Tổng quan ngắn gọn của các lớp đóng gói luồng video được đưa ra trong hình 2.1. Mô hình IPTV MPEG-TS (luồng truyền tải MPEG – MPEG Transport Stream) lấy dựa theo mô hình OSI.
Hình 2.1. Mô hình OSI IPTV
Mô hình IPTV trong hình 2.1, sử dụng MPEG-TS (Transport Streams-luồng truyền tải), ứng dụng cho mã hóa như AVC,VC-1...
Mô hình IPTV tiêu biểu có thể chia ra hai phần riêng biệt, lớp dịch vụ và lớp truyền dẫn. Lớp dịch vụ ở phía trên lớp RTP/UDP và lớp truyền dẫn mở rộng từ lớp RTP/UDP tới lớp vật lý. Kiểm tra chất lượng thử nghiệm QoE (Quality of Experience) trong IPTV phải bao gồm cả lớp dịch vụ và truyền dẫn đối với hầu hết kết quả cần chính xác. Trên thực tế trong điều kiện lý tưởng kiểm tra thu được luồng video mã hóa dựa vào nguồn mà nhà cung cấp từ đầu cuối tới đầu cuối.
Trong hình 2.2, mối quan hệ giữa mỗi lớp được phác họa trong cấu trúc của luồng phương tiện MPEG-2. Qua đó hiểu được cơ bản sự tương tác quan trọng của các lớp.
Mỗi PES riêng rẽ chứa một hình ảnh và một mào đầu nhỏ, sự liên quan giữa chúng có thể thấy trong phần Test Procedure. Quá trình tiếp tục ghép kênh các PES độc lập vào luồng truyền tải.
đầu
Hình 2.2. Lớp đóng gói
Ví dụ khi sử dụng mạng Ethernet, đơn vị truyền tải không quá 1560 byte, kích cỡ định cho PES là 188 byte, cho phép 7x188 byte truyền tải đóng gói trong MPEG- TS.
Bước đầu tiên, video được xem như một phần của lớp dịch vụ. Tuy nhiên không bao hàm các phần ở trên như thông tin dịch vụ SI (Service Information), Program Specific Information (PSI), Entitlement Control và Entitlement Management Messages (gồm ECM và EMM riêng biệt) phần lớn sử dụng trên kênh mật mã. Các phát thanh viên dựa vào mật mã để tái tạo kênh nội dung có thu phí. Mật mã được áp dụng chung cho tải trọng MPEG không gồm mào đầu. Điều kiện chung là PES được ghép vào MPEG-TS.
Cấu trúc mạng
Các nhà cung cấp dịch vụ nhận thấy băng thông hạn chế và cần xử lý thắt nút cổ chai trong mạng hiện nay. Hình 2.3 biểu diễn topo mạng IPTV tiêu biểu, hiện nay mục đích nghiên cứu là duy trì phương thức truyền tải độc lập (không bao hàm hạn chế trong cáp quang và cáp đồng).
Giai đoạn đầu phát triển và triển khai cấu trúc mạng sẽ hợp nhất khả năng của mạng để phù hợp với sự tăng trưởng của thuê bao. Một phần của kế hoạch nghiên cứu có phạm vi từ các thuê bao riêng rẽ tới toàn bộ mạng truy nhập. Một phần cơ sở hạ tầng mạng IPTV, các nhà cung cấp dịch vụ sẽ chọn các thành phần mạng gồm server
đầu
quảng bá đầu cuối, mã hóa, sửa lỗi được triển khai trong luồng truyền tải, phát triển các giao thức truyền multicast như IGMP hay MLD, IPTV STB và EPG
Các nhà cung cấp dịch vụ xem xét tạo ra quá trình cung cấp dịch vụ IPTV khác biệt duy nhất như kênh chuyên thể thao, chuyên phim ảnh, trò chơi và thậm chí là quảng cáo tương tác thông minh. Kênh thể thao hay phim ảnh có thể xem như kênh có thu phí và sẽ được mật mã. Quảng cáo IPTV yêu cầu thiết bị chuyên dụng cho ghép nối và chèn thêm luồng ở đây ta không đề cập đến.
Hình 2.3. Topo cấu trúc mạng IPTV Kế hoạch nghiên cứu
Kế hoạch nghiên cứu được đề xuất chia làm ba phần chính khi nghiên cứu lớp dịch vụ, lớp truyền dẫn và cuối cùng là kiểm tra video. Kế hoạch nghiên cứu nêu ra các khái niệm quan trọng theo ISO/IEC 13818-4.
Theo Forum DSL, tài liệu WT-126 hướng dẫn thực hiện kế hoạch nghiên cứu và nói qua việc sử dụng Video Quality Metric còn nghiên cứu chủ quan sử dụng MOS Scoring. Tài liệu cũng nói qua hướng dẫn QoE qua một số lớp:
Lớp ứng dụng:
• Mặt phẳng dữ liệu (tốc độ bit hình ảnh/âm thanh)
• Mặt phẳng điều khiển (tốc độ chuyển kênh-Zap Rate)
Lớp dịch vụ: MoS Scoring
Lớp truyền tải:
• Mặt phẳng dữ liệu (tỉ lệ tổn thất gói đối với SDTV và HDTV)
đầu
Gồm cả phân tích tiêu đề PES, phân tích MPEG-TS và cuối cùng phân tích hình ảnh được nói qua các khái niệm của MoS Scoring. Một số khác gồm cả đo tốc độ chuyển kênh (Zap Rate)
Nghiên cứu lớp dịch vụ
Phân tích PES:
Hình 2.4. Cấu trúc gói PES và trường mào đầu
Yêu cầu của phép đo QoE có khả năng nhận dạng nội dung gói-xác định loại gói theo stream ID:
Bảng 2.1. Nhận dạng luồng PES
Stream ID Chức năng
1111 0000 ECM 1111 0001 EMM
1110 xxxx Số thứ tự luồng video MPEG 111x xxxx Số thứ tự luồng âm thanh MPEG 1011 1110 Luồng đệm
PES Header Flags chứa bộ chỉ thị nhãn thời gian (Timestamp) chỉ ra sự có mặt của nhãn thời gian hiện tại PTS (Presentation Time Stamp) hoặc PTS và nhãn thời gian mã hóa DTS (Decoding Time Stamp). PTS liên quan tới bát đầu khung âm thanh hoàn chỉnh đầu tiên trong gói và thời gian cách nhau nhỏ hơn 700ms.
Trong PES Header có thể có DTS và PTS. DTS sử dụng chỉ ra khung được mã hóa và PTS chỉ ra khung hiển thị. Thứ tự của khung truyền dẫn thì khác nhau theo thứ tự khung hiển thị. Tóm lại DTS và PTS sử dụng để khôi phục video từ khung I, B và P.
Phân tích MPEG-TS:
Khả năng phân tích MPEG-TS cung cấp phương thức đo định lượng cho QoE của thuê bao IPTV có thể không giữ lại trong lớp truyền dẫn hoặc lớp RTP phía dưới.
đầu
Kịch bản giám sát điển hình của lớp truyền dẫn là đưa ra đề xuất thống kê chất lượng như trong thực tế hiện tượng jitter quá mức. Tuy nhiên, vấn đề có thể xảy ra trong lớp dịch vụ dẫn tới giảm QoE của thuê bao. Ta xem xét vấn đề cốt lõi và nguyên nhân đề xuất xảy ra trong MPEG-TS.
Hình 2.5. Trường mào đầu MPEG-TS
Bộ nhận dạng gói PID (Packet Identifier) – PID là bộ nhận dạng địa chỉ kênh duy nhất. PID cho phép nhận dạng và cấu trúc lại chương trình. PID được sử dụng cùng chung với gói nhận dạng phục vụ chương trình PSI (Program Service Identifier), bộ mã hóa sử dụng PID va PSI để nhận dạng bảng kết hợp chương trình PAT (Programme Association Table), PAT gồm bảng sắp xếp chương trình PMT (Program Map Table) chỉ vào bộ mã hóa tới gói kết hợp với kênh hoặc chương trình
Continuity Counter- trường này tăng từ 0 đến 15 đối với mỗi PID, sử dụng để xác định mất hoặc lặp gói.
Tham khảo đồng hồ chương trình PCR (Program Clock Reference) sử dụng để đồng bộ đồng hồ bộ mã hóa giống với tốc độ của đồng hồ bộ mã hóa ban đầu. PCR cũng được sử dụng bởi PTS và DTS.
Hiện tượng Jitter PCR quá mức ảnh hưởng tới luồng hình ảnh. Vấn đề có thể thấy như điểm ảnh hóa, mất màu thậm chí khung không truyền được làm giảm QoE của thuê bao IPTV. Có một số nguyên do ảnh hưởng tới Jitter PCR, như tại giai đoạn đầu mã hóa liên quan đến mạng và các nhân tố khác, còn đối với các nhà cung cấp dịch vụ Jitter có thể được đưa vào khi thực hiện chèn thêm. Phép đo Jitter liên quan đến mạng sẽ được nói rõ thêm tại phần dưới.
Phép phân tích video bị động và chủ động
Khả năng đo và giám sát các thông số quan trọng của MPEG-TS gồm cả mào đầu PES cung cấp chỉ thị của chất lượng luồng video. Khả năng đo jitter RTP trong
đầu
lớp truyền dẫn chỉ ra khi thanh đệm được cố định trong mạng, gồm cả thanh đệm jitter STB khi jitter bị quá hay nhỏ hơn mức bình thường, hiển nhiên làm giảm chất lượng QoE.
Phương thức đầu phân tích tải trọng video thực tế được xem là phân tích chủ động. Phương thức thứ hai là phân tích bị động là hành động đánh giá chất lượng video thời gian thực bằng cách phân tích chi tiết mào đầu. Phép phân tích bị động lợi ích là có khả năng xác định chất lượng video trên luồng mật mã.
Phép phân tích video chủ động thì đúng đắn nhất trong tất cả hệ thống phân tích video từ khi phép đo được quản lý theo frame by frame và pixel by pixel. Người sử dụng thực hiện phép phân tích so sánh luồng nhận được với luồng phát từ nguồn được tái tạo lại. So sánh khung luồng thu được với khung nguồn cho phép các nhà cung cấp xác định độ sáng, màu sắc, điểm ảnh hóa và độ chói.
Phép phân tích video bị động không xem xét đến tải trọng thực tế nhưng phân tích mào đầu khung video đóng gói. Phép phân tích bị động có khả năng kiểm tra nhiều gói song song. Phép kiểm tra gói song song cung cấp chi tiết và dung lượng chuẩn tốt hơn.
Phép phân tích theo chủ quan hay MOS (Mean Opinion Scoring) được thực hiện bởi cả phương thức phân tích bị động và chủ động và dẫn tới yêu cầu đối với DSL Forum. Yêu cầu nghiên cứu có liên quan tới tài liệu WT-126. MOS đơn giản hóa nhu cầu đối với việc hiểu tất cả yêu cầu kết quả nhiên cứu. MOS đơn giản đi phép phân tích đầu ra và trong một số trường hợp sử dụng như là bộ chỉ thị ngưỡng cảnh báo, để nhấn mạnh tới các vấn đề mạng tiềm năng trong kịch bản giám sát thời gian thực.
Sửa lỗi phía trước FEC (Forward Error Correction) cho phép đạt được tốc độ cao hơn của QoE. Tuy nhiên chức năng FEC không nói đến ở đây. Rất quan trọng khi để ý tới nhiều phiên bản sửa lỗi truyền dẫn
Chi tiết hóa phép phân tích chủ động
Phép phân tích chủ động ước lượng theo cảm giác chất lượng video PEVQ (Perceptual Evaluation of Video Quality) là phép so sánh gần nhất theo các chuyên gia về video, phân tích đầu ra chất lượng video trên truyền hình. So sánh luồng thu được với luồng tham khảo như trong hình 2.6.
đầu
Chi tiết hóa phép phân tích bị động:
Phép phân tích bị động là mã hóa phụ thuộc vào chất lượng video thời gian thực. Phép phân tích bị động gắn với nghiên cứu chất lượng video truyền hình TVQM (Television Video Quality metrics) thực hiện phân tích video theo mào đầu khung video. Phương thức này có độ chính xác cao khi cho kết quả về MOS.
Hình thức nghiên cứu này cho thấy cái nhìn sâu sắc hơn về hoạt động của video gồm có khả năng nói khi âm thanh phát cùng video.
Nghiên cứu tốc độ chuyển kênh
Thách thức chính trong cung cấp IPTV là nghiên cứu tốc độ chuyển kênh. Có nhiều cách nghiên cứu tốc độ chuyển kênh, dựa vào thời gian ghép kênh, thời gian trễ kênh, thất lạc gói.
Hình 2.7. Diễn biến chuyển kênh
Thời gian hiển thị kênh sau khi thay đổi nhỏ hơn 700ms.
IPTV có thể triển khai nhiều STB trong gia đình. Có thể cản trở hoạt động tốc độ chuyển kênh. Các nghiên cứu quan trọng khác nhận thấy làm thế nào để tương tác các STB riêng rẽ với nhau và chất lượng hình ảnh truyền trên mỗi STB.
Các nhà phân tích dự đoán có thể có tới 4 STB trong nhà, bởi vậy nghiên cứu cho kịch bản xấu nhất, một kênh có tới 4 yêu cầu khác nhau tại cùng thời gian. Tương đương với 4 bản tin IGMP tái tạo và gửi qua mạng. Báo cáo khác không nói đến ở đây là cấu hình và qui mô nghiên cứu cho phép truyền PVR và PiP.
đầu
Hình 2.8. STB trong nhà
Các nhà cung cấp cần đảm bảo QoE trong mạng, đặc biệt với sự phát triển của luồng phương tiện video IP dễ bị ảnh hưởng của trễ đối với ứng dụng IPTV và VoD. Khách hàng sử dụng dịch vụ video IP được đảm bảo không có độ sai nào trong chất lượng.
Làm rõ nhiều chuẩn đảm bảo QoE của IPTV khi sử dụng công cụ nghiên cứu theo IP. Các nhà cung cấp dịch vụ và các nhà cung cấp cơ sở hạ tầng cung cấp yêu cầu có khả năng đo được hoạt động của mạng ở các lớp thấp hơn. Điều quan trọng nữa, khả năng ước lượng video đầu cuối và của người sử dụng để xác định chất lượng truyền dẫn tại mỗi lớp.
Khi nhận thấy kĩ thuật truyền và hoạt động của mạng không đủ để đảm bảo QoE IPTV và mạng truyền dẫn. Nên các chuẩn đang hoàn thiện thêm khi các nhà cung cấp dịch vụ có khả năng quản lý cả tải trọng và mào đầu khung.
Một điều cần thêm khi cung cấp dịch vụ IPTV cần có khả năng thêm kênh nhanh chóng và dễ dàng với mức chất lượng cao nhất. Tuy nhiên, tải trọng luồng video kênh thông qua một phím. Thiết bị này nêu qua về trễ trên luồng hình ảnh trái lại không ảnh hưởng tới âm thanh. Các nhà cung cấp dịch vụ cần nghiên cứu chất lượng truyền luồng hình ảnh và âm thanh theo phương pháp bị động hoặc chủ động để đảm bảo mức QoE