DSpace at VNU: Nghiên cứu truyền hình IPTV trong mạng thông tin điện lực PLC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Đức Quyết NGHIÊN CỨU TRUYỀN HÌNH IPTV TRONG MẠNG THƠNG TIN ĐIỆN LỰC PLC Ngành: Cơng nghệ điện tử - viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử thông tin liên lạc Mã số: 2.07.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Hồ Văn Sung Hà Nội – 2006 Lời cảm ơn Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng đến gia đình, thầy bạn bè đồng nghiệp ủng hộ giúp đỡ tơi suốt q trình thực đề tài này, đặc biệt TS Hồ Văn Sung người tận tình hướng dẫn tơi hồn thành cơng trình Tơi xin trân trọng cảm ơn Nguyễn Đức Quyết Lời cam đoan Tôi xin cam đoan đề tài nội dung luận văn không trùng lặp với cơng trình khác Học viên Nguyễn Đức Quyết MỤC LỤC Nội dung Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục hình vẽ Danh mục bảng biểu Thuật ngữ viết tắt MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH IPTV 1.1 IPTV 1.2 Ưu điểm IPTV 1.3 Nhu cầu thực tế IPTV 1.4 Lựa chọn chuẩn nén tín hiệu video cho IPTV 1.5 Chuẩn nén tín hiệu video nâng cao H264/AVC 1.5.2 Các ứng dụng H264/AVC 1.5.3 Cấu trúc phân lớp H264/AVC 1.5.4 Đặc điểm H264/AVC CHƢƠNG 2: MẠNG PLC TỐC ĐỘ CAO 2.1 Giới thiệu 2.2 Lịch sử PLC 2.3 Kênh PLC 2.4 Mô kênh PLC 2.5 So sánh DS-SS OFDM 2.6 Những ứng dụng khả thi PLC 2.7 Các công ty sản xuất ứng dụng PLC 2.8 Thực thi hệ thống PLC 2.9 Qúa trình điều khiển lỗi 2.9.1 Dừng đợi ARQ 2.9.2 Go-back-N ARQ 2.9.3 Selective repeat ARQ 2.10 Thiết kế hệ thống PLC 2.10.1 Thiết kế giao thức 2.10.2 Giao thức truy cập 2.10.3 Giao thức kết hợp giữa CSMA và ARQ Trang i ii iii v vii vii 3 8 10 10 16 25 25 25 27 28 30 31 34 35 37 37 38 39 40 40 41 43 2.10.4 Cấu trúc gói dữ liệu 2.11 Tách sóng đa người dùng cho MC-DS-CDMA mạng thông tin điện lực 44 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG IPTV TRONG MẠNG THÔNG TIN PLC 53 53 54 58 58 60 60 60 61 62 64 69 3.1 Chuẩn HomePlug AV 3.1.1 Kiến trúc hệ thống HPAV 3.1.2 Mặt phẳng điều khiển MAC 3.1.3 Mặt phẳng liệu MAC 3.1.4 Lớp hội tụ 3.1.5 Vấn đề bảo mật HPAV 3.1.6 Tính đa mạng HPAV 3.2 Chip INT6000 hãng Intellon 3.2.1 Các đặc tính INT6000 3.2.2 Kiến trúc INT6000 3.3 Mơ hình ứng dụng IPTV modem PLC tốc độ cao 3.4 Nghiên cứu mô hình ứng dụng modem PLC tốc độ cao Corinex AV200 3.4.1 Đặc tính AV200 3.4.2 Cấu hình mạng AV200 3.4.3 Ứng dụng AV200 mạng phân phối IPTV gia đình 3.5 Mơ hình thử nghiệm modem PLC tốc độ cao với hệ thống IPTV 3.6 Kết thử nghiệm truyền IPTV hộ gia đình KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo 45 70 71 72 74 77 82 91 93 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thiết bị IPTV Hình 1.2: Các thành phần IPTV Hình 1.3: Mạng phân phối IPTV Hình 1.4: trình phát triển chuẩn ISO ITU-T Hình 1.5: Ưu điểm H264/AVC so với MPEG-2 MPEG-4 ASP Hình 1.6: Cấu trúc phân lớp H264/AVC Hình 1.7: Các bán ảnh khung Hình 1.8: Cấu trúc 4:2:0 Hình 1.9: Cấu trúc mã hóa H264/AVC Hình 1.10: Sơ đồ mã hóa H264/AVC Hình 1.11: Sơ đồ giải mã H264 Hình 1.12: Bù chuyển động Hình 1.13: Tham chiếu đa ảnh Hình 1.14: Các mode dự đốn INTRA 4x4 Hình 1.15: Dự đốn ảnh I Hình 1.16: Loại bỏ phần dư thừa khơng gian Hình 1.17: Ma trận Hadamard sử dụng biến đổi Hình 1.18: Thứ tự truyền hệ số Hình 1.19: Mã hóa Entropy Hình 1.20: Phương pháp mã hóa CAVLC CABAC Hình 1.21: Sơ đồ mã hóa chi tiết CABAC Hình 2.1 : Sơ đồ khối hệ thống phát OFDM Hình 2.2 : Sơ đồ khối hệ thống thu OFDM Hình 2.3 : Kiến trúc phân tầng UCA Hình 2.4: Mơ hình hệ thống PLC Hình 2.5: Dừng đợi Hình 2.6: Sơ đồ hoạt động Go back N Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động Selective repeat ARQ Hình 2.8 : Sơ đồ khối hệ thống phát TDMA Hình 2.9 : Sơ đồ khối hệ thống thu TDMA Hình 2.10: Cấu trúc gói liệu PLC Hình 2.11: Mã hóa đa người dùng hệ thống MC-CDMA 4 10 11 12 13 14 15 16 17 18 18 20 21 21 22 22 23 23 28 29 33 36 38 39 40 42 42 44 49 Hình 2.12 : Sơ đồ Turbo cho giải điều chế giải mã Hình 3.1: So sánh chuẩn HomePlug Hình 3.2 : Sơ đồ kiến trúc hệ thống HPAV Hình 3.3 : Sơ đồ thu phát HPAV OFDM Hình 3.4 : MAC MPDU Hình 3.5 : Mạng láng giềng Hình 3.6: Chip INT6000 Hình 3.7 : Kiến trúc INT6000 Hình 3.8 : Giao diện PCI Hình 3.9 : Giao diện MBI Hình 3.10: Giao diện Ethernet Hình 3.11 : Giao diện MPEG-TS Hình 3.12: Mơ hình cung cấp dịch vụ IPTV cho hộ gia đình Hình 3.13: Mơ hình cung cấp dịch vụ TriplePlay Hình 3.14 : Modem Corinex AV200 dạng để bàn Hình 3.15: Modem Corinex AV200 dạng gắn tường Hình 3.16 : Sơ đồ ứng dụng AV200 mạng gia đình Hình 3.17: Trang xác thực mật Hình 3.18 : Mạng IPTV tổng quan Hình 3.19 : Mạng phân phối IPTV Hình 3.20 : Tín hiệu IPTV tách trước đưa vào mạng Home Hình 3.21 : Mạng phân phối IPTV gia đình Hình 3.22 : Kết nối dùng modem PLC tốc độ cao Hình 3.23: Mơ hình ứng dụng IPTV hộ gia đình Hình 3.24 : Mơ hình thực nghiệm IPTV với set-top-box PC Hình 3.25 : Thiết lập thông số cho máy chủ video VLC Hình 3.26 : Thiết lập thơng số VLC client Hình 3.27 : Video phân giải SDTV (704x576) Hình 3.28 : Thơng số SDTV Hình 3.29 : Video phân giải cao HDTV 720p (1280x720) Hình 3.30 : Thơng số HDTV Hình 3.31 : HDTV Hình 3.32: Thơng số video Audio Hình 3.33: Mơ hình thử nghiệm Hình 3.34: Kết đo phòng 50 53 55 56 59 60 61 64 65 66 67 68 69 70 70 71 72 73 74 75 75 76 76 77 77 78 78 79 79 80 80 81 81 82 83 Hình 3.35: Chất lượng video khơng bị suy giảm Hình 3.36: Đồ thị băng thơng tầng Hình 3.37: Kết đo tầng Hình 3.38: Chất lượng video khơng bị suy giảm Hình 3.39: Băng thơng modem đặt tầng khác phòng Hình 3.40: Kết đo tầng 1-2 Hình 3.41: Chất lượng video khơng bị suy giảm Hình 3.42: Băng thơng modem đặt tầng tầng Hình 3.43: Kết đo tầng 1-3 Hình 3.44: Chất lượng video khơng bị suy giảm truyền từ tầng 13 Hình 3.45: Đồ thị băng thông modem đặt tầng tầng Hình 3.46: Bản mạch AV200 Hình 3.47: Mạch ghép nối AV200 Hình 3.48: AV200 gắn tường 90 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 62 62 63 CÁC ĐỊNH NGHĨA HOẶC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN Auto Connection Service Asymmetric Digital Subcriber Line Advanced Encryption Standard Analog Front End Automatic Gain Controller 89 90 Hình 3.50: Máy tính phía thu ACS ADSL AES AFE AGC 88 88 89 89 Hình 3.49: Máy tính phía phát Bảng 1.1: Bảng so sánh dịch vụ cung cấp dạng truyền hình Bảng 3.1: Đặc tính vật lí INT6000 Bảng 3.2: Đặc tính điện INT6000 Bảng 3.4: Sử dụng cơng nghệ OFDM, TDMA, CSMA/CA 83 84 84 85 85 86 86 87 87 ATS AVC AVLN BPL BPSK CCo CDMA CF CID CL CM Arrival Time Stamp Advance Video Coding HomePlug AV Logical Network Broadband over Powerline Binary Phase Shift Keying Central Coordinator Code division multiple access Contention Free Connection ID Convergence Layer Connection Manager Collision Sense Multiple Access/Collision CSMA/CA Avoidance CSPEC Connection Specification DAK Device Access Key DNL Discovered Networks List DSL Discovered Station List EAP Extensible Authentication Protocol FDM Frequency Division Multiplexing FEC Forward Error Control FFT Fast Fourier Transform HDTV High Definition Television HLE Higher Layer Entity HPAV HomePlug AV IFFT Inverse Fast Fourier Transform INL Interfering Network List IPTV Internet Protocol Television MAC Medium Access Control MPDU MAC Protocol Data Unit MPEG Moving Picture Experts Group MPLS Multi Protocols Label Switching MSDU MAC Service Data Unit NEK Network Encryption Key NMK Network Membership Key NN Neighboring Network NPW Network Password OFDM PB PCF PCo PHY PLC PPDU QAM QoS SACK SAP SDTV SNR SOF STA TCC TDM TDMA TXOP VLAN Orthogonal Frequency Division Multiplexing PHY Block Persistent Contention Free Proxy Coordinator Physical Layer Power Line Communication PHY Protocol Data Unit Quadrature Amplitude Modulation Quality of Service Selective Acknowledge Service Access Point Standard Definition Television Signal-to-Noise Ratio Start of Frame Station Turbo Convolutional Code Time Division Multiplexing Time Division Multiple Access Transmit Opportunity Virtual LAN Tài liệu tham khảo : [1] Ahmad R S Bahai and Burton R Saltzberg, (2002), “Multi-Carrier Digital Communications Theory and Applications of OFDM”, Kluwer Academic Publishers [2] Corinex, (2005), "Corinex AV200 Mbps for perfect IPTV Quality" [3] Deepshikha Garg and Fumiyuki Adachi, (2004), “Performance Comparison of Turbo-coded DS-CDMA, MC-CDMA and OFDM with Frequency-domain Equalization and Higher-level Modulation”, Dept of Electrical and Communications Engineering Tohoku University, Sendai, Japan [4] Heidi Steendam, (2004), “The Effect of Timing Jitter on MC-DS-CDMA”, Member, IEEE, and Marc Moeneclaey, Fellow, IEEE [5] HomePlug® Powerline Alliance, Inc., 2005: “ HomePlug AV White Paper” [6] Huaiyu Dai, (2003): “Iterative Multiuser Detection for DS-CDMA/MCCDMA Powerline Communications”, Department of Electrical and Computer Engineering, NC State University, Raleigh, NC 27695-751, H Vincent Poor, Department of Electrical Engineering, Princeton University, Princeton, NJ 08544 [7] Iain E G Richardson, (2002) “H.264/MPEG-4 Part 10”, Vcodex [8] Intellon, (2005), “Hybrid Solution Enables Triple Play” [9].Intellon, (2005), “INT6000, HomePlug® AV MAC/PHY Transceiver” [10] Intellon, (2005), “IPTV Distribution in Home Networks” White paper [11] Joint Video Team (JVT), (2002) “Draft ISO/IEC 14496-10” [12] K Fazel, (2003): “Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems”, Marconi Communications GmbH Germany and S Kaiser German Aerospace Center (DLR) Germany [13] Kamil Sh Zigangirov, (2004): “Theory of code division multiple access communication” A John Wiley & Sons, Inc., Publication [14] Naduvathuparambil Biju, (2002), “Telecommunications for a Deregulated Power Industry”, Master of Science in Electrical Engineering, pp 92-117 [15] Sebastian Prot, Kent Palmkvist, 2002, “Communications System Simulation Using Simulink”, Electronic Systems, Dept EE, LiTH [16] Ramasamy Venkatasubramanian, (2003): “Beamforming for MC-CDMA”, Master of Science in Electrical Engineering [17] Thomas Wiegand, Gary J Sullivan, Gisle Bjontegaard, and Ajay Luthra, (2003), “Overview of the H.264 / AVC Video Coding Standard” IEEE transactions on circuit and system for video technology [18] Tom McMahon, (2002) “The Emerging H.264/AVC Video Coding Standard”, DGFX, Inc  ... quan Hình 3.19 : Mạng phân phối IPTV Hình 3.20 : Tín hiệu IPTV tách trước đưa vào mạng Home Hình 3.21 : Mạng phân phối IPTV gia đình Hình 3.22 : Kết nối dùng modem PLC tốc độ cao Hình 3.23: Mơ hình. .. MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Thiết bị IPTV Hình 1.2: Các thành phần IPTV Hình 1.3: Mạng phân phối IPTV Hình 1.4: trình phát triển chuẩn ISO ITU-T Hình 1.5: Ưu điểm H264/AVC so với MPEG-2 MPEG-4 ASP Hình. .. gói dữ liệu 2.11 Tách sóng đa người dùng cho MC-DS-CDMA mạng thông tin điện lực 44 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG IPTV TRONG MẠNG THÔNG TIN PLC 53 53 54 58 58 60 60 60 61 62 64 69 3.1 Chuẩn HomePlug AV