Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

ðẶNG VĂN TUYÊN

ðề tài:

NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG
MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ IPTV

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: ðIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS. NGUYỄN CHẤN HÙNG

HÀ NỘI - 2008


Lời mở đầu
Sự đột phá trong việc cải thiện băng thông của hệ thống mạng phân phối
đ mở ra một thời kỳ mới của dịch vụ cung cấp và chia sẻ nội dung số. Với đờng
truyền dẫn sử dụng công nghệ ADSL, VDSL, công nghệ truyền dẫn quang cho
phép nhà khai thác viễn thông có thể mở rộng và cung cấp các dịch vụ đa
phơng tiện tới khách hàng. Một trong những dịch vụ đang đợc thu hút sự quan
tâm đó là IPTV. áp dụng những kỹ thuật nén tiên tiến nh MPEG-4, H.264, hệ
thống IPTV cho phép các nhà khai thác tổ chức, quản lý và truyền tải hàng ngàn
các kênh truyền hình quảng bá, các nội dung truyền hình trực tiếp (Live TV), các
nội dung phim ảnh theo yêu cầu với chất lợng cao, đảm bảo các tiêu chuẩn
truyền hình SDTV, HDTV Ngoài ra IPTV còn là một hệ thống hứa hẹn cho

phép tích hợp nhiều ứng dụng chia sẻ nội dung số, các hình thức thông tin tiên
tiến nh truyền hình tơng tác, mua bán hàng tại nhà qua màn ảnh TV Với khả
năng tích hợp nhiều dịch vụ, công nghệ tiên tiến và đặc biệt là khả năng cá nhân
hóa sở thích ngời sử dụng, khả năng quản lý bản quyền nội dung số, IPTV đ và
đang đợc nhiều nhà phát triển sản xuất nghiên cứu, chuẩn hóa và từng bớc
triển khai ở nhiều nơi.
Nhằm tìm hiểu, nghiên cứu cấu trúc hệ thống của mạng cung cấp dịch vụ
IPTV, đợc sự chỉ bảo của Thầy TS. Nguyễn Chấn Hùng, tôi đ chọn đề tài làm
luận văn tốt nghiệp là Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV. Nội
dung cơ bản của luận văn là nghiên cứu tổng thể cấu trúc của mạng cung cấp
dịch vụ IPTV từ phía nhà cung cấp dịch vụ tới phía khách hàng, nghiên cứu kiến
trúc hệ thống Open IPTV, một chuẩn chung đ đợc các nhà phát triển thống
nhất và là cơ sở phát triển cho các hệ thống IPTV sau này. Ngoài ra nội dung
của luận văn còn tìm hiểu các vấn đề của kỹ thuật nén video, cấu trúc chuẩn nén
video H.264, tìm hiểu và ứng dụng kỹ thuật nén video m nguồn mở JM của Joint
Video Team (JVT). Luận văn đợc cấu trúc thành 4 chơng:

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


- Chơng 1: Tổng quan về hệ thống truyền hình IPTV: Trình bày các
vấn đề tổng quát về dịch vụ IPTV, hệ thống mạng và các vấn đề kỹ
thuật cơ bản của mạng cung cấp dịch vụ IPTV.
- Chơng 2: Mô hình kiến trúc hệ thống Open IPTV: Tìm hiểu kiến trúc,
mô hình chức năng của các thực thể, các giao diện giữa các thực thể
của chuẩn Open IPTV.
- Chơng 3: Cơ sở các kỹ thuật nén video: Trình bày những vấn đề cơ
bản, cơ sở lý thuyết của kỹ thuật nén video, các chuẩn nén video.
- Chơng 4: Kỹ thuật nén Video MPEG-4 AVC/H.264: Tìm hiểu cấu trúc
của bộ chuẩn nén video MPEG-4 AVC/H.264, tìm hiểu nghiên cứu khả

năng ứng dụng sản phẩm phần mềm nén video m nguồn mở JM.
Để hoàn thành bản luận văn này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
Thầy giáo TS. Nguyễn Chấn Hùng, ngời đ tận tình định hớng, chỉ bảo cho tôi
những kiến thức quý báu trong quá trình nghiên cứu.
Mặc dù bản thân đ cố gắng nhng do năng lực, kinh nghiệm còn hạn chế,
vấn đề nghiên cứu rộng nên bài luận văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy
tôi kính mong nhận đợc sự đóng góp ý kiến, chỉ bảo của các thầy cô giáo và các
bạn đồng nghiệp để tôi ngày càng hoàn thiện hơn vốn kiến thức của mình.
Hà Nội, tháng 10 năm 2008.

Đặng Văn Tuyên

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


1

mục lục
danh mục những từ viết tắt

4

danh mục các bảng

8

danh mục các hình vẽ

9

chơng 1: tổng quan về hệ thống Iptv
11
1.1. Khái niệm về hệ thống IPTV ............................................................... 11
1.1.1. Khái niệm chung ........................................................................................... 11
1.1.2. Một số đặc điểm của IPTV........................................................................... 12
1.1.3. Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu (VoD) và truyền hình tơng tác
(Interactive Television) ........................................................................................... 13
1.2. Kiến trúc tổng quát của hệ thống IPTV................................... 15
1.3. Mạng truy nhập của IPTV và giao thức IP ............................... 19
1.3.1. Tổng quan về mạng IP và giao thức IP......................................................... 19
1.3.2. Giao thức tầng giao vận và ứng dụng truyền video cho hệ thống IPTV ....... 21
1.3.3. Truyền tin đa hớng Multicast và ứng dụng multicast trong IPTV .............. 24
1.3.4. Công nghệ truyền dẫn trong mạng truy nhập IPTV...................................... 26
1.4. Đảm bảo chất lợng và quản lý quyền truy nhập............ 32
1.4.1. Các yếu tố ảnh hởng đến chất lợng video trong hệ thống IPTV ............... 32
1.4.2. Quản lý quyền truy nhập............................................................................... 36
1.5. Tổ chức và quản lý các máy chủ video trong hệ
thống IPTV ............................................................................................ 38
1.5.1. Phân loại máy chủ video............................................................................... 39
1.5.2. Máy chủ dịch vụ Video theo yêu cầu (VoD Server)...................................... 41
1.5.3. Máy chủ dịch vụ quảng cáo (Advertising Server)......................................... 43
1.6. Thiết bị đầu cuối ngời sử dụng ..................................................... 43
1.6.1. Cấu trúc của IPTV Set-top box ..................................................................... 44
1.6.2. Các phần mềm trung gian Midleware .......................................................... 47
chơng 2: mô hình kiến trúc hệ thống open iptv...................... 47
2.1. Mô hình hệ thống Open IPTV.............................................................. 49
2.1.1. Mô hình hệ thống .......................................................................................... 49
2.1.2. Sự hình thành chuỗi dịch vụ trong hệ thống IPTV ........................................ 51
2.2. Kiến trúc hệ thống Open IPTV.......................................................... 52
2.2.1. Định danh điểm tham chiếu .......................................................................... 52

2.2.2. Kiến trúc hệ thống phía cung cấp dịch vụ .................................................... 53
2.2.3. Kiến trúc hệ thống phía khách hàng ............................................................. 63
2.3. Các giao thức, thủ tục xử lý cơ bản........................................... 66
2.3.1. Kết nối thiết bị khách hàng ........................................................................... 67
2.3.2. Tìm kiếm và lựa chọn dịch vụ IPTV.............................................................. 67
Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


2
2.3.3. Định danh và xác nhận đăng nhập ngời dùng ............................................ 67
2.3.4. Thiết lập và quản lý các phiên Unicast ........................................................ 67
2.3.5. Các thủ tục quản lý phiên đối với nội dung đ có kế hoạch ......................... 68
2.3.6. Các thủ tục thiết lập dịch vụ ......................................................................... 68
2.3.7. Quản lý thông tin ngời dùng (User Profile Management) .......................... 68
2.3.8. Các thủ tục điều khiển đối với nội dung CoD............................................... 68
2.3.9. Các thủ tục bảo vệ dịch vụ và nội dung........................................................ 69
2.4. Kết nối giữa IPTV và các dịch vụ truyền thông
khác.......................................................................................................... 69
2.4.1. Dịch vụ hiển thị Caller ID ............................................................................ 69
2.4.2. Dịch vụ tin nhắn (Messaging)....................................................................... 70
2.4.3. Dịch vụ chat .................................................................................................. 70
2.5. Kết nối giữa IPTV và các thiết bị chuẩn DLNA ....................... 70
chơng 3: cơ sở các kỹ thuật nén video
71
3.1. tính tơng quan trong luồng tín hiệu video và mô
hình nén video ................................................................................... 74
3.2. Nén trong miền thời gian................................................................... 76
3.2.1. Tạo ảnh dự đoán từ ảnh liền trớc................................................................ 77
3.2.2. Tạo ảnh dự đoán và bù chuyển dịch theo khối (Block based) ...................... 77
3.2.3. Nội suy điểm ảnh trong xác định hớng chuyển dịch................................... 80

3.2.4. Phân loại ảnh và cấu trúc nhóm ảnh............................................................ 85
3.3. Nén trong miền không gian .............................................................. 87
3.3.1. M hóa dự đoán ảnh ..................................................................................... 88
3.3.2. M hóa chuyển đổi........................................................................................ 89
3.4. M hóa Entropy ........................................................................................ 95
3.5. Mô hình m hóa video kết hợp DPCM/DCT ................................. 97
3.5.1. Bộ m hóa ..................................................................................................... 98
3.5.2. Bộ giải m ................................................................................................... 100
3.6. Các chuẩn nén video............................................................................ 101
chơng 4: kỹ thuật nén video mpeg4 avc/h.264
101
4.1. Tổng quan về H.264.................................................................................. 104
4.1.1. Sơ đồ tổng quát cấu trúc bộ m hóa và giải m H.264............................... 104
4.1.2. Cấu trúc tiêu chuẩn H.264.......................................................................... 104
4.1.3. Định dạng tín hiệu video............................................................................. 105
4.2. Một số vấn đề cơ bản của H.264 ...................................................... 106
4.2.1. ảnh tham chiếu và quản lý ảnh tham chiếu trong H.264 ........................... 106
4.2.2. Macroblock(MB) và mảnh (slice) ............................................................... 106
4.3. Cấu trúc Baseline Profile của H.264 .......................................... 108
4.3.1. Độ phân giải trong xác định vector chuyển dịch ....................................... 108

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


3
4.3.2. Dự đoán vector chuyển dịch ....................................................................... 110
4.3.3. Dự đoán trong ảnh (Intra Prediction) ....................................................... 112
4.3.4. Bộ lọc giảm hiện tợng hình thành khối (Deblocking filter) ...................... 113
4.3.5. Biến đổi và Lợng tử hóa ............................................................................ 113
4.3.6. Sắp xếp các hệ số ........................................................................................ 116

4.3.7. M hóa Entropy .......................................................................................... 117
4.4. Main Profile và Extended Profile ............................................. 122
4.4.1. Mảnh loại B và danh sách ảnh tham chiếu................................................ 122
4.4.2. Dự đoán có trọng số................................................................................... 123
4.4.3. M hóa số học nhị phân thích nghi CABAC ............................................... 123
4.4.4. Mảnh SP và mảnh SI ................................................................................... 124
4.5. Bộ công cụ nén video m nguồn mở của Joint Video
Team........................................................................................................ 125
4.5.1. Cấu trúc sản phẩm m nguồn mở nén video H.264 JM.............................. 126
4.5.2. Cách sử dụng phần mềm m nguồn mở JM ................................................ 126
4.5.3. Định hớng tham gia phát triển .................................................................. 132
KếT LUậN Và KIếN NGHị ................................................................................ 130
TàI LIệU THAM KHảO

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


4

Danh mục Những từ viết tắt
ADSL

Asymmetric Digital Subscriber Line Đờng dây thuê bao bất đối xứng

AG

Application Gateway Gateway ứng dụng

AON

Active Optical Network Mạng quang tích cực

API

Application Programming Interface Giao diện lập trình ứng dụng

AS

Application Server Máy chủ ứng dụng

ASM

Authentication and Session Management Quản lý phiên và xác thực

A/V

Audio and Video

BPON

Broadband Passive Optical Network Mạng quang thụ động băng rộng

BTF

Basic Transport Function Chức năng giao vận cơ bản

CAS

Conditional Access System Hệ thống truy nhập có điều kiện

CC

Cluster Controller Bộ điều khiển Cluster

CD

Content Delivery Phân phối nội dung

CDC

Connected Device Configuration Cấu hình thiết bị đ đợc kết nối

CDF

Content Delivery Function Chức năng phân phối nội dung

CDN

Content Delivery Network Mạng phân phối nội dung

CDNC

CDN Controller Bộ điều khiển mạng phân phối nội dung

CE

Consumer Equipment Thiết bị phía khách hàng

CoD

Content on Demand Nội dung theo yêu cầu

CP

Content Provider Nhà cung cấp nội dung

CPI

Content Provider Interface Giao diện nhà cung cấp nội dung

CSP

Content and Service Protection Bảo vệ nội dung và dịch vụ

DLNA

Digital Living Network Alliance - Khối liên minh mạng chia sẻ nội
dung số

DLNA
DMS

DLNA Digital Media Server Máy chủ nội dung số của mạng DLNA

DLNA
DMP

DLNA Digital Media Player Thực thể trình diễn nội dung của mạng
DLNA

DOS

Denial of Service Từ chối dịch vụ

DRM

Digital Rights Management Quản lý bản quyền số

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


5

DSLAM

Digital subscriber line access multiplexer Thiết bị truy nhập đờng
truyền thuê bao số

DTCPIP

Digital Transmission Content Protection over Internet Protocol Bảo
vệ nội dung truyền dẫn số trên mạng IP

DTT

Digital Terrestrial Television Truyền hình số mặt đất

DVB-IP

Digital Video Broadcasting Internet Protocol Truyền hình số quảng

bá qua mạng IP.

EPG

Electronic Program Guide Hớng dẫn lựa chọn, sử dụng chơng trình

FE

Functional Entity Thực thể chức năng

FTTH

Fiber To The Home Mạng truyền dẫn quang tới từng khu nhà

FTTRO

Fiber To The Regional Office Mạng truyền dẫn quang tới văn phòng
khu vực

GPON

Gigabit Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động kiến
trúc Ethernet

GUI

Graphical User Interface Giao diện Đồ họa ngời sử dụng

HD

High Definition Độ phân giải cao

HDMI

High Definition Multimedia Interface Giao diện đa phơng tiện phân
giải cao

HN

Home Network Mạng phía khách hàng

HTTP

Hypertext Transfer Protocol - Giao thức truyền dữ liệu siêu văn bản

IAI

Internet Access Interface Giao diện truy nhập Internet

IG

IMS Gateway Cổng dịch vụ IMS

IGMP

Internet Group Management Protocol Giao diện quản lý nhóm trên
mạng Internet

IMPI

IMS Private User Identity Định danh ngời dùng riêng trên hệ thống
IMS

IMPU

IMS Public User Identity Định danh ngời dùng chung trên hệ thống
IMS

IMS

IP Multimedia System Hệ thống đa phơng tiện trên nền IP

IP

Internet Protocol Giao thức Internet

IPTV

Internet Protocol Television Truyền hình trên nền giao thức IP

ISIM

IMS Subscriber Identity Module Module thực thể thuê bao hệ thống
IMS

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


6
ISP

ITF

Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet
IPTV Terminal Function Chức năng đầu cuối IPTV

LAN

Local Area Network Mạng cục bộ

M/CU/C

Multicast to Unicast Chuyển đổi từ truyền tin đa hớng sang đơn
hớng

MDP

Multicast Distribution Protocol Giao thức phân phối truyền tin đa
hớng

MDTF

Multicast Data Terminating Function Chức năng đầu cuối dữ liệu
truyền tin đa hớng

NAT

Network Address Translation Chuyển đổi địa chỉ mạng

nPVR

Network Personal Video Recorder Máy ghi video cá nhân trực tiếp
trên mạng

OIF

Open IPTV Forum Diễn đàn hệ thống IPTV mở

OMA

Open Mobile Alliance Liên minh hệ thống di động mở

PAE

Procedural Application Environment Môi trờng ứng dụng theo hớng
thủ tục

P2P

Peer-to-Peer Mô hình mạng ngang hàng

PC

Personal Computer Máy tính cá nhân

PLMN

Public Land Mobile Network Mạng di động công cộng mặt đất

POTS

Telephone Service Dịch vụ điện thoại

PON

Passive Optical Network Mạng quang thụ động

PVR

Personal Video Recorders Máy ghi video cá nhân

QoS

Quality of Service Chất lợng dịch vụ

RTP

Real Time Protocol Giao thức thời gian thực

RTCP

Real Time Control Protocol Giao thức điều khiển thời gian thực

RTSP

Real Time Streaming Protocol Giao thức truyền dẫn luồng dữ liệu thời
gian thực

RMS

Remote Management System Hệ thống quản lý từ xa

RUI

Remote User Interface Giao diện ngời dùng từ xa

SAA

Service Access Authentication Xác nhận truy nhập dịch vụ

SD

Standard Definition Độ phân giải tiêu chuẩn

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


7
SD&S

DVB Service Discovery and Selection Duyệt và lựa chọn dịch vụ DVB

SDP

Session Description Protocol Giao thức

SLA

Service Level Agreement Sự thỏa thuận mức ứng dụng

SIM

Subscriber Identity Module Khối thực thể thuê bao

SIP

Session Initial Protocol Giao thức thiết lập phiên

SMS

Short Message Service Dịch vụ nhắn tin ngắn

SP

Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ

SPI

Service Provider Interface Giao diện nhà cung cấp dịch vụ

SPDF

Service-based Policy Decision Function Chức năng quyết định chính
sách theo hớng dịch vụ

SPP

Service Platform Provider Nhà cung cấp hạ tầng dịch vụ

SSO

Single Sign-on Truy nhập một lần duy nhất

STB

Set Top Box Thiết bị điều khiển đầu cuối phía khách hàng

TCI

Transport and Control Interface Giao diện điều khiển và truyền dẫn

TCP/IP

Transmission Control Protocol/Internet Protocol Giao thức điều khiển
truyền/ Giao thức Internet

UDP

User Datagram Protocol Giao thức dữ liệu ngời sử dụng

UE

User Entity Thực thể ngời dùng

UI

User Interface Giao diện ngời dùng

UNI

User Network Interface Giao diện mạng ngời sử dụng

URI

Uniform Resource Identifier Định danh tài nguyên thống nhất

URL

Uniform Resource Locator Bộ xác định tài nguyên thống nhất

VoD

Video on Demand Dịch vụ video theo yêu cầu

VDSL

Very Hight Rate Digital Subcriber Line Đờng dây thuê báo số tốc độ
cao

WLAN

Wireless LAN Mạng cục bộ không dây

WG

WAN Gateway Gateway của mạng WAN

WAN

Wide Area Network Mạng diện rộng

XML

eXtensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng

XHTML

eXtensible Hypertext Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu siêu văn
bản mở rộng

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


8

danh mục các bảng
Bảng 1.1. Một số dạng của dịch Video theo yêu cầu VoD .......................................... 13
Bảng 1.2. Các chuẩn tín hiệu và độ phân giải ........................................................... 34
Bảng 2.1. Chức năng các điểm tham chiếu UNI ......................................................... 60
Bảng 2.2. Chức năng các điểm tham chiếu NP........................................................... 61
Bảng 2.3. Chức năng của thực thể ITF và thiết bị DLNA trong các trờng hợp
sử dụng kết nối thiết bị DLNA với hệ thống IPTV ....................................... 71
Bảng 3.1. Bảng giá trị mẫu ví dụ m hóa Huffman..................................................... 95
Bảng 3.2. Bảng m hóa m Huffman cho các giá trị mẫu ở bảng 3.1......................... 96
Bảng 3.3. Trích bảng m hóa TCOEF của chuẩn MPEG4 Visual.............................. 97
Bảng 3.4. Các giá trị mẫu của một macroblock phần d............................................ 99
Bảng 3.5. Các hệ số sau khi thực hiện chuyển đổi DCT và các hệ số sau khi
lợng tử hóa.................................................................................................. 99
Bảng 3.6. Chuỗi m hóa TCOEF của macroblock phần d ..................................... 100
Bảng 3.7. Các hệ số của macroblock phần d sau khi đợc sắp xếp lại và giải
lợng tử....................................................................................................... 101

Bảng 3.8. Macroblock phần d đợc giải m IDCT ................................................. 101
Bảng 4.1. Các loại mảnh đợc định nghĩa trong H.264............................................ 107
Bảng 4.2. Bớc lợng tử hóa của H.264 CODEC ..................................................... 115
Bảng 4.3.Bảng m hóa Exp-Golomb ......................................................................... 117
Bảng 4.4 Lựa chọn bảng m dựa vào hệ số coeffs token.......................................... 119
Bảng 4.5. Xác định giá trị ngỡng theo chiều dài level_suffix .................................. 120
Bảng 4.6. Ví dụ quá trình thực hiện m hóa VLC ..................................................... 121

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


9

danh mục các hình vẽ
Hình 1.1. Sơ đồ kiến trúc tổng quát của hệ thống IPTV.............................................. 15
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống IPTV sử dụng kênh truyền dẫn vệ
tinh................................................................................................................ 18
Hình 1.3. Kiến trúc phân tầng mô hình OSI của giao thức IP .................................... 20
Hình 1.4. Vị trí các giao thức của tầng giao vận ........................................................ 21
Hình 1.5. Cấu trúc phần tiêu đề của gói tin RPT........................................................ 23
Hình 1.6. Mô hình truyền tin đơn hớng và đa hớng ................................................ 24
Hình 1.7. Phơng thức truyền đơn hớng và đa hớng trong mạng IPTV .................. 25
Hình 1.8. cấu trúc mạng truy nhập IPTV sử dụng PON ............................................. 27
Hình 1.9 Mô hình quản lý quyền truy nhập trong mạng IPTV .................................. 38
Hình 1.10. Mô hình tổ chức máy chủ dịch vụ VoD ..................................................... 42
Hình 1.11. Sơ đồ khối cấu trúc của IPTV Set-top box................................................. 45
Hình 1.12. Tách luồng tín hiệu ở bộ Tách/ghép kênh ................................................. 46
Hình 2.1. Mô hình hệ thống Open IPTV ..................................................................... 50
Hình 2.2. Sự hình thành chuỗi giá trị dịch vụ trong hệ thống Open IPTV.................. 52
Hình 2.3. ánh xạ thực thể chức năng tới các điểm tham chiếu giao diện UNI ........... 53

Hình 2.4. Mô hình kiến trúc chức năng hệ thống Open IPTV.................................... 55
Hình 2.5. Mô hình kiến trúc chức năng hệ thống phía khách hàng ............................ 64
Hình 2.6. Mô hình kiến trúc chi tiết hệ thống mạng phía khách hàng ........................ 66
Hình 2.7. Quan hệ trao đổi dữ liệu giữa thiết bị DLNA, thực thể ITF và các
thực thể quản lý nội dung của mạng nhà cung cấp dịch vụ IPTV................ 72
Hình 3.1. Vị trí và vai trò của nén video ..................................................................... 74
Hình 3.2. Sự tơng quan trong miền thời gian và trong miền không gian trong
chuỗi tín hiệu video ...................................................................................... 74
Hình 3.3. Sơ đồ khối tổng quát của bộ m hóa video.................................................. 75
Hình 3.4. Cấu trúc macroblock của các dạng lấy mẫu. Mỗi ô vuông trong hình
ứng với kích thớc 8x8 mẫu điểm ảnh.......................................................... 78
Hình 3.5. Xác định hớng chuyển dịch trên cơ sở tìm kiếm vùng ảnh giống nhất
so với macroblock hiện tại ........................................................................... 79
Hình 3.6. ảnh giá trị phần chênh lệch trong các trờng hợp không dự đoán và
xử lý MB kích thớc 16x16 ........................................................................... 80
Hình3.7. Phần chênh lệch với cấu trúc xử lý kích thớc khối khác nhau ................... 81
Hình 3.8. Cấu trúc điểm ảnh của một macroblock trớc khi nội suy và sau khi
nội suy độ phân giải 1/4điểm ảnh ................................................................ 82
Hình 3.9. Quan hệ giữa các mẫu cơ bản và nội suy trong tìm kiếm xác định
hớng dịch chuyển........................................................................................ 82
Hình 3.10 a). Vector chuyển dịch ở độ phân giải nguyên........................................... 83
Hình 3.10. b). Vector chuyển dịch ở độ phân giải 1/4 điểm ảnh. ............................... 84
Hình 3.11. Kết quả phần chênh lệch xử lý theo khối 4x4............................................ 85
Hình 3.12. Cấu trúc nhóm ảnh và thứ tự truyền dẫn các ảnh trong nhóm ................. 87
Hình 3.13. M hóa dự đoán điểm ảnh X từ các điểm ảnh lân cận A, B, C.................. 88
Hình3.14. Cơ chế hoạt động của lợng tử hóa vector................................................. 93
Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


10

Hình3.15. Thứ tự quét các hệ số DCT ......................................................................... 94
Hình 3.16. Cây m Huffman cho bảng giá trị mẫu ở bảng 3.1 ................................... 96
Hình 3.17. Sơ đồ cấu trúc bộ m hóa video DPCM/DCT........................................... 98
Hình 3.18. Sơ đồ cấu trúc bộ giải m video DPCM/DCT........................................... 98
Hình 3.19.Quá trình phát triển các chuẩn nén video................................................ 102
Hình 4.1. Cấu trúc bộ m hóa và giải m H.264. ..................................................... 104
Hình 4.2. Cấu trúc và quan hệ giữa các profile của tiêu chuẩn H.264 .................... 105
Hình 4.3. Các phần MB và các phần MB con sử dụng trong H.264......................... 107
Hình 4.4. Nội suy các điểm ảnh ở độ phân giải 1/2 điểm ảnh.................................. 109
Hình 4.5. Nội suy các giá trị ở độ phân giải 1/4 điểm ảnh....................................... 110
Hình 4.6. Nội suy các giá trị ở độ phân giải 1/8 điểm ảnh....................................... 110
Hình 4.7. Các khối MB lân cận của MB hiện thời .................................................... 111
Hình 4.8. Ví dụ về một khung hình sử dụng kỹ thuật dự đoán trong ảnh .................. 112
Hình 4.9. Các chế độ dự đoán nội suy tín hiệu chói của khối điểm ảnh 4x4............ 112
Hình 4.10. Các chế độ dự đoán nội suy tín hiệu chói của khối điểm ảnh 16x16...... 113
Hình 4.11. Thứ tự quét và truyền đi các hệ số trong MB .......................................... 113
Hình 4.12. Thứ tự quét các hệ số............................................................................... 117
Hình 4.13. Chuyển đổi giải m luồng video từ Stream A sang Stream B .................. 125
Hình 4.14. Hiển thị các tham số m hóa trong quá trình thực thi chơng trình....... 130
Hình 4.15. Trích màn hình kết quả thực hiện với dữ liệu thử nghiệm....................... 131

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


11

CHƯƠNG 1
Tổng quan về hệ thống truyền hình IPTV
1.1. Khái niệm về hệ thống IPTV

1.1.1. Khái niệm chung
IPTV là tên viết tắt của cụm từ Tiếng Anh Internet Protocol Television Truyền hình qua giao thức Internet.
Theo nhóm nghiên cứu ITPV của tổ chức ITU (ITU-T FG IPTV) định
nghĩa: IPTV là các dịch vụ đa phơng tiện nh truyền hình ảnh, tiếng nói, văn
bản, dữ liệu đợc phân phối trên các mạng dựa trên nền công nghệ IP đợc cung
cấp và quản lý đảm bảo chất lợng dịch vụ, tính bảo mật, tính tơng tác, tính tin
cậy theo yêu cầu. Với quan điểm nh vậy, IPTV là hệ thống đóng vai trò phân
phối các dữ liệu, bao gồm hình ảnh, âm thanh, văn bản qua mạng sử dụng giao
thức Internet (IP). Điều đó cũng nhấn mạnh IPTV chỉ sử dụng công nghệ IP để
truyền tải, phân phối nội dung truyền hình chứ không phải sử dụng mạng
Internet làm mạng truyền dẫn.
IPTV là dịch vụ truyền hình số, do đó nó mang tất cả những u điểm của
công nghệ truyền hình số. Ngoài ra, do đợc phân phối trên hệ thống mạng sử
dụng công nghệ IP nên IPTV là cơ sở để có thể triển khai các dịch vụ có tính cá
nhân hóa, hớng đến ngời sử dụng nh dịch vụ Video theo yêu cầu (Video on
Demand - VoD), truyền hình tơng tác (Interactive TV), dịch vụ thông tin
multimedia nh gửi nhận email, xem hàng, mua sắm qua TV v.v
Với sự phát triển mạnh mẽ của mạng băng rộng, IPTV nhanh chóng đợc
quan tâm và phát triển. Cho đến nay đ có nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn
thông triển khai thành công hệ thống IPTV. Các tổ chức nghiên cứu, các nhà sản
xuất cũng không ngừng đẩy mạnh ứng dụng các công nghệ mới vào sản xuất và
chuẩn hóa các hệ thống thiết bị. Số lợng khách hàng sử dụng dịch vụ IPTV cũng
không ngừng tăng trởng.

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


12

Do đặc điểm khác biệt so với các công nghệ truyền hình trớc đây là sử

dụng giao thức IP, cùng với xu hớng hội tụ các công nghệ viễn thông, dịch vụ
truyền hình IPTV có thể đợc kết hợp với các dịch vụ viễn thông khác nh điện
thoại, số liệu. Chính vì điều này, IPTV trở nên hấp dẫn đối với các nhà cung câp
và khai thác dịch vụ viễn thông, các khái niệm Triple Play (cung cấp đồng thời
dịch vụ thoại, video, Internet) và Quardruple Play (gồm Triple Play có thêm
wireless) cũng ra đời cùng với IPTV.

1.1.2. Một số đặc điểm của IPTV
Hệ thống IPTV có một số đặc điểm cơ bản sau:
- Có khả năng hỗ trợ tơng tác: Tính chất hai chiều trong truyền thông
của mạng IP cho phép hệ thống IPTV cung cấp các dịch vụ có tính tơng tác.
Ngoài các dịch vụ truyền hình truyền thống nh truyền hình quảng bá
(broadscast TV), truyền hình trực tiếp (live TV), IPTV còn có thể cung cấp dịch
vụ trò chơi tơng tác (interactive game) hay duyệt internet (internet browsing).
Đặc tính tơng tác cũng là cơ sở để triển khai các dịch vụ truyền hình theo yêu
cầu (VoD) trên hệ thống IPTV.
- Hỗ trợ ghi và xem lại: Với định dạng dữ liệu tín hiệu số, luồng tín hiệu
video có thể dễ dàng ghi lại và cho phép ngời sử dụng xem lại các chơng trình
truyền hình nhờ một bộ ghi tích hợp sẵn trong thiết bị ở phía ngời sử dụng.
- Cá nhân hóa: Công nghệ IP cho phép định danh và quản lý thông tin về
thiết bị đầu cuối. Điều này cho phép ngời sử dụng có thể thiết lập những thông
tin mang tính cá nhân nh các kênh truyền hình yêu thích, thời gian xem hàng
ngày v.v.. Các thông tin này không những tạo sự thuận lợi cho ngời sử dụng mà
còn hỗ trợ nhà quản lý khai thác dễ dàng thống kê, tạo nhóm dịch vụ phục vụ tới
khách hàng.

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


13

- Hỗ trợ nhiều loại thiết bị đầu cuối: IPTV không chỉ hỗ trợ màn hình tivi
truyền thống mà còn cho phép ngời sử dụng có thể xem nội dung truyền hình ở
nhiều thiết bị đầu cuối khác nhau nh màn hình máy tính, thiết bị di động v.v
Tuy nhiên, bên cạnh những u điểm vợt trội nói trên, IPTV cũng còn tồn
tại một số vấn đề, điển hình là chất lợng không ổn định. Trên mạng IP sử dụng
nhiều dịch vụ, với băng thông hữu hạn, khi nhiều dịch vụ đồng thời cùng sử dụng,
băng thông dành cho IPTV có thể ở dới mức yêu cầu. Điều này làm cho chất
lợng hình ảnh suy giảm. Mặt khác, IPTV sử dụng giao thức UDP không có cơ
chế kiểm soát mất gói tin và sửa lỗi nên cũng là nguyên nhân gây nên những hiệu
ứng không mong muốn nh mất hình, dừng hình v.v

1.1.3. Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu (VoD) và truyền hình tơng tác
(Interactive Television)
Một trong những u thế nổi bật của IPTV so với các hệ thống truyền hình
truyền thống đó là khả năng tích hợp tốt dịch vụ truyền hình theo yêu cầu và truyền
hình tơng tác.
Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu (Video on Demand) cho phép ngời sử dụng
có thể lựa chọn và xem các nội dung video theo yêu cầu CoD (Content of Demand)
(bao gồm các chơng trình truyền hình, phim, ca nhạc) bất cứ thời điểm nào họ
muốn. ý tởng về dịch vụ này đ có từ lâu nhng cho đến nay vì còn nhiều giới hạn
về công nghệ nên VoD vẫn còn đang đợc phát triển, chuẩn hóa về công nghệ cũng
nh dịch vụ.
Từ khi ra đời cho đến nay, nhiều chuẩn dịch vụ VoD đ đợc triển khai, bảng
1.1. liệt kê một số dịch vụ này.
Bảng 1.1. Một số dạng của dịch Video theo yêu cầu VoD

Dịch vụ
True VoD

Mô tả
Đây là dạng thực nhất của VoD. Ngời xem có thể lựa chọn, xem nội
dung video một cách độc lập; hoàn toàn có thể điều khiển luồng tín

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


14
hiệu video theo ý riêng của mình nh điều khiển start, stop, rewind,
fast forward nội dung video. Bản chất của dịch vụ này là nhà cung
cấp tạo các luồng tín hiệu video độc lập cho từng ngời sử dụng.
Near VoD

Gần giống nh True VoD trong đó ngời xem không thể điều khiển
luồng tín hiệu video theo ý riêng của mình. Để lựa chọn nội dung
video, ngời xem phải mất một khoảng thời gian chờ đợi nhỏ hơn 5
phút để bắt đầu. Bản chất của dịch vụ này là luồng tín hiệu video đợc
phục vụ cho một nhóm ngời, thời gian chờ đợi là khoảng thời gian để
ghép những ngời cùng lựa chọn một nội dung cùng sử dụng luồng tín
hiệu video đó.

Personal Video Thực chất đây là một loại thiết bị làm nhiệm vụ ghi lại nội dung
Recorders

chơng trình truyền hình. Thiết bị này nhận luồng tín hiệu video, nén

(PVR)

và ghi lại vào ổ đĩa cứng đặt trong set-top box hoặc một thiết bị gắn
ngoài. Nội dung ghi lại cho phép ngời sử dụng có thể xem lại, điều

khiển luồng tín hiệu video theo ý riêng. Dịch vụ này còn đợc gọi là
Timeshifting.

Network

Hoạt động giống nh dịch vụ PVRs nhng thiết bị ghi đợc gắn và

Personal Video thực hiện ở phía nhà cung cấp dịch vụ. Khi ngời sử dụng xem lại nội
Recorders

dung, có thể điều khiển luồng tín hiệu video theo ý riêng nh dịch vụ

(nPVR)

True VoD.

Giao thức IP cung cấp các cơ chế truyền tin mềm dẻo theo nhiều phơng thức
khác nhau giữa các trạm trong hệ thống. Do đó, với thế mạnh sử dụng giao thức IP
trong mạng phân phối nội dung video tới khách hàng, IPTV có thể tích hợp và cải
tiến dịch vụ VoD trở thành một dịch vụ quan trọng của hệ thống.
Dịch vụ truyền hình tơng tác (Interactive Television - iTV) cho phép ngời sử
dụng có thể tơng tác với nội dung video đang xem. Ví dụ:

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


15

- Ngời sử dụng có thể lựa chọn các phân đoạn khác nhau của nội dung
video, thay đổi góc quay của camera. Điều này cho phép triển khai dịch vụ mua bán

hàng qua mạng. Ngời sử dụng có thể xem sản phẩm qua truyền hình.
- Ngời sử dụng có thể đóng góp ý kiến, bình chọn về nội dung video, đặt
hàng qua truyền hình v.v...
Nguyên lý chính của dịch vụ iTV là các hoạt động điều khiển của ngời sử
dụng đợc set-top box ghi lại và chuyển về phía nhà cung cấp dịch vụ. Tại đó máy
chủ dịch vụ sẽ đáp ứng các lệnh điều khiển và trả về nội dung video kết quả. Dịch vụ
này cho phép xây dựng nhiều dịch vụ gia tăng nh trò chơi qua truyền hình, mua
hàng qua truyền hình v.v...
1.2. Kiến trúc tổng quát của hệ thống IPTV

Hình 1.1. là sơ đồ kiến trúc tổng quan của một hệ thống IPTV.

Hình 1.1. Sơ đồ kiến trúc tổng quát của hệ thống IPTV

Hệ thống IPTV bao gồm 5 phân hệ chính:
- Phân hệ tích hợp nội dung (Content Aggregator)

: Thờng nằm ở

trung tâm của nhà cung cấp dịch vụ (Head end). Phân hệ này có vai trò quan
trọng là tập hợp các nguồn tín hiệu video cung cấp cho khách hàng và chuyển về
một định dạng tín hiệu thống nhất trên toàn hệ thống. Các nguồn tín hiệu video
có thể là từ các h ng truyền hình, h ng tin, thông qua các dịch vụ truyền hình

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


16

khác nh truyền hình vệ tinh, truyền hình cáp, truyền hình mặt đất Nguồn tín

hiệu cũng có thể là từ các máy chủ lu trữ video nh máy chủ video theo yêu cầu
(VoD servers), cũng có thể là từ máy quay trong chơng trình truyền hình trực
tiếp (live show) Tín hiệu từ các nguồn video đợc m hóa hoặc chuyển m về
một định dạng m thống nhất trớc khi truyền đi tới các điểm cung cấp dịch vụ.
Thông thờng, mỗi nhà cung cấp IPTV sẽ có một phân hệ tích hợp nội dung và ở
trụ sở chính của nhà cung cấp, các điểm cung cấp dịch vụ có thể nằm ở nhiều
nơi khác nhau ví dụ mỗi thành phố lớn có một điểm cung cấp dịch vụ (Local End
Office). Dữ liệu đợc truyền tới các điêm cung cấp dịch vụ thông qua hệ thống
mạng truyền dẫn thời gian thực chẳng hạn kênh truyền dẫn vệ tinh, kênh truyền
dẫn quang v.v
- Các điểm cung cấp dịch vụ IPTV (IPTV Service Node) làm nhiệm vụ tổ
chức, quản lý cung cấp dịch vụ IPTV tới khách hàng. Sau khi thu nhận đợc tín
hiệu video từ trung tâm, điểm cung cấp dịch vụ sử dụng giao thức streaming data
trên nền giao thức IP của mạng truy nhập để phân phối nội dung video tới thiết
bị đầu cuối của khách hàng.
- Mạng truy nhập dịch vụ (Service Access Network): Đây là thành phần
quan trọng nhất trong phân phối tín hiệu của hệ thống IPTV. Mạng truy nhập
dịch vụ hoạt động dựa trên giao thức IP làm nhiệm vụ truyền tải tín hiệu video
thời gian thực từ điểm cung cấp dịch vụ tới khách hàng. Các vấn đề kỹ thuật đảm
bảo chất lợng video, quản lý ngời sử dụng, quản lý bản quyền nội dung đều
đợc thực hiện trên phân hệ mạng này. Để đảm bảo chất lợng dịch vụ, mạng
truy nhập có sử dụng nhiều công nghệ truyền dẫn tiên tiến nh ADSL,
FTTH,v.v
- Phân hệ Thiết bị ngời sử dụng (Customer Premise Equipment): Để sử
dụng đợc dịch vụ truyền hình IPTV, khách hàng phải có thiết bị đầu cuối phù
hợp, cụ thể là ngoài màn hình TV cần phải có thiết bị giải m tín hiệu truyền

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV

17

hình set-top box, thiết bị đầu cuối mạng v.v Phân hệ này đảm bảo thu nhận tín
hiệu video và giải m thành định dạng tín hiệu video phù hợp với màn hình TV.
- Phân hệ quản lý và vận hành dịch vụ (Service Management and
Operation): Làm nhiệm vụ giám sát, điều hành sự hoạt động của hệ thống, quản
lý ngời sử dụng, quản lý chất lợng dịch vụ, quản lý bản quyền nội dung v.v
Phân hệ này gồm nhiều chức năng, các chức năng có thể nằm ở trung tâm hoặc
có thể nằm ở mạng truy nhập, v
Hình 1.2 là ví dụ về cấu trúc của một hệ thống IPTV sử dụng mạng truyền
dẫn vệ tinh.

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


18

Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc của một hệ thống IPTV sử dụng kênh truyền dẫn vệ tinh

Trung tâm tích hợp nội dung thu các nguồn tín hiệu video của các h ng
truyền hình khác nhau (Content Providers) thông qua các trạm thu vệ tinh. Các
nguồn tín hiệu video này có thể ở các định dạng khác nhau ví dụ MPEG2, tín
hiệu truyền hình tơng tự v.v tất cả đều phải đợc chuyển về một định dạng
chung duy nhất của hệ thống, ở đây là H.264. Khối H.264 Encoding thực hiện
m hóa hoặc chuyển m các nguồn tín hiệu video về định dạng H.264.

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


19

Tín hiệu video tiếp đó đợc xử lý và truyền đi tới các trạm cung cấp dịch
vụ IPTV thông qua mạng thống truyền dẫn vệ tinh.
Các điểm cung cấp dịch vụ IPTV đợc quản lý bởi các công ty khai thác
và cung cấp IPTV. Tại đây, tín hiệu video đợc thu lại nhờ trạm thu vệ tinh, sau
đó thông qua hệ thống mạng truy nhập là mạng riêng của nhà cung cấp dịch vụ,
các luồng tín hiệu video đợc truyền đến các DSLAM. Dịch vụ ADSL làm nhiệm
vụ kết nối thiết bị đầu cuối của ngời sử dụng với DSLAM. Mạng truy nhập sử
dụng giao thức truyền dẫn IP.
Tại nhà ngời sử dụng, thiết bị đầu cuối ADSL cung cấp tín hiệu tới settop box. Màn hình TV của ngời dùng đợc kết nối tới set-top box. Mọi thao tác
điều khiển của ngời sử dụng đợc set-top box ghi nhận gửi về hệ thống điều
khiển của nhà cung cấp dịch vụ. Khi ngời sử dụng chọn một kênh truyền hình
nào đó, luồng tín hiệu video của kênh tơng ứng sẽ đợc truyền theo giao thức
streaming trên hệ thống mạng IP của nhà cung cấp dịch vụ tới set-top box của
ngời dùng. ở đây, luồng tín hiệu video đợc giải m chuyển về định dạng tín
hiệu video phù hợp và trình diễn trên màn hình TV.
1.3. Mạng truy nhập của IPTV và giao thức IP

1.3.1. Tổng quan về mạng IP và giao thức IP
Giao thức IP (Internet Protocol) là giao thức nổi tiếng đ đợc ứng dụng
phổ biến trong mạng máy tính. Nhờ giao thức này, hàng tỷ máy tính trên thế giới
đ tham gia và khai thác mạng tài nguyên khổng lồ Internet. Ngày nay, với xu
thế hội tụ công nghệ, giao thức IP và công nghệ mạng IP không chỉ ứng dụng
trong mạng máy tính mà còn đợc nghiên cứu, phát triển và tích hợp trên các
dịch vụ mạng viễn thông khác.
Ban đầu, mạng IP và giao thức IP đợc xây dựng áp dụng cho các ứng
dụng truyền dữ liệu, phi thời gian thực. Ngày nay với các công nghệ truyền dẫn
tiên tiến đợc áp dụng với tốc độ trao đổi dữ liệu lớn, mạng IP đợc nghiên cứu,

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV

20

phát triển và hỗ trợ cho ra đời nhiều dịch vụ tiên tiến, trong đó có các dịch vụ
thời gian thực nh điện thoại IP, hội thảo truyền hình v.v...
Giao thức IP đợc sử dụng cho mạng chuyển mạch gói. Dữ liệu truyền
trên mạng đợc phân chia thành các gói tin (packet). Giao thức IP là tập hợp các
quy tắc, quy ớc đảm bảo hệ thống mạng cung cấp dịch vụ truyền chính xác các
gói tin từ trạm nguồn đến trạm đích.
Gói tin là đơn vị dữ liệu nhỏ nhất truyền trên mạng IP. Nó là một chuỗi
các bytes có kích thớc cố định và có cấu trúc bao gồm phần thông tin header
và phần chứa thông tin. Phần header bao gồm địa chỉ trạm nguồn, địa chỉ trạm
đích và các thông tin điều khiển khác. Giao thức IP cung cấp nhiều chức năng
đảm bảo truyền dữ liệu phù hợp với từng loại ứng dụng khác nhau của gói tin.

Tầng ứng dụng
(Application Layer)
Tầng trình diễn
(Presentation Layer)
Tầng phiên
(Session Layer)
Tầng giao vận
(Transport Layer)
Tầng mạng
(Network Layer)
Tầng liên kết dữ liệu
(Datalink Layer)
Tầng Vật lý
(Physical Layer)

Cung câp các dịch vụ cho ngời sử dụng nh in ấn,
đọc tài liệu, nghe nhạc, xem phim v.v...
Biểu diễn, nén, m hóa dữ liệu
Quản lý các phiên làm việc
Tạo dịch vụ truyền tin tin cậy hoặc không tin cậy
giữa các trạm trên mạng bằng kết nối end to end
Cung cấp dịch vụ truyền các gói tin đến đúng trạm
đích trên hệ thống mạng theo yêu cầu dịch vụ cụ
thể
Đóng gói dữ liệu thành khung dữ liệu phù hợp với
đặc tính của phơng tiện truyền dẫn, m sửa lỗi
v.v..
Truyền dẫn tín hiệu vật lý

Hình 1.3. Kiến trúc phân tầng mô hình OSI của giao thức IP

Giao thức IP đợc xây dựng dựa trên mô hình hệ thống phân tầng OSI. Với
mô hình này, quá trình trao đổi thông tin từ một trạm này tới một trạm khác trên
hệ thống mạng đợc thực hiện thông qua 7 lớp nh trong hình 1.3. Giữa các tầng
có giao thức trao đổi dữ liệu. Hoạt động trao đổi dữ liệu ở cùng một tầng trên
hai trạm đợc thực hiện thông qua giao thức trao đổi dữ liệu với tầng dới nó.
Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


21

Các hoạt động của tầng dới là trong suốt đối với tầng trên. Chính vì vậy, giao
thức IP rất mềm dẻo, có thể áp dụng cho các mạng có hạ tầng và công nghệ
truyền dẫn khác nhau. Một trong những công nghệ phổ biến cho hạ tầng mạng IP

là Ethernet, thờng đợc dùng cho mạng cục bộ. Các công nghệ khác cũng có thể
hỗ trợ mạng IP nh dial-up modem, Wi-Fi, DSL, SONET, ATM...
Mỗi trạm trong hệ thống mạng IP đợc định danh bằng một địa chỉ duy
nhất, gọi là địa chỉ IP, gồm 4 số nguyên có giá trị từ 0-255 phân cách bởi dấu
chấm. Ngày nay, để tăng cờng số lợng trạm tham gia vào mạng Internet, ngời
ta mở rộng chuẩn địa chỉ IP với 6 số nguyên (IPv6). Nhờ tính định danh duy
nhất bằng địa chỉ IP, các trạm có thể truyền các gói tin một cách an toàn, chính
xác.

ứng dụng

TCP

UDP

RTP

TCP: Transmission Control Protocol.
UDP: User Datagram Protocol.
RTP: Realtime Transport Protocol

Hạ tầng mạng
Hình 1.4. Vị trí các giao thức của tầng giao vận

1.3.2. Giao thức tầng giao vận và ứng dụng truyền video cho hệ thống
IPTV
Trong mô hình OIS, ba tầng dới tơng đơng với kiến trúc phần cứng của
hạ tầng hệ thống mạng, ba tầng trên tơng ứng với các ứng dụng. Tầng giao vận
làm nhiệm vụ trung gian, cung cấp các dịch vụ của hệ thống mạng cho các ứng
dụng, đảm bảo truyền dữ liệu phù hợp với tính chất và yêu cầu của ứng dụng.

Kiến trúc chi tiết của tầng giao vận đợc thể hiện nh trong hình 1.4.
Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV


22

Tầng giao vận hỗ trợ các ứng dụng truyền dữ liệu trên mạng thông qua hai
giao thức chính: TCP và UDP. Giao thức TCP đợc sử dụng cho hầu hết các ứng
dụng trên mạng nh www, ftp, telnet... Nó là một giao thức hớng liên kết
(connection-oriented protocol) với các tính năng nh điều khiển xử lý lỗi, điều
khiển luồng, điều khiển lu thông. Khi thực hiện trao đổi dữ liệu, nó hình thành
một kết nối (connection) giữa hai trạm. Các gói tin đợc truyền thông qua các
thông báo (messages) trao đổi trên kết nối đó. Nếu một gói tin bị lỗi, nó sẽ đợc
truyền lại cho đến khi trạm đích xác nhận đ nhận gói tin chính xác thì mới tiếp
tục truyền các gói tin kế tiếp. Do phải xử lý điều khiển lỗi, trao đổi qua lại giữa
trạm nguồn và trạm đích nên thời gian trung bình để truyền một gói tin theo giao
thức TCP sẽ lớn hơn các giao thức không liên kết. Đối với các ứng dụng phi thời
gian thực, tính an toàn, tin cậy của giao thức TCP là một u điểm. Chính vì vậy,
nó đợc sử dụng cho hầu hết các ứng dụng trên mạng internet. Tuy nhiên đối với
các ứng dụng thời gian thực (realtime) thì giao thức TCP nhiều khi không đáp
ứng đợc yêu cầu về thời gian đáp ứng dịch vụ. Ví dụ đối với truyền dữ liệu video
thời gian thực qua mạng, thông thờng băng thông của mạng không đủ lớn tới
mức kể cả truyền lại các gói tin lỗi, luồng tín hiệu video vẫn đến kịp để bộ giải
m video xuất tín hiệu hiển thị một cách đều đặn trên màn hình.
Giao thức UDP khác cơ bản so với TCP ở chỗ nó là giao thức hớng
không liên kết (connectionless-oriented protocol), nó không thiết lập liên kết
giữa trạm nguồn và trạm đích, không có cơ chế sửa điều khiển lỗi, điều khiển
luồng. Vì vậy thời gian trung bình để truyền một gói tin ngắn hơn nhiều so với
giao thức TCP. Nó đợc sử dụng cho các ứng dụng thời gian thực với yêu cầu về
kiểm soát lỗi không quá khắt khe. Giao thức UDP là nền tảng để xây dựng các

giao thức hỗ trợ dịch vụ thời gian thực.
Một trong những giao thức điển hình xây dựng trên nền tảng giao thức
UDP là RTP (Real Time Protocol). RTP ra đời nhằm hỗ trợ các ứng dụng thời
gian thực nh đàm thoại qua mạng, hội nghị truyền hình qua mạng v.v... Giao

Nghiên cứu hệ thống mạng cung cấp dịch vụ IPTV