Đang tải... (xem toàn văn)
MỞ ĐẦU Cuối thập kỷ trước, sự phát triển của các dịch vụ truyền hình vệ tinh, sự tăng trưởng của dịch vụ truyền hình cáp số, và đặc biệt là sự ra đời của HDTV đã để lại dấu ấn đối với lĩnh vực truyền hình. Hiện nay xuất hiện một phương thức cung cấp dịch vụ mới còn mạnh hơn với đe dọa sẽ làm lung lay mọi thứ đã có. Internet Protocol Television (IPTV) đã ra đời, dựa trên sự hậu thuẫn của ngành viễn thông, IPTV dễ dàng cung cấp nhiều hoạt động tương tác hơn, cung cấp sự cạnh tranh mạnh mẽ hơn cho các doanh nghiệp kinh doanh dịch vụ truyền hình. IPTV có cơ hội lớn để phát triển nhanh chóng khi mà mạng băng rộng đã có mặt ở khắp mọi nơi và hiện tại đã có trên 100 triệu hộ gia đình sử dụng dịch vụ băng rộng trên toàn cầu. Rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn trên thế giới đang triển khai thăm dò IPTV và xem đây như một cơ hội mới để thu lợi nhuận từ thị trường hiện có của họ và coi đó như một giải pháp tự bảo vệ trước sự lấn sân của các dịch vụ truyền hình cáp. Nhằm mục đích nghiên cứu công nghệ IPTV, đồ án được xây dựng với bố cục theo các chương như sau: • Chương 1: Tổng quan công nghệ IPTV, giới thiệu sơ lược về công nghệ IPTV. • Chương 2: Những giải pháp kỹ thuật cơ bản trong IPTV, trình bày về công nghệ IPTV, các chuẩn nén, các giao thức và kiến trúc mạng truyền tải hệ thống IPTV. • Chương 3: Khả năng triển khai IPTV trên mạng viễn thông Việt Nam, trình bày tình hình phát triển công nghệ IPTV tại Việt Nam, khả năng ứng dụng công nghệ IPTV vào mạng băng rộng của Việt Nam. Với lượng thời gian có hạn, em đã nỗ lực thu thập tài liệu và xử lý thông tin liên quan đến công nghệ IPTV. Tuy nhiên, do công nghệ IPTV còn rất mới mẻ nên một số nội dung trong đồ án chưa được chi tiết và không thể tránh khỏi những thiếu xót. Em mong được sự góp ý của các thầy và các bạn để nắm rõ hơn về công nghệ và cũng để củng cố cho kiến thức khi ra trường. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Khắc Hưng, là người đã trực tiếp giúp em hoàn thành đồ án này. Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy cô, các bạn đã dành thời gian đọc và quan tâm tới đồ án này.
MỞ ĐẦU MỞ ĐẦU Cuối thập kỷ trước, sự phát triển của các dịch vụ truyền hình vệ tinh, sự tăng trưởng của dịch vụ truyền hình cáp số, và đặc biệt là sự ra đời của HDTV đã để lại dấu ấn đối với lĩnh vực truyền hình. Hiện nay xuất hiện một phương thức cung cấp dịch vụ mới còn mạnh hơn với đe dọa sẽ làm lung lay mọi thứ đã có. Internet Protocol Television (IPTV) đã ra đời, dựa trên sự hậu thuẫn của ngành viễn thông, IPTV dễ dàng cung cấp nhiều hoạt động tương tác hơn, cung cấp sự cạnh tranh mạnh mẽ hơn cho các doanh nghiệp kinh doanh dịch vụ truyền hình. IPTV có cơ hội lớn để phát triển nhanh chóng khi mà mạng băng rộng đã có mặt ở khắp mọi nơi và hiện tại đã có trên 100 triệu hộ gia đình sử dụng dịch vụ băng rộng trên toàn cầu. Rất nhiều nhà cung cấp dịch vụ viễn thông lớn trên thế giới đang triển khai thăm dò IPTV và xem đây như một cơ hội mới để thu lợi nhuận từ thị trường hiện có của họ và coi đó như một giải pháp tự bảo vệ trước sự lấn sân của các dịch vụ truyền hình cáp. Nhằm mục đích nghiên cứu công nghệ IPTV, đồ án được xây dựng với bố cục theo các chương như sau: • Chương 1: Tổng quan công nghệ IPTV, giới thiệu sơ lược về công nghệ IPTV. • Chương 2: Những giải pháp kỹ thuật cơ bản trong IPTV, trình bày về công nghệ IPTV, các chuẩn nén, các giao thức và kiến trúc mạng truyền tải hệ thống IPTV. • Chương 3: Khả năng triển khai IPTV trên mạng viễn thông Việt Nam, trình bày tình hình phát triển công nghệ IPTV 1 tại Việt Nam, khả năng ứng dụng công nghệ IPTV vào mạng băng rộng của Việt Nam. Với lượng thời gian có hạn, em đã nỗ lực thu thập tài liệu và xử lý thông tin liên quan đến công nghệ IPTV. Tuy nhiên, do công nghệ IPTV còn rất mới mẻ nên một số nội dung trong đồ án chưa được chi tiết và không thể tránh khỏi những thiếu xót. Em mong được sự góp ý của các thầy và các bạn để nắm rõ hơn về công nghệ và cũng để củng cố cho kiến thức khi ra trường. Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của thầy giáo Nguyễn Khắc Hưng, là người đã trực tiếp giúp em hoàn thành đồ án này. Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy cô, các bạn đã dành thời gian đọc và quan tâm tới đồ án này. 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ IPTV 1.1 Giới thiệu tổng quan công nghệ IPTV Cùng với sự phát triển của dịch vụ thuê bao băng rộng, việc xây dựng các nội dung phong phú cho mạng xDSL là vô cùng cần thiết. Việc xây dựng và hoạch định tốt mạng xDSL cho phép cung cấp tới thuê bao các đường kết nối tốc độ cao, ổn định và nhờ đó cho phép cung cấp các dịch vụ gia tăng giá trị cao. Như vậy ngoài các dịch vụ Internet tốc độ cao truyền thống, việc cung cấp các dịch vụ về Video và IPTV đã trở nên dễ dàng hơn nhiều. IPTV là công nghệ truyền dẫn hình ảnh kỹ thuật số tới người sử dụng dựa trên giao thức Internet với kết nối băng rộng. Dịch vụ này thường được cung cấp cùng với điện thoại trên Internet (Voice over IP - VoIP), video theo yêu cầu (Video on Demand - VoD) nên thường được gọi là công nghệ tam giác (Triple play) về truyền tải dữ liệu, hình ảnh, âm thanh. Một cách định nghĩa đơn giản hơn, đó là nội dung chương trình truyền hình được truyền tới người xem (user) dựa trên mạng băng rộng IP. Các user có thể thông qua máy vi tính PC hoặc máy thu hình phổ thông cộng với hộp phối ghép set topbox để sử dụng công nghệ IPTV. Trước đây, công nghệ này gần như không thể với tốc độ tải xuống chậm của dial-up hạn chế việc truyền đi các khuôn dạng video. Tuy nhiên, hiện nay IPTV được dự báo sẽ phát triển một cách nhanh chóng do số lượng người sử dụng dịch vụ băng rộng rất lớn. 3 Công nghệ IPTV có những ưu điểm vượt trội so với “Internet Video”. Internet Video cung cấp các dịch vụ xem video như phim truyện, web-cams với chất lượng chưa cao. Ngược lại, công nghệ IPTV tiến bộ hơn, tiện lợi với người sử dụng hơn, và kết hợp chặt chẽ với công nghệ truy nhập đường dây thuê bao số (DSL) tốc độ cao như ADSL, ADSL2+, VDSL, PON, vô tuyến băng rộng, IPTV có 2 đặc điểm cơ bản là: dựa trên nền công nghệ IP và phục vụ theo nhu cầu. Tính tương tác là ưu điểm của IPTV so với hệ thống truyền hình cáp CATV hiện nay, vì truyền hình CATV tương tự cũng như CATV số đều theo phương thức phân chia tần số, định trước thời gian và quảng bá đơn hướng (truyền từ một trung tâm đến các máy tivi thuê bao). Mạng CATV hiện nay chủ yếu dùng cáp đồng trục hoặc lai ghép cáp đồng trục với cáp quang đều phải chiếm dụng tài nguyên băng tần rất rộng. Hơn nữa kỹ thuật ghép nối modem cáp hiện nay đều sản sinh ra tạp âm. So với mạng truyền hình số DTV thì IPTV có nhiều đổi mới về dạng tín hiệu cũng như phương thức truyền bá nội dung. Trong khi truyền hình số thông qua các menu đã định trước (thậm chí đã định trước hàng tuần, hoặc hàng tháng) để các user lựa chọn, thì IPTV có thể đề cao chất lượng phục vụ có tính tương tác và tính tức thời. Người sử dụng (user hoặc viewer) có thể tự do lựa chọn chương trình TV của mạng IP băng rộng. Với ý nghĩa đúng của phương tiện truyền thông (media) giữa server và user. So với VOD, IPTV có ưu thế là: • Sử dùng dễ dàng, hiển thị trên tivi hiệu quả cao hơn màn máy vi tính, thao tác trên hộp ghép nối + bàn phím đơn giản, thực hiện chuyển đổi nhanh luồng cao tốc/chương trình. 4 • Dễ quản lý, dễ khống chế, sử dụng hộp kết nối làm đầu cuối nhà cung cấp dịch vụ để tiến hành định chế đối với hộp kết nối không cần đến nghiệp vụ an toàn và kiểm tra chất lượng. Đây cũng là cơ sở kỹ thuật để dễ thu phí. Với sự vượt trội về tính tương tác giữa người xem và dịch vụ gia tăng, IPTV hoàn toàn có thể làm thay đổi thói quen xem truyền hình truyền thống bởi nó không chỉ cho phép khách hàng xem các chương trình, mà còn cho phép khán giả chủ động chọn những nội dung gì mình muốn xem. Với IPTV, khách hàng có thể tiếp cận những dịch vụ tiên tiến nhất trên nền băng thông rộng như xem TV trực tiếp qua Internet (Live TV), mua hàng qua TV, karaoke, game (trò chơi trực tuyến), tạp chí thông tin, điện thoại hình, đào tạo qua TV, TV Mail, TV Photo, bình chọn qua TV, dự đoán qua TV, tin nhắn nhanh (IM), quảng cáo Hiện IPTV đang được đánh giá là một dịch vụ tiềm năng. 1.2 Kiến trúc tổng quan hệ thống IPTV Hình 1.1 Kiến trúc tổng quan của một hệ thống IPTV 5 Kiến trúc IPTV gồm các khối chức năng sau: • Content Sources: Nguồn dữ liệu, có chức năng thu nhận các nội dung dữ liệu như phim ảnh từ các nhà sản xuất và các nguồn khác. Sau đó, các nội dung này được mã hóa và lưu trữ trong cơ sở dữ liệu để phục vụ cho dịch vụ video theo yêu cầu (VoD). • IPTV Service Nodes: Các node dịch vụ IPTV, có chức năng nhận các luồng dữ liệu hình ảnh dưới các định dạng khác nhau. Các luồng dữ liệu này sẽ được định dạng và đóng gói lại để truyền đi với chất lượng dịch vụ (Quality of Service - QoS) đảm bảo. • Wide-area Distribution Networks: Mạng phân bố vùng rộng hình thành nên việc phân bổ khả năng, dung lượng và chất lượng của dịch vụ. Mạng này cũng gồm các chức năng khác như truyền đa hướng, việc này rất cần thiết cho việc phân bổ các luồng dữ liệu IPTV từ các node dịch vụ đến khách hàng một cách tin cậy và đúng thời gian. Ngoài ra, mạng lõi và mạng truy nhập gồm cả mạng đường trục quang và bộ ghép kênh truy nhập đường dây thuê bao số (DSLAMs). • Customer Access Links: Kết nối truy nhập khách hàng, đòi hỏi sử dụng các công nghệ DSL tốc độ cao như ADSL2+ và VDSL, thông tin được truyền đến khách hàng qua đường điện thoại. • Customer Premises Equipment (CPE): Thiết bị đầu cuối khách hàng cung cấp chức năng kết cuối mạng băng rộng (B-NT). Thiết bị này có thể cung cấp các chức năng như cổng định hướng, set- top box, internet. 6 • IPTV Client: IPTV Client là khối chức năng có nhiệm vụ kết cuối lưu lượng IPTV tại đầu cuối khách hàng. Thiết bị này, ví dụ như set-top box (STB), thực hiện chức năng xử lý như thiết lập kết nối và QoS đối với các node dịch vụ, giải mã các luồng tín hiệu hình ảnh, chuyển đổi kênh, hiển thị điều khiển và các kết nối đến các ứng dụng người sử dụng như SDTV hoặc HDTV monitor. 1.3 Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ Triple Play Hiện nay, với việc sử dụng các công nghệ mạng truy nhập và chuyển mạch gói dựa trên giao thức IP, các công ty viễn thông có thể giảm chi phí đầu tư đồng thời đưa ra được nhiều loại dịch vụ mới. Các nhà cung cấp đường truyền đang nỗ lực để chuyển đổi từ “kênh sang gói” theo định hướng công nghệ chiến lược của họ để tăng khả năng tạo ra dịch vụ và cung cấp với giá thành thấp và tạo ra được một cấu trúc mạng IP linh hoạt. Sự phát triển của các sản phẩm mới là chìa khóa cho sự chuyển đổi này, cụ thể như các chuyển mạch mềm dùng cho các dịch vụ thoại, các hệ thống Headend số để cung cấp truyền hình IP, các hệ thống mạch vòng băng rộng cho phép hợp nhất thoại, số liệu và truyền hình trên một hạ tầng mạng truy nhập duy nhất. Với sự tác động của các công nghệ gói, các nhà cung cấp dịch vụ có thể duy trì khả năng cạnh tranh bằng cách cung cấp các dịch vụ "Triple-Play" với thoại - số liệu - hình ảnh trên các đường truyền DSL. 7 Hình 1.2 Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ Triple Play Trong kiến trúc mạch vòng nội hạt cung cấp dịch vụ Triple Play, một hệ thống mạch vòng mang các lưu lượng thoại, số liệu và truyền hình từ các đầu cuối xa (Remote Terminal) sử dụng các đường dây điện thoại tiêu chuẩn với giao diện DSL. Các đầu cuối xa được kết nối đến đầu cuối trung tâm (COT) thông qua mạng truy nhập. Khách hàng được kết nối trực tiếp trên các đôi cáp đồng đến trung tâm có thể nhận được tất cả các dịch vụ như nhau trực tiếp từ đầu cuối trung tâm. Đầu cuối trung tâm cung cấp các truy nhập đến mạng PSTN thông qua hệ thống chuyển mạch truyền thống hoặc chuyển mạch mềm (dùng cho VoIP), cung cấp truy nhập Internet thông qua thiết bị định tuyến và cung cấp truy nhập đến các dịch vụ truyền hình thông qua kết nối đến Video Headend. Giải pháp này sử dụng công nghệ IP tiêu chuẩn. Về mặt kỹ thuật, cách tiếp cận này loại bỏ sự phức tạp của mạng. Về mặt kinh tế, giải pháp này giảm đáng kể chi phí xây dựng và vận hành mạng. Xét về khía cạnh lưu lượng, khách hàng kết nối vào mạng tại đầu cuối xa hay trung tâm qua các giao tiếp truyền thống như các đường analog/POTS, E1 hay DSL. Mọi lưu lượng không phải là IP sẽ được chuyển đổi thành các gói tại RT, ví dụ thoại analog được chuyển thành VoIP. Đầu cuối xa được 8 kết nối đến trung tâm qua các liên kết Ethernet hoặc POTS theo mọi cấu hình mạng như ring, string, star, v.v phù hợp với cấu hình mạng của nhà cung cấp. Lưu lượng IP đi từ đầu cuối xa đến đầu cuối trung tâm tại trung tâm. Đầu cuối trung tâm kết nối với các thiết bị chuyển mạch Lớp 5 và kết nối đến thiết bị định tuyến truy nhập Internet, chuyển mạch mềm và đến các Video Headends. CHƯƠNG 2. NHỮNG GIẢI PHÁP KỸ THUẬT CƠ BẢN TRONG IPTV 2.1 Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV sẽ bao gồm các thành phần và thể hiện như trong hình vẽ sau đây: 9 Hình 2.1 Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV • Hệ thống cung cấp nguồn dữ liệu: 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 Headen. • Hệ thống Headend: 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 dữ liệu IP ở khuôn dạng mã hóa mong muốn. • Hệ thống Middleware: có vai trò gắn kết một số thành phần logíc thành một hệ thống phần mềm IPTV/video hoàn chỉnh hơn. Hệ thống Middleware cung cấp giao diện người sử dụng cho cả dịch vụ băng rộng và theo yêu cầu. Hệ thống này cũng được sử dụng như phần mềm liên kết để tích hợp các sản phẩm từ các nhà cung 10 [...]... truyền hình được lưu trữ − Nhân mở rộng nội dung các chương trình truyền hình cho phép các chức năng như làm thay đổi các text nhân tạo hay tự 24 nhiên, bố cục, hình ảnh và chương trình truyền hình bao phủ nội dung truyền hình được thay đổi • Tính linh động cao về text, hình ảnh và video − Tính linh động và đa dạng của bộ mã hóa cho phép mã hóa các luồng bít phức tạp khác nhau đối với một tex, hình ảnh... DVD Multi video Hình 2.4 So sánh hoạt động của các chuẩn nén Hình 2.5 So sánh về yêu cầu băng thông, lưu trữ và thời gian tải của các chuẩn nén 2.3 Giao thức mạng 31 Dịch vụ IPTV bao gồm cả truyền hình trực tiếp (live TV) và truyền hình được lưu trữ sẵn (Video on Demand) Việc xem truyền hình qua IPTV cần một máy tính hoặc thiết bị “set-top-box” được kết nối tới TV Các nội dung truyền hình được nén sử... dưới dạng luồng truyền tải MPEG qua IP Multicast trong trường hợp truyền hình trực tiếp hoặc qua IP Unicast trong trường hợp truyền hình theo yêu cầu IP Multicast là phương pháp mà thông tin được truyền đến các máy tính trong cùng thời điểm Hình 2.6 So sánh các phương thức truyền/ phát dịch vụ IPTV tới khách hàng Một hệ thống IPTV tiêu chuẩn thường sử dụng các giao thức cơ bản sau: − Truyền hình trực tiếp... dụng hội nghị truyền hình, và đã được ứng dụng trong các sản phẩm của các công ty chiếm ưu thế trên thị trường (như Polycom và Tendberg) Điều quan trọng hơn cả là tất cả các sản phẩm hội nghị truyền hình mới đều hỗ trợ H.264/AVC H.264 cũng được sử dụng trong nhiều loại dịch vụ Video-on-Demand trên Internet để cung cấp phim và các show diễn truyền hình trực tiếp đến máy tính và máy thu hình và có khả... video và VRML) MPEG-4 thực sự là một dạng nén ảnh mang tính đột phá của công nghệ nén hình đương đại, thể hiện rõ nét ở những tiêu chuẩn sau: − Áp dụng những tiêu chuẩn có tính mở cao với sự hỗ trợ đắc lực từ ngành công nghiệp an ninh và công nghiệp máy tính − Khả năng truyền theo dòng và mạng lưới − Tối thiểu hóa dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ trong khi vẫn giữ được tính trung thực của... gấp đôi, tốc độ nén bằng một nửa so với chuẩn MPEG-2 yêu cầu đối với hình ảnh chất lượng cao và giảm được được dung lượng lưu trữ cần thiết − Cho phép nhiều nội dung hơn được truyền đi trên hệ thống có sẵn với tốc độ bít thấp hơn − Chi phí truyền dẫn thấp hơn do thời gian truyền giảm một nửa − Chi phí triển khai thấp hơn với công nghệ H.264/AVC xây dựng trên nền tảng tiêu chuẩn, phần cứng xử lí không... mã hóa cho tín hiệu âm thanh và hình ảnh số, được chấp thuận bởi MPEG (Moving Picture Expert Group) và được công bố trong tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 13818 MPEG-2 thường được sử dụng để mã hóa âm thanh và hình ảnh cho các tín hiệu broadcast bao gồm truyền hình vệ tinh quảng bá trực tiếp và truyền hình cáp MPEG-2 với một số sửa đổi cũng là khuôn dạng được sử dụng bởi các phim DVD thương mại tiêu chuẩn... dung của mình, như trộn các tín hiệu truyền hình hay mã hóa nội dung VoD, khi truyền đi trên mạng Internet và tích hợp với tính năng an ninh tại STB phía thuê bao • Mạng truy nhập: Hạ tầng mạng IP băng rộng để truyền dịch vụ từ nhà cung cấp đến khách hàng • 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 cũng có thể hỗ trợ HDTV, có... trong khi phát lại Nếu công cụ CELP được sử dụng, việc thay đổi tốc độ phát lại có thể đạt được bằng cách sử dụng và thêm vào các công cụ để việc xử lí được hiệu quả 2.2.4.4 MPEG-4 Visual MPEG-4 Visual tiêu chuẩn cho phép mã hóa lai ghép các hình ảnh tự nhiên (căn cứ vào pixel) và các cảnh nhân tạo (lấy ra từ máy tính) Dưới đây là tổng quan về các công cụ và thuật toán của chuẩn hình ảnh MPEG-4 • Các... Truyền hình truy nhập ngẫu nhiên cho phép các chức năng như tạm dừng, chuyển đổi nhanh của các chương trình truyền hình được lưu trữ • Các chức năng Content-Based − Mã hóa Content-based hình ảnh và video cho phép tách biệt việc giải mã và tái thiết lại các đối tượng video được định dạng riêng − Truy nhập ngẫu nhiên nội dung các video cho phép các chức năng như tạm dừng, chyển đổi nhanh các chương trình truyền . dịch vụ truyền hình cáp. Nhằm mục đích nghiên cứu công nghệ IPTV, đồ án được xây dựng với bố cục theo các chương như sau: • Chương 1: Tổng quan công nghệ IPTV, giới thiệu sơ lược về công nghệ. thường được gọi là công nghệ tam giác (Triple play) về truyền tải dữ liệu, hình ảnh, âm thanh. Một cách định nghĩa đơn giản hơn, đó là nội dung chương trình truyền hình được truyền tới người. Như vậy ngoài các dịch vụ Internet tốc độ cao truyền thống, việc cung cấp các dịch vụ về Video và IPTV đã trở nên dễ dàng hơn nhiều. IPTV là công nghệ truyền dẫn hình ảnh kỹ thuật số tới người