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
Khối nén miền không gian loại bỏ sự giống nhau giữa các phần tử trong tín hiệu chênh lệch. Có nhiều kỹ thuật khác nhau đ−ợc sử dụng trong khối này và kết quả của quá trình là tạo ra một tập các tham số (coefficients) mô tả nội dung thông tin chênh lệch.
Thông tin đầu ra của khối nén trong miền không gian và thời gian tiếp tục đ−ợc nén nhờ bộ mZ hóa entropỵ Quá trình này loại trừ các d− thừa thống kê (statistical redundancy) xuất hiện trong luồng dữ liệụ Luồng tín hiệu nén đầu ra bao gồm tham số của các vectơ chuyển dịch, các hệ số thông tin chênh lệch và thông tin mào đầu (header).
3.2. Nén trong miền thời gian
Tín hiệu video có tính chất d− thừa thông tin cao trong miền thời gian. Bản chất tín hiệu video là một chuỗi các ảnh tĩnh (các khung hình), l−ợng thông tin chứa đựng trong mỗi khung hình thay đổi rất ít từ khung hình này sang khung hình kế tiếp. Sự khác nhau đó tạo nên cảm giác chuyển động thực sự của đối t−ợng trong videọ Tuy nhiên, phần lớn còn lại là sự giống nhau giữa các khung hình. Sự giống nhau đó tạo ra l−ợng thông tin d− thừa theo thời gian trong videọ Kỹ thuật nén trong miền thời gian sẽ loại bỏ các d− thừa đó.
Kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch là kỹ thuật cơ bản của nén video trong miền thời gian. Nội dung cơ bản của kỹ thuật này bao gồm các b−ớc cơ bản sau:
- Tạo ảnh dự đoán (prediction picture): ảnh dự đoán là ảnh mà cả phía mZ hóa và giải mZ đều có thể tạo ra từ các ảnh đZ đ−ợc xử lý tr−ớc đó gọi là ảnh tham chiếu (reference pictures). ảnh dự đoán càng giống với ảnh hiện tại thì hiệu quả nén tín hiệu càng caọ ảnh dự đoán đơn giản nhất chính là ảnh liền ngay tr−ớc ảnh hiện thờị Để ảnh dự đoán giống với ảnh thực, ng−ời ta sử dụng các kỹ
77
thuật tạo ảnh dự đoán khác nhau, tuy nhiên các kỹ thuật này đòi hỏi tính toán nhiều do đó các bộ mZ hóa và giải mZ cần phải có tốc độ xử lý cao và dung l−ợng bộ nhớ vùng đệm đủ lớn. Kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch tính toán sự dịch chuyển giữa các khối điểm ảnh và cho ra tập hợp các vector chuyển dịch.
- Tính toán phần chênh lệch (residual): Phần chênh lệch thông tin giữa ảnh hiện thời và ảnh dự đoán đ−ợc tính toán.
- Dữ liệu nén trong miền thời gian của các ảnh chính là dữ liệu về các vector chuyển dịch và dữ liệu phần thông tin chênh lệch. Khối dữ liệu này có dung l−ợng nhỏ hơn nhiều dung l−ợng thông tin của cả ảnh. Chính vì vậy, dữ liệu video đZ đ−ợc nén lại trong miền thời gian.
ở phía giải mZ, bộ giải mZ sẽ tái tạo lại ảnh dự đoán nhờ các ảnh tham chiếu và các vector chuyển dịch. Sau đó giá trị các điểm mẫu của ảnh dự đoán đ−ợc cộng với các giá trị các điểm mẫu của phần chênh lệch để tạo ra ảnh hoàn chỉnh.
Đối với tín hiệu video thành phần, kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch đ−ợc xử lý một cách riêng biệt, độc lập cho từng thành phần của tín hiệụ
3.2.1. Tạo ảnh dự đoán từ ảnh liền tr−ớc
Đây là ph−ơng pháp nén trong miền thời gian đơn giản nhất. Lợi dụng đặc tính rất giống nhau giữa các ảnh liên tiếp, ng−ời ta coi ảnh liền tr−ớc là ảnh dự đoán của ảnh hiện tạị Phần thông tin chênh lệch (hiệu số giữa ảnh hiện tại và ảnh dự đoán) đ−ợc truyền đị Đối với các ảnh trong một hoạt cảnh video, phần thông tin chênh lệch th−ờng là rất nhỏ.
3.2.2. Tạo ảnh dự đoán và bù chuyển dịch theo khối (Block based)
Để tạo ra ảnh dự đoán giống với ảnh hiện tại, kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch không xử lý cùng lúc toàn bộ cả ảnh mà chia nhỏ ảnh thành những khối điểm ảnh và xử lý riêng biệt cho từng khối điểm ảnh đó. Các khối điểm ảnh này đ−ợc gọi là macroblock. Macroblock thực chất là một ma trận các giá trị
78
mẫu t−ơng ứng với một khối điểm ảnh của ảnh. Macroblock có kích th−ớc cố định và th−ờng là 8x8, 16x16 mẫu điểm ảnh. Ví dụ đối với tín hiệu video lấy mẫu theo cấu trúc 4:2:0, một khối điểm ảnh kích th−ớc 16x16 sẽ t−ơng ứng với 1 macroblock tín hiệu chói có kích th−ớc 16x16 và 2 macroblock tín hiệu hiệu màu thành phần Cb, Cr có kích th−ớc 8x8. Hình 3.4:
Hình 3.4. Cấu trúc macroblock của các dạng lấy mẫụ Mỗi ô vuông trong hình ứng với kích th−ớc 8x8 mẫu điểm ảnh.
Kỹ thuật dự đoán và bù chuyển dịch thực hiện đối với từng macroblock có kích th−ớc MxN theo các b−ớc nh− sau:
1. Xác định h−ớng chuyển dịch: Tìm trong ảnh tham chiếu một vùng mẫu điểm ảnh có kích th−ớc MxN giống nhất với macroblock hiện tạị ảnh tham chiếu có thể là ảnh nằm tr−ớc hoặc nằm sau trong thứ tự trình diễn so với ảnh hiện tạị Quá trình tìm kiếm đ−ợc thực hiện bằng cách so sánh các giá trị mẫu của