ĐỀ TÀI : TÌM HIỂU MULTICAST VÀ ỨNG DỤNG MULTICAST TRONG IPTV

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Tel. (84-511) 736 949, Fax. (84-511) 842 771
Website: itf.ud.edu.vn, E-mail:

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP KỸ SƯ
NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ NGÀNH : 05115

ĐỀ TÀI :
TÌM HIỂU MULTICAST VÀ
ỨNG DỤNG MULTICAST TRONG IPTV
Mã số : 06T4-010
Ngày bảo vệ : 15-16/6/2011

SINH VIÊN : PHAN THANH HẢI
LỚP :
06T4
CBHD :
NGUYỄN THẾ XUÂN LY

ĐÀ NẴNG, 6/2011


LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Công Nghệ Thông Tin
cũng như các thầy cô trong Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã truyền
đạt những kiến thức quý báu cho tôi trong những năm học vừa qua.

Đặc biệt em chân thành thầy Nguyễn Thế Xuân Ly đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài.
Xin chân thành cám ơn các bạn trong Khoa Công Nghệ Thông Tin đã
ủng hộ, giúp đỡ, chia sẻ kiến thức, kinh nghiệm và tài liệu có được cho em
trong quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Một lần nữa xin cám ơn!

Sinh viên thực hiện
PHAN THANH HẢI


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan :
1

Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn
trực tiếp của thầy Nguyễn Thế Xuân Ly.

2

Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều được trích dẫn rõ ràng tên
tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố.

3

Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo, hay gian trá,
tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Sinh viên thực hiện
PHAN THANH HẢI

MỤC LỤC
TỔNG QUAN VỀ IPTV..........................................................................................................1
I. Giới thiệu chung về IPTV..........................................................................................1
I.1.
Khái niệm IPTV.............................................................................................1
I.2.
Một số đặc tính của IPTV..............................................................................2
I.3.
Sự khác nhau giữa IPTV và truyền hình Internet.........................................2
I.4.
Các thành phần trong hệ thống IPTV............................................................3
I.4.1.
Mạng chuyển tải.........................................................................................3
I.4.2.
Mạng cung cấp nội dung...........................................................................4
I.4.3.
Hệ thống Video Headend...........................................................................4
I.4.4.
Hệ thống Middleware.................................................................................4
I.4.5.
Hệ thống phân phối nội dung....................................................................4
I.4.6.
Hệ thống quản lý bản quyền số (DRM).....................................................4
I.4.7.
Set-top Box (STB)......................................................................................4
I.5.
Các dịch vụ được cung cấp bởi IPTV...........................................................4
I.5.1.
Dịch vụ truyền hình....................................................................................4

I.5.2.
Dịch vụ VoD...............................................................................................5
I.5.3.
Dịch vụ NPVR............................................................................................5
I.5.4.
Dịch vụ Pay-per-View (PPV).....................................................................5
I.5.5.
Trò chơi theo yêu cầu (Gamings on Demand)...........................................5
I.5.6.
Âm nhạc theo yêu cầu (Musics on Demand)..............................................5
I.5.7.
Truyền hình của hôm trước (TV of Yesterday)...........................................6
I.5.8.
Karaoke theo yêu cầu.................................................................................6
II.
Hệ thống truyền hình IPTV mạng xDSL...............................................................6
II.1. Mô hình tổng quát..........................................................................................6
II.1.1.
Các thành phần cung cấp dịch vụ Broadcast Video..................................6
II.1.2.
Các thành phần cung cấp dịch vụ VoD......................................................7
CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ CÔNG NGHỆ CHO HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH
TRÊN MẠNG XDSL...............................................................................................................8
I. Chuẩn nén sử dụng trong IPTV.................................................................................8
I.1.
Nén MPEG:....................................................................................................8
I.2.
Chuẩn nén MPEG-2.......................................................................................8
I.3.
Chuẩn nén MPEG-4.......................................................................................9

I.4.
Chuẩn nén MPEG4 part 10............................................................................9
II.
Các giao thức mạng sử dụng trong IPTV............................................................10
II.1. Unicast.........................................................................................................10
II.2. Broadcast......................................................................................................11
II.3. Multicast.......................................................................................................11
II.3.1.
Giao thức IGMP......................................................................................12
II.3.2.
Giao thức PIM.........................................................................................13
II.3.3.
Chuyển tiếp lưu lượng multicast..............................................................14
III.
Chất lượng dịch vụ (QoS)....................................................................................17
III.1.
Giới thiệu về chất lượng dịch vụ.............................................................17
III.2.
Cung cấp chất lượng dịch vụ trên mạng IP.............................................17
III.3.
Các mô hình QoS.....................................................................................18
III.3.1. Best-effort delivery...................................................................................19

i


III.3.2.
III.3.3.
III.4.
III.5.

III.5.1.
III.5.2.
III.5.3.
III.6.
III.7.
III.8.
III.8.1.
III.8.2.

Intergrated Service Model........................................................................19
Differentiated Service Model...................................................................20
Phân loại và đánh dấu..............................................................................21
Sự phân loại – Classification...................................................................21
Class-Based Marking...............................................................................22
Phân loại với NBAR (Network-Based Application Recognition)............23
Đánh dấu – Marking................................................................................23
IP header QoS – Precedence và DSCP....................................................23
Chuyển tiếp đảm bảo (Assured Forwarding)..........................................25
Các công cụ phân loại và đánh dấu.........................................................25
Cấu hình theo Class-Based Marking.......................................................25
Network-Based Application Recognition.................................................26

PHÂN TÍCH THIẾT KẾ HỆ THỐNG...............................................................................27
I. Phân tích trang web mô phỏng người sử dụng dịch vụ IPTV.................................27
I.1.
Phân tích các yêu cầu..................................................................................27
I.1.1.
Yêu cầu trang web....................................................................................27
I.1.2.
Yêu cầu người dùng.................................................................................27

I.1.3.
Yêu cầu quản lý........................................................................................27
I.2.
Thiết kế cơ sở dữ liệu..................................................................................27
I.2.1.
Các bảng cơ sở dữ liệu............................................................................27
I.2.2.
Quan hệ giữa các bảng............................................................................28
II.
Giới thiệu ngôn ngữ Cakephp..............................................................................29
II.1. Giới thiệu.....................................................................................................29
II.1.1.
Tính năng của cakephp............................................................................29
II.1.2.
Mô hình MVC trong cakephp...................................................................29
II.2. Cài đặt và cấu hình......................................................................................30
II.3. Cấu trúc thư mục của cakephp....................................................................30
II.4. Các qui ước của cakephp.............................................................................31
II.4.1.
Các qui ước về file và tên lớp..................................................................31
II.4.2.
Quy ước về tên model và tên bảng cơ sở dữ liệu.....................................31
II.4.3.
Quy ước về Controller..............................................................................32
II.4.4.
Quy ước về View.......................................................................................32
II.5. Các thành phần chính của cakephp.............................................................32
II.5.1.
Model.......................................................................................................32
II.5.2.

View..........................................................................................................34
II.5.3.
Controller.................................................................................................35
III.
Phân tích truyền gói tin Multicast trong IPTV...................................................36
III.1.
Phân tích các yêu cầu..............................................................................36
III.2.
Thiết kế mô phỏng...................................................................................36
III.3.
Chức năng của các thiết bị trong bài lab.................................................37
III.4.
Quá trình truyền và nhận gói tin multicast..............................................38
KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM...................................................................................................39
I. Một số hình ảnh trang web mô phỏng giao diện IPTV...........................................39
I.1.
Trang đăng nhập...........................................................................................39
I.2.
Trang chủ.....................................................................................................39
I.3.
Trang tìm kiếm.............................................................................................40
I.4.
Trang admin.................................................................................................41
II.
Kết quả mô phỏng truyền gói tin multicast.........................................................41

ii


Mục lục

iii

II.1. Mô hình và đặt địa chỉ IP cho từng thiết bị.................................................41
II.2. Kết quả.........................................................................................................42
II.2.1.
Truyền và bắt gói tin multicast................................................................42
II.2.2.
Kết quả mô phỏng chất lượng dịch vụ(QoS)...........................................47


Mục lục

iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. IPTV Công nghệ tương lai............................................................................................1
Hình 2. Sơ đồ mạng IPTV..........................................................................................................3
Hình 3. Hoạt động của NPVR...................................................................................................5
Hình 4. Mô hình tổng quát hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV....................................................6
Hình 5.Các kết nối nhiều unicast cho nhiều user IPTV..........................................................10
Hình 6. Truyền theo kiểu Broadcast........................................................................................11
Hình 7. Các kết nối được sử dụng trong multicast.................................................................12
Hình 8. Ví dụ về cây nguồn.....................................................................................................15
Hình 9. Ví dụ về cây chia sẻ....................................................................................................16
Hình 10. Sơ đồ áp dụng 3 mô hình QoS..................................................................................18
Hình 11. Mô hình tổng quan Intergrated Service....................................................................19
Hình 12. Mô hình tổng quát cơ chế Diff-Serv.........................................................................20
Hình 13. Mô hình MVC trong cakephp...................................................................................29
Hình 14. Sơ đồ IPTV thực tế...................................................................................................36

Hình 15. Phân phát Multicast trong IPTV...............................................................................37
Hình 16. Sơ đồ lab...................................................................................................................37
Hình 17. Trang login................................................................................................................39
Hình 18. Trang chủ..................................................................................................................40
Hình 19. Trang tìm kiếm..........................................................................................................40
Hình 20. Trang admin..............................................................................................................41
Hình 21. Sơ đồ triển khai.........................................................................................................41
Hình 22. Tạo luồng Multicast..................................................................................................43
Hình 23. Chọn luồng................................................................................................................43
Hình 24. Chọn File...................................................................................................................44
Hình 25. Chọn địa chỉ Multicast..............................................................................................44
Hình 26. Bắt luồng phát...........................................................................................................45
Hình 27. Gõ địa chỉ Multicast..................................................................................................45
Hình 28. Kết quả bắt luồng Multicast.....................................................................................46
Hình 29. Bắt 2 luồng Multicast cùng lúc................................................................................46
Hình 30. Tốc độ video..............................................................................................................47
Hình 31. Tốc độ tải File...........................................................................................................48
Hình 32. Play video sau khi dùng QoS....................................................................................48
Hình 33. Tốc độ tải File sau khi dùng QoS.............................................................................49


Mục lục

v

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng
Bảng
Bảng

Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng
Bảng

1. Các trường có thể so trùng trong ACL mở rộng.......................................................22
2. Thể loại dịch vụ (ToS)................................................................................................23
3. Trường DiffServ.........................................................................................................24
4. Xác định các mức thứ tự trong DiffServ...................................................................24
5. Xác định cấp DSCP để chỉ định class AF.................................................................25
6. Một vài lệnh match trong CB-marking.....................................................................26
7. Bảng khách hàng........................................................................................................27
8. Bảng thể loại..............................................................................................................28
9. Bảng phim..................................................................................................................28
10. Bảng tính tiền..........................................................................................................28
11. Quan hệ giữa các bảng............................................................................................28
12. Kiểu dữ liệu MySQL tương ứng với Cakephp........................................................34
13. Kiểu dữ liệu Oracle tương ứng với cakephp..........................................................34


Mục lục

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
TV
IGMP
IPTV
PIM
DM
SM
Int-Ser
Diff-Ser
PC
VoD
QoS
DRM
NPVR
MPEG
SPT
DSCP
ToS
UDP
TCP

: Television
: Internet Group Management Protocol
: Internet Protocol Television
: Protocol Independent Multicast
: Dense Mode
: Sparse Mode
: Intergrated Services
: Differentiated Services
: Personal Computer

: Video on Demand
: Quality of Service
: Digital Right Management
: Network Personal Video Recorder
: Moving Pictures Exert Group
: Shortest-Path Tree
: Differentiated Service Code Point
: Type of Service
: User Datagram Protocol
: Transmission Control Protocol


Mục lục

vii

LỜI MỞ ĐẦU
Sự phát triển của mạng Internet toàn cầu nói riêng và công nghệ thông tin nói
chung đã đem lại tiến bộ và phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật. Với sự phát
triển vượt bậc đó nó đã làm thay đổi cả về nội dung và kỹ thuật truyền hình. Hiện nay
có nhiều dạng khác nhau: truyền hình số, truyền hình vệ tinh, truyền hình Internet và
IPTV. IPTV đang là cấp độ cao nhất và là công nghệ truyền hình của tương lai. Sự
vượt trội của IPTV là tính năng tương tác giữa hệ thống với người xem, cho phép
người xem chủ động về thời gian và khả năng triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng
tiện ích khác nhằm đáp ứng nhu cầu của người dùng.
Với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Thế Xuân Ly và mong muốn tìm hiểu công
nghệ mới, sau một thời gian tìm hiểu em đã hoàn thành cuốn báo cáo luận văn tốt
nghiệp với đề tài “Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV”. Nội dung
báo cáo gồm có lý thuyết và thực hành được trình bày trong 4 chương như sau:
Chương I: Tổng quan về IPTV. Chương này trình bày khái niệm IPTV, cấu trúc

IPTV, các công nghệ IPTV.
Chương II: Các giải pháp công nghệ và truyền hình cho IPTV. Chương này trình
bày các chuẩn nén sử dụng trong IPTV, giao thức sử dụng và chất lượng dịch vụ.
Chương III: Phân tích thiết kế hệ thống. Chương này phân tích các yêu cầu và giới
thiệu ngôn ngữ cakephp.
Chương IV: Kết quả mô phỏng. Trình bày các kết quả đạt được trong quá trình
triển khai.


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ IPTV
.I
.I.1.

Giới thiệu chung về IPTV
Khái niệm IPTV

IPTV viết tắt của Internet Protocol Television, có nghĩa là truyền hình giao thức
Internet . IPTV là một hệ thống dịch vụ truyền hình kỹ thuật số được phát đi nhờ vào
giao thức Internet thông qua một hạ tầng mạng, hạ tầng mạng này có thể bao gồm
việc truyền thông qua một kết nối băng thông rộng.
IPTV được cung cấp trên Internet nên đôi khi dịch vụ này còn gọi là Internet TV
hay Web TV. Nó thường được cung cấp cùng với dịch vụ Video-on-Demand (VoD:
video theo yêu cầu) cùng với các dịch vụ Internet khác như Web và Voip nên còn
được gọi là công nghệ TriplePlay và được cung cấp bởi nhà khai thác dịch vụ băng
thông rộng sử dụng chung một hạ tầng mạng.

Hình 1. IPTV Công nghệ tương lai.
IPTV sẽ mang đến cho người dùng những nội dung kỹ thuật số chất lượng cao

như video theo yêu cầu(VoD), hội nghị truyền hình( Video Conference), tin nhắn
nhanh qua TV…
Có thể thấy, IPTV là một dịch vụ số mà có khả năng cung cấp những tính năng
vượt trội hơn khả năng của bất kỳ cơ chế phân phối truyền hình nào khác. Ví dụ, settop box IPTV có thể thông qua phần mềm để cho phép xem đồng thời nhiều chương
trình truyền hình trên màn hình hiển thị, email….

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

1


.I.2.

Một số đặc tính của IPTV

- Hỗ trợ truyền hình tương tác: Khả năng hai chiều của hệ thống IPTV cho
phép nhà cung cấp dịch vụ phân phối toàn bộ các ứng dụng truyền hình tương tác.
Các loại dịch vụ được truyền tải thông qua một dịch vụ IPTV có thể bao gồm truyền
hình trực tiếp chuẩn, truyền hình chất lượng cao, trò chơi tương tác và khả năng truy
cập Internet tốc độ cao.
- Sự dịch thời gian: IPTV kết hợp với một máy ghi video kỹ thuật số cho
phép dịch thời gian nội dung chương trình – một cơ chế cho việc ghi và lưu trữ nội
dung các chương trình truyền hình yêu thích để xem sau.
- Cá nhân hóa: Một hệ thống IPTV từ đầu cuối đến đầu cuối hỗ trợ truyền
thông tin hai chiều và cho phép người dùng cá nhân hóa những thói quen xem TV của
họ bằng cách cho phép họ quyết định nội dung và thời gian họ muốn xem.
Yêu cầu băng thông thấp: Thay vì phân phối trên mọi kênh để tới mọi
người dùng như trong truyền hình quảng bá thông thường, công nghệ IPTV cho phép
nhà cung cấp dịch vụ chỉ truyền trên một kênh mà người dùng yêu cầu. Đặc điểm hấp
dẫn này cho phép nhà cung cấp dịch vụ có thể tiết kiệm băng thông của mạng.

- Hỗ trợ nhiều loại thiết bị đầu cuối: Việc xem nội dung IPTV bây giờ không
chỉ giới hạn thiết bị đầu cuối là TV. Người dùng có thể sử dụng máy tính cá nhân hay
thiết bị di động để truy xuất vào các dịch vụ IPTV.

.I.3.

Sự khác nhau giữa IPTV và truyền hình Internet

Cả hai dịch vụ IPTV và Internet đều dựa trên giao thức IP, nên người ta hay nhầm
lẫn IPTV là truyền hình Internet. Tuy nhiên, hai dịch vụ này có nhiều điểm khác nhau.
-

Được truyền tải trên nền mạng khác nhau

Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet công cộng để phát tán các nội dung
video tới người sử dụng cuối.
IPTV sử dụng mạng trên nền IP tương tự như mạng Internet, song đó là các mạng
riêng được bảo mật để truyền các nội dung video đến khác hàng. Các mạng riêng này
thường được tổ chức và vận hành bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV.
-

Về mặt địa lý

Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sở hữu và điều khiển không cho
phép người sử dụng Internet nói riêng và những người không sử dụng dịch vụ IPTV
nói chung truy cập. Các mạng này chỉ giới hạn trong khu vực địa lý cố định.
Trong khi đó, mạng Internet không giới hạn về mặt địa lý, người dùng Internet nào
cũng có thể xem truyền hình Internet ở bất kỳ đâu trên thế giới.
-

Quyền sở hữu hạ tầng mạng

Khi nội dung video được gửi qua mạng Internet công cộng, các gói sử dụng giao
thức Internet có thể bị trễ hoặc mất trong quá trình truyền. Do đó, nhà cung cấp dịch
vụ truyền hình ảnh qua mạng Internet không đảm bảo chất lượng truyền hình, và có
thể chất lượng hình ảnh thấp.
PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

2


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

Trong khi đó, IPTV chỉ được phân phối qua một hạ tầng mạng của nhà cung cấp
dịch vụ. Do đó người vận hành mạng có thể điều chỉnh để có thể cung cấp hình ảnh
với chất lượng cao hơn.
-

Cơ chế truy cập

Một set-top box số thường được sử dụng để truy cập và giải mã nội dung video
được phân phát qua hệ thống IPTV, trong khi PC ( máy tính cá nhân) thường được sử
dụng để truy cập các dịch vụ Internet. Các loại phần mềm được sử dụng trong PC
thường phụ thuộc vào loại nội dung truyền hình Internet. Ví dụ, để có thể tải các
chương trình TV từ trên mạng Internet đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm cần
thiết để xem được nội dung đó, hay hệ thống quản lý bản quyền cũng cần để hỗ trợ cơ
chế truy cập.
-

Giá thành

Giá thành các loại dịch vụ IPTV cũng gần giống với mức phí hàng tháng của
truyền hình truyền thống.

.I.4.

Các thành phần trong hệ thống IPTV

Mạng chuyển tải
Hạ tầng mạng IP băng rộng để truyền dịch vụ từ nhà cung cấp dịch vụ ITPV đến
khách hàng. Để cung cấp dịch vụ với chất lượng tốt và tiêu thụ ít băng thông khi có
đồng thời nhiều truy cập đến hệ thống, mạng truy cập băng thông rộng (B-RAS/MSS
và DSLAM) cần phải được hỗ trợ Multicast. Mạng cũng phải có khả năng hỗ trợ chất
lượng dịch vụ (QoS) từ đầu cuối đến đầu cuối, đảm bảo băng thông cần thiết và độ ưu
tiền cho các kênh truyền hình quảng bá cũng như các phiên video theo yêu cầu đang
sử dụng.

Hình 2. Sơ đồ mạng IPTV.

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

3


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

Mạng cung cấp nội dung
Thu, nhận và xử lý các dữ liệu chương trình từ các nguồn khác nhau như vệ tinh,
truyền hình mặt đất và các nguồn khác để chuyển sang hệ thống Video Headend.
.I.4.1. Hệ thống Video Headend

Thu 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.

Hệ thống Middleware
Middleware là bộ phận rất quan trọng trong hệ thống IPTV. Middleware đảm
nhiệm rất nhiều các nhiệm vụ trong hệ thống. Nó cung cấp và quản lý thuê bao ( giám
sát các thuê bao và STB, giám sát các dịch vụ cung cấp cho thuê bao, cài đặt mới
hoặc gỡ bỏ các dịch vụ..), quản lý các gói cước và giá cả.

Hệ thống phân phối nội dung
Bao gồm các cụm máy chủ Video theo yêu cầu (VoD) và hệ thống quản lý VoD
tương ứng, cho phép lưu trữ các nội dung đã được mã hóa và thiết lập các chính sách
phân phối nội dung một cách mềm dẻo. Hệ thống này cho phép nhà khai thác mở rộng
một cách kinh tế phù hợp với yêu cầu dịch vụ của các thuê bao.

Hệ thống quản lý bản quyền số (DRM)
DRM giúp nhà khai thác bảo vệ nội dung của mình bằng cách trộn các tín hiệu
truyền hình hay mã hóa nội dung VoD, khi truyền đi trên mạng Internet và tích hợp
các tính năng an ninh tại STB ở phía thuê bao.

Set-top Box (STB)
Thiết bị đầu cuối phía khách hàng, cho phép thu, giải mã và hiển thị nội dung trên
màn hình TV. STB cần hỗ trợ các chuẩn MPEG-4/h.264. Ngoài ra, STB cũng có thể
hỗ trợ HDTV, có khả năng kết nối với các thiết bị lưu trữ bên ngoài, video phone,
truy cập web… STB sẽ hỗ trợ kết nối giữa thiết bị tivi và mạng điện thoại của nhà
cung cấp dịch vụ.

.I.5.

Các dịch vụ được cung cấp bởi IPTV

Dịch vụ truyền hình
Các nội dung truyền hình được quảng bá theo lịch trình thời gian cố định như truyền
hình truyền thống. Sự lựa chọn các gói kênh theo yêu cầu của khách hàng có thể bao
gồm các kênh truyền hình công cộng, các kênh truyền hình trả tiền, các kênh truyền
hình được ưa thích, các kênh về mua sắm, thời trang….

Dịch vụ VoD
Việc phát các nội dung truyền hình được lựa chọn bắt đầu khi người sử dụng lựa
chọn nội dung đó. Thông thường, nội dung là các bộ phim hay các phim đã được ghi
PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

4


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

lại từ một thư viện. Dịch vụ này có thể được sử dụng trong một thời gian giới hạn.
Các chức năng thường giống như chức năng của máy ghi hình (VCR) hay đầu
DVD…

Dịch vụ NPVR
NPVR (Network Personal Video Recorder): Ghi hình cá nhân qua mạng, chức
năng của dịch vụ này dùng để ghi và phát lại nội dung của các kênh truyền hình.
Cơ chế hoạt động của NPVR:

Hình 3. Hoạt động của NPVR.

Dịch vụ Pay-per-View (PPV)

PPV là hình thức trả tiền để xem một phần chương trình truyền hình, ví dụ: trả
tiền để xem một sự kiện thể thao hay trả tiền để nghe một bản nhạc. Hệ thống cung
cấp một kênh truyền hình theo hình thức PPV cho các thuê bao.

Trò chơi theo yêu cầu (Gamings on Demand)
Dịch vụ này sẽ cung cấp nhiều loại game tùy chọn đến thuê bao từ một danh sách
có sẵn. IPTV yêu cầu game đơn giản dựa trên HTML.

Âm nhạc theo yêu cầu (Musics on Demand)
Các thuê bao có thể xem những clip ca nhạc theo yêu cầu giống như dịch vụ VoD.

Truyền hình của hôm trước (TV of Yesterday)
Dịch vụ này cho phép các thuê bao xem phim truyền hình đã được phát những
ngày trước đó.

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

5


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

Karaoke theo yêu cầu
Các thuê bao có thể chọn và xem các bài Karaoke qua Set-top Box trên TV. Từ
danh sách các bài Karaoke đã được giới thiệu, thuê bao có thể mua một hoặc nhiều
bài hát cùng lúc. Dịch vụ này đang được triển khai.

.II Hệ thống truyền hình IPTV mạng xDSL
.II.1. Mô hình tổng quát

Hình 4. Mô hình tổng quát hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV.
Dịch vụ IPTV được chia làm hai loại chính: Dịch vụ video quảng bá (Broadcast
Video) và dịch vụ video theo yêu cầu (VoD).

Các thành phần cung cấp dịch vụ Broadcast Video
- Bộ nén video thời gian thực
Bộ nén video thời gian thực tiếp nhận tín hiệu audio, video từ các nguồn phát
broadcast video (tín hiệu có thể ở dạng tương tự hoặc số), sau đó chuyển đổi tín hiệu
này thành luồng các gói IP mang dữ liệu audio/video ở dạng đã được nén sô.
- Hướng dẫn chương trình điện tử EPG (Electronic Program Guide)
Cung cấp các thông tin về các kênh truyền hình đến broadcast client chạy trên các
STB. EPG thường được xây dựng dưới dạng một http server và các kênh được hiển
thị dưới dạng các trang web.
- Broadcast Client
Broadcast Client là một tiến trình ứng dụng chạy trên STB đảm nhiệm việc cung
cấp giao diện người dùng và điều khiển cho các dịch vụ Broadcast video.

Các thành phần cung cấp dịch vụ VoD
-

Hệ thống phân phối nội dung (Asset Distribution System – ADS)

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

6


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

ADS lấy nội dung từ các nhà cung cấp và sử dụng qui tắc kinh doanh để phân phối

nội dung này đến những khu vực khác nhau trong hệ thống mạng của nhà cung cấp
dịch vụ.
- Navigation server
Navigation Server cung cấp các thông tin về nội dung VoD cho client chạy trên
STB. Thông tin về nội dung video được hiển thị dưới dạng các trang web.
- Phân hệ quản lý phiên
Phân hệ quản lý phiên là điểm liên lạc trung tâm cho các yêu cầu phiên VoD từ
client chạy trên STB.
- Phân hệ bản quyền
Phân hệ bản quyền có chức năng xác định một nội dung video chỉ được xem bởi
những thuê bao được cấp phép.
- Video pump
Video pump là thành phần lưu trữ và streaming của hệ thống VoD. Video pump
chứa các thiết bị lưu trữ, nội dung video được tổ chức sao cho có thể gửi bất kỳ một
nội dung video nào với một tốc độ xác định trước.

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

7


CHƯƠNG II

CÁC GIẢI PHÁP KỸ THUẬT VÀ CÔNG
NGHỆ CHO HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH
TRÊN MẠNG xDSL
Lựa chọn giải pháp kỹ thuật, công nghệ nhằm cung cấp dịch vụ IPTV tốt cho
khách hàng.

.I

Chuẩn nén sử dụng trong IPTV

Nén cho phép nhà cung cấp dịch vụ tuyền các kênh truyền hình và tiếng với chất
lượng cao qua mạng IP băng rộng. Mắt của con người không thể phân biệt được toàn
bộ các phần của hình ảnh nên việc nén sẽ làm giảm độ lớn của tín hiệu ban đầu bằng
cách bỏ bớt các phần của hình ảnh.

.I.1.

Nén MPEG:

MPEG (Moving pictures exert group) là một chuẩn nén được sử dụng rộng rãi
trong thông tin vệ tin, truyền hình cáp và trong các hệ thống truyền hình mặt đất.
MPEG được thành lập nhằm phát triển các kỹ thuật nén cho phù hợp với việc truyền
hình ảnh. Từ khi thành lập, MPEG đã đưa ra các chuẩn nén như: MPEG-1, MPEG-2,
MPEG4 (part 2 và part 10), MPEG-7, và MPEG-21. Trong các chuẩn này, MPEG-2
và MPEG-4 part 10 được sử dụng rộng rãi trong IPTV.

.I.2.

Chuẩn nén MPEG-2

Chuẩn nén MPEG-2 là chuẩn nén phát triển tiếp sau MPEG-1, kế thừa tất cả các
tiêu chuẩn của MPEG-1 và mục đích là nhằm hỗ trợ việc truyền video số, tốc độ bit
lớn hơn 4Mb/s, bao gồm các ứng dụng DSM (phương tiện lưu trữ số), các hệ thống
truyền hình, cáp, truyền hình độ phân giải cao (HDTV)…
Chuẩn Mpeg-2 cung cấp khả năng nén rất cao bằng cách dùng các thuật toán tiêu
chuẩn, nó trở thành chuẩn cho TV số với các đặc tính:
-

Nén video tương thích với Mpeg-1.

- Chế độ full-screen kết hợp với cải tiến chất lượng video (cho TV và màn
hình PC).
-

Cải tiến mã hóa Audio.

-

Truyền phối hợp nhiều thành phần.

Mpeg-2 được dùng để mã hóa hình ảnh động và âm thanh để tạo ra ba kiểu khung
số liệu ( intra frame, forward predictive frame và bidirectional pridicted frame) có thể

8


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

9

được sắp xếp theo một trật tự cụ thể gọi là cấu trúc nhóm các hình ảnh (group of
pictures, GOP).

.I.3.

Chuẩn nén MPEG-4

Chuẩn Mpeg-4 thành công hơn so với chuẩn Mpeg-2. Mpeg-4 đưa ra một hệ
thống hoàn chỉnh với các đặc điểm hỗ trợ các định dạng dữ liệu. Chuẩn Mpeg-4 là
một chuẩn động dễ thay đổi. Với Mpeg-4, các đối tượng khác nhau trong một khung
hình có thể được mô tả, mã hóa và truyền đi một cách riêng biệt đến bộ giải mã trong
các dòng cơ bản ES (Elementary Stream) khác nhau. Việc xác định, tách và xử lý
riêng các đối tượng ( như nhạc, đồ vật, đối tượng ảnh như con người hay động vật…)
giúp cho người sử dụng có thể loại bỏ riêng từng đối tượng ra khỏi khung hình. Sự tổ
hợp khung hình chỉ được thực hiện sau khi giải mã các đối tượng này.

.I.4.

Chuẩn nén MPEG4 part 10

Các ứng dụng trên mạng Internet hiện nay gặp vấn đề khó khăn về sự hạn chế của
băng thông, nghẽn mạng và sự đa dạng các thiết bị hiển thị của người dùng. Với tốc
độ mã hóa dữ liệu khoản 1.5Mb/s chuẩn nén Mpeg-4 part 10 ( hay còn gọi H.264) đã
giải quyết một phần việc tắc nghẽn mạng và sự hạn chế của băng thông. Mục tiêu
chính của chuẩn này nhằm cung cấp video có chất lượng tốt hơn nhiều so với những
chuẩn nén video trước đây.
Một số tính năng quan trọng của chuẩn này:
- Phân chia mỗi hình ảnh thành các block bao gồm nhiều điểm ảnh, do vậy
quá trình xử lý từng ảnh có thể được tiếp cận tới mức block.
- Khai thác triệt để sự dư thừa về mặt không tồn tại giữa các ảnh liên tiếp bởi
một vài mã của những block gốc thông qua dự đoán về không gian, phép biến đổi…
- Khai thác sự phụ thuộc tạm thời của các block của hình ảnh liên tiếp, do đó
chỉ cần mã hóa những chi tiết thay đổi ảnh liên tiếp. Việc này được thực hiện thông
qua dự đoán và bù chuyển động.
- Khai thác tất cả sự dư thừa về không gian còn lại trong ảnh bằng việc giải
mã các block dư thừa.
Mpeg-4 part 10 hay còn gọi H.264 thường làm việc tốt hơn nhiều so với Mpeg-2.

H.264 cung cấp các profile sau:
- Baseline Profile: Được ứng dụng cho thời gian thực như các dịch vụ đàm
thoại và hội nghị truyền hình.
-

Main Profile: Được thiết kế cho các thiết bị lưu trữ số và truyền hình quảng

bá.
- Extend Profile: Có khả năng nén khá cao. Ứng dụng cho các dịch vụ đa
phương tiện trên internet.

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

9


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

10

- High Profile: Dùng cho các ứng dụng quảng bá và các ứng dụng truyền
hình yêu cầu độ nét cao.

.II Các giao thức mạng sử dụng trong IPTV
Các kiểu lưu lượng mạng IP thời gian thực khác nhau được tạo ra bởi các loại dịch
vụ trên nền IP khác nhau như VOIP hay truy cập internet tốc độ cao. Với mỗi loại
dịch vụ có những đặc điểm riêng về nội dung, vì thế cần phải có những phương thức
phân phối thích hợp. Hiện nay có ba phương thức dùng để phân phối nội dung IPTV
qua mạng IP là unicast, multicast và broadcast.

.II.1. Unicast
Truyền dẫn Unicast, hay còn gọi là truyền dẫn điểm- điểm. Trong hình thức truyền
dẫn này, nhiều host muốn nhận thông tin từ một bên gửi thì bên gửi đó phải truyền
nhiều gói tin đến các bên nhận. Điều này sẽ dẫn đến gia tăng băng thông khi có quá
nhiều bên nhận.

Hình 5.Các kết nối nhiều unicast cho nhiều user IPTV.

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

10


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

11

.II.2. Broadcast
Kiểu truyền dẫn này cho phép truyền gói tin từ một địa điểm đến tất cả các host
trên một mạng con mà không quan tâm đến việc host đó có nhu cầu nhận hay không.
Kiểu truyền này gây lãng phí băng thông và không hiệu quả.

Hình 6. Truyền theo kiểu Broadcast.

.II.3. Multicast
Một địa chỉ Multicast cho phép phân phối dữ liệu tới một tập hợp các host đã
được cấu hình như những thành viên của một nhóm multicast trong các mạng con
phân tán khác nhau. Đây là phương pháp truyền dẫn đa điểm, trong đó các host có
nhu cầu nhận dữ liệu mới tham gia vào nhóm. Điều này hạn chế tối đa sự lãng phí
băng thông trên mạng.

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

11


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

12

Hình 7. Các kết nối được sử dụng trong multicast.

.II.3.1.

Giao thức IGMP

Giao thức IGMP (Internet Group Management Protocol) phát triển từ giao thức
Host Membership Protocolm được mô tả trong tài liệu của Deering. IGMP phát triển
từ IGMPv1 đến IGMPv2 và phát triển đến bản cuối cùng IGMPv3. Các thông điệp
IGMP được gửi bên trong gói tin IP với trường protocol number bằng 2, trong đó
trường TTL(time to live) có giá trị bằng 1. Hai mục đích quan trọng nhất của IGMP
là:
- Thông báo cho router multicast rằng có một máy muốn nhận multicast
traffic của một nhóm cụ thể.
- Thông báo cho router rằng có một máy muốn rời nhóm multicast. Các
router thường dùng igmp để duy trì thông tin cho từng cổng của router là những nhóm
multicast nào router cần phải chuyển và những host nào muốn nhận.
Trước khi một host nào đó có thể nhận bất kỳ một multicast trafic nào, một ứng
dụng multicast phải được cài đặt và chạy trên host đó. Sau khi một host tham gia vào
một nhóm, phần mềm sẽ tính toán địa chỉ multicast và sau đó card mạng sẽ bắt đầu

lắng nghe địa chỉ multicast MAC. Trước khi một host hoặc một người dùng muốn
tham gia vào một nhóm, người dừng cần biết nhóm nào đang tồn tại và làm thế nào để
tham gia nhóm đó. Đối với các ứng dụng mức doanh nghiệp, người dùng chỉ cần đơn
giản nhấp vào một link trên một trang web hoặc địa chỉ multicast có thể cấu hình
trước trên client. Ví dụ, một người dùng có thể được yêu cầu để đăng nhập và xác

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

12


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

13

thực, nếu người dùng đó được xác thực thì ứng dụng multicast đó sẽ tự động cài lên
pc của người dùng. Có nghĩa là người dùng đã tham gia vào một nhóm multicast.
- IGMP v1: Để tham gia vào một nhóm multicast, một host sẽ gửi thông điệp
đăng ký nhóm đến router cục bộ của nó. Thông điệp này có tên Membership Report
IGMP chứa địa chỉ multicast, thông báo cho router về địa chỉ multicast mà host
muốn tham gia vào. Cứ 60 giây, một router trên mỗi phân đoạn mạng sẽ gửi truy vấn
đến tất cả các host để kiểm tra xem các host này có còn quan tâm nhận lưu lượng
multicast nữa không. Router này gọi là IGMPv1 Querier và chức năng của nó là mời
các host tham gia vào nhóm. Tuy nhiên IGMPv1 không có cơ chế để cho phép một
host rời khỏi một nhóm nếu host đó không còn quan tâm đến nội dung của nhóm
multicast đó.
- IGMPv2: Phiên bản IGMPv2 giới thiệu một vài khác biệt so với phiên bản
đầu tiên. Các gói tin truy vấn bây giờ được gọi là General Queries. Các gói này có thể
gửi tới địa chỉ all-hosts hoặc tới từng nhóm cụ thể. Một cải tiến khác nữa là các host
được phép rời nhóm. Khi một host quyết định rời khỏi nhóm thì nó sẽ gửi thông điệp

LeaveGroup.
- IGMPv3 : Phiên bản này giới thiệu bổ sung bản tin Group-Source Report
cho phép một host có thể quyết định nhận lưu lượng từ các nguồn riêng biệt của một
nhóm multicast. Một bản tin Group-Source Report cho phép một host chỉ ra địa chỉ IP
của các nguồn riêng biệt mà nó muốn nhận. Một bản tin Exclusion Gourp-Source
Report cho phép host nhận dạng chính xác các nguồn mà nó không muốn nhận. Cuối
cùng bản tin Leave Group của IGMPv2 được nâng cao thành bản tin Group-Source
Leave. Đặc điểm này cho phép một host rời khỏi toàn bộ nhóm hay chỉ ra các ip riêng
biệt mà nó muốn rời khỏi.
.II.3.2.

Giao thức PIM

Các router multicast sử dụng PIM (Protocol Independent Multicast) để xác định
các router Multicast khác cần nhận được gói multicast. PIM có hai phương thức làm
việc đồng thời thích hợp: Kiểu Dense (tập trung) và Sparse (phân tán). Hỗ trợ Pim
hiện có trong một số sản phẩm router. Mục đích của việc nỗ lực phát triển PIM là mở
rộng định tuyến liên miền qua Internet. Định tuyến dựa vào giao thức PIM độc lập
với các cơ chế của các giao thức định tuyến Unicast. Bất kỳ sự triển khai nào hỗ trợ
PIM đều yêu cầu sự có mặt của một giao thức định tuyến unicast để cung cấp thông
tin bảng định tuyến và để làm thích nghi với những thay đổi về cấu hình.
Cả PIM-DM và PIM- SM sử dụng chuyển tiếp đường dẫn đảo ngược. Một router
nhận một gói multicast dựa vào bảng định tuyến unicast của nó để tìm nguồn và
đường dẫn tốt nhất tới nguồn.
-

PIM-Dense Mode:

Giao thức PIM-DM thường được sử dụng khi mà lưu lượng luồng multicast là rất
lớn. PIM-DM luôn có một cổng trong trạng thái prune trong khoản ba phút. Các

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

13


Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

14

thông điệp prune liệt kê một nguồn và nhóm. Các PIM router có thể được cấu hình
theo kiểu Dense Mode (kiểu tập trung) nếu các host tham gia vào nhóm multicast nằm
ở khắp nơi trên các subnet. Địa chỉ Multicast nguồn trở thành gốc của cây và cây
multicast được xây dựng từ nguồn đến đích. Cơ chế này còn được gọi bằng ký hiệu
(S, G) trong đó đường đi từ nguồn đến các thành viên trong nhóm là duy nhất.
Giao thức PIM-DM nhận biết các thiết bị láng giềng bằng cách trao đổi các gói
“hello”. Thông tin láng giềng này được dùng trước để xây dựng cây đến tất cả các
láng giềng. Sau đó, các nhánh của cây sẽ lần lượt bị loại bỏ. Nếu một dòng multicast
bắt đầu, cây sẽ được xây dựng, cây sẽ chỉ tồn tại khi các thành viên tích cự còn tồn
tại. Nếu một host mới đăng kí tham gia nhóm, nhánh của phân đoạn đó sẽ được đính
thêm vào cây.
-

PIM- Spare Mode:

Giao thức PIM-DM hữu dụng khi các ứng dụng multicast dày đặc và bạn cần phân
phối đến hầu tất cả các mạng. Tuy nhiên, nếu các người dùng chỉ ở vài mạng con,
giao thức định tuyến chế độ desen sẽ phát tán lưu lượng toàn mạng gây lãng phí băng
thông và tài nguyên. Trong những trường hợp này, PIM-SM có thể được dùng để
giảm lãng phí tài nguyên mạng. Các giao thức chế độ SM không truyền lưu lượng của

nhóm tới bất kỳ router nào trừ khi nó nhận được một thông điệp yêu cầu các bản sao
của các gói tin được gửi tới một nhóm multicast đặc biệt.
PIM-SM hoạt động với một chiến lược khác hẳn với PIM-DM mặc dù cơ chế của
giao thức không hoàn toàn đối lập. PIM-SM giả sử rằng không có máy nào muốn
nhận lưu lượng multicast cho đến khi nào các máy chủ động hỏi. Kết quả là, cho đến
khi nào trong một subnet có một máy yêu cầu nhận multicast thì multicast mới được
phân phối vào subnet đó. Với PIM-SM, các router downstream phải yêu cầu nhận
multicast dùng thông điệp PIM Join. Khi các router nhận được thông điệp này, các
router bên dưới phải định kỳ gửi thông điệp Join lên router upstream. Nếu khác đi,
router upstream sẽ không đưa lưu lượng xuống, đặt kết nối vào trạng thái prune. Tiến
trình này thì ngược lại với tiến trình được dùng trong PIM-DM, trong đó mặc định là
phát tán lưu lượng multicast với các router downstream cần phải liên tục gửi thông
điệp prune hay thông điệp làm mới trạng thái để giữ một kết nối là trong trạng thái
prune.
.II.3.3.

Chuyển tiếp lưu lượng multicast

Có một vài phương pháp để chuyển tiếp lưu lượng multicast từ các nguồn đến các
host thu. Đầu tiên người ta sắp xếp một nhóm bao gồm các host thu với một địa chỉ
lớp D chung để đạt được sự phân phối lưu lượng Multicast hiệu quả. Bước tiếp theo
tạo ra một tập hợp các đường phân phối multicast cho các router sử dụng. Các giao
thức xây dựng trong các router giúp xây dựng cây phân phối Multicast để chuyển tiếp
các gói. Giao thức chuyển tiếp multicast chủ yếu sử dụng một trong hai kỹ thuật sau:

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

14

Tìm hiểu Multicast và ứng dụng Multicast trong IPTV

15

- Cây nguồn (Source Tree): Dạng đơn giản nhất của cây phân phối Multicast
là cây nguồn có gốc là nguồn multicast và các nhánh của nó có dạng cây mở rộng
theo mạng đến các điểm thu. Nó là một cây đường ngắn nhất (SPT).

Hình 8. Ví dụ về cây nguồn.

Hình trên là một ví dụ về một SPT cho nhóm 224.1.1.1 có gốc đặt tại nguồn, host
A là nguồn, host B và host C là các máy thu. Ký hiệu (S,G) cho một SPT trong đó S
là địa chỉ nguồn, G là địa chỉ nhóm multicast. Trong hình trên SPT có ký hiệu là
(192.168.1.1, 224.1.1.1).
-

Cây chia sẻ (Shared- tree)

Phương pháp chuyển tiếp cây chia sẻ có nhiều ưu thế nhất trong phân phối
multicast. Phương phấp chuyển tiếp này là một sự lựa chọn tốt hơn so với phương
pháp cây chung gốc khi môi trường multicast bao gồm các nhóm multicast phân bố
rãi rác với những kết nối bậc thấp.

PHAN THANH HẢI, LỚP 06T4

15