Nguồn video có thể là phim, băng từ tương tự, nội dung số (như máy chủ video), hay chương trình truyền hình trục tiếp (tương tự hoặc số). Chất lượng của các nguồn ban đầu ảnh hưởng rất lớn tới hiệu quả mã hóa và chất lượng tổng thể. Nhiễu trong nội dung nguồn làm lãng phí các bit mã hóa. Điều quan trọng là nội dung nguồn chất lượng kém sẽ ảnh hưởng tiêu cực tới chất lượng của nội dung được truyền tải qua toàn mạng từ nguồn tới đối tượng sử dụng.
Hình 25: Hệ thống phân phối dịch vụ video đầu cuối-tới-đầu cuối
Hình 26: Các loại lỗi lớp vật lý và giao thức 3.3.2. Yếu tố mã hóa tín hiệu
Cơ chế được sử dụng để mã hóa nguồn nội dung video có ảnh hưởng lớn đến chất lượng hình ảnh khi xem của tín hiệu video cung cấp tới người sử dụng. Các
nhà cung cấp dịch vụ IPTV thường sử dụng các hệ thống mã hóa MPEG-2. H.264/AVC, hay VC-1 để nén nội dung trước khi truyền qua hạ tầng mạng IP. Tất cả các hệ thống này có thể nén file với các tỉ lệ khác nhau. Các tín hiệu video với tỉ lệ nén cao sẽ giảm băng thông cần thiết để truyền tải nó qua mạng, tuy nhiên chất lượng hình ảnh cảm nhận được có thể là không cao. Các loại méo ảnh do quá trình mã hóa gây ra bao gồm:
* Nghiêng hình (tiling) - nghiêng hình tín hiệu video IPTV liên quan tới quá trình làm cho hình ảnh video có những phần sai lệch so với vị trí ban đầu trong ảnh video gốc.
* Méo các khối - (Distortion of video blocks) - Một khối là một phần ảnh video gồm ma trận các điểm ảnh. Trong quá trình mã hóa, thuật toán áp dụng cho ma trận này có thể làm sai lệch ma trận hiện thị tín hiệu, khi điều này xảy ra, khối các điểm ảnh này sẽ không hiện thị chính xác nội dung của nguồn. do cần nhiều khối để tạo nên một hình ảnh hoàn chỉnh, tác động về mặt hình ảnh sẽ được hạn chế nếu chỉ cần số lượng các khối cần thiết để tạo nên một hình là ít.
* Méo lượng tử (quantization noise) - trong quá trình số hóa tín hiệu video, một số sai số nhiễu có thể đưa vào như một phần của quá trình. Lượng lớn nhiễu lượng tử có thể thấy được dưới dạng “tuyết” trong chuỗi ảnh khi xem lại bằng IPTVCD.
* Giật hình (Image jerkiness) - hình ảnh video bao gồm chuỗi các ảnh được hiển thị liên tiếp trên màn hình TV với tốc độ không đổi. Đối với người sử dụng, sự thay đổi nhanh trong các ảnh hiển thị không phát hiện được và hình ảnh được xem là “chuyển động”. Tuy nhiên, nếu chậm tới một tốc độ nào đó, hình ảnh được cảm nhận là đứng yên hoặc nhảy so với chuyển động trôi chảy của nội dung video gốc. Thông thường, hiện tượng giật hình do các bộ mã hóa gây ra khi không nén đầy đủ nội dung vào các khung với tỉ lệ đủ cao. Điều này có thể là cần thiết trong một số trường hợp mà độ khả dặng băng thông là một vấn đề và nội dung cần mã hóa tại tỉ lệ khung rất thấp.
* Sự lưu giữ những phần hình ảnh trên màn hình (retention of screen objects) - Méo này xuất hiện khi một phần nào đó của màn hình không thay đổi khi chuỗi hình ảnh đã thay đổi và dịch chuyển.
Sau khi đã chỉ ra một số loại méo có thể xuất hiện tại quá trình mã hóa, điều hiển nhiên là trong một số tình huống, các nhà quản lý IPTV cần pjhair dung hòa giữa các mức nén và độ khả dụng của các nguồn.
Cùng với các vấn đề liên quan tới quá trình nén, cấu trúc các GOP được sử dụng trong luồng tín hiệu IPTV cũng liên quan đến chất lượng video. Lấy ví dụ, các GOP ngắn hơn sẽ cho các mức chất lượng cao hơn nhưng sẽ mất chất lượng bởi khi tỉ lệ nén giảm. trách nhiệm của các phòng kỹ thuật IPTV là tối ưu độ dài GOP để cung cấp chất lượng hình ảnh cao nhất cho đối tượng sử dụng IPTV.
3.3.4. Yếu tố gói tin
Sự sai hỏng của các gói tin là yếu tố khác góp phần gây méo các tín hiệu IPTV. Thông thường, sự sai hỏng các gói tin xuất hiện trong quá trình truyền dẫn và bao gồm sự thay đổi số liệu mào đầu hay tải tin IPTV chứa trong một gói. Xung nhiễu điện từ là một trong những nguyên nhân chủ yếu gây ra hỏng gói. Các kỹ thuật sửa lỗi tại các lớp dưới của IPTVCM thường được sử dụng để xử lý các gói IPTV hỏng. Vì xác suất các gói hỏng như vậy tới được bộ giải mã IPTVCD thường là hoàn toàn thấp.
3.3.5. Yếu tố thứ tự gói tin
Các gói tin bị định tuyến sai hoặc đến đích nhưng sai thứ tự có nguyên nhân từ những suy giảm chất lượng mạng. Quá trình đệm gói là một trong những kỹ thuật thường được sử dụng để xử lý vấn đề các gói đến sai thứ tự. Quá trình đệm bao gồm việc phân bổ một lượng bộ nhớ nào đó của IPTVCD, thường là các DRAM, để lưu tạm thời các gói tin IP đến. Dung lượng lưu trữ của bộ đệm có thể từ vài µs đến hàng chục giây. Điều đáng lưu ý là các thiết bị set-top box trong truyền hình cáp, vệ tinh cũng sử dụng các bộ đệm, tuy nhiên, kích thước bộ đệm của các thiết bị này nhỏ hơn đôi chút vì quá trình tới của các gói MPEG dễ đoán hơn so với các gói số liệu IP. Khi các gói IP bị định tuyến sai hay mấy đồng bộ tới bộ đệm, chúng được chèn lại vào luồng bit theo đúng thứ tự. Một điều cũng đáng lưu ý là các bộ đệm cũng được cấu hình tại các máy chủ đặt tại trung tâm số liệu IPTV để hỗ trợ quá trình phát lại các gói IP. Toàn bộ quá trình được thực hiện một cách nhanh chóng để giảm khả năng có thể xảy ra các vấn đề nghẽn tín hiệu video hay lệch giữa hình và tiếng. Các giao thức mạng như UDP cũng có thể làm tăng thêm vấn đề gói đến sai thứ tự vì UDP không hỗ trợ cơ cấu để phát hiện các gói tin sai thứ tự. Tuy nhiên, cõ thể sử dụng các giao thức điều khiển như RTP và RTCP để phát hiện các sự cố liên quan đến các gói tin video IP đến sai thứ tự.
3.3.6. Yếu tố mất gói
Đối với một số ứng dụng như duyệt web và thư điện tử thì việc mất một số gói không gây ảnh hưởng và người sử dụng không phát hiện ra. Tuy nhiên, mất một số
gói tin trên mạng IPTV có thể làm giảm mức độ hài lòng của đối tượng sử dụng khi xem do bản chất được nén với tỉ lệ cao của các gói tim mang tín hiệu hình ảnh. Các kỹ thuật nén như VC-1 và H.264/AVC cực kỳ nhạy cảm với các gói tin bị mất. Ví dụ, mất một gói tin trong quá trình truyền hình ảnh trên kênh IP có thể dẫn đến hiện tượng xuất hiện những chấm trên màn hình hoặc dừng các khung hình, trong một số trường hợp người xem có thể thấy trống hình trong một hoặc vài giây. Tỉ lệ ảnh bị tác động bởi mất gói phụ thuộc rất lớn vào số các điểm ảnh và loại thông tin chứa trong gói tin.
Trong những trường hợp rất nghiêm trọng, kết nối giữa máy chủ video và IPTVCD sẽ bị dừng. Điều này thực sự có thể xảy ra trên thực tế đối với nội dung IPTV được truyền tải bởi UDP, vì gói tin không bao giờ được gửi lại và nội dung sẽ bị mất. TCP cũng không mang lại lợi ích đáng kể nào cả vì hoặc thời gian cần thiết để yêu cầu gửi lại gói tin sẽ dẫn đến tràn bộ đệm và cùng với nó là làm dừng hình ảnh. Các nguyên nhân gây ra mất gói trên mạng có thể từ bộ đệm IPTVCD bị tràn bởi lưu lượng tới đến các ván đề về tín hiệu trên mạng. Bảng 2.1 tóm tắt một số yếu tố có thể gây ra mất gói tin trên mạng
Bảng 5: Các nguyên nhân chính gây mấá gói
Nguyên nhân
gây mất gói Giải thích
Nhiễu điện
Các gói có thể mất do nhiễu điện từ xuất hiện tại các điểm khác nhau trong đường truyền mạng IPTV từ đầu cuối-tới-đầu cuối. Ví dụ các IPTVCD nới vào mạng điện gia đình. Các nguồn điện này có thể xuất hiện quá áp hoặc, gây ra các vấn đề lỗi bit khi thiết bị đang hoạt động.
Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu (SNR)
SNR là yếu tố khác có tác động đến số các gói tin IPTV bị mấy trong quá trình truyền dẫn. Trong các mạng FTTH, tỉ lệ này rất cao. Đây chính là lý do các kỹ thuật truyền dẫn quang được ưu tiên sử dụng. Ngược lại, đối với các mạng DSL, SNR hoàn toàn thấp, do các nguyên nhân từ quá trình ăn mòn điện hóa tới cự ly cáp quá lớn.
Tắc nghẽn trên mạng
Tắc nghẽn là một trong những yếu tố dễ thấy nhất của mất gói. Điều này là bình thường đối với mọi hạ tầng kết nối mạng IPTV, vì trong những chu kỳ nào đó, một vài phần tử trên mạng chịu tắc nghẽn miễn là khoảng thời gian nghẽn là ngắn và không nghễn
Nguyên nhân
gây mất gói Giải thích
trên diện rộng. Mất gói là hoàn toàn thấp với các mạng được thiết kế tốt.
Các nhà cung cấp dịch vụ thường sử dụng một hoặc tổ hợp các kỹ thuật quản lý mạng để giảm các tác động của mất gói đối với dịch vụ IPTV. Cụ thể là:
* Sử dụng cơ chế phát lại
* Các phương pháp đánh dấu trễ
* Kỹ thuật sửa lỗi trước (FEC) và xen bit * Kỹ thuật ACM
3.3.7. Yếu tố trễ
Trễ là tham số dùng để đánh giá thời gian các gói IP truyền từ máy chủ IPTV đến IPTVCD. Giá trj trễ thay đổi tùy thuộc vào mạng. Các mức trễ thấp là điều kiện quyết định đối với quá trình truyền tải tốt nội dung video tới đối tượng sử dụng. nếu trễ quá cao, người dùng sẽ thấy sự suy giảm chất lượng hình ảnh như hình bị hỏng, các khung hình bị dừng. Nguyên nhân gây ra trễ có thể từ việc không đủ băng thông để truyền tải các kênh cho tới các dịch vụ IP băng thông cao tăng mức sử dụng của chúng ngoài các giới hạn riêng.Phân bố các băng thông bổ xung cho lưu lượng video là một trong những giải pháp hiệu quả nhất để giải quyết các vấn đề như trễ và mất gói.
3.3.8. Yếu tố rung pha
Các dịch vụ IPTV đặc biệt nhạy cảm với các trễ gây ra do các máy chủ quá tải, quá trình định tuyến, nghẽn mạng và quá trình xếp hàng khi các gói tín hiệu video truyền trên mạng. Chất lượng tín hiệu video phụ thuộc rất nhiều vào việc truyền tải luồng các gói tin không với tốc độ không đổi. Bộ giải mã trong IPTVCD đòi hỏi luồng các gói tin IP đến ổn định và tin cậy. Điều này đạt được qua quá trình tạo xung nhịp và đồng bộ phức tạp giữa bộ giải mã trong IPTVCD và bộ mã hóa tại trung tâm dữ liệu IPTV. Mọi sự biến động về thời gian tới của các gói quá sớm hay quá muộn dẫn đến hiện tượng gọi là rung pha.
3.3.9. Yếu tố tranh chấp với các dịch vụ triple-play khác
Video là một phần trong dịch vụ triple-play mà các nhà cung cấp dịch vụ đưa ra. Yêu cầu đồng thời thoại, video và các ứng dụng tốc độ cao để kết nối các nguồn có thể gây ra các vấn đề về chất lượng đối với dịch vụ IPTV. Để giải quyết vấn đề này, các nhà cung cấp dịch vụ IPTV có thể ưu tiên truyền tải lưu lượng video nhằm
ngăn ngừa trễ và méo luồn tín hiệu IPTV.
3.3.10. Yêu tố tham số cấu hình
Có rất nhiều cấu hình cần được thực thi khi thiết kế mạng để hỗ trợ truyền tải các dịch vụ IPTV. Tỉ lệ khung chung và khung I là hai đặc trưng cần đặc biệt quan tâm do tác động tiềm tàng của chúng tới QoS.
3.3.11. Yếu tố máy chủ
Các máy chủ có thể gây ảnh hưởng tiêu cực tới QoS nếu phần cứng của chúng không được định cỡ chính xác để đáp ứng yêu cầu của các đối tượng sử dụng tại các giờ cao điểm. Dấu hiệu chính của nghẽn máy chủ là các khung hình bị dừng khi xem nội dung VoD hay các các kênh quảng bá.
3.4. Các phương pháp đo chất lượng dịch vụ Video
Chất lượng ảnh video tác động trực tiếp tới chất lượng dịch vụ IPTV nó có thể được đo theo ba phương pháp sau:
* Phương pháp đo định tính: Sử dụng thực nghiệm quan sát và những người tham gia đánh giá chất lượng theo các thang điểm như MOS.
* Phương pháp đo định lượng: Tại lớp dịch vụ, sử dụng các thiết bị đo để đo các tham số khác nhau chất lượng tổng thể của tín hiệu video (ví dụ PSNR)
* Phương pháp đo gián tiếp: Sử dụng các phép đo các yếu tố suy giảm chất lượng mạng (mất gói, trễ, rung pha, thời gian xảy ra sự cố..) để ước lượng tác động tới chất lượng video khi có mối liên hệ đã được xác định giữa QoE và QoS.
3.4.1. Phương pháp đo chất lượng video định tính
Phương pháp này sử dụng một nhóm người tham gia xếp loại và đánh giá chất lượng hình ảnh. Môi trường và người được dùng để kiểm tra định tính thay đổi tùy theo nhà cung cấp dịch vụ. Ví dụ, một số nhà cung cấp dịch vụ có thể chỉ sử dụng một số kỹ sư có kinh nghiệm để đánh giá chất lượng ảnh tại trung tâm dữ liệu IPTV, trong khi các nhà cung cấp khác có thể tiến hành các bài kiểm tra với phương tiện và chuyên gia hình ảnh có chứng nhận. Các bước tiến hành để xác định số đo định tính đối với dịch vụ IPTV như sau:
* Xác định một loạt các mẫu video để tiến hành kiểm tra. * Lựa chọn một số tham số cấu hình.
* Thiết lập môi trường kiểm tra tuân thủ với các tham số cấu hình mong muốn.
* Tiến hành kiểm tra và phân tích các kết quả.
Các môi trường kiểm tra chính thức thường tuân theo hệ thống dựa trên ý kiến đánh giá được ITU quy định là kết quả đánh giá trung bình (MOS). Một hệ thống QoE khi đánh giá dịch vụ IPTV cũng cần tính đến các yếu tố có người. Hệ thống MOS cho phép số mẫu người gán giá trị số giữa 1 và 5 về cảm nhận chất lượng thu được. Phân loại MOS được tính toán bằng cách lấy trung bình các kết quả. Bảng 2.2 là các thang điểm MOS dùng để đo các mức chất lượng IPTV.
Nói chung, các phép kiểm tra chất lượng hình ảnh video định tính được thực hiện tuân theo các hướng dẫn quy định trong khuyến nghị ITU-R BT.500-11. Hơn nữa, khuyến nghị ITU-T P.910 cung cấp các chỉ tiêu kỹ thuật hướng dẫn phương pháp thực hiện phép thử đối với video. Khi thực hiện một cách chính quy, các phép kiểm tra định tính đưa ra đánh giá chính xác và hợp lý về phương diện sinh học chất lượng hình ảnh video. Tuy nhiên, tiến hành kiểm tra một cách chính quy sẽ tiêu tốn thời gian và đòi hỏi cá phương tiện đặc biệt.
Bảng 6: Các thang điểác thang đicác phép kiểm tra chất l IPTV
Cảm nhận về kênh IPTV Điểm MOS
Xuất sắc 5
Tốt 4
Khá 3
Kém 2
Xấu 1
Có bốn biến thể MOS khác nhau:
*MOS-V -Số đo này đánh giá chất lượng hình ảnh khi xem của tín hiệu video *MOS-A- dùng để đánh giá phần âm thanh của dịch vụ IPTV.
* MOS-AV- được sử dụng để đánh giá tổng thể chất lượng âm thanh/hình ảnh dịch vụ IPTV
*MOS-C - số đo này dùng để đánh giá cảm nhận của khác hàng khi tương tác với dịch vụ IPTV. Chuyển kênh và việc sử dụng EGP là các ví dụ về sự tương tác dịch vụ, được đo bằng số đo này.
Các tổ chức tham gia tiêu chuẩn hóa IPTV và các chỉ tiêu kỹ thuật như TR-