Công nghệ IPTV và đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV
GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận MỞ ĐẦU IPTV công nghệ hội tụ kỹ thuật số tích hợp truyền thông truyền hình, IPTV hội lớn cho nhà khai thác viễn thông, cho nhà cung cấp nội dung thị trường tiềm dành cho nhà cung cấp giải pháp viễn thông Trên giới, IPTV nhiều tập đoàn viễn thông quan tâm đầu tư triển khai cung cấp dịch vụ IPTV bước sang thời kỳ phát triển mạnh mẽ Tính đến năm 2014 giới có 111.9 triệu thuê bao, đạt doanh thu 18,3 tỉ USD Dự báo số thuê bao đạt khoảng 191 triệu vào cuối năm 2020, tăng gần lần so với năm 2014 Tổng doanh thu từ dịch vụ IPTV tăng từ 18.3 tỉ USD năm 2014 tới 26.2 tỉ USD vào năm 2020 Hiện nay, Dịch vụ IPTV số nhà cung cấp dịch vụ viễn thông internet triển khai như: VNPT với tên thương hiệu MyTV, Viettel cung cấp với thương hiệu NextTV, nhà cung cấp khác FPT, VTC, Với phát triển không ngừng công nghệ truy nhập quang AON GPON, số thuê bao băng rộng tăng nhanh với xu hướng cung cấp đa dịch vụ mà dịch vụ IPTV dịch vụ quan trọng thúc đẩy tăng trưởng thuê bao băng rộng Tuy nhiên, để đảm bảo tăng trưởng bền vững thuê bao IPTV nhiều thách thức đặt việc đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV mạng lưới nhằm đảm bảo chất lượng dịch vụ IPTV cho khách hàng Xuất phát từ yêu cầu thực tiễn, cần có phương pháp khoa học để đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV Tiểu luận “Công nghệ IPTV đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV” nhằm đáp ứng yêu cầu Nội dung luận văn bao gồm chương: Chương có tiêu đề “Giới thiệu tổng quan IPTV gồm dịch vụ IPTV, cấu trúc công nghệ mạng IPTV” trình bày chức nhiệm vụ thành phần hệ thống IPTV (HV Hoàng Đức Anh) Chương có tiêu đề “Đo kiểm đánh giá chất lượng IPTV” trình bày yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ IPTV phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV (HV Lê Xuân Trung Lê Văn Chính) Cuối tiểu luận “Kết luận” đánh giá kết nghiên cứu đạt đề xuất hướng nghiên cứu -1- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận CHƯƠNG GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ IPTV GỒM CÁC ĐẶC ĐIỂM IPTV, CẤU TRÚC VÀ CÔNG NGHỆ MẠNG IPTV 1.1 Khái niệm IPTV: IPTV gọi truyền hình giao thức Internet, Telco TV hay truyền hình băng rộng, với nghĩa truyền tải truyền hình quảng bá video theo yêu cầu, chương trình phát có chất lượng cao mạng băng rộng Theo quan điểm đối tượng sử dụng, việc khai thác xem IPTV giống dịch vụ TV trả tiền ITU-T (ITU-T FG IPTV) thức chấp thuận định nghĩa IPTV sau: IPTV định nghĩa dịch vụ đa phương tiện truyền hình/video/audio/văn bản/đồ họa/số liệu truyền tải trờn cỏc mạng dựa IP kiểm soát nhằm cung cấp mức chất lượng dịch vụ, độ mãn nguyện, độ bảo mật tin cậy theo yêu cầu Từ quan điểm nhà cung cấp dịch vụ, IPTV bao hàm trình thu thập, xử lý, truyền tải cách an toàn nội dung video hạ tầng mạng dựa công nghệ IP Tham gia vào trình cung cấp dịch vụ IPTV gồm nhiều nhà cung cấp dịch vụ từ nhà cung cấp dịch vụ truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh đến công ty viễn thông lớn nhà khai thác mạng riêng nhiều nơi giới IPTV có số đặc điểm sau: • Hỗ trợ truyền hình tương tác: Các khả hoạt động hai chiều hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ đưa số lượng lớn ứng dụng truyền hình tương tác Các loại hình dịch vụ phân phối qua dịch vụ IPTV bao gồm truyền hình trực tiếp tiêu chuẩn, truyền hình độ trung thực cao (HDTV), trò chơi trực tuyến, kết nối Internet tốc độ cao • Không phụ thuộc thời gian: IPTV kết hợp với máy thu video số cho phép tạo chương trình nội dung không phụ thuộc thời gian chế ghi lưu lại nội dung IPTV sau xem lại -2- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận • Tăng tính cá nhân: Hệ thống IPTV từ đầu cuối-đến-đầu cuối hỗ trợ thông tin hai chiều cho phép đối tượng sử dụng lựa chọn thiết lập việc xem TV theo sở thích riêng chương trình thời gian xem ưa thích • Yêu cầu băng thông thấp: Thay phải truyền tải tất cỏc kờnh cho đối tượng sử dụng, công nghệ IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ cần phải phỏt cỏc kờnh mà đối tượng sử dụng yêu cầu Tính hấp dẫn cho phép nhà khai thác mạng tiết kiệm băng thông • Khả truy nhập nhiều loại thiết bị: Việc xem nội dung IPTV không bị giới hạn dùng cho máy thu hình Các khách hàng thường sử dụng máy tính cá nhân thiết bị di động để truy cập tới dịch vụ IPTV 1.2 CẤU TRÚC MẠNG IPTV 1.2.1 Cơ sở hạ tầng mạng IPTV Hìn h 1.1 Mô hình hệ thống IPTV end-to-end 1.2.1.1 Trung tâm liệu IPTV Trung tâm liệu IPTV nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao -3- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận gồm truyền hình địa phương, nhà tập hợp nội dung, nhà sản xuất nội dung, qua đường cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh Ngay nhận nội dung, số thành phần phần cứng khác từ thiết bị mã hóa máy chủ video tới định tuyến IP thiết bị bảo mật giành riêng sử dụng để chuẩn bị nội dung video cho việc phân phối qua mạng dựa IP Ngoài ra, hệ thống quản lý thuê bao yêu cầu quản lý hồ sơ phí thuê bao người sử dụng 1.2.1.2 Mạng truy cập băng thông rộng Việc truy cập dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm-điểm(one-toone).Việc triển khai IPTV diện rộng số lượng kết nối one-to-one tăng lên Do đó, yêu cầu băng thông mạng lớn Những tiến công nghệ mạng cho phép nhà cung cấp viễn thông đáp ứng số lượng lớn độ rộng băng thông mạng Riêng mạng truyền hình cáp sử dụng hỗn hợp cáp đồng trục cáp quang đa ứng cho việc truyền tải nội dung IPT 1.2.1.3 Thiết bị khách hang IPTV (IPTVCD) IPTVCD( IPTV Consumer Device) thành phần quan trọng cho phép người sử dụng truy cập dịch vụ IPTV IPTVCD kết nối tới mạng băng rộng, chúng đảm nhiệm chức giải mã, xử lý luồng tín hiệu tới dựa gói IP IPTVCD hỗ trợ kỹ thuật tiên tiến để tối thiểu hóa loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng vấn đề mạng xử lý nội dung IPTV Các loại IPTVCD phổ biến RG, IP set-top-box Trong RG modem ADSL modem cáp mạng truyền hình cáp hai chiều HFC 1.2.1.4 Mạng gia đình Mạng gia đình liên kết thiết bị kỹ thuật số bên khu vực có diện tích nhỏ Nó cải thiện thông tin cho phép chia sẻ tài nguyên thành viên gia đình Mục đích mạng gia đình cung cấp quyền truy cập thông tin tiếng nói, âm thanh, liệu, giải trí, thiết bị kỹ thuật số xung quanh nhà Với mạng gia đình, khách hàng tiết kiệm tiền -4- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận thời gian việc chia sẻ thiết bị phần cứng tốt dễ dàng, thông qua kết nối Internet băng rộng 1.2.2 Cấu trúc chức cho dịch vụ IPTV Một mạng IPTV bao gồm nhiều thành phần bản, cung cấp cấu trúc chức cho phép phân biệt chuyên môn hoá nhiệm vụ Hình 1.2 Cấu trúc chức cho dịch vụ IPTV 1.2.2.1 Cung cấp nội dung Tất nội dung sử dụng dịch vụ IPTV, bao gồm VoD truyền hình quảng bá phải thông qua chức cung cấp nội dung, chức tiếp nhận, chuyển mã mã hóa tạo nên luồng video số có khả phân phối qua mạng IP 1.2.2.2 Phân phối nội dung Khối phân phối nội dung bao gồm chức chịu trách nhiệm việc phân phối nội dung mã hoá tới thuê bao Thông tin nhận từ chức vận truyển điều khiển IPTV giúp phân phối nội dung tới thuê bao cách xác Chức phân phối nội dung bao gồm việc lưu trữ copy nội dung để tiến hành nhanh việc phân phối, lưu -5- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận trữ tạm thời (cache) cho VoD ghi video cá nhân Khi chức thuê bao liên lạc với chức điều khiển IPTV để yêu cầu nội dung đặc biệt, gửi tới chức phân phối nội dung để có quyền truy cập nội dung 1.2.2.3 Điều khiển IPTP Các chức điều khiển IPTV trái tim dịch vụ Chúng chịu trách nhiệm việc liên kết tất chức khác đảm bảo dịch vụ hoạt động cấp độ thích hợp để thoả mãn nhu cầu khách hàng Chức điều khiển IPTV nhận yêu cầu từ thuê bao, liên lạc với chức phân phối vận chuyển nội dung để đảm bảo nội dung phân phối tới thuê bao Một chức khác điều khiển IPTV cung cấp hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide), EPG thuê bao sử dụng để chọn nội dung theo nhu cầu Chức điều khiển IPTV chịu trách nhiệm quản lý quyền nội dung số DRM (Digital Rights Management) yêu cầu thuê bao để truy cập nội dung 1.2.2.4 Chức vận chuyển IPTV Sau nội dung yêu cầu từ thuê bao chấp nhận, chức vận chuyển IPTV chịu trách nhiệm truyền tải nội dung tới thuê bao, thực truyền ngược lại tương tác từ thuê bao tới chức điều khiển IPTV 1.2.2.5 Chức thuê bao Chức thuê bao bao gồm nhiều thành phần nhiều hoạt động khác nhau, tất sử dụng thuê bao để truy cập nội dung IPTV Một số thành phần chịu trách nhiệm liên lạc thông tin với chức truyền dẫn, ví dụ truy cập getway kết nối với ghép kênh truy cập đường dây thuê bao số DSLAM, hay trình STB (bộ giải mã) sử dụng trình duyệt web để kết nối với Middleware server Trong chức này, STB lưu trữ số thành phần quan trọng key DRM thông tin xác thực user Khối chức thuê bao sử dụng EPG cho phép khách hàng lựa chọn hợp đồng để truy cập yêu cầu từ chức điều khiển IPTV Nó nhận giấy phép số key DRM để truy cập nội dung -6- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận Hình 1.2 Các thành phần cấu trúc chức 1.3 CÁC CÔNG NGHỆ TRONG IPTV 1.3.1 Vấn đề xử lý nội dung Các hệ thống xử lý nội dung tiếp nhận tín hiệu video thời gian thực từ nhiều nguồn khác nhau, hình thức chúng định dạng thích hợp để STB giải mã hiển thị hình Tiến trình bao gồm chức sau: • Nén : Các nguồn video tương tự, trình nén số thực thi tín hiệu video trước phát lên hệ thống IPTV Tốc độ cao liệu video độ dài gói tin thực cho phù hợp với tất nguồn video đầu vào, để đơn giản hóa công việc truyền dẫn va chức ghép kênh • Chuyển mã: Các luồng video tương tự định dạng số, cần chuyển đổi sang thuộc tính MPEG cấp độ luồng tới thích hợp với STB Chuyển mã nội dung định dạng HD cung cấp chuẩn để chuyển mã gốc MPEG-2 thành H.264 để có -7- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận băng thông thấp cho mạng DSL • Chuyển đổi tốc độ: Bản chất việc chuyển đổi tốc độ tiến trình chuyển đổi tốc độ bit luồng video số tới Ví dụ luồng chuẩn SD 4,5 Mbps cần phải giảm xuống 2,5 Mbps để sử dụng hệ thống IPTV • Nhận dạng chương trình: Mỗi luồng video cần ghi nhãn hệ thống IPTV, thiết bị ghép kênh STB xác định xác luồng video Mỗi chương trình audio hay video bên luồng truyền dẫn MPEG phải xử lý để đảm bảo trùng lẫn chương trình Việc xử lý nội dung thực thi luồng video trực tiếp lưu trữ bên video server 1.3.2 VoD Video server VoD (video on demand) – truyền hình theo yêu cầu cách thức người xem chương trình truyền hình theo lựa chọn khán giả.Cấu trúc hệ thống VoD sử dụng công nghệ video-over-IP hình 1.6 bao gồm thành phần Đầu tiên, nội dung phải xử lý cho việc lưu trữ phân phối trình nén mật mã trạm tiền xử lý nội dung Một VoD server lưu trữ nội dung tạo luồng gửi tới thuê bao Mỗi thuê bao có STB để nhận giải mã nội dung, sau đưa lên hình hiển thị Bộ STB cung cấp cho thuê bao danh sách dịch vụ từ thành phần quản lý thuê bao hệ thống truy cập có điều kiện Đây hệ thống nhận lệnh từ thuê bao, gửi lệnh thích hợp tới VoD server phân phối key giải mã cho STB -8- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận Hình 1.3 Cấu trúc hệ thống VoD Các video server yếu tố cần thiết cho hệ thống VoD, chúng tạo luồng video thực tế gửi chúng tới thuê bao Các server có dung lượng nhớ lớn nhỏ khác tùy thuộc vào ứng dụng khác Trong phần để cập đến số khía cạnh server cách thức chúng sử dụng cho việc phân phối nội dung Dung lượng lưu trữ nội dung hỗ trợ server lớn nhỏ Các nhà cung cấp sử dụng hai phương thức để phân phối server mạng họ, hình 1.7 Đầu tiên phương thức tập trung hóa, server lớn,dung lượng cao xây dựng vị trí trung tâm, chúng phân phối nội dung cho thuê bao thông qua liên kết tốc độ cao kết nối tới nhà cung cấp dịch vụ nội hạt Phương thức thứ hai phân phối hóa server, server nhỏ đặt vị trí gần thuê bao server cung cấp cho thuê bao vùng đó.Trung tâm Library server download copy nội dung cung cấp cho Hub server phân phối có yêu cầu Trong phương thức tập trung hóa giảm số lượng server cần phải xây dựng, giảm giá thành việc truyền dẫn lưu trữ nội dung -9- GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận vị trí khác Còn phương thức phân phối hóa giảm số lượng băng thông cần thiết vị trí Cả hai phương thức sử dụng thực tế, dung lượng VoD server phụ thuộc vào cấu trúc hệ thống sở thích người xem Hình 1.7 Mô hình triển khai server 1.3.3 Các hệ thống hỗ trợ hoạt động Việc phân phối dịch vụ video tới khách hàng yêu cầu nhiều thiết bị phần cứng có độ tin cậy cao Một phần mềm lớn yêu cầu để quản lý số lượng công việc khổng lồ đó, từ việc thông báo cho khách hàng chương trình kênh broadcast khác liệu cần thiết cho việc lập hóa đơn dịch vụ mà khách hàng đăng ký Tập trung lại, hệ thống phần mềm gọi hệ thống hỗ trợ hoạt động OSS (Operations Support Systems) bao gồm nhiều dạng khác Một số chức cung cấp hệ thống IPTV OSS sau: Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide) cung cấp cho người xem lịch phát kênh broadcast tên chương trình VoD sẵn có Hướng dẫn bao gồm kênh broadcast thông qua việc lựa chọn chương trình hướng dẫn chương trình tương tác cho phép user - 10 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận sát chất lượng video định tính Các phép đo định lượng có tương quan tốt với đánh giá định tính mong đợi để đạt QoE tối ưu hệ thống mạng băng rộng Tuy nhiên, cần phải nhận thấy phép đo định lượng thay trực tiếp đánh giá định tính Các phép đo định lượng đánh giá định tính bù cho thay Có thể phân loại kỹ thuật đo chất lượng video định lượng thành bốn nhúm chớnh: - Các kỹ thuật dựa mô hình cảm nhận video người - Các kỹ thuật dựa tham số tín hiệu video - Các kỹ thuật dựa tham số suy giảm chất lượng mạng - Các kỹ thuật dựa khoảng thời gian suy giảm chất lượng tín hiệu video Các kỹ thuật đo chất lượng video sử dụng mô hình cảm nhận video người thường cố gắng tạo đặc trưng hệ thống thị giác người để đạt thang điểm chất lượng video mà có tương quan tốt với mức đánh người xem thực tế đưa Các phương pháp mô hình hệ thống thị giác người sử dụng giải pháp: • Mô hình tham chiếu đầy đủ (Full-reference - FF): Mô hình FF cung cấp giải thuật cho phép so sánh trực tiếp video nguồn video thu đích • Mô hình không tham chiếu (Non-reference/Zero-reference - ZF): Giải thuật mô hình phân tích chất lượng video thu đích • Mô hình tham chiếu rút gọn (Reduced-Reference/Partial-reference – RR/PR): Giải thuật mô hình cho phép trích vài tham số từ đầu vào đem so sánh với tham số tương đương đầu a) Các hệ thống đo chất lượng video dựa mô hình tham chiếu đầy đủ: - 16 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận Những giải thuật mô hình tham chiếu đầy đủ thực so sánh chi tiết hình ảnh đầu vào đầu hệ thống Việc so sánh trình tính toán phức tạp không bao gồm trình xử lý theo điểm ảnh mà theo thời gian không gian dòng liệu video đầu vào đầu Kết giải thuật tham chiếu đầy đủ phù hợp với kết đánh giá chủ quan (MOS), nhiên giải thuật sử dụng số ứng dụng định, ví dụ như: ứng dụng phòng thí nghiệm hay thử nghiệm trước triển khai Một giải thuật đời sớm mô hình tham chiếu đầy đủ PSNR (Peak Signal to Noise Ratio), theo nghĩa thuật ngữ sử dụng, giải thuật đánh giá tỷ số giá trị lớn tín hiệu tạp âm, giá trị tính theo dB Thông thường giá trị PSNR coi “tốt” vào khoảng 35dB nhỏ 20 dB không chấp nhận Hiện PSNR dùng rộng rãi kỹ thuật đánh giá chất lượng hình ảnh video Bên cạnh giải thuật PSNR có nhiều giải thuật cho mô hình tham chiếu đầy đủ phát triển ví dụ như: MPQM (Moving Pictures Quality Metric -1996) EPFL Thụy Sỹ, VQM (Video Quality Metric -1999) Viện nghiên cứu Viễn thông Mỹ (NTIA ITS) CVQE (Continuous Video Quality Evaluation -2004) Các giải thuật phù hợp cho ứng dụng video có tốc độ bit thấp Trong ba giải thuật có giải thuật VQM tiêu chuẩn tích hợp tiêu chuẩn ITU-T J.144 Cùng với ITU tổ chức VQEG (Video quality Experts Group -1997) tham gia nghiên cứu, đánh giá chất lượng video VQEG thiết lập hai giai đoạn thử nghiệm, giai đoạn I kiểm tra mười giải thuật tham chiếu đầy đủ (bao gồm PSNR), kết cho thấy giải thuật tương đương Giai đoạn II thử nghiệm tiến hành thử nghiệm với số lượng giải thuật hơn, nhằm đánh giá đưa khuyến nghị sử dụng giải thuật cho kết tốt Trên thực tế, hệ thống đo dựa mô hình tham chiếu đầy đủ tạo copy IPTVCD so sánh với tín hiệu chuẩn có nguồn nội dung - 17 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận video Điều cần ý kích thước file thay đổi tùy theo máy đo thường khụng nộn lớn Hệ thống đo xác định mức độ méo suy giảm chất lượng xuất trình mã hóa truyền tải nội dung video gốc qua mạng Hình 2.2 minh họa cấu trúc topo sử dụng để so sánh tín hiệu gốc với sau truyền tải qua mạng Hệ thống đo sau sử dụng thuật toán để so sánh hai tín hiệu video theo nhiều tham số méo: • Các khác trễ khung • Mờ hình suy giảm chất lượng trình mã hóa • Mức màu độ sáng • Giật hình • Hình bị che (image blocking) Hình 2.2: Hệ thống đo chất lượng video dựa mô hình tham chiếu đầy đủ Giải pháp dựa mô hình tham chiếu đầy đủ tạo đánh giá xác chất lượng tín hiệu video thu IPTVCD vỡ nú so sánh hai tín hiệu mức chi tiết tới điểm ảnh riêng biệt b) Các hệ thống đo chất lượng video dựa mô hình không tham chiếu: Các giải thuật cho mô hình không tham chiếu nói chung phù hợp cho việc giám sát, phân tích trực tuyến chất lượng video đầu cuối (in-service) Kiểu thuật toán xem xét yếu tố ảnh hưởng thuật toán mô hình tham chiếu toàn phần, mà mô hình triển khai nhiều ngữ cảnh Thiết kế giải thuật cho mô hình không tham - 18 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận chiếu công việc khó khăn, chớnh vỡ thể mà có vài phương pháp đề xuất, vài công ty đưa vào sản phẩm thương mại họ coi bí mật công nghệ Hiện giải thuật tham số đánh giá mô hình không mô hình không tham chiếu định nghĩa sau: VSTQ - Video Service Transmission Quality – Tham số không phụ vào hệ thống mã húa/giải mó, phụ thuộc vào mạng truyền tải video • VSPQ - Video Service Picture Quality – Tham số phụ thuộc hệ thống mã húa/giải mó • VSAQ - Video Service Audio Quality – Tham số đánh giá chất lượng âm • VSMQ - Video Service Multimedia Quality – Tham số tổng hợp đánh giá chất lượng âm hình ảnh kết hợp • VSCQ - Video Service Control Quality – Tham số đánh giá chất lượng điều khiển video (ví dụ như: thời gian đáp ứng) • Các hệ thống đo QoE dựa mô hình tham chiếu zero không đòi hỏi tín hiệu video chuẩn để đánh giá chất lượng luồng tín hiệu video IPTV Thay tín hiệu video chuẩn, hệ thống sử dụng tín hiệu mẫu bị nén có từ tín hiệu IPTV thời gian thực Các hệ thống ZR đặc biệt thích hợp để đo luồng PITV thời gian thực vỡ chỳng phân tích số yếu tố so với hệ thống FR Hệ thống đo ZR tập trung vào phân tích mào đầu khung video giám sát nhiều tham số bao gồm lỗi PRC khung I bị hỏng luồng tín hiệu IPTV c) Các hệ thống đo chất lượng video dựa mô hình tham chiếu rút gọn: Giải thuật hình tham chiếu rút gọn không sử dụng toàn tín hiệu video tham chiếu, phần thông tin tham chiếu truyền đến so sánh thông qua kênh liệu riêng Môi trường truyền video xảy gói, kênh gửi thành phần tham chiếu giả sử không bị - 19 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận gói Băng thông dành cho kênh liệu tùy thuộc vào điều kiện ràng buộc ứng dụng Hiện có giải thuật cho phép băng thông dùng cho thông tin tham chiếu yêu cầu nhỏ 10 Kbps Hình 2.3: Giám sát chất lượng video sử dụng mô hình rút gọn Tương tự giải pháp sử dụng hệ thống FR thiết bị đo dựa mô hình rút gọn (RR/PR) thiết kế để lấy mẫu nguồn IPTVCD đích, so sánh tín hiệu đưa số đo Các hệ thống PR yêu cầu độ phức tạp tính toán thấp so với hệ thống FR sử dụng mẫu luồng IPTV tham chiếu nhỏ so sánh hai tín hiệu Trong ba loại mô hình nêu trên, hệ thống dựa trờm FR coi xác đo chất lượng video IP 3.1.2.3 Phương pháp đo gián tiếp chất lượng video: Trên thực tế, dễ dàng sử dụng mô hình tham chiếu đầy đủ hay rút gọn tất vị trớ trờn mạng tín hiệu tham chiếu nữa, phương pháp không tham chiếu tốn để triển khai rộng rãi cho việc giám sát chất lượng mạng mà có nhiều luồng video cần giám sát độc lập, luồng đòi hỏi giải mó riờng Phương pháp gián tiếp, sử dụng tham số suy giảm chất lượng mạng gói thời gian gói đến, trễ, rung pha, tỉ lệ gói, khoảng thời gian suy giảm chất lượng số thứ tự gói để ngoại suy chất lượng video Trên thực tế, giải pháp thể phép đo số truyền tải tín hiệu đa phương tiện Chỉ số truyền tải tín hiệu đa phương tiện (Media Delivery Index) tiêu chuẩn công nghiệp quy định RFC 4445 Chỉ số sử dụng để đo chất lượng dịch vụ điểm khác mạng trung tâm số liệu, - 20 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận phần tử chuyển mạch định tuyến IPTVCD MDI cấu đánh giá thị mức chất lượng tín hiệu video nhận dạng thành phần mạng ảnh hưởng tới QoE đối tượng sử dụng Điều đạt cách đo mức rung pha tức thời cỏc gúi điểm khác mạng IPTV Ví dụ, giá trị MDI lối vào định tuyến thấp giá trị lối cao thỡ cú biểu thị rõ ràng định tuyến đú cú số vấn đề gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng luồng tín hiệu MDI sử dụng để chẩn đoán vấn đề mạng MDI biểu thị với hai giá trị, hệ số trễ (delay factor) tỉ lệ gói (media loss ratio) phân cách dấu Hệ số trễ - giá trị đo lượng thời gian cần thiết đệm để xử lý rung pha mạng gây Các giá trị rung pha có cách đo trễ gói so với tốc độ luồng Nói cách khác, tốc độ lối máy chủ 2.4 Mbps luồng lối vào IPTVDC 2.4 Mbps giá trị rung pha điều kiện lý tưởng rung pha 0, giải mã xử lý cỏc gúi đến với tốc độ không đổi Hình 2.4 minh họa cỏc gúi tin IPTV xử lý với tốc độ không đổi rung pha mạng Hình 2.4: Mạng IPTV với rung pha Giá trị rung pha khó xảy thực tế phần tử mạng luồng truyền dẫn góp phần tạo rung pha Do đó, đệm sử dụng để xử lý trường hợp lưu lượng cao thấp so với mức danh định - 21 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận Hình 2.5: Mạng IPTV có rung pha Hình 2.5 minh họa xuất rung pha mạng IPTV Có thể thấy hỡnh, cỏc gúi tới với tốc độ khác làm tăng khả xuất hiện tượng gói IPTVCD Điều cần ý rung pha thực tế không gây hại tới nội dung bên cỏc gúi IPTV Do đó, nguồn, chất lượng video tốt nội dung giải mã IPTVCD cú cựng mức chất lượng Các thiết bị đo đo QoS thường sử dụng để tính giá trị DF thiết bị mạng riêng biệt, bao gồm bước sau: Khi gói tới, đo khoảng thời gian thời điểm gói đệm tốc độ gói khỏi đệm • Trong khoảng thời gian xác định tiến hành đo khoảng cực tiểu cực đại hay hiệu hai giá trị • • Chia kết cho tốc độ luồng IPTV Khi tính giá trị DF, nhà quản lý IPTV biết lượng không gian nhớ hay trễ yêu cầu thành phần mạng để xử lý lượng rung pha mạng Lấy ví dụ, luồng tín hiệu IPTV có giá trị DF cỡ 40 ms thiết bị IPTVCD cần giải mã luồng tín hiệu đòi hỏi đệm có khả lưu trữ tối thiểu 40 ms Điều đáng ý giá trị DF cao nghẽn mạng xuất phần mạng Tỉ lệ gói - số đo MDI thứ hai xác định số cỏc gúi IPTV trờn giõy Cùng với thị số cỏc gúi mất, MLR cho nhà quản lý biết số cỏc - 22 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận gúi tới giải mã IPTVCD không theo thứ tự Bất kỳ giá trị MLR lớn có tác động đến QoE đối tượng sử dụng Hình 2.6: Tớnh giá trị MDI điểm khác mạng IPTV MDI thực tế tổ hợp hai giá trị nêu biểu thị số đo QoS dạng DF:MLR Hình 2.6 minh họa giá trị MDI tính điểm khác mạng với kênh quảng bá Như thấy, MDI kênh quảng bá lối máy chủ 5:0 Do vậy, trình đệm máy chủ cần tối thiểu ms để xử lý trễ rung pha Tỉ lệ gói trì mức chấp nhận Tiếp theo, MDI không thay đổi R1 R2; nhiên, tỉ lệ gói tăng chuyển mạch Điều chuyển mạch mạng có vấn đề việc xử lý với mẫu lưu lượng tải thay đổi Giải pháp vấn đề nâng cấp chuyển mạch hay tăng dung lượng băng thông tuyến vào Vấn đề gói có tác động chuỗi xuất tuyến DSLAM RG Tuy nhiên, giá trị DF hay “bựng phỏt” luồng tăng tới giá trị “6” chặng cuối tới RG Điều thị DSLAM đưa vào lượng rung pha nhỏ, cần phải tiến hành kiểm tra chi tiết Nguyên - 23 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận nhân tăng giá trị DF có khả trễ trình xếp hàng DSLAM Bởi vậy, sử dụng MDI không cung cấp cho nhà quản lý tham số đo QoS mà cũn giỳp họ cách ly vấn đề gây phân đoạn mạng nhiều luồng IPTV Khi vấn đề xác định, tiến hành hành động khắc phục điều chỉnh để nâng cao QoS tổng thể mạng từ đầu cuối-tớiđầu cuối 2.1.3 Phương pháp đo thời gian chuyển kênh: Các thuê bao chuyển nhanh xác cỏc kờnh xem phần quan trọng chất lượng dịch vụ IPTV Trễ chuyển kênh thông thường chấp nhận khoảng giây từ đầu cuối-tới-đầu cuối thời gian chuyển kênh khoảng 100 đến 200 ms coi tức thời người xem Các nguồn gây trễ chuyển kờnh cú thiết bị mạng BRAS, DSLAM, chuyển mạch, định tuyến… nhà thuê bao set-top box RG Thời gian chuyển kênh set-top box gây trình xử lý lệnh, trễ đệm lối vào, trễ đệm video trễ giải mã MPEG Tuy nhiên chức set-top box thực chủ yếu phần cứng nên chất lượng thường ổn định Do vậy, thấy trễ chuyển kênh chủ yếu chịu tác động chất lượng mạng, lưu lượng tăng đột biến Trong mạng IPTV, giao thức multicast sử dụng làm giải pháp chuyển kênh hạ tầng mạng Các trễ nhập tách IGMP MLD nguyên nhân gây trễ chuyển kênh Để trì trễ chuyển kênh tổng thể phạm vi giây, trễ nhập/tỏch multicast phần tử mạng cần giới hạn phạm vi 10 đến 200 ms [19] Quá trình kiểm tra trễ chuyển kờnh cú khó khăn sau: Độ xác: lệnh nhập/tỏch IGMP/MLD tin mặt điều khiển thường xử lý CPU, DUT hầu hết thiết bị đo Tuy nhiên, cấu hình máy đo đo dựa CPU có độ xác cỡ 10 ms, phép đo trễ nhập/tỏch IGMP cần dựa phần cứng Phỏng tạo môi trường thực tế: môi trường thực tế nhiều người sử - 24 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận dụng, nhiều giao thức nhiều lớp PPPoE, DHCP TCP lưu lượng unicast multicast hoạt động đồng thời giải pháp kiểm tra phải tạo cách thực tế diều kiện kiểm tra Độ khả mở: Để kiểm tra trễ chuyển kênh IPTV, cần có khả mô đồng thời hàng nghìn thuê bao hàng trăm kênh đo Hình 2.7: Cấu hình đo trễ chuyển kênh Hình 2.7 minh họa cấu hình kiểm tra trễ chuyển kênh hệ thống thiết bị hạ tầng mạng Thiết bị đo mô phía nhà cung cấp dịch vụ (với hàng trăm kênh) phía người sử dụng (với số lượng hàng nghìn) Thiết bị đo gửi số lượng lớn lệnh nhập/tỏch IGMP qua giao diện để kiểm tra khả đáp ứng thiết bị mạng Dựa cấu hình kiểm tra: • Trễ nhập/tỏch IGMP hay MLD thuê bao • Chất lượng chuyển kênh liên tục • Chất lượng chuyển kênh điều kiện lưu lượng cao Theo phương diện kỹ thuật, xuất kết không mong đợi hợp lý DUT sử dụng CPU để điều khiển tin Khi đồng thời 1000 tin nhập/tỏch tới CPU, CPU tải phải nhiều thời gian để xử lý Tuy nhiên, thuê bao khoảng thời gian dài không chấp nhận 2.2 Đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV: Đối với IPTV giai đoạn tại, dịch vụ chủ yếu đước triển khai - 25 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận dịch vụ liên quan đến video, đó, chất lượng dịch vụ IPTV đánh giá qua việc đo lường chất lượng dịch vụ Việc đo lường QoS việc đánh giá chất lượng dịch vụ có ý nghĩa quan trọng giúp theo dõi, phát hiện, định vị xử lý có cố xảy làm ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ 2.2.1 Mô hình đo lường QoS ITU-T: Một mô hình IPTV đơn giản bao gồm phần: Head-end, mạng truyền dẫn thiết bị đầu cuối khách hàng CPE (Customer Premise Equipment) + Head-end: bao gồm tất thiết bị ứng dụng cần thiết để tạo tín hiệu video đưa chúng vào mạng truyền dẫn + Mạng truyền dẫn: truyền tín hiệu video đến CPE + CPE: Là kết thúc mạng IP (thường STB), giải mã tín hiệu video hiển thị video hình TV thông thường Mô hình đo lường chất lượng xây dựng dựa ba thành phần Hình 2.8: Mô hình đo lường chất lượng hệ thống IPTV Mô hình có điểm tham chiếu: + A: mã hóa video + B: Lớp IP head-end + C: Lớp IP CPE + D: giải mã video 2.2.2 Đo lường chất lượng Head-end: - 26 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận Giả định chất lượng tín hiệu video đầu vào thuộc trách nhiệm head-end Chất lượng video đầu vào trước hết phụ thuộc vào chất lượng nguồn video (độ phân giải, kích thước ảnh, tốc độ frame… đưa chuẩn video) Dữ liệu nén, mã hóa đưa vào mạng IP phải đảm bảo tuân theo quy tắc thích hợp Những quy tắc gồm có: số lượng gói tối đa cho dòng video, số lượng luồng video tối đa, băng thông tối đa cho dòng video, giao thức sử dụng lớp transport, kích thước khung, kích thước gói Việc đo lường thông số head-end giúp khoanh vùng vấn đề QoS Mạng IP chịu trách nhiệm đảm bảo cấp độ chất lượng thích hợp luồng video truyền tới khách hàng 2.2.3 Đo lường chất lượng end-to-end: Thực giải mã STB Việc xác định chất lượng video STB cho phép đánh giá gần chất lượng mà user thật nhận Ngoài ra, end-to-end cho phép ước tính khả năng, chất lượng mạng truyền dẫn IP, cung cấp khả tính toán hiệu suất mạng mức nào, điểm tập trung… dựa vào phân tích so sánh tương quan số liệu thu Bảng 2.2 : Các tham số đo lường chất lượng end-to-end Thiết bị Mục đích Giá trị Tốc độ frame video Được yêu cầu chuẩn video STB Chất lượng + Bằng biện pháp mã From A to hình ảnh hóa giải mã đặc biệt D dịch vụ hoạt động + Lấy mẫu Buffer underflow s N/A STB Chất lượng +Khi dịch vụ hình ảnh, động chơi mượt + Lấy mẫu + Đo lường underflow tỉ lệ thời STB trạng underflow - 27 - Phương pháp đo lường Vị trí đo lường Tham số hoạt D kiện gian thái GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận Tràn đệm N/A STB Chất lượng +Khi dịch vụ hoạt động D hình ảnh, + Lấy mẫu chơi mượt + Đo lường kiện overflow tỉ lệ thời gian STB trạng thái overflow Các tham số mã hóa N/A STB Chất lượng +Khi dịch vụ hoạt N/A hình ảnh/ động chất lượng + Lấy mẫu dịch vụ Một số nhà cung cấp dịch vụ tích hợp chương trình đo lường chất lượng STB Dựa vào phản hồi (feedback) STB gửi định kỳ mà thu thập thông tin nhằm quản lý chất lượng dịch vụ 2.2.4 Đo lường QoS mạng IP: Mạng IP mạng đa điểm, phức tạp với kỹ thuật truyền dẫn khác Trong chồng giao thức TCP/IP, mạng IP gồm giao lớp Internet Network Access Đo lường tham số chất lượng lớp IP cho phép xác định giá trị yêu cầu mạng từ tìm công nghệ truyền dẫn thích hợp để cung cấp chất lượng end-to-end Việc đo lường lớp IP không liên quan đến FEC hay kỹ thuật sửa lỗi lớp trên, thông số khả mạng trước thực biện pháp sửa lỗi tầng Các tham số QoS IP lựa chọn để đo lường chất lượng cho IPTV cho bảng sau: Bảng 2.3: Các tham sô đo lường chất lượng mạng IP Tham số Tỉ lệ gói (PLR) Thiết bị CPE (STB) Mục đích Monitoring method Chất lượng hình ảnh, dự đoán thông tin bị video + Khi dịch vụ dang hoạt động thông qua kiểm tra luồng RTP/RTCP số thứ tự (sequence number) header gói tin - 28 - + Tổng hợp báo cáo PLR định kỳ, GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận khoảng lần/1 phút +Để đo PLR đòi hỏi phải phân tích số lượng gói tin lớn 10 lần giá trị PLR dự đoán Trễ mạng Jitter Thông lượng hướng xuống Thông lượng hướng lên Đo CPE gần điểm truy nhập user tốt Khả chơi mượt Kiểm tra luồng liệu CPE (STB) Khả chơi mượt Kiểm tra luồng liệu RTP/RTCP dựa vào định thời header gói tin CPE (STB) Kiểm tra tín hiệu trường hợp chất Giám sát chất lượng mã hóa xấu đo thông lượng lượng CPE (STB) Giám sát chất lượng Đo thông lượng KẾT LUẬN Kết luận: Với ưu bật, vượt trội so với công nghệ truyền hình khác, IPTV hứa hẹn mở kỷ nguyên truyền hình mới, đem lại khoảng lợi nhuận khổng lồ cho nhà cung cấp dịch vụ Mặc dù vậy, để IPTV thật phát triển, chất lượng dịch vụ vấn đề cần phải quan tâm, công nghệ phát triển, cạnh tranh lớn đòi hỏi khách hàng ngày khắt khe Do đó, cần phải có kết hợp chặt chẽ nhà sản xuất chương trình, nhà cung cấp dịch vụ công ty cung cấp hạ tầng mạng để đem đến cho khách hàng trải nghiệm tốt Để đảm bảo chất lượng dịch vụ, trước hết, cần đánh giá nó, có nhiều phương pháp tiêu chuẩn khác để đánh giá chất lượng dich vụ IPTV, phương pháp có ưu điểm nhược điểm riêng, kết hợp phương pháp hướng tốt để đánh giá chất lượng IPTV Hướng phát triển đề tài: Nội dung thực đề tài: - 29 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận Chương Tổng quan IPTV Chương Đo kiểm đánh giá chất lượng IPTV Hạn chế đề tài: • Trong phạm vi ngắn gọn đề tài, tìm hiểu tổng quát IPTV nên có nhiều khái niệm nhắc đến chưa sâu tìm hiểu phân tích rõ ràng (ví dụ: giao thức multicast, hoạt động mạng lõi, mạng truy nhập, chương trình quản lý, bảo an…) • Các phương pháp đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV nêu đề tài phần nhỏ mang tính đầy đủ Chủ yếu tập trung vào lý thuyết chế mô hình khả sử dụng chúng IPTV, chưa vào việc kết hợp vận dụng chế Hướng phát triển đề tài: • Đi sâu phân tích yếu tố dịch vụ IPTV • Tìm hiểu chế QoS mới, cách kết hợp vận dụng chế QoS Sử dụng công cụ mô tính toán tìm kiếm đưa phương pháp xác định tham số dùng cho việc khai báo sách QoS MỤC LỤC - 30 - ... dùng để đánh giá phần âm dịch vụ IPTV MOS-AV - sử dụng để đánh giá tổng thể chất lượng õm thanh/hỡnh ảnh dịch vụ IPTV MOS-C - số đo dùng để đánh giá cảm nhận khách hàng tương tác với dịch vụ IPTV. .. Đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV: Đối với IPTV giai đoạn tại, dịch vụ chủ yếu đước triển khai - 25 - GVHD : TS.Nguyễn Tài Hưng Bài tiểu luận dịch vụ liên quan đến video, đó, chất lượng dịch vụ. .. tới chất lượng dịch vụ IPTV mà nhà cung cấp dịch vụ nhà khai thác mạng cam kết đảm bảo chất lượng với khách hàng nhà quản lý viễn thông 2.1.2 Các phương pháp đo chất lượng dịch vụ video: Chất lượng