vụ

2.2.3 Đóng gói dữ liệu video của IPTV

Hình 2.5 Mô hình truyền thông IPTV

Dữ liệu video ở đầu gửi được truyền từ lớp cao xuống lóp thấp trong mô hìnhIPTV, và được truyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao thức cùa lóp vật lí Ớđầu nhận, dữ liệu nhận được chuyến từ lóp thấp nhất đến lớp trên cùng trong mô hìnhIPTV

Tín hiệu đầu ra của bộ mã hóa gọi là các dòng cơ băn (elementary stream).Tùy theo kỹ thuật nén mà có các dòng cơ bản khác nhau Dòng cơ bàn thườngchi bao gồm dữ liệu video/audio và một vài thông tin về kích thước và tần sốảnh, tỉ lệ màn ành Đối với kỹ thuật nén H.264, dòng cơ bàn này còn được chiathành các gói đơn vị NAL (Network Abstraction Layer unit)

Hình 2.6 Cấu trúc dòng cơ bản (Elementary stream) với kỹ thuật nén H.264

Dòng cơ bản video/audio phải được chia thành các gói được đánh dấu thờigian PES (Parketized Element Stream Packet) Một gói PES chì bao gồm 1 loại dữliệu từ 1 nguồn duy nhất, kích thước khối cố định hoặc thay đối, có thê lên tới 65536byte/gói Bao gồm 6 byte header, và số byte còn lại chứa nội dung chương trình

Hình 2.7 Cấu trúc gói PES 2.23.4 Đóng gói kết cẩu dòng truyền tải (Transport stream construction)

Các gói PES được chia nhỏ thành các gói TS có kích thước cố định188byte (184byte dữ liệu và 4 byte header) Chuẩn đóng gói thường được dùng

là MPEG và dữ liệu sau đóng gói được gọi là MPEG2-TS

TS Header

PES Header

Video PES Packet