truyền hình trên mạng internet iptv

IPTV ra đời chưa lâu nhưng với những ưu điểm không thể phủ nhận như việc đảm bảo đầy đủ các tính năng và chất lượng như các dịch vụ truyền hình truyền thống khác, khả năng cung cấp nhiều

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NÔI

ĐẶNG QUỐC VIỆT

TRUYỀN HÌNH TRÊN MẠNG INTERNET - IPTV

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội, tháng 9 năm 2011

LỜI NÓI ĐẦU

Thông tin hình ảnh có vai trò rất lớn đối với con người và với ý nghĩa đó dịch vụ truyền hình là một dịch vụ quan trọng Trong quá khứ từ khi xuất hiện rồi trải qua các giai đoạn phát triển, dịch vụ truyền hình cũng như các hình thức dịch vụ khác luôn nỗ lực nhằm mang đến cho khách hàng một dịch vụ ngày càng cao về mặt chất lượng cũng như khả năng bao hàm ngày càng nhiều giá trị gia tăng

IPTV ra đời chưa lâu nhưng với những ưu điểm không thể phủ nhận như việc đảm bảo đầy đủ các tính năng và chất lượng như các dịch vụ truyền hình truyền thống khác, khả năng cung cấp nhiều hơn một dịch vụ truyền hình thuần túy, khả năng cung cấp trên nhiều hạ tầng mạng đến với khách hàng… đã tạo ra một hình thức dịch vụ truyền hình hoàn toàn mới mà ở đó khách hàng có thể chủ động lựa chọn và đưa ra các yêu cầu của mình một cách dễ dàng khác hẳn các hình thức truyền hình đang có sẵn Việc tìm hiểu nghiên cứu IPTV đã và đang đạt được những thành công mà điển hình là việc dịch vụ truyền hình này đã triển khai thành công ở Việt Nam

Luận văn của học viên là kết quả của quá trình tìm hiểu về dịch vụ truyền hình IPTV Chắc chắn còn nhiều hạn chế tuy nhiên học viên đã nỗ lực mang lại một cái nhìn khá tổng quát về dịch vụ truyền hinh IPTV, đánh giá các giải pháp

kỹ thuật đã được triển khai và có những nhận định về việc cung cấp dịch vụ IPTV trên thế giới cũng như tại Việt Nam

Trong quá trình làm luận văn học viên đã được sự hướng dẫn chỉ bảo tận tình của Giáo viên hướng dẫn là PGS.TS Hồ Anh Túy và TS Trần Trung Dũng Xin gửi đến Cô và Thầy lời cảm ơn sâu sắc về những sự giúp đỡ quý báu

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ IPTV 10

1.1 Khái niệm IPTV 10

1.1.1 Định nghĩa 10

1.1.2 Sự khác biệt giữa truyền hình Internet và IPTV 11

1.2 Một số đặc tính 12

1.3 Cấu trúc mạng IPTV 13

1.3.1 Khái quát về hệ thống IPTV 13

1.3.2 Các thành phần chính 13

1.3.3 Một số thành phần khác 16

1.4 Các loại hình dịch vụ triển khai 17

1.4.1 Video theo yêu cầu: 17

1.4.2 Chương trình truyền hình được cá nhân hóa: 18

1.4.3 Truyền hình tương tác: 18

1.4.4 Quảng cáo tương tác (IAd): 19

1.4.5 Theo dõi qua video: 19

1.4.6 Tin tức thời sự và thời tiết theo yêu cầu: 19

1.4.7 Thương mại điện tử và các ứng dụng Internet: 19

1.4.8 Truyền hình độ phân giải cao HDTV: 20

1.5 Vấn đề phân phối IPTV 20

1.5.1 Các giải pháp kỹ thuật cho truyền thông Internet 20

1.5.2 So sánh các phương thức truyền dẫn .26

1.6 Một số giao thức sử dụng trong truyền thông đa phương tiện trên mạng Internet 28

1.6.1 Giao thức UDP (User Datagram Protocol) 29

1.6.2 Giao thức truyền tải thời gian thực RTP (Real-time Transport Protocol) và giao thức kiểm soát thời gian thực RTCP (Real-time Control Protocol) 30

1.6.3 Giao thức dòng dữ liệu thời gian thực RTSP (Real-Time Streaming Protocol) 30

1.6.4 Giao thức quản lý nhóm Internet IGMP (Internet Group Management

Protocol) 31

1.6.5 Một số giao thức khác 32

1.7 Kết luận 32

CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT PHÂN PHỐI MẠNG IPTV 33

2.1 Các loại mạng truy cập băng rộng 33

2.2 IPTV phân phối trên mạng truy cập cáp quang 34

2.2.1 Mạng quang thụ động 35

2.2.2 Mạng quang tích cực 39

2.3 IPTV phân phối trên mạng ADSL 39

2.3.1 ADSL 40

2.3.2 ADSL2 42

2.3.3 VDSL 43

2.5 Các công nghệ mạng lõi IPTV 45

2.5.1 ATM và SONET/SDH 46

2.5.2 IP và MPLS 47

2.5.3 Metro Ethernet 48

2.6 Kết luận 50

CHƯƠNG 3 KHÁI QUÁT VỀ NÉN TÍN HIỆU VIDEO VÀ CHUẨN NÉN MPEG 50

3.1 Mục đích nén Video 50

3.2 Chuẩn nén MPEG 52

3.2.1 Khái quát về nén MPEG 52

3.3 Lựa chọn H.264/ MPEG-4 part 10 cho truyền hình trên mạng Internet 53

3.3.1 Giới thiệu chung về H.264 /MPEG-4 part 10 53

3.3.2 Tính kế thừa của chuẩn nén H.264/MPEG- 4 part 10 55

3.3.3 So sánh hiệu quả mã hoá của H264/MPEG Part 10 với các tiêu chuẩn trước đó 56

3.4 Kết luận 60

CHƯƠNG 4 CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ VÀ BẢO MẬT TRONG IPTV 60

4.1 Chất lượng dịch vụ 60

4.1.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng video 60

4.1.2 Qos/QoE cho chất lượng dịch vụ IPTV 62

4.2 Bảo mật trong IPTV 71

4.2.1 Những nguy cơ trong hệ thống IPTV 72

4.2.2 Các biện pháp an ninh trong hệ thống IPTV 75

4.3 Kết luận 76

CHƯƠNG 5 TRIỂN KHAI HỆ THỐNG IPTV 77

5.1 Mô hình tổng quan 77

5.2 Sơ lược hoạt động của hệ thống 78

5.3 Xác định băng thông cho hệ thống 82

5.3.1 Kiến trúc IPTV và các vấn đề cần quan tâm khi triển khai 82

5.3.2 Các vấn đề cần quan tâm với từng thành phần cơ bản của mạng IPTV: .84

5.3.3 Tính toán băng thông mạng: 89

5.4 Tóm tắt một số giải pháp của một số nhà cung cấp IPTV tiêu biểu 90

5.4.1 Giải pháp của Envivio: 90

5.4.2 Giải pháp IPTV/VOD của OPTIBASE và HUAWEI: 98

5.4.3 Giải pháp của ZTE: 103

5.5 Đánh giá và so sánh các giải pháp 107

5.6 Kết luận 108

CHƯƠNG 6 HƯỚNG PHÁT TRIỂN VÀ KẾT LUẬN 108

6.1 Hướng phát triển: 108

6.1.1 Khả năng triển khai dịch vụ IPTV tại Việt Nam: 108

6.1.2 Khả năng phát triển của IPTV 113

6.2 Kết luận 115

Optical Network

Mạng quang thụ động băng rộng

System

Hệ thống truy cập có điều kiện

CMTS Cable Modem

Termination System

Hệ thống kết cuối modem cáp

Giao thức cấu hình Host động

Line Access Multiplexer

Bộ ghép kênh truy cập đường dây thuê bao số

EPG Electronic Program

Guide

Chỉ dẫn chương trình điện tử

EPON Ethernet PON Mạng quang thụ động

Ethernet FTP File Transfer Protocol Giao thức vận chuyển

file FTTC Fiber To The Curd Cáp quang tới lề

đường FTTH Fiber To The Home Cáp quang tới hộ gia

đình FTTN Fiber To The

Neighbourhood

Cáp quang tới vùng lân cận

FTTRO Fiber To The

Regional Office

Cáp quang tới tổng đài khu vục

GPON Gigabit PON Mạng quang thụ động

Gigabit HFC Hybrid Fiber Coaxial Hỗn hợp cáp

quang/đồng trục

HTTPS Hyper Text Transfer

Protocol Secure

Giao thức HTTP bảo đảm

IRD Integrated Receiver

Kết cuối đường quang

ONT Optical Network

SDH Synchronous Digital

Hierarchy

Ghép kênh cấp độ số đồng bộ

SLA Service Level

Agreement

Cam kết cấp độ dịch

vụ SONET Synchronous Optical

Network

Mạng quang đồng bộ

TCP/IP Transmission Control

Protocol/Internet Protocol

Giao thức điều khiển vận chuyển trên nền

IP URL Universal Resource

Locator

Bộ xác định địa chỉ tài nguyên

VoD Video on Demand Video theo yêu cầu VLAN Virtual Local Area

DANH SÁCH HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Mô hình tổng quát IPTV 13

Hình 1.2 Hệ thống IPTV điển hình 13

Hình 1.3 Mô hình Unicast 20

Hình 1.4 Mô hình Multicast 21

Hình 1.5 Mô hình Simulcast 21

Hình 1.6 Giải pháp truyền thông IP Unic 22

Hình 1.7 Giải pháp truyền thông IP Multicast 23

Hình 1.8 Mạng truyền thông với các phần tử có khả năng IP Multicast 24

Hình 1.9 Cấu trúc hình cây mở rộng trong IP Multicast 25

Hình 1.10 Mô hình phân lớp các giao thức 28

Hình 2.1 Mô hình kiến trúc IPTV 33

Hình 2.2 Mạng IPTV FTTH sử dụng công nghệ PON 36

Hình 2.3 IPTV trên cấu trúc mạng ADSL 41

Hình 2.4 Hạ tầng mạng lõi IPTV 46

Hình 2.5 Topology mạng lõi MPLS 48

Hình 2.6 Sử dụng các EVC để cung cấp kết nối IPTV qua lõi mạng 49

Hình 3.1 Quá trình phát triển của các tiêu chuẩn mã hóa 53

Bảng 3.1 So sánh tốc độ bit giữa H.264 với các chuẩn cũ (tỷ lệ %) 59

Hình 4.1 Đánh giá theo hệ thị giác chủ quan của NSD 66

Hình 4.2 Mô hình đánh giá QoE cần sự so sánh giữa hình ảnh gốc và hình ảnh đầu 69

Hình 4.3 Mô hình MPQM đánh giá QoE của IPTV 69

Hình 4.4 Mô hình MPQM 1 70

Hình 4.5 Mô hình V-factor 70

Hình 5.1 Mô hình tổng quan IPTV 77

Hình 5.2 Mô hình mạng cơ bản 78

Hình 5.3 Mô hình IPTV quảng bá 78

Hình 5.4 Mô hình IPTV VOD 79

Hình 5.5 Dòng số liệu giữa các bộ phận trong hệ thống IPTV trong khi phát trực tiếp 80

Hình 5.6 Dòng tương tác giữa các bộ phận ở trạng thái PAUSE trong quá trình truyền hình trực tiếp 81

Hình 5.7 Dòng tương tác giữa các bộ phận khi phát chương trình video theo yêu cầu 82

Hình 5.8 Mô hình kiến trúc mạng IPTV 83

Hình 5.9 Sơ đố khối dịch vụ IPTV 84

Hình 5.10 Điểm kết nối dịch vụ 87

Hình 5.11 Kiến trúc Envivio IPTV 91

Hình 5.12 Mô hình IPTV Optibase 98

Hình 5.13 Mô hình IPTV Huawei 101

Hình 5.14 Mô hình IPTV ZTE 104

Bảng 4.1 Đánh giá các tham số QoS trong IPTV 117

Bảng 4.2 Bảng các tham số cụ thể QoS của IPTV 118

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ IPTV

1.1 Khái niệm IPTV

1.1.1 Định nghĩa

Một cách đơn giản IPTV (tiếng Anh viết tắt của Internet Protocol Television, có nghĩa: Truyền hình giao thức Internet) là một hệ thống dịch vụ truyền hình kỹ thuật số được phát đi nhờ vào giao thức Internet thông qua một hạ tầng mạng, mà hạ tầng mạng này có thể bao gồm việc truyền thông qua một kết nối băng thông rộng Một định nghĩa chung của IPTV là truyền hình, nhưng thay

vì qua hình thức phát hình vô tuyến hay truyền hình cáp thì lại được truyền phát hình đến người xem thông qua các công nghệ sử dụng cho các mạng máy tính

Khởi đầu IPTV được gọi là Truyền hình giao thức Internet (Internet Protocol Television) hay Telco TV hoặc Truyền hình băng rộng (Broadband Television) Thực chất tất cả các tên đều được sử dụng để nói đến việc phân phối Truyền hình băng rộng chất lượng cao hoặc nội dung âm thanh và hình ảnh theo yêu cầu trên một mạng băng rộng IPTV là một định nghĩa chung cho việc áp dụng để phân phối các kênh truyền hình truyền thống, phim truyện, và nội dung video theo yêu cầu trên một mạng riêng Từ góc nhìn của người sử dụng thì IPTV chỉ hoạt động như một chuẩn dịch vụ truyền hình trả tiền Từ góc nhìn của nhà cung cấp thì IPTV bao gồm việc thu nhận, xử lý và phân phối chính xác nội dung truyền hình tới thuê bao thông qua một hạ tầng mạng sử dụng IP

Theo định nghĩa được đưa ra bởi hiệp hội viễn thông quốc tế tập trung vào nhóm (International Telecommunication Union focus group on IPTV ) thì:

“ IPTV là các dịch vụ đa phương tiện (ví dụ như dữ liệu truyền hình,

video, âm thanh, văn bản, đồ họa) được phân phối trên một mạng IP có sự quản lý để cung cấp các mức yêu cầu về chất lượng của dịch vụ, an toàn, có tính tương tác và tin cậy ” (Theo ITU-T FG IPTV)

1.1.2 Sự khỏc biệt giữa truyền hỡnh Internet và IPTV

Do đều được truyền trên mạng dựa trên giao thức IP, người ta đôi lúc hay nhầm IPTV là truyền hình Internet Tuy nhiên, 2 dịch vụ này có nhiều điểm khác nhau:

- Được truyền tải trên nền mạng khác nhau

Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet công cộng để phân phát các nội dung video tới người sử dụng cuối

IPTV sử dụng mạng trên nền IP tương tự như mạng Internet, song đó là các mạng riêng được bảo mật để truyền các nội dung video đến khách hàng Các mạng riêng này thường được tổ chức và vận hành bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV

- Về mặt địa lí

Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sở hữu và điều khiển không cho phép người sử dụng Internet nói riêng và những người không sử dụng dịch vụ IPTV nói chung truy cập Các mạng này chỉ giới hạn trong các khu vực

vệ tinh Thực tế là các nội dung video truyền qua mạng Internet khi hiển thị trên màn hình TV có thể bị giật và chất lượng hình ảnh thấp

Trong khi, IPTV chỉ được phân phối qua một hạ tầng mạng của nhà cung cấp dịch vụ Do đó người vận hành mạng có thể điều chỉnh để có thể cung cấp hình ảnh với chất lượng cao hơn

- Cơ chế truy cập

Một set-top box số thường được sử dụng để truy cập và giải mã nội dung video được phân phát qua hệ thống IPTV, trong khi PC thường được sử dụng để truy cập các dịch vụ Internet Các loại phần mềm được sử dụng trong PC thường phụ thuộc vào loại nội dung truyền hình Internet Ví dụ như, để tải xuống các

chương trình TV từ trên mạng Internet, đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm cần thiết để xem được nội dung đó, hay hệ thống quản lí bản quyền cũng cần để

1.2 Một số đặc tớnh

IPTV cú một số điểm đặc trưng sau:

- Hỗ trợ truyền hỡnh tương tỏc (Interactive TV): khả năng của hệ thống IPTV cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ phõn phối đầy đủ cỏc ứng dụng của truyền hỡnh tương tỏc Cỏc dạng dịch vụ IPTV cú thể được phõn phối bao gồm chuẩn truyền hỡnh trực tiếp, truyền hỡnh hỡnh ảnh chất lượng cao HDTV (High Definition Television), cỏc trũ chơi tương tỏc và truy cập Internet tốc độ cao

- Dịch thời gian (Time-Shift TV): IPTV kết hợp với một bộ ghi hỡnh video

số cho phộp dịch chuyển thời gian để xem nội dung chương trỡnh, đõy là một kỹ thuật ghi hỡnh và lưu trữ nội dung để cú thể xem lại sau

- Tớnh cỏ nhõn: một hệ thống IPTV từ đầu cuối đến đầu cuối (end-to-end)

hỗ trợ thụng tin cú tớnh hai chiều và cho phộp người sử dụng xem cỏc chương trỡnh theo sở thớch, thúi quen… hay cụ thể hơn là cho người sử dụng xem cỏi gỡ

họ muốn vào bất kỳ lỳc nào

- Yờu cầu băng thụng thấp: để thay thế cho việc phõn phối mọi kờnh cho mọi người sử dụng, cụng nghệ IPTV cho phộp cỏc nhà cung cấp dịch vụ chỉ phõn phối cỏc kờnh mà người sử dụng đó yờu cầu Đõy là đặc điểm hấp dẫn cho phộp cỏc nhà khai thỏc mạng bảo toàn được băng thụng của họ

- Nhiều thiết bị cú thể sử dụng được: việc xem nội dung IPTV khụng giới hạn cho Tivi Khỏch hàng cú thể sử dụng PC của họ và cỏc thiết bị di động để truy cập cỏc dịch vụ IPTV

1.3 Cấu trúc mạng IPTV

1.3.1 Khái quát về hệ thống IPTV

Hình 1.1 Mô hình tổng quát IPTV 1.3.2 Các thành phần chính

Một giải pháp IPTV hoàn chỉnh bao gồm ít nhất 6 yếu tố: Content Creator, Server streaming, Chuyển mạch Media, mạng IP băng rộng, Set-Top Box và Middleware:

Hình 1.2 Hệ thống IPTV điển hình

- Content Creator: là một thiết bị đầu cuối và hoạt động như một gateway (cổng ra vào) truyền thông Đầu tiên, nội dung video chuyển tới Content Creator trước khi được phân phối qua mạng Nếu tín hiệu đến ở dạng analog nó sẽ mã hoá thành tín hiệu số (MPEG) Nếu tín hiệu đến là dạng số như DVB-S, nó sẽ giải điều biến, tách kênh và chuyển mã các luồng tín hiệu Luồng dữ liệu (chương trình) từ Content Creator được gửi đến các Streaming Server

- Streaming Server: đặt tại headend thực hiện nhiều chức năng trong hệ thống Chúng nhận các nội dung số mới được mã hóa từ Content Creator, truyền tiếp hoặc lưu lại, các server này lưu giữ nội dung được mã hóa theo kỹ thuật số

và chuyển nó qua mạng IP băng rộng Streaming server cũng có chức năng đáp ứng sự tương tác với các thuê bao và các yêu cầu Nói chung, Streaming Server phải có khả năng triển khai cao, dễ dàng xử lý các lỗi, dung lượng hệ thống lớn

và mức thông lượng cao

- Bộ chuyển mạch (Media switch): là thiết bị điều khiển của cả hệ thống

Nó giám sát và điều khiển sự hoạt động của Content Creator và Streaming Server theo thời gian thực Media Switch cũng theo dõi sự lưu giữ các phần video được phân phối giữa các Streaming Server và nhận các yêu cầu của thuê bao, hướng các mảng (segment) đến Streaming Server và phối hợp hoạt động của Streaming Server Media Switch cung cấp giao diện cho hệ thống quản lý cho phép các nhà vận hành lập cấu hình, giám sát và điều khiển các Streaming Server và Content Creator trong hệ thống

- Mạng IP băng rộng: là mạng truyền tải các luồng dữ liệu Không như các mạng tiêu chuẩn IP cung cấp dịch vụ khác, phiên bản mạng IP băng rộng có dải tần rộng hơn nhiều và nâng cao chất lượng dịch vụ QoS Để truyền phát truyền thông hiệu quả hơn, nó hỗ trợ IP đơn hướng và đa hướng đồng thời hỗ trợ streaming IP và điều khiển các giao thức Đường trục của một hệ thống như vậy

là mạng cáp với chuyển mạch lớp 3 Mạng phân phối “last mile” có thể là bất cứ phương thức băng rộng nào, bao gồm cả DSL hoặc FTT[x]

- Set-Top Box (STB): nhận các luồng tín hiệu và giải mã nó để hiển thị trên màn hình tivi STB nhận các luồng tín hiệu qua thiết bị CPE (Customer premise equipment) như một modem ADSL Ngoài ra, nó cung cấp một giao

diện người sử dụng để khách hàng có thể tương tác với các server video Cuối cùng, STB cung cấp một giao diện analog cho các TV analog - đang phổ biến hiện nay- vì vậy nó mang lại sự chuyển đổi dễ dàng từ tivi analog lên TV kỹ thuật số

- Middleware: Middleware chỉ phần mềm tích hợp các phần khác nhau của giải pháp TV/IP Middlewarre được thiết lập dọc chuỗi media streaming, khởi đầu ở headend và tới nhà của khách hàng dưới dạng phần mềm chạy trên IP/STB Middleware kiểm soát các phần sau:

+ Quản lý tài sản media (Media Asset Management - MAM)

Phần mềm cho phép các nhà quản lý dịch vụ media quản lý nội dung, phân bố và kiểm soát quyền dữ liệu MAM bao gồm quản lý kênh và thời gian biểu Các giải pháp MAM cũng cho phép các nhà điều hành sắp xếp chương trình và cập nhật tỷ lệ xem Ở end – point các giải pháp MAM cho phép khách hàng sáng tạo các profile xem theo sở thích, theo dõi thói quen và thông tin, chi phí và thực hiện quyền kiểm soát của cha, mẹ

+ Hóa đơn (Billing)

Toàn bộ model kinh doanh của các dịch vụ truyền hình số và media dựa trên khả năng làm hóa đơn tiên tiến Các giải pháp hóa đơn cần có khả năng theo dõi sự sử dụng riêng dựa trên việc phân phối nội dung tương tác khách hàng Các giải pháp tính hóa đơn được tích hợp với các giải pháp middleware khác

+ Chương trình (programming)

Là phần mềm quản lý điều khiển (control) chương trình khách hàng mà chương trình này nhắm tới một người hoặc một nhóm khách hàng riêng Thông thường hướng dẫn chương trình được nạp xuống và được cập nhật đều đặn

+ An ninh và truy cập có điều kiện

An ninh là phần quan trọng của giải pháp streaming qua hình thức truy cập có điều kiện (bảo đảm nội dung chỉ được xem bởi những người có quyền) và bảo vệ chống lại vi phạm bản quyền Các giải pháp truy cập có điều kiện dùng các thuật toán để mật mã hóa và xáo trộn nội dung Nội dung được mật mã hóa ở head – end và được giải mã bởi smart card trong STB ở end – point

1.3.3 Một số thành phần khác

- Video Server: dùng để lưu trữ và truyền tiếp.Video Server lưu trữ những nội dung đã mã hóa và stream nó qua thiết bị lớp 3 qua cơ sở hạ tầng mạng Video Server nhận những content được mã hóa mới được upload từ MGW Server Để thực hiện được điều này, MGW Server mã hóa tất cả những kênh trong ngày và upload lên video server Những khách hàng thuê bao có thể xem lại tất cả những kênh này vào một thời gian thích hợp của họ

- Bộ ghép kênh truy cập đường dây thuê bao số DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer): là một thiết bị có thể tập hợp nhiều kết nối thuê bao ADSL - có thể nhiều tới hàng trăm thuê bao - và tụ lại trên một kết nối cáp quang Sợi cáp quang này thường được nối tới thiết bị gọi là BAS - Broadband Access Server, nhưng nó cũng có thể không nối trực tiếp tới BAS vì BAS có thể được đặt tại bất cứ đâu

DSLAM là thiết bị đặt ở phía tổng đài, là điểm cuối của kết nối ADSL

Nó chứa vô số các Modem ADSL bố trí về một phía hướng tới các mạch vòng

và phía kia là kết nối cáp quang

DSLAM kết nối với những thuê bao xDSL tới mạng trục và sau đó tới headend Khi phân phối IPTV, DSLAM phải hỗ trợ truyền multicast nếu không thì thiết bị switch hay router phải tạo số kênh tương ứng cho số lần yêu cầu Điều này sẽ dẫn đến nguyên nhân gây tắc nghẽn tại đầu vào của DSLAM

- CPE (Customer Premises Equipment): Thiết bị được đặt tại thuê bao để nhận các stream TV/IP Thường CPE là thiết bị modem DSL Thiết bị modem DSL nhận các stream từ DSLAM hay thiết bị lớp III và truyền trực tiếp tới PC

để hiển thị ra màn hình hay tới IP STB

- Cấu hình đầu cuối (End-point Configuration): Những IPTV stream được cung cấp tới modem Modem truyền các stream MPEG2 hay MPEG4 tới IP STB

để giải mã các stream này để hiển thị trên TV Những stream MPEG4 có thể hiển thị trên các máy PC bằng chương trình Window Media Player

- Hệ thống quản lý bản quyền số DRM (Digital Rights Management): DRM giúp nhà khai thác dịch vụ bảo vệ nội dung của mình Các biện pháp của

hệ quản lý này bao gồm việc mã hóa các tín hiệu truyền hình hay nội dung VoD bằng khóa bảo mật khi truyền đi trên mạng Internet đồng thời tích hợp với tính năng an ninh tại bộ giải mã Set-Top Box (STB) ở phía thuê bao Những nội dung tải lên máy chủ nội dung sẽ được mã hóa trước bằng hệ thống DRM và nó cũng chỉ mã hóa nội dung Broadcast để bảo mật sự phân bố đến Set-Top Box (STB)

Hệ thống cũng có chức năng hỗ trợ mã khóa cho các trụ sở - Head End và cung cấp khóa mật mã cho các Head End này Hệ thống DRM chứa khóa cho phần nội dung của một cơ sở dữ liệu khóa đồng thời bí mật phân phối cơ sở dữ liệu này tới Set-Top Box (STB) Hệ thống DRM cũng hỗ trợ thêm vào phần nội dung các chức năng thủ thuật trong khi xem (tua nhanh, tua lại …)

Hệ thống DRM dựa trên các khái niệm của hệ thống cơ sở hạ tầng khóa công cộng PKI (Public Key Infrastructure) PKI dùng các thẻ kỹ thuật số X.509

để xác nhận mỗi thành tố trong hệ thống DRM đồng thời để mã hóa an toàn dữ liệu có dùng các khóa chung/riêng

1.4 Các loại hình dịch vụ triển khai

IPTV cung cấp tín hiệu truyền hình kết hợp với mạng IP băng rộng Rất nhiều các ứng dụng này có thể được cung cấp ở mức giá thấp hơn so với giá cung cấp nội dung truyền hình thương mại chính thống – cho phép các nhà cung cấp có sức cạnh tranh hơn Một số ứng dụng quan trọng của hệ thống IPTV:

1.4.1 Video theo yêu cầu:

Với truyền hình truyền thống, người xem không có các phương tiện để có thể lựa chọn xem những chương trình yêu thích của họ Trừ khi họ thu lại chương trình sử dụng bằng VCR (Video Cassette Recorder) hoặc PVR (Personal Video Recorder), người xem phải gắn chặt với lịch phát sóng chặt chẽ của đài truyền hình và không thể đồng thời xem các chương trình trên các đài khác Với IPTV, một lượng lớn nội dung chương trình có thể được lưu lại trong các video

server, bao gồm phim, thể thao, ca nhạc, giáo dục và các nội dung khác Người xem có thể tìm kiếm và xem chương trình yêu thích của họ bất cứ lúc nào Thêm vào đó, chương trình phát sóng trên tất cả các kênh có thể được lưu lại trên video server trong một thời gian, ví dụ như một tuần Người xem được cung cấp một giao diện để xem những chương trình này khi thuận tiện với sự kiểm soát như với PVR

1.4.2 Chương trình truyền hình được cá nhân hóa:

Dựa trên các mục các chương trình khách hàng đã xem hoặc chương trình yêu thích của khách hàng, hệ thống IPTV có thể tạo ra một danh sách các chương trình được cá nhân hóa cho từng thuê bao Thuê bao có thể dễ dàng xem

và chọn trong các nội dung phù hợp với sở thích và phong cách của mình Vì vậy, IPTV có thể giúp thời gian ngồi trước tivi của khách hàng trở thành khoảng thời gian có giá trị

1.4.3 Truyền hình tương tác:

Truyền hình tương tác là ứng dụng trực tiếp nhất của IPTV Khách hàng

có thể xem các chương trình truyền hình như với truyền hình cáp truyền thống nhưng với một số chức năng thêm như tương tác và phản hồi ý kiến trực tuyến

Với truyền hình truyền thống, khách hàng là những người xem bị động và không có sự lựa chọn về nội dung chương trình phát sóng Nếu, ví dụ như họ đang xem trận đấu bóng rổ và muốn xem lại một cảnh hấp dẫn đã được phát trước đó vài giây, những người xem truyền hình truyền thống không thể làm được điều này Với IPTV, thuê bao có thể có sự kiểm soát đầy đủ như với PVR đối với chương trình Người xem có thể kiểm soát nội dung phát sóng sử dụng những phím điều khiển từ xa đơn giản như Play, Stop, Tua, Tạm dừng và Tua nhanh Trở lại ví dụ ở trên, với IPTV, những fan bóng đá có thể xem lại những cảnh hấp dẫn bao nhiêu lần tuỳ thích, và sau đó tua nhanh để bắt kịp một trận đấu trực tiếp

1.4.4 Quảng cáo tương tác (IAd):

Khả năng tương tác của hệ thống IPTV cho phép quảng cáo tương tác (IAd) IAd cho phép người xem truyền hình mua một sản phẩm khi đang xem quảng cáo, yêu cầu một catalog hoặc yêu cầu tư vấn và có thể bày tỏ ý kiến của

họ về sản phẩm hoặc dịch vụ đang được quảng cáo Người quảng cáo có thể thu hút khách hàng sử dụng các hình thức khuyến mại, tặng phẩm và và các hình thức quảng cáo khác Họ cũng có thể thu thập các phản hồi từ người xem để hoàn thiện chương trình quảng cáo

1.4.5 Theo dõi qua video:

Một số khách hàng cần giám sát một số site cụ thể, thu lại video để sử dụng sau Ví dụ, sở cảnh sát lắp đặt một số camera để giám sát giao thông và các

xe vi phạm luật Trong trường hợp này, đơn giản họ có thể kết nối các camera vào mạng IPTV và giám sát hàng trăm địa điểm trong phòng điều khiển Nếu cần thiết, người sử dụng có thể sử dụng và điều khiển camera để theo dõi những đối tượng tuỳ theo yêu cầu Ứng dụng này dựa trên Video Server để lưu hình ảnh video Nó tiết kiệm cho người sử dụng tiền mua các thiết bị thu hình đắt tiền

1.4.6 Tin tức thời sự và thời tiết theo yêu cầu:

Hệ thống IPTV cũng cho phép cung cấp các chương trình đặc biệt như tin tức và thời tiết theo yêu cầu Với dịch vụ này, thuê bao có thể xem các tin tức đã phát trước tuỳ theo yêu cầu và theo ý thích của họ Ví dụ như, tin tức thời tiết theo yêu cầu, một thuê bao có thể tìm tin tức thời tiết và nhận các chương trình gần nhất hoặc vừa được update chỉ bằng cách nhấn phím trên điều khiển từ xa

1.4.7 Thương mại điện tử và các ứng dụng Internet:

Những ứng dụng này phổ biến ở dạng không phải là hình ảnh video nhưng chúng có thể được nâng cao sử dụng các công nghệ truyền dẫn tương tự như IPTV Khi có những ứng dụng ví dụ như Internet trên tivi, sẽ khá dễ dàng sử dụng những ứng dụng như HTML hoặc XML

Khả năng này dẫn đến những cơ hội mang lại nguồn doanh thu mới cho các công ty điện thoại Ví dụ, một người đang xem tivi có thể bấm điều khiển từ

xa tivi để yêu cầu một mặt hàng từ câu lạc bộ shopping gia đình và nhà cung cấp dịch vụ có thể nhận hoa hồng từ câu lạc bộ shopping gia đình để cung cấp dịch

vụ này

Bằng việc sử dụng máy quay MPEG, người sử dụng còn có thể xem các chương trình truyền hình truyền thống trên máy tính Khả năng này có thể có lợi cho các doanh nghiệp trong việc cung cấp sản phẩm hoặc đào tạo nhân lực hoặc cho các trường học thực hiện việc giáo dục từ xa - cả hai chức năng này được xây dựng trên các module video và máy tính tích hợp Thêm vào đó, các dịch vụ IPTV cho phép các khách hàng cung cấp các ứng dụng này trên máy tính đáp ứng lại với một chương trình quảng cáo trên tivi Thêm nữa, quá trình này có thể mang lại các nguồn thu nhập mới cho các nhà cung cấp dịch vụ điện thoại

1.4.8 Truyền hình độ phân giải cao HDTV:

IPTV hoàn toàn là một giải pháp kỹ thuật số truyền hình video Nó sử dụng một loạt các công nghệ mã hóa, giải mã và streaming video để phát các chương trình truyền hình qua mạng IP Với cơ cấu quản lý lỗi và QoS, IPTV cung cấp hình ảnh sắc nét hơn truyền hình truyền thống tới các khách hàng Thêm vào đó, các công nghệ mã hóa video được sử dụng trong IPTV có thể nén các tín hiệu video ở mức bit thấp một cách hiệu quả cho phép người xem xem các hình ảnh video và audio chất lượng cao qua các mạng hiện có

1.5 Vấn đề phân phối IPTV

1.5.1 Các giải pháp kỹ thuật cho truyền thông Internet

- IP Unicast : được sử dụng để truyền dữ liệu (hay gói dữ liệu) từ một máy phát đến một máy thu đơn giản

Hình 1.3 Mô hình Unicast

- IP Broadcast : sử dụng để gửi dữ liệu từ một máy phát đến toàn bộ mạng con Subnetwork

- IP Multicast : được dùng để cung cấp dữ liệu từ một máy phát đến một nhóm các máy thu được cài đặt theo một cấu hình thống nhất, các thành viên của một nhóm này có thể thuộc các mạng phân tán khác nhau

Hình 1.4 Mô hình Multicast

- IP Simulcast : là một giải pháp mang tính cách mạng mới được phát triển bởi hãng Pipe Dream Inc Công nghệ mới này bao gồm giao thức truyền thông Internet IP Simulcast, các thuật toán nén video và audio mới cho phép truyền phát dữ liệu video và audio thời gian thực tại các tốc độ bịt rất thấp mà vẫn đảm bảo chất lượng ảnh và âm thanh khá cao, hình ảnh được hiển thị trên toàn bộ màn hình

Hình 1.5 Mô hình Simulcast Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác nhau được tạo ra bởi các loại dịch vụ trên nền IP khác nhau như IPTV và truy cập Internet tốc độ cao Với mỗi loại dịch vụ có những đặc điểm riêng về nội dung, vì thế cần phải có những phương thức phân phối thích hợp Đối với các ứng dụng truyền thông Internet cho truyền hình, hình thức phân phối dữ liệu một đến nhiều điểm là cần thiết, trong đó dòng dữ liệu cần được truyền đi từ một máy phát đến nhiều máy thu đồng thời, nhưng không được phép đi đến toàn bộ mạng con Vì lý do này nên

giải pháp IP Broadcast thường không được sử dụng trong truyền hình Internet Các ứng dụng truyền hình Internet hiện nay thường sử dụng phương pháp IP Unicast và IP Multicast và IP Simulcast, trong đó IP Multicast hiện là giải pháp phổ biến nhất hiện nay Tuy nhiên do các ưu điểm hơn hẳn của mình, giải pháp

IP Simulcast được dự báo sẽ là công nghệ chủ yếu của truyền hình Internet trong vài năm sắp tới

1.5.1.1 Unicast

Một số ứng dụng truyền thông Internet cho truyền hình giai đoạn đầu đã

sử dụng phương pháp truyền dữ liệu IP Unicast Trong trường hợp này, các truyền tải theo dòng được định hướng kết nối được sử dụng để phân phối dữ liệu đến mỗi máy thu một cách riêng lẻ

Hình 1.6 Giải pháp truyền thông IP Unic Các ứng dụng này hiện còn mang nhiều hạn chế và hiện nay ít được ứng dụng vì những lý do sau :

- Băng thông của mạng bị lãng phí

- Dịch vụ không thể mở rộng phục vụ khi số lượng máy thu tăng lên

- Không thể sử dụng trong các thiết bị giới hạn thời gian, do sự cung cấp đến mỗi máy thu phải theo trình tự xếp hàng

1.5.1.2 Multicast

Phương pháp IP Multicast cũng cho phép truyền dữ liệu từ một máy phát sender đến nhiều máy thu, nhưng không giống như IP Unicast, con số các bản sao (copy) dữ liệu giống nhau để truyền đi được giảm ở mức tối thiểu Tất cả các máy thu của một nhóm multicast (lớp mạng D) được cài đặt cấu hình giống nhau Máy phát sender truyền một gói IP đến một địa chỉ multicast và cho phép

gửi chuyển tiếp một bản copy của gói dữ liệu đến máy chủ của mỗi nhóm Nhờ vậy con số các bản copy dôi ra quá mức cần thiết truyền đến các mạng cấp dưới (subnet) được giảm thiểu và IP Multicast có hiệu quả hơn IP Unicast, do tiết kiệm được nhiều băng thông máy chủ server

Hình 1.7 Giải pháp truyền thông IP Multicast Giao thức được sử dụng trong truyền thông IP Multicast được thực hiện tại các Router mạng, không phải trong các máy chủ Server Các Router mạng tự động tạo ra một bản copy của mỗi gói multicast cho mỗi máy thu Việc định tuyến trong truyền thông IP Multicast đòi hỏi các Router đặc biệt : các router trung gian giữa máy phát sender và các máy thu receiver cần phải có khả năng IP Multicast

IP Multicast không phải là một phương thức truyền thông kết nối định hướng : máy phát sender gửi dữ liệu đến nhiều máy thu thông qua giao thức gói

dữ liệu người dùng UDP (User Datagram Protocol) UDP cũng là một giao thức thuộc lớp giao vận (Transport Layer) như TCP Nhưng khác với TCP, UDP là loại giao thức không liên kết, không đòi hỏi phải thiết lập liên kết logic giữa hai thiết bị trao đổi thông tin với nhau, mà cho phép truyền số liệu thông qua số hiệu cổng mà không cần thiết lập một phiên kết nối logic Khả năng này cho phép rút ngắn được thời gian truyền số liệu, nhưng lại không đảm bảo chắc chắn gói dữ liệu được gửi đi sẽ đến đích Nếu mỗi lỗi xuất hiện trong quá trình truyền thì gói

dữ liệu sẽ bị huỷ bỏ Việc phục hồi các gói dữ liệu bị mất sẽ được thực hiện thông qua các yêu cầu phản hồi đến máy phát sender (Điều này tất nhiên sẽ làm cho sơ đồ truyền thông phức tạp hơn hình trên và nảy sinh yêu cầu băng thông mạng cao hơn)

Trong nhiều trường hợp, khi các máy thu nằm trong các mạng con được ngăn cách với các mạng Internet bằng các bức tường lửa (fire wall), những bức tường lửa này cần được có khả năng và được cài đặt cấu hình cho phép các dòng

IP Multicast đi qua

Hình 1.8 Mạng truyền thông với các phần tử có khả năng IP Multicast

Để có thể thu được và hiển thị các dòng truyền thông IP Multicast các máy thu cần đáp ứng các yêu cầu sau :

- Hỗ trợ truyền thông (truyền và nhận dữ liệu) IP Multicast theo nhóm giao thức TCP/IP

- Cài đặt phần mềm hỗ trợ giao thức mạng Internet IGMP để gửi các yêu cầu hủy bỏ hay tham gia kết nối multicast đến các máy thu multicast trong nhóm

- Card giao diện mạng có thể lọc một cách hiệu quả các địa chỉ lớp kết nối

dữ liệu mạng Lan được ánh xạ từ n địa chỉ

1.5.1.3 Simulcast

IP Simulcast là một giải pháp mới để truyền dữ liệu trên Internet từ một máy phát sender đồng thời đến nhiều máy thu Nó có những ưu điểm cơ bản so với IP Unicast và IP Multicast, giải quyết được những hạn chế của IP Multicast

IP Simulcast sử dụng mô hình truyền thông mới, gọi là mô hình máy chủ - phát lại (repeater-server model) Trong mô hình này, máy chủ (Server) sẽ quản lý và

kiểm soát sự kết nối lẫn nhau giữa các máy phát lại (Repeaters) Với kỹ thuật này máy chủ server giống như một máy chủ server thông thường, nhưng các máy phát lại repeater (máy thu) được bổ xung thêm tính năng của máy chủ ngoài những tính năng máy khách thông thường Điều này có nghĩa là mỗi máy thu không chỉ hiển thị dòng dữ liệu cho người xem, mà còn truyền phát lại dòng dữ liệu đến hai máy khách client khác đứng sau nó

So với IP Multicast, IP Simulcast giúp làm giảm bớt số máy chủ (máy phát sender) cần thiết bằng việc phân tải cho mỗi máy thu (receiver -khách hàng) Mỗi máy thu trở thành một máy phát lại, truyền đi tiếp nội dung mà nó nhận được đến hai máy thu ở phía sau (child receiver), tạo thành một mô hình truyền thông hình tháp (Broadcast pyramid)

(a) : Mạng con subnet (b) : Cấu trúc hình cây mở rộng bắt nguồn từ MR1

Hình 1.9 Cấu trúc hình cây mở rộng trong IP Multicast

Phương pháp này sẽ làm giảm một cách đáng kể băng thông server cần thiết trên mạng, do máy chủ server chỉ cần gửi một bản copy dữ liệu, sau đó dữ liệu lại được copy lại và chuyển tiếp bởi máy thu đứng ngay sau nó Do không cần các chi phí phục vụ dịch vụ dự phòng để đảm bảo băng thông cố định cho các máy thu (trong trường hợp này cũng đồng thời là máy phát), nên chi phí cho truyền thông IP Simulcast thấp hơn trong trường hợp IP Multicast Hơn nữa IP Simulcast cũng không yêu cầu thêm bất cứ thiết bị mạng đặc biệt nào (như các

bộ định tuyến Router) để triển khai các dịch vụ truyền thông như trong IP Multicast

Số máy thu trong tháp truyền thông tăng theo biểu đồ hình cây nhị phân, nếu tháp có 1 tầng thì có 2 khách hàng, nếu có 2 tầng thì sẽ có 6 khách hàng…

và nếu có n tầng thì sẽ có 2n(n-1)+2 khách hàng Các máy thu/phát lại (repeater/receiver) thực hiện các chức năng máy trạm thông thường, bao gồm sửa lỗi và phát hiện mất kết nối IP Simulcast cho phép thực hiện việc truyền phát các gói dữ liệu có đảm bảo Đây là khả năng mà kỹ thuật IP Multicast không thể đáp ứng được và do vậy các dịch vụ sử dụng kỹ thuật này khó có khả năng sửa lỗi Các gói tin bị mất sẽ bị bỏ qua, hay cần bổ sung băng thông server

để thực hiện các yêu cầu sửa lỗi Điều này làm chi phí băng thông server tăng cao Như vậy, có thể thấy điểm đặc biệt của truyền thông IP Simulcast nằm trong mối quan hệ giữa các chức năng server, máy phát lại và máy khách Các chức năng này được thực hiện hoàn toàn trên các thiết bị đầu cuối (máy chủ server, máy khách client) và không phụ thuộc vào khả năng của các thiết bị mạng Internet, trong đó các server chỉ thực hiện hai chức năng cơ bản là :

- Truyền phát dòng truyền thông

- Tạo các kết nối, các liên kết làm nhiệm vụ phát lại/máy thu (repeater/receivers) và duy trì truyền thông IP Simulcast

Các máy khách làm nhiệm vụ phát lại bao gồm hai modul chức năng:

- Modul phát chuyển tiếp (Repeater-client) thu nhận dòng dữ liệu truyền thông và phát lại một cách tương tác dòng dữ liệu này cho máy khách client đứng sau nó Ngoài ra, nó còn thực hiện các chức năng máy khách client truyền thông bao gồm : kết nối, thu nhận dữ liệu, quản lý bộ nhớ trung gian buffer, giải nén các dữ liệu, sửa lỗi, hiển thị và phát hiện tổn thất kết nối

- Modul phát sửa lỗi (Repeater-sender) phát lại (rebroadcast) dữ liệu đáp ứng yêu cầu sửa lỗi từ các máy khách mà nó nhận được Nó cũng thực hiện chức năng phát đi các yêu cầu sửa lỗi trong các chương trình mà nó thu được

1.5.2 So sánh các phương thức truyền dẫn

a) IP Unicast: như đã đã trình bày ở trên, do các nhược điểm lãng phí băng thông, khó mở rộng dịch vụ khi con số khách hàng tăng lên, nhất là trong

các dịch vụ bị giới hạn về thời gian (như truyền hình online), nên IP Unicast không thật sự thích hợp cho dịch vụ truyền hình trên môi trường mạng

b) IP Multicast: so IP Unicast, truyền thông IP Multicast cho phép phân phối dữ liệu từ một điểm đến nhiều điểm với hiệu quả băng thông cao hơn rất nhiều, nhưng vẫn tồn tại một số vấn đề như:

- Các bộ định tuyến trung gian (Router) cần phải có khả năng multicast

- Yêu cầu cao về tính năng và cấu hình các tường lửa trong các mạng con subnet (tính năng thiết bị và năng lực quản trị mạng);

- Vấn đề độ tin cậy và khả năng kiểm soát lỗi truyền dữ liệu;

- Các yêu cầu liên quan đến các máy thu: cần có Card mạng và phần mềm

hỗ trợ IP Multicast…

Nhìn chung, đối với các dịch vụ truyền hình trực tuyến trên môi trường mạng có nhu cầu mở rộng không lớn lắm, IP Multicast vẫn là phương thức truyền thông phổ biến hiện nay

c) IP Simulcast: So với các giải pháp truyền thông IP Unicast và IP Multicast, giải pháp IP Simulcast cho một số ưu điểm hơn hẳn như:

- Chi phí đầu tư thấp hơn nhiều so với các giải pháp khác do không có các yêu cầu đặc biệt liên quan đến các máy chủ server, thiết bị mạng nói riêng và hạ tầng kỹ thuật mạng nói chung

- Độ linh hoạt hệ thống tốt, cho phép xây dựng một giải pháp mạng tổng thể với khả năng nâng cấp và mở rộng hệ thống trong một thời gian dài

- Chất lượng dịch vụ khá cao: cho đến nay IP Simulcast là giải pháp duy nhất được thiết kế để truyền thông video trực tuyến trong môi trường Internet, cho phép sửa lỗi và kiểm soát chất lượng thu ngay trong quá trình hoạt động thời gian thực mà không cần thêm bất kỳ chi phí bổ sung băng thông nào Đây là điều

mà những giải pháp truyền thông video thời gian thực trên mạng phổ biến hiện nay chưa đáp ứng được

Hạn chế duy nhất của IP Simulcast (so với các giải pháp hiện có) là yêu cầu tương đối cao về cấu hình máy trạm Căn cứ vào sự phát triển của công nhệ thông tin (công nghiệp phần cứng) hiện nay, yêu cầu này không còn là vấn đề kinh tế khó giải quyết đối với các khách hàng trong thời gian tới

IP Simulcast là kỹ thuật tiên tiến để truyền thông dữ liệu thời gian thực

trên Internet Giải pháp này cho phép đưa tin một cách nhanh chóng, có hiệu quả

các sự kiện lớn trên mạng Internet mà không cần chi phí đầu tư bổ sung cho

server và băng thông mạng Con số các máy trạm kết nối Internet được phục vụ

bởi dịch vụ truyền thông IP Simulcast hầu như không bị hạn chế Cùng với các

kỹ thuật nén video tiên tiến như MPEG 4 AVC/H.264, IP Simulcast đang hứa

hẹn sẽ là giải pháp thích hợp cho các dịch vụ truyền hình (video) online trên

mạng Internet với qui mô lớn, mật độ khách hàng dày đặc

1.6 Một số giao thức sử dụng trong truyền thông đa phương tiện trên

mạng Internet

SI Media Streams System Layer

IGMP

IP Physical, Data, and Link Layers Hình 1.10 Mô hình phân lớp các giao thức Giao thức là một tập các tiêu chuẩn để trao đổi thông tin giữa hai hệ thống

máy tính với nhau, các chuẩn này được sử dụng và chi phối quá trình truyền

thông trên mạng Tất cả các máy tính có liên quan đến một quá trình truyền

thông đều phải được cài đặt và tuân thủ cùng những tiêu chuẩn như nhau để

tránh sai lỗi

Internet là một tập hợp các mạng máy tính được nối kết và truyền thông

với nhau trên cơ sở giao thức chung TCP/IP Các chương trình truyền hình trực

tuyến trên mạng Internet sẽ hiển thị cho người xem trên những máy tính và các

thiết bị hiển thị khác nhau, được nối Internet qua các mạng con khác nhau Vì

vậy các giao thức và chuẩn kỹ thuật sử dụng cho truyền thông truyền hình trực

tuyến cần phải được chấp nhận và có khả năng truyền thông trên tất cả các thiết

bị và mạng này

Bước đột phá tạo nên cuộc cách mạng trong lĩnh vực video (và cả audio) trực tuyến đó là sự xuất hiện các giao thức truyền dẫn Internet mới như UDP (User Datagram Protocol), RTP (Realtime Tranfer Protocol), và RTSP (RealTime Streaming Protocol) cho phép truyền nội dung audio/video trên Internet hiệu quả hơn các giao thức Internet truyền thống trước đây Một số giao thức và chuẩn kỹ thuật đang được sử dụng phổ biến trong là :

1.6.1 Giao thức UDP (User Datagram Protocol)

Trước khi có UDP, dữ liệu được truyền trên web chủ yếu dùng giao thức TCP (Transmission Control Protocol) TCP được thiết kế nhằm đảm bảo độ tin cậy và toàn vẹn thông tin cho việc truyền dữ liệu, email, các trang web HTML trên mạng Internet Cơ chế sửa lỗi của TCP đảm bảo truyền chính xác từng bit

dữ liệu, luôn cố gắng gửi lại gói dữ liệu bị trục trặc (do sự cố đường truyền hoặc

lý do kỹ thuật nào đó) trước khi gửi tiếp gói khác, vì vậy gây nên thời gian trễ lớn và ảnh hưởng đến chất lượng audio/video Về nguyên tắc chúng ta vẫn có thể thực hiện video streaming với các giao thức HTTP (HyperText Transport Protocol) hay FTP (File Transfer Protocol), nhưng do các giao thức này vẫn dựa giao thức truyền thống TCP nên cũng không thích hợp cho việc truyền video trực tuyến vốn có yêu cầu cao về yếu tố thời gian

Giao thức UDP được thiết kế ưu tiên cho việc truyền dữ liệu liên tục hơn

là nhằm đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu, vì vậy đặc biệt thích hợp cho việc truyền phát online trên mạng Không giống giao thức TCP, khi gói dữ liệu video truyền theo giao thức UDP bị trục trặc (hoặc bị mất), máy chủ vẫn gửi tiếp các gói dữ liệu khác Phương thức này cũng phù hợp với nguyên tắc cảm nhận của tri giác con người, cho phép bỏ qua những sai biệt nhỏ do không nhận biết được hay do nằm trong mức độ chấp nhận được (ví dụ như mất một vài âm tiết hay khung hình, giống như hiện tượng nhiễu trong truyền dẫn tín hiệu truyền hình)

1.6.2 Giao thức truyền tải thời gian thực RTP (Real-time Transport Protocol) và giao thức kiểm soát thời gian thực RTCP (Real-time Control Protocol)

Internet là mạng truyền thông không đảm bảo, tức là không chắc chắn 100% gói dữ liệu sẽ gửi đến đích RTP là một giao thức tạo khả năng đồng bộ và sửa lỗi nhằm khắc phục vấn đề tổn thất và trễ dữ liệu RTP cũng xác định một định dạng cho việc mã hoá audio và video để thúc đẩy sự liên lạc giữa các nền chuẩn máy tính, các hệ thống vận hành, các sản phẩm phần mềm ứng dụng khác nhau Nhờ các trường dữ liệu đặc biệt được đáng dấu thời gian và có chứa các thông tin về trình tự phân đoạn dữ liệu, các máy tính thu dữ liệu có thể sử dụng trường này để tái tạo các đặc tính thời gian của dòng dữ liệu Nhờ qui định thống nhất cách thức truyền dữ liệu đa phương tiện thời gian thực từ máy này sang máy khác trên mạng nên giao thức truyền tải thời gian thực RTP có khả năng xử lý các dòng dữ liệu liên tục, mô phỏng phân bố tương tác, các chương trình ứng dụng điều khiển Giao thức này được ứng dụng khá phổ biến trong các dịch vụ như nhận biết loại thanh toán, đánh số thứ tự, đánh dấu thời gian, và giám sát việc truyền dữ liệu…

Một giao thức khác liên quan đến RTP là giao thức kiểm soát thời gian thực RTCP Đây là giao thức kiểm soát trạng thái của dòng truyền thông thời gian thực Bằng việc sử dụng RTCP, các báo cáo thu và phát được truyền đi liên tục trong suốt thời gian truyền thông sao cho các ứng dụng giao thức RTP có thể thu được các báo cáo RTCP về việc dữ liệu RTP hiện đang được cung cấp như thế nào Cả hai giao thức trên được đưa ra bởi IETF (Internet Engineering Task Force)

1.6.3 Giao thức dòng dữ liệu thời gian thực RTSP (Real-Time Streaming Protocol)

RTSP là giao thức mức ứng dụng để kiểm soát việc cung cấp và lưu trữ nội dung của các dữ liệu có đặc tính thời gian thực trên Internet và Intranet, RTSP được phát triển bởi Real Networks, Netscape, Columbia University và được IETF chuẩn hoá RTSP có thể truyền âm thanh và hình ảnh trực tiếp hay

được thu từ trước Cho phép tương tác hai chiều hỗ trợ cho IP Multicast với chi phí truyền thông thấp, độ an toàn cao… RTSP hiện đang có trên các nền máy tính phổ biến hiện nay

Giao thức dòng dữ liệu thời gian thực RTSP (Real-Time Streaming Protocol) tương tự như giao thức HTTP được mô tả:

Hình 1.11 Phương thức vận hành của HTTP 1.6.4 Giao thức quản lý nhóm Internet IGMP (Internet Group Management Protocol)

Hình 1.12 Phương thức vận hành của IGMP Một tập hợp các quy luật và các thủ tục tồn tại như phần mềm trong một

bộ nhớ điều hành của thiết bị mạng IGMP được các thiết bị IP (chẳng hạn như các máy tính cá nhân được nối mạng) sử dụng để thông báo các thành viên nhóm phát đa hướng của chúng tới một bộ định tuyến phát đa hướng lân cận Điều này

hỗ trợ các bộ định tuyến trong việc nhận dạng tự động các thiết bị mà chúng đang chọn đường cho các dữ liệu đi và tới

IGMP được các máy chủ IP sử dụng để thông báo các thành viên nhóm phát đa hướng của chúng tới một bộ định tuyến phát đa hướng (multicast router) liền kề

1.6.5 Một số giao thức khác

Ngoài ra còn có một số các giao thức định tuyến Multicast khác có thể là: PIM-SSM hoặc PIM-SM dựa trên giao thức định tuyến trong (IGP) hoặc P2MP LSP (Point To Multipoint Lable Switched Path) được sử dụng Trong đó, PIM-

SM thường được khuyến cáo áp dụng khi số lượng nguồn dữ liệu multicast trong mạng lớn hoặc địa chỉ IP của nguồn multicast thường xuyên thay đổi hay không xác định trước Vì vậy, dịch vụ thoại, hội nghị truyền hình và chơi game qua mạng thường dùng giao thức muticast PIM-SM Trong khi giao thức PIM-SSM hoặc P2MP LSP được khuyến cáo sử dụng cho dịch vụ IPTV

- PIM (Protocol Independent Multicast) là giao thức định tuyến phát đa hướng dùng để phân phối phát đa hướng trong môi trường có định tuyến

- PIM-SM (Protocol Independent Multicast – Sparse mode): sử dụng một điểm tập hợp (RP - rendezvous point) cho nhà phân phối khi phát đa hướng sử dụng để xác nhận các thông tin về nguồn và nhóm phát đa hướng

- PIM-SSM (Protocol Independent Multicast – Source specific multicast): không sử dụng điểm tập hợp (RP - rendezvous point) mà hoạt động theo phương thức đơn – đa điểm là phương thức rất phù hợp và hiệu quả cho hệ thống IPTV

- Interior Gaterway Protocol (IGP) - giao thức cổng nội tại: Giao thức Internet được sử dụng để trao đổi thông tin định tuyến trong phạm vi một hệ thống tự tại (độc lâp) Thí dụ về các IGP Internet phổ biến bao gồm IGRP (Interior Gateway Routing Protocol), OSPF (Open Shortest Path First), và RIP (Routing Information Protocol)

1.7 Kết luận

So với các dịch vụ truyền hình truyền thống kể cả hình thức dịch vụ có nhiều nét tương đông, IPTV mang lại nhiều dịch vụ mới mẻ và hứu hẹn một khả năng đáp ứng được một lúc nhiều yêu cầu từ phía người sử dụng Dựa trên cở sỏ

hạ tầng mạng có sẵn hoặc có thể với hạn tầng mạng băng rộng mà chỉ trong

tương lai gần sẽ đạt được, IPTV càng khẳng định thế cạnh tranh cả về mặt kỹ thuật và thương mại

CHƯƠNG 2 CÁC KỸ THUẬT PHÂN PHỐI MẠNG IPTV

Hiện nay IPTV được nhìn nhận như là con đường tốt nhất để phân phối các dịch vụ truyền hình kỹ thuật số cho khách hàng Bản chất của IPTV là một mạng phân phối tốc độ cao được làm nền móng để phân phối nội dung Mục đích của mạng này là truyền tải dữ liệu từ trung tâm dữ liệu của các nhà cung cấp dịch vụ đến thiết bị khách hàng Nó cần làm việc này mà không ảnh hưởng tới chất lượng của luồng video được phân phối tới thuê bao IPTV, nó cũng quyết định cấu trúc mạng và độ phức tạp được yêu cầu để hỗ trợ các dịch vụ IPTV

Cấu trúc một mạng IPTV có hai phần quan trọng là mạng truy cập hay Access

Network và mạng tập trung hay Core Network Các loại mạng mở rộng khác

bao gồm các hệ thống cáp, điện thoại cáp đồng, mạng không dây và vệ tinh có thể được sử dụng để phân phối các dịch vụ mạng IPTV tiên tiến

Hình 2.1 Mô hình kiến trúc IPTV 2.1 Các loại mạng truy cập băng rộng

Một thách thức cơ bản đặt ra đối với các nhà cung cấp dịch vụ là việc cung cấp đủ dung lượng băng thông trong mạng “sống” giữa mạng lõi Core Network và thiết bị đầu cuối tại nhà thuê bao (Home Network) Có một số định

nghĩa được sử dụng để diễn giải về loại mạng này như mạng mạch vòng (local loop), mạng “last mile”, mạng biên (edge) Nhưng ở đây xin sử dụng định nghĩa

là mạng truy cập (Access Network) Và trong giới hạn của luận văn cũng chỉ xin

đề cập tới các mạng truy cập có dây Có bốn loại mạng truy cập (có dây dẫn) khác nhau có khả năng cung cấp đủ các yêu cầu về băng thông của dịch vụ IPTV là:

2.2 IPTV phân phối trên mạng truy cập cáp quang

Đối với IPTV thì yêu cầu về băng thông lớn nhưng chi phí hoạt động phải thấp và tránh được các can nhiễu Do đó, người ta quan tâm tới việc sử dụng mạng cáp quang đang có sẵn để triển khai các dịch vụ IPTV Các liên kết cáp quang cung cấp cho khách hàng đầu cuối một kết nối chuyên dụng tốt nhất để thuận tiện cho việc tiếp nhận nội dung IPTV Các công nghệ về sản xuất sợi quang gần đây cho khả năng băng thông lớn hơn, từ đó có thể thực thi một trong các cấu trúc mạng sau:

- Cáp quang tới khu vực văn phòng (FTTRO – Fiber to the regional office): sợi quang từ trung tâm dữ liệu IPTV tới khu vực văn phòng một cách gần nhất được lắp đặt bởi các công ty viễn thông hoặc công ty cáp Sau đó sợi cáp đồng sẽ được sử dụng để truyền tín hiệu tới người dùng đầu cuối IPTV trong khu vực văn phòng đó

- Cáp quang tới vùng lân cận (FTTN – Fiber to the neighborhood): như ta

đã biết sợi quang được tập trung tại các node, FTTN đòi hỏi thiết lập sợi quang

từ trung tâm dữ liệu IPTV tới bộ chia “vùng lân cận” Đây là vị trí node cókhoảng cách nhỏ hơn 1,5 Km tính từ nhà thuê bao Việc triển khai FTTN cho phép người dùng nhận một gói các dịch vụ trả tiền bao gồm truyền hình IPTV, truyền hình chất lượng cao và video theo yêu cầu

- Cáp quang tới lề đường (FTTC – Fiber to the curd ): sợi quang được lắp đặt từ trung tâm dữ liệu IPTV tới các tủ cáp được đặt tại lề đường Từ đó một sợi dây cáp đồng hoặc cáp đồng trục được sử dụng để nối từ đầu cuối cáp quang trong tủ cáp tới vị trí thiết bị IPTV của nhà thuê bao

- Cáp quang tới nhà khách hàng (FTTH – Fiber to the home): với sợi quang tới nhà khách hàng, toàn bộ các định tuyến từ trung tâm dữ liệu IPTV tới nhà khách hàng đều được kết nối bởi sợi quang này FTTH dựa trên mạng quang

có khả năng phân phối dung lượng dữ liệu cao tới người sử dụng trong hệ thống FTTH là hệ thống thông tin song kênh và hỗ trợ tính năng tương tác của các dịch

Kết cuối đường quang OLT bao gồm cáp quang và các bộ chia quang để định tuyến lưu lượng mạng tới các kết cuối mạng quang ONT

- Cáp quang: kết cuối OLT và các ONT khác nhau được kết nối với nhau bằng cáp quang Với truyền dẫn bằng cáp quang thì can nhiễu thấp và băng thông cao Theo tiêu chuẩn G.983 cho phép mạng PON truyền các tín hiệu ánh sáng được số hóa với khoảng cách tối đa là 20 Km mà không sử dụng bộ khuếch đại

- Bộ chia quang: Bộ chia quang được sử dụng để chia tín hiệu tới thành những tín hiệu đơn lẻ mà không thay đổi trạng thái của tín hiệu, không biến đổi quang - điện hoặc điện – quang Bộ chia quang cũng được sử dụng để kết hợp nhiều tín hiệu quang thành một tín hiệu quang đơn Bộ chia quang cho phép 32

hộ gia đình chia sẻ băng thông của mạng FFTx

Cáp quang và bộ chia quang là các thiết bị thụ động, việc sử dụng các thiết bị thụ động để truyền dẫn các bước sóng qua mạng mà không cần cung cấp nguồn từ xa để giảm chi phí vận hành và bảo dưỡng

Hình 2.2 Mạng IPTV FTTH sử dụng công nghệ PON

Mục đích chính của ONT là cung cấp cho các thuê bao IPTV một giao diện với mạng PON Nó nhận luồng tín hiệu dạng ánh sáng, giám sát địa chỉ được gán trong các gói tin và chuyển đổi thành tín các tín hiệu điện Kết cuối ONT có thế định vị ở bên trong hoặc bên ngoài nhà thuê bao, được cung cấp nguồn từ trong nhà và bao gồm các mạch vòng (bypass) cho phép điện thoại vẫn hoạt động bình thường khi nguồn bị hỏng Phần lớn các kết cuối ONT gồm có

một giao diện Ethernet cho đường dữ liệu, một cổng RJ-11 cho kết nối vào hệ thống điện thoại gia đình và một giao diện cáp đồng trục để cung cấp các kết nối tới Tivi Kết cuối ONT cũng làm nhiệm vụ chuyển đổi dữ liệu thành tín hiệu quang để truyền trên mạng PON

Có 3 công nghệ mạng PON là BPON, EPON và GPON hỗ trợ cả truyền hình vô tuyến truyền thống và IPTV Chi tiết cụ thể của mỗi công nghệ được tìm hiểu trong các phần sau

2.2.1.1 BPON (BroadbandPON)

Mạng quang thụ động băng rộng BPON dựa trên tiêu chuẩn G.983 của ITU-T Đây là topology mạng FTTx hỗ trợ các tốc độ dữ liệu lên đến 622 Mbps cho hướng xuống và 155 Mbps cho hướng lên Như vậy, đây là phương thức truyền bất đối xứng, do luồng dữ liệu xuống trong truyền dẫn point-to-point là giữa OLT và ONT, ngược lại đường lên là từ ONT được sinh ra tại các khe thời gian để truyền dẫn dữ liệu.Việc gán các khe thời gian làm giảm bớt sự xung đột lưu lượng giữu các ONT trên mạng; tuy nhiên nó làm giảm toàn bộ tốc độ dữ liệu của kênh thông tin hướng lên Lưu ý rằng BPON cũng có thể được cấu hình

để hỗ trợ lưu lượng dữ liệu đối xứng

BPON sử dụng chuyển mạch ATM như là giao thức vận chuyển Các mạng dựa trên nền ATM hầu hết đều phân phối các ứng dụng dữ liệu, thoại và video ở tốc độ cao Chuyển mạch ATM chia tất cả thông tin truyền đi thành các block nhỏ gọi là các cell, vì thế nó là công nghệ có tốc độ rất cao Các cell được

cố dịnh kích thước, mỗi cell có 5 byte header và trường thông tin chứa 48 byte

dữ liệu Trường thông tin của cell ATM mang nội dung IPTV, ngược lại header chứa thông tin thích hợp để thực hiện chức năng là giao thức ATM

ATM đã được phân loại như là giao thức định hướng kết nối, các kết nối giữa đầu thu và đầu phát đã được thiết lập trước để truyền dữ liệu video IP trên mạng Khả năng giữ trước băng thông để cho các ứng dụng nhạy với độ trễ là một đặc tính khác của mạng ATM Đây là đặc tính thường được sử dụng để phân phối các dịch vụ IPTV

Việc phân phối các kênh riêng biệt cho các dịch vụ khác nhau giúp loại bỏ được can nhiễu

2.2.1.3 GPON

Mạng quang thụ động GPON là hệ thống truy cập dựa trên tiêu chuẩn G.984 của ITU-T GPON về cơ bản là nâng cấp cho BPON, GPON hỗ trợ cho các tốc độ truyền dẫn hướng xuống cao hơn, cụ thể là 2,5 Gbits hướng xuống và 1,5 Gbits hướng lên, đây là các tốc độ đạt được cho khoảng cách lên tới 20 km Ngoài ra GPON còn hỗ trợ các giao thức như Ethernet, ATM và SONET, và các đặc tính bảo an được cải tiến

GPON cung cấp các hỗ trợ đa giao thức cho phép các nhà khai thác mạng tiếp tục cung cấp cho khách hàng các dịch vụ viễn thông truyền thống, trong khi cũng dễ dàng giới thiệu các dịch vụ mới như IPTV vào hạ tầng mạng của họ Bảng 2.1 tóm tắt đặc tính của các công nghệ mạng PON được sử dụng để truyền tải tín hiệu IPTV

Với sự quan tâm phát triển công nghệ mạng PON trong tương lai thành mạng truy cập dịch vụ đầy đủ, IEEE tiếp tục phát triển mạng PON thế hệ tiếp theo Tại thời điểm này, đã bắt đầu có hai công nghệ mạng PON mới đó là WDM-PON và 10G-PON

Bảng 2.1 So sánh các công nghệ mạng PON: BPON, EPON và GPON 2.2.2 Mạng quang tích cực

Mạng quang tích cực AON (Active optical network) sử dụng các thành phần điện giữa trung tâm dữ liệu IPTV và đầu cuối người dùng Trong thực tế, cấu trúc mạng AON sử dụng các chuyển mạch Ethernet đặt tại vị trí giữa trung tâm dữ liệu IPTV và điểm kết cuối của mạng cáp quang

2.3 IPTV phân phối trên mạng ADSL

Trong một vài năm gần đây có một số lớn các công ty điện thoại trên khắp thế giới tuyên bố tham gia vào thị trường IPTV Sự tham gia của các công ty viễn thông vào thị trường đầy tiềm năng này, dẫn đến kết quả là các nhà cung cấp truyền hình cáp và mạng băng rộng không dây đưa ra các dịch vụ thoại và truy cập Internet để cạnh tranh Đáp lại, các công ty viễn thông đang nắm giữ thuận lợi là hạ tầng mạng DSL bắt đầu đưa ra các dịch vụ truyền hình thế hệ tiếp theo cho thuê bao của họ Chú ý rằng DSL là công nghệ cho phép các nhà cung cấp viễn thông phân phối các dịch vụ băng thông lớn trên sợi dây cáp đồng đang dùng chỉ để truyền thoại Nó làm biến đổi hạ tầng mạng cáp điện thoại đang tồn tại giữa tổng đài nội hạt và điện thoại nhà khách hàng thành đường dây số tốc độ cao Đây là khả năng cho phép các công ty điện thoại sử dụng mạng đang có của

họ để cung cấp các dịch vụ dữ liệu Internet tốc độ cao cho thuê bao

Băng thông là một vấn đề quan trọng trong việc phân phối các dịch vụ IPTV thế hệ mới Một số mạng băng rộng dựa trên DSL hiện có được kế thừa từ các chuẩn DSL, nó không chỉ đơn giản là có khả năng hỗ trợ các dịch vụ video tốc độ cao Hầu hết các mạng đó bị hạn chế trong việc phân phối luồng dữ liệu

IP tới mỗi hộ gia đình Trong một số trường hợp nó không thể gửi tín hiểu truyền