Bộ chuyển đổi mã video nhận dữ liệu từ máy thu vệ tinh và dữ liệu nội bộ được gán vào các server. Chức năng chính của bộ chuyển mã video là làm phiên dịch giữa các loại mã khác nhau. Server này có thể chuyển đổi các dạng nội dung từ một số mã được xác định trước và cho nội dung đầu ra là MPEG-2, MPEG-4 hoặc một mã riêng do các nhà cung cấp dịch vụ IPTV lựa chọn. Tiến trình chuyển đổi mã sẽ nhận các luồng nội dung đã được mã hóa và chuyển chúng thành một luồng mã khác với tốc độ bit thấp hơn hoặc loại định dạng mà chất lượng không giảm nhiều.
Với bộ chuyển đổi mã này, các luồng khác nhau từ vệ tinh hoặc thông tin quảng cáo nội bộ có thể được gửi tới bộ đóng gói IP dưới dạng các luồng mã hóa theo các chuẩn được ưu tiên hơn. Một số giải thuật được sử dụng để khôi phục lại nội dung gốc, gỡ bỏ một số dữ liệu mà không tốn quá nhiều năng lực xử lý trong tiến trình và tạo ra một luồng nội dung có chất lượng với một chuẩn mã hóa khác.
3.2.5 Server quản lý nội dung
Server quản lý nội dung sẽ điều khiển luồng thông tin từ bộ đóng gói IP và video streaming server, việc lưu trữ tất cả video thích hợp vào kho video hoặc gửi dữ liệu tới hệ thống DRM. Các yêu cầu từ Middleware server có thể được phục vụ bởi server quản lý nội dung. Đây sẽ là dữ liệu yêu cầu hoặc chỉ dẫn phục vụ để giảm bớt khi đi qua video streaming server.
3.2.6 Kho video
Kho video được sử dụng để lưu trữ nội dung chuẩn bị cho các ứng dụng truyền broadcast. Kho lưu trữ bao gồm một thư viện video và thư viện đa phương tiện trên các server, đảm bảo truy cập nhanh chóng và tin cậy nội dung được yêu cầu. Kho video là thành phần lưu trữ tất cả tài sản số thuộc quyền sở hữu của nhà khai thác IPTV. Hầu hết tài sản số sẽ được lưu trữ tại đây, và những người xâm nhập sẽ cố gắng truy cập server này để ăn cắp nội dung. Nội dung thường được lưu trữ mà không có mật mã cơ sở dữ liệu hay bảo vệ DRM. Một số giải pháp DRM sẽ hỗ trợ việc mật mã nội dung trong khi được lưu trữ, và sau đó các key có thể được phân phối tới thuê bao.
Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Các công nghệ truyền hình trên IPTV
Có các phiên bản khác của DRM sẽ không hỗ trợ tùy chọn này, và nội dung sẽ được mật mã trước khi phát broadcast.
3.2.7 Video streaming server
Video streaming server làm theo các lệnh từ Middleware server và VoD server, và nó cũng nhận thông tin từ DRM và server quản lý nội dung với các mã là MPEG-2, MPEG-4 hoặc các mã tương tự được nhà cung cấp dịch vụ IPTV lựa chọn.
Video streaming server cung cấp các nội dung đã được mã hóa và được phân phối tới bộ STB thông qua giao thức TCP/IP. Các thành phần này hỗ trợ TCP và UDP, và tạo luồng multicast phụ thuộc vào dạng ứng dụng và giải pháp được triển khai bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV. Các server khác nhau sẽ có khả năng tạo luồng riêng biệt. Phụ thuộc vào năng lực xử lý, một số server có thể điều khiển vài ngàn thuê bao tại cùng một thời điểm.
3.2.8 Middleware server
Middleware server là mặt trước của hệ thống IPTV. Tất cả các bộ STB đều liên lạc với Middleware server để yêu cầu nội dung riêng biệt. Việc liên lạc thường sử dụng giao thức HTTP. Một chương trình trình duyệt bên trong STB sẽ liên lạc với Middleware server, download hướng dẫn chương trình EPG và gửi các yêu cầu tới Middleware server. Middleware server sẽ ra lệnh cho streaming server gửi nội dung tới đích. Các thuê bao có thể liên lạc thông qua STB và yêu cầu nội dung từ Middlewareclient. Một khi Middleware server đã ra lệnh cho VoD server cung cấp nội dung cho các thuê bao riêng lẻ, thì sau đó STB và VoD server cũng có thể liên lạc với nhau.
IPTV middleware hoạt động như một cầu nối giữa một số hệ thống và các ứng dụng. Chính xác hơn, nó tương tác với DSLAM, các server nội dung, các bộ STB, VoD server, DRM và các ứng dụng kinh doanh giữa các hệ thống khác. Hình 3.3 trình bày cấu trúc middleware và cách thức tương tác của nó với các thành phần lõi mạng IPTV.
Hệ thống IPTV Middleware có hai thành phần chính đó là các chức năng lõi và một số chức năng mạng dựa vào hệ điều hành chuẩn và cung cấp giao diện web để liên lạc với STB. Các chức năng lõi bao gồm quản lý, điều khiển các giao dịch và các phiên đang tồn tại, xác thực user và một số chức năng khác. Các chức năng lõi chịu trách nhiệm duy trì EPG và các chức năng cơ bản khác, cũng như sắp xếp các hoạt động với hệ thống bên ngoài, ví dụ như quản lý nội dung, DRM, VoD và các ứng dụng kinh doanh.
DSLAM SERVER STB VoD & DRM BUSINESS Nội dung Streaming
IPTV middleware
Các chức năng lõi
Các chức năng mạng
Hình 3.3 Cấu trúc hệ thống middleware IPTV
Một số hệ thống bên ngoài tương tác với hệ thống Middleware như sau:
• DSLAM: một số DSLAM cho phép middleware server chia sẻ dữ liệu xác thực với nó, làm thuận tiện cho tiến trình xác thực truy cập của thuê bao mới tới các VLAN nội dung cũng như trao đổi thông tin về vị trí vật lý của bộ STB được thuê bao sử dụng. Middleware cung cấp cho bộ STB thông tin về các VLAN đang tồn tại, STB cần phải gia nhập vào danh sách để truy cập nội dung.
• Server nội dung: Middleware server sẽ nhận thông tin từ server nội dung đối với các nội dung sẵn sàng được sử dụng và sẽ sử dụng thông tin này để chuẩn bị EPG.
• STB : Có một số cấp độ tương tác khác nhau giữa Middleware server và các bộ STB. STB được cấu hình để kiểm tra VLAN tại mỗi thời điểm nó khởi động hệ điều hành của nó. VLAN này sẽ cung cấp các yêu cầu nâng cấp cho hệ điều hành. Một khi Middleware server đã được kiểm tra xong, STB có thể được chỉ dẫn để download các nâng cấp được yêu cầu. Hầu hết các bộ STB sẽ sử dụng trình duyệt web để download EPG và thông tin cơ sở từ Middleware server. Các key DRM và dữ liệu quan trọng khác có thể được cung cấp trực tiếp bởi Middleware server, hoặc STB có thể được hướng dẫn tới ứng dụng DRM để thu được key.
• VoD và streaming: Middleware sẽ nhận các yêu cầu từ STB trên các mục EPG bao gồm nội dung VoD và pay-per-view. Đây sẽ là một tương tác giữa Middleware và VoD để khởi động streaming nội dung unicast tới thuê bao. • Quản lý DRM: ứng dụng Middleware sẽ lấy lại các key và các giấy phép số
được sử dụng bởi STB, trong một số trường hợp STB sẽ tìm đến dữ liệu yêu cầu dữ liệu trực tiếp từ DRM server.
Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Các công nghệ truyền hình trên IPTV
Các ứng dụng kinh doanh: middleware server sẽ tương tác với các ứng dụng kinh doanh để user được xác thực và có hiệu lực, các chức năng lập hóa đơn và thanh toán, và thông tin tài khoản được yêu cầu bởi thuê bao.
3.3 Thiết bị mạng gia đình
3.3.1 Mạng gia đình
Mạng gia đình bao gồm một thiết bị đầu cuối mạng, về cơ bản là điểm truy cập từ mạng. Thiết bị đầu cuối sẽ được kết nối tới modem, modem sẽ chuyển đổi thông tin thành các dạng IP, và trong một số trường hợp một bộ splitter sẽ được sử dụng để cung cấp các dịch vụ thoại nếu mạng điện thoại công cộng được sử dụng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Một gateway sẽ được sử dụng để tách các dịch vụ IP (dữ liệu, video, thoại), và các gateway này thường có firewall, dịch vụ DHCP và các dịch vụ mạng khác được yêu cầu để cải thiện dịch vụ.
Khách hàng yêu cầu một bộ giải mã STB trong hầu hết các trường hợp, và nó sẽ được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ. Trong một số trường hợp, máy tính cá nhân sẽ được sử dụng để kết nối trực tiếp tới mạng mà không cần STB. Ngoài ra còn có các thiết bị khác như kết cuối thoại cho cả mạng PSTN và VoIP, các router truy cập không dây.
Mạng gia đình nằm ngoài phạm vi các cơ chế bảo an được thiết lập bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV.Nhưng sữ có một số thiết bị đứng giữa DSLAM và Tivi, nó chịu trách nhiệm mang lưu lượng an toàn tới STB và giữ liên lạc với nhà cung cấp dịch vụ IPTV để đảm bảo được cấu hình để tránh các truy cập không được xác thực.
3.3.2 Bộ giải mã IP-STB
Bộ giải mã STB dựa trên IP được sử dụng để kết nối IPTV Headend với Tivi. Chức năng chính của thiết bị này là để giải thích và biên dịch các yêu cầu từ thuê bao và gửi các bản tin (dựa trên IP) tới Headend, yêu cầu nội dung hoặc dịch vụ đặc biệt. STB sẽ nhận nội dung được mã hóa và sẽ phải giải mật mã và giải mã chúng để hiển thị trên màn hình Tivi.
Trên hình 3.4 trình bày cấu trúc thông thường của IP-STB, nó bao gồm các thành phần được tham khảo trên các STB tiên tiến hiện nay. Một số mô hình thay thế có thể được tìm thấy với các chức năng cơ bản tương tự. Các phát triển mới của công nghệ sẽ đem lại các thành phần rõ ràng hơn bên trong các bộ STB.
Các thành phần trên STB bao gồm:
• CPU: IP-STB có các chipset với năng lực xử lý và bộ nhớ bị giới hạn nếu so sánh với các chuẩn PC. Các nhà sản xuất lựa chọn các CPU cơ sở để cung cấp đủ năng lực xử lý tốt các chức năng cơ bản và thời gian đáp ứng hợp lý.
IM Email … Web Browser
Middleware client Video Capture Decode Tuner/Video Capture Operating System & Device Driver Read time OS CAS/DRM Support DRM MPEG 2 & 4 Driver Driver
Core System Harware Thiết bị ngoại vi TCP /IP Connectivity
Hình 3.4 Cấu trúc IP - STB
• Core System: phần cứng lõi bao gồm các thành phần điện tử khác nhau hỗ trợ hoạt động của IP-STB, thông tin trao đổi giữa các thành phần, bộ nhớ và hầu hết các tính năng quan trọng của chip chuyên dụng được dùng để lưu trữ các key DRM được yêu cầu để truy cập và cho việc xác thực. Với các chip chuyên dụng được sử dụng để lưu các key, rủi ro của việc truy cập không được xác thực giảm xuống.
• Các thiết bị ngoại vi: có một số thiết bị ngoại vi kết nối tới STB, bao gồm cáp mạng, đầu ra video, thành phần phát tia hồng ngoại để điều khiển từ xa, USB và các công nghệ lưu trữ.
• DRM và CAS: STB yêu cầu thành phần chuyên dụng để giao tiếp với các chức năng liên kết DRM. Nó cần thiết cho việc yêu cầu và nâng cấp các key DRM, giải mật mã nội dung và cung cấp nội dung được mã hóa tới các thành phần khác. Ngoài ra, STB cần xác thực lại bản thân nó với hệ thống truy cập có điều kiện CAS để có thể truy cập nội dung. Nhà cung cấp dịch vụ IPTV phải đảm bảo các ứng dụng DRM và CAS thích hợp được tải vào STB. Yêu cầu đặc biệt này làm nó rất khó cho một thị trường mở các dịch vụ IPTV. Nó không chắc chắn rằng thuê bao có thể tới các switch của nhà cung cấp dịch vụ IPTV mà không cần thay đổi bộ STB. Ngoài ra, nó không chắc chắn bộ tập hợp nội dung có thể hoạt động trong thị trường mà nội dung từ nhiều nhà sản xuất hoặc các nhà cung cấp dịch vụ IPTV, mỗi nhà cung cấp có thể có hệ thống DRM khác nhau. Theo thời gian, các chuẩn sẽ được triển khai để đảm bảo việc tương thích giữa các hệ thống DRM và CAS. Trong lúc đó, thuê bao chỉ được liên kết tới nhà cung cấp dịch vụ IPTV mà họ đăng ký sử dụng.
• Driver cho MPEG-2 & MPEG-4: STB cần một số driver cho chuẩn MPEG-2, MPEG-4 và một số mã khác để giải mã luồng nội dung tới để có thể hiển thị
Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Các công nghệ truyền hình trên IPTV
trên màn hình Tivi. Nhìn chung, các nhà cung cấp dịch vụ IPTV phải đảm bảo các mã thích hợp được tải vào STB. Các mã được sử dụng trên Headend sẽ được tải vào STB.
• Operating System & driver: Các hệ điều hành nhẹ được sử dụng cho các bộ STB. Một số hệ điều hành có bản quyền và nguồn mở được sử dụng cho chức năng này. Một trong những điểm tiên tiến của các hệ điều hành này là tính mềm dẻo, chúng hỗ trợ tìm duyệt và email, hỗ trợ nối mạng và báo tin ngay lập tức. Là một chuẩn hệ điều hành, có rủi ro về virus tác động tới hoạt động của STB. Nó là vấn đề quan trọng đối với bản copy chủ (master) hệ điều hành được cấu hình chính xác, nó cần được sửa chữa trước khi phát hành STB. Ngoài ra, tất cả các port không cần thiết phải được khóa.
• Middleware client: một client đặc biệt liên lạc với Middleware server. Client này có thể sử dụng trình duyệt web để thay đổi thông tin với Middleware server cũng như download hướng dẫn chương trình EPG để hiển thị cho thuê bao. Middleware client có thể bao gồm các chức năng DRM trong một số trường hợp.
• Video Capture - Decode: chức năng này sẽ nhận luồng nội dung từ chức năng DRM và sẽ giải mã dữ liệu MPEG-4 thành định dạng có thể sử dụng. Định dạng này có thể là NTSC/PAL để hiển thị trên màn hình Tivi.
• Web Brower: các Middleware server có khuynh hướng hoạt động như là các web server. Một số quá trình thực thi sẽ cung cấp tất cả các truy cập sử dụng SSL (HTTPS, port 443). Web Brower được STB sử dụng để truy cập nội dung và hiển thị thông tin cho thuê bao.
Hình 3.5 miêu tả tiến trình IP-STB, tiến trình được bắt đầu với các yêu cầu IP và thu nhận nội dung, các chức năng web brower, tương tác Middleware và giải mật mã nội dung. Tiếp theo là giải mã hóa luồng nội dung và mã hóa NTSC/PAL hoặc chuẩn thích hợp và cuối cùng cấp nội dung để hiển thị trên màn hình Tivi.
Hình 3.5 Tiến trình xử lý của IP-STB
3.4 Các chuẩn nén hình ảnh sử dụng cho IPTV
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính và sự ra đời của internet, thì việc tìm ra một phương pháp nén ảnh nhằm giảm bớt không gian lưu trữ thông tin và truyền thông trên mạng là yêu cầu cấp thiết. Các kỹ thuật nén Video đều cố gắng giảm lượng thông tin cần thiết cho một chuỗi các bức ảnh, mà không làm giảm chất lượng ảnh. Mục đích của nén video là giảm bớt số bít khi lưu trữ và truyền bằng cách loại bỏ lượng thông tin dư thừa trong từng frame và dùng kỹ thuật mã hoá để tối thiểu hoá lượng thông tin quan trọng cần lưu giữ. Với một thiết bị lưu hình kỹ thuật số thông thường, ảnh sau khi được số hoá sẽ được nén lại. Quá trình nén sẽ xử lý các dữ liệu trong ảnh để đưa hình ảnh vào một không gian hẹp hơn như trong thiết bị nhớ kỹ thuật số hoặc qua đường dây điện thoại, ... Với thị trường lưu hình kỹ thuật số hiện nay, các chuẩn nén phổ biến là Motion JPEG (MJPEG), Wavelet, H.261/ H.263/ H.263+/ H.263++ và MPGE-1/ MPGE-2/ MPGE-4. Nhìn chung, có hai nhóm tiêu chuẩn chủ yếu: nhóm một gồm định dạng nén MJPEG và Wavelet; và nhóm hai gồm các định dạng chuẩn còn lại. Các thuật toán mã hóa của hai nhóm là tương tự nhau nhưng mục đích của chúng lại khác nhau. H.26x series được phát triển cho điện thoại truyền hình trong khi MPEG series được phát triển chính cho việc quảng bá hình ảnh chất lượng cao.
3.4.1 Chuẩn nén MJPEG và Wavelet
Tính chất chung của các ảnh số là tương quan giữa các pixel ở cạnh nhau lớn, điều này dẫn tới dư thừa thông tin để biểu diễn ảnh. Việc dư thừa thông tin dẫn tới việc mã hoá không tối ưu. Do vậy, ta cần tìm phương án biểu diễn ảnh với tương quan (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});