2. Bố cục luận văn:
3.2. Các điểm đo, phần tử mạng và tham số cần đo:
3.2.1. Các điểm đo, giám sát chất lượng:
Hình 3.1 quy định các điểm giám sát chất lượng trong mạng IPTV [25]. Toàn thể chuỗi phân phối nội dung được chia thành các miền từ A đến E.
Hình 3.1: Các điểm đo, giám sát chất lượng trong mạng IPTV.
Các điểm đo, giám sát được quy định như sau:
điều khiển IPTV. Tại điểm này, cần tập trung vào giám sát chất lượng video nguồn, giám sát chất lượng âm thanh nguồn và siêu dữ liệu.
Điểm 2-PT2: điểm này phân định ranh giới giữa nhà cung cấp dịch vụ và nhà khai thác mạng. Tại điểm này tập trung giám sát chất lượng luồng nội dung, như giám sát chất lượng luồng video-audio, giám sát thuộc tính dịch vụ IPTV và chứng thực siêu dữ liệu.
Điểm 3-PT3: điểm này phân định ranh giới giữa các mạng IP core và các mạng truy nhập. Tại điểm này cần tập trung vào giám sát các tham số chất lượng liên quan đến IP
Điểm 4-PT 4: điểm này gần nhất với đối tượng sử dụng. Tại điểm này, cần tập trung vào giám sát chất lượng các luồng video-audio và giám sát các thuộc tính dịch vụ IPTV.
Điểm 5-PT 5: điểm cuối cùng, liên quan trực tiếp tới QoE của đối tượng sử dụng. Tại điểm này, cần phải giám sát thuộc tính dịch vụ IPTV và chất lượng luồng audio-video.
Qua việc định nghĩa các điểm đo và miền trong mạng IPTV, có thể thấy đối với các nhà cung cấp dịch vụ và nhà khai thác mạng, cần tập trung vào các điểm đo từ PT-1 đến PT-3. Đối với người sử dụng và nhà quản lý viễn thông, cần quan tâm đến điểm đo PT-4 và PT-5 vì hai điểm đo này liên quan trực tiếp tới chất lượng dịch vụ IPTV mà nhà cung cấp dịch vụ và nhà khai thác mạng cam kết đảm bảo chất lượng với khách hàng và nhà quản lý viễn thông.
Tài liệu [25] cũng mới đưa ra khuyến nghị các tham số cần giám sát trong mục 7 và các phương pháp giám sát trong mục 8. Hầu hết các tham số được đưa ra đều chưa có tiêu chuẩn để so sánh đánh giá chất lượng. Nội dung của tài liệu này còn đang trong quá trình hoàn thiện. Tuy nhiên, dựa trên [16] và [25] chúng ta có thể có được cách tiếp cận tổng quan và đầy đủ tiêu chuẩn cũng như phương pháp đo đánh giá chất lượng dịch vụ IPTV.
3.2.2. Các phần tử mạng và phép đo liên quan:
Để đảm bảo khách hàng có được mức độ hài lòng cao khi sử dụng dịch vụ IPTV, nhà khai thác mạng IPTV cần thiết thực hiện các bài kiểm tra trên các phần tử mạng IPTV sau:
3.2.2.1. Hệ thống trung tâm dữ liệu IPTV:
Hệ thống trung tâm dữ liệu IPTV được hình thành từ rất nhiều phần tử phức tạp. Do các phần tử này điều khiển ngày càng nhiều các dịch vụ nên các sự cố đối
với chúng phải được phát hiện và xử lý nhanh chóng. Để cực đại hóa thời gian dịch vụ và đảm bảo dịch vụ cung cấp tới khách hàng có chất lượng rất cao, nhà khai thác phải thực hiện quá trình kiểm tra và giám sát thường xuyên. Việc giám sát chặt chẽ mạng IPTV có một số lợi ích sau:
•Cho phép nhà quản lý mạng nhận ra các mẫu lưu lượng chỉ thị sự ngừng dịch vụ hoặc suy giảm chất lượng hình ảnh sắp xảy ra. Phát hiện sớm các vấn đề tiềm tàng sẽ giảm khả năng xuất hiện sự cố dừng dịch vụ hay suy giảm nhanh chóng chất lượng hình ảnh.
•Giúp xác định chính xác ngay lập tức sự cố mạng.
•Hỗ trợ đội ngũ kỹ thuật ước lượng phạm vi sự cố mạng khi nó xuất hiện. Mức độ nghiêm trọng của vấn đề sẽ chỉ ra các nguồn được sử dụng để xử lý vấn đề. Ví dụ, nếu vấn đề là sự suy giảm nhẹ chất lượng tín hiệu video dẫn đến nhờ hình trong khoảng 1 giây mỗi giờ thì kế hoạch để xử lý vấn đề sẽ khác so với tình huống máy chủ IP-VoD hỏng tại trung tâm số liệu IPTV.
•Giúp giảm các phàn nàn của khách hàng vì khách hàng sẽ không chấp nhận được sự dừng dịch vụ thường xuyên mà không phát hiện được nguyên nhân và thời gian để khắc phục quá nhiều.
Các loại thiết bị khác nhau lắp đặt tại trung tâm số liệu IPTV cần được kiểm tra toàn điện để đảm bảo rằng trung tâm số liệu IPTV có thể cung cấp dịch vụ IPTV tới rất nhiều IPTVCDs một các an toàn và hiệu quả. Kế hoạch kiểm tra cần được thực hiện đều đặn đối với cả nội dung mà nhà cung cấp thứ 3 cung cấp để đảm bảo rằng các mức chất lượng tuân thủ theo các tham số đã thỏa thuận.
Như trong chương 1 đã phân tích, chất lượng các hệ thống VoD trong trung tâm dữ liệu IPTV là yếu tố quan trọng quyết định đến chất lượng dịch vụ toàn mạng. Do vậy, để đánh giá đúng chất lượng các máy chủ VoD là một thử thách lớn nhất trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ IPTV. Hiện nay, giao thức VoD phổ biến nhất là RSTP. Điều quan trọng là phải xác định máy chủ VoD đáp ứng thế nào trong trường hợp tải cực đại. Có xuất hiện xung đột hay không? Máy chủ có gây mất gói trong các luồng hay không? Nó có bắt đầu giảm tốc độ xử lý với các yêu cầu từ khách hàng hay không? Đây chính là nội dung của quá trình kiểm tra chất lượng các máy chủ VoD. Để kiểm tra, thiết bị đo mô phỏng một số lượng lớn các thuê bao và đánh giá các tác động đối với máy chủ để đưa ra đặc tính độ khả mở và dung lượng của máy chủ như minh họa trong Hình 3.2.
Hình 3.2: Kiểm tra chất lượng máy chủ VoD.
Dựa trên cấu hình trên, thực hiện các phép đo bao gồm: •Tỉ lệ mất gói, lỗi thứ tự gói, trễ và rung pha
•Số các luồng đồng thời lớn nhất •Tốc độ cực đại các phiên
•Thông lượng video lớn nhất
Tốc độ cực đại các phiên RTSP mới là yếu tố quan trọng vì nhà cung cấp dịch vụ nhận được nhiều yêu cầu trong một thời gian ngắn khi có sự kiện nào đó xảy ra. Các máy chủ RTSP được kiểm tra bằng cách sử dụng nhiều RTSP client. Mỗi client được cấu hình để yêu cầu máy chủ RTSP truyền file và lặp lại yêu cầu này cho đến khi file được truyền xong. Số các client được tăng dần để có thể biết được khẳ năng tốt nhất của máy chủ, trong quá trình đồng thời đo số các gói mất và thông lượng [19].
3.2.2.2. Mạng lõi IP:
Các bài đo thực hiện trên mạng lõi nhằm đảm bảo rằng tất cả các phần tử phần cứng và phần mềm hoạt động đúng yêu cầu và được tối ưu hóa để cung cấp các dịch vụ IPTV. Các tham số cấu hình mạng thường có thể thay đổi. Do vậy, điều quan trọng là nhà quản lý mạng IPTV định kỳ kiểm tra các mức chất lượng khi có thay đổi trên mạng. Những thay đổi này có thể là từ việc bổ xung nút chuyển mạch tới sửa đổi phần chương trình cơ sở (firmware) của các thiết bị. Các bài kiểm tra khác được thực hiện trên phần mạng lõi IP bao gồm như sau:
•Kiểm tra xem mạng có thể hỗ trợ việc truyền tải nhiều kênh multicast hay không
•Xác định xem có xảy ra mất gói hay không •Đo trễ do mạng lõi IP tạo ra
3.2.2.3. Thiết bị phần mạng truy nhập:
Đối với các thiết bị phần mạng truy nhập, các phép kiểm tra được thực hiện để đảm bảo rằng các thành phần phần cứng và phần mềm được lắp đặt gần nhất tới thuê bao IPTV sẽ hoạt động như yêu cầu và được tối ưu để cung cấp cả dịch vụ
IPTV quảng bá và theo yêu cầu. Các bài đo thường thực hiện trên các phần tử này bao gồm:
•Kiểm tra tốc độ truyền số liệu trên mạch vòng thuê bao
•Đánh giá các vấn đề lỗi và chất lượng có thể xảy ra tại các lớp gói tín hiệu video và truyền tải IP của IPTVCM.
•Đảm bảo rằng các bản tin IGMP được điều khiển và xử lý tức thời.
3.2.2.4. IPTVCD:
Các phép kiểm tra được thực hiện đối với IPTVCD có thể thay đổi từ việc xác thực rằng kênh TV được yêu cầu từ thiết bị điều khiển từ xa của người sử dụng là kênh có thực tới việc đảm bảo rằng thời gian chuyển kênh là nhỏ khi số lượng lớn các thuê bao kết nối tới máy chủ IPTV. Các phép kiểm tra đặc trưng khác bao gồm:
•Đo trễ khi nhập IGMP •Đo trễ khi tách IGMP •Đo rung pha
Điều cần chú ý là các phép kiểm tra đối với IPTVCD có thể thực hiện bằng cách mô phỏng sử dụng phần nhúng của phần mềm client.
3.3. Các phương pháp đo chất lượng dịch vụ Video:
Chất lượng ảnh video tác động tới chất lượng dịch vụ có thể được đo theo ba cách [12]:
a) Định tính: sử dụng thực nghiệm quan sát và những người tham gia đánh giá chất lượng theo các thang điểm như MOS.
b)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)
c) 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.
3.3.1. Phương pháp đo chất lượng video định tính:
Giải 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:
1) Xác định một loạt các mẫu video để tiến hành kiểm tra 2) Lựa chọn một số tham số cấu hình
3) Thiết lập môi trường kiểm tra tuân thủ với các tham số cấu hình mong muốn
4) Tập hợp người tham gia vào kiểm tra
5) 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 MOS (Mean Opinion Score). Một hệ thống QoE khi đánh giá dịch vụ IPTV cũng cần tính đến các yếu tố con 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 3.1 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 các phương tiện đặc biệt.
Bảng 3.1: Các thang điểm MOS dùng để đo các mức chất lượng 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
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- 126 của DSL Forrum khuyến nghị sử dụng MOS là cơ chế để xác định QoE đối với các dịch vụ video.
3.3.2. Phương pháp đo chất lượng video định lượng:
Để đánh giá chất lượng video trong môi trường IPTV, điều quan trọng là cần thực hiện các phép đo chất lượng video một cách hiệu quả theo thời gian. Các kỹ thuật đo chất lượng video định lượng dù không chính xác như phép đo chất lượng video định tính, nhưng tạo ra được sự hài hòa khi thực hiện các phép đo đánh giá chất lượng video. Các phép đo chất lượng video định lượng có ưu điểm là thực hiện nhanh chóng để hỗ trợ cho việc điều chỉnh tối ưu các tham số mạng.
Trong những năm gần đây, đã có nhiều tiến bộ trong các kỹ thuật giám sát chất lượng video định tính. Các phép đo định lượng có tương quan tốt với đánh giá định tính được mong đợi để đạt được QoE tối ưu trong các hệ thống mạng băng rộng. Tuy nhiên, cần phải nhận thấy rằng các phép đo định lượng không phải là sự thay thế trực tiếp đánh giá định tính. Các phép đo định lượng và các đánh giá định tính bù cho nhau hơn là thay thế nhau.
Có thể phân loại các kỹ thuật đo chất lượng video định lượng thành bốn nhóm chính:
a) Các kỹ thuật dựa trên các mô hình cảm nhận video của con người b) Các kỹ thuật dựa trên các tham số tín hiệu video
c) Các kỹ thuật dựa trên các tham số suy giảm chất lượng mạng
d) Các kỹ thuật dựa trên khoảng thời gian suy giảm chất lượng tín hiệu video Các kỹ thuật đo chất lượng video sử dụng mô hình cảm nhận video của con người thường cố gắng phỏng tạo các đặc trưng của hệ thống thị giác con người để đạt được các thang điểm chất lượng video mà có tương quan tốt với những mức đánh giá mà người xem thực tế sẽ đưa ra. Các phương pháp mô hình hệ thống thị giác của con người có thể sử dụng một trong các giải pháp:
•Mô hình tham chiếu đầy đủ (Full-reference - FF): Mô hình FF cung cấp giải thuật cho phép so sánh trực tiếp video nguồn và video thu được tại đích.
•Mô hình không tham chiếu (Non-reference/Zero-reference - ZF): Giải thuật mô hình này chỉ phân tích chất lượng video thu được tại đích.
RR/PR): Giải thuật mô hình này cho phép trích một vài tham số từ đầu vào đem so sánh với các tham số tương đương tại đầu ra.
3.3.2.1. Các hệ thống đo chất lượng video dựa trên mô hình tham chiếu đầy đủ:
Những giải thuật trong mô hình tham chiếu đầy đủ thực hiện so sánh chi tiết giữa hình ảnh đầu vào và đầu ra của hệ thống. Việc so sánh này là một quá trình tính toán phức tạp không chỉ bao gồm quá trình xử lý theo điểm ảnh mà còn theo thời gian và không gian giữa dòng dữ liệu video đầu vào và đầu ra. Kết quả của các giải thuật tham chiếu đầy đủ khá phù hợp với các kết quả đánh giá chủ quan (MOS), tuy nhiên các giải thuật này chỉ được sử dụng trong một số ứng dụng nhất định, ví dụ như: các ứng dụng trong phòng thí nghiệm hay các thử nghiệm trước khi triển khai.
Một trong những giải thuật ra đời sớm nhất của mô hình tham chiếu đầy đủ là PSNR (Peak Signal to Noise Ratio), theo đúng nghĩa của thuật ngữ sử dụng, giải thuật này đánh giá tỷ số giữa giá trị lớn nhất của tín hiệu trên tạp âm, giá trị này tính theo dB. Thông thường giá trị PSNR được coi là “tốt” ở vào khoảng 35dB và nhỏ