Trong kiến trúc này, sử dụng các kênh ảo ATM (hay ATM VC) để phân biệt các không gian địa chỉ khác nhau cho từng loại dịch vụ. Nghĩa là mỗi VC tương ứng với một dịch vụ, ở thiết bị đầu cuối khách hàng, modem DSL sẽ phân tách các dịch vụ này cho ra các thiết bị đầu cuối thích hợp. Các VC này cũng được sử dụng
để áp các tham số chất lượng dịch vụ cho từng loại dịch vụ. Hình 2-6, DSLAM ánh xạ các ATM VC trên đường dây ADSL vào các VLAN dịch vụ trên đường uplink.
Hình 2-7: Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo 2.2.2.2 Kiến trúc truy nhập EtherType
Hình 2-8: Kiến trúc truy nhập EtherType
Với kiến trúc này, sử dụng một VC được cho tất cả các dịch vụ. Để phân biệt dịch vụ Internet sử dụng phương thức đóng gói PPPoE và dịch vụ video sử dụng phương thức đóng gói IP thì trường EtherType trong khung Ethernet được sử dụng để phân biệt hai không gian địa chỉ khác nhau này.
Một điểm đáng chú ý là dịch vụ thoại phải được mang 1 trong 2 kiểu được mô tả bởi trường EtherType trong khung Ethernet. Nghĩa là hoặc dịch vụ thoại được
mang trong khung Ethernet với trường EtherType là IP hoặc dịch thoại được mang trong khung Ethernet với trường EtherType là PPPoE.
Trong kiến trúc truy nhập EtherType, chất lượng dịch vụ được quyết định bởi các tham số chất lượng dịch vụ lớp Ethernet hoặc lớp IP. Trong hình 2-7, DSLAM ánh xạ các giá trị EtherType khác nhau vào các VLAN dịch vụ khác nhau.
2.2.2.3 Kiến trúc truy nhập đa VLAN
Trong kiến trúc truy nhập đa VLAN, sử dụng phương thức đóng gói 802.1q trên các đường truyền ADSL, mỗi dịch vụ tương ứng với các VLAN ID khác nhau. Tại DSLAM thực hiện việc ánh xạ các VLAN ID này trên đường uplink vào một tập VLAN ID khác dùng để nhận dạng không gian địa chỉ trên đương liên kết đó.
Do một VC được sử dụng cho tất cả các dịch vụ. Do đó, cũng giống như kiến trúc truy nhập EtherType, nên chất lượng dịch vụ được quyết định bởi các tham số chất lượng dịch vụ lớp Ethernet hoặc lớp IP. Hình 2-8, mô tả việc DSLAM ánh xạ VLAN ID trên đường truyền ADSL vào các VLAN dịch vụ trên đường uplink.
Hình 2-9: Kiến trúc truy nhập đa Vlan
2.2.3 Gán dịch vụ trong mạng kết hợp
Có hai cách khác nhau để gán các dịch vụ từ thuê bao vào các VLAN trong mạng kết hợp Ethernet: là kiến trúc N:1 VLAN và 1:1 VLAN. Với kiến trúc N:1 VLAN sẽ ánh xạ nhiều đường dây thuê bao và dịch vụ vào cùng một VLAN. Trong khi kiến trúc 1:1 VLAN: ánh xạ mỗi đường dây thuê bao vào một VLAN riêng rẽ.
Trong mô hình N:1 VLAN, nhiều thuê bao và nhiều dịch vụ được ánh xạ vào một VLAN trong mạng kết hợp Ethernet. Có nhiều cách để ánh xạ các nhóm thuê bao và dịch vụ vào các VLAN. Mỗi VLAN trong mô hình này có thể được sử dụng để gom tất cả các thuê bao của cùng một dịch vụ. Nghĩa là tất cả các thuê bao ứng với một dịch vụ và một DSLAM được ánh xạ vào một VLAN duy nhất. DSLAM thực hiện chức năng chuyển tiếp giữa các đường dây DSL mà DSLAM đã gom vào một VLAN với VLAN trên. Mô hình này được áp dụng khi mà DSLAM có hỗ trợ chức năng Split-Horizon nhằm ngăn chặn hiện tượng chuyển tiếp giữa các đường dây DSL và đường Ethernet uplink để bảo mật thông tin giữa các thuê bao DSL
Ở mô hình 1:1 VLAN, mỗi đường dây thuê bao được nhận biết trong mạng kết hợp bằng một VLAN ID. Trong mô hình này, DSLAM phải ánh xạ đường dây thuê bao vào một VLAN tag ở đường Ethernet uplink. Với số lượng bit là 12 cho độ dài trường VLAN tags (chuẩn 802.1q) do đó có khả năng lớn nhất nhận biết được là 4096 VLAN tương ứng với 4096 đường dây thuê bao. Khi số lượng thuê bao lớn hơn thì mạng kết hợp ở lớp 2 phải sử dụng đóng gói 802.1ad (hay gọi là Q in Q).
Khi sử dụng đóng gói 802.1q thì DSLAM ánh xạ đường dây DSL vào một 802.1a VLAN ID. Trong trường hợp đóng gói 802.1ad thì DSLAM phải ánh xạ đường dây DSL vào một cặp 802.1ad tags trong và ngoài. DSLAM lúc này thực chất chỉ đơn giản là một phần tử kết nối chéo, nó chuyển tiếp các gói tin từ một đường DSL và các thẻ (tag) định danh dịch vụ truy nhập (như VC, VLAN, Ethernet Type) đến các VLAN ID của đường upstream.
Thông thường người ta thường gán ID của các đường DSL vào VLAN ID bên trong (C tags) và ID duy nhất của DSLAM vào VLAN ID bên ngoài (S tags). Khi sử dụng phương pháp này, lớp 2 của mạng kết hợp chỉ hỗ trợ kết hợp thêm đóng gói 802.1q, bởi vì gán các dịch vụ N:1 dùng 802.1q tags và các dịch vụ 1:1 dùng 802.1ad S-tags. Khi thực hiện gác các dịch vụ ở lớp 2 của mạng kết hợp, kiểu 1:1 VLAN có thể sử dụng cho vài dịch vụ, trong khi N:1 VLAN được sử dụng cho các dịch vụ khác.
Thông thường người ta thường thiết lập dịch vụ Internet sử dụng kiểu gán 1:1 VLAN, trong khi dịch vụ video sử dụng dịch vụ N:1 VLAN. Khi triển khai các dịch vụ với đóng gói 802.1ad, việc gán các thuê bao với các VLAN dịch vụ chỉ cần đảm bảo S-tag tạo ra bởi các DSLAM cho dịch vụ truy nhập Internet phải khác với 802.1q tag tạo ra cho dịch vụ video. Với cách cấu hình như trên cho phép lớp 2 của mạng kết hợp có thể phân tách các sơ đồ luận lý cho dịch vụ truy nhập Internet và dịch vụ video bằng cách dùng 802.1qVLAN/ 802.1ad S-tag.
PHÂN TÍCH VIỆC CHỌN LỰA CÔNG NGHỆ KHI TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV
3.1 Các yêu cầu khi triển khai dịch vụ IPTV
3.1.1 Băng thông rộng
Băng thông yêu cầu cho dịch vụ video thường lớn hơn nhiều so với yêu cầu băng thông cho thoại và Internet. Một luồng video với độ phân giải chuẩn (SD- standard definition) với chuẩn nén MPEG-4 part 10/H.264 yêu cầu băng thông từ 2- 4Mbps, với video độ phân giải cao sử dụng cùng chuẩn nén trên, thì yêu cầu băng thông từ 8-10Mbps. Với hạ tầng mạng truy nhập sử dụng công nghệ ADSL 2+ thì
trên 1 đường dây thuê bao có khả năng cung cấp cho 1 hộ gia đình trung bình đồng thời từ 1 đến 4 luồng video cùng một lúc tùy theo chất lượng video xem.
Do các dịch vụ video theo yêu cầu phát dạng unicast và các dịch vụ truyền hình quảng bá dùng multicast, cho nên lượng băng thông trên mạng phân phối và mạng kết tập của dịch vụ theo yêu cầu thường phải lớn hơn dịch vụ truyền hình quảng bá (số người đồng thời sử dụng dịch vụ theo yêu cầu thì không giới hạn, trong khi đó số lượng kênh phát quảng bá thì không nhiều). Cũng tương tự như vậy, trong dịch vụ truyền hình quảng bá băng thông của mạng phân phối phụ thuộc vào số lượng kênh phát.
3.1.2 Băng thông bất đối xứng
Thông thường, do tính chất sử dụng dịch vụ của người dùng là yêu cầu cao hơn chia sẽ (đường downstream cao hơn upstream). Lưu lượng video (bao gồm cả dịch vụ theo yêu cầu lẫn truyền hình quảng bá) đều được truyền đi trong mạng theo chiều hướng xuống.
Thông tin upstream thường là các thông tin về điều khiển luồng. Trong dịch vụ theo yêu cầu, thông tin điều khiển là các báo hiệu và các phiên. Trong dịch vụ broadcast thông tin điều khiển là các báo hiệu IGMP và PIM để mô tả luồng multicast. Do tính không đối xứng của băng thông, chi phí về hạ tầng có thể giảm bớt khi xây dựng các liên kết đơn hướng.
3.1.3 Chất lượng dịch vụ
Khi triển khai cung cấp dịch vụ phải đảm bảo chất lượng video khi truyền phải tương đương với các dịch vụ truyền hình hiện có (truyền hình cáp, số, vệ tinh), đảm bảo khách hàng khó nhận biết được có sự suy giảm chất lượng video khi truyền qua mạng IP.
Khác với các dịch vụ Internet, thoại, đối với các dịch vụ video thì việc truyền rớt gói ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng hình ảnh. Tỉ số nhiễu tín hiệu SNR (Signal-to-Noise Ratio) của đường DSL thay đổi theo rất nhiều tác nhân như độ dài vòng, trạng thái nguồn nhiễu… Rất nhiều kỹ thuật có thể được sử dụng để giảm sai
bit trên đường DSL. Các kỹ thuật thông dụng là chèn FEC (forward correct), truyền lại thời gian thực RTR (real-time retransmission). Do đó, yêu cầu đặt ra cho các dịch vụ video ngặt nghèo hơn so với các dịch vụ khác. Tỉ lệ mất gói phải đảm bảo ở mức nhỏ nhất có thể để người xem không nhận ra việc giảm chất lượng video.
3.1.4 Thời gian chuyển kênh
Phải đảm bảo thời gian chuyển kênh không quá lâu, đạt trong ngưỡng cho phép đối với dịch vụ truyền hình quảng bá. Ở dịch vụ truyền hình tương tự thời gian chuyển kênh là gần như tức thời, trong khi thời gian chuyển kênh của dịch vụ truyền hình IP là khoảng 1s đến 1,5s. Nguyên nhân chính của thời gian trễ này do cách mã hóa và giải mã khác nhau của kênh truyền hình. Để giảm băng thông của tín hiệu truyền hình, người ta dùng các phương pháp mã nén trước khi truyền đi như MPEG để nén các khung hình thành các khung khác nhau. Có 3 loại khung : khung I, khung B, khung P. Khung I là khung nén chứa tất cả các thông tin của luồng hình ảnh, giúp bộ giải nén MPEG có thể hiển thị chính xác của thông tin hình ảnh. Trong khi truyền luồng video, các khung I không được gửi đi liên tục mà được gửi đi xen kẽ cùng các khung tăng cường B và P. Nên khoảng thời gian giữa 2 khung I liên tiếp giúp STB bắt khung I và giải mã, khoảng thời gian này sẽ quyết định thời gian chuyển kênh. Ngoài ra trong việc triển khai cung cấp dịch vụ IPTV cũng phải kể đến các yếu tố ảnh hưởng đến thời gian chuyển kênh ở dịch vụ theo yêu cầu là do: đặc điểm của STB, trễ do giao thức multicast, các yêu cầu về bảo mật, bản quyền truyền hình...
3.1.5 Độ sẵn sàng của dịch vụ
Yêu cầu về mức độ sẵn sàng dịch vụ của dịch vụ truyền hình quảng bá cao hơn các dịch vụ theo yêu cầu. Ở các dịch vụ truyền hình quảng bá đòi hỏi tính chất thời gian thực đặt biệt là các chương trình truyền hình trực tiếp cũng như các trò chơi truyền hình trực tuyến, thuê bao không thể quay trở lại đoạn chương trình trước đó. Do đó sự sẵn sàng đặt ra đối với dịch vụ broadcast là rất cao.
Đối với các dịch vụ video theo yêu cầu thì thuê bao hoàn toàn có thể xem lại cũng như bỏ qua một đoạn nội dung nào đó. Mặc khác tỉ lệ thuê bao sử dụng dịch
vụ này tối đa cũng thấp hơn nhiều so với dịch vụ truyền hình quảng bá . Do đó, yêu cầu về tính sẵn sàng đối với dịch vụ theo yêu cầu thấp hơn so với dịch vụ truyền hình quảng bá.
3.2 Việc chọn lựa các công nghệ khi triển khai dịch vụ IPTV3.2.1 Chọn lựa chuẩn nén hình ảnh 3.2.1 Chọn lựa chuẩn nén hình ảnh
Để cung cấp được dịch vụ IPTV mang tính cạnh tranh, một đòi hỏi được đặt ra là cần thiết phải lựa chọn chuẩn nén hình ảnh cho phù hợp, mà cụ thể ở đây là phải cung cấp được dịch vụ trên hạ tầng mạng cố định hiện có, phải tận dụng được tối đa băng thông cáp đồng trên đường truyền ADSL để cung cấp dịch vụ. Do đó việc lựa chọn một phương pháp nén ảnh nhằm giảm bớt không gian lưu trữ thông tin và truyền thông trên mạng mà không làm giảm chất lượng ảnh là thật sự cần thiết.
Các kỹ thuật nén video được đưa ra là nhằm giảm bớt số bít khi lưu trữ và truyền bằng cách loại bỏ lượng thông tin dư thừa trong từng khung hình và dùng kỹ thuật mã hoá để tối thiểu hoá lượng thông tin quan trọng cần lưu giữ. Quá trình nén sẽ xử lý các dữ liệu trong ảnh để đưa hình ảnh vào một không gian hẹp hơn
Với một thiết bị lưu hình kỹ thuật số thông thường, ảnh sau khi được số hoá sẽ được nén lại. Các chuẩn nén phổ biến hiện nay là Motion JPEG, Wavelet, H.261/ H.263/ H.263+/ H.263++ và MPEG-1/ MPEG-2/ MPEG-4.
3.2.1.1. Nhóm chuẩn nén JPEG và Wavelet
Trong một ảnh số, các pixel nằm cạnh nhau thường có sự tương quan cao. Do đó cần tìm phương án biểu diễn ma trận các pixel của ảnh với tương quan nhỏ nhất để giảm thiểu độ dư thừa thông tin của ảnh.
Từ đó ta thấy có 2 kiểu dư thừa thông tin là: dư thừa trong miền không gian, là tương quan giữa không gian pixel của ảnh và dư thừa trong miền tần số, là tương quan giữa những dải màu hoặc các dải phổ khác nhau.
Các chuẩn nén MJPEG và Wavelet chỉ tìm ra sự tương quan giữa không gian pixel của ảnh (các pixel lân cận của ảnh có giá trị gần giống nhau, trừ những pixel
ở giáp đường biên ảnh). Trong khi đó các chuẩn nén MPEG vừa xử lý cả dư thừa trong miền không gian lẫn dư thừa trong miền tần số. Do đó khả năng nén ảnh của MPEG tốt hơn.
Đối với chuẩn nén JPEG, ảnh được phân chia thành các khối vuông ảnh, mỗi khối vuông có kích thước 8 x 8 pixel, biểu diễn mức xám của 64 điểm ảnh. Dùng mã hoá chuỗi biến đổi cosin rời rạc DCT (Discrete Cosin Tranform) để khai thác sự tương đồng giữa các pixel trong mỗi khối, từ đó đưa ra các biểu diễn ảnh với tương quan nhỏ giữa các pixel. Nếu dùng chuỗi biểu diễn ngắn quá trình nén sẽ nhanh nhưng hình ảnh sau khi giải nén thường có nhiều sai lệch so với ảnh gốc.
Với chuẩn nén Wavelet, mã hóa được thực hiện trên toàn bộ bề mặt ảnh, nó phân tích các dữ kiện về từng điểm ảnh và cho ra một tập các hệ số tương ứng. Do chuẩn Wavelet phân tích trên toàn bộ bề mặt ảnh nên các sai lệch ở ảnh giải nén sẽ khác với chuẩn JPEG. Ở chuẩn Wavelet không gặp hiệu ứng ghép mảnh như chuẩn JPEG, nhưng độ phân giải hình ảnh giảm cũng như một vài vết mờ sẽ xuất hiện.
Như vậy các định dạng Wavelet và JPEG đều gây ra hiện tượng mất thông tin ở ảnh giải nén.
3.2.1.2 Chuẩn nén MPEG-x và H.26x
Chuẩn MPEG xử lý nén ảnh dựa trên 2 nguyên lý chung của nén tín hiệu video là loại bỏ sự dư thừa về không gian và sự dư thừa về thời gian (nén liên ảnh). Việc loại bỏ sự dư thừa về thời gian được thực hiện trước hết nhờ sử dụng tính chất tương quan giữa các ảnh liên tiếp, sử dụng tính chất này để tạo ra các bức ảnh mới nhờ vào thông tin từ những bức ảnh gửi trước đó. Do vậy ở phía bộ mã hoá chỉ cần giữ lại những ảnh có sự thay đổi so với ảnh trước, sau đó dùng phương pháp nén về không gian trong những bức ảnh sai khác này. Nghĩa là mỗi frame ở tại một thời điểm nhất định thường sẽ có nhiều khả năng giống với các frame đứng ngay trước và sau đó.
Khi mã hoá sẽ tiến hành quét lần lượt những phần khối nhỏ trong mỗi frame và phát hiện ra các khối nào không thay đổi từ frame này tới frame khác. Khi giải
nén, sử dụng những thông tin không thay đổi từ frame này tới frame khác, sẽ được dùng để điền thêm vào vị trí trống trong ảnh được khôi phục.
Ở chuẩn nén H.26x và MPEG-x có dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ là nhỏ hơn (ví dụ như không gian lưu trữ của chuẩn H.263 nhỏ hơn Motion JPEG từ 3 tới 5 lần).
Chuẩn nén H.26x (gồm các thế hệ H.261, H.262 và H.263, ...), thường có tốc độ mã hoá tín hiệu thấp hơn MPEG-x (khoảng 1,5 Mbps với độ phân giải hình 352 x 288) do dùng chủ yếu trong viễn thông. Trong khi đó, chuẩn MPEG-2 dùng cho thị trường giải trí có độ phân giải hình cao hơn, và mang lại chất lượng hình ảnh tốt.
3.2.1.3 Chuẩn nén MPEG-1
Thành lập năm 1988, Nhóm chuyên gia về hình ảnh động (MPEG-Moving Picture Experts Group) đã phát triển chuẩn nén hình ảnh và âm thanh số. MPEG