Middleware server là mặt trước của hệ thống IPTV. Tất cả các bộ STB đều liên lạc với Middleware server để yêu cầu nội dung riêng biệt. Việc liên lạc thường sử dụng giao thức HTTP. Một chương trình trình duyệt bên trong STB sẽ liên lạc với Middleware server, download hướng dẫn chương trình EPG và gửi các yêu cầu tới Middleware server. Middleware server sẽ ra lệnh cho streaming server gửi nội dung tới đích. Các thuê bao có thể liên lạc thông qua STB và yêu cầu nội dung từ Middleware
trình phần mềm trong mạng IPTV
client. Một khi Middleware server đã ra lệnh cho VoD server cung cấp nội dung cho các thuê bao riêng lẻ, thì sau đó STB và VoD server cũng có thể liên lạc với nhau.
IPTV middleware hoạt động như một cầu nối giữa một số hệ thống và các ứng dụng. Chính xác hơn, nó tương tác với DSLAM, các server nội dung, các bộ STB, VoD server, DRM và các ứng dụng kinh doanh giữa các hệ thống khác. Hình 4.2 trình bày cấu trúc middleware và cách thức tương tác của nó với các thành phần lõi mạng IPTV.
Hệ thống IPTV Middleware có hai thành phần chính đó là các chức năng lõi và một số chức năng mạng dựa vào hệ điều hành chuẩn và cung cấp giao diện web để liên lạc với STB. Các chức năng lõi bao gồm quản lý, điều khiển các giao dịch và các phiên đang tồn tại, xác thực user và một số chức năng khác. Các chức năng lõi chịu trách nhiệm duy trì EPG và các chức năng cơ bản khác, cũng như sắp xếp các hoạt động với hệ thống bên ngoài, ví dụ như quản lý nội dung, DRM, VoD và các ứng dụng kinh doanh.
Các chức năng lõi
Các chức năng mạng
DSLAM VoD & DRM Business
Streaming STB
Server nội
dung
IPTV middleware
Hình 4.2 Cấu trúc hệ thống middleware IPTV
Một số hệ thống bên ngoài tương tác với hệ thống Middleware như sau:
DSLAM: một số DSLAM cho phép middleware server chia sẻ dữ liệu xác
thực với nó, làm thuận tiện cho tiến trình xác thực truy cập của thuê bao mới tới các VLAN nội dung cũng như trao đổi thông tin về vị trí vật lý của bộ STB được thuê bao sử dụng. Middleware cung cấp cho bộ STB thông tin về các VLAN đang tồn tại, STB cần phải gia nhập vào danh sách để truy cập nội dung.
Server nội dung: Middleware server sẽ nhận thông tin từ server nội dung đối với các nội dung sẵn sàng được sử dụng và sẽ sử dụng thông tin này để chuẩn bị EPG.
STB : Có một số cấp độ tương tác khác nhau giữa Middleware server và các
bộ STB. STB được cấu hình để kiểm tra VLAN tại mỗi thời điểm nó khởi động hệ điều hành của nó. VLAN này sẽ cung cấp các yêu cầu nâng cấp cho hệ điều hành. Một khi Middleware server đã được kiểm tra xong, STB có thể được chỉ dẫn để download các nâng cấp được yêu cầu. Hầu hết các bộ STB sẽ sử dụng trình duyệt web để download EPG và thông tin cơ sở từ Middleware server. Các key DRM và dữ liệu quan trọng khác có thể được cung cấp trực tiếp bởi Middleware server, hoặc STB có thể được hướng dẫn tới ứng dụng DRM để thu được key.
VoD và streaming: Middleware sẽ nhận các yêu cầu từ STB trên các mục
EPG bao gồm nội dung VoD và pay-per-view. Đây sẽ là một tương tác giữa Middleware và VoD để khởi động streaming nội dung unicast tới thuê bao. Quản lý DRM: ứng dụng Middleware sẽ lấy lại các key và các giấy phép số
được sử dụng bởi STB, trong một số trường hợp STB sẽ tìm đến dữ liệu yêu cầu dữ liệu trực tiếp từ DRM server.
Các ứng dụng kinh doanh: middleware server sẽ tương tác với các ứng dụng kinh doanh để user được xác thực và có hiệu lực, các chức năng lập hóa đơn và thanh toán, và thông tin tài khoản được yêu cầu bởi thuê bao.
4.2 Thiết bị mạng gia đình 4.2.1 Mạng gia đình
Mạng gia đình bao gồm một thiết bị đầu cuối mạng, về cơ bản là điểm truy cập từ mạng. Thiết bị đầu cuối sẽ được kết nối tới modem, modem sẽ chuyển đổi thông tin thành các dạng IP, và trong một số trường hợp một bộ splitter sẽ được sử dụng để cung cấp các dịch vụ thoại nếu mạng điện thoại công cộng được sử dụng.
Một gateway sẽ được sử dụng để tách các dịch vụ IP (dữ liệu, video, thoại), và các gateway này thường có firewall, dịch vụ DHCP và các dịch vụ mạng khác được yêu cầu để cải thiện dịch vụ.
Khách hàng yêu cầu một bộ giải mã STB trong hầu hết các trường hợp, và nó sẽ được cung cấp bởi nhà cung cấp dịch vụ. Trong một số trường hợp, máy tính cá nhân sẽ được sử dụng để kết nối trực tiếp tới mạng mà không cần STB. Ngoài ra còn có các thiết bị khác như kết cuối thoại cho cả mạng PSTN và VoIP, các router truy cập không dây.
Mạng gia đình nằm ngoài phạm vi các cơ chế bảo an được thiết lập bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV.Nhưng sữ có một số thiết bị đứng giữa DSLAM và Tivi, nó chịu trách nhiệm mang lưu lượng an toàn tới STB và giữ liên lạc với nhà cung cấp dịch vụ IPTV để đảm bảo được cấu hình để tránh các truy cập không được xác thực.
4.2.2 Bộ giải mã IP-STB
Bộ giải mã STB dựa trên IP được sử dụng để kết nối IPTV Headend với Tivi. Chức năng chính của thiết bị này là để giải thích và biên dịch các yêu cầu từ thuê bao và gửi các bản tin (dựa trên IP) tới Headend, yêu cầu nội dung hoặc dịch vụ đặc biệt. STB sẽ nhận nội dung được mã hóa và sẽ phải giải mật mã và giải mã chúng để hiển thị trên màn hình Tivi.
trình phần mềm trong mạng IPTV
Trên hình 4.3 trình bày cấu trúc thông thường của IP-STB, nó bao gồm các thành phần được tham khảo trên các STB tiên tiến hiện nay. Một số mô hình thay thế có thể được tìm thấy với các chức năng cơ bản tương tự. Các phát triển mới của công nghệ sẽ đem lại các thành phần rõ ràng hơn bên trong các bộ STB.
Các thành phần trên STB bao gồm:
CPU: IP-STB có các chipset với năng lực xử lý và bộ nhớ bị giới hạn nếu so
sánh với các chuẩn PC. Các nhà sản xuất lựa chọn các CPU cơ sở để cung cấp đủ năng lực xử lý tốt các chức năng cơ bản và thời gian đáp ứng hợp lý.
Core System Harware & CPU Thiết bị ngoại vi TCP/IP & Connectivity
CAS/DRM Support MPEG 2 & 4
Driver DRM
Driver
Operating System & Device driver Real time
OS
Middleware client Video Capture Decode Tuner/ Video
Capture
IM Email … Web Browser
Hình 4.3 Cấu trúc IP-STB
Core System: phần cứng lõi bao gồm các thành phần điện tử khác nhau hỗ trợ hoạt động của IP-STB, thông tin trao đổi giữa các thành phần, bộ nhớ và hầu hết các tính năng quan trọng của chip chuyên dụng được dùng để lưu trữ các key DRM được yêu cầu để truy cập và cho việc xác thực. Với các chip chuyên dụng được sử dụng để lưu các key, rủi ro của việc truy cập không được xác thực giảm xuống.
Các thiết bị ngoại vi: có một số thiết bị ngoại vi kết nối tới STB, bao gồm cáp
mạng, đầu ra video, thành phần phát tia hồng ngoại để điều khiển từ xa, USB và các công nghệ lưu trữ.
DRM và CAS: STB yêu cầu thành phần chuyên dụng để giao tiếp với các
chức năng liên kết DRM. Nó cần thiết cho việc yêu cầu và nâng cấp các key DRM, giải mật mã nội dung và cung cấp nội dung được mã hóa tới các thành phần khác. Ngoài ra, STB cần xác thực lại bản thân nó với hệ thống truy cập có điều kiện CAS để có thể truy cập nội dung. Nhà cung cấp dịch vụ IPTV phải đảm bảo các ứng dụng DRM và CAS thích hợp được tải vào STB. Yêu cầu đặc biệt này làm nó rất khó cho một thị trường mở các dịch vụ IPTV. Nó không chắc chắn rằng thuê bao có thể tới các switch của nhà cung cấp dịch vụ IPTV mà không cần thay đổi bộ STB. Ngoài ra, nó không chắc chắn bộ tập hợp nội dung có thể hoạt động trong thị trường mà nội dung từ nhiều nhà sản xuất hoặc các nhà cung cấp dịch vụ IPTV, mỗi nhà cung cấp có thể có hệ thống DRM khác nhau. Theo thời gian, các chuẩn sẽ được triển khai để đảm bảo việc tương thích giữa các hệ thống DRM và CAS. Trong lúc đó, thuê bao chỉ được liên kết tới nhà cung cấp dịch vụ IPTV mà họ đăng ký sử dụng. Driver cho MPEG-2 & MPEG-4: STB cần một số driver cho chuẩn MPEG-
2, MPEG-4 và một số mã khác để giải mã luồng nội dung tới để có thể hiển thị trên màn hình Tivi. Nhìn chung, các nhà cung cấp dịch vụ IPTV phải đảm bảo các mã thích hợp được tải vào STB. Các mã được sử dụng trên Headend sẽ được tải vào STB.
Operating System & driver: Các hệ điều hành nhẹ được sử dụng cho các bộ
STB. Một số hệ điều hành có bản quyền và nguồn mở được sử dụng cho chức năng này. Một trong những điểm tiên tiến của các hệ điều hành này là tính mềm dẻo, chúng hỗ trợ tìm duyệt và email, hỗ trợ nối mạng và báo tin ngay lập tức. Là một chuẩn hệ điều hành, có rủi ro về virus tác động tới hoạt động của STB. Nó là vấn đề quan trọng đối với bản copy chủ (master) hệ điều hành được cấu hình chính xác, nó cần được sửa chữa trước khi phát hành STB. Ngoài ra, tất cả các port không cần thiết phải được khóa.
Middleware client: một client đặc biệt liên lạc với Middleware server. Client
này có thể sử dụng trình duyệt web để thay đổi thông tin với Middleware server cũng như download hướng dẫn chương trình EPG để hiển thị cho thuê bao. Middleware client có thể bao gồm các chức năng DRM trong một số trường hợp.
Video Capture - Decode: chức năng này sẽ nhận luồng nội dung từ chức năng
DRM và sẽ giải mã dữ liệu MPEG-4 thành định dạng có thể sử dụng. Định dạng này có thể là NTSC/PAL để hiển thị trên màn hình Tivi.
Web Brower: các Middleware server có khuynh hướng hoạt động như là các
web server. Một số quá trình thực thi sẽ cung cấp tất cả các truy cập sử dụng SSL (HTTPS, port 443). Web Brower được STB sử dụng để truy cập nội dung và hiển thị thông tin cho thuê bao.
Hình 4.4 miêu tả tiến trình IP-STB, tiến trình được bắt đầu với các yêu cầu IP và thu nhận nội dung, các chức năng web brower, tương tác Middleware và giải mật mã nội dung. Tiếp theo là giải mã hóa luồng nội dung và mã hóa NTSC/PAL hoặc chuẩn thích hợp và cuối cùng cấp nội dung để hiển thị trên màn hình Tivi.
trình phần mềm trong mạng IPTV
4.3 Các chương trình phần mềm
Phần mềm thực thi một số chức năng bên trong mạng IPTV. Như trong một chiếc máy tính cá nhân, hệ thống IPTV đơn giản sẽ không thực hiện chức năng nếu không có phần mềm. Trong phần này, sẽ tìm hiểu một số chức năng phần mềm thường có trong các hệ thống IPTV.
4.3.1 Hướng dẫn chương trình EPG
Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide) là chương trình hiển thị trên màn hình thông báo cho người xem nội dung sẵn có trên các kênh. Nó có thể bao gồm cả các kênh broadcast truyền tới tất cả người xem cùng một lúc và nội dung VoD cho người xem riêng biệt. Thông tin hướng dẫn chương trình có thể được cung cấp bởi nhà cung cấp mạng IPTV hoặc như trong hầu hết các trường hợp, nó được đưa ra bởi nhà cung cấp bên ngoài.
Hình 4.4 Tiến trình xử lý của IP-STB
Có hai dạng EPG được sử dụng chủ yếu. Đầu tiên là hướng dẫn chương trình được hiển thị theo danh sách, ở đó nội dung trên mỗi kênh sẵn sàng được hiển thị trong số kênh theo thứ tự chuyển động trên màn hình Tivi. Cách sắp xếp này không yêu cầu tương tác từ người xem và có thể gây khó chịu cho người xem.
Dạng thứ hai của EPG được gọi là hướng dẫn chương trình tương tác. Trong cách sắp xếp này các kênh và các lựa chọn nội dung được hiển thị trên màn hình Tivi. Tuy nhiên, trong trường hợp này, người xem có khả năng thao tác danh sách các kênh bằng điều khiển từ xa. Người xem có thể điều khiển để xem các kênh khác nhau, và họ cũng có thể xem các chương trình sẽ phát trong thời gian tới.
Các nhà khai thác hệ thống có hai lựa chọn để điều khiển các chức năng EPG: Sử dụng các bộ STB thông minh. Trong trường hợp này, dữ liệu cho hướng
dẫn tương tác được phát broadcast tới tất cả các STB theo định kỳ. Mỗi STB chịu trách nhiệm lưu trữ thông tin mới nhất và tạo các hiển thị. Công việc này
hoàn thành sẽ cho phép đáp ứng nhanh chóng các lệnh của người xem và loại bỏ được gánh nặng lên thiết bị trung tâm khi phải xử lý tất cả các lệnh từ rất nhiều người xem.
Trong các trường hợp khác, việc xử lý hướng dẫn chương trình tương tác được tập trung tại tổng đài khu vực. Trong cấu trúc này, STB chỉ gửi các lệnh của người xem (upstream) và nhận thông tin hiển thị mới (downstream). Hệ thống này có cải tiến làm giảm số lượng công việc phải xử lý tại STB, nhưng bất lợi là số lượng liên lạc giữa STB và tổng đài khu vực nhiều hơn.
4.3.2 Hệ thống truy cập có điều kiện
Hệ thống truy cập có điều kiện CAS (Conditional Access System) giám sát các user có thể xem nội dung chương trình. Ví dụ, chỉ những người đã đăng ký thuê bao kênh phim truyện thì mới được phép truy cập nội dung của kênh này. Nó có thể liên hệ với quá trình thực thi trong hệ thống IPTV, do hệ thống cần đảm bảo các luồng nội dung không bao giờ được phân phối cho những user không được xác thực.
Ngược lại với các phương pháp yêu cầu trong hệ thống truyền hình vệ tinh và truyền hình cáp. Ở đó, tất cả mọi người xem đều có thể nhận tất cả các kênh. Trong các hệ thống này, nội dung phải được đổi tần, mật mã hoặc các cách khác để những người không được xác thực không thể xem được nội dung.
4.3.3 Hệ thống VoD
Hệ thống VoD cung cấp cho người xem nội dung có thể đã được xem theo cách của họ. Nó bao gồm các file nội dung được lưu trữ trên server và được hiển thị ra dưới sự điều khiển của user.
Phần mềm cho hệ thống VoD cần để thực thi một số chức năng và một số liên kết với các module phần mềm khác. Các nhan đề sẵn sàng sử dụng cần được lên danh sách và diễn giải theo cách của EPG. Một số yêu cầu mất phí cần được tập hợp lại. Một kết nối mạng cần được thiết lập giữa VoD server và bộ giải mã STB của người xem để phân phối nội dung. Các key thích hợp cho việc giải mã mọi nội dung được mật mã cần được gửi tới STB thông qua hệ thống DRM. Các lệnh của người xem (pause, forward, rewind) từ hệ thống Middleware cần được khôi phục lại và được xử lý nhanh chóng để điều khiển cách thức nội dung được hiển thị. Tất cả cần diễn ra nhanh để hồi đáp các tương tác của user.
4.3.4 Hệ thống quản lý quyền truy cập nội dung số
Hệ thống quản lý quyền truy cập nội dung số DRM được thiết kế để bảo vệ bản quyền của nhà sản xuất nội dung. Nó thường bao gồm một số dạng mật mã để không thể xem nội dung nếu không có key thích hợp. Key thường là một số dạng giá trị số giám sát hoạt động của thiết bị giải mật mã.
Ngoài ra, hệ thống DRM còn cần đảm bảo việc phân phối các key thích hợp tới bộ STB của người xem đã được xác thực. Với các key này, STB có thể giải mật mã