2.2 Các tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoS và chất lƣợng trải nghiệm QoE
2.2.1.5 Mất gói – Packet loss
Mất gói xảy ra có thể do nhiều nguyên nhân khác nhau: nghẽn mạng, đứt liên kết, không đủ băng thông, lỗi truyền dẫn… Loại suy giảm chất lƣợng xảy ra do mất gói phụ thuộc vào giao thức sử dụng để mang tín hiệu video:
- Nếu sử dụng giao thức UDP thì mất gói sẽ ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng hình ảnh, ví dụ nhƣ một số phần của luồng hình ảnh sẽ bị thiếu.
- Nếu sử dụng UDP đáng tin cậy (Reliable UDP) thì những gói bị mất có thể đƣợc truyền lại, tuy nhiên nếu truyền lại vẫn gây ra mất gói thì sẽ không có truyền lại một lần nữa, vì vậy chất lƣợng hình ảnh cũng bị ảnh hƣởng.
- Có thể sử dụng FEC kèm với UDP để thay thế những gói bị mất, tuy nhiên nếu tỉ lệ mất gói quá lớn (ví dụ trong quá trình bùng nổ sự mất gói) thì FEC cũng không có hiệu quả.
- Nếu sử dụng TCP thì mất gói sẽ dẫn đến việc truyền lại, tức là có thể dẫn đến sử dụng hết bộ đệm của Set Top Box và gây ra dừng hình ảnh.
Với luồng video sử dụng UDP mất gói có thể làm một phần hoặc toàn bộ frame bị sai lạc. Vì một khung thƣờng gồm nhiều gói và luồng video tiêu chuẩn bao gồm các khung đƣợc nội suy vì vậy với một tỉ lệ mất gói xác định thì có thể dẫn đến tỉ lệ mất khung cao hơn gấp 6 lần (minh họa ở hình 2.3).
2.3 Ảnh hƣởng của tỉ lệ mất gói đối với tỉ lệ lỗi/mất khung MPEG 2.2.1.6 Nghẽn trên server
Không phải tất cả mọi vấn đề liên quan đến chất lƣợng video đều do mạng IP. Nếu server không đƣợc hỗ trợ để phục vụ số lƣợng tối đa ngƣời dùng có nhu cầu sử dụng thì sẽ dẫn đến nghẽn trên server. Lỗi này thƣờng dẫn đến dừng hình ảnh. Nếu sử dụng các giao thức nhƣ UDP Multicast thì có thể giúp giảm bớt tải cho server, tuy
nhiên điều này phụ thuộc vào có nhiều thuê bao cùng xem một nội dung tại cùng thời điểm hay không.
2.2.1.7 Mạng lõi, mạng truy nhập và mạng tại thuê bao
Đƣờng truyền IP thƣờng bắt đầu tại một video server và kết thúc ở Set Top Box. Điều này có nghĩa là gói tin sẽ đi qua nhiều mạng, thƣờng đƣợc sở hữu bởi nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Mạng lõi IP thƣờng là mạng quang có dung lƣợng lớn, hoạt động tốt dƣới nhiều mức độ nghẽn và vì vậy khi có vấn đề xảy ra thì thƣờng là do mạng truy nhập hay mạng phía thuê bao.
2.2.2 Tham số đánh giá chất lƣợng dịch vụ QoE [1]
Tuy mang tính chủ quan của ngƣời đánh giá, QoE cũng đƣợc lƣợng hóa đến một mức độ nhất định để có thể đƣợc sử dụng hữu ích cho các mục đích khác nhau nhƣ đƣa vào hợp đồng thống nhất mức dịch vụ (Service Level Agreement - SLA) ký kết giữa nhà cung cấp và khách hàng. Phƣơng pháp để đánh giá mức độ hài lòng QoE cần bao hàm những yếu tố mang tính tâm lý chủ quan của ngƣời dùng, bên cạnh đó cần phải đƣa ra những kết quả sát thực tiễn và có thể tái dựng lại khi có nhu cầu. Điều này trƣớc tiên đòi hỏi sự thấu hiểu về nhu cầu mà ngƣời dùng đang có, nắm đƣợc yếu tố nào là nhân tố ảnh hƣởng đến sự đánh giá chủ quan của ngƣời dùng cho loại hình dịch vụ mà họ sử dụng.
Phát triển các phƣơng pháp để có thể đo đạc, lƣợng hóa QoE không phải là vấn đề đơn giản vì ngoài các yếu tố thuần túy kỹ thuật (nhƣ trong trƣờng hợp QoS) còn cần phải xem xét những yếu tố mang tính con ngƣời. Để đánh giá QoE có thể đi theo phƣơng thức là tạo ra ánh xạ từ các thông số kỹ thuật thuần túy QoS sang thông số mang tính chủ quan QoE. Sau đó chỉ cần đo đạc và kiểm soát các thông số QoS để qua đó kiểm soát và điều chỉnh QoE. Khó khăn lớn nhất của phƣơng thức này là tạo ra cách ánh xạ phản ánh đƣợc chân thực nhất những yếu tố mang tính chủ quan của ngƣời dùng, ví dụ nhƣ những tính chất của hệ thị giác con ngƣời. Hơn thế nữa, phải tổng hợp nhiều tham số QoS mới có thể ánh xạ sang QoE một cách hợp lý. Sự ánh xạ đòi hỏi phải có sự đúc kết từ nhiều thử nghiệm thực tế.
QoE cho IPTV có thể đƣợc đánh giá bằng phƣơng pháp mang tính chủ quan qua tham số MOS (Mean Opinion Score), định nghĩa trong tài liệu ITU-R BT 500. MOS là thang điểm từ 1 đến 5. MOS càng cao thì QoE càng tốt, tức là ngƣời dùng càng hài lòng với chất lƣợng dịch vụ IPTV. Một nhóm ngƣời dùng sẽ đƣợc chọn lựa để cùng xem đoạn video và cho điểm chất lƣợng từ 1 đến 5 (5 tƣơng ứng với chất lƣợng tốt nhất). Tham số MOS của đoạn video sẽ đƣợc lấy trung bình từ các kết quả cho điểm của ngƣời dùng. Tuy nhiên, phƣơng pháp này chỉ khả thi trong môi trƣờng phòng thí nghiệm, không áp dụng đƣợc trong môi trƣờng ứng dụng thời gian thực.
Các phƣơng pháp khác để đánh giá QoE cho IPTV dựa vào nguyên lý hoạt động truyền tải của IPTV nói riêng và của hình ảnh qua mạng IP nói chung. Các gói
của luồng video đƣợc chuyển từ bộ mã hóa/nén của nguồn ảnh, thành luồng dữ liệu đi qua mạng đến bộ đệm của bộ giải mã với tốc độ khác nhau. Bộ đệm có nhiệm vụ cung cấp các gói với tốc độ đều đặn cho bộ giải mã để tái hiện hình ảnh cho ngƣời xem. Tác động của mạng gây ra những biến đổi cho các gói trong luồng dữ liệu hình ảnh, làm cho các gói có thể đến bộ đệm với tốc độ nhanh chậm khác nhau, làm ảnh hƣởng trực tiếp đến mức độ hài lòng (QoE) của ngƣời dùng đầu cuối. Nếu các gói IP đến quá nhanh sẽ làm tràn bộ đệm, dẫn đến hiện tƣợng các gói bị mất do bộ đệm chỉ có dung lƣợng giới hạn. Với ngƣời xem, ảnh sẽ bị biến dạng và những chi tiết trong ảnh bị nhòe, hoặc bị mất. Ngƣợc lại, nếu các gói IP đến quá chậm thì bộ đệm không có gì để đƣa vào bộ giải mã, dẫn đến hiện tƣợng ngừng hình, giật hình khi xem.
QoE cho IPTV có thể đƣợc đánh giá một cách lƣợng hóa qua tham số MDI (Media Delivery Index). Về bản chất, MDI cũng là một tham số đƣợc ánh xạ từ các nhân tố QoS lớp mạng, cụ thể là độ trễ (Delay Factor - DF) và tỷ lệ mất nội dung (Media Loss Rate - MLR). MDI đƣợc hiển thị dƣới dạng chuẩn DF:MLR. Ƣu điểm của MDI là đại lƣợng này có thể đƣợc đo kiểm tại bất cứ điểm nào trên đƣờng truyền từ nguồn ảnh đến ngƣời xem (ngƣời dùng) và từ giá trị MDI có thể ánh xạ đến QoE để có đƣợc những hành động, biện pháp xử lý kịp thời. MDI đáp ứng đƣợc yêu cầu QoE về ảnh là DF vào khoảng 9-50ms, MLR tối đa là 0.004 cho SDTV (Standard Definition Television: truyền hình độ phân giải thông thƣờng), VOD (Video on Demand: video theo yêu cầu) và 0.0005 cho HDTV (High-Definition Television: truyền hình phân giải cao).
MPQM (Moving Picture Quality Metrics) và V-factor là hai mô hình khác để đánh giá QoE của dịch vụ IPTV. MPQM là mô hình đặt nền tảng trên những tính chất của hệ thống thị giác của con ngƣời và đánh giá sự suy giảm chất lƣợng qua vòng đời của ảnh video (nén, truyền, giải nén) có ảnh hƣởng thế nào đến chất lƣợng hình ảnh qua cảm nhận của ngƣời dùng đầu cuối. Khác với các giải pháp đánh giá chất lƣợng video thông thƣờng đƣợc phát triển trong môi trƣờng phòng thí nghiệm MPQM không cần đến sự so sánh giữa hình ảnh gốc và hình ảnh nhận đƣợc. Điểm cơ bản này mang lại tính khả thi và độ mở rộng cao cho MPQM trong thực tế. Trong môi trƣờng IPTV, địa điểm của hình ảnh nhận đƣợc nơi ngƣời dùng đầu cuối có thể cách xa nhiều cây số so với địa điểm hình ảnh gốc. Hơn thế nữa có rất nhiều kênh IPTV đƣợc truyền tải đến ngƣời dùng sẽ làm cho những phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng hình ảnh cần có so sánh giữa hình ảnh gốc với hình ảnh cuối khó có thể thực hiện đƣợc trong thời gian thực.
Từ đầu vào là xác suất mất gói (Packet Loss Probability), phân tích lƣợng thông tin đƣợc hình ảnh truyền tải (entropy analysis), độ biến thiên trễ (jitter), độ xung gốc (Program Clock Reference), loại mã hóa (MPEG-2, H264), MPQM đƣa ra thang điểm 5 cho chất lƣợng IPTV, ―Excellent‖ tƣơng ứng thang điểm 5, ―Good‖ tƣơng ứng thang
điểm 4, ―Fair‖ tƣơng ứng thang điểm 3, ―Poor‖ tƣơng ứng thang điểm 2, ―Bad‖ tƣơng ứng thang điểm 1. Hình 2.4 mô tả mô hình MPQM ở mức tổng quan.
Hình 2.4 Mô hình MPQM
V-factor cũng là một sự triển khai dựa trên mô hình gốc MPQM. Tuy nhiên, ngoài việc ―cho điểm‖ chất lƣợng của hình ảnh, V-factor còn cung cấp thêm những thông tin cần thiết cho việc theo dõi và phân tích các nguyên nhân gây ra vấn đề chất lƣợng, nhƣ các tham số ở lớp mạng đƣợc định nghĩa trong tài liệu ITU Y. 1540/1541 [16] hoặc IETF RFC2330 [13]. Hình 2.5 mô tả mô hình V-Factor mức tổng quan.
Hình 2.5 Mô hình V-factor
2.3 Các tiêu chuẩn áp dụng cho chất lƣợng dịch vụ IPTV [4] 2.3.1 Tiêu chí chất lƣợng tín hiệu video/audio 2.3.1 Tiêu chí chất lƣợng tín hiệu video/audio
Định nghĩa: Chất lƣợng tín hiệu video là chỉ số tích hợp chất lƣợng truyền video đƣợc xác định bằng cách tính điểm trung bình với thang điểm MOS từ 1 đến 5 theo khuyến nghị ITU-R BT.500-11 [15] của Liên minh Viễn thông quốc tế.
Chỉ tiêu: Điểm chất lƣợng hình ảnh trung bình MOS ≥ 3,0.
Phƣơng pháp xác định: Phƣơng pháp mô phỏng. Sử dụng phƣơng pháp đo theo khuyến nghị ITU-T J.144 rev.1 [19] và quy đổi ra tháng điểm MOS.
2.3.2 Tiêu chí về truyền dẫn
Định nghĩa: các tham số truyền dẫn tại lớp chuyển tải có giá trị đƣợc khuyến nghị để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ video trong IPTV.
Chỉ tiêu: Để đảm bảo chất lƣợng dịch vụ video, các tham số lớp truyền dẫn phải tuân theo các giá trị quy định trong các bảng từ 2.3 đến 2.6.
Phƣơng pháp xác định: Phƣơng pháp giám sát. Sử dụng các thiết bị đo giám sát tại thiết bị nhà thuê bao (Set-Top Box). Điều kiện giả thiết Set-Top Box có hoặc không có khả năng bù lỗi. Các chỉ tiêu này chỉ áp dụng đối với các luồng IP truyền tải nội dung video. Các đại lƣợng trong các cột (4), (5), (6) dƣới đây đƣợc hiểu theo khuyến nghị IETF RFC 3357 [14].
Bảng 2.3 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã MPEG-2 Tốc độ luồng (Mbps) (1) Trễ, (ms) (2) Rung pha, (ms) (3) Thời gian lỗi cực đại, (ms) (4) Chu kỳ tổn thất gói IP, gói IP (5) Khoảng tổn thất gói, sự kiện lỗi/giờ (6) Tỉ lệ lỗi gói luồng IP video (7) 3,0 < 200 < 50 ≤ 16 < 6 ≤ 1 ≤ 5,85 E-06 3,75 < 200 < 50 ≤ 16 < 7 ≤ 1 ≤ 5,46 E-06 5,0 < 200 < 50 ≤ 16 < 9 ≤ 1 ≤ 5,26 E-06
Bảng 2.4 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ SDTV, VoD mã MPEG-4 AVC hay VC-1 Tốc độ luồng (Mbps) (1) Trễ, ms (2) Rung pha, ms (3) Thời gian lỗi cực đại, ms (4) Chu kỳ tổn thất gói IP, gói IP (5) Khoảng tổn thất gói, sự kiện lỗi/giờ (6) Tỉ lệ lỗi gói luồng IP video (7) 1,75 < 200 < 50 ≤ 16 < 4 ≤ 1 ≤ 6,68 E-06 2,0 < 200 < 50 ≤ 16 < 5 ≤ 1 ≤ 7,31 E-06 2,5 < 200 < 50 ≤ 16 < 5 ≤ 1 ≤ 5,85 E-06 3,0 < 200 < 50 ≤ 16 < 6 ≤ 1 ≤ 5,85 E-06
Bảng 2.5 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-2 Tốc độ luồng (Mbps) Trễ, ms Rung pha, ms Thời gian lỗi cực đại, ms Chu kỳ tổn thất gói IP, gói IP Khoảng tổn thất gói, sự kiện lỗi/giờ Tỉ lệ lỗi gói luồng IP video
(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)
15,0 < 200 < 50 ≤ 16 < 24 ≤ 1 ≤ 1,17 E-06 17,0 < 200 < 50 ≤ 16 < 27 ≤ 1 ≤ 1,16 E-06 18,1 < 200 < 50 ≤ 16 < 29 ≤ 1 ≤ 1,17 E-06
Bảng 2.6 Các chỉ tiêu truyền dẫn đối với dịch vụ HDTV mã MPEG-4 AVC hay VC-1 Tốc độ luồng (Mbps) (1) Trễ, ms (2) Rung pha, ms (3) Thời gian lỗi cực đại, ms (4) Chu kỳ tổn thất gói IP, gói IP (5) Khoảng tổn thất gói, sự kiện lỗi/giờ (6) Tỉ lệ lỗi gói luồng IP video (7) 8 < 200 < 50 ≤ 16 < 14 ≤ 1 ≤ 1,28 E-06 10,0 < 200 < 50 ≤ 16 < 17 ≤ 1 ≤ 2,24 E-06 12 < 200 < 50 ≤ 16 < 20 ≤ 1 ≤ 5,22 E-06
2.3.3 Tiêu chí thời gian tƣơng tác
Bảng 2.7 Chỉ tiêu thời gian tƣơng tác
Loại hành động Ví dụ Loại Trễ lớn
nhất (ms)
Các thao tác trên giao diện ngƣời sử dụng
Cuộn EGP. Bấm nút điều khiển từ xa VoD cho tới khi chỉ thị trên màn hình lệnh đã đƣợc nhận (ví dụ ký hiệu tạm dừng đƣợc hiển thị)
Tƣơng tác 200
Chuyển kênh Thời gian từ khi bấm nút điều khiển từ xa cho tới khi kênh đƣợc hiển thị ổn định trên màn hình
Đáp ứng 2000
Thời gian khởi động hệ thống
Thời gian từ khi bật nguồn STB tới khi kênh đƣợc hiển thị.
10.000
2.3.4 Tiêu chí đồng bộ giữa tín hiệu hình và tiếng
Bảng 2.8 Chỉ tiêu đồng bộ giữa tín hiệu hình và tiếng
Đồng bộ giữa tín hiệu hình và tiếng
Tiếng xuất hiện trƣớc hình Tiếng xuất hiện sau hình
2.3.5 Các tiêu chí chất lƣợng phục vụ 2.3.5.1 Độ khả dụng của dịch vụ 2.3.5.1 Độ khả dụng của dịch vụ
Định nghĩa: Độ khả dụng của dịch vụ (D) là tỷ lệ thời gian trong đó nhà cung cấp dịch vụ sẵn sàng cung cấp dịch vụ cho khách hàng: 1 f 100% r T D T (2.1) Trong đó: r
T : Thời gian xác định độ khả dụng của dịch vụ.
f
T : Thời gian sự cố thuộc trách nhiệm của nhà cung cấp dịch vụ đƣợc tính theo công thức: 1 N i f i i i r T t R (2.2)
N : Tổng số lần xảy ra sự cố trong thời gian xác định độ khả dụng
i
R: Tổng số thuê bao IPTV tại thời điểm xảy ra sự cố thứ i
i
r: Số thuê bao IPTV bị ảnh hƣởng trong sự cố thứ i
i
t thời gian sự cố thứ i
Chỉ tiêu: Độ khả dụng của dịch vụ ≥ 99,5%.
Phƣơng pháp xác định: Phƣơng pháp thống kê. Thống kê toàn bộ sự cố trong thời gian xác định độ khả dụng. Thời gian xác định độ khả dụng tối thiểu là 3 tháng.
2.3.5.2 Thời gian thiết lập dịch vụ
Định nghĩa: thời gian thiết lập dịch vụ đƣợc tính từ lúc nhà cung cấp dịch vụ và khách hàng ký hợp đồng cung cấp dịch vụ IPTV cho tới khi khách hàng có thể sử dụng đƣợc dịch vụ này. Ký hiệu là E.
Nếu nhà cung cấp dịch vụ không thể ký hợp đồng cung cấp dịch vụ thì trong vòng 3 ngày kể từ thời điểm nhận đƣợc phiếu yêu cầu cung cấp dịch vụ của khách hàng, nhà cung cấp dịch vụ phải có văn bản thông báo cho khách hàng về việc từ chối ký kết hợp đồng dịch vụ và nêu rõ lý do từ chối.
Chỉ tiêu: Ít nhất 90% số hợp đồng cung cấp dịch vụ có thời gian thiết lập dịch vụ trong khoảng thời gian quy định nhƣ sau:
Trƣờng hợp không lắp đặt đƣờng thuê bao, E ≤ 5 ngày.
Trƣờng hợp có lắp đặt đƣờng thuê bao, E đƣợc cộng thêm thời gian lắp đặt đƣờng thuê bao Ei:
- Nội thành, thị xã: Ei ≤ 7 ngày. - Thị trấn, làng, xã: Ei ≤ 15 ngày.
Phƣơng pháp xác định: Phƣơng pháp thống kê. Thống kê toàn bộ yêu cầu thiết lập dịch vụ IPTV của nhà cung cấp dịch vụ trong khoảng thời gian ít nhất là 3 tháng.
2.3.5.3 Thời gian khắc phục dịch vụ
Định nghĩa: Thời gian khắc phục dịch vụ đƣợc tính từ lúc nhà cung cấp dịch vụ nhận đƣợc thông báo về việc mất dịch vụ từ phía khách hàng hoặc từ hệ thống thiết bị của doanh nghiệp đến lúc dịch vụ đƣợc khôi phục. Ký hiệu là R.
Chỉ tiêu: Ít nhất 90% số lần mất dịch vụ đƣợc khắc phục trong khoảng thời