Mỗi gúi PES gồm cú một header và tiếp sau là phần tải dữ liệu dũng truyền(Payload). Cỏc gúi PES từ cỏc dũng sơ cấp khác nhau được tổ hợp thành một chương trỡnh(Program).
Một vài chương trỡnh tổ hợp thành dũng truyền TS và một dữ liệu mụ tả được gọi là Thông tin xác định chương trỡnh(PSI). PSI xỏc định chương trỡnh và cỏc thành phần của nú.
Các gói TS có độ dài cố định 188 byte. Mỗi gói TS bao gồm TS header, tiếp theo là thông tin phụ Trường Thích nghi(Adaptation Field), tiếp theo là dữ liệu từ một phần hay trọn một gói PES. Phần TS Header bao gồm byte đồng bộ, các cờ và chỉ thị, định danh gói(PID) và một số thông tin khác cho phát hiện lỗi, thời gian…(hỡnh 13). PID được sử dụng để phân biệt các dũng truyền khỏc nhau và cỏc PSI khỏc nhau.
Cú 5 kiểu dũng PSI chớnh: Bảng liờn kết chương trỡnh(PAT), bảng bản đồ chương trỡnh(PMT), bảng thụng tin mạng(NIT), bảng truy nhập cú điều kiện(CAT) và DSM-CC. Bộ giải mó chọn một chương trỡnh xỏc định bằng việc tách các khối, có chứa PID yêu cầu(các định danh chương trỡnh, PID được mô tả trong bảng PAT và các khối PMT nhúng trong dũng truyền vận). NIT xỏc định các tham số mạng vật lý, CAT mang thông tin về mó khúa.
DSM-CC cung cấp giao thức và giao diện chương trỡnh ứng dụng cho truyền thụng giữa người dùng với mạng và người dùng với người dùng.
Hỡnh 13: Cấu trúc đầu gói và gói dũng truyền vận
Chuẩn DVB cho phát quảng bá dữ liệu xác định 3 cách khác nhau để chèn dữ liệu vào dũng truyền MPEG-2. Hỡnh 14 mô tả các đầu vào có thể cho việc truyền vận IP trờn MPEG-2.
Các gói dữ liệu có thể được nhúng và mang bên trong các gói PES dùng cho dũng video và audio. Phương pháp này được gọi là Data Streaming [2].
Các gói dữ liệu có thể được mang bên trong các gói được xác định cho các bảng nội của hệ thống trong DSM-CC. Phương pháp này gọi là Bao gúi Đa Giao thức(MPE) [2].
Hai phương pháp (i) và (ii) được định nghĩa trong MPEG-2 như là chuẩn. Trong cả hai trường hợp, chức năng phân đoạn được thực hiện tự động. Phương pháp thứ ba cần được phân đoạn và tái ghép tường minh. Các tế bào TS có phần tải là 184 byte, trong trường hợp một chuỗi dữ liệu dài hơn cần truyền, một giao thức thích ứng sẽ đảm nhiệm việc phân đoạn và tái ghép.
Hỡnh 14: Các đầu vào có thể chèn gói IP
Tất cả ba phương pháp đều xảy ra hiện tượng tràn, do các trường header các gói dữ liệu thường không phải là bội của 184 byte. Tổng lượng tràn của một đường truyền phụ thuộc vào độ dài các gói và phương pháp bao gúi dữ liệu được chọn. Lượng tràn quan sát trong phương pháp MPE thông thường nằm trong khoảng 13-15 % [15].
Một bộ IRD phải có khả năng xác định đối với mỗi tế bào xem nó thuộc phần tải nào và chuyển nó tới module tương ứng(cho bước xử lý tiếp theo), mà cú thể là phần điều khiển PES, điều khiển section, hay khối tái ghép do người dùng định nghĩa. Đối với chuẩn MPEG-2, thông tin cho các quyết định này là giá trị của PID, được gói trong bảng PSI, trong các PMT đặc biệt. Hỡnh 15 mụ tả quan hệ của ỏnh xạ PSI.
Phương pháp MPE sẽ được mô tả chi tiết ở phần sau, do các ngăn chứa dữ liệu của nó(được gọi là các phần datagram) được tối ưu cho việc tải dũng IP.
Hỡnh 15: Quan hệ ỏnh xạ PSI
2.3.1 Phương pháp gói đa giao thức(MPE)
Định chuẩn MPE của DVB sử dụng các phần riêng cho việc truyền gói dữ liệu IP và sử dụng một phương pháp bao gúi khỏ gần với chuẩn LAN/MAN của IEEE. Cỏc gúi dữ liệu được bao gúi trong phần datagram, tương thích với khuôn dạng phần DSM-CC cho các dữ liệu riêng [5]. Việc bao gúi này sử dụng địa chỉ thiết bị mức MAC(medium access control). Khuôn dạng địa chỉ theo chuẩn ISO/IEEE cho LAN/MAN.
Cỳ phỏp và ngữ nghĩa của phần datagram được xác định trong bảng 13
Trường table_id được đặt bằng 0x3E để chỉ vùng DSM-CC với dữ liệu riêng. Trường địa chỉ MAC 48 bit chứa địa chỉ MAC của đích, nó được trải vào 6 trường 8 bit , được gán nhón từ MAC_address_1 đến MAC_address_6. trường MAC_address_1 chứa byte cao nhất của địa chỉ MAC, MAC_address_6 chứa byte thấp nhất của địa chỉ MAC. Số lượng byte có nghĩa là tùy chọn và được xác định trong bảng mô tả broadcast.
Dịch vụ quảng bá dữ liệu chỉ định truyền các datagram bằng việc đưa vào một hay một vài bộ mô tả quảng bỏ dữ liệu trong SI [6,7]. Mỗi bộ mô tả được gắn với một dũng truyền qua định danh component_tag.
Cỳ phỏp và ngữ nghĩa của bộ mụ tả dữ liệu quảng bỏ được xác định trong bảng 14.
Bảng 14: Cỳ phỏp bộ mụ tả dữ liệu quảng bỏ
Trường data_broadcast_id được đặt bằng 0x0005 chỉ ra rằng sử dụng MPE [7]. Giỏ trị trường component_tag bằng với giá trị của trường component_tag của bộ mô tả định danh stream(stream_identifier_descriptor trong bảng ánh xạ chương trỡnh PSI cho cỏc dũng truyền datagram. Trường độ dài bộ chọn selector_length được đặt bằng 0x02. Trường byte bộ chọn (selector_byte)
chuyển cấu trúc thông tin bao gúi đa giao
mà dịch vụ sử dụng để phân định các bộ nhận. Cờ ánh xạ IP_MAC đặt bằng 1 nếu ánh xạ IP đến MAC như định nghĩa của RFC 1112 [17].
Sự hiện diện của dũng truyền dữ liệu đa giao thức trong một dịch vụ được chỉ ra trong vùng ánh xạ PMT của dịch vụ bằng cách đặt kiểu dũng truyền là 0x0D.
MPE không phải là giải pháp tốt và hiệu quả cho lắm, tuy nhiên cho tới nay, nó vẫn là giải pháp dễ được chấp nhận. Phương thức tốt và hiệu quả nhất cho việc truyền dũng datagram IP trờn dũng tế bào MPEG-2 là sử dụng một lớp thớch ứng riềng, tương tự như giải pháp được chọn cho lớp thích ứng ATM 5(AAL5) trong mạng ATM và cho các lớp phân đoạn và tái hợp riêng. Mặc dầu phương pháp này có thể mang đến giải pháp sử dụng băng thông hiệu quả hơn nhưng nó lại khó cài đặt do các bộ thiết bị IRD thương mại được thiết kế chỉ cho truyền vận PES và các cấu trúc vùng mà thôi.
2.3.2 Điều khiển truyền thông
Phiờn truyền thụng là một kết nối logic giữa mỏy chủ uplink và máy khách. Việ thiết lập phiên truyền thông của dịch vụ Internet được yêu cầu bởi phí máy khách và nó được thiết lập bởi sự đàm phán giữa máy chủ uplink và máy khách. Mỗi máy trạm gửi yêu cầu để máy chủ uplink phân định một kênh truyền thông unicast qua đường tương tác ngược. Thông điệp yêu cầu bao gồm địa chỉ MAC của IRD và thông tin định danh máy khách. Máy chủ uplink gán một địa chỉ IP tạm thời(TIP, temporary IP) và một Unicast PID(UPID) cho máy khách. Client IP, địa chỉ IRD MAC, TIP, UPID được lưu trên bảng dịch địa chỉ của máy chủ(Address Translation Table, ATT) như là
thông tin định tuyến. Đại chỉ TIP và UPID được gửi cho máy khách. Máy khách lưu thông tin này trên bảng điều khiển địa chỉ(Address Control Table, ACT) của nó. Phiên truyền thông được duy trỡ cho tới khi mỏy khỏch chấm dứt phiờn truyền.
Các gói Internet được gửi tới máy khách qua mạng quảng bá DBS. Để thực hiện được chức năng này, Satellite Gateway(SGW) phải tạo một chuyển đổi giao thức. Nó chuyển đổi gói IP thành các gói vùng riêng MPEG-2 và chèn các gói đó vào dũng TS. Sự chuyển đổi này được thực hiện nhờ sử dụng ATT nơi lưu trữ các địa chỉ TIP, MAC và UPID của máy khách.
Tất cả các bộ IRD nhận toàn bộ các gói unicast của UPID đó cho. Do vậy, IRD phải cú chức nằng lọc cỏc gúi unicast. Dịch vụ lọc trong IRD sẽ so sánh địa chỉ MAC đích của các gói nhận được với địa chỉ MAC của riêng nó. Nếu địa chỉ là trùng thỡ gúi sẽ được chuyển đến chức năng ứng dụng. Nếu không gói sẽ bị bỏ.
2.3.3 Bảo mật
Một trong những điểm trọng yếu của truyền thụng vệ tinh là việc bảo mật. Do mạng vệ tinh bản chất là mạng quảng bá, nó dễ bị truy nhập trái phép trên đường truyền dữ liệu. Do vậy, kỹ thuật bảo mật phải được sử dụng. Chuẩn MPEG-2 được cung cấp một dịch vụ truy nhập có điều kiện(conditional access) mà chỉ cho phép các thuê bao có bản quyền được giải mó cỏc thụng tin được đó mó húa trộn. Tải đó mó húa trộn, cỏc datagram IP, được chỉ bởi trường điều khiển trộn tải(payload_scrambling_control) của vùng datagram(datagram_section). Có một số các kỹ thuật và dịch vụ bao an khác nhau được phát triển cho các ứng dụng Internet. Các kỹ thuật mó khúa cú thể
hơn.
2.4 Các phương pháp gói mở rộng:
Giao thức gúi MPE được định nghĩa chuẩn trong DVB hiện đó được sử dụng rộng rói trong cỏc dịch vụ Internet trờn hạ tầng truyền hỡnh số DVB. Tuy nhiờn nú cú một số điểm hạn chế quan trọng. Chuẩn MPE hiện thời không hỗ trợ các giao thức hiện dùng như ROHC, MPLS, nó cũng không hỗ trợ giao thức IPv6 sẽ được sử dụng ngày càng nhiều trong tương lai. Một hạn chế nữa của MPE là hiệu suất sử dụng băng thông không cao.
Do vậy hiện nay cộng đồng nghiên cứu và các nhóm nghiên cứu của IETF đang đưa ra các khuyến cáo sử dụng các giao thức gúi khỏc nhằm khắc phục cỏc hạn chế kể trờn. Cỏc giao thức gúi mới bao gồm Simple Encapsulate(SE) và Ultra Light Encapsulate(ULE).
Điểm khác biệt quan trọng trong các giao thức kể trờn so với MPE là MPE bao gúi cỏc gúi IP vào vựng riờng(Private Session) của dũng truyền MPEG2- TS sử dụng chuẩn DSM-CC trong khi SE và ULE bao gúi trực tiếp gúi IP vào vựng tải(Payload) của dũng truyền MPEG2-TS(Phương thức này tương tự như một phương pháp định nghĩa trong chuẩn truyền dữ liệu DVB là data piping).
2.4.1 Phương pháp gói ULE:
Phương pháp bao gúi này cho phộp truyền trực tiếp gúi Ipv6 trờn dũng truyền MPEG-2 TS, như là dữ liệu riêng TS, không sử dụng các kỹ thuật vùng DVB. Phương pháp này, được mô tả trong[11] cú thể chia làm hai phần:
+ Bao gói các gói IPv4, IPv6(và các gói khác) vào các đơn vị dữ liệu tiểu mạng SNDU.
+ Truyền SNDU này trờn dũng MPEG-2 TS, cú nghĩa là phõn đoạn SNDU vào các tế bào MPEG-2 TS.
2.4.1.1 Khuụn dạng SNDU:
Hỡnh 16: Khuôn dạng SNDU trong phương pháp gói ULE
2.4.1.2 Phân đoạn SNDU vào các tế bào MPEG-2 TS:
ULE cung cấp phương thức để:
+ Phân đoạn và tái hợp SNDU trên các tế bào MPEG-2 TS. + Đóng gói SNDU
Hỡnh 17: Phân đoạn SNDU trên tế bào MPEG2-TS theo ULE
Một SNDU mà khụng thể đưa vào một tế bào MPEG-2 TS thỡ sẽ được phân đoạn trên nhiều tế bào MPEG-2 TS như được mô tả trong hỡnh 17.
Nếu nhiều SNDU được lưu trong một tế bào MPEG-2 TS(do SNDU đủ nhỏ) thỡ cỏc SNDU được gói như mô tả trong hỡnh 18
truyền gúi Ipv6 trực tiếp qua MPEG-2 TS.
Phương pháp này được mô tả trong[10] có thể chia thành 2 phần:
+ Bao gúi cỏc gúi Ipv6(hay các gói dữ liệu khác) vào các gói dữ liệu gọi là đơn vị dữ liệu tiểu mạng(SNDU).
+ Truyền cỏc gúi SNDU qua dũng MPEG-2 TS, bằng cỏch phõn đoạn gói SNDU vào các tế bào TS.
2.4.2.1 Khuụn dạng SNDU:
Hỡnh 19: Khuụn dạng SNDU của giao thức gúi SE
2.4.2.2 Phân đoạn SNDU vào các tế bào MPEG-2 TS:
SE cung cấp phương pháp để
+ Phõn đoạn và tỏi hợp SNDU trờn cỏc tế bào TS. + Đóng gói SNDU
Phân đoạn theo SE tương tự như ULE chỉ khác ở chỗ SE sử dụng cả hai trường PUSI và AFC trong đầu gói MPEG-2. PUSI chỉ ra rằng ít nhất có một SNDU mới trong tế bào MPEG-2 TS. Trường AFC chỉ ra trường Thích ứng có mặt hay không, nó có thể có 2 trị:
+ 01: khụng cú AF. + 11: cú AF.
Bất cứ khi nào một SNDU kết thúc trong tế bào MPEG-2 TS, trường AFC được đặt và một trường thích ứng(AF) được chèn vào đầu phần tải của tế bào TS. Trường AF có chứa một con trỏ chỉ nơi bắt đầu của SNDU tiếp theo.
Hỡnh 20: Gói SNDU theo phương pháp SE
Việc gói nhiều SNDU vào một tế bào TS theo phương pháp SE cũng tương tự ULE, chỉ khác SE sử dụng cả trường AF trong tế bào MPEG-2 TS(hỡnh 20).
2.5 Đỏnh giỏ so sỏnh: 2.5.1 MPE:
Phương pháp bao gói MPE của DVB có một số hạn chế sau:
+ Tương đối phức tạp và nặng: phụ tải trong cấu trúc vùng bao gồm 6 byte(các trường phụ) + 4 byte(CRC32) + 6 byte(địa chỉ MAC)=16 byte. Việc đại chỉ MAC không phải là tùy chọn dẫn đến trường hợp không cần dùng địa chỉ MAC thỡ MPE cũng khụng sử dụng được 6 byte của địa chỉ MAC.
+ MPE khụng hỗ trợ trực tiếp IPv6 và ROHC.
+ Do sử dụng kỹ thuật vùng MPEG-2, MPE thừa hưởng trường độ dài vùng, do vậy MTU bị hạn chế ở mức 4080 byte.
2.5.2 ULE:
Như ở phần trên đó nờu, hai cải tiến quan trọng của phương pháp ULE là + Cấu trúc nhúng đơn giản làm tăng hiệu suất sử dụng băng thông.
+ Hỗ trợ các giao thức IP khác ngoài IPv4 như ROHC, IPv6 và dễ dàng mở rộng để hỗ trợ các giao thức khác.
Chương III: Hệ thống thử nghiệm sử dụng VideoLAN 3.1 Giới thiệu chung hệ thống VideoLAN 3.1 Giới thiệu chung hệ thống VideoLAN
VideoLan là giải phỏp phần mềm hoàn chỉnh cho việc thu nhận dũng video theo chuẩn MPEG-2 bao gồm cả hai dạng PS và TS, cho phộp thu dũng video từ cỏc nguồn khỏc nhau như kênh truyền hỡnh số vệ tinh, mặt đất, cáp, đọc video từ đầu DVD và phõn phối dũng video theo chuẩn DVB MPEG2 qua mạng LAN. VideoLAN là một dự ỏn mó nguồn mở dạng GNU (bản quyền cụng cộng toàn cầu) General Public License(www.videolan.org).
Dự ỏn VideoLan bao gồm: +VLS (VideoLan Server):
Mỏy chủ cú thể nhận dũng MPEG2 TS, MPEG2 PS từ những kênh vệ tinh số, những kênh TV số mặt đất, đầu DVD và tách gúi, chuyển dạng thành những tập tin dạng MPEG-1, MPEG-2 và MPEG-4, phỏt qua mạng LAN dưới dạng unicast hoặc multicast.
+VLC (VideoLan Client):
Máy trạm để nhận, giải mó và hiển thị những luồng MPEG dưới nhiều hệ điều hành khác nhau như: Linux, Windows, Mac OS X, Unix, ...
3.2 Thiết lập hệ thống thử nghiệm sử dụng VideoLAN: 3.2.1 Mụ hỡnh hệ thống: 3.2.1 Mụ hỡnh hệ thống:
Mụ hỡnh thực nghiệm bao gồm hai phần:
+ Phần mụ phỏng kờnh truyền dẫn DVB bao gồm: một mỏy PC phỏt dũng DVB ASI qua một mỏy tớnh sử dụng card DVB ASI MasterII TX để truyền
và đầu nhận tương tự chỉ khác là dùng card DVB ASI MasterII RX để nhận dũng DVB và cài đặt VLS làm máy chủ video.
Hỡnh 21: Mụ hỡnh thử nghiệm truyền dũng DVB
+ Phần thử nghiệm việc bao gúi dữ liệu IP vào dũng video MPEG-2 tại đầu phát và tách gói dữ liệu IP tại đầu thu. Phần này sử dụng các module chương trỡnh của VideoLAN để tách kênh, tách gói dữ liệu và video và phõn phối lại trờn mạng LAN
DVD --->- Unicast/Broadcast/Multicast
\ ---
File --->-- --- / \ ---
|->-| Server |=====>====| LAN |---->---| Client | Satellite ->-- | (VLS) | \ / | (VLC) | / --- --- --- MPEG2 -->- ^ encoder | v --- | Channel Server | | (VLCS) | ---
3.2.2 Mô tả hoạt động của hệ thống: