đo kiểm và đánh giá chất lượng trong iptv

Giới thiệu đề tài:Trong thời đại công nghệ thông tin hiện nay, con người với trình độ dântrí ngày càng cao dẫn tới sự đòi hỏi về nhu cầu giải trí càng cao, đòi hỏi phảiđáp ứng được những

MỤC LỤC MỤC LỤC

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH VẼ

Phần I PHẦN MỞ ĐẦU 1

1 Giới thiệu đề tài 1

2 Bố cục luận văn 2

Phần II PHẦN NỘI DUNG 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ IPTV 3

1.1 Khái niệm IPTV 3

1.2 So sánh IPTV và các công nghệ truyền hình khác 4

1.2.1 IPTV và cỏc cụng nghệ truyền hình truyền thống 4

1.2.2 IPTV và Internet TV 6

1.3 Các dịch vụ IPTV 7

1.3.1 Các dịch vụ IPTV video 8

1.3.2 Các dịch vụ IPTV audio 10

1.3.3 Các dịch vụ IPTV gaming 11

1.3.4 Các dịch vụ thông tin tích hợp 11

1.3.5 Các dịch vụ quảng cáo 12

1.4 Cấu trúc và các công nghệ mạng IPTV 12

1.4.1 Mô hình cấu trúc mạng IPTV 12

1.4.2 Mô hình chức năng của hệ thống dịch vụ IPTV 15

1.4.3 Cỏc cụng nghệ mạng IPTV 17

Chương 2: CÁC VẤN ĐỀ VỀ QoS TRONG MẠNG IPTV 26

2.1 Các khái niệm về QoS, QoE 26

2.1.1 Khái niệm QoS 26

2.1.2 Khái niệm QoE 28

2.1.3 Liên quan giữa QoS và QoE 29

2.2 Kĩ thuật đảm bảo QoS trong mạng IP 31

2.2.1 Các tham số QoS trong mạng IP 31

2.2.2 Các cơ chế QoS trong mạng IP 33

2.2.3 Mô hình ứng dụng đảm bảo QoS trong mạng IP 41

2.3 QoS đối với dịch vụ IPTV 47

2.3.1 Các tham số QoS đối với dịch vụ IPTV 47

2.3.2 Các cơ chế đảm bảo QoS cho IPTV 48

2.4 Các tham số QoE trong IPTV 56

2.4.1 Đo đạc và kiểm soát QoE 56

2.4.2 Tham số QoE trong IPTV 58

Chương 3: ĐO KIỂM VÀ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG TRONG IPTV .62 3.1 Đo kiểm IPTV 62

3.1.1 Các điểm đo, giám sát chất lượng 62

3.1.2 Các phương pháp đo chất lượng dịch vụ video 63

3.1.3 Phương pháp đo thời gian chuyển kênh 72

3.2 Đỏnh giá chất lượng dịch vụ IPTV 73

3.2.1 Mụ hỡnh đo lường QoS ITU-T 73

3.2.2 Đo lường chất lượng Head-end 74

3.2.3 Đo lường chất lượng end-to-end 74

3.2.4 Đo lường QoS của mạng IP 75

Phần III KẾT LUẬN 77

1 Kết luận 77

2 Hướng phát triển đề tài 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

THUẬT NGỮ VÀ CÁC TỪ VIẾT TẮT

Server

Server quản lý truy cập băng rộng

từ xa

Configuration Protocol

Cấp phát cấu hình đầu cuối kết nối động

dung số

(ADSL, ADSL2, ADSL+, ADSL2+)

Đường thuê bao số

video

quang H.264/ AVC H.264/ AVC is a standard

for video compression Chuẩn định dạng Video được xây dựng trên hợp tác giữa tổ chức

ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) kết hợp với ISO/IEC Moving Picture Experts Group (MPEG)

Electronics Engineers Viện nghiên cứu công nghệ điện vàđiện tử

Protocol

Giao thức nhóm truyền dẫn quảng bá

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình qua giao thức Internet

ISMACRYP Internet Streaming Media

Alliance Encryption and Authentication

Công nghệ mó khúa chứng thực của tổ chức ISMA

Group Nhóm phát triển tiêu chuẩn nén và định dạng cho hình ảnh

protocol

Giao thức chia sẻ định tuyến Multicast

Protocol

Giao thức streaming video thời gian thực

nội dung

dùng

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: So sánh IPTV và truyền hình cáp 5

Bảng 1.2 : So sánh IPTV và Internet TV 6

Bảng 1.3: Ví dụ về các dịch vụ IPTV 8

Bảng 2.1: Lớp dịch vụ theo đề xuất của ETSI 35

Bảng 2.2: Phân lớp dịch vụ theo ITU-T Y.1541 35

Bảng 2.3: Lớp QoS và các giá trị NP mạng IP (ITU-T Y.1541) 36

Bảng 2.4: Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã MPEG-2 47

Bảng 2.5: Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã MPEG-4 AVC hay VC-1 47

Bảng 2.6: Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-2 48

Bảng 2.7: Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-4 AVC hay VC-1 48

Bảng 2.8: Mối liên hệ giữa các dịch vụ IPTV và QoS class ITU-T Y.1541 50

Bảng 2.9: Các dịch vụ IPTV điển hình và các lớp QoS tương ứng 51

Bảng 3.1: Các thang điểm MOS dùng để đo các mức chất lượng IPTV 64

Bảng 3.2: Các tham số đo lường chất lượng end-to-end 75

Bảng 3.3: Các tham sô đo lường chất lượng mạng IP 76

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các công nghệ truyền hình 4

Hình 1.2: Mô hình chuẩn IPTV 14

Hình 1.3: Cấu trúc mạng IPTV 15

Hình 1.4: Mô hình chức năng hệ thống IPTV 15

Hình 1.5: Khối chức năng cụ thể hệ thống IPTV 17

Hình 1.6: Quá trình phát triển các công nghệ nén 18

Hình 1.7: Hiệu quả sử dụng các kỹ thuật nén trong mạng ADSL 18

Hình 1.8: Xu hướng phát triển các máy chủ VoD 20

Hình 1.9: Middleware 21

Hình 1.10: Dạng gói IP 23

Hình 1.11: Cỏc gói IP/UDP/RTP 24

Hình 1.12: Mào đầu RTP 24

Hình 1-13: Giao thức RTSP 25

Hình 2.1: Mối liên quan giữa QoS và QoE 29

Hình 2.2: Đánh giá theo hệ thị giác chủ quan của NSD 31

Hình 2.3: Mô hình tham chiếu QoS NI – NI (ITU-T Y.1514) 31

Hình 2.4: Cơ chế QoS trong mạng IP 34

Hình 2.5: Chia lớp lưu lượng 34

Hình 2.6: Đánh dấu gói tin 36

Hình 2.7: Cơ chế quản lý nghẽn 37

Hình 2.8: Thuật toán xếp hàng FIFO 37

Hình 2.9: Thuật toán xếp hàng PQ 37

Hình 2.10: Thuật toán xếp hàng RB 38

Hình 2.11: Thuật toán xếp hàng WRR 38

Hình 2.12: Cơ chế tránh lỗi 39

Hình 2.13: Cấu hình RED 40

Hình 2.14: Cấu hình loại bỏ gói của CB-WRED 40

Hình 2.15: Cơ chế lập chính sách cho lưu lượng 41

Hình 2.16: Cơ chế định hình cho lưu lượng 41

Hình 2.17: Các bản tin RSVP 42

Hình 2.18: Mô hình ứng dụng chất lượng dịch vụ IntServ 43

Hình 2.19: DSCP 44

Hình 2.20: DSCP và các PHB 44

Hình 2.21: Mô hình DiffServ 45

Hình 2.22: Khối điều khiển lưu lượng DiffServ 46

Hình 2.23: Mô hình kết hợp IntServ và RSVP 46

Hình 2.24: Các thành phần của IPTV 52

Hình 2.25: Băng thông của mạng truyền dẫn 54

Hình 2.26: Các loại trễ 55

Hình 2.27: Mất gói do tràn bộ đệm hàng đợi 55

Hình 2.28: Mô hình Zapping time 58

Hình 2.29: Mô hình đánh giá QoE cần sự so sánh giữa hình ảnh gốc và hình ảnh đầu nhận 60

Hình 2.30: Mô hình MPQM đánh giá QoE của IPTV 60

Hình 2.31: Mô hình MPQM 61

Hình 2.32: Mô hình V-Factor 61

Hình 3.1: Các điểm đo, giám sát chất lượng trong mạng IPTV 62

Hình 3.2: Hệ thống đo chất lượng video dựa trên mô hình tham chiếu đầy đủ 67

Hình 3.3: Giám sát chất lượng video sử dụng mô hình rút gọn 68

Hình 3.4: Mạng IPTV với rung pha bằng 0 69

Hình 3.5: Mạng IPTV có rung pha 70

Hình 3.6: Tớnh các giá trị MDI tại các điểm khác nhau trong mạng IPTV 71

Hình 3.7: Cấu hình đo trễ chuyển kênh 73

Hình 3.8: Mô hình đo lường chất lượng hệ thống IPTV 74

Phần I PHẦN MỞ ĐẦU

1 Giới thiệu đề tài:

Trong thời đại công nghệ thông tin hiện nay, con người với trình độ dân trí ngày càng cao dẫn tới sự đòi hỏi về nhu cầu giải trí càng cao, đòi hỏi phải đáp ứng được những nhu cầu sở thích cá nhân của người xem truyền hình Người xem ngày càng được thưởng thức các chương trình với kỹ thuật hình ảnh đẹp hơn, nhiều thông tin hơn, thêm vào đó người xem có thể chủ động với khả năng tương tác trực quan hơn

Theo thời gian, ngành công nghiệp đã chứng kiến sự ra đời các mạng lưới truyền hình mới rộng lớn hơn, nội dung phong phú hơn: Hệ thống truyền hình vệ tinh, hệ thống truyền hình cáp, và gần đây là sự ra đời của truyền hình phân giải cao HD (High Definition TV) đó nõng chất lượng nội dung và khả năng truyền tải của hệ thống truyền hình lên một cấp độ mới trong việc ứng dụng các công nghệ hàng đầu trong ngành thông tin và truyền thông vào phục vụ cuộc sống Việc phát sóng các chương trình truyền hình phân dải cao HD được xem là xu thế nhắm đến của ngành công nghiệp truyền hình trong những năm tới trên phạm

vi toàn thế giới

Hệ thống truyền hình IPTV - Internet Protocol Television ra đời trong xu

hướng phát triển công nghệ đó và trở thành thuật ngữ hiện nay được sử dụng ngày càng phổ biến cũng có thể sẽ là sự lựa chọn tương lai của ngành công nghệp này

IPTV thực chất là hệ thống sản xuất truyền tải các chương trình truyền hình (hình ảnh và âm thanh) thông qua việc đóng gói và truyền tải cỏc gúi tin trong mạng IP, sử dụng giao thức truyền dẫn trong mạng IP (Internet Protocol) Hệ thống IPTV ra đời và phát triển mạnh trong thời gian gần đây là yêu cầu phát triển khách quan trong ngành công nghiệp truyền hình Để đảm bảo mô hình kinh doanh dịch vụ IPTV đem lại hiệu quả và hợp lệ, các nhà cung cấp dịch vụ IPTV cần phải đảm bảo chất lượng dịch vụ IPTV và đú chớnh là các thông số kĩ thuật QoS, đo kiểm và đánh giá của QoE trong mạng IPTV Luận văn này tập trung đi vào tìm hiểu, phân tích kiến trúc hệ thống mạng dịch vụ IPTV và đặc biệt là đi sâu vào nghiên cứu các vấn về QoS trong mạng IPTV

Do IPTV là công nghệ đã và đang phát triển hiện nay Do đó khả năng tìm hiểu còn hạn chế, chưa được đầy đủ và xác thực, bài luận văn còn nhiều thiếu sót mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn để báo cáo được hoàn

thiện hơn.

2 Bố cục luận văn:

Phần I Phần mở đầu

1 Giới thiệu đề tài

2 Bố cục luận văn

Phần II Nội dung

Chương 1 Tổng quan về IPTV

Chương 2 Các vấn đề về QoS trong mạng IPTV

Chương 3 Đo kiểm và đánh giá chất lượng trong IPTV

Phần III Kết luận, hướng phát triển đề tài

Phần II PHẦN NỘI DUNG Chương 1 TỔNG QUAN VỀ IPTV

1.1 Khái niệm IPTV:

IPTV được gọi là truyền hình trên giao thức Internet, Telco TV hay truyền hình băng rộng, với nghĩa truyền tải truyền hình quảng bá và video theo yêu cầu, chương trình phát thanh có chất lượng cao trên mạng băng rộng Theo quan điểm của đối tượng sử dụng, việc khai thác và xem IPTV cũng giống như dịch vụ TV trả tiền ITU-T (ITU-T FG IPTV) đã chính thức chấp thuận định nghĩa IPTV như sau:

IPTV được định nghĩa là các dịch vụ đa phương tiện như truyền hỡnh/video/audio/văn bản/đồ họa/số liệu truyền tải trờn cỏc mạng dựa trên IP được kiểm soát nhằm cung cấp mức chất lượng dịch vụ, độ mãn nguyện, độ bảo mật và tin cậy theo yêu cầu.

Từ quan điểm của nhà cung cấp dịch vụ, IPTV bao hàm quá trình thu thập,

xử lý, và truyền tải một cách an toàn nội dung video trên hạ tầng mạng dựa trên công nghệ IP Tham gia vào quá trình cung cấp dịch vụ IPTV gồm nhiều nhà cung cấp dịch vụ từ các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh đến các công ty viễn thông lớn và các nhà khai thác mạng riêng ở nhiều nơi trên thế giới

IPTV có một số đặc điểm sau:

 Hỗ trợ truyền hình tương tác: Các khả năng hoạt động hai chiều của hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa ra một số lượng lớn các ứng dụng truyền hình tương tác Các loại hình dịch vụ được phân phối qua dịch vụ IPTV có thể bao gồm truyền hình trực tiếp tiêu chuẩn, truyền hình 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 dung không phụ thuộc thời gian bằng cơ chế ghi và lưu lại nội dung IPTV và sau đó có thể xem lại

 Tăng tính cá nhân: Hệ thống IPTV từ đầu cuối-đến-đầu cuối hỗ trợ thông tin hai chiều và cho phép các đối tượng sử dụng lựa chọn và thiết lập việc xem

TV theo sở thích riêng như chương trình và thời gian xem ưa thích

 Yêu cầu về băng thông thấp: Thay vì phải truyền tải tất cả cỏc kờnh cho mọi đối tượng sử dụng, công nghệ IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ chỉ

cần phải phỏt cỏc kờnh mà đối tượng sử dụng yêu cầu Tính năng hấp dẫn này cho phép nhà khai thác mạng tiết 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 sử dụng máy tính cá nhân và các thiết bị di động để truy cập tới các dịch vụ IPTV

1.2 So sánh IPTV và các công nghệ truyền hình khác:

Hình 1.1: Các công nghệ truyền hình 1.2.1 IPTV và các công nghệ truyền hình truyền thống:

a Truyền hình tương tự (analog):

Tín hiệu hình ảnh và âm thanh được truyền đi là tín hiệu tương tự, truyền

hình tương tự là công nghệ truyền hình xuất hiện sớm nhất và hiện nay vẫn đang được sử dụng rộng rãi Các kênh truyền hình quảng bá như HTV7, HTV9, VTV1

và hầu hết các dịch vụ truyền hình cáp của Việt Nam hiện nay cũng sử dụng công nghệ tương tự

Truyền hình cáp tương tự và truyền hình quảng bá mặt đất nhìn chung là giống nhau về kỹ thuật, truyền hình cáp phát được nhiều kênh hơn do không bị hạn chế về băng tần

Truyền hình tương tự có ưu điểm là công nghệ đơn giản, phù hợp với đa số máy thu hình đang được sử dụng, sử dụng truyền hình tương tự, khách hàng không phải đầu tư thờm cỏc bộ giải mã, tiết kiệm chi phí đầu tư Nhược điểm của truyền hình tương tự là rất tốn băng thông và chất lượng hình ảnh không cao Do

đó, hiện nay, các quốc gia trên thế giới đều đó cú lộ trình kết thúc phỏt cỏc kênh truyền hình quảng bá tương tự và chuyển sang truyền hình số nhằm tiết kiệm

băng tần Mỹ, Hà Lan, Thụy Điển, Thụy Sỹ… đã chính thức ngưng phỏt cỏc kênh truyền hình tương tự trước 2010 và ở Việt Nam, chính phủ cũng đã đưa ra

lộ trình xóa bỏ các kênh truyền hình tương tự trước 2020

b Truyền hình số (digital):

Tín hiệu âm thanh và hình ảnh truyền đi là tín hiệu số Tín hiệu truyền hình

số có thể có những định dạng khác nhau cung cấp chất lượng khác nhau: SDTV (Standard Definition Television ), EDTV (Enchanted Definition Television) và HDTV (High Definition Television) Truyền hình số được triển khai dựa trên nhiều công nghệ khác nhau: truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh, truyền hình số mặt đất và IPTV

Truyền hình vệ tinh và truyền hình số mặt đất dựa vào các công nghệ viba

số để truyền tín hiệu hình ảnh và âm thanh Để thu được các kênh truyền hình số, đòi hỏi TV của khách hàng cần phải có bộ giải mã tín hiệu số Điều này làm tăng chi phí đầu tư phía khách hàng, do đó, dù có nhiều ưu thế về chất lượng và tiết kiệm được băng thông, truyền hình số không thể tự nó thay thế hoàn toàn truyền hình tương tự

Truyền hình cáp digital (DVB-C Digital Video Broadcast over Cable) và IPTV đều là truyền hình số triển khai dựa vào mạng có dây ( chỉ xét trong thời điểm hiện tại)

So sánh DVB-C và IPTV:

Bảng 1.1: So sánh IPTV và truyền hình cáp

Truyền hình cáp

Triển khai trên mạng cáp đồng trục

hoặc cáp quang

Tất cả các kênh truyền hình đồng thời

được phát đi trong toàn bộ mạng cáp

Người xem có thể chuyển kênh ngay

(vì tín hiệu đã có sẵn) Truyền hình cáp

rất tốn băng thụng vỡ sử dụng cơ chế

broadcast, do đó, số kênh có thể phát

cũng bị hạn chế

Có thể truyền dữ liệu dựa vào DOCSIS

(Data Over Cable Service Interface

Specification) DOCSIS là một chuẩn

IPTV

Triển khai trên mạng băng rộng có thể truy nhập bằng cáp quang hay cáp đồng

Truyền theo cơ chế multicast, chỉ đưa luồng dữ liệu đến các đầu cuối có yêu cầu có thể tiết kiệm được băng thông, tăng chất lượng và số lượng kênh có thể phỏt trờn mạng

IPTV được cung cấp trên hạ tầng mạng băng rộng truyền dữ liệu do đó hoàn

viễn thông quốc tế cho phép truyền dữ

liệu tốc độ cao qua mạng truyền hình

cáp có sẵn, DOCSIS cũng cho phép

cung cấp dịch vụ VoIP Tuy nhiên, do

đặc tính có tốc độ phụ thuộc băng

thông, mà băng thông trong truyền hình

cáp còn lại rất hạn hẹp (do broadcast)

vì vậy, tốc độ truyền dữ liệu thường

không cao

toàn có thể đảm bảo truyền dữ liệu dựa trên mạng IP và còn có thể triển khai các dịch vụ khác: VOD, VoIP…

1.2.2 IPTV và Internet TV:

Mạng IP được dùng cho IPTV đôi khi được hiểu là bao gồm cả mạng Internet mở (Open Internet) và mạng Internet được quản lý (Managed Internet), tuy nhiên, trong đa số định nghĩa, IPTV được hiểu là truyền hình qua mạng Internet được quản lý Internet TV và IPTV đều là truyền hình được truyền qua mạng IP, dựa vào các giao thức truyền video trong mạng IP, cùng có khả năng cung cấp các dịch vụ giống nhau, đều có khả năng tương tỏc…

So sánh Internet TV với IPTV:

Bảng 1.2 : So sánh IPTV và Internet TV Open Internet TV ( Internet TV)

+ Không được bảo đảm về chất lượng

dịch vụ (QoS) Chất lượng không ổn

định (thường là chất lượng kém và phụ

thuộc vào đường truyền Internet)

+ Thông thường chạy trên cơ sở các

ứng dụng của PC

+ Không có khả năng cạnh tranh với

truyền hình truyền thống

+ Ưu thế của Internet TV là có tính linh

hoạt và không bị giới hạn bởi địa lý (vì

mạng Internet mở vốn không bị giới

hạn về địa lý), có nội dung phong phú,

Managed Internet TV (IPTV)

+ Được đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) bởi các nhà cung cấp dịch vụ băng rộng (ISP), có băng thông, chất lượng đường truyền ổn định, nội dung được đảm bảo

+ Có thể xem IPTV trên TV hoặc PC

+ Có khả năng cạnh tranh với truyền hình truyền thống và hoàn toàn chiếm

ưu thế

+ Giới hạn trong phạm vi khu vực của ISP, nội dung do nhà cung cấp dịch vụ