theo nPVR mạngNetwork Personal Video Recorder: Dịch vụ ghi hình cá nhân trên TSTv truyền hình trực tiếp một khoảng thời gian định trướcTime Shifted Tv: Dịch vụ xem truyền hình trễ hơn so
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BÙI THỊ HOA TRUYỀN HÌNH QUA MẠNG IP (IPTV) LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƯỜI HƯỚNG DẪN: PGS.TS HỒ ANH TUY HÀ NỘI – 2010 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131674631000000 MỤC LỤC Trang MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG IPTV 1.1 IPTV 1.2 IPTV Internet TV 10 1.3 Các dịch vụ IPTV 11 1.3.1 Dịch vụ truyền hình trực tiếp: Live TV 11 1.3.2 Dịch vụ theo yêu cầu: Video on Demand 11 1.3.3 Dịch vụ tương tác: Interactive 13 1.3.4 Dịch vụ thông tin: Information 13 1.4 Kiến trúc hệ thống IPTV 13 CHƯƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CỦA IPTV 15 2.1 Giải pháp chung cho IPTV 15 2.1.1 Headend 15 2.1.2 Video-on-Demand – VoD 16 2.1.3 Hệ thống điều khiển truy nhập DRM – CAS/DRM 20 2.1.4 Hệ thống Middleware 29 2.1.5 Set-Top-Box – STB 31 2.2 Cơng nghệ nén hình ảnh 34 2.2 Các chuẩn giao thức sử dụng IPTV 41 2.3 Mạng truyền tải IPTV 48 2.4 Đảm bảo QoE IPTV 53 CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG IPTV 61 3.1 Phương pháp thiết kế 61 3.1.1 Quan điểm thiết kế 61 3.1.2 Mơ hình mạng đề xuất 63 3.2 Thiết kế hệ thống thực tế 67 3.2.1 Thiết kế phân hệ Headend 67 3.2.2 Thiết kế Middleware 70 3.2.3 Thiết kế phân hệ CA/DRM 74 3.2.4 Hệ thống VoD 76 3.2.5 Thiết bị giải mã nhà khách hàng STB 80 3.2.6 Hệ thống giám sát, đo kiểm đảm bảo chất lượng 81 CHƯƠNG IV ĐÁNH GIÁ TƯƠNG LAI PHÁT TRIỂN CỦA IPTV 84 4.1 Hiện trạng thị trường IPTV 84 4.2 Nhu cầu dịch vụ IPTV Việt Nam 87 4.3 Khả đáp ứng dịch vụ Việt Nam 88 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 91 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT IPTV HDTV Internet Protocol TeleVision: Truyền hình giao thức IP High Definition TV: Truyền hình độ phân giải cao (1920x1080) Standard Definition TV: Truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn SDTV (720x480) Moving Picture Experts Group: chuẩn nén hình ảnh ISO/IEC, MPEG có phiên MPEG-2, MPEG-4, MPEG-4 AVC part 10 tương đương với chuẩn H.264 ITU-T Video on Demand: Dịch vụ xem phim (video clip, karaoke ) theo VoD yêu cầu Network Personal Video Recorder: Dịch vụ ghi hình cá nhân nPVR mạng Time Shifted Tv: Dịch vụ xem truyền hình trễ so với kênh TSTv truyền hình trực tiếp khoảng thời gian định trước LiveTV Dịch vụ xem truyền hình trực tiếp GameTV Dịch vụ chơi Game trực tuyến truyền hình MobileTV Dịch vụ truyền hình triển khai mạng di động 3G Là thuật ngữ để sử dụng cho hệ thống thu, xử lý mã hóa hình Headend ảnh Là hệ thống trung tâm truyền hình IPTV có chức giao tiếp Middleware với người dùng, nhận thực, tính cước, điều phối hoạt động hệ thống Electronic Program Guide: Giao diện chương trình truyền hình EPG IPTV Conditional Access/Digital Right Management: Hệ thống điều CA/DRM khiển quyền truy nhập quản lý quyền số Content Security Manager: quản lý bảo mật nội dung, chức CSM CA/DRM CA Chức mã hóa cho kênh truyền hình trực tiếp Insertion DRM Chức mã hóa cho nội dung VoD insertion X.509 AES DVB Chuẩn chứng thực số Advanced Encryption Standard: Chuẩn mã hóa Mỹ Digital Video Broadcasting: Chuẩn truyền hình quảng bá kỹ thuật số, có nhiều phiên DVB-T: truyền hình kỹ thuật số mặt đất, DVB-S: truyền hình kỹ thuật số vệ tinh, DVB-C: truyền hình kỹ thuật số (trên mạng cáp quang cáp đồng trục), DVB-H: truyền MPLS RTSP Unicast Multicast STB SDI L-Band LNB QPSK IRD Encoder SSL SOAP hình kỹ thuật số (quảng bá) di động Chuyển mạch nhãn đa giao thức Real Time Streaming Protocol: Giao thức truyền tải thời gian thực Là phương thức truyền dẫn từ điểm tới điểm, dùng cho dịch vụ VoD Là phương thức truyền dẫn từ điểm tới đa điểm, dùng cho kênh trực tiếp Set to Box: thiết bị đầu cuối nhà khách hàng có chức giao tiếp với mạng truyền hình IPTV, giải mã giải nén tín hiệu truyền hình Serial Digital Interface: giao diện số nối tiếp dùng để truyền tải tín hiệu truyền hình băng gốc dạng số (tốc độ 270Mbps), chuẩn kỹ thuật truyền hình, SD-SDI tín hiệu SDTV truyền qua giao diện SDI Tín hiệu băng L dùng thơng tin vệ tinh có tần số 950-2100 MHz Low-noise Blockdown converter: Khối dịch tần tạp âm thấp thường tích hợp khối khuếch đại LNA: Low Noiser Amplifier Quadature Phase Shift Keying: Điều chế pha trực giao, thường sử dụng cho hệ thống thông tin vô tuyến, dùng cho truyền hình vệ tinh, ngồi cịn sử dụng đến 8PSK… Integrated Receiver Decoder: Bộ thu giải mã tích hợp, dùng hệ thống Headend để giải điều chế (QPSK), giải mật mã (descrambler) giải nén để cung cấp tín hiệu băng gơc dạng số SDI Là thiết bị nén tín hiệu truyền hình băng gốc (dạng số tương tự) theo chuẩn MPEG-2, MPEG-4/H.264… Secure Sockets Layer: giao thức dùng để kết nối (bảo mật) STB CA để thực việc trao đổi khóa mã Simple Object Access Protocol: Giao thức truy nhập đối tượng đơn giản, sử dụng kỹ thuật máy tính để trao đối thơng tin cấu DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh Internet TV IPTV………………………………… Bảng 2.1 Các profile MPEG -2……………………………………… Bảng 2.2 Các level MPEG -2……………………………………… Bảng 2.3 So sánh LDP RSVP………………………………………… Bảng 2.3 Ví dụ kết test plan thời gian chuyển kênh………………… Bảng 3.1 Kết tính toán hệ thống Headend………………………… Bảng 3.2 Các giao thức sử dụng Middleware phần tử……… Bảng 3.3 Kết tính tốn hệ thống Middleware……………………… Bảng 3.4 Kết tính tốn hệ thống CA/DRM………………………… Bảng 3.5 Kết tính tốn hệ thống VoD……………………………… Bảng 3.6 Tiêu chuẩn kỹ thuật STB………………………………… Bảng 3.7 Danh mục thiết bị hệ thống giám sát, đo kiểm………………… Trang 11 37 37 53 59 70 72 73 76 80 81 83 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản hệ thống IPTV………………… Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống IPTV………………………… Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế Headend………………………………………… Hình 2.3 Tổ chức tập trung máy chủ VOD………………………… Hình 2.4 Tổ chức phân tán máy chủ VOD………………………… Hình 2.5 Các thành phần hệ thống CA………………… Hình 2.6 Hệ thống CA máy khách…………………………………… Hình 2.7 Hệ thống CA khơng smartcard………………………………… Hình 2.8 Hoạt động CA phần mềm…………………………… Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống middleware…………………………………… Hình 2.10 Mơ hình khối cấu tạo STB ………………… Hình 2.11 Hoạt động Demultiplexer…………………………… Hình 2.12 Tổ chức theo bậc thành phần MPEG………… Hình 2.13 Kích thước block H.264……………………………… Hình 2.14 Hệ thống tham khảo khung hình H.264……………… Hình 2.15 Nhiều người dùng unicast cho kênh TV ………………… Hình 2.16 Phương pháp truyền multicast đến nhiều người dùng……… Hình 2.17 Mơ hình kết nối Client/Server RTSP…………………… Hình 2.18 IPTV jitter…………………………………………………… Hình 2.19 Ảnh hưởng jitter đến việc nhận packet………………… Hình 2.20 Sự thay đổi MDI đường truyền………………………… Hình 2.21 Thời gian chuyển kênh……………………………………… Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống IPTV……………………………… Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống Headend……………………………………… Hình 3.3 Sơ đồ kết nối Middleware với phần tử…………………… Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống CA/DRM……………………………………… Trang 13 15 15 19 19 21 22 24 26 30 31 32 36 40 40 41 42 48 55 55 57 58 64 67 70 74 Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống giám sát, đo kiểm…………………………… 81 Hình Lợi ích từ dịch vụ IPTV (nguồn: Yankee Group) Hình 4.2 Tổng số thuê bao IPTV VNPT theo tuần………………… 85 86 MỞ ĐẦU Hiện nay, cơng nghệ truyền hình phát triển đa dạng phổ biến như: − Truyền hình quảng bá tương tự (analogue broadcast), sử dụng băng tần UHF/VHF − Truyền hình cáp CATV, sử dụng băng tần UHF/VHF − Truyền hình kỹ thuật số mặt đất (DVB-T), băng tần UHF/VHF − Truyền hình kỹ thuật số di động mặt đất (DVB-H, dùng máy thu cầm tay di động), băng tần UHF/VHF − Truyền hình vệ tinh (DVB-S/DVB-S2), băng tần C, Ku − Truyền hình giao thức Internet (IPTV): dùng giao thức IP để truyền tải tín hiệu truyền hình − Truyền hình di động (MobileTV/3G) Trong truyền hình IPTV có số đặc điểm bật mà cơng nghệ truyền hình khác khơng có là: − Tính hội tụ: hội tụ dịch vụ truyền hình với dịch vụ viễn thơng, internet (hội tụ dịch vụ hạ tầng) − Tính tương tác: người dùng sử dụng dịch vụ tương tác xem phim theo yêu cầu VoD, TSTv, nPVR mà cơng nghệ truyền hình khác khơng có khả cung cấp − Tính cá thể hóa: tối ưu hóa dịch vụ cho nhóm khách hàng (ví dụ cung cấp kênh thời nước cho người nước Việt Nam) − Cung cấp số lượng kênh truyền hình khơng hạn chế Mặt khác xu phát triển công nghệ truyền hình giới bộc lộ đặc điểm phù hợp với phát triển IPTV như: − Xu số hóa truyền hình (lộ trình đến năm 2015 loại bỏ truyền hình tưong tự) − Xu hướng hội tụ cơng nghệ: truyền hình, viễn thơng, internet hội tụ cố định, di động − Và xu sử dụng dịch vụ có tính cá thể hóa tính tương tác cao Tại Việt Nam có động thái phù hợp với xu hướng phát triển IPTV: Về sách: − Chính phủ có quy hoạch truyền dẫn phát sóng phát truyền hình đến năm 2020 theo hướng số hóa hội tụ dịch vụ, hạ tầng truyền hình, viễn thông Internet Rõ ràng IPTV đáp ứng yêu cầu số hóa hội tụ (dùng chung) hạ tầng truyền hình, viễn thơng Internet theo quy hoạch − Việt Nam quan tâm đến phát triển dịch vụ Internet băng rộng, phát triển công nghệ thông tin truyền thông (ICT - Information Communication Technology) mục tiêu trở thành cường quốc công nghệ thông tin, bối cảnh truyền hình phương tiện hữu ích để truyền tải tiêu dùng thơng tin − Bộ Thơng tin Truyền thơng thức cấp phép 3G cho nhà khai thác mạng góp phần thúc đẩy dịch vụ băng rộng (trong có MobileTV/3G) Về thị trường: − Việt Nam đất nước đơng dân, số lượng hộ gia đình 20 triệu hộ ~ 90% có Tivi − Số lượng thuê bao Internet hộ gia đình dự báo năm tới cịn tăng cao (dự kiến đến năm 2012 có triệu thuê bao) Từ phân tích trên, tác giả nhận thấy IPTV xu hướng công nghệ tất yếu nhà cung cấp dịch vụ giới Việt Nam, tác giả chọn đề tài để nghiên cứu với mục đích làm rõ khái niệm truyền hình IPTV, vấn đề kỹ thuật liên quan đến IPTV bước đầu đề xuất sơ phương pháp thiết kế hệ thống truyền hình qua mạng IP (IPTV) áp dụng thực tế Nội dung luận văn gồm: − Chương I: Tổng quan hệ thống IPTV − Chương II: Các vấn đề kỹ thuật IPTV − Chưowng III: Thiết kế hệ thống IPTV − Chương IV: Đánh giá phát triển IPTV Việt Nam − Kiến nghị đề xuất CHƯƠNG I TỔNG QUAN HỆ THỐNG IPTV Từ đời vào năm 1927 nay, truyền hình (TV) trở thành phương tiện truyền thông rộng rãi phổ biến Bắt đầu với công nghệ truyền thông tương tự, truyền hình gắn bó với vịng 60 năm Trong giai đoạn công chúng chứng kiến chuyển đổi truyền hình đen-trắng sang truyền hình màu Sự chuyển đổi yêu cầu người xem phải thay phận thu hình mới, người phát hành phải nâng cấp thiết bị phát hình trang bị khác Sau cơng nghệ truyền hình tương tự, với đời truyền hình số (Digital Television – Digital TV) Truyền hình số bước phát triển vượt bậc cơng nghệ truyền hình Ngày nay, cơng nghiệp truyền hình dần chuyển qua kỷ nguyên Đã có nhiều nhà cung bắt đầu nâng cấp hệ thống mạng phát triển tảng số để kéo dần khách hàng họ khỏi cơng nghệ truyền hình tương tự truyền thống để đến với dịch vụ số tinh vi – dịch vụ truyền hình qua mạng IP (IPTV) Như tên mô tả, IPTV phương pháp truyền tải dòng nội dung video (video stream) mạng IP Trước vào công nghệ áp dụng để tạo nên hệ thống IPTV, chương dùng để định nghĩa IPTV ưu điểm so với cơng nghệ truyền hình khác 1.1 IPTV IPTV, cịn gọi Internet Protocol Television hay Truyền Hình Băng Rộng công nghệ cho phép truyền cách an tồn nội dung truyền hình nội dung theo yêu cầu mạng băng rộng Thông thường IPTV dùng để nhắc đến phương pháp truyền kênh truyền hình, phim video theo yêu cầu mạng riêng IPTV có số đặc điểm : − Hỗ trợ truyền hình tương tác: cho phép người dùng tương tác với chương trình Ví dụ dịch vụ trị chơi trực tuyến, lướt web, truyền hình độ phân giải cao…