1.4. Các kỹ thuật dùng trong IPTV
1.4.4. Kỹ thuật đóng gói
Là các kỹ thuật liên quan đến việc chèn và tổ chức dữ liệu media thành các gói nhỏ, nó mô tả quá trình định dạng nội dung vào các gói dữ liệu phù hợp với môi trường truyền và tính năng của dịch vụ.
Trong IPTV, MPEG over IP được xem là phương pháp đóng gói các dữ liệu MPEG thành các gói tin IP để truyền đi trong mạng IP với các tính năng về truyền thời gian thực và tương tác điều khiển.
32 Hình 1.7: Lớp đóng gói tín hiệu
1.4.4.1. Dòng cơ bản ES (Elementary Stream) và dòng PES
Tín hiệu video, audio đầu ra của bộ mã hóa MPEG là các dòng MPEG cơ bản được định nghĩa là các tín hiệu số liên tục thời gian thực. Mỗi dòng cơ bản chỉ mang một loại tín hiệu, hoặc hình ảnh (Video ES), hoặc âm thanh (Audio ES).
Dòng ES trong mã hóa H.264/MPEG-4 AVC là chuỗi các khối truy nhập AVC được tạo thành bằng cách sắp xếp tuần tự các khối NAL.
Khối NAL gồm header là các bit của lớp NAL và payload là dữ liệu video (NAL-VCL) hoặc thông tin điều khiển (non-VCL)
Để truyền qua mạng số, mỗi dòng cơ bản này phải được chuyển đổi sang một dòng được chèn của gói PES (Packetized Element Stream) đã được đánh dấu thời gian. Một dòng PES chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu từ 1 nguồn, ngoài các dữ liệu audio, video, người ta còn thêm vào các dữ liệu data khác như phụ đề... Một gói PES có thể có kích thước khối cố định hoặc thay đổi, có thể lên tới 65536 byte/gói, bao gồm 6 byte PES header, và số byte còn lại chứa nội dung chương trình.
PES header gồm các trường thông báo độ dài gói PES, loại dữ liệu gói PES, chứa nhãn thời gian PTS, DTS dùng cho đồng bộ các gói PES. Bên cạnh việc gửi đi
Đóng gói
Luồng truyền tải MPEG Truyền tải thời gian thực
Lớp truyền tải IP Lớp vật lý
188 bytes
RTP Header
Gói UDP
Gói IP Gói RTP MPEG – TS packet x 7
MPEG - TS 188 bytes …. 188 bytes
UDP Header Payload
IP Header Payload
Gói Ethernet Ethernet Header Payload CRC
Dòng PES PES
header Video PES
header Video ….
33
các nội dung nén MPEG-2, PES còn có khả năng truyền tải các H.264/AVC qua mạng IPTV thông qua việc ánh xạ các chuỗi truy nhập AVC sang gói MPEG PES.
1.4.4.2. Luồng truyền tải MPEG
IPTV sử dụng luồng truyền tải MPEG - MPEG transport stream (MPEG-TS) để mang dữ liệu MPEG, MPEG-TS bao gồm 1 dòng liên tiếp các gói TS được tạo ra bằng cách ngắt các gói PES thành các gói TS, có kích thước cố định là 188 byte độc lập với thời gian với 4 byte header
Header của gói TS chứa thông tin về gói TS như nhận dạng gói PID (Program ID), các thông tin phục vụ đồng bộ, quản lý lỗi MPEG…
Hình 1.8: MPEG-2 TS, ghép video, audio và thông tin
Ngoài các nội dung hình ảnh, âm thanh, dữ liệu, MPEG-TS còn chứa nhiều thông tin đặc trưng của chương trình (PSI-Program Specific Information) như:
- PMT (Program map table) : quản lý các PID của gói TS nội dung.
- PAT (Program association table) : có PID = 0, quản lý các PID của các gói TS-PMT
- CAT (Conditional access table) : tùy chọn, thường có PID=1, quản lý các PID về quyền truy cập nội dung.
1.4.4.3. Đóng gói truyền tải thời gian thực
Trong IPTV, trước khi được đưa xuống lớp truyền tải, MPEG-TS được đóng gói ở lớp sử dụng giao thức truyền tải thời gian thực (RTP) thành các gói tin RTP.
64 51 0 15 51 66 101 51
PAT PMT
TS Packets PES header
TS header
PID=51
Audio Network = 10 Pro1=15 Pro2=301 Pro3=511
…
Video=51 Audio (EN)=64 Audio (VN)=66 Phụ đề =101
…
Hướng dẫn Phụ đề
Dữ liệu multimedia Gói internet
…
51
Video PES Packets
Video
….
34
Mỗi gói RTP gồm phần header 12 byte và payload (dữ liệu IPTV). Để sử dụng hiệu quả băng thông, phần payload thường gồm 7 gói MPEG-TS 188 byte.
Định dạng payload RTP cho việc đóng gói dòng bit nén dùng chuẩn H.264/AVC là việc thực hiện chèn các khối NAL vào RTP payload bằng các kỹ thuật : NAL riêng biệt, NAL tập hợp hoặc NAL phân tích.
1.4.4.4. Đóng gói ở lớp truyền tải
Các gói RTP có payload chứa các gói MPEG-TS là đầu vào của lớp truyền tải, lớp này có nhiệm vụ đảm bảo các kết nối đầu cuối phù hợp với ứng dụng IPTV.
TCP và UDP là hai giao thức cơ bản trong lớp này, mặc dù độ tin cậy và khả năng sửa lỗi của UDP không bằng TCP nhưng do có cơ chế đơn giản làm giảm trễ và dung lượng header nhỏ hơn nên UDP thường được sử dụng trong lớp truyền tải của IPTV.
Đóng gói ở lớp này là việc thực hiện chèn thêm một số byte vào gói RTP trên, tạo thành các khối dữ liệu datagram theo giao thức UDP để truyền qua mạng . UDP datagram trong IPTV bao gồm 8 byte header và dữ liệu video. Video server đơn giản chỉ thêm vào địa chỉ IP đích và số cổng vào datagram và gửi tới cơ sở mạng để phân phát tới địa chỉ IP đích.
Các nhược điểm của UDP như không có khả năng tìm và sửa lỗi, sẽ được khắc phục bằng cách gắn các hàm sửa lỗi vào các ứng dụng IPTV chạy trên các mạng hoặc trong chính các dòng video.
1.4.4.5. Lớp IP
Sau lớp truyền tải là lớp liên mạng có nhiệm vụ đưa các dữ liệu tới các vị trí mạng riêng biệt thông qua nhiều mạng độc lập được liên kết với nhau. IP là giao thức tốt nhất cho lớp này cung cấp dịch vụ phân phát gói cơ bản cho tất cả các dịch vụ IPTV.
Đóng gói vào lớp IP được thực hiện bằng cách chèn IP header vào gói UDP ở lớp truyền tải. IPTV hiện nay vẫn chủ yếu sử dụng gia thức IP phiên bản 4 (IPv4) có 20 byte IP header chứa thông tin gói IP và địa chỉ nguồn, đích. Tương lai IPTV
35
chuyển lên sử dung IP phiên bản 6 (IPv6) với 40 byte header có cấu trúc đơn giản hơn và mở rộng số lượng địa chỉ IP.
Hình 1.9: Khung Ethernet IPTV hoàn chỉnh
Lớp liên kết dữ liệu lấy các dữ liệu thô từ lớp IP và định dạng chúng thành các gói phù hợp để truyền qua mạng vật lí. Kĩ thuật Ethetnet là một trong những kĩ thuật phổ biến hơn được sử dụng trong hệ thống IPTV. Đóng gói được thực bằng cách thêm vào các gói IPTV 1 Ethernet header gồm 24 byte.