Một hệ thống IPTV về mặt cấu trúc có thể chia ra làm bốn khu vực: Headend (Media Server), Mạng truyền tải & Truy nhập và Hộ gia đình (Home).
---
Hình 10. Mô hình chung của hệ thống IPTV
2.2.1. Headend
Hệ thống Video Headend làm nhiệm vụ Thu, Điều chế và Giải mã nội dung hình ảnh và âm thanh từ các nguồn khác nhau và sử dụng các thiết bị mã hóa (encoder) để chuyển đổi nội dung này thành các luồng IP multicast ở khuôn dạng mã hóa mong muốn. Yêu cầu phải có thiết bị đầu cuối cho việc phát nội dung quảng bá. Thiết bị đầu cuối này có khả năng mã hoá một chuỗi các hình ảnh theo thời gian thực bằng kỹ thuật nén dùng MPEG-4 Part 10 hoặc H.264. Hình ảnh mã hoá có thể lấy từ vệ tinh, truyền hình cáp, hệ thống truyền hình mặt đất, máy chủ video, tape playout, v.v... Sau khi mã hoá, các chuỗi (định dạng ASI, SPTS) truyền MPEG sẽ được đóng gói bằng cách sử dụng IP Streamer. Sau đó sẽ truyền những chuỗi gói IP bằng cách sử dụng giao thức UDP/IP. Đầu vào của hệ thống Video Headend là các chương trình truyền hình quảng bá, các kênh truyền hình mua bản quyền thu từ vệ tinh, các kênh truyền hình cáp, các phim từ các nguồn khác như tự sản xuất, từ các thiết bị VCD/DVD player, v.v...
Vị trí vật lí của headend (thiết bị đầu cuối) được xác định bởi cấu trúc mạng. Headend chuyển các dòng hình ảnh vào mạng để có thể truyền tới STB. Định dạng chuẩn được sử dụng cho nén số ngày nay là chuẩn MPEG-2, H264, ..
Hình 11. Các thành phần trong hệ thống IPTV Headend
Các thành phần cơ bản trong hệ thống Headend bao gồm:
Bộ thu và giải mã Anten/Vệ tinh: Hiện tại tùy theo sự mã hoá của các nhà cung cấp nội dung và phương thức truyền dẫn tín hiệu (Truyền hình số mặt đất – DVB T, Truyền hình số vệ tinh – DVB S, Truyền dẫn qua cáp quang,…). Từ đó sẽ có những thiết bị thu và giải mã tương ứng. Hiện tại một số hãng sản xuất Intergrate Receiver Decoder như hãng Tandberg, Cisco,..
Bộ mã hóa trực tiếp (Encoder): Có thể chia ra thành 2 loại Encoder hiện nay tùy theo các nhà sản xuất: Ví dụ: Tandberg, Envivio,.. thường sản xuất các bộ mã hoá dưới dạng một khối chức năng riêng biệt. Các nhà sản xuất khác như: TUT, Optibase,.. lại sản xuất tổ hợp các card mã hoá (Thông thường mỗi card mã hoá này đảm nhiệm việc mã hoá được 1 kênh truyền hình).
IP Streamer: Bộ IP Streamer có chức năng đóng gói dữ liệu mã hoá Mpeg2 và Mpeg4-H.264 thành luồng IP phát quảng bá (multicast) trên mạng tới các thuê bao.
Hệ thống chèn quảng cáo: Thực hiện chèn các quảng cáo vào các nội dung trực tiếp (Live TV) và các nội dung có sẵn (VoD, Information, ..).
Hệ thống theo dõi (Monitoring): Theo dõi, giám sát các kênh truyền hình trực tuyến cũng như các luồng phát VoD.
---
VoD server: Hệ thống các server tập trung, lưu trữ và phân phối nội dung VoD cho toàn mạng.
2.2.2. Middleware
Hệ thống Middleware: Cung cấp khả năng quản lý thuê bao, nội dung và báo cáo hoàn chỉnh cùng với các chức năng quản lý EPG và STB, đồng thời vẫn duy trì tính mở cho việc tích hợp các dịch vụ trong tương lai. Middleware là một giao diện của hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV với người sử dụng, nó xác định danh tính cho người dùng. Hiển thị một danh sách các dịch vụ mà thuê bao đó có thể sử dụng và trợ giúp lựa chọn dịch vụ này sau khi đã xác thực danh tính của người dùng. Middleware lưu lại một profile cho tất cả các dịch vụ. Middleware đảm bảo các hoạt động bên trong của dịch vụ truyền hình một cách hoàn hảo. Middleware sẽ không giới hạn bất kỳ hoạt động riêng rẽ nào trong hệ thống, nhưng sẽ giao tiếp trực tiếp với mỗi thành phần được hệ thống hỗ trợ. Middleware hỗ trợ API cho phép mở rộng các chức năng mới và truyền dữ liệu giữa các hệ thống.
Hình 12. Mô hình giải pháp Middleware của Huawei
Nhiệm vụ cơ bản của Middleware là đảm bảo các tương tác điều hành dịch vụ hình ảnh hoàn chỉnh. Trong môi trường hình ảnh, chính middleware cho phép khách hàng nhận diện được các dịch vụ thông qua màn hình TV, hình ảnh theo yêu cầu, các gói Internet, cũng như thực hiện các chức năng trên STB. Middleware không bị giới hạn với bất kì tương tác quản lí riêng lẻ nào trong hệ thống, nhưng lại có khả năng giao tiếp trực với từng bộ phận trong việc cung cấp các giải pháp.
2.2.3. Mạng truyền tải và truy nhập (Transport & Access)
Truyền tải mạng là vấn đề quan trọng nhất của hệ thống dưới quan điểm điều khiển. Mạng truyền tải phân phát các nội dung và dữ liệu từ thiết bị đầu cuối tới bộ tổng hợp truy nhập đường dây thuê bao số (DSLAM) hoặc là các chuyển mạch cứng hay các router (Switch-Router) trong mạng truy nhập.
Bước đầu tiên trong việc cấu hình mạng backbone là chỉ định các tham số chất lượng dịch vụ cho các loại dữ liệu khác nhau. Trong hầu hết các trường hợp mạng backbone là không đồng nhất; tổng hợp các dạng truyền qua mạng, mỗi dạng truyền sẽ có yêu cầu về chất lượng tuyến truyền khác nhau, và mạng backbone phải định hệ số cho toàn bộ tải tin. Trong truờng hợp các luồng IP thì mạng backbone cần các giao thức cho việc truyền tải ở lớp dưới. Các yêu cầu kĩ thuật về tuyến truyền dựa vào số lượng kênh được truyền từ thiết bị đầu cuối.
Mạng backbone: Chất lượng dịch vụ được điều chỉnh khi mạng thiếu dải thông để truyền toàn bộ các dữ liệu được yêu cầu, thực thi bằng cách quyết định các gói nào được truyền và gói nào loại bỏ. Trong trường hợp mạng backbone ATM, mạch ảo vĩnh cửu (PVC-Permanent virtual circuit) phải có kích cỡ đủ để hỗ trợ các luồng hình ảnh. Các mạch ảo vĩnh cửu phải được cung cấp ở chất lượng rất cao để phân phát suôn sẻ các dữ liệu hình ảnh tới mạng bờ.
Việc lựa chọn kết hợp các thiết bị backbone một cách cẩn thận là đặc biệt quan trọng. Đây như là các thiết bị điểm đơn lỗi trên cấp độ mạng diện rộng. Có 2 lưu ý chính khi lựa chọn thiết bị:
TV thường đặt tại gia đình và khách hàng sẽ không chấp nhận việc ngắt dịch vụ. Vì vậy phải sử dụng các thiết bị có cấu hình mạnh, và là các thiết bị có khả năng bảo trì. Và tối thiểu có 2 module nguồn trao đổi.
Luồng hình ảnh là các luồng có tốc độ bit rất cao và không thay đổi. Các nhà cung cấp có thể cung cấp lên tới 100 kênh với tốc độ khoảng 3 Mbps. Rất nhiều các thiết bị chuyển mạch và định tuyến phổ biến hiện này được thiết kế cho phù hợp với nhiệm vụ truyền hình ảnh qua đường truyền internet này. Tuyến truyền Internet không chỉ truyền các luồng có tốc độ cố định mà còn có khả năng thay đổi tốc độ truyền dữ liệu. Điều này thực sự có ý nghĩa khi các thiết bị truyền dẫn không cung cấp đủ khả năng xử lí hoặc không đủ dải thông để truyền các luồng có tốc độ bit cố định. Các nhà cung cấp dịch vụ cố gắng kiểm tra luồng dữ liệu trong môi trường truyền hình ảnh để đảm bảo không có lỗi nào trong suốt quá trình cài đặt và điều hành hệ thống.
2.2.4. Hộ gia đình (HOME)
Là một hệ thống thiết bị đầu cuối tới hộ gia đình. Môi trường hộ gia đình bao gồm phần mềm tương tác với dịch vụ hình ảnh và thiết bị ban đầu cho khách hàng.
Phần mềm
Phần mềm được các nhà cung cấp đưa ra rất khác nhau, nhưng thường bao gồm một ứng dụng client và một ứng dụng server. Những đặc điểm phần mềm sẽ được trình bày kĩ hơn ở phần “các thành phần ứng dụng của hệ thống IPTV”.
Set top box (STB)
Là thiết bị giải mã chuỗi dữ liệu và hành ảnh đến dựa vào địa chỉ IP, và thể hiện các hình ảnh này trên màn hình. Các nhà cung cấp giải pháp IPTV phải đưa ra các lựa chọn STB để tăng khả năng cạnh tranh về giá. Giá càng cao thì STB càng có nhiều tiện ích tương tác dịch vụ. Các nhà cung cấp giải pháp IPTV (middleware ) phải thoả thuận với những nhà sản xuất STB để đưa thêm các tiện ích cho STB trong tương lai.
---
STB là một phần tối quan trọng trong tất cả các giải pháp. Điều mà các nhà cung cấp quan tâm là vấn đề giữa giá thành và tiện ích của STB. Khi chọn STB cần phải thoả mãn các tiêu chí sau:
Phải có đầy đủ các đầu ra hình ảnh, âm thanh. Rất nhiều STB thiếu bộ điều chế RF tích hợp. Các TV hiện nay đang được kết nối thông qua chuẩn RG59. Một STB thiếu kết nối này sẽ giới hạn khách hàng, và dịch vụ do đó làm giảm khả năng cạnh tranh với đối thủ.
Các nhà cung cấp dịch vụ dải tần rộng phải quyết định liệu có hay không ổ cứng trên STB dựa vào dạng dịch vụ mà nhà cung cấp đưa ra.
Modem (chỉ dùng cho DSL)
Là thiết bị mã hoá và tổng hợp để cho âm thanh và dữ liệu có thể truyền trên cùng một đường truyền (cặp dây đồng xoắn kép ở mạng telephone thông thường). Modem cũng là một tiêu chí quan trọng trong việc thiết kế last-mile. Mỗi modem phải tương tác với DSLAM để đảm bảo tối đa các nhiệm vụ trên hệ thống. Có nghĩa là các nhà cung cấp phải sử dụng các modem được chứng nhận của các nhà sản xuất DSLAM không chỉ cho truy nhập dữ liệu internet mà còn cho việc truyền tải hình ảnh. Modem phải có nhiều cổng Ethernet cho việc kết hợp với STB hoặc PC tại gia đình. Một thiết bị switch trong thiết bị này phù hợp hơn là hub, switch cách ly đường truyền hình ảnh trong gia đình khỏi các đường truyền khác trên mạng.
2.2.5. Middleware
Middleware là một giải pháp phù hợp nhất để vừa tối ưu hoá cơ sở hạ tầng sẵn có mà vẫn cung cấp được các dịch vụ truyền thông băng thông rộng bao gồm hình ảnh và âm thanh, bởi vì nó được phát triển từ việc cung cấp các ứng dụng phần mềm cho phép toàn bộ hệ thống vận hành có thể phát triển truyền hình.
Có rất nhiều giải pháp Middleware, nhưng về mặt phần cứng thì các thiết bị của các hệ thống video đã được định dạng theo một chuẩn nhất định.
Nhiệm vụ cơ bản của middleware là đảm bảo các tương tác điều hành dịch vụ hình ảnh hoàn chỉnh. Trong môi trường hình ảnh, chính middleware cho phép khách hàng nhận diện được các dịch vụ thông qua màn hình TV, hình ảnh theo yêu cầu, các gói internet, cũng như thực hiện các chức năng trên STB. Middleware không bị giới hạn với bất kì tương tác quản lí riêng lẻ nào trong hệ thống, nhưng lại có khả năng giao tiếp trực với từng bộ phận trong việc cung cấp các giải pháp.