Luận văn thạc sĩ kỹ thuật nghiên cứu các công nghệ cơ bản và ứng dụng truyền hình di động

COFDM Coded O rthogonal Frequency D ivision Multiplexing G hép kênh phân chia theo tần số trực giao được mã hoá CRC Cyclic Redundancy Check K iểm tra dư chu trình CSCF Call State Control

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI

CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

3GPP Third G eneration Partnership Project D ự án hiệp hội thế hệ ba 3GPP2 Third G eneration Partnership Project 2 D ự án 2 hiệp hội thế hệ ba

A AC A dvanced A udio Coding M ã hoá âm thanh tiên tiến

A LC A synchoronous Layered Coding M ã hoá phân lớp không đồng

bộ

A MPS A dvanced Mobile Phone System H ệ thống điện thoại di động

tiên tiến

A RQ A utomatic Repeat Request Yêu cầu phát lại tự động

A TM A synchronous Transfer Mode Chế độ truyền tải không đồng

phần mang BM-SC Broadcast/M ulticast Service Center Trung tâm dịch vụ broadcast

multicast BSC Base Station Controller Bộ điều khiển trạm gốc BTS Base Transceiver Station Trạm thu phát gốc

CDMA Code D ivision Multiple A ccess Đ a truy nhập p hân chia theo

mã CIF Common Interface Format K huôn dạng giao diện chung CMMB China M obile Multimedia

Broadcasting

Q uảng bá đa phương tiện di động Trung Quốc

COFDM Coded O rthogonal Frequency D ivision

Multiplexing

G hép kênh phân chia theo tần

số trực giao được mã hoá CRC Cyclic Redundancy Check K iểm tra dư chu trình

CSCF Call State Control Function Chức năng điều khiển trạng

thái cuộc gọi

D AB D igital Audio Broadcasting Q uảng bá âm thanh số

D AB-IP D igital Audio Broadcasting-Internet

D RM D igital Rights Management Q uản lý bản quyền số

D S-CDMA D irect Sequence Code Division

Multiple Access

Đ a truy nhập p hân chia theo

mã trải phổ chuỗi trực tiếp

D TX D iscontinous Transmission Truyền dẫn không liên tục

D VB D igital Video Broadcasting Q uảng bá Video số

D VB-H D igital Video Broadcasting-H andheld Q uảng bá Video số tới máy

cầm tay ECM Entitlement Control M essage Bản tin điều khiển được phép EDG E Enhanced D ata Rates for Global Các tốc độ dữ liệu tiên tiến đối

với phát triển toàn cầu

ESG Electronic Service Guide H ướng dẫn dịch vụ điện tử ETSI European Telecommunications

Standards Institute

Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu

EVD O Evolution D ata Only Chỉ dữ liệu phát triển

EVD V Evolution D ata and Voice Thoại và dữ liệu phát triển FACH Forward Access Channel K ênh truy nhập hướng đi FDD Frequency Division D uplex Song công phân chia theo tần

số FDM Frequency Division M ultiplexing G hép kênh phân chia theo tần

số FEC Forward Error Correction Sửa lỗi hướng đi

FIC Fast Information Channel K ênh thông tin nhanh

FTP File Transport Protocol G iao thức truyền tải tệp

G ERAN G SM ED GE Radio A ccess N etw ork M ạng truy nhập vô tuyến

G SM ED GE

G GSN G ateway G PRS Support Node N ode hỗ trợ GPRS cổng

G PRS G eneral Packet Radio Service D ịch vụ vô tuyến gói tổng quát

G PS G lobal Positioning System H ệ thống định vị toàn cầu

G SM G lobal System for Mobile

communications

H ệ thống thông tin di động toàn cầu

H LR H ome Location Register Bộ ghi định vị thường trú

H SD PA H igh Speed Downlink Packet A ccess Truy nhập gói đường xuống

tốc độ cao

H SPA H igh Speed Package Access Truy nhập gói tốc độ cao

H SS H ome Subscriber Server Server thuê bao thường trú

H TML H ypertext Markup Language N gôn ngữ lập trình siêu văn

bản

H TTP H ypertext Transfer Protocol G iao thức truyền tải siêu văn

bản IETF Internet Engineering Task Force U ỷ ban nhiệm vụ kỹ thuật

Internet IMS IP M ultimedia System H ệ thống đa phương tiện IP IMT-2000 International M obile Telephone 2000 Đ iện thoại di động Quốc tế-

2000

IP Internet Protocol G iao thức Internet

ISDB-T Integrated Services D igital

Broadcasting-T errestrial

Q uảng bá số các dịch vụ tích hợp-mặt đất

ISI Intersymbol Interference X uyên nhiễu giữa các ký hiệu ITU International Telecommunicat ions

U nion

H iệp hội Viễn thông Q uốc tế

LCT Layered Coding Transport Truyền tải mã hoá được phân

lớp LIC Local-area Identification M ô tả vùng nội hạt

LLC Logical Link Control Đ iều khiển liên kết logic

LOC Local O peration Center Trung tâm khai thác nội hạt

MA C Medium Access Control Đ iều khiển truy nhập môi

trường MBMS Multimedia Broadcast and M ulticast

MCI Multiplex Configuration Information Thông tin cấu hình ghép kênh

MG CF Media G ateway Control Function Chức năng điều khiển

G ateway media MICH MBMS notification Indicator Channel K ênh chỉ thị thông báo MBM S MIDP Mobile Information D evice Profile Profile thiết bị thông tin di

động MLC Multicast Logical Channel K ênh logic multicast

MO T Multimedia Object Transfer Truyền tải đối tượng đa

phương tiện

MPE Multiprotocol Encapsulation Đ óng gói đa giao thức

MPEG Motion Pictures Expert G roup N hóm chuyên gia hình ảnh

động

MM S Multimedia Messaging Service D ịch vụ bản tin đa phương tiện MRF Multimedia Resource Function Chức năng tài nguyên đa

phương tiện

MSC Mobile Switching Network M ạng chuyển mạch di động MSCH MBMS point to multipoint Scheduling

Channel

K ênh định trình điểm-tới-đa điểm MBMS

MTCH MBMS point-to-multipoint Traffic

Channel

K ênh lưu lượng điểm-tới-đa điểm MBMS

N MTS N ordic Mobile Phone Service D ịch vụ điện thoại di động

Bắc Âu

N OC N ational Operating Center Trung tâm khai thác Q uốc gia

N PA D N on-programme A ssociated Data D ữ liệu kết hợp không chương

trình

O IS O verhead Information Symbols Các ký hiệu thông tin mào đầu PAD Programme Associated D ata D ữ liệu kết hợp chương trình PDA Personal Digital A ssistant H ỗ trợ số cá nhân

PDA N Packet D ow nlink Ack/Nack A ck/Nak đường xuống gói

PID Particular Program Identifier Bộ mô tả chương trình đặc biệt

PSS Packet-Switched Streaming D òng chuyển mạch gói

PSTN Public Switching Telephone Network M ạng điện thoại chuyển mạch

công cộng PPC Positioning Pilot Channel K ênh hoa tiêu vị trí

Q AM Q uadrature Amplitude M odulation Đ iều chế biên độ vuông góc

Q CELP Q ualcomm Code Excited Linear

Q PSK Q uadrature Phase Shift K eying K hoá dịch pha vuông góc

Q VG A Q uarter Video Graphics A rray M ảng đồ hoạ Video một phần

tư RAN Radio A ccess N etwork M ạng truy nhập vô tuyến RDP Real Data Package Protocol G iao thức gói dữ liệu thực RLC Radio Link Control Đ iều khiển liên kết vô tuyến RNC Radio N etw ork Controller Bộ điều khiển mạng vô tuyến RNS Radio N etw ork Subsystem Phân hệ mạng vô tuyến

R-SG W Roaming Signaling G ateway G ateway báo hiệu chuyển

vùng RTCP Real Time Control Protocol G iao thức điều khiển thời gian

thực RTSP Real Time Streaming Protocol G iao thức truyền tải dòng thời

gian thực RTP Real Time Protocol G iao thức thời gian thực

SAP Service Access Protection Bảo vệ truy nhập dịch vụ

SDP Senssion D escription Protocol G iao thức mô tả phiên

SFN Single Frequency Network M ạng đơn tần

SGSN Serving GPRS Support N ode N ode hỗ trợ GPRS phục vụ

SIM Subscriber Identity M odule M odule nhận dạng thuê bao SIP Session Initiation Protocol G iao thức khởi đầu phiên SNA P SubN etw ork A ttachment Point Đ iểm gán mạng con

SMIL Synchronized Multimedia Integration

Language

N gôn ngữ tích hợp đa phương tiện đồng bộ

SMS Short M essage Service D ịch vụ bản tin ngắn

SS7 Signaling System No 7 H ệ thống báo hiệu số 7

SVG Scalable Vector G raphics Đ ồ hoạ vector có thể định

thang TCP Transmission Control Protocol G iao thức điều khiển truyền

dẫn TDD Time D ivision Duplex Song công phân chia theo thời

gian TDMA Time D ivision Multiplexing Access Truy nhập ghép kênh phân

chia theo thời gian TPC Transition Pilot Channel K ênh hoa tiêu chuyển dịch TPS Transmitter Parameter Signaling Báo hiệu tham số máy phát

U DP U ser Datagram Protocol G iao thức datagram người sử

dụng

U MTS U niversal Mobile

Telecommunications Service

D ịch vụ viễn thông di động toàn cầu

U SIM U MTS Subscriber Identity M odule M odule nhận dạng thuê bao

U MTS

U TRA U niversal Terrestrial Radio A ccess Truy nhập vô tuyến mặt đất

VAD Voice A ctivity Detection Phát hiện kích hoạt thoại

VLR Visitor Location Register Bộ ghi định vị tạm trú

WAP Wireless A pplication Protocol G iao thức ứng dụng vô tuyến WCD MA Wideband Code D ivision Multiple

A ccess

Đ a truy nhập p hân chia theo

mã băng rộng WIC Wide-area Identification Channel K ênh mô tả diện rộng

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ truyền hình di động (Mobile TV) gần đây đã và đang được thử nghiệm và triển khai thành công ở nhiều Quốc gia trên thế giới Mobile TV là công nghệ vô tuyến được thiết kế để có thể truyền tải được tín hiệu truyền hình trong môi trường vô tuyến di động có băng thông hạn chế và thường xuyên chịu ảnh hưởng của fading, nhiễu và tạp âm, trong khi phải đáp ứng được khả năng hiển thị tín hiệu tốt trên máy đầu cuối cầm tay di động có kích thước màn hình nhỏ, công suất pin tiêu thụ bị hạn chế Các công nghệ truyền tải tín hiệu Mobile TV bao gồm: Mobile

TV truyền tải qua mạng di động 3G, Mobile TV phát qua mạng quảng bá số mặt đất cho các máy cầm tay (DVB-H ), Mobile TV phát qua mạng quảng bá đa phương tiện

số (DM B), M obile TV phát qua mạng M ediaFLO, Mobile TV phát qua mạng quảng

bá số các dịch vụ tích hợp-mặt đất (ISDB-T), M obile TV phát qua mạng quảng bá

âm thanh số trên nền IP (DAB-IP) và Mobile TV phát qua các mạng WiFi,

WiMAX Trong đó, các công nghệ M obile TV truyền tải qua mạng 3G, DVB-H,

DM B, và MediaFLO đã được nghiên cứu, tiêu chuẩn hoá và sử dụng phổ biến Ở Việt N am, công nghệ 3G đang được thử nghiệm, triển khai ở nhiều nhà cung cấp dịch vụ như Tập đoàn Bưu chính Viễn thông Việt Nam (VNPT), Tổng Công ty Viễn thông Q uân đội (Viettel)…, Tổng Công ty Truyền thông đa phương tiện (VTC) đã tiến hành thử nghiệm công nghệ D VB-H những năm trước đây, trung tâm dịch vụ công nghệ truyền hình và đài truyền hình Việt Nam đã tiến hành thử

nghiệm công nghệ DM B vào năm 2008 Sự phát triển của các công nghệ M obile

TV thực sự đem lại những sự thay đổi lớn trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện số, khi mà người sử dụng có thể xem tín hiệu truyền hình ở bất kỳ địa điểm nào được phủ sóng truyền hình di động chỉ với một máy di động cầm tay có kích thước nhỏ

Với mong muốn nghiên cứu các công nghệ truyền hình di động cơ bản và qua đó có cơ sở so sánh, đánh giá từng công nghệ từ đó có những đề xuất hướng lựa

chọn công nghệ phù hợp tình hình phát triển ở nước ta Nội dung của đề tài được trình bày như sau:

Chương 1: Tổng quan về Mobile TV và tình hình phát triển trên thế giới Chương 2: N ghiên cứu kỹ thuật Streaming và Mobile Multimedia

Chương 3: Các công nghệ truyền hình di động cơ bản

Chương 4: So sánh, đánh giá các công nghệ truyền hình di động

Chương 5: Đ ề xuất hướng lựa chọn công nghệ, một số ứng dụng cho phát

thanh số di động, kết luận, khuyến nghị và hướng phát triển Tóm lại, nghiên cứu các công nghệ truyền hình di động để đề xuất hướng lựa chọn cho phù hợp tình hình ở nước ta Tuy nhiên việc nghiên cứu các công nghệ truyền hình di động cũng là một vấn đề phức tạp, đòi hỏi quá trình nghiên cứu kỹ lưỡng và nghiêm túc D o điều kiện nghiên cứu, thời gian và kiến thức còn hạn chế, trong khuôn khổ luận văn này, tác giả đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu và trình bày các vấn đề một cách tổng quan và cơ bản nhất, và chắc chắn rằng luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, kính mong nhận được sự góp ý quý báu của Quí Thầy

và các bạn

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ M OBILE TV VÀ TÌNH HÌNH

PHÁT TRIỂN TRÊN THẾ GIỚI

1.1 Tổng quan về Mobile TV

Truyền hình di động (Mobile TV) là công nghệ mã hoá và truyền dẫn các chương trình truyền hình hoặc video để có thể thu được trên các thiết bị di động như điện thoại di động, các thiết bị hỗ trợ số cầm tay (PDA ), các thiết bị đa p hương tiện

vô tuyến, các máy điện thoại có khả năng thu tín hiệu truyền hình di động [1] Đối với M obile TV, người xem có thể truy nhập các chương trình truyền hình trong khi

di chuyển Các chương trình truyền hình có thể được truyền tải dòng (streaming) tới máy di động để xem ở tốc độ giống như khi được phát hoặc các chương trình có thể được xem với trễ thời gian hoặc có thể được ghi lại toàn bộ giống như băng cassette video hoặc đĩa D VD Mobile TV không chỉ cho phép truyền dẫn một chiều thông thường mà còn cho phép truyền tín hiệu truyền hình tương tác nhờ sử dụng các kênh phản hồi cung cấp bởi mạng tế bào Các chương trình có thể được phát ở chế

độ quảng bá (broadcast) trong một vùng phủ sóng hoặc phát tới một người sử dụng theo yêu cầu (chế độ unicast) hoặc có thể phát tới một nhóm người sử dụng (chế độ multicast)

Các công nghệ truyền hình truyền thống được thiết kế đối với các máy thu cố định, có kích thước màn hình lớn trong đó công suất tiêu thụ không là vấn đề quan trọng Trong khi đó các máy thu di động có công suất pin hạn chế, kích thước màn hình nhỏ, anten nhỏ được tích hợp ở bên trong máy và có bộ nhớ giới hạn, hơn nữa máy thu có thể chuyển động với tốc độ lên tới 200 km/h [1,5] D o đó, Mobile TV là công nghệ được thiết kế để đáp ứng được các y êu cầu truyền dẫn tín hiệu truyền hình trong môi trường vô tuyến di động có băng thông hạn chế, máy thu đầu cuối di động có công suất pin tiêu thụ nhỏ kích thước màn hình nhỏ, và giới hạn về tốc độ làm tươi Các ảnh hưởng quan trọng của môi trường vô tuyến di động bao gồm

truyền dẫn đa đường, fading, và hiệu ứng D oppler; trong khi đó hạn chế của máy thu di động là công suất pin nhỏ và anten tích hợp bên trong có độ tăng ích nhỏ Các công nghệ M obile TV đã được phát triển để khắc phục các hạn chế của môi trường truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động cũng như các hạn chế của máy thu tín hiệu truyền hình di động nói trên Các yêu cầu về mặt công nghệ hỗ trợ việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động là [1]:

- Truyền dẫn theo khuôn dạng lý tưởng phù hợp với các thiết bị truyền hình

di động, ví dụ các độ phân giải Q CIF (176 X 144 pixels), CIF (352 X 288 pixels), hoặc QVGA (320 X 240 pixels) với mã hoá hiệu quả cao;

- Công nghệ tiêu thụ công suất thấp;

- Thu nhận tín hiệu ổn định khi di động;

- Chất lượng hình ảnh rõ nét mặc dù bị tổn hao tín hiệu do fading và hiệu ứng đa đường;

- Hỗ trợ di động ở tốc độ lên tới 250 km/h hoặc cao hơn;

- Có khả năng thu tín hiệu trong một vùng rộng khi di chuyển

Hình 1.1: Mô hình chung thu phát đối với truyền hình di động

Hình 1.1 mô tả mô hình chung thu phát đối với truyền hình di động Ở đầu phát, các chương trình truyền hình di động trước tiên được mã hoá nguồn (khuôn dạng chuẩn H.264, MPEG -4, HE-AA C, AM R ), sau đó được mã hoá kênh (mã xoắn, mã turbo ), ghép xen, ghép kênh với chương trình khác, rồi đưa tới bộ điều

chế, khuếch đại công suất và đưa tới anten phát ra mạng truyền dẫn vô tuyến Ở đầu thu, máy cầm tay di động thu được tín hiệu truyền hình di động sẽ thực hiện các chức năng ngược với phần phát bao gồm: giải điều chế, giải ghép xen, giải mã kênh

và giải mã nguồn để có thể xem các chương trình truyền hình trên máy di động

Hiện nay có hai phương pháp chính để phát tín hiệu truyền hình di động Phương pháp thứ nhất là p hát qua mạng tế bào hai chiều và p hương pháp thứ hai là phát qua mạng quảng bá dành riêng, một chiều Mỗi phương pháp có các ưu nhược điểm riêng:

- Phát tín hiệu truyền hình qua mạng tế bào có ưu điểm là sử dụng được cơ

sở hạ tầng mạng đã được thiết lập, do đó sẽ giảm chi phí triển khai Đồng thời, nhà khai thác đã có sẵn thị trường truy nhập tới các thuê bao hiện tại, các thuê bao này chỉ cần đăng ký dịch vụ truyền hình di động mà họ muốn sử dụng N hược điểm chính khi phát tín hiệu truyền hình qua các mạng tế bào (2G hoặc 3G) là vấn đề băng thông hạn chế, điều này có thể làm giảm chất lượng các dịch vụ thoại truyền thống Tốc độ dữ liệu cao của truyền hình di động có thể làm giảm dung lượng của mạng tế bào Hơn nữa để thu được tín hiệu truyền hình di động máy đầu cuối cũng cần được thay thế và thiết kế lại (các vấn đề như kích thước màn hình, cường độ tín hiệu thu, công suất pin và khả năng xử lý là các vấn đề cần xem xét khi thiết kế máy thu) Nhiều nhà khai thác dịch vụ di động 2G và hầu hết các nhà cung cấp dịch vụ 3G đang cung cấp dịch vụ video theo yêu cầu và dòng truyền tải video Các dịch vụ này p hát ở chế độ unicast với dung lượng truyền dẫn giới hạn và được xây dựng trên nền các công nghệ sử dụng hệ thống tế bào như G SM , WCD MA hoặc

CD MA2000 Một ví dụ về công nghệ được thiết kế trên nền mạng 3G là công nghệ phát dịch vụ broadcast và multicast đa phương tiện (M BM S), hệ thống này có thể hoạt động ở chế độ unicast hoặc multicast MBMS được thiết kế bởi dự án hiệp hội 3G (3GPP) để p hát các dịch vụ truyền hình di động qua mạng GSM và mạng

WCD MA M BMS hoạt động ở băng thông 5 M Hz WCDMA , hỗ trợ sáu dịch vụ truyền tải dòng quảng bá thời gian thực, song song, mỗi dịch vụ có tốc độ 128 kbit/s, trên kênh vô tuyến có băng thông 5 MH z

- Các hệ thống Mobile TV dành riêng được thiết kế để tối ưu hoá sự p hân phát tín hiệu truyền hình di động Các hệ thống này có thể phát trên mặt đất, phát qua vệ tinh hoặc kết hợp cả mặt đất và vệ tinh Một trong những ưu điểm chính của các hệ thống Mobile TV dành riêng là nội dung Mobile TV có thể được phát quảng

bá tới nhiều người sử dụng đồng thời N hược điểm của các hệ thống này là yêu cầu đầu tư đáng kể vào cơ sở hạ tầng mạng và các lựa chọn nội dung bị hạn chế

Các công nghệ Mobile TV cạnh tranh nhau để đạt được thị phần chia sẻ thị trường, chúng có nguồn gốc khác nhau và được phát triển với các mục đích khác nhau Các công nghệ M obile TV được phân loại như trên Hình 1.2

H ình 1.2: Phân loại các công nghệ Mobile TV

Như vậy, Mobile TV được phân loại thành Mobile TV dựa trên các mạng 3G , các mạng quảng bá mặt đất và vệ tinh, và các mạng vô tuyến băng rộng Đ ối với mạng 3G , các dịch vụ được chia thành chế độ quảng bá, multicast và chế độ unicast Tất cả các công nghệ trên đều đang tiếp tục được phát triển do sự phát triển của các dịch vụ truyền hình di động Hình 1.3 mô tả tổng quan về các công nghệ Mobile TV

Hình 1.3: Tổng quan về các công nghệ Mobile TV

1.2 C ác tiêu chuẩn đối với Mobile TV

Mobile TV có khoảng trên 30 loại khuôn dạng file âm thanh gồm dạng các file đơn giản có đuôi wav, mpg, Real, Q uickTime, Windows M edia 9 và các khuôn dạng file khác Video có khoảng 25 khuôn dạng khác nhau từ các file video không nén đến file nén có khuôn dạng M PEG-4, M PEG-4-A VC/H.264 Video có thể có một dải rộng độ phân giải, kích thước khung và tốc độ Các tiêu chuẩn được sử dụng làm nền tảng chung cho việc phân phát các dịch vụ Mobile TV Các tiêu chuẩn có thể khác nhau dựa trên công nghệ nhưng đã đạt được sự thống nhất chung Điều này đòi hỏi các nhóm phải làm việc cùng nhau Các nhóm này bao gồm các nhà thiết kế chip, các nhà chế tạo để vận hành hệ thống, các nhà thiết kế phần mềm ứng dụng, các nhà thiết kế và sản xuất máy đầu cuối, các nhà phát triển phần mềm, cộng đồng quảng bá tín hiệu truyền hình, các nhà khai thác mạng 3G , và các nhà khai thác tín hiệu truyền hình quảng bá qua vệ tinh Ngoài ra, việc tiêu chuẩn hoá cũng liên quan đến ngành công nghiệp chế tạo nội dung để thiết kế nội dung âm thanh và video cho các máy đầu cuối di động; ngành công nghiệp di động tế bào để thiết lập các hệ thống truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động và nhiều ngành công nghiệp khác Các tiêu chuẩn Mobile TV được tổng kết trong khuyến nghị ITU -R

BT.1833, ngoài các tiêu chuẩn trong khuyến nghị này, còn có các công nghệ truyền hình di động đã được tiêu chuẩn hoá và được triển khai ở nhiều nước trên thế giới như công nghệ VSB tiên tiến, hệ thống quảng bá đa phương tiện di động ở Trung Quốc (CMM B)

1.3 C ác nguồn tài nguyên đối với Mobile TV

Đối với Mobile TV, một nguồn tài nguyên chung quan trọng là phổ tần số Ở Anh và M ỹ phổ tần số dành cho truyền hình truyền thống nằm trong dải VH F và UHF Ở Anh công ty BT Movio đã sử dụng phổ tần dành cho quảng bá âm thanh số (D AB) để p hát tín hiệu truyền hình di động sử dụng tiêu chuẩn D AB-IP Ở Hàn Quốc phổ tần DAB dành cho các dịch vụ vệ tinh được sử dụng để phát dịch vụ truyền hình di động theo khuôn dạng tín hiệu quảng bá đa phương tiện số qua vệ tinh (DM B-S) H àn Quốc cũng cho phép sử dụng phổ tần VH F để cung cấp dịch vụ truyền hình di động sử dụng công nghệ quảng bá đa phương tiện số mặt đất (D VB-T) Công nghệ quảng bá đa phương tiện số cho các máy cầm tay (DVB-H) là một tiêu chuẩn được thiết kế sử dụng các mạng DVB-T để phát các dịch vụ DVB-H và

sử dụng chung phổ tần của DVB-T Ở M ỹ, Modeo, nhà khai thác DVB-H, đã thiết lập một mạng hoàn toàn mới dựa trên D VB-H sử dụng băng tần L ở 1670 MH z; HiWire, một nhà khai thác khác sử dụng phổ tần 700 MH z để phát dịch vụ DVB-H

1.4 C ông nghệ broadcast và unicast đối với Mobile TV

Có hai chế độ phân phát nội dung tới thiết bị M obile TV là: chế độ broadcast

và chế độ unicast Ở chế độ broadcast, cùng nội dung giống nhau được phát tới số lượng không hạn chế người sử dụng, trong khi ở chế độ unicast nội dung được phát theo yêu cầu tới người sử dụng cụ thể dựa trên việc lựa chọn nội dung

1.4.1 Công nghệ broadcast

Hình 1.4: Truyền dẫn broadcast đối với Mobile TV

Công nghệ cung cấp tới nhiều người sử dụng cùng nội dung ở cùng thời điểm được gọi là broadcast [1,5], ví dụ như sự quảng bá tín hiệu truyền hình tương

tự và radio Công nghệ này có tính cá nhân thấp vì tất cả người sử dụng đều thu được cùng nội dung Tuy nhiên, công nghệ này phù hợp với thị trường vì không bị hạn chế kỹ thuật về số lượng người sử dụng có thể thu nội dung ở cùng thời điểm

Các công nghệ quảng bá phát tín hiệu truyền hình di động gồm: MBMS,

DM B-T, DM B-S, D VB-H, ISDB-T, ISD B-S, D AB, DAB-IP và MediaFLO N hư vậy, công nghệ quảng bá được sử dụng tốt nhất để phân phát hiệu quả các kênh truyền hình phổ biến tới số lượng lớn người sử dụng trong một vùng địa lý nhất định

1.4.2 Công nghệ unicast

Công nghệ cung cấp tín hiệu truyền hình di động theo chế độ một-tới-một được gọi là unicast [1,5] Công nghệ này có tính cá nhân cao vì mỗi người sử dụng chỉ xem dòng truyền tải unicast của mình U nicast cũng có ưu điểm là các nguồn tài nguyên mạng chỉ được sử dụng khi một người sử dụng kích hoạt việc sử dụng dịch

vụ H ơn nữa, với unicast, mạng có thể tối ưu về mặt truyền dẫn đối với mỗi người

sử dụng đơn lẻ Tuy nhiên các mạng unicast bị hạn chế về số lượng người sử dụng được hỗ trợ bởi vì nguồn tài nguyên là hữu hạn vì băng thông hạn chế Ví dụ, truyền tải dòng video của một sự kiện thể thao như bóng đá, bóng chuyền… có thể được lựa chọn bởi hàng trăm nghìn người sử dụng, điều này làm cho nguồn tài nguyên mạng bị cạn kiệt Các tốc độ truyền dẫn ở các mạng tế bào U MTS điển hình là 64 kbps (chuyển mạch kênh, CS), hoặc 220-320 kbps (chuyển mạch gói, PS) Các mạng GPRS cung cấp tốc độ trong khoảng 30-40 kbps (PS), các mạng EDG E có tốc

độ điển hình trong khoảng 100-130 kbps (PS) và H SD PA có thể đạt tốc độ từ

550-1100 kbps (PS) Mặc dù bị giới hạn về băng thông, công nghệ unicast phù hợp cho việc cung cấp dịch vụ video theo yêu cầu và sự tương tác cho các dịch vụ truyền hình di động

Hình 1.5: Truyền dẫn Unicast đối với Mobile TV

1.5 Mobile TV sử dụng các mạng tế bào

Sự triển khai các công nghệ 2.5G với tốc độ dữ liệu cao hơn đã cho phép các nhà khai thác mạng di động cung cấp các dịch vụ đa phương tiện như video, âm thanh giống như truyền tải dòng IP qua mạng Internet Tuy nhiên, do các điều kiện truyền dẫn và mạng, tín hiệu clip video bị trễ và chất lượng tín hiệu không cao do

tốc độ khung thấp Sự phát triển từ công nghệ 2.5G đến 3G đã tăng tốc độ dữ liệu,

sự phát triển các giao thức âm thanh và video cùng với kỹ thuật mã hoá nguồn hiệu quả M PEG-4 dẫn tới mạng 3G có thể cung cấp các kênh video trực tiếp ở tốc độ

128 kbps hoặc cao hơn Các mạng 3G được thiết kế để có thể cung cấp tốc độ dữ liệu cao lên tới 384 kbps, do đó các mạng 3G có thể được sử dụng để cung cấp các dịch vụ truyền hình di động Mạng 3G đã được triển khai ở nhiều nước khác nhau trên thế giới, một số nhà khai thác mạng 3G điển hình ở các nước như [1]: Mỹ (Sprint, Cingular, M idwest Wireless, Alltel, Cellular South, Verizon), Mêxicô (Telcel), Peru (Moviestar), Canada (Bell, Rogers, TELUS), A nh (Orange, Three)… Hiệp hội Viễn thông Q uốc tế (ITU ) đã thống nhất các mạng 3G với tên gọi là IMT-

2000 dựa trên hai công nghệ lõi cơ bản là: U MTS và CDMA 2000 Công nghệ

UM TS (WCDM A) được phát triển đối với các nước đang khai thác mạng G SM, các tần số 3G ở UM TS được phân bổ rời rạc trong phổ tần của U MTS Trong khi đó công nghệ CDM A2000 được thiết kế tương thích với các mạng CDMA One Các dịch vụ Mobile TV dựa trên mạng 3G có thể cung cấp dòng truyền tải dữ liệu di động chấp nhận được ở tốc độ lên tới 300 kbps, tương đương với 10 cuộc gọi trong mạng Điều này có nghĩa là để cung cấp một dòng truyền tải video, mạng 3G bị tổn thất 10 cuộc gọi Do băng thông khả dụng bị hạn chế, các mạng 3G không tối ưu để phát tín hiệu truyền hình di động tới số lượng lớn người sử dụng đồng thời Dự án 3G PP đang phát triển các công nghệ mới để tăng tốc độ, mở rộng vùng phủ và các loại hình dịch vụ có thể cung cấp trên các mạng 3G Ví dụ như công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc độ cao (HSD PA ) và công nghệ broadcast và multicast đa phương tiện (MBMS) đã được phát triển để hỗ trợ các dịch vụ âm thanh và video

Trong điều kiện bình thường, mạng H SD PA có thể phát ở tốc độ 384 kbps tới 50 người sử dụng trong một tế bào, H SD PA có thể tăng tốc độ bit lên tới 10 Mbps hoặc thậm chí cao hơn (đường xuống) trên các mạng 5 MHz 3G nhờ sử dụng

mã hoá và điều chế thích nghi, định trình gói nhanh và kỹ thuật chọn tế bào nhanh [1] Ưu điểm chính của HSDPA là được xây dựng trên cơ sở hạ tầng mạng 3G hiện

tại, do đó các nhà khai thác có thể sử dụng giấy phép mạng 3G mà không cần đầu tư xin thêm các tần số mới

- Với mạng 3G, công nghệ broadcast và multicast đa phương tiện (MBMS) được tiêu chuẩn hoá để phát tín hiệu ở chế độ quảng bá, sự triển khai M BM S bắt đầu vào năm 2008, bổ sung khả năng phát quảng bá cho các mạng 3G [9] Tốc độ phát dữ liệu của các mạng này có thể đạt được từ 64 đến 256 kbps sử dụng giao thức MBMS/UMTS, và từ 32 đến 128 kbps sử dụng giao thức M BM S/GSM Tuy nhiên công nghệ này có thể sử dụng tới 30% dung lượng của mạng tế bào, điều này

có thể làm giảm chất lượng dịch vụ thoại truyền thống và yêu cầu đầu tư đáng kể vào cơ sở hạ tầng mạng [5] Công nghệ MBMS có hai chế độ cung cấp dịch vụ tới

số lượng lớn người sử dụng Phiên bản thứ sáu 3GPP định nghĩa MBMS có các chế

1.6 Mobile TV sử dụng truyền dẫn số mặt đất và vệ tinh

Các công nghệ Mobile TV sử dụng truyền dẫn số mặt đất và vệ tinh bao gồm: DVB-H , D MB-T, ISDB-T, DA B-IP, MediaFLO, D VB-SH , D MB-S, ISD B-S, ATSC-M/H Các công nghệ này được tổng kết ngắn gọn như dưới đây

- Công nghệ quảng bá đa phương tiện số cho các máy cầm tay (D VB-H ) [1,2,4,5,8]: Công nghệ này dựa trên tiêu chuẩn quảng bá đa phương tiện số mặt đất (D VB-T) được tối ưu cho các máy đầu cuối cầm tay, sử dụng chung phổ tần của DVB-T DVB-H sử dụng các khuôn dạng mã hoá nguồn MPEG -4 hoặc Windows Media 9 đối với video và mã hoá nguồn AA C DVB-H sử dụng dòng truyền tải IP qua M PEG-2 TS; và sử dụng kỹ thuật cắt lát thời gian (time-slicing) để giảm công suất tiêu thụ và hỗ trợ chuyển giao giữa các tế bào DVB-H sử dụng điều chế

CO FD M với các sơ đồ điều chế khác nhau như QPSK , 16 QA M hoặc 64 QAM để khắc phục các ảnh hưởng của nhiễu đa đường đối với máy thu di động Hệ thống DVB-H cũng hỗ trợ chế độ điều chế OFDM 4K phù hợp với môi trường di động bên cạnh các chế độ 2K và 8K D VB-H được thiết kế hoạt động ở các băng thông 5 MHz, 6 MH z, 7 MHz và 8 MHz, đây là các băng thông được sử dụng cho các dịch

vụ quảng bá trên thế giới Kỹ thuật mã hoá kênh được sử dụng ở DVB-H là mã xoắn kết hợp với mã Reed Solomon DVB-H hoạt động ở băng tần UH F hoặc băng tần L (ở Mỹ) D VB-H được sử dụng ở Châu Âu, M ỹ, và một số nước Châu Á

- Công nghệ quảng bá đa phương tiện số phát qua mặt đất (D MB-T)

[1,2,14,15]: Công nghệ này p hát triển từ hệ thống Eureka-147 cho quảng bá âm thanh số (DA B) để cung cấp các dịch vụ đa phương tiện gồm video, âm thanh và các dịch vụ tương tác cho các máy cầm tay di động D MB là sự mở rộng của tiêu chuẩn DA B nhờ thêm vào lớp sửa lỗi nhằm truyền các dịch vụ đa phương tiện

DM B sử dụng dải phổ đã được phân bổ cho DA B, nên việc triển khai D MB trở nên

dễ dàng và đã thành công Có hai phiên bản DM B là D MB-T (quảng bá đa phương tiện số mặt đất) và DM B-S (quảng bá đa phương tiện số qua vệ tinh) Đ ối với truyền dẫn số mặt đất D MB-T, băng tần VH F và U HF được sử dụng D MB-T chia khe VHF 6 MH z thành ba sóng mang, mỗi sóng mang có băng thông 1.54 MH z, có thể truyền tải bốn kênh video và các kênh âm thanh phụ DM B-T sử dụng kỹ thuật

mã hoá nguồn H 264 M PEG-4 đối với video và mã hoá nguồn BSAC, MP2 đối với

âm thanh; dòng truyền tải là M PEG-2 TS; ghép kênh theo tần số FD M, sử dụng điều chế DQ PSK ; mã hoá kênh được sử dụng là mã xoắn kết hợp với mã Reed Solomon DM B-T không hỗ trợ kỹ thuật tiết kiệm nguồn nên đây là vấn đề quan trọng đối với các máy di động cầm tay có công suất pin thấp DM B đã được triển khai đầu tiên ở H àn Quốc và các nước Châu Âu như Đ ức, Anh

- Công nghệ quảng bá đa phương tiện số phát qua vệ tinh (DM B-S)

[1,2,14,15]: DM B-S là phiên bản ghép lai của công nghệ quảng bá đa phương tiện

số DM B-S sử dụng băng tần L (1452-1492 MHz) và băng tần S (2170-2200 MH z) của IMT và phân phát khoảng 18 kênh truyền hình ở tốc độ 128 Kbps ở băng thông

15 MHz DM B-S tích hợp một vệ tinh địa tĩnh công suất cao (M BSat 1) Đ ể đảm bảo thu được tín hiệu trong nhà, các toà nhà được trang bị thêm các bộ lặp băng tần

S để phát lặp tín hiệu mặt đất Hàn Q uốc là nước đầu tiên khai trương dịch vụ

DM B-S vào ngày 1 tháng 5 năm 2005 N hà cung cấp dịch vụ là TU Media, chi nhánh của SK Telecom Các kênh Video DM B-S có khoảng cỡ 20 kênh bao gồm các kênh thể thao, phim ảnh, hoạt hình, kịch và các chương trình giáo dục (ví dụ như CNN, N ational Geographic Channels, BBC ), các kênh âm thanh có khoảng

13 kênh bao gồm các kênh phát bằng tiếng anh Chất lượng âm thanh đạt xấp xỉ chất lượng CD với mã hoá AA C ở tốc độ 128 K bps Hai kênh trả cước phí khi xem

(PPV) là phim ảnh và kênh dành cho người lớn

- Công nghệ quảng bá số các dịch vụ tích hợp-mặt đất (ISDB-T) [1,2] : Khuyến nghị ITU-R BT.1833 mô tả hai hệ thống ISDB-T riêng biệt: Hệ thống thứ nhất dựa trên công nghệ ISDB-T-một segment (sử dụng 1/13 băng thông của truyền dẫn số mặt đất), hoạt động ở băng thông 429 kHz, 500 kH z, hoặc 571 kHz; hệ thống thứ hai là hệ thống kết hợp mặt đất/vệ tinh, hoạt động ở băng thông 25 MH z ISDB-

T sử dụng kỹ thuật mã hoá nguồn H.264 MPEG -4/AVC đối với video, mã hoá nguồn MPEG-2 AAC đối với âm thanh; dòng truyền tải là MPEG-2 TS; sử dụng điều chế CO FDM với các sơ đồ điều chế như Q PSK, D QPSK , 16 QAM và 64 QAM H ơn nữa, hệ thống ISD B-T hỗ trợ chế độ điều chế OFDM 4K phù hợp với môi trường di động bên cạnh các chế độ 2K và 8K ISDB-T được sử dụng ở N hật Bản, Brazil và Peru

- Công nghệ chỉ liên kết hướng đi đa phương tiện (MediaFLO ) [1,2,7,16]:

Đây là một hệ thống đầu cuối-tới-đầu cuối cho phép phát quảng bá các dòng truyền tải video, âm thanh, các file đa phương tiện số… tới máy thu di động H ệ thống này được phát triển bởi hãng Q ualcomm, được thiết kế để tối ưu vùng phủ, dung lượng

và công suất tiêu thụ của máy thu Hệ thống hoạt động ở băng tần 700 MH z (ở Mỹ), băng tần UH F hoặc băng tần L (MediaFLO có thể hoạt động ở tần số bất kì từ 300 MHz – 1.5 G Hz, và được thiết kế tối ưu sử dụng trong băng UH F ; với các băng thông 5 MH z, 6 MHz, 7 M Hz hoặc 8 MHz Nhờ sử dụng máy p hát có công suất cao

nên M ediaFLO có thể p hát tới khoảng cách xa tới 50 km Chỉ cần ba hoặc bốn máy phát FLO có thể phủ sóng toàn bộ một vùng thành phố M ediaFLO được triển khai

ở Mỹ và được thử nghiệm ở Đ ức và Anh

- Công nghệ các hệ thống truyền hình tiến tiến- tới-máy di động/cầm tay

(A TSC-M /H ) [1,2]: ATSC-M/H (Uỷ ban các hệ thống truyền hình tiên tiến - tới – máy di động/cầm tay) là một tiêu chuẩn được sử dụng ở Mỹ để phát quảng bá các kênh truyền hình tới các thiết bị thu di động ATSC-M /H là sự mở rộng của tiêu chuẩn ATSC A/53 ATSC-M/H sử dụng các sơ đồ mã hoá kênh mới để chống lại ảnh hưởng của dịch tần Doppler và hiệu ứng truyền dẫn đa đường A TSC-M/H sử dụng mã hoá bên ngoài là mã Reed Solomon và mã xoắn Khả năng sửa lỗi được cải thiện bằng cách sử dụng kỹ thuật kiểm tra tổng CRC và kỹ thuật giải mã tẩy Một

bộ mã hoá lưới cũng được sử dụng nhằm tương thích với các máy thu A /53 M/H là một dịch vụ đối với các máy thu truyền hình di động và sử dụng một phần tốc độ 19.39 Mbit/s của dòng truyền tải ATSC 8VSB Tiêu chuẩn A TSC-M /H định nghĩa một cấu trúc dòng truyền tải cố định, dựa trên các khung M/H, các khung này thiết lập vị trí nội dung M/H trong các khung VSB và cho phép dễ dàng xử lý bởi máy thu M/H Dữ liệu được bảo vệ bởi mã sửa lỗi hướng đi FEC, chẳng hạn như các mã xoắn và ghép xen Để cải thiện chất lượng tín hiệu ở máy thu, ATSC-M /H

Asử dụng các chuỗi san bằng kênh cho phép sự ước lượng kênh ở máy thu A M/H sử dụng kỹ thuật cắt lát theo thời gian để tiết kiệm pin cho máy thu, kỹ thuật này dựa trên việc truyền dẫn ghép kênh phân chia theo thời gian các dịch vụ khác nhau

TSC-Các công nghệ Mobile TV khác đang trong giai đoạn tiêu chuẩn hoá hoặc được triển khai gồm:

- Công nghệ Mobile TV quảng bá âm thanh số dựa trên nền IP (DA B-IP) [1,12,13]: Công nghệ này là một phiên bản của tiêu chuẩn ETSI DA B và đã được tiêu chuẩn hoá bởi ETSI vào giữa năm 2006 D AB-IP có thể cung cấp các dịch vụ Mobile TV với các khe phổ tần 1.5 M Hz khả dụng cho công nghệ D AB [1] Tiêu chuẩn DA B-IP sử dụng lớp IP để truyền tải các dòng dữ liệu âm thanh, video và IP

Nội dung được phân phát bởi chế độ IP multicast DA B-IP sử dụng nhiều kỹ thuật

mã hoá nguồn đối với video và âm thanh (ví dụ mã hoá nguồn H 264 hoặc

Windows Media 9 đối với video và A AC+ hoặc BSAC đối với âm thanh) Lớp IP

có thể được truyền tải qua nhiều loại mạng quảng bá và unicast như DA B, DVB-H hoặc mạng 3G (UM TS) Công nghệ này có số lượng kênh hạn chế so với công nghệ DVB-H hoặc MediaFLO và đã được triển khai thương mại ở Anh vào năm 2006

- Công nghệ quảng bá đa phương tiện di động ở Trung Q uốc (CMMB) [1]: Đây là một hệ thống quảng bá vô tuyến mặt đất/vệ tinh H ệ thống này hoạt động ở băng thông 2 MHz hoặc 8 MHz, sử dụng điều chế OFDM , và hỗ trợ các dịch vụ tương tác

1.7 Mobile TV sử dụng công nghệ vô tuyến băng rộng

Các mạng vô tuyến đã và đang được sử dụng rộng rãi trên toàn cầu Các mạng này được xem là có tiềm năng lớn để truyền tải các dịch vụ đa phương tiện và các dịch vụ truyền hình di động

1.7.1 Mobile TV sử dụng công nghệ WiFi

Các mạng WiFi (802.11x) đã trở nên phổ biến trong việc cung cấp dịch vụ truy nhập Internet Các mạng WiFi ngày nay đang được sử dụng nhiều trong các khu vực công cộng như các toà nhà, quán càfê, bệnh viện, khách sạn, sân

bay…WiFi cho phép truyền dẫn ở tốc độ cao hơn so với các mạng di động Tiêu chuẩn WiFi 802.11b có thể cung cấp tốc độ lên tới 11 Mbps, trong khi đó tiêu chuẩn WiFi 802.11g tương thích với 802.11b có thể cung cấp tốc độ lên tới 54 Mbps Do truyền dẫn dữ liệu ở tốc độ cao, WiFi được xem là một phương thức để truyền dẫn tín hiệu truyền hình di động Với WiFi người sử dụng di động có thể tải các nội dung truyền hình qua Internet sử dụng máy di động cầm tay Nội dung có thể được xem không trực tuyến sau đó WiFi có chi phí hiệu quả vì không yêu cầu giấy phép mạng, và tương đối rẻ để triển khai Tuy nhiên vẫn còn tồn tại các vấn đề cần giải quyết như chuyển vùng giữa mạng WiFi và các mạng tế bào, vấn đề tính cước…

1.7.2 Mobile TV sử dụng công nghệ WiMAX

Công nghệ WiM AX là công nghệ cho phép truyền dẫn các dịch vụ dữ liệu trong một vùng phủ rộng hơn so với WiFi WiMA X có thể cung cấp dung lượng cao hơn và do đó đắt hơn so với WiFi WiM AX rất phù hợp để truyền dẫn video và nội dung đa phương tiện WiM AX có thể cung cấp dịch vụ truy nhập Internet vô tuyến tốc độ cao khi máy thu đang chuyển động thậm chí lên tới tốc độ 60 km/h [1] Các ứng dụng điển hình của WiM AX là âm thanh và video theo yêu cầu Với

WiMAX , người sử dụng di động có thể tải về hoặc xem dòng video trực tiếp khi đang di chuyển trên tàu, ôtô…WiMA X hỗ trợ sự chuyển vùng giữa mạng WiM AX

và các mạng di động, các máy cầm tay di động có thể chuyển từ mạng di động tới các kết nối vô tuyến Tuy nhiên, nhược điểm của WiM AX là việc sử dụng dải phổ tần số cần được cấp phép, không giống như WiFi WiMA X có thể cung cấp tốc độ cao hơn 20 Mbps và vùng phủ rộng toàn thành phố với một số ít máy phát WiMAX được đặc tả bởi hai tiêu chuẩn: WiMAX truy nhập vô tuyến cố định (IEEE 802.16d)

có thể cung cấp tốc độ dữ liệu trong khoảng 70-100 M bps IEEE 802.16d sử dụng công nghệ điều chế OFDM đa sóng mang (256 sóng mang) và kỹ thuật truy nhập OFDM A với 2048 sóng mang để khắc phục các ảnh hưởng của fading đa đường và fading chọn lọc theo tần số WiMAX truy nhập vô tuyến cố định đã được triển khai

ở Châu  u, Mỹ, Singapore, H ồng Kông và nhiều nước khác Trong khi đó WiMA X

di động (IEEE 802.16e) sử dụng điều chế O FD MA có thể cung cấp tốc độ dữ liệu lên tới 15 Mbps trong phạm vi 10 km, cho phép máy cầm tay di chuyển ở tốc độ lên tới 150 km/h [1] WiMAX di động là công nghệ tiềm năng cung cấp các dịch vụ đa phương tiện với các lý do sau [1]:

- Đa số các công nghệ phân phát đa p hương tiện di động dựa trên chế độ IP unicast hoặc multicast, ví dụ như các dịch vụ M BM S multicast; DVB-H với IP data casting; D AB-IP…

- Các công nghệ WiMAX cung cấp môi trường để phân phát dịch vụ đa phương tiện trên nền IP, và được xem là công nghệ tiềm năng khi phổ tần của các mạng 3G và DVB-H hạn hẹp

- Các máy điện thoại di động đã bắt đầu cung cấp các giao diện WiFi

(802.16b), WiMAX hoặc WiBro (tiêu chuẩn vô tuyến băng rộng được phát triển bởi Viện nghiên cứu điện tử và viễn thông H àn Quốc ETRI)

- Các ứng dụng khả dụng có thể cung cấp dịch vụ Mobile TV trên nền WiMAX hoặc vô tuyến băng rộng với sự tương thích toàn cầu

Ưu điểm của WiMA X và WiFi là chúng đều cung cấp chế độ unicast tới-điểm cũng như phát nội dung quảng bá trong một mạng Đ iều này làm cho WiMAX và WiFi phù hợp để cung cấp các dịch vụ quảng bá truyền hình di động, truyền tải dòng video và video theo yêu cầu với sự tương tác đối với người sử dụng

điểm-di động

1.8 Kết luận chương

Trong chương này, tác giả muốn giới thiệu tổng quan về truyền hình di động

và mô tả sơ lược mô hình thu phát truyền hình di động, cũng như phương pháp chính phát tín hiệu truyền hình di động bên cạnh đó nêu những ưu, nhược điểm từng phương pháp và phân loại các công nghệ truyền hình di động Thế nào là chế độ broadcast, multicast và unicast, thế nào là công nghệ truyền hình di động sử dụng mạng tế bào và truyền hình di động sử dụng truyền dẫn số mặt đất, vệ tinh, mobile

tv sử dụng công nghệ vô tuyến băng rộng như: công nghệ wifi và wimax nhằm giúp cho đọc giả khái quát quá trình phát triển, thấy sự đa dạng của các công nghệ truyền hình di động trên thế giới

Chương 2: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT STREAMING VÀ MOB ILE MULTIMEDIA

2.1 Đ ịnh nghĩa về Mobile Multimedia

Mobile M ultimedia (đa phương tiện di động) bao gồm việc tạo ra nội dung được thiết kế cho các mạng di động, truyền dẫn và phân phát nội dung này sử dụng các giao thức tiêu chuẩn [1] N ội dung có thể có nhiều dạng như: đồ hoạ, hình ảnh,

âm thanh và video trực tiếp, các bản tin đa phương tiện, các trò chơi, VoIP, truyền tải dòng âm thanh và video… Nội dung đa phương tiện trong môi trường di động cần được thiết kế phù hợp với việc sử dụng được ở máy thu đầu cuối di động (phù hợp với băng thông truyền dẫn; môi trường truyền dẫn di động; công suất pin tiêu thụ và khả năng xử lý, kích thước màn hình, bộ nhớ của máy thu di động; các công nghệ truyền dẫn như G SM, G PRS, 3G-G SM , CDM A, 1xEV-DO ) Đ iều này được thực hiện bằng cách định nghĩa các profile của các file đa phương tiện, các giao thức, hoặc các ứng dụng trở thành các tiêu chuẩn cho Mobile Multimedia Hình 2.1

mô tả các phần tử của Mobile Multimedia

phương pháp truyền tải dữ liệu video đó là người sử dụng sẽ tải về các file âm thanh

và video và bắt đầu xem chương trình khi đã tải xong, phương pháp này có nhược điểm là do kích thước của các file có thể lớn (ví dụ 20 Mbytes) nên thời gian chờ để tải về là rất dài Ở chế độ streaming dữ liệu âm thanh và video được phân phát tới người sử dụng di động hoặc các thiết bị khác ở cùng tốc độ trung bình giống như khi dữ liệu này được xem Ví dụ, với kết nối 128 kbps, dữ liệu video ở tốc độ 64-

100 kbps có thể được truyền tải dòng liên tục, cho phép người sử dụng truy nhập trực tiếp tới nội dung đa phương tiện Streaming thực hiện được nhờ sử dụng các bộ

mã hoá có tốc độ nén cao cùng với công nghệ truyền tải dòng nội dung bằng cách biến đổi khuôn dạng file dữ liệu lưu giữ thành khuôn dạng gói phù hợp với với truyền tải qua mạng Internet

Có hai phương pháp để truyền tải dòng Dữ liệu âm thanh, video, các trang Web có thể được cung cấp bằng cách sử dụng giao thức H TTP Phương pháp này được gọi là truyền tải dòng tiên tiến (progressive streaming), và thực hiện được khi

kênh phân phát có khả năng phân phát dữ liệu H TTP ở các tốc độ bit yêu cầu

Phương pháp thực tế hơn đó là phương pháp truyền tải dòng thời gian thực time streaming), phương pháp này y êu cầu sử dụng các giao thức đặc biệt (giao thức thời gian thực RTP, các giao thức multicasting…) và các server đặc biệt (A pple QuickTime server, RealTime server, Windows Media server)

(real-Streaming bao gồm các bước sau:

 Bắt giữ và mã hoá nội dung

 Biến đổi file thành khuôn dạng streaming

 Stream serving

 Truyền tải dòng qua các mạng IP

 Chạy chương trình trên media player

2.2.1 Quá trình bắt giữ và mã hoá nội dung

Quá trình bắt giữ nội dung bao gồm việc tiếp nhận dòng âm thanh và video ở khuôn dạng tương thích với card bắt giữ video của máy tính PC hoặc server K huôn dạng có thể là A VI hoặc các ứng dụng chuyên nghiệp, dạng SDI Card bắt giữ gồm các bộ mã hoá phần cứng có thể tiếp nhận nội dung ở khuôn dạng YC, RGB… Sau khi bắt giữ, các file được lưu giữ trên đĩa ví dụ ở khuôn dạng avi trước khi nén Sau khi nén các file được lưu giữ ở khuôn dạng nén phù hợp như mpg, mp4… phụ thuộc vào bộ mã hoá được sử dụng

2.2.2 Biến đổi file thành khuôn dạng streaming

Để các file được truyền tải dòng streaming theo thời gian thực, các file này cần có thông tin điều khiển thời gian, thông tin này được sử dụng bởi server để quản

lý tốc độ phát D o đó các file được biến đổi thành khuôn dạng streaming bằng cách thêm vào thông tin điều khiển thời gian và metadata giúp cho việc phân phát có thứ

tự dữ liệu streaming đối với các ứng dụng Ví dụ Q uickTime sử dụng một tính năng gọi là Hint Tracks để cung cấp thông tin điều khiển nhằm xác định thông tin âm thanh và video đã được streaming

2.2.3 Stream serving

Stream serving là một ứng dụng đặc biệt được sử dụng ở chế độ client server

để phát chuỗi liên tục các gói qua mạng IP đến máy client Ứng dụng streaming sử dụng các giao thức trao đổi file thời gian thực đa phương tiện được phát triển bởi IETF Các giao thức này bao gồm: giao thức thời gian thực RTP, giao thức điều khiển thời gian thực RTCP và giao thức truyền tải dòng thời gian thực (RTSP)

Quá trình streaming bao gồm hai kênh riêng rẽ được thiết lập cho phiên streaming K ênh dữ liệu cung cấp việc truyền tải dữ liệu âm thanh và video, trong khi đó kênh điều khiển cung cấp phản hồi từ streaming client (ví dụ như media player) tới server D ữ liệu âm thanh và video trong quá trình streaming được điều khiển bởi giao thức RTP, giao thức này sử dụng giao thức UDP và IP làm các lớp bên dưới Do đó dữ liệu được phân phát theo chuỗi datagram mà không cần xác nhận Điều này tạo thành kênh dữ liệu trong quá trình streaming

H ình 2.2: G iá giao thức streaming

Client cung cấp thông tin như số lượng gói thu được và chất lượng kênh qua kênh RTCP Server dựa trên thông tin thu được sẽ biết tình trạng lỗi và tắc nghẽn của mạng và tốc độ mà client thực sự thu được các gói Nhờ đó server có thể thực

hiện phân phát gói ở tốc độ chính xác Ví dụ, dựa trên thông tin phản hồi từ client, server có thể chọn một trong các tốc độ bit truyền tải dòng khả dụng (chẳng hạn 64,

128, 256 kbps) hoặc chọn tốc độ khung thấp hơn để đảm bảo tốc độ dữ liệu truyền tải không vượt quá khả năng của kênh IP Kênh điều khiển sử dụng giao thức RTSP, giao thức này hoạt động trên nền giao thức TCP và IP RTSP do đó điều khiển việc phân phát nội dung streaming tới client qua mạng IP RTSP hỗ trợ các chức năng điều khiển như xem lại (playback), xem (play), tua đi (forward), tua lại (reverse) và dừng tạm thời (pause), kết hợp với media player của client sẽ cung cấp cho người sử dụng đầy đủ chức năng điều khiển trong quá trình xem lại qua truyền tải dòng streaming

2.2.4 Streaming serving và quản lý băng thông

Streaming server và media client (thực hiện thiết lập kết nối đến server để truyền tải dòng) hoạt động ở chế độ bắt tay như mô tả trên Hình 2.3

`

H ình 2.3: Stream serving

Dòng media được gửi theo các khối dữ liệu, các khối này được biến đổi thành các gói RTP Mỗi gói RTP bao gồm phần tiêu đề và dữ liệu Tiêu đề có phần

mô tả dòng truyền tải, dấu thời gian, và số thứ tự của gói dữ liệu Thông tin này rất cần thiết trong việc ghép lại các gói theo thứ tự chính xác ở máy thu đầu cuối Giao thức RTP duy trì tốc độ phân phát dữ liệu đã được cố định và được thoả thuận qua kết nối U DP/IP, trong khi đó giao thức RTSP hỗ trợ sự tương tác client với các chức năng như xem và dừng tạm thời K hi một kết nối được thiết lập, RTSP được

sử dụng để tạo kết nối ở tốc độ bit cao nhất mà mạng IP hỗ trợ (có thể gồm các đường liên kết vô tuyến hoặc các mạng GSM/GPRS hoặc 3G , CDM A) Các gói truyền tải (âm thanh và video) được xử lý liên tục khi chúng tới media player Client cần thực hiện lưu đệm dữ liệu vì tốc độ bit truyền dẫn thay đổi N ếu tốc độ

dữ liệu thấp hoặc tỷ lệ lỗi cao do điều kiện đường liên kết thì client sẽ gửi tín hiệu tới server yêu cầu thực hiện chuyển mạch sang truyền tải dòng thông minh hoặc đo tốc độ khung bị rớt Quá trình này tạo thành kết nối unicast Đ ối với mỗi client (ví

dụ như máy di động hoặc media player), có một số dòng truyền tải (kênh dữ liệu riêng rẽ và kênh điều khiển riêng rẽ) được thiết lập để thực hiện quá trình streaming thành công Tuy nhiên dạng kết nối này không lý tưởng khi có một số lượng lớn người sử dụng muốn truy nhập cùng một nội dung, vì khi đó số dòng truyền tải và

dữ liệu được cung cấp tăng lên nhanh chóng

Chế độ truyền dẫn khác là chế độ multicast, trong đó nhiều người sử dụng cùng thu được nội dung, khi đó dữ liệu được phát multicast Các bộ định tuyến trong mạng thu được dòng multicast thực hiện phát lặp dữ liệu tới các đường liên kết khác trong mạng Thay vì hàng trăm nghìn phiên unicast, mỗi đường liên kết truyền tải chỉ một dòng nội dung multicast Phương pháp này có nhiều ưu điểm, tuy nhiên các client không có cơ chế điều khiển để yêu cầu server thay đổi tốc độ bit truyền dẫn khi xảy ra lỗi hoặc tắc nghẽn mạng…

Với M PEG-4 có cơ chế khác để cung cấp tốc độ bit cao hơn tới các client khi mạng có băng thông cao hơn Server truyền tải dòng MPEG-4 sẽ phát dòng cơ sở có

độ phân dải thấp và một số dòng phụ Client thu dòng cơ sở và các dòng phụ này khi băng thông khả dụng làm cho chất lượng hình ảnh tốt hơn

2.3 C hương trình xem và server streaming

2.3.1 Khuôn dạng Media của Microsoft Windows

Windows Media là họ các bộ mã hoá và bộ giải mã cũng như server và player truyền tải dòng, gồm các thành phần sau:

 Họ các bộ mã hoá Window s Media

 Windows Media Service (server)

 Các bộ mã hoá/giải mã âm thanh và Video Windows Media

Các bộ mã hoá có thể lưu giữ các file video ở các khuôn dạng như avi và tạo

ra các file ở khuôn dạng wmv hoặc asf Các bộ mã hoá/giải mã gồm hai loại: dựa trên dạng Windows Media và M PEG -4 Chương trình Windows Media là một phần của hệ điều hành Windows Server của Window s Media truyền tải dòng các file ở khuôn dạng wmv (khuôn dạng Window s Media video) hoặc asf (khuôn dạng streaming tiên tiến)

H ình 2.4: Xử lý dữ liệu đã được lưu giữ ở bộ đệm trong chế độ streaming

Phiên bản 9 của Windows Media cung cấp các tính năng tiên tiến như truyền tải dòng nhanh và lập trình nội dung động Truyền tải dòng nhanh cung cấp truyền tải dòng ngay tức khắc, tức là không cần lưu giữ đệm trước khi bật chương trình và các tính năng “luôn sẵn sàng” phù hợp với kết nối băng rộng Điều này đảm bảo không có sự ngắt quãng trong quá trình xem chương trình Truyền tải dòng

Windows Media là công nghệ bản quyền và không dựa trên giao thức thời gian thực

RTP, giao thức truyền tải dòng thời gian thực RTSP và giao thức mô tả phiên SDP Multicasting được hỗ trợ bởi IGM Pv3, Window s Media hỗ trợ Ipv6

Hình 2.5: Media Player

2.3.2 Apple QuickTime

QuickTime của Apple là tập các các công cụ và player để điều khiển dữ liệu

đa phương tiện và truyền tải dòng streaming Các thành phần của Q uickTime gồm: Một trình duyệt, hoặc player đa phương tiện QuickTime và Q uickTime streaming server Q uickTime sử dụng giao thức RTP và RTSP và tiêu chuẩn nén là M PEG-4

2.4 Rich Media-Ngôn ngữ đa phương tiện đồng bộ

Rất nhiều ứng dụng yêu cầu hiển thị nhiều hình ảnh, đồ hoạ hoặc file âm thanh; các file này cần được đồng bộ và biểu diễn ở dạng media tích hợp Ví dụ như

âm thanh được kết hợp với hình ảnh, thoại được kết hợp với phần trình bày N gôn ngữ tích hợp đa phương tiện đồng bộ (SMIL) là một kỹ thuật thực hiện việc đồng

bộ trên SMIL được hỗ trợ bởi RealM edia và A pple Q uick Time Cũng có thể bổ sung chức năng đồng bộ media vào ngôn ngữ H TML bằng cách sử dụng ngôn ngữ

XM L cho phép mô tả các tham số đồng bộ truyền tải dòng video, hình ảnh và văn bản SMIL là một tiêu chuẩn cho phép viết các ứng dụng đa phương tiện tương tác bao gồm các đối tượng đa phương tiện và siêu liên kết hyperlink, cho phép điều khiển đầy đủ việc hiển thị trên màn hình SMIL có các tham số xác định vị trí và

thứ tự hiển thị theo dạng tuần tự và quy định dạng trình bày nội dung, như văn bản, video và đồ hoạ Ví dụ Hình 2.6 là một mô tả SMIL, truyền tải dòng hai video clip, theo sau bởi một bản tin thời tiết bao gồm video, một cửa sổ dạng văn bản và một đồng hồ dạng văn bản

Hình 2.6: Truyền tải dòng nội dung dựa trên SMIL

2.5 Mobile Multimedia

2.5.1 Các phần tử của Mobile Multimedia

 Các phần tử của Mobile M ultimedia gồm:

 Các file đa phương tiện;

 Các thủ tục thiết lập và giải phóng cuộc gọi để phân phát dữ liệu đa phương tiện;

 Các giao thức truyền tải dữ liệu đa phương tiện;

 Các player đa phương tiện và các client đầu cuối

Ví dụ một ứng dụng có thể là một file Windows M edia được truyền tải dòng tới máy điện thoại di động bằng cách sử dụng giao thức 3G-PSS qua mạng 3G File này y êu cầu chương trình Windows Media player để chạy M obile TV là một ứng dụng khác, sử dụng giao thức truyền tải dòng chuyển mạch gói 3GPP và các khuôn dạng file được nén tốc độ cao được định nghĩa bởi 3G PP, cho phép dòng truyền tải liên tục được phân phát, giải mã và hiển thị trên máy thu di động M ột số ứng dụng cho M obile Multimedia được mô tả ở Hình 2.7

H ình 2.7: Các ứng dụng của Mobile Multim edia

MMS là giao thức mở rộng của SMS và được định nghĩa là một tiêu chuẩn mới Các bản tin MMS có nhiều kiểu nội dung như văn bản, hình ảnh (.jpg hoặc gif), âm thanh, video Thông tin có thể được biểu diễn đồng bộ bởi ngôn ngữ

SMIL

Dịch vụ tải về Video clip là dịch vụ thường được sử dụng trong các mạng di động Người sử dụng gửi yêu cầu về clip qua tin nhắn SMS hoặc sử dụng kết nối WAP Nội dung được thu bởi giao thức M MS hoặc tải về sử dụng giao thức WAP Máy thu di động khi đó cần có chương trình player phù hợp như Real hoặc

Windows Media để chạy nội dung đã tải về

Video streaming có thể được sử dụng để thu nội dung trực tiếp (như các trận bóng đá, lưu lượng giao thông…) Đ ây là một dịch vụ theo yêu cầu, đã được tiêu chuẩn hoá sử dụng các giao thức PSS và phát ở chế độ unicast từ server tới người sử dụng

Video calling được thực hiện nếu cả chủ gọi và bị gọi đều sử dụng điện thoại

có camera Các tiêu chuẩn gọi video đã được hình thành bởi các tiêu chuẩn 3G 324M, sử dụng kết nối chuyển mạch kênh đảm bảo một tốc độ bit không đổi D ịch

-vụ gọi video có thể mở rộng thành dịch -vụ hội nghị truyền hình

Hình 2.8: Các dịch vụ Mobile Multim edia phổ biến

2.5.2 Sự tiêu chuẩn hoá Multimedia đối với các mạng di động

Các nhà khai thác dịch vụ di động, các nhà chế tạo thiết bị và các nhà bán hàng thiết bị di động cũng như các tổ chức tiêu chuẩn đã nỗ lực thực hiện tiêu chuẩn hoá các khuôn dạng file, các giao thức, các thủ tục thiết lập cuộc gọi và các ứng dụng đối với các mạng di động Tiêu chuẩn đã được thực hiện bởi các dự án hiệp hội 3G (3GPP) 3G PP là một dự án gồm một số tổ chức tiêu chuẩn nhằm thiết lập các tiêu chuẩn cho các dịch vụ di động tế bào thế hệ ba Trên thực tế có hai diễn đàn thực hiện các nỗ lực tiêu chuẩn hoá này là 3GPP (khởi đầu từ các nhà khai thác mạng GSM, GPRS, ED GE, và 3G -WCD MA) và 3GPP2 (các nhà khai thác mạng

CD MA2000, CD MA1X, CDMA 3X …) 3G PP hình thành năm 1998 và có mục tiêu

là cung cấp các đặc tả kỹ thuật ứng dụng toàn cầu cho hệ thống di động thế hệ ba khi phát triển từ các công nghệ 2G và 2.5G Các phiên bản mới nhất của 3GPP và 3G PP2 trình bày bức tranh hài hoà về các khuôn dạng file, các giao thức, các thủ tục thiết lập cuộc gọi và các khả năng thiết bị người sử dụng Các phiên bản 3GPP bao gồm các tiêu chuẩn mã hoá và giải mã âm thanh, đồ hoạ, video, dữ liệu, các thủ tục điều khiển cuộc gọi, máy di động, và các thiết bị người sử dụng

2.6 Kết luận chương

Nội dung trong chương này tác giả chủ yếu nghiên cứu kỹ thuật streaming và phương pháp truyền tải dòng, quá trình streaming như: bắt giữ và mã hóa nội dung, biến đổi file thành khuôn dạng streaming, phân tích quá trình streaming Ứng dụng streaming sử dụng các giao thức trao đổi file thời gian thực đa phương tiện Phân tích các giao thức thời gian thực, giao thức điều khiển thời gian thực và giao thức truyền tải dòng thời gian thực Giới thiệu chương trình xem và server streaming, tìm hiểu sơ lược về mobile multimedia như các phần tử của mobile multimedia, sự tiêu chuẩn hóa multimedia vàcác ứng dụng của Mobile Multimedia

Chương 3: CÁC CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH DI ĐỘNG

CƠ BẢN

3.1 Mobile TV sử dụng mạng 3G

3.1.1 Giới thiệu chung

Các mạng 2.5G và 2.75G như GPRS, CD MA 1xRTT và EDG E được phát triển bởi các nhà khai thác mạng 2G để có thể cung cấp các ứng dụng dữ liệu và truyền tải dòng âm thanh, video Công nghệ 3G-UM TS có thể cung cấp các kết nối chuyển mạch kênh lên tới tốc độ hơn 384 kbps và cung cấp các kết nối chuyển mạch gói lên tới tốc độ 2 Mbps bằng cách sử dụng các sóng mang 5 MHz, cải tiến các giao diện vô tuyến và các cấu trúc mạng lõi Công nghệ CDMA 2000 EV-D O có thể cung cấp các dịch vụ với tốc độ từ 400-700 kbps, và có thể lên tới 2 Mbps [1]

Do khả năng cung cấp tốc độ truyền dẫn cao của các mạng di động 3G, nên việc triển khai cung cấp tín hiệu truyền hình di động M obile TV qua các mạng 3G

là hoàn toàn khả thi N hững năm trước đây, nhiều nhà khai thác mạng tế bào đã bắt đầu cung cấp các dịch vụ Mobile TV trên các mạng 2.5G và 3G Các nhà khai thác

đã cung cấp các dịch vụ M obile TV trên mạng unicast 3G sử dụng công nghệ truyền tải dòng chuyển mạch gói (PSS) Ngày nay PSS được hỗ trợ bởi các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối và cung cấp các dịch vụ truyền tải dòng có chất lượng chấp nhận được Chất lượng được cải thiện hơn nhờ sử dụng bộ mã hoá/giải mã video H.264

và sử dụng các phần mang truyền tải dòng có hỗ trợ Q oS [6] Chất lượng và dung lượng cũng được cải thiện nhờ sử dụng công nghệ truy nhập gói đường xuống tốc

(M BMS) ở phiên bản U MTS 6 D ự án 3GPP2 đặc tả công nghệ dịch vụ broadcast

và multicast (BCMCS) đối với CDM A2000 [10] 3GPP M BMS và 3GPP2 BCMCS

có nhiều điểm tương đồng Cả MBM S và BCM CS đều yêu cầu sự thay đổi nhỏ đối với các giao thức mạng lõi và vô tuyến hiện tại Điều này làm giảm chi phí thực hiện ở các thiết bị đầu cuối và mạng, làm cho công nghệ quảng bá tế bào có chi phí tương đối rẻ so với các công nghệ quảng bá khác như DVB-H , D MB (các công nghệ này yêu cầu phần cứng máy thu mới ở thiết bị đầu cuối và đầu tư đáng kể vào

- Mạng cần có các giao thức đã được tiêu chuẩn hoá và thống nhất để thiết lập cuộc gọi, trả lời, thiết lập cuộc gọi video hoặc truyền tải dòng video Các giao thức này cần được tuân theo đồng nhất qua các mạng để các cuộc gọi có thể được thiết lập giữa những người sử dụng ở các mạng khác nhau Các giao thức được tiêu chuẩn hoá cũng giúp các nhà sản xuất thiết bị đầu cuối cung cấp các máy di động có