Mô hình kiến trúc chức năng phía khách hàng đ−ợc Open IPTV đ−a ra nh− trong sơ đồ hình 2.5. Mô hình này đ−ợc đ−a ra nhằm đảm bảo cho các nhà phát triển hệ thống thiết bị có nhiều mô hình ứng dụng thực tế khác nhau, mặt khác đảm bảo có thể tích hợp các ứng dụng non-IPTV vào hệ thống.
64
Hình 2.5. Mô hình kiến trúc chức năng hệ thống phía khách hàng 2.2.3.1. Các thực thể chức năng
Các thực thể chức năng chính trong mô hình của mạng phía khách hàng bao gồm:
a). Open IPTV Terminal Functional Entity (OITF)
OITF bao gồm các chức năng cần thiết đảm bảo cho sự truy nhập dịch vụ IPTV thông qua giao diện HNI – INI và HNI – IGỊ Đối với mô hình cung cấp dịch vụ thông qua Internet, OITF chỉ cần sử dụng giao diện HNI – INỊ Đối với mô hình cung cấp dịch vụ thông qua mạng riêng, OITF cần sử dụng giao diện HNI – INI và HNI – IGỊ
OITF bao gồm nhiều chức năng xử lý giao diện đối với ng−ời sử dụng nh− t−ơng tác ng−ời dùng (bàn phím điều khiển, điều khiển từ xa …) , các chức năng
65
hiển thị, trình diễn nội dung audio, video, các chức năng kết nối, thu nhận và xử lý tín hiệu trực tiếp tới các thiết bị khác nh− microphone, camera…
Ngoài ra OITF còn bao gồm các chức năng cho phép Open IPTV xây dựng các dịch vụ có thể truy nhập và sử dụng bởi các thiết bị DLNẠ
b). IMS Gateway Funtion Entity – IG
IG bao gồm các chức năng cần thiết cho phép OITF truy cập vào các dịch vụ mạng thông qua giao diện HNI – IGI đối với mô hình cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống mạng riêng. Bên cạnh việc truy cập các nội dung IPTV, IG còn cung cấp các dịch vụ thông tin khác nh− tin nhắn, chat, hiển thị Caller ID…
c). Application Gateway – AG
Là một thực thể chức năng không bắt buộc, thực hiện chức năng tạo môi tr−ờng cho các ứng dụng của nhà cung cấp dịch vụ IPTV. Các ứng dụng này đ−ợc tải về, thực thi và cung cấp các chức năng phục vụ cho việc cung cấp dịch vụ tới ng−ời sử dụng thông qua thực thể OITF. Các chức năng này có thể là: điều khiển luồng tín hiệu media, h−ớng dẫn sử dụng ch−ơng trình, Giao diện ng−ời sử dụng, v.v…
d). Content and Service Protection Gateway Functional Entity – CG
Thực thể chức năng này thực hiện chuyển đổi bảo vệ nội dung và dịch vụ của hệ thống mạng giao thức TCP/IP thông th−ờng.
e). WAN Gateway Functional Entity – WG
Thực hiện các chức năng hỗ trợ kết nối giữa mạng LAN của ng−ời sử dụng và mạng truy nhập WAN ở phía nhà cung cấp dịch vụ.
2.2.3.2. Cấu trúc chi tiết về các thực thể chức năng và giao diện
Cấu trúc chi tiết của hệ thống mạng phía khách hàng đ−ợc Open IPTV xây dựng thể hiện trong hình 2.6.
66
Hình 2.6. Mô hình kiến trúc chi tiết hệ thống mạng phía khách hàng 2.3. Các giao thức, thủ tục xử lý cơ bản
Bên cạnh việc mô hình hóa kiến trúc chức năng và giao diện hệ thống, Open IPTV còn đ−a ra các giao thức xử lý cơ bản. Đây là cơ sở quan trọng để các phát triển và sản xuất thiết bị IPTV cho ra các thiết bị có thể phối hợp làm việc tốt với nhau đồng thời hỗ trợ khả năng Plug and Plaỵ
67 2.3.1. Kết nối thiết bị khách hàng
Giao thức này nhằm kết nối các thiết bị của ng−ời sử dụng với hệ thống mạng, đảm bảo các thiết bị đó có thể sẵn sàng sử dụng dịch vụ của hệ thống. Quá trình kết nối mạng bao gồm gán địa chỉ IP cho thiết bị và thiết lập các cấu hình từ phía nhà cung cấp dịch vụ IPTV tới các thiết bị của ng−ời dùng. Nhiều giao thức đZ có có thể đ−ợc sử dụng trong quá trình này nh− DHCP, NAT v.v…
2.3.2. Tìm kiếm và lựa chọn dịch vụ IPTV
IPTV Service Discovery là cơ chế cho phép thực thể ITF ở phía khách hàng tìm kiếm các thông tin, địa chỉ liên kết để có thể truy nhập tới các dịch vụ IPTV. Quá trình này bao gồm 3 b−ớc cơ bản:
- Tìm các điểm truy nhập của các IPTV Service Provider để lựa chọn IPTV Service Provider theo ý muốn.
- Đọc thông tin về IPTV Service Provider
- Lựa chọn dịch vụ trong từ IPTV Service Provider.
Thông tin về IPTV Service Provider và IPTV Service th−ờng ở định dạng XML và có thể truyền tải nhờ nhiều giao thức khác nhau nh− HTTP, FTP. Cấu trúc thủ tục thực hiện đối với hai mô hình cung cấp dịch vụ là khác nhaụ
2.3.3. Định danh và xác nhận đăng nhập ng−ời dùng
Xác nhận định danh ng−ời dùng là vấn đề quan trọng đối với dịch vụ IPTV. Nó giúp cho hệ thống có thể tùy biến, cá nhân hóa các cách thức thể hiện nội dung, quản lý quyền truy cập nội dung, tính c−ớc. Open IPTV đ−a ra các mô hình xác nhận truy nhập của ng−ời sử dụng cho cả hai mô hình.
2.3.4. Thiết lập và quản lý các phiên Unicast
Có nhiều dịch vụ IPTV đ−ợc cung cấp qua ph−ơng thức truyền đơn h−ớng Unicast nh− các nội dung theo yêu cầu CoD, nPVR (Network based Personal Video Recorder), TimeShifting. Open IPTV đ−a ra các thủ tục liên quan đến
68
- Thiết lập phiên unicast: bao gồm quá trình thiết lập phiên, thiết lập kênh bảo mật và điều khiển, phân phối nội dung.
- Chỉnh sửa, bổ xung một phiên unicast sẵn có. - Quản lý phiên unicast.
- Thu hồi phiên unicast.
2.3.5. Các thủ tục quản lý phiên đối với nội dung đã có kế hoạch
Nội dung đZ có kế hoạch (Scheduled content) là một dịch vụ cơ bản nhất của IPTV, th−ờng là nội dung các kênh truyền hình quảng bá. Cơ chế để truyền tải các nội dung này tới ng−ời dùng là sử dụng ph−ơng thức truyền tin đa h−ớng multicast.
Open IPTV đ−a ra các thủ tục cần thiết trong thiết lập và quản lý phiên multicast nhằm truyền tải nội dung đZ có kế hoạch. Các thủ tục bao gồm thiết lập phiên và thu hồi phiên Scheduled content. Những thủ tục này đ−ợc thực thi từ phía thực thể chức năng ITF ở phía khách hàng.
2.3.6. Các thủ tục thiết lập dịch vụ
Các thủ tục này cho phép IPTV Service Provider thiết lập các dịch vụ IPTV trên hệ thống.
2.3.7. Quản lý thông tin ng−ời dùng (User Profile Management)
Các thủ tục này cho phép ng−ời sử dụng có thể quản lý các thông tin cá nhân, xem và tính c−ớc đối với các dịch vụ của hệ thống. Open IPTV đ−a ra một số thủ tục cơ bản hỗ trợ quản lý thông tin ng−ời dùng bao gồm tạo, sửa, xóa, thay thế, lấy xuống và hiển thị thông tin cá nhân.
2.3.8. Các thủ tục điều khiển đối với nội dung CoD
Để quảng bá và truyền tải các nội dung CoD tới khách hàng, Open IPTV đ−a ra nhiều thủ tục hỗ trợ nh− liệt kê catalog các nội dung CoD, nội dung xem thử, địa chỉ liên kết v.v…
69
2.3.9. Các thủ tục bảo vệ dịch vụ và nội dung
Bảo vệ dịch vụ và nội dung nhằm đảm bảo bản quyền của nội dung và quyền lợi của ng−ời sử dụng. Hệ thống IPTV sử dụng các kỹ thuật bảo vệ bản quyền số và các kỹ thuật mZ hóa để thực hiện vấn đề nàỵ Open IPTV đ−a ra hai h−ớng tiếp cận để bảo vệ dịch vụ và nội dung:
- Tại thiết bị đầu cuối: Theo h−ớng này, các chức năng CSP ở OITF ở phía khách hàng và thực thể chức năng CSP – T của mạng nhà cung cấp trao đổi dữ liệu thông qua giao diện UNI – CSP – T.
- Tại gateway: các chức năng CSP ở mạng ng−ời dùng và thực thể chức năng CSP – G ở mạng nhà cung cấp dịch vụ trao đổi dữ liệu thông qua giao diện UNI – CSP – G.
2.4. Kết nối giữa IPTV và các dịch vụ truyền thông khác
Kiến trúc hệ thống Open IPTV tạo ra một hệ thống mở không chỉ đảm bảo các dịch vụ cơ bản của IPTV mà còn cho phép mở rộng khả năng cung cấp dịch vụ, kết hợp với các dịch vụ thông tin khác. D−ới đây là một số dịch vụ điển hình.
2.4.1. Dịch vụ hiển thị Caller ID
Dịch vụ này cho phép hiển thị thông tin định danh ng−ời gọi đến trên màn hình ở thực thể OITF của mạng phía khách hàng. Khi ng−ời sử dụng nhận một cuộc gọi đến, các thông tin về ng−ời gọi đ−ợc chuyển đến thực thể kết nối dịch vụ thông tin và sau đó đ−ợc chuyển đến OITF hiển thị lên màn hình.
Để sử dụng đ−ợc dịch vụ này, các điều kiện sau phải đ−ợc đảm bảo: - Ng−ời sử dụng phải đăng ký dịch vụ và thông tin về các ng−ời dùng khác muốn đ−ợc hiển thị cũng phải đ−ợc đăng ký theo chuẩn Ẹ164.
70
- Các mạng cung cấp dịch vụ điện thoại (POTS, IMS, Mobile) quản lý định danh các cuộc gọi phải kết nối với hệ thống IPTV và gửi các thông tin liên quan đến cuộc gọị
- Thực thể chức năng Caller ID Enabler phải đ−ợc cấu hình để gửi các thông tin về định danh ng−ời gọi tới OITF.
2.4.2. Dịch vụ tin nhắn (Messaging)
Dịch vụ tin nhắn cho phép ng−ời sử dụng có thể nhận và gửi các bản tin tới ng−ời sử dụng khác trong hệ thống.
Quá trình nhận và gửi tin nhắn đ−ợc thực hiện ở phía ng−ời dùng thông qua các giao diện với thực thể OITF. ứng dụng chạy ở phía ng−ời dùng hỗ trợ dịch vụ tin nhắn có thể là ứng dụng DAE đ−ợc tải về một ứng dụng sẵn có trong OITF.
Để hỗ trợ tính năng gửi và nhận tin nhắn, chức năng Instant Messaging Enabler đ−ợc sử dụng tại thực thể Person to Person Communication Enabler.
Các thủ tục nhận và hiển thị tin nhắn (Incoming messaging), gửi tin nhắn (Outgoing messaging) đZ đ−ợc Open IPTV xây dựng dựa trên giao thức cơ sở HTTP.
2.4.3. Dịch vụ chat
Chức năng Communication Service Chatting cho phép ng−ời sử dụng có thể thiết lập phiên làm việc và trao đổi các thông báo gần thời gian thực (near real-time) với một ng−ời sử dụng khác trong hệ thống.
Open IPTV đ−a ra các thủ tục cơ bản cần thiết cho dịch vụ chat bao gồm thiết lập phiên (chat session setup), gửi và nhận thông điệp (chat incoming message và chat outgoing message), thu hồi phiên (chat session teardown).
71
Với xu thế phát triển mạnh mẽ của các thiết bị hỗ trợ tiêu chuẩn DLNA, Open IPTV đZ xây dựng mô hình hệ thống IPTV có khả năng giao tiếp và trao đổi dữ liệu với các thiết bị loại nàỵ
Chức năng DLNA trong thực thể OITF sẽ đảm nhận vai trò chuyển đổi nội dung IPTV sang các thiết bị DLNẠ Hình 2.6. mô tả quan hệ trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị DLNA, thực thể ITF và các thực thể quản lý nội dung phía mạng nhà cung cấp dịch vụ.
Bảng 2.3. liệt kê chức năng của thực thể ITF và thiết bị DLNA ở các tr−ờng hợp sử dụng khác nhau trong hệ thống Open IPTV.
Bảng 2.3. Chức năng của thực thể ITF và thiết bị DLNA trong các tr−ờng hợp sử dụng kết nối thiết bị DLNA với hệ thống IPTV
Tr−ờng hợp sử dụng Chức năng DLNA ở ITF Chức năng hoạt động ở DLNA
2 BOX PULL Digital Media Server
(DMS) Digital Media Player (DMP) DOWNLOAD Digital Media Server
(DMS) Download (+DN+) Controller Digital Media Server
(DMS) Digital Media Controller (DMC) Digital Media Renderer (DMR)
3 BOX
Digital Media Server (DMS)
Digital Media Controller (DMC)
Digital Media Renderer (DMR)
2 BOX PUSH Push Controller (+PƯ) Digital Media Renderer (DMR)
UPLOAD Upload Controller
(+UP+) Digital Media Server (DMR) đối với thiết bị hỗ trợ khả năng upload.
72
Hình 2.7. Quan hệ trao đổi dữ liệu giữa thiết bị DLNA, thực thể ITF và các thực thể quản lý nội dung của mạng nhà cung cấp dịch vụ IPTV.
73
Ch−ơng 3
Cơ sở các Kỹ thuật nén video
Một trong những vấn đề kỹ thuật quan trọng đối với triển khai và đảm bảo chất l−ợng dịch vụ IPTV hiện nay là băng thông truyền dẫn. Để truyền tải nội dung một luồng tín hiệu video tới khách hàng đảm bảo tiêu chuẩn HDTV cần băng thông lên đến hàng trăm Mbps. Để giải quyết vấn đề này bên cạnh việc quan tâm chú ý đến hạ tầng và các kỹ thuật nâng cao băng thông truyền dẫn, các vấn đề về kỹ thuật nén video cũng đ−ợc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng. Nội dung phần này xin đ−ợc trình bày các vấn đề cơ bản của kỹ thuật nén video và nghiên cứu kỹ thuật nén video MPEG 4 Part 10/ H.264.
Nén dữ liệu là quá trình xử lý làm giảm dung l−ợng l−u trữ thông tin. Nén video là quá trình biểu diễn tín hiệu video đầu vào bằng một tín hiệu mới có dung l−ợng l−u trữ, tốc độ bit yêu cầu nhỏ hơn mà vẫn đảm bảo yêu cầu chất l−ợng thu nhận và cảm giác của mắt ng−ời khi xem trình diễn.
Kỹ thuật nén tín hiệu liên quan đến một cặp hệ thống: hệ thống nén (compressor hay còn gọi là bộ mZ hóa) và hệ thống giải nén (giải mZ - decompressor). Hệ thống nén tạo ra dữ hiệu nén, hệ thống giải nén tái tạo lại tín hiệu ban đầụ Hình 3.1.
Dữ liệu nén đ−ợc tạo ra dựa trên cơ sở loại bỏ những thông tin d− thừa (redundancy) và có thể đ−ợc nén một cách hiệu quả sử dụng các ph−ơng thức nén không mất thông tin (lossless compression method). Khi sử dụng ph−ơng thức này, bộ giải mZ có thể tái tạo tín hiệu hoàn toàn giống so với tín hiệu gốc. Bên cạnh các ph−ơng thức nén không mất thông tin còn có các ph−ơng thức nén mất thông tin (lossy compression). Trong kỹ thuật nén video, nén mất thông tin dựa trên cơ sở loại bỏ các thành phần trong tín hiệu trong hình ảnh (image) hoặc trong chuỗi tín hiệu video (video sequence) mà không gây ảnh h−ởng lớn trong
74
Hình 3.1. Vị trí và vai trò của nén video
3.1. tính t−ơng quan trong luồng tín hiệu video và mô hình nén video
Hầu hết các Kỹ thuật nén video đều dựa trên cơ sở loại bỏ d− thừa trong miền không gian (spatial model) và trong miền thời gian (temporal model). Tín hiệu video chuyển động đ−ợc tạo ra từ nhiều khung hình liên tiếp của cảnh vật. L−ợng thông tin chứa đựng trong mỗi ảnh thay đổi rất ít từ khung hình này sang khung hình kế cận khác. Do đó có sự t−ơng quan rất lớn giữa các khung hình, nhất là khi tốc độ quét hình (frame rate) lớn. Hình 3.2:
Hình3.2. Sự t−ơng quan trong miền thời gian và trong miền không gian trong chuỗi tín hiệu video
75
Trong miền không gian, sự t−ơng quan giữa các vùng trong một ảnh cũng th−ờng rất lớn. Ví dụ trong hình 3.2, ta dễ dàng nhận thấy vùng điểm ảnh tạo nên mặt bàn có độ chói và sắc độ xấp xỉ giống nhau hay nói cách khác sự t−ơng quan giữa về mặt tín hiệu giữa các điểm ảnh trong vùng ảnh này là rất lớn. T−ơng tự nh− vậy, ta nhận thấy hình ảnh chiếc rèm đ−ợc tạo bởi các khối ảnh có cấu trúc giống nhau, do đó, sự t−ơng quan giữa các khối ảnh này cũng rất lớn.
Quá trình nén video sử dụng các ph−ơng pháp loại trừ sự t−ơng quan nói trên. Hình 3.3 là sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống nén video, bao gồm 3 khối chính: mô hình nén theo thời gian, nén theo không gian và mZ hóa entropỵ
Hình 3.3. Sơ đồ khối tổng quát của bộ mZ hóa video
Dòng tín hiệu video không nén đầu vào đ−ợc đ−a tới khối nén miền thời gian. Khối này loại bỏ những thông thông tin giống nhau giữa các ảnh liên tiếp. Thông th−ờng các bộ mZ hóa video sử dụng kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch (motion compensated prediction). Dựa vào các ảnh tr−ớc đó đZ đ−ợc l−u trữ trong khối l−u trữ frame, một ảnh dự đoán (prediction picture) đ−ợc tạo rạ Giữa ảnh dự đoán và ảnh hiện tại có sự sai khác. Sự sai khác đ−ợc tính toán dựa trên các khối điểm ảnh và cho ra một tập kết quả bao gồm:
- Các vectơ chuyển dịch (motion vectors): Do có sự sai khác, các khối điểm ảnh trong frame dự đoán sẽ dịch chuyển vị trí so với frame hiện tạị Kỹ thuật nén sẽ tìm ra sự dịch chuyển này và đ−a ra các vectơ chuyển dịch.
76
- Phần chênh lệch (residual): là dữ liệu thể hiện sự sai lệch giữa các khối điểm ảnh trong frame dự đoán đZ dịch chuyển so với frame hiện tạị