Ứng dụng của chuẩn nén trong công nghệ IPTV luận văn tốt nghiệp đại học

1 Trờng Đại học vinh Khoa ĐIệN Tử VIễN THÔNG ===== ===== Đồ áN tốt nghiệp ĐạI HọC Đề tài: ứng dụng của chuẩn nén trong CÔNG NGHệ iptv Giảng viên hớng dẫn : ThS. Lê đình công Sinh viên thực hiện : nguyễn bùi thành Lớp : 47k - đtvt Vinh, 5/2011 LỜI NÓI ĐẦU Lời đầu tiên em chân thành cảm ơn Thầy giáo Thạc sĩ Lê Đình Công đã nhiệt huyết hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp đại học này. Em xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô trong khoa Điện tử Viễn thông Đại học Vinh. Những người đã nhiệt tình giảng dạy và giúp đỡ em về mặt kiến thức để em có thể thực hiện tốt đồ án. Đồng gửi lời cảm ơn chân thành tới tập thể các bạn trong lớp 47K ĐTVT đã giúp đỡ nhiệt tình trong thời gian qua. Đồ án hoàn thành đúng tiến độ là do sự cố gắng không biết mệt mỏi của em trong suốt thời gian qua. Tuy nhiên do công nghệ IPTV là công nghệ đang mới, khả năng kiến thức còn hạn chế nên trong cách trình bày cũng như lập luận đang còn nhiều sai sót không thể tránh khỏi. Mong thầy cô và các bạn thông cảm và cùng nhau đóng góp ý kiến sửa chữa để đồ án của em thành một tài liệu tham khảo cho mọi người muốn tìm hiểu về công nghệ truyền hình IPTV. Em xin chân thành cảm ơn! Sinh viên thực hiện Nguyễn Bùi Thành 2 MỤC LỤC CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ DỊCH VỤ IPTV 1 1.1. Khái niệm IPTV 2 1.2. Dịch vụ và ứng dụng IPTV .3 1.2.1. Dịch vụ truyền hình quảng bá 3 1.2.2. On Demand - Dịch vụ theo nhu cầu 5 1.2.3. Interactive - Dịch vụ tương tác 7 1.2.4. Dịch vụ thông tin và truyền thông .9 1.2.5. Các dịch vụ gia tăng khác 11 1.3. Cấu trúc mạng IPTV .12 1.3.1. Cơ sở hạ tầng mạng IPTV .12 1.3.2. Cấu trúc chức năng IPTV 14 1.4. Phân phối IPTV 16 1.5. Công nghệ cho IPTV 17 1.5.1. Vấn đề xử lý nội dung 17 1.5.2. VoD và Video server .18 1.5.3. Các hệ thống hỗ trợ hoạt động .21 TÓM TẮT 22 CHƯƠNG 2. CÁC KỸ THUẬT PHÂN PHỐI MẠNG IPTV .24 2.1. IPTV phân phối trên mạng truy cập cáp quang 24 2.1.1. Mạng quang thụ động 25 2.1.2. Mạng quang tích cực 30 2.2. IPTV phân phối trên mạng ADSL 30 2.2.1. ADSL .31 2.2.2. ADSL2 .33 2.2.3. VDSL .34 2.3. IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp 37 2.3.1. Tổng quan về kỹ thuật HFC .37 3 2.3.2. IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp .38 2.4. IPTV phân phối trên mạng Internet 41 2.4.1. Các kênh truyền hình Internet Streaming 41 2.4.2. Download Internet .43 2.4.3. Chia sẻ video ngang hàng 44 2.5. Các công nghệ mạng lõi 44 2.5.1. ATM và SONET/SDH .45 2.5.2. IP và MPLS 46 2.5.3. Metro Ethernet .48 TÓM TẮT 49 CHƯƠNG 3. CHUẨN NÉN SỬ DỤNG TRONG IPTV .50 3.1. Nén MPEG 50 3.1.1. Quá trình nén MPEG .50 3.1.2. Các ảnh trong chuẩn nén MPEG 53 3.2. Chuẩn nén MPEG 2 55 3.3. Chuẩn nén MPEG 4 56 3.4. Chuẩn nén MPEG 4 Part 10 60 3.4.1. Cấu trúc phân lớp của H.264/AVC 60 3.4.2. H.264 CODEC .62 3.4.3. Các đặc điểm chính của MPEG-4 Part 10 .65 3.4.4. Ưu điểm của H.264/AVC 72 3.4.5. Các ứng dụng của H.264/AVC 73 TÓM TẮT 74 KẾT LUẬN .75 TÀI LIỆU THAM KHẢO .76 4 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 IPTV Công nghệ của tương lai .1 Hình 1.2 Các dịch vụ IPTV được cung cấp .4 Hình 1.3 Mô hình mạng IPTV end to end .13 Hình 1.4 Cấu trúc chức năng mạng IPTV .14 Hình 1.5 Các kết nối IP unicast cho nhiều user IPTV .16 Hình 1.6 Các kết nối được sử dụng trong kỹ thuật multicast 17 Hình 1.7 Cấu hình hệ thống VoD 19 Hình 1.8 Mô hình triển khai Server .20 Hình 2.1 Mạng IPTV FTTH sử dụng công nghệ PON 27 Hình 2.2 IPTV trên cấu trúc mạng ADSL .32 Hình 2.3 Mạng HFC end-to-end 38 Hình 2.4 Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV .40 Hình 2.5 Cấu trúc mạng các kênh truyền hình Internet .42 Hình 2.6 Hạ tầng mạng lõi IPTV .44 Hình 2.7 Topology mạng lõi MPLS 47 Hình 3.1 Nguyên lý nén MPEG .52 Hình 3.2 Giải nén MPEG .53 Hình 3.3 Cấu trúc ảnh MPEG .54 Hình 3.4 Chuẩn nén MPEG 2 55 Hình 3.5 Tổ hợp khung hình trong MPEG 4 58 Hình 3.6. Cấu trúc mã hóa và giải mã video MPEG 4 59 Hình 3.7 Cấu trúc phân lớp của H.264 .60 Hình 3.8 Sơ đồ bộ mã hóa video H.264/MPEG 4 part 10 63 Hình 3.9 Sơ đồ giải mã video H.264/MPEG 4 part 10 .65 Hình 3.10 Bù chuyển động 66 Hình 3.11 Tham chiếu đa ảnh .66 Hình 3.12 Mode dự đoán thành phần chói 68 5 Hình 3.13 Mode dự đoán 16x16 liên ảnh .68 Hình 3.14 Dự đoán ảnh I 69 Hình 3.15 Loại bỏ dư thừa không gian .70 Hình 3.16 Thứ tự truyền các block trong 71 Hình 3.17 Mã hóa Entropy .71 6 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 So sánh các công nghệ mạng PON: BPON,EPON và GPON .29 Bảng 2.2 So sánh các công nghệ DSL 36 Bảng 2.3 Các chuẩn OC SONET 45 Bảng 2.4 Định dạng MPLS header 46 7 CÁC TỪ VIẾT TẲT ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số bất đối xứng AON Active Optical Network Mạng quang tích cực BPON Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng CAS Conditional Access System Hệ thống truy cập có điều kiện CMTS Cable Modem Termination System Hệ thống kết cuối modem cáp CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm DHCP Dynamic Host Configuration Protocol Giao thức cấu hình host động DRM Digital Rights Management Quản lý quyền nội dung số DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số DSLAM Digital Subscriber Line Access Multiplexer Bộ ghép kênh truy cập dây thuê bao số DVB Digital Video Broadcasting Quảng bá video số DVD Digital Video Disc Đĩa video kỹ thuật số DWDM Dense Wavelength Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo mật độ bước sóng EPG Electronic Program Guide Chỉ dẫn chương trình điện EPON Ethernet PON Mạng quang thụ động ETSI European Telecommunications Standard Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu EVC Ethernet Virtual Connection Kết nối ảo 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 vực GiE Gigabit Ethernet Giao thức Gigabit Ethernet GPON Gigabit PON Mạng quang thụ động Gigabit HD High Definition Định dạng chất lượng HDTV High Definition Television Truyền hình chất lượng HFC Hybrid Fiber Coaxial Hỗn hợp cáp quang/đồng 8 HTTP Hyper Text Transfer Protocol Giao thức vận chuyển văn bản HTTPS Hyper Text Transfer Protocol Secure Giao thức HTTP bảo đảm IP Internet Protocol Giao thức Internet IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức IPTVC D IPTV Cunsumer Device Thiết bị khách hàng IPTV IRD Integrated Receiver Decoder Bộ giải mã đầu thu tích hợp ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU-T International Telecommunications Union – Telecommunication Tổ chức viễn thông quốc tế về các tiêu chuẩn viễn thông LSR Label Switch Router Router chuyển mạch nhãn LIB Label Information Base Cơ sở thông tin nhãn MEF Metre Ethernet Forum Diễn đàn Metro Ethernet MIB Base Information Management Cơ sở thông tin quản lý MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia về ảnh động MPLS Multi-Protocol Label Switching Chuyển mạch nhãn đa thức NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng NTSC National Television System Committee Ủy ban hệ thống truyền hình quốc gia (Mỹ) OC Optical Carrier Sóng mang quang OSS Operational Support System Hệ thống hỗ trợ hoạt động OLT Optical Line Termination Kết cuối đường quang ONT Optical Network Termination Kết cuối mạng quang OSI Open Systems Interconnection Liên kết hệ thống mở PC Personal Computer Máy tính cá nhân PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động PSTN Public Switched Telephone Network Mạng điện thoại chuyển mạch công cộng POTS Plain Old Telephone Service Dịch vụ điện thoại truyền thống đơn giản 9 QoS Quality of Service Chất lượng dịch vụ RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực RTSP Real Time Streaming Protocol Giao thức streaming thời gian thực SD Standard Definition Định dạng chất lượng chuẩn SDH Synchronous Digital Hierarchy Ghép kênh cấp độ số đồng bộ SLA Service Level Agreement Cam kết cấp độ dịch vụ SMIL Synchronized Multimedia Ngôn ngữ tích hợp đa tiện đồng bộ hóa SNMP Simple Network Management Protocol Giao thức quản lý mạng đơn giản SONET Synchronous Optical Network Mạng quang đồng bộ STB Set Top Box Bộ giải mã 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 Network Mạng LAN ảo 10 . 1 Trờng Đại học vinh Khoa ĐIệN Tử VIễN THÔNG ===== ===== Đồ áN tốt nghiệp ĐạI HọC Đề tài: ứng dụng của chuẩn nén trong CÔNG NGHệ iptv Giảng viên. sự quan tâm giúp của thầy cô và mọi người,em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp có tên là “ Công nghệ IPTV và ứng dụng của chuẩn nén trong IPTV . Đồ án này