Luận văn thạc sĩ nghiên cứu truyền hình iptv trong mạng thông tin điện lực plc001

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Đức Quyết NGHIÊN CỨU TRUYỀN HÌNH IPTV TRONG MẠNG THƠNG TIN ĐIỆN LỰC PLC Ngành: Cơng nghệ điện tử - viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Hồ Văn Sung Hà Nội – 2006 z i Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến gia đình, thầy bạn bè đồng nghiệp ủng hộ giúp đỡ suốt trình thực đề tài này, đặc biệt TS Hồ Văn Sung người tận tình hướng dẫn tơi hồn thành cơng trình Tơi xin trân trọng cảm ơn Nguyễn Đức Quyết z ii Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đề tài nội dung luận văn không trùng lặp với cơng trình khác Học viên Nguyễn Đức Quyết z iii MỤC LỤC Nội dung Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu Thuật ngữ viết tắt MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH IPTV 1.1 IPTV 1.2 Ưu điểm IPTV 1.3 Nhu cầu thực tế IPTV 1.4 Lựa chọn chuẩn nén tín hiệu video cho IPTV 1.5 Chuẩn nén tín hiệu video nâng cao H264/AVC 1.5.2 Các ứng dụng H264/AVC 1.5.3 Cấu trúc phân lớp H264/AVC 1.5.4 Đặc điểm H264/AVC CHƢƠNG 2: MẠNG PLC TỐC ĐỘ CAO 2.1 Giới thiệu 2.2 Lịch sử PLC 2.3 Kênh PLC 2.4 Mô kênh PLC 2.5 So sánh DS-SS OFDM 2.6 Những ứng dụng khả thi PLC 2.7 Các công ty sản xuất ứng dụng PLC 2.8 Thực thi hệ thống PLC 2.9 Qúa trình điều khiển lỗi 2.9.1 Dừng đợi ARQ 2.9.2 Go-back-N ARQ 2.9.3 Selective repeat ARQ 2.10 Thiết kế hệ thống PLC 2.10.1 Thiết kế giao thức 2.10.2 Giao thức truy cập 2.10.3 Giao thức kết hợp giữa CSMA và ARQ 2.10.4 Cấu trúc gói dữ liệu z Trang i ii iii v vii vii 3 8 10 10 16 25 25 25 27 28 30 31 34 35 37 37 38 39 40 40 41 43 44 iv 2.11 Tách sóng đa người dùng cho MC-DS-CDMA mạng thông tin điện lực CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG IPTV TRONG MẠNG THÔNG TIN PLC 3.1 Chuẩn HomePlug AV 3.1.1 Kiến trúc hệ thống HPAV 3.1.2 Mặt phẳng điều khiển MAC 3.1.3 Mặt phẳng liệu MAC 3.1.4 Lớp hội tụ 3.1.5 Vấn đề bảo mật HPAV 3.1.6 Tính đa mạng HPAV 3.2 Chip INT6000 hãng Intellon 3.2.1 Các đặc tính INT6000 3.2.2 Kiến trúc INT6000 3.3 Mơ hình ứng dụng IPTV modem PLC tốc độ cao 3.4 Nghiên cứu mơ hình ứng dụng modem PLC tốc độ cao Corinex AV200 3.4.1 Đặc tính AV200 3.4.2 Cấu hình mạng AV200 3.4.3 Ứng dụng AV200 mạng phân phối IPTV gia đình 3.5 Mơ hình thử nghiệm modem PLC tốc độ cao với hệ thống IPTV 3.6 Kết thử nghiệm truyền IPTV hộ gia đình KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo z 45 53 53 54 58 58 60 60 60 61 62 64 69 70 71 72 74 77 82 91 93 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thiết bị IPTV Hình 1.2: Các thành phần IPTV Hình 1.3: Mạng phân phối IPTV Hình 1.4: trình phát triển chuẩn ISO ITU-T Hình 1.5: Ưu điểm H264/AVC so với MPEG-2 MPEG-4 ASP Hình 1.6: Cấu trúc phân lớp H264/AVC Hình 1.7: Các bán ảnh khung Hình 1.8: Cấu trúc 4:2:0 Hình 1.9: Cấu trúc mã hóa H264/AVC Hình 1.10: Sơ đồ mã hóa H264/AVC Hình 1.11: Sơ đồ giải mã H264 Hình 1.12: Bù chuyển động Hình 1.13: Tham chiếu đa ảnh Hình 1.14: Các mode dự đốn INTRA 4x4 Hình 1.15: Dự đốn ảnh I Hình 1.16: Loại bỏ phần dư thừa khơng gian Hình 1.17: Ma trận Hadamard sử dụng biến đổi Hình 1.18: Thứ tự truyền hệ số Hình 1.19: Mã hóa Entropy Hình 1.20: Phương pháp mã hóa CAVLC CABAC Hình 1.21: Sơ đồ mã hóa chi tiết CABAC Hình 2.1 : Sơ đồ khối hệ thống phát OFDM Hình 2.2 : Sơ đồ khối hệ thống thu OFDM Hình 2.3 : Kiến trúc phân tầng UCA Hình 2.4: Mơ hình hệ thống PLC Hình 2.5: Dừng đợi Hình 2.6: Sơ đồ hoạt động Go back N Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động Selective repeat ARQ Hình 2.8 : Sơ đồ khối hệ thống phát TDMA Hình 2.9 : Sơ đồ khối hệ thống thu TDMA Hình 2.10: Cấu trúc gói liệu PLC Hình 2.11: Mã hóa đa người dùng hệ thống MC-CDMA Hình 2.12 : Sơ đồ Turbo cho giải điều chế giải mã Hình 3.1: So sánh chuẩn HomePlug z 4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 20 21 21 22 22 23 23 28 29 33 36 38 39 40 42 42 44 49 50 53 vi Hình 3.2 : Sơ đồ kiến trúc hệ thống HPAV Hình 3.3 : Sơ đồ thu phát HPAV OFDM Hình 3.4 : MAC MPDU Hình 3.5 : Mạng láng giềng Hình 3.6: Chip INT6000 Hình 3.7 : Kiến trúc INT6000 Hình 3.8 : Giao diện PCI Hình 3.9 : Giao diện MBI Hình 3.10: Giao diện Ethernet Hình 3.11 : Giao diện MPEG-TS Hình 3.12: Mơ hình cung cấp dịch vụ IPTV cho hộ gia đình Hình 3.13: Mơ hình cung cấp dịch vụ TriplePlay Hình 3.14 : Modem Corinex AV200 dạng để bàn Hình 3.15: Modem Corinex AV200 dạng gắn tường Hình 3.16 : Sơ đồ ứng dụng AV200 mạng gia đình Hình 3.17: Trang xác thực mật Hình 3.18 : Mạng IPTV tổng quan Hình 3.19 : Mạng phân phối IPTV Hình 3.20 : Tín hiệu IPTV tách trước đưa vào mạng Home Hình 3.21 : Mạng phân phối IPTV gia đình Hình 3.22 : Kết nối dùng modem PLC tốc độ cao Hình 3.23: Mơ hình ứng dụng IPTV hộ gia đình Hình 3.24 : Mơ hình thực nghiệm IPTV với set-top-box PC Hình 3.25 : Thiết lập thơng số cho máy chủ video VLC Hình 3.26 : Thiết lập thơng số VLC client Hình 3.27 : Video phân giải SDTV (704x576) Hình 3.28 : Thơng số SDTV Hình 3.29 : Video phân giải cao HDTV 720p (1280x720) Hình 3.30 : Thơng số HDTV Hình 3.31 : HDTV Hình 3.32: Thơng số video Audio Hình 3.33: Mơ hình thử nghiệm Hình 3.34: Kết đo phịng Hình 3.35: Chất lượng video khơng bị suy giảm Hình 3.36: Đồ thị băng thông tầng z 55 56 59 60 61 64 65 66 67 68 69 70 70 71 72 73 74 75 75 76 76 77 77 78 78 79 79 80 80 81 81 82 83 83 84 vii Hình 3.37: Kết đo tầng Hình 3.38: Chất lượng video khơng bị suy giảm Hình 3.39: Băng thơng modem đặt tầng khác phịng Hình 3.40: Kết đo tầng 1-2 Hình 3.41: Chất lượng video khơng bị suy giảm Hình 3.42: Băng thông modem đặt tầng tầng Hình 3.43: Kết đo tầng 1-3 Hình 3.44: Chất lượng video khơng bị suy giảm truyền từ tầng 13 Hình 3.45: Đồ thị băng thơng modem đặt tầng tầng Hình 3.46: Bản mạch AV200 Hình 3.47: Mạch ghép nối AV200 Hình 3.48: AV200 gắn tường 88 88 89 89 89 Hình 3.49: Máy tính phía phát 90 Hình 3.50: Máy tính phía thu 90 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 1.1: Bảng so sánh dịch vụ cung cấp dạng truyền hình Bảng 3.1: Đặc tính vật lí INT6000 Bảng 3.2: Đặc tính điện INT6000 Bảng 3.4: Sử dụng công nghệ OFDM, TDMA, CSMA/CA 62 62 63 CÁC ĐỊNH NGHĨA HOẶC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN ACS ADSL AES AFE AGC ATS AVC AVLN 84 85 85 86 86 87 87 Auto Connection Service Asymmetric Digital Subcriber Line Advanced Encryption Standard Analog Front End Automatic Gain Controller Arrival Time Stamp Advance Video Coding HomePlug AV Logical Network z viii BPL BPSK CCo CDMA CF CID CL CM Broadband over Powerline Binary Phase Shift Keying Central Coordinator Code division multiple access Contention Free Connection ID Convergence Layer Connection Manager Collision Sense Multiple Access/Collision CSMA/CA Avoidance CSPEC Connection Specification DAK Device Access Key DNL Discovered Networks List DSL Discovered Station List EAP Extensible Authentication Protocol FDM Frequency Division Multiplexing FEC Forward Error Control FFT Fast Fourier Transform HDTV High Definition Television HLE Higher Layer Entity HPAV HomePlug AV IFFT Inverse Fast Fourier Transform INL Interfering Network List IPTV Internet Protocol Television MAC Medium Access Control MPDU MAC Protocol Data Unit MPEG Moving Picture Experts Group MPLS Multi Protocols Label Switching MSDU MAC Service Data Unit NEK Network Encryption Key NMK Network Membership Key NN Neighboring Network NPW Network Password OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing PB PHY Block PCF Persistent Contention Free z ix PCo PHY PLC PPDU QAM QoS SACK SAP SDTV SNR SOF STA TCC TDM TDMA TXOP VLAN Proxy Coordinator Physical Layer Power Line Communication PHY Protocol Data Unit Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Selective Acknowledge Service Access Point Standard Definition Television Signal-to-Noise Ratio Start of Frame Station Turbo Convolutional Code Time Division Multiplexing Time Division Multiple Access Transmit Opportunity Virtual LAN z 80 Hình 3.29 : video phân giải cao HDTV 720p (1280x720) Hình 3.30 : Thơng số HDTV z 81 Hình 3.31 : HDTV Hình 3.32: thông số video Audio z 82 3.6 Kết thử nghiệm IPTV hộ gia đình Tiến hành thử nghiệm thực tế hộ tầng khu phố Hà Nội xây dựng vào đầu năm 90 Kết đo cao điểm thiết bị gia đình sử dụng nhiều nhất, nhiễu ảnh hưởng đến đường dây điện lớn Các thiết bị phần mềm tiến hành thử nghiệm: - Một cặp modem tốc độ cao AV200 - Hai máy tính kết nối - Sử dụng chuẩn nén video H264/AVC - Phần mềm VLC cho máy chủ video máy khách video - Phần mềm đo băng thông Iperf The Board of Trustees of the University of Illinois TV Bộ nén video Camera Video/Audio Kết nối LAN 100Mbps IPTV STB Máy chủ Video Kết nối LAN 100Mbps Power Line Corinex AV200 Corinex AV200 Hình 3.33: Mơ hình thử nghiệm z Máy tính 83 Kết đo phịng: Hình 3.34: Kết đo phòng tốc độ truyền/nhận đạt 168Mbps/170Mbps z 84 Hình 3.35: Chất lượng video khơng bị suy giảm Hình 3.36: Đồ thị băng thông tầng Kết đo phịng tầng Hình 3.37: Kết đo tầng tốc độ 170Mbps/173Mbps z 85 Hình 3.38: Chất lượng video khơng bị suy giảm Hình 3.39: Băng thơng modem đặt tầng khác phịng z 86 Kết đo từ tầng lên tầng Hình 3.40: Kết đo tầng 1-2 tốc độ truyền/nhận đạt 46Mbps/44Mbps Hình 3.41: Chất lượng video khơng bị suy giảm z 87 Hình 3.42: Băng thơng modem đặt tầng tầng Kết đo từ tầng lên tầng Hình 3.43: Kết đo tầng 1-3 tốc độ truyền/nhận đạt 21Mbps/24Mbps z 88 Hình 3.44: Chất lượng video khơng bị suy giảm truyền từ tầng 1-3 Hình 3.45: Đồ thị băng thông modem đặt tầng tầng z 89 Một số hình ảnh trình thử nghiệm Hình 3.46: Bản mạch AV200 Hình 3.47: Mạch ghép nối AV200 Hình 3.48: AV200 gắn tường z 90 Hình 3.49: Máy tính phía phát Hình 3.50: Máy tính phía thu z 91 KẾT LUẬN Dịch vụ IPTV với ưu điểm trội so với loại hình truyền hình truyền thống, phát triển mạnh mẽ giới cung Việt Nam Đi kèm với IPTV nhiều dịch vụ giái trị gia tăng khác: truyền hình theo yêu cầu, mạng giáo dục từ xa, hội thảo từ xa, Đồng thời, công nghệ truyền thông tin đường dây điện PLC thời gian qua có bước tiến vượt bậc Thế hệ modem PLC đạt tốc độ 200Mbps với khoảng cách lên tới 300m Sự kết hợp IPTV công nghệ PLC mang lại lợi ích to lớn cho nhà cung cấp dịch vụ khách hàng sử dụng Trong phạm vi luận văn nêu tổng quát dịch vụ IPTV, cung công nghệ nén video tiên tiến H264/AVC H264/AVC khơng ứng dụng IPTV mà cịn ứng dụng hầu hết công nghệ truyền hình số đại: truyền hình số mặt đất, truyền hình số vệ tinh, truyền hình số qua mạng cáp, truyền hình di động đến truyền hình phân giải cao HDTV Những khái niệm chính, cơng nghệ áp dụng thông tin PLC, chuẩn modem PLC HPAV cho tổ chức HomePlug chuẩn hóa đề cập chương Các kết thực nghiệm IPTV mơ hình ứng dụng hộ gia đình nêu chương Các kết thực nghiệm cho thấy việc sử dụng truyền hình IPTV mạng PLC hộ hoàn toàn khả thi, chất lượng truyền video tốt Đề tài không dừng lại dịch vụ IPTV, mà tiếp tục phát triển theo xu hướng tích hợp nhiều dịch vụ khác gia đình Kết nối thiết bị gia dụng, hệ thống điều khiển, giám sát, phương tiện z 92 giải trí nhằm hướng tới ngơi nhà số thông minh dựa công nghệ truyền PLC Các tài liệu sử dụng luận văn chủ yếu lấy từ Internet giúp đỡ thầy, cô giáo trường Đại học Công nghệ, chuyên gia hãng cung cấp giải pháp IPTV thiết bị PLC tốc độ cao, đặc biệt TS Hồ Văn Sung - Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đồng nghiệp Luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót cịn tiếp tục hồn thiện, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp Thầy , Cô, bạn bè để thảo luận ngày hoàn thiện nghiên cứu sâu z 93 Tài liệu tham khảo : [1] Ahmad R S Bahai and Burton R Saltzberg, (2002), “MultiCarrier Digital Communications Theory and Applications of OFDM”, Kluwer Academic Publishers [2] Corinex, (2005), "Corinex AV200 Mbps for perfect IPTV Quality" [3] Deepshikha Garg and Fumiyuki Adachi, (2004), “Performance Comparison of Turbo-coded DS-CDMA, MC-CDMA and OFDM with Frequency-domain Equalization and Higher-level Modulation”, Dept of Electrical and Communications Engineering Tohoku University, Sendai, Japan [4] Heidi Steendam, (2004), “The Effect of Timing Jitter on MC-DSCDMA”, Member, IEEE, and Marc Moeneclaey, Fellow, IEEE [5] HomePlug® Powerline Alliance, Inc., 2005: “ HomePlug AV White Paper” [6] Huaiyu Dai, (2003): “Iterative Multiuser Detection for DSCDMA/MC-CDMA Powerline Communications”, Department of Electrical and Computer Engineering, NC State University, Raleigh, NC 27695-751, H Vincent Poor, Department of Electrical Engineering, Princeton University, Princeton, NJ 08544 [7] Iain E G Richardson, (2002) “H.264/MPEG-4 Part 10”, Vcodex [8] Intellon, (2005), “Hybrid Solution Enables Triple Play” [9].Intellon, (2005), “INT6000, HomePlug® AV MAC/PHY Transceiver” [10] Intellon, (2005), “IPTV Distribution in Home Networks” White paper [11] Joint Video Team (JVT), (2002) “Draft ISO/IEC 14496-10” z 94 [12] K Fazel, (2003): “Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems”, Marconi Communications GmbH Germany and S Kaiser German Aerospace Center (DLR) Germany [13] Kamil Sh Zigangirov, (2004): “Theory of code division multiple access communication” A John Wiley & Sons, Inc., Publication [14] Naduvathuparambil Biju, (2002), “Telecommunications for a Deregulated Power Industry”, Master of Science in Electrical Engineering, pp 92-117 [15] Sebastian Prot, Kent Palmkvist, 2002, “Communications System Simulation Using Simulink”, Electronic Systems, Dept EE, LiTH [16] Ramasamy Venkatasubramanian, (2003): “Beamforming for MCCDMA”, Master of Science in Electrical Engineering [17] Thomas Wiegand, Gary J Sullivan, Gisle Bjontegaard, and Ajay Luthra, (2003), “Overview of the H.264 / AVC Video Coding Standard” IEEE transactions on circuit and system for video technology [18] Tom McMahon, (2002) “The Emerging H.264/AVC Video Coding Standard”, DGFX, Inc z ... nhau: truyền hình số, truyền hình vệ tinh, truyền hình cable, truyền hình cho thiết bị cầm tay, truyền hình Internet IPTV (Internet Protocol Television -Truyền hình qua giao thức Internet IPTV. .. thảo luận ngày hoàn thiện nghiên cứu sâu z CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH IPTV 1 IPTV IPTV tên viết tắt cụm từ Internet Protocol Television - truyền hình giao thức mạng Internet Truyền hình IPTV. .. việc nghiên cứu triển khai truyền tín hiệu thông tin mạng điện lực PLC Các loại modem PLC truyền với tốc độ 200Mbit/s với khoảng cách 300m Do chúng ứng dụng z truyền tín hiệu truyền hình IPTV