Ngoài việc cung cấp dịch vụ multicast trực tiếp, kiến trúc mạng IPTV còn hỗ trợ
truyền tải các dịch vụ IPTV multicast dịch thời gian (TSMIPTV), để cung cấp dịch vụ
Công nghệ truyền hình IPTV
Hình 2.16: Kiến trúc mạng TSMIPTV
Hình 2.16 cho ta thấy ngôi nhà kỹ thuật số 1 có thuê dịch vụ TSMIPTV, do đó có thể
nhận một luồng unicast của kênh 1 tại một điểm thời gian nào đó sau luồng kênh 1 gốc. Việc truyền dịch vụ này kéo theo việc định tuyến lại luồng multicast từ máy chủ TS tới IPTVCD. Khi luồng kênh này đi qua máy chủ TS thì nó được sao chép lại và được lưu trữ tại đây. Bản sao chép này thì sẵn sàng cho các IPTVCD mà được cho phép để truy cập vào phiên bản TS của kênh gốc, điều này cho phép các người dùng trong ngôi nhà kỹ
thuật số 1 sử dụng các chức năng như: dừng, phát lại, chuyển tới nhanh các kênh truyền hình multicast. Chú ý rằng máy chủ TS có thể không phải là một phần cứng vật lý riêng lẽ và các chức năng TS có thể được cấu hình nhúng trực tiếp vào máy chủ truyền tải video tại trung tâm dữ liệu IPTV. Các người dùng trong ngôi nhà kỹ thuật số 2 chỉ được xem các kênh thời gian thực và không có thể dùng dịch vụ TSMIPTV khi mà họ chưa
Công nghệ truyền hình IPTV
CHƯƠNG III – HỆ THỐNG IP-VoD 3.1 Tổng quan về IP-VoD:
VoD là kỹ thuật mà làm thay đỗi cách xem và tương tác của con người với TV. VoD cho phép người dùng duỵệt đến một thư viện số lưu trữ các bộ phim, các chương trình truyền hình để lựa chọn và xem ngay các tựa đề. VoD cho phép người sử dụng xem TV theo lịch trình của họ hơn là phụ thuộc vào lịch trình của các nhà cung cấp dịch vụ (Xem bất cứ cái gì và bất cứ khi nào họ muốn). Ngoài ra, VoD cho phép người xem: dừng hình, phát hình, tua tới, tua lui và xem lại nội dung video.
Trong hệ thống VoD, thư viện nội dung video được lưu trữ trên máy chủ VoD và được truy cập từ IPTVCD có hỗ trợ VoD. Quá trình yêu cầu và xem một tài sản VoD được thực hiện qua các bước sau đây:
(1) Một thuê bao chọn một tựa đề VoD từứng dụng truyền hình tương tác. (2) IPTVCD nhận lệnh này và gửi những lệnh này đến trung tâm dữ liệu. (3) Tại đây hệ thống truy cập có điều kiện CA kiểm tra chứng thực thuê bao.
(4) Khi chứng thực đã hoàn thành, một luồng video unicast được chuyển đến tổng
đài khu vực và chuyển tiếp đến IPTVCD có yêu cầu xem VoD. (5) Sau đó, luồng IP này được điều khiển bởi thuê bao đó.
Với các đặc điểm của VoD thì chỉ có thể dùng phương pháp truyền unicast để truyền nội dung VoD đến thuê bao. Trong truyền đơn điểm, mỗi luồng video IPTV unicast được gửi đến một IPTVCD có yêu cầu, mỗi IPTVCD sẽ cần một luồng unicast riêng lẽ, mỗi luồng này sẽ theo địa chỉ đích qua mạng IP đến đích.Việc cấu hình kỹ thuật này thì khá dễđể thực hiện, tuy nhiên phương pháp này chiếm lượng băng thông mạng rất lớn.
Công nghệ truyền hình IPTV
3.2 Kiến trúc mạng IP-VoD:
Hình 3.1: Kiến trúc mạng VoD
Trong mạng băng thông rộng hai chiều công suất cao, việc triển khai dịch vụ IP-VoD còn yêu cầu một số khối kỹ thuật:
+ Các máy chủ IP-VoD
+ Các giao thức truyền tải IP-VoD + Một ứng dụng tương tác IP-VoD client
3.2.1 Các máy chủ IP-VoD:
Một số quá trình được thực thi tại các trung tâm dữ liệu IPTV như: mã hoá, đa hợp và
điều chế, một số các máy chủ công suất cao được cài đặt cho phép truyền tải các dịch vụ
IP-VoD đến một số loại IPTVCD. Chức năng chính của những máy chủ VoD này là lấy thông tin được lưu trữ và truyền tải nội dung video theo yêu cầu đến mạng phân phối.
Các máy chủ IP VoD sử dụng chuẩn máy tính đã được đóng gói sẵn. Các đặc tính phần cứng chính của các máy chủ này bao gồm nhiều quá trình xử lý nguồn, các hệ thống nhập/xuất nhanh và không gian lưu trữ lớn. Một máy chủ video thông thường thì gồm các
Công nghệ truyền hình IPTV
thành phần dư thừa như nguồn cung cấp, các đĩa cứng có khả năng trao đổi nhanh và nhiều bộ CPU. Cung cấp một đầu ra chuẩn Ethenet Gigabit kết nối đến mạng.
Một cơ sở dữ liệu lớn tài sản các bộ phim và các chương trình được tập trung trên máy chủ. Máy chủ này nhận yêu cầu cho một nội dung đặc biệt từ IPTVCD sau đó xác định yêu cầu và phân phối yêu cầu tới IPTVCD đó.
Các máy chủ phổ biến trên thị trường hầu hết đều hỗ trợ các đặc tính sau:
+ Khả năng truyền tải tiên tiến: bao gồm việc lấy nội dung video được lưu trên máy chủ, truyền qua các bus máy chủ nội và chuyển qua cổng giao tiếp đến mạng phân phối IP.
Thể loại Miêu tả
Giải trí Phim, kịch, nhạc hình, các chương trình hài kịch… Trẻ em Phim hoạt hình, các chương trình dành cho thiếu nhi Tin tức Các kênh tin tức địa phương và quốc tế
Thời tiết Các kênh thời tiết địa phương và quốc tế
Quảng cáo Tổng quát và tương tác
Sự kiện Chính trị và các sự kiện trang trọng hàng năm Thể thao Các sự kiện thể thao
Bảng 3.1: Danh sách các loại nội dung được lưu trữ trên máy chủ VoD
+ Độ bền vững: Nhà cung cấp dịch vụ phải có các chuẩn độ tin cậy rất cao bởi vì dịch vụ VoD cần phải mạnh mẽ và sẵn sàng 7 ngày trên một tuần, 24 giờ trên ngày, do đó việc gây ra lỗi có thể chấp nhận được trên các đĩa cứng. Kiến trúc bus nội dư thừa, các bộđiều khiển kênh quang dư thừa và nhiều bộ vi xử lí riêng lẻ tất cả đều được sử dụng để cải thiện độ bền vững cho các máy chủ VoD. Do đó, vài sự hỏng hóc trên một số thành phần
Công nghệ truyền hình IPTV
máy chủ có thểđược giải quyết mà không tác động đến hiệu suất truyền tải dịch vụ VoD
đến các thuê bao.
+ Khả năng lưu trữ cao: một máy chủ tiên tiến có thể lưu trữ hàng trăm terabyte các nội dung số và có thể mở rộng để hỗ trợ việc gia tăng nội dung video.
+ Kiểm tra định lượng: phần mềm máy chủ thì thông thường được bao gồm phần cấu hình đểđo hiệu suất của hệ thống VoD từđầu đến cuối và cảnh báo các mức hiệu suất là chưa đạt.
+ Khả năng hoạt động ở công suất cao: máy chủ VoD có thể cung cấp truy cập đồng thời tới hàng trăm hoặc hàng nghìn các thuê bao, các thuê bao có thể tìm kiếm, xem, tua lại, dừng, chuyển tới nhanh cho các nội dung video của họ. Giao diện mạng công suất cao
được nhất quán trong thiết kế phần cứng máy chủ VoD để giải quyết hàng ngàn hàng triệu các luồng video nén.
+ Hỗ trợ nhiều định dạng: máy chủ VoD được tích hợp vào mạng IPTV có thể truyền tải nhiều loại định dạng nội dung như: MPEG-2, H.264/AVC, VC1 qua một mạng phân phối băng thông rộng.
+ Khả năng tương tác: máy chủ VoD thường tương tác với các thành phần quan trọng khác trên mạng bao gồm:
- Hệ thống tính cước để cho phép thanh toán cho nội dung mà các thuê bao đã mua. - Hệ thống CA và DRM để bảo vệ nội dung được lưu trữ.
- Bộ mã hoá để nén các tín hiệu TV sốđi vào.
+ Nội dung thời gian thực: các máy chủ VoD cho phép thêm chương trình theo yêu cầu đến các máy chủ này bằng cách cho tín hiệu đi vào và ghi lại các tài sản video trong thời gian thực từ các nhà cung cấp nội dung và lưu trữ trên hệ thống con lưu trữ.
Kiến trúc mạng phần cứng của máy chủ VoD bao gồm bộ phận như: lưu trữ, sử lý và bộ nhớ, mạng kết nối và phần mềm. Tương tác của các thành phần này như sau: nội dung theo yêu cầu được lưu trữ bởi hệ thống con lưu trữ và được lấy ra bởi hệ thống con xử lý và bộ nhớ, khi một yêu cầu cho một tài sản video được nhận, hệ thống mạng con sau đó
Công nghệ truyền hình IPTV
đóng gói dữ liệu video vào trong gói IP và truyền tải qua mạng, hệ thống con phần mềm thì chịu trách nhiệm cho việc quản lý toàn bộ các quá trình này.
3.2.1.1 Khả năng lưu trữ tiên tiến:
Khi mà các dịch vụ theo yêu cầu tăng lên thì cần hệ thống lưu trữ cần được cải thiện để
giải quyết những nhu cầu này cho việc tăng số lượng các tập tin video và audio. Do đó hệ
thống lưu trữ cần có khả năng mở rộng để lưu trữ các thư viện video lớn. Hệ thống các ổ đĩa cứng kỹ thuật được sử dụng trong các máy chủ VoD để tập hợp và stream nội dung video theo yêu cầu.
Các ổđĩa cứng kỹ thuật: các máy chủ thông thường hổ trợ một số lượng lớn các ổ đĩa cứng nhiều gigabyte có khả năng lưu trữ hàng ngàn nội dung theo yêu cầu, hầu hết các máy chủ VoD đều hổ trợ khả năng mở rộng để cho phép các nhà cung cấp dịch vụ có thể
thêm vào các đĩa để tăng khả năng lưu trữ. Những hệ thống lưu trữ lớn này được yêu cầu
để truyền tải hàng trăm hoặc hàng ngàn các luồng video đồng thời tới một nhóm các IPTVCD.
+ Các đĩa này có thể bị hỏng hóc, có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng cho hệ thống. Vì vậy, một kỹ thuật được gọi là mảng các đĩa độc lập dư thừa RAID được sử dụng để cải thiện độ bền vững khi có lỗi về phần cứng. RAID là một loại của hệ thống quản lý tập tin cho phép chia sẽ các tài sản số qua nhiều ổ đĩa cứng và thậm chí nhiều máy chủ trong một cụm máy chủ. Có nhiều mức độ của RAID, nhưng chỉ có RAID mức 5 là được triển khai trong các máy chủ VoD. Kỹ thuật RAID 5 được sử dụng rộng bởi nhiều máy chủ
VoD, nó tạo sự hiệu quả trong việc sử dụng không gian ổ đĩa, cung cấp hiệu quả cao khi truy cập vào các tập tin video và truyền tãi chống lỗi tốt. Khả năng lưu trữ của các máy chủ sử dụng ổđĩa cứng tăng lên bằng việc thêm vào các đĩa mới vào máy chủ VoD.
3.2.1.2 Công nghệ xử lý và bộ nhớ:
Các bộ vi xử lý công suất cao được sử dụng trong các máy chủ video để giải quyết việc truy cập đồng thời và truyền tải nhiều luồng video. Ngoài các số bộ vi sử lý hỗ trợ công
Công nghệ truyền hình IPTV
suất lớn, một máy chủ video còn bao gồm hệ thống bộ nhớ con, RAM đặc biệt, cung cấp bộ nhớ đệm và không gian đệm cho nội dung VoD. Các thuật toán tiên tiến thường được máy chủ VoD sử dụng để quyết định những tựa đề nào được lưu trong bộ nhớ.
3.2.1.3 Mạng kết nối:
Các máy chủ VoD sử dụng các cổng truyền thống và các cổng thừa kế như giao tiếp nối tiếp bất đồng bộ ASI được kích hoạt DVB và các cổng ATM để truyền các luồng video MPEG-2 đã được nén qua một mạng. Những cổng giao tiếp này làm việc tốt trong việc triển khai các hệ thống VoD, tuy nhiên chúng có một số giới hạn như: khả năng mở
rộng và giới hạn khả năng giải quyết với một số lượng lớn các luồng video. Do đó, phần cứng máy chủ VoD phải giảm việc sử dụng các cổng này và thay thế bằng các cổng giao tiếp GigE và GigE 10. Một cổng GigE có thể hỗ trợ truyền tốc độ 1000 Mbps và có thể
mang theo tới 240 luồng video đồng thời với tốc độ trung bình là 4 Mbps. Đối với một cổng ASI chỉ có thể mang đồng thời 40 luồng video MPEG-2. Các cổng GigE cho phép các nhà điều hành cung cấp các thư viện nội dung theo yêu cầu lớn hơn đến các khách hàng của họ. Ngõ ra cổng GigE này sau đó được đưa trực tiếp đến mạng phân phối.
Tuy việc tích hợp các cổng giao tiếp DVB-ASI trong các máy chủ IP-VoD đã giảm trong vài năm gần đây nhưng các chức năng ASI cần được giữ lại khi triển khai để đảm bảo tính tương tác với các thiết bị mạng DVB-ASI đang tồn tại.
Hình 3.2: Mạng VoD TV cáp hỗ trợ công nghệ GigE và ASI
Công nghệ truyền hình IPTV
3.2.1.4 Phần mềm máy chủ IP-VoD:
Một cụm các máy chủ IP-VoD kết hợp chặt chẽ các hệ thống đang hoạt động và các phần mềm ứng dụng để tối ưu quá trình truyền các tài sản video và đơn giản các hoạt
động thông thường của hệ thống. Phần mềm ứng dụng để thực hiện một số chức năng then chốt:
-Quản lý các luồng số: thiết lập, chấm dứt và điều khiển các phiên truyền tải VoD là một chức năng chính của phần mềm máy chủ VoD.
Hình 3.3: Thiết lập một luồng VoD
Hình 3.3 miêu tả quá trình thiết lập một luồng VoD giữa một IP set-top-box và một máy chủ VoD, được giải thích trong các phần dưới đây:
(1) Bắt đầu giao tiếp với hệ thống CA: khi nhận một yêu cầu từ IP set-top-box, phần mềm máy chủ giao tiếp với hệ thống CA để quyết định nếu thuê bao IPTV được chứng thực để xem xem tài sản IP VoD được yêu cầu.
(2) Xác định máy chủ VoD thích hợp: Khi quá trình chứng thực đã kiểm tra xong, phần mềm xác định một cụm máy chủ VoD thích hợp để thực thi yêu cầu đó. Vị trí của máy chủ hay cụm các máy chủ này sẽ phù thuộc vào địa chỉ đường mạng của set-top- box đang yêu cầu.
Công nghệ truyền hình IPTV
(3) Gửi các key mã hoá qua mạng: khi cụm máy chủ đã được xác định , phần mềm máy chủ hoặc hệ thống CA gửi một key giãi mã đến IP set-top-box để cho việc giãi mã nội dung IP VoD được dễ dàng.
(4) Gửi các thông số IP: các thông số giao thức truyền tải IP và địa chỉ IP của máy chủ VoD còn được gửi tới IP set-top-box.
(5) Bắt đầu truyền IP VoD: băng thông được xác định, việc truyền tài sản IP VoD bắt
đầu. IP set-top-box này sử dụng giao thức RSTP để quản lý luồng video.
Trong khi truyền trực tiếp trên mạng, các máy chủ phần mềm chiệu trách nhiệm để đảm bảo rằng nếu có lỗi xuất hiện làm hỏng hệ thống thì luồng video vẫn tiếp tục mà không bị ngắt.
- Cập nhật nội dung số: một hạ tầng phần mềm VoD phải co khả năng tựđộng quản lý và cập nhật nội dung video. Việc tin tưởng một hệ thống điều khiển bằng tay để cập nhật nội dung video là không chắc chắn. Phần mềm máy chủđảm bảo rằng tất cả các tài sản số đều được nằm trong thư viện VoD hiện hành. Điều này được thực hiện bằng cách tựđộng tải các file từ hệ thống thu nhận nội dung vào các cụm máy chủ VoD.
- Quản lý bản sao: phần mềm máy chủ quản lý bản sao của các tài sản số qua một hạ tầng mạng phân phối. Khi có nội dung mới đã sẵn sàng sử dụng thì nhiệm vụ của phần mềm này là đảm bảo rằng những tài sản này được truyền đến các máy chủ lưu trữ
và vùng biên xung quanh mạng.
- Quản lý siêu dữ liệu: Một cơ sở dữ liệu tập trung được dùng để lưu trữ các thuộc tính hoặc siêu dữ liệu mà liên quan đến mỗi tài sản số. Siêu dữ liệu được định dạng như
là một file XML và cung cấp các thông tin miêu tả dữ liệu về mỗi tài sản video. Siêu dữ
liệu thì thông thường được dùng để tìm kiếm và duyệt nội dung video. Các loại siêu dữ
liệu liên quan đến một bộ phim bao gồm: tên các nhà sản xuất phim, thời gian xuất bản,