Chất lượng nội dung (content)
Chất lượng nội dung được cung cấp là điểm khởi đầu cho một hệ thống phân phối IP video có chất lượng tốt. Nguồn gốc nội dung, những thuật toán toán nén được thực hiện, các bộ mã hóa, và các thiết lập nén khác nhau được sử dụng bởi các bộ mã hóa và giải mã dưới dạng các dịng video tạo nên chất lượng ban đầu của một chương trình phát sóng video.
Chỉ số lỗi
Chỉ số lỗi là một bit mà bộ mã hóa sẽ thiết lập trong gói dữ liệu video truyền dẫn khi phát hiện nội dung của nguồn bị hỏng. Các gói tin có chỉ dẫn này chỉ liên quan đến chất lượng nội dung mà không ảnh hưởng đến hiệu suất của mạng phân phối. Việc giám sát dịng video được mã hóa trong các head-end có thể phát hiện tình trạng nguồn bị hỏng và khả năng nhanh chóng giải quyết lỗi. Những chỉ số lỗi đếm được tại các điểm thử nghiệm khác nhau cho phép xác định vấn đề về nội dung, đặc biệt tại các cơ sở khách hàng, nơi nó là yếu tố quan trọng đối với vấn đề hiệu suất của nguồn riêng biệt từ hệ thống mạng phân phối.
Chỉ số VMOS
Chỉ số MOS được đề xuất để đánh giá chất lượng thoại, và được mở rộng đối với dịch vụ video. MOS là một thước đo chủ quan ước lượng sự hài lòng người sử dụng bằng một số điểm dao động từ 1 đến 5. Tối thiểu MOS nên được duy trì ở mức độ 3 để đạt được hiệu suất có thể chấp nhận. Trong trường hợp này, tương tự như MOS được sử dụng cho dịch vụ thoại, giá trị VMOS và AMOS có thể được xác định cho từng phần tương ứng của một chương trình. Phân tích sự kết hợp của AMOS và VMOS sẽ có được một bản tóm tắt mục tiêu QoE của chương trình video, và cung cấp dự đốn tổng thể tốt nhất về chất lượng nội dung thực tế.
Chất lượng dịng tín hiệu video (video stream)
Các phần tử nội dung mô tả ở trên được tổ chức thành các gói tin MPEG-2 TS (MPEG-2 Transport Stream). Định dạng gói tin cụ thể và tiêu đề bao gồm các yếu tố khác nhau khi được phân tích sẽ cung cấp dữ liệu bổ sung liên quan đến hiệu suất mạng. Các thành phần đánh giá chất lượng dịng tín hiệu video bao gồm các chỉ số PCR, PID và metric gói tin MPEG-2 TS. Chất lượng của dịng vận chuyển này được gọi là chất lượng dòng video.
Lỗi liên tiếp
Mất gói ở lớp này là thước đo lỗi của gói tin MPEG-2 TS: các gói tin bị mất trên dãy các gói tin, và trùng lặp gói tin được xem là các lỗi. Một trong các sự kiện mất gói này có thể gây ra lỗi giải mã. Tùy thuộc vào thành phần thời gian hoặc không gian chứa trong các khung trong một gói mà một gói sự kiện bị lỗi, có thể hoặc khơng thể nhìn thấy trên TV. Tuy nhiên, thực tế là hiệu suất mạng đo bằng các thơng số mất gói tin cho dù các bộ giải mã có thể hoặc khơng thể che giấu được.
PCR Jitter
Jitter PCR có thể là do vấn đề chất lượng nội dung (ví dụ một bộ mã hóa khơng thực hiện các đặc tả kỹ thuật) hoặc các gói tin mạng tổng thể. Đánh giá nhiều hơn một kênh chương trình đồng thời, ta có thể xác định nguyên nhân là một trong những
có khả năng là lỗi. Nếu jitter PCR q mức có mặt trên chỉ có một kênh thì nguồn thường là nguyên nhân gây ra lỗi.
Lỗi dữ liệu PSI
Chương trình video sử dụng định dạng nén MPEG để lấy các gói dữ liệu MPEG-TS được chuẩn hóa tách các thành phần video và âm thanh vào các luồng riêng lẻ và gán một số PID của mỗi luồng. Mỗi chương trình chính và chương trình được chèn vào, chẳng hạn như quảng cáo hoặc tin tức, đều có một PID được thiết lập riêng. Dữ liệu PSI được chứa trong các bảng như PMT (Program Map Table) và PAT (Program Association Table), báo cho các bộ giải mã biết làm thế nào để nhận dạng và tổ chức những luồng gói tin riêng thành một chương trình video. Dữ liệu phải có mặt trong dịng video tại các khoảng tối thiểu và khơng có lỗi. Việc đo đạc sự có mặt của dữ liệu và tìm kiếm chỉ số lỗi cung cấp cho ta một bảng phân tích quan trọng được thực hiện trên tất cả các chương trình video.
Chất lượng truyền dẫn (transport)
Các dịng tín hiệu video được phân phối qua mạng bằng cách sử dụng các giao thức IP như: User Datagram Protocol/IP (UDP/IP) hoặc Real-Time Transport Protocol/IP (RTP/IP). Việc sử dụng gói vận chuyển RTP đang trở thành tiêu chuẩn cho các dịch vụ video. Gói tin MPEG-2 TS được đóng gói để vận chuyển qua mạng lưới phân phối, thơng thường thì 7 gói tin MPEG-2 TS được đóng gói trong một gói IP. Khi phân tích các luồng tin thường tập trung vào các số liệu như: mất gói tin RTP và jitter. Nếu tổn thất xảy ra, điều quan trọng là biết được số lượng các gói tin bị mất trong một hàng và khoảng cách của các sự kiện như vậy, bởi vì cơ chế thu hồi lỗi có các giới hạn hiệu suất xoay quanh hai chỉ số này.
Chất lượng giao dịch (transaction)
Chất lượng giao dịch tập trung vào khả năng tiếp cận chất lượng dịch vụ và đáp ứng của dịch vụ video để thực hiện các lệnh nhất định. Chẳng hạn, một thuê bao có thể được truy cập vào một tập hợp các kênh truyền hình phát sóng, thực hiện thay đổi
kênh, và đáp ứng với lệnh của một thuê bao cho tạm dừng và khơi phục phát của một chương trình phim VoD.
Dự phòng dịch vụ
Trong hệ thống sẽ có một vài máy chủ cùng chứa nội dung một kênh. Các máy chủ lưu trữ này được phân bố tại một số nơi trên mạng, nó sẽ giúp q trình định tuyến được nhanh chóng, giảm tải trên một máy chủ lưu trữ trong trường hợp phát quảng bá đến nhiều khách hàng, ngồi ra nó có thể xem là dự phịng giúp cho quá trình phát chương trình được liên tục nếu như có sự cố ở máy chủ lưu trữ chính. Giao thức định tuyến PIM sẽ phát hiện lỗi và tìm đường đi mới để cấp kênh trở lại cho khách hàng.
Độ trễ IGMP
IGMP là giao thức quản lý nhóm được sử dụng để truy cập vào dịch vụ video quảng bá trong mạng multicast để quản lý băng thông mạng hiệu quả. Khi một STB thay đổi kênh, đầu tiên nó sẽ gửi một thơng điệp rời nhóm multicast đến mạng, sau đó lại tiếp tục gửi một thơng điệp tham gia một nhóm multicast khác (tức là một kênh khác). Các thông điệp này truyền ngược dòng vào mạng đến các bộ định tuyến hay các DSLAM gần nhất, nếu có sẵn nội dung kênh cần cung cấp thì bộ định tuyến sẽ phản hồi ngược lại cho STB. Nếu nội dung kênh cần xem khơng tồn tại dịng video yêu cầu, bộ định tuyến hay DSLAM sẽ phát bản tin yêu cầu nội dung video đến trung tâm dữ liệu IPTV. Quá trình này sẽ làm xuất hiện một độ trễ, gọi là độ trễ IGMP. Tham số này dùng để đo hiệu suất mạng, nó được tính bằng tổng thời gian chuyển kênh. Độ trễ IGMP cộng với thời gian cần để làm đầy bộ đệm của bộ giải mã, hiển thị nội dung là tổng thời gian cho chất lượng trải nghiệm. Tuy nhiên, thời gian làm đầy bộ đệm và thời gian giải mã phụ thuộc phần cứng của mạng và không thay đổi. Do đó, để đo lường hiệu suất của mạng thực tế, độ trễ IGMP là một tham số quan trọng.
Độ trễ RTSP
Trong trường hợp của dịch vụ unicast VoD, giao thức RTSP được dùng cho báo hiệu và kiểm soát. Yêu cầu truy cập vào một chương trình lưu trữ khơng mang theo kỳ
gồm báo hiệu thường là độc quyền và mã hóa và làm cho thiết bị đo đạc khó đo lường. Tuy nhiên, một lần truy cập vào chương trình thì hệ thống sẽ đáp ứng để điều khiển lệnh, chẳng hạn như tạm dừng và phát, trở nên dễ dàng hơn. Yêu cầu về độ trễ tập trung trực tiếp vào hiệu suất mạng.
2.5.5. Các tham số ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ của IPTV
2.5.5.1. Cơ chế mã hóa, tốc độ bit và nội dung hình ảnh
Nội dung hình ảnh Video thường được mã hóa và nén dưới dạng MPEG2, MPEG4 Part10/H.264, Microsoft WMV9/VC1 và một số dạng khác. Các dạng mã hóa video thường hỗ trợ nhiều tốc độ nén khác nhau nhằm đáp ứng yêu cầu thỏa hiệp giữa chất lượng video và băng thông. Phần lớn các dạng nén xuất phát từ việc sử dụng mã hóa sự khác nhau giữa các khung hơn là bằng cách gửi đi từng khung video chỉ những khác nhau giữa một khung và khung trước đó. Cơ chế này làm việc nếu có ít sự thay đổi về hình ảnh được truyền đi nhưng nếu có sự chuyển động đáng kể của hình ảnh thì hoặc băng thơng sẽ phải tăng thêm hoặc chất lượng video bị suy giảm. Cũng có nhiều cơ chế mã hóa cho phép mã hóa hoặc với tốc độ bit không đổi (trong trường hợp chất lượng video có thể thay đổi) hoặc với tốc độ bit thay đổi (trong trường hợp chất lượng video ít thay đổi). Các cơ chế mã hóa hình ảnh nói chung thường sử dụng tổ hợp cách mã hóa intra-frame và inter-frame. Với cách mã hóa intra-frame (I frame) khung hình ảnh được chia thành các khối block sau đó sử dụng thuật tốn Discrete Cosine Transform để chuyển đổi từng block thành tập các hệ số rồi áp dụng mã hóa với chiều dài thay đổi. Nhóm các block được tổ hợp vào trong một thực thể đơn gọi là slice, đôi khi slice này được mang đi trong một gói đơn. Nếu có lỗi truyền dẫn xảy ra thì tồn bộ nhóm block sẽ bị mất tạo thành một kẻ sọc khi giải mã hình ảnh. Điều này có thể xảy ra bởi vì các hệ số DC trong mỗi block được mã hóa dự đốn từ block đầu tiên trong slice đó, khi có một lỗi xảy ra làm cho thơng tin này khơng cịn đúng nữa đối với tồn bộ phần cịn lại của slice. Một số lỗi có thể làm hỏng cả cấu trúc của frame và làm tồn bộ frame khơng cịn giá trị nữa.
Với mã hóa inter-frame hoặc mã hóa dựa vào sự chuyển động, các vector chuyển động được xác định và mã hóa cho từng block. Như cách mã hóa intraframe các lỗi xảy ra có thể làm hỏng tồn bộ slice hoặc làm frame bị sai đi. Trong các hệ thống mã hóa inter-frame đơn giản nếu bị mất đi một frame thì có thể làm cho các frame tiếp theo trở nên vô nghĩa cho đến khi nhận được khung I frame tiếp theo. Điều này dẫn đến làm hình ảnh bị dừng lại hoặc tồn bộ màn hình nhận được là trắng.
2.5.5.2 Giới hạn về băng thông
Giới hạn về băng thông thường xảy ra trong liên kết truy nhập – cụ thể là kết nối cáp hay DSL. Nếu khơng có đủ băng thơng cho dịng video thì bộ đệm của router sẽ bỏ qua một số gói dẫn đến suy giảm chất lượng video. Một vấn đề nghiêm trọng hơn có thể xảy ra do tốc độ truyền gói thay đổi nhiều vì kích thước các khung I, B, P là khơng giống nhau. Tốc độ truyền gói đỉnh xảy ra trong khi truyền khung I có thể dẫn đến mất gói vì vậy làm suy giảm chất lượng hình ảnh.
2.5.5.3. Mất gói
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 lượng xảy ra do mất gói phụ thuộc vào giao thức sử dụng để mang tín hiệu video:
Nếu sử dụng UDP đáng tin cậy (Reliable UDP) thì những gói bị mất có thể được truyền lại, tuy nhiên nếu truyền lại vẫn gây ra mất gói thì sẽ khơng có truyền lại một lần nữa, vì vậy chất lượng hình ảnh cũng bị ảnh hưởng.
Nếu sử dụng giao thức UDP thì mất gói sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng hình ảnh, ví dụ như một số phần của luồng hình ảnh sẽ bị thiếu.
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 thường gồm nhiều gói và luồng video tiêu chuẩn bao gồm các
khung được 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
Hình 2. 21. Tỉ lệ mất gói [2]
2.5.5.5. Nghẽn trên server
Không phải tất cả mọi vấn đề liên quan đến chất lượng video đều do mạng IP. Nếu server không được hỗ trợ để phục vụ số lượng tối đa người dùng có nhu cầu sử dụng thì sẽ dẫn đến nghẽn trên server. Lỗi này thường dẫn đến dừng hình. Nếu sử dụng các giao thức như Multicast thì 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.
2.5.5.6. Jitter (biến động trễ)
Một thành phần chủ yếu đối với trễ end-to-end là trễ hàng đợi ngẫu nhiên trong một router. Trễ là khác nhau trong mạng, thời gian từ lúc một gói được sinh ra ở nguồn cho đến khi nó nhận ở phía thu có thể giao động giữa các gói với nhau. Hiện tượng này được gọi là jitter.
Nếu như phía nhận bỏ qua sự tồn tại của jitter, và khôi phục các đoạn như là những gì nhận được, khi đó sẽ dẫn đến chất lượng âm thanh trở nên khơng nhận ra tại phía thu. Tuy nhiên jitter có thể được loại bỏ bằng cách sử dụng sequence number, timestamps và plauout delay..
2.5.5.7. Mạng lõi, mạng truy nhập và mạng tại nhà thuê bao
Đường truyền IP thường 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, thường được sở hữu bởi nhiều nhà cung cấp dịch vụ khác nhau. Mạng lõi IP thường là mạng quang có dung lượng lớn, hoạt động tốt dưới nhiều mức độ nghẽn và vì vậy khi có vấn đề xảy ra thì thường là do mạng truy nhập hay mạng phía thuê bao.
Chương III: ĐÁNH GIÁ DỊCH VỤ IPTV
Do sự không đồng nhất của các mạng truyền thơng hiện nay, thích nghi là yêu cầu quan trọng nhất cho mọi khách hàng trực tuyến. Một giải pháp quan trọng để hỗ trợ thích nghi là sự thích nghi nội dung, nơi một mục nội dung ban đầu được chuyển thể (về tốc độ bit, độ phân giải, tỷ lệ khung hình, vv) để đáp ứng các liên kết mạng và các thiết bị đầu cuối khác nhau [7] [8].
Trong video, đặc biệt là trong xu hướng mới của HTTP streaming [10], nội dung thích ứng thường được thực hiện bằng cách tạo ra nhiều lựa chọn thay thế (hoặc các phiên bản) của video. Khi có sự thay đổi đáng kể trong băng thông kết nối, hệ thống trực tuyến sẽ quyết định chuyển sang một tốc độ bit thích hợp hơn. Trong chương này, người thực hiện để tài tập trung vào trường hợp video được truyền qua mạng điện thoại di động, nơi mà lưu lượng kết nối là rất khác nhau. Ngoài ra, trong trường hợp này, độ phân giải video thường nhỏ và khó có thể thay đổi trong một phiên.
Một câu hỏi được đặt ra trong trường hợp này là "Nên tạo ra phiên bản video nào cho
phù hợp?". Trong [11], 10 phiên bản video khác nhau (từ 1000kbps đến 100kbps)
được mã hóa với tốc độ bit có bước kích thước là 100kbps, trong khi đó chỉ có 4 phiên bản có tốc độ bit trung bình là 3010, 2142, 1300, và 746 (kbps), đang làm việc trong [5]. Rõ ràng, nếu có quá nhiều phiên bản, dung lượng lưu trữ cho một tín hiệu video là rất lớn. Tuy nhiên, nếu số lượng các phiên bản mà ít, việc chuyển đổi lựa chọn thay thế có thể gây ra thay đổi đột ngột trong chất lượng cảm nhận.
Khái niệm về ngưỡng khác biệt (JND) được sử dụng để mô tả sự khác biệt nhỏ nhất (cảm nhận) giữa hai tác nhân kích thích (ví dụ như hai phiên bản video). Sau đó, chất