intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

ĐỒ ÁN " TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX "

Chia sẻ: Tran Tuan Nam | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:149

Thêm vào BST
Báo xấu
187
lượt xem 59
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

IPTV là tên viết tắt của cụm từ Internet Protocol Television -truyền hình qua giao thức Internet. ITPV theo định nghĩa chính thức như sau: IPTV được định nghĩa là các dịch vụ đa phương tiện như truyền hình ảnh, tiếng nói, văn bản, dữ liệu được phân phối qua các mạng dựa trên IP mà được quản lý để cung cấp các cấp chất lượng dịch vụ, bảo mật, tính tương tác, tính tin cậy theo yêu cầu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ĐỒ ÁN " TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX "

  1. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 1 MỤC LỤC 2.4 Chuẩn MPEG-4.................................................................................................................................................................... 20 1. Hỗ trợ chất lượng dịch vụ (QoS).......................................................................................................................................... 53 2. Dịch vụ lập lịch MAC............................................................................................................................................................. 54 3. Quản lý tính di động............................................................................................................................................................... 55 4. An ninh..................................................................................................................................................................................... 57 I.Các nhân tố thành công chính khi triển khai IPTV trên WiMAX.................................59 II.Các dịch vụ IPTV.........................................................................................................62 III.Cấu trúc hệ thống triển khai IPTV trên WiMAX...................................................... 62 Hình 3.2: Phân bố dịch vụ IPTV trên WiMAX cho ........................................................63 thuê bao cố định và di động............................................................................................63 Hình 3.3: Mô hình hệ thống đề nghị cho các ứng dụng IPTV trên WiMAX.................64 Hình 3.4: Ngăn xếp để truyền dịch vụ IPTV trên WiMAX............................................65 Hình 3.5: Lớp MAC hỗ trợ QoS......................................................................................66 Hình 3.6: Cấu trúc lớp vật lý..........................................................................................67 Hình 3.7: Sơ đồ thu phát vô tuyến..................................................................................67 Hình 3.8: Tín hiệu video điều chế 16QAM nhận được ở một số kênh có trạng thái tốt (SS1, SS2, SS4, SS7, SS9) và không thu được ở các SS khác (SS3, SS5, SS8, SS10).......70 TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  2. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 2 Chương 1: GIỚI THIỆU IPTV I. Giới thiệu về IPTV 1. IPTV là gì? IPTV là tên viết tắt của cụm từ Internet Protocol Television -truyền hình qua giao thức Internet. ITPV theo định nghĩa chính thức như sau: IPTV được định nghĩa là các dịch vụ đa phương tiện như truyền hình ảnh, tiếng nói, văn bản, dữ liệu được phân phối qua các mạng dựa trên IP mà được quản lý để cung cấp các cấp chất lượng dịch vụ, bảo mật, tính tương tác, tính tin cậy theo yêu cầu. Như vậy IPTV đóng vai trò phân phối các dữ liệu, kể cả hình ảnh, âm thanh, văn bản qua mạng sử dụng giao thức Internet. Điều này nhấn mạnh vào việc Internet không đóng vai trò chính trong việc truyền tải thông tin truyền hình hay bất kì loại nội dung truyền hình nào khác. Thay vào đó, IPTV sử dụng IP là cơ chế phân phối mà theo đó có thể sử dụng Internet, đại diện cho mạng công cộng dựa trên IP, hay có thể sử dụng mạng riêng dựa trên IP. 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 kì cơ chế phân phối truyền hình nào khác. Ví dụ, set – top box IPTV có thể thông qua phần mềm để cho phép xem đồng thời 4 chương trình truyền hình trên màn hiển thị, hay có thể nhận tin nhắn sms, e – mail… 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 TV tương tác. Các loại hình dịch vụ được truyền tải thông qua một dịch vụ IPTV có thể bao gồm truyền hình trực tiếp chuẩn, truyền hình chất lượng HDTV, trò chơi tương tác va 2internet tốc độ cao. ♦ Sự dịch thời gian IPTV kết hợp với một máy ghi video kĩ thuật số cho phép dịch thời gian nội dung chương trình – một cơ chế cho việc ghi và lưu trữ nội dung IPTV để xem sau. ♦ Cá nhân hóa Một thệ thống IPTV đầu cuối hỗ trợ truyền thông tin hai chiều và cho phép người dùng cuối cá nhân hóa những thói quen xem TV của họ bằng cách cho phép họ quyết định những gì họ muốn xem và khi nào họ muốn xem ♦ Yêu cầu băng thông thấp Thay vì phân phối trên mọi kênh để tới mọi người dùng, công nghệ IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ chỉ truyền trên một kênh mà người dùng yêu c ầu. Đ ặc TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  3. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 3 điểm hấp dẫn này cho phép nhà điều hành mạng có thể tiết kiệm băng thông của mạng. ♦ Có thể truy xuất qua nhiều thiết bị Việc xem nội dung IPTV bây giờ không chỉ giới hạn ở việc sử dụng TV. Người dùng có thể sử dụng máy PC hay thiết bị di động để truy xuất vào các dịch vụ IPTV. 3. Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Intrenet Do đều được truyền trên mạng dựa trên giao thức IP, người ta đôi lúc hay nhầm IPTV là truyền hình Internet. Tuy nhiên, 2 dịch vụ này có nhiều điểm khác nhau: Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet công cộng để phân phát các nội dung video tới người sử dụng cuối. IPTV sử dụng mạng riêng để truyền các nội dung video đến khách 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 truy cập. Các mạng này chỉ giới hạn trong các khu vực địa lí cố định.Trong khi mạng Internet không có giới hạn về mặt địa lí, người dùng Internet nào cũng có thể xem truyền hình Internet ở bất kì đâu trên thế giới. ♦ Về quyền sở hữu hạ tầng mạng Khi nội dung video được gửi qua mạng Internet công cộng, các gói sử dụng giao thức Internet mạng nội dung video có thể bị trễ hoặc mất khi nó di chuyển trong các mạng khác nhau tạo nên mạng Internet công cộng. Do đó, nhà cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh qua mạng Internet không đảm bảo chất lượng truyền hình như với truyền hình mặt đất, truyền hình cáp hay truyền hình vệ tinh. Thực tế là các n ội dung video truyền qua mạng Internet khi hiển thị trên màn hình TV có thể bị giật và chất lượng hình ảnh thấp. Trong khi, 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 đ ể cung c ấp hình ảnh v ới chất lượng cao. ♦ Về 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 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 như, để download các chương trình truyền hình từ trên mạng Internet, đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm media cần thiết để xem được nội dung đó. Hay hệ thống quản lí bản quyền cũng cần để hỗ trợ cơ chế truy cập. ♦ Về giá thành Phần trăm nội dung chương trình được phân phát qua mạng Internet công cộng tự do thay đổi. Điều này khiến các công ty truyền thông đưa ra các loại dịch vụ d ựa TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  4. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 4 trên mức giá thành. Giá thành các loại dịch vụ IPTV cũng gần giống với mức phí hàng tháng của truyền hình truyền thống. Các nhà phân tích mong rằng truyền hình Internet và IPTV có thể hợp lại thành 1 loại hình dịch vụ giải trí. 4. Cơ sở hạ tầng mạng IPTV Hình 1.1 mô hình hệ thống IPTV ♦ Trung tâm dữ liệu Cũng được biết đến như là “đầu cuối - headend”. Trung tâm dữ liệu IPTV nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm truyền hình địa phương, các nhà tập hợp nội dung, nhà sản xuất, qua đường cáp, trạm số mặt đất hay vệ tinh. Ngay khi nhận được nội dung, một số các thành phần phần cứng khác nhau từ thiết bị mã hóa và các máy chủ video tới bộ định tuyến IP và thiết bị bảo mật giành riêng đ ược sử dụng để chuẩn bị nội dung video cho việc phân phối qua mạng dựa trên IP. Thêm vào đó, hệ thống quản lý thuê bao được yêu cầu để quản lý hồ sơ và phí thuê bao của những người sử dụng. Chú ý rằng, địa điểm thực của trung tâm dữ liệu IPTV được yêu cầu bởi hạ tầng cơ sở mạng được sử dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ. ♦ Mạng truyền dẫn băng thông rộng Việc truyền dẫn dịch vụ IPTV yêu cầu kết nối điểm – điểm. Trong trường hợp triển khai IPTV trên diện rộng, số lượng các kết nối điểm – điểm tăng đáng kể và yêu cầu độ rộng băng thông của cơ sở hạ tầng khá rộng. Sự tiến bộ trong công nghệ mạng trong những năm qua cho phép những nhà cung cấp viễn thông thỏa mãn một lượng lớn yêu cầu độ rộng băng thông mạng. Hạ tầng truyền hình cáp dựa trên cáp đồng trục lai cáp quang và các mạng viễn thông dựa trên cáp quang rất phù hợp để truyền tải nội dung IPTV. ♦ Thiết bị người dùng IPTV TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  5. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 5 Thiết bị người dùng IPTV (IPTVCD) là thành phần quan trọng trong việc cho phép mọi người có thể truy xuất vào các dịch vụ IPTV. Thiết bị này kết nối vào mạng băng rộng và có nhiệm vụ giải mã và xử lý dữ liệu video dựa trên IP gửi đ ến. Thiết bị người dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để có thể tối thiểu hóa hay loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của lỗi, sự cố mạng khi đang xử lý nội dung IPTV ♦ Mạng gia đình Mạng gia đình kết nối với một số thiết bị kĩ thuật số bên trong một diện tích nhỏ. Nó cải tiến việc truyền thông và cho phép chia sẻ tài nguyên (các thiết bị) kĩ thuật số đắt tiền giữa các thành viên trong gia đình. Mục đích của mạng gia đình là để cung cấp việc truy cập thông tin, như là tiếng nói, âm thanh, dữ liệu, giải trí, giữa những thiết bị khác nhau trong nhà. Với mạng gia đình, người dùng có thể tiết ki ệm tiền và thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi như là máy in và máy scan, cũng như kết nối Internet băng rộng, có thể được chia sẻ một cách dễ dàng II.Lý thuyết cơ bản về hệ thống mạng IP 1. Lý thuyết cơ bản hỗ trợ trong mạng IPTV Việc đóng gói các chương trình video bao gồm việc chèn và tổ chức các dữ liệu video thành các gói riêng biệt. 1.1 Tổng quan về mô hình truyền thông IPTV (IPTVCD) Mô hình truyền thông trong IPTV có 7 lớp (và một lớp tùy chọn) được xếp chồng lên nhau. Các dữ liệu video ở phía thiết bị gửi được truyền từ lớp cao xuống lớp thấp trong mô hình IPTV, và được truyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao thức của lớp vật lí. Ở thiết bị nhận, dữ liệu nhận được chuyển từ lớp thấp nhất đến lớp trên cùng trong mô hình IPTV. Hình 1.2: Mô hình truyền thông IPTV TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  6. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 6 Do đó, nếu một bộ mã hóa gửi chương trình video đến một thiết bị IPTV c ủa khách hàng, thì phải chuyển qua các lớp trong mô hình IPTV ở cả phía thiết bị nhận và thiết bị gửi. Mỗi lớp trong mô hình IPTV độc lập với nhau và có chức năng riêng. Khi chức năng này được thực hiện, dữ liệu video được chuyển đến lớp tiếp theo trong mô hình IPTV. Mỗi lớp sẽ thêm vào hoặc bỏ đi phần thông tin điều khiển của các gói video trong quá trình xử lí. Thông tin điều khiển chứa các thông tin giúp thi ết bị có thể sử dụng gói dữ liệu đúng chức năng của nó, và thường được định dạng như các header hoặc trailer. Bên cạnh việc truyền thông giữa các lớp, còn có các liên kết ảo giữa các tầng cùng mức. 7 lớp và 1 lớp bổ sung trong mô hình IPTV có thể được chia làm 2 loại: các lớp cao và lớp thấp. các tầng cao hơn thì quan tâm nhiều h ơn t ới các ứng dụng của IPTV và các định dạng file, trong khi các tầng thấp hơn thì quan tâm tới việc truyền tải các nội dung. Mô hình IPTV và truyền tải các nội dung MPEG: ♦ Lớp mã hóa video Quá trình truyền thông bắt đầu ở lớp mã hóa, các tín hiệu tương tự hoặc số được nén. Tín hiệu lối ra của bộ nén là các dòng MPEG cơ bản. Các dòng MPEG cơ bản được định nghĩa là các tín hiệu số liên tục thời gian thực. Có nhiều loại dòng cơ bản. VD, âm thanh được mã hóa sử dụng MPEG được gọi là “dòng âm thanh cơ bản”. Một dòng cơ bản thực ra chỉ là tín hiệu thô ra từ bộ mã hóa. Các dòng dữ liệu đ ược tổ chức thành các khung tại lớp này. Các thông tin chứa trong một dòng cơ bản có thể bao gồm: +Loại khung và tốc độ. +Vị trí của những block dữ liệu trên màn hình. +Tỉ số cạnh. +Các dòng cơ bản là nền tảng để tạo nên các dòng MPEG. ♦ Lớp đóng gói video Để truyền các dòng âm thanh, dữ liệu và hình ảnh cơ bản qua mạng số, mỗi dòng cơ bản này phải được chuyển đổi sang một dòng được chèn của gói PES đã được đánh dấu thời gian (PES- parketized Element Stream ). Một dòng PES chỉ bao gồm một loại dữ liệu từ một nguồn. Một gói PES có thể có kích thước khối cố định hoặc thay đổi, có thể lên tới 65536 byte/gói. Bao gồm 6 byte header, và số byte còn lại chứa nội dung chương trình. Do bản chất của mạng, thứ tự hay chuỗi các khung video từ lối ra của trung tâm dữ liệu IPTV có thể khác thứ tự các khung do các thiết bị của người dùng nhận được. Do đó, để giúp đỡ quá trình đồng bộ, các hệ thống dựa trên MPEG thường dán nhãn các gói PES khác nhau trong chuỗi video. Có 2 loại nhãn thời gian được sử dụng đối với mỗi gói PES: nhãn thời gian trình diễn (PTS), và nhãn thời gian giải mã (DTS): + PTS--- nhãn thời gian trình diễn có giá trị thời gian 33 bit, được đặt trong trường PES header. Mục đích của việc sử dụng PTS cho mỗi gói là đ ể xác đ ịnh xem khi nào và theo trật tự nào thì gói đó được xem (bởi người xem). + DTS--- nhãn giải mã để sử dụng giúp bộ giải mã ở thiết bị của người sử dụng biết khi nào xử lí gói đó. TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  7. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 7 Như đã chỉ ra ở trên, thứ tự các gói được truyền đi qua mạng khác với thứ tự các gói nhận được ở thiết bị của người sử dụng. Thiết bị người sử dụng IPTV s ẽ dùng các nhãn PTS và DTS để tái tạo lại nội dung video gốc. Bên cạnh việc gửi đi các nội dung nén MPEG-2, PES còn có khả năng truyền tải các khối H.264/AVC qua mạng IPTV. Hình 1.3: Ứng dụng nhãn thời gian với các gói MPEG PES ♦ Lớp cấu trúc dòng truyền tải Lớp tùy chọn này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Lớp này hoạt động như một lớp trung gian giữa các nội dung được nén MPEG-2, H.264/AVC ở lớp cao hơn và các lớp thấp hơn trong mô hình IPTV. Giao thức RTP chính là lõi của lớp này và thường là block cơ sở hỗ trợ truyền dòng nội dung theo thời gian thực qua mạng IP. Chú ý rằng, kĩ thuật RTP thường được triển khai trong các mạng không đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS để truyền các dịch vụ IPTV. Mặc dù RTP giúp làm tăng khả năng các dòng tới đích trong trật tự đúng, nhưng không được thiết kế đ ể đảm bảo các mức chất lượng dịch vụ. Do đó, trách nhiệm của nhà cung cấp dịch vụ là đảm bảo video luôn được ưu tiên khi chúng được truyền đi trong hạ tầng mạng. ♦ Lớp giao thức truyền tải thời gian thực Lớp tùy chọn này được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau. Lớp này hoạt động như một lớp trung gian giữa các nội dung được nén MPEG-2, H.264/AVC ở lớp cao hơn và các lớp thấp hơn trong mô hình IPTV. Giao thức RTP chính là lõi của lớp này và thường là block cơ sở hỗ trợ truyền dòng nội dung theo thời gian thực qua mạng IP. Chú ý rằng, kĩ thuật RTP thường được triển khai trong các mạng không đảm bảo chất lượng dịch vụ QoS để truyền các dịch vụ IPTV. Mặc dù RTP giúp làm tăng khả năng các dòng tới đích trong trật tự đúng, nhưng không được thiết kế đ ể đảm bảo các mức chất lượng dịch vụ. Do đó, trách nhiệm của nhà cung cấp dịch vụ là đảm bảo video luôn được ưu tiên khi chúng được truyền đi trong hạ tầng mạng. ♦ Lớp truyền tải TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  8. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 8 Thông thường các gói RTP là dạng đầu vào của lớp truyền tải. Điều đáng chú ý là có thể ánh xạ trực tiếp các gói MPEG-TS sang payload giao thức của lớp truy ền tải. Lớp truyền tải IPTV được thiết kế để đảm bảo các kết nối đ ầu cuối là tin cậy. Nếu dữ liệu tới thiết bị người nhận không đúng. Lớp truyền tải sẽ truyền lại. Lớp truyền tải thông báo với lớp trên để có các thông tin chính xác hơn. TCP và UDP là 2 giao thức quan trọng nhất được sử dụng ở lớp này. a) Sử dụng TCP để định tuyến các gói IPTV TCP là giao thức cốt lõi của bộ giao thức internet và được xếp vào loại định hướng kết nối. Điều này cơ bản có nghĩa là kết nối được thiết lập giữa đầu cuối nhà cung cấp và thiết bị IPTV của người sử dụng để truyền các chương trình qua mạng. TCP có khả năng điều khiển lỗi xảy ra trong quá trình truyền các chương trình qua mạng. Các lỗi như mất gói, mất trật tự gói,hoặc lặp gói thường gặp trong môi trường truyền IPTV. Để xử lí các tình huống này, TCP sử dụng hệ thống các số liên tục để cho phép thiết bị gửi có thể gửi lại các dữ liệu hình ảnh bị mất hoặc h ỏng. Hệ thống số liên tục này là trường có độ dài 32 bit trong cấu trúc gói. Tr ường đ ầu tiên chứa chuỗi số bắt đầu của dữ liệu trong gói và trường thứ hai chứa giá trị của chuỗi số tiếp theo mà video server đang đợi (mong) nhận trở lại từ IPTVCD. Hình 1.4: Cơ chế điều khiển luồng của TCP Bên cạnh việc sửa các lỗi có thể xảy ra trong quá trình truyền nội dung video qua mạng IP băng rộng, TCP còn có điều khiển luồng dữ liệu. Điều này có thể đạt TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  9. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 9 được bằng cách sử dụng trường kích thước cửa sổ, với thuật toán được gọi là cửa sổ trượt. Giá trị trong trường này xác định số các byte có thể truyền đi qua mạng tr ước khi nhận được xác nhận từ phía thiêt bị nhận. Trong môi trường IPTV, giá trị trường kích thước cửa sổ chính là kích thước vùng đệm trong IPTVCD trừ đi lượng nội dung đã có trong vùng đ ệm tại một thời điểm. Dữ liệu này sẽ được giữ cho tới khi bản tin thông báo đã nhận được gửi về từ IPTVCD. Khi giá trị của trường này bằng 0, IPTVCD ở phía đầu thu sẽ không đủ khả năng xử lí các dữ liệu IPTV ở tốc độ đủ lớn. Khi đó, TCP sẽ chỉ thị cho video server dừng hoặc làm chậm lại tốc độ gửi các gói dữ liệu tới IPTVCD. Điều này sẽ đảm bảo rằng IPTVCD sẽ không bị tràn các gói dữ liệu tới. Khi IPTVCD đã xử lí xong các các gói dữ liệu trong vùng đệm và video server đã biết được điều đó thì giá tr ị tại vùng đệm sẽ tăng lên, và video server sẽ bắt đầu truyền tiếp các nội dung. Trong môi trường IPTV lí tưởng, số của cửa số được báo về từ IPTVCD sẽ báo cho server biết không gian vùng đệm còn trống chính là tốc độ mà tại đó các nội dung video được gửi đi từ video server. Các cổng TCP và Socket: Mỗi điểm cuối của một liên kết IPTV thì có một địa chỉ IP và một giá trị cổng liên quan. Vì thế mỗi liên kết có 4 thành phần khác nhau: + Địa chỉ IP của video server. + Số của cổng của video server. + Địa chỉ IP của IPTVCD. + Số của cổng của IPTVCD. Việc kết hợp địa chỉ IP và số của cổng cho phép một tiến trình trên IPTVCD có thể liên lạc trực tiếp với tiến trình đang chạy trên một trong các máy server đ ược đặt ở trung tâm dữ liệu IPTV. Socket cũng là một thành phần quan trọng khác trong mô hình truyền thông IP. Một socket về cơ bản là một giao diện ứng dụng chương trình (API), được sử dụng để làm việc liên lạc giữa các tiến trình đang chạy trên một thiết bị IP. Một socket được thiết lập bằng cách kết hợp địa chỉ IP với số của cổng. Hình 1.5: Quá trình truyền thông trong mạng IPTV TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  10. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 10 Để hiểu hơn về mối liên hệ giữa địa chỉ IP và socket xét các bước để thiết lập một kênh truyền thông giữa một tiến trình chạy trên IPTVCD và một tiến trình chạy trên trung tâm cung cấp dữ liệu IPTV. Bước được mô tả như sau: (1) Chuẩn bị dữ liệu: Tiến trình gửi chạy trên hệ thống server dòng IPTV chuẩn bị nội dung và gọi module truyền thông TCP/IP để truyền các dữ liệu tới một tiến trình đang chạy trên một IPTVCD. Các tiến trình truyền thông bắt đầu và thông tin header được thêm vào nội dung khi truyền qua các lớp trong IPTVCD. (2) Thiết lập kết nối logic TCP: Cả 2 đầu kết nối đều đ ược đ ịnh nghĩa bởi một địa chỉ IP và một số cổng, kết hợp giữa địa chỉ IP và số cổng gọi là socket. Hệ thống địa chỉ đối với liên kết truyền thông bao gồm các thành phần sau: + Giao thức. + Địa chỉ IP của máy chủ IPTV. + ID của tiến trình chạy trên máy chủ IPTV . + Địa chỉ IP của IPTVCD. + ID của tiến trình chạy trên IPTVCD. (3) Truyền dữ liệu: Truyền thông bắt đầu thông qua socket giữa 2 tiến trình từ phía IPTV server đến IPTVCD. (4) Quản lí các dòng nội dung IPTV:Giao thức TCP quản lí các dòng IPTV trong khi kết nối được thiết lập. (5) Hủy bỏ kết nối: Khi hoàn thành việc truyền các nội dung IPTV, IPTVCD hoặc trung tâm dữ liệu sẽ hủy bỏ socket và kết nối mạng. b) Sử dụng UDP để định hướng các gói IPTV: UDP là giao thức thuộc về bộ giao thức Internet. UDP cho phép máy chủ kết nối với mạng băng rộng để gửi tới các IPTVCD dịch vụ truyền hình quảng bá có chất lượng hài lòng người dùng. UDP giống với TCP nhưng là phiên bản sơ lược hơn, đưa ra cho số lượng tối thiểu các dịch vụ truyền tải. UDP là giao thức không liên kết, điều đó có nghĩa là kết nối giữa video server và IPTVCD không cần phải thiết lập trước khi dữ liệu được truyền đi. Video server đơn giản chỉ thêm vào địa chỉ IP đích và số cổng vào datagram và gửi tới cơ sở mạng đ ể phân phát t ới đ ịa ch ỉ IP đích. Khi trên mạng, UDP sử dụng cách tốt nhất để cố gắng thu được dữ liệu về điểm đích của nó. Chú ý rằng UDP sử dụng các khối dữ liệu được gọi là các datagram để truyền nội dung qua mạng. Ưu điểm và nhược điểm của UDP: + Ưu điểm của UDP: Không có ngắt trong quá trình truyền nội dung video: không có trễ trong quá trình phân phối ngay cả khi trong mạng có các gói bị trễ hoặc bị hỏng. Ngược lại, khi sử dụng TCP, có thể xảy ra sự ngắt quãng khi phải chờ các gói bị trễ và các khung hình tới hoặc phải chờ các gói bị hỏng được thay thế. Dung lượng thấp: Kích thước header của UDP chỉ bao gồm có 8 byte trong khi TCP header chiếm tới 20 byte. Tốc độ thiết lập kết nối: thời gian thiết lập và hủy bỏ kết nối giữa IPTVCD và các thiết bị ở trung tâm dữ liệu IPTV ngắn. Do đó, việc phân phối các gói sử dụng giao thức UDP thường nhanh hơn so với sử dụng giao thức TCP. TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  11. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 11 Hỗ trợ truyền một chiều: UDP không yêu cầu đường về, do đó cho phép các công ty sử dụng vệ tinh có thể truyền nội dung IPTV truyền đa điểm tới khách hàng của mình. + Nhược điểm của UDP: Mặc dù UDP là nhanh chóng và hiệu quả đối với các ứng dụng cần thời gian, và sẽ là không hiệu quả trong trường hợp: Tính toàn vẹn của dữ liệu: Tính toàn vẹn của dữ liệu khi sử dụng UDP là không được bảo đảm khi UDP chỉ cung cấp một dịch vụ duy nhất là kiểm tra tổng và multiplexing thông qua số cổng. Bất kì vấn đề nào cũng có thể xảy ra trong quá trình truyền thông ở tại đầu cuối nào cần được điều khiển độc lập với các ứng dụng. Các vấn đề thường gặp như là phát lại, đóng gói và lắp ráp lại, truyền lại các gói bị mất, sự tắc nghẽn, và điều khiển luồng nằm ngoài khả năng sửa lỗi của UDP. Khó khăn trong việc vượt qua các tường lửa: Nhiều loại tường lửa trên mạng chặn các thông tin UDP gây ra các lỗi trong quá trình truyền thông. Đây không phải là vấn đề lớn đối với các nhà cung cấp dịch vụ IPTV, tuy nhiên nó cũng ảnh hưởng tới các công ty cung cấp dịch vụ Internet TV. Đối với IPTV, UDP tỏ ra hữu ích khi trung tâm dữ liệu cần gửi các nội dung video IP tới nhiều IPTVCD và là giao thức mức truyền tải phổ biến nhất mà các nhà cung cấp dịch vụ IPTV. c) Sự khác biệt giữa TCP và UDP Khi các nhà cung cấp dịch vụ phát các nội dung IPTV tới các thuê bao, điều quan trọng là các nội dung này phải đến thiết bị của người dùng đúng lúc và trong dạng đúng. Nói cách khác, các gói video phải không bị ngắt quãng. Do đó, các nhà cung cấp dịch vụ cần chắc chắn sử dụng giao thức hỗ trợ khả năng phân phối qua hạ tầng mạng. Mặc dù TCP cung cấp các ứng dụng với nhiều đặc trưng về mạng so với UDP, nhưng các nhà cung cấp dịch vụ IPTV không thường chọn TCP là giao thức truyền tải. Điều này chỉ ra một thực tế rằng IPTV là ứng dụng thời gian thực và không có trễ. TCP có thể đưa ngầm vào sự phân phối nội dung video IP do thực tế rằng giao thức sử dụng cơ chế điều khiển dòng. Đặc điểm và hạn chế cuả TCP đối với phân phối chương trình thời gian thực: o Cân bằng giữa độ nhạy và độ trễ---- IPTV ít nhạy với mất hoặc ngắt gói hơn là với độ trễ. Việc truyền lại các gói nâng cao độ tin cậy c ủa kết n ối gi ữa máy chủ và thiết bị truy cập IPTV. Tuy nhiên, khi việc truyền lại diễn ra nhiều thì sẽ làm độ trễ tăng lên. o TCP là giao thức kết nối liên kết---- Như đã trình bày ở trên TCP yêu cầu thiết lập kết nối logic giữa máy chủ và IPTVCD trước khi truyền các nội dung IPTV. Khi người xem chuyển từ kênh này sang kênh khác cũng sẽ gây ra độ trễ đối với môi trường truyền hình trực tiếp của IPTV. o Hỗ trợ sửa lỗi---- TCP cung cấp nhiều tính năng, đáng chú ý là khả năng s ửa lỗi và điều khiển luồng. Tuy nhiên, việc sửa lỗi trong mạng IP video có thể làm giảm chất lượng dịch vụ tới khách hàng. o Đặc điểm của truyền video: video bao gồm một chuỗi các ảnh liên tiếp, bất cứ khi nào xảy ra ngắt với tốc độ mà tại đó các hình ảnh này đ ược xử lí và TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  12. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 12 hiển thị trên IPTVCD cũng làm giảm chất lượng hình ảnh hiển thị và ảnh hưởng tới người sử dụng. Thời gian xử lí mỗi ảnh riêng biệt chỉ mất khoảng một phần của giây. o Nếu sử dụng TCP để sửa lỗi do ngắt, cơ chế sửa lỗi như sau:  IPTVCD sẽ báo gói dữ liệu bị lỗi bằng việc đặt cờ.  Một bản tin sẽ được gửi tới máy chủ IPTV để thông báo cho ứng dụng biết một trong các gói nhận được bị ngắt.  Dưới sự quản lí của TCP, máy chủ cần phải tìm ra và gửi lại gói bị ngắt.  IPTVCD nhận được gói mới trong vùng đệm và hiển thị nội dung video trong gói đó.  Trong khi TCP thực hiện các bước ở trên, IPTVCD phải chờ gói bị lỗi được truyền lại và phải để trống luồng video hoặc bỏ qua gói truyền lại khi nhận được, Do đó kĩ thuật sửa lỗi của TCP là không cần thiết. o Mất gói IP----- quá trình xử lí mất các gói IPTV nhiều hay ít cũng giống như quá trình sửa ngắt gói IPTV. Các gói bị mất cũng cần được truyền lại, gây ra ảnh hưởng bất lợi tới dịch vụ phân phối IPTV. o Hỗ trợ điều khiển luồng---- Bên cạnh vấn đề sửa lỗi và thiết l ập kết nối logic, giao thức TCP còn hỗ trợ điều khiển tốc độ bit luồng dữ liệu gửi đi, có thể gây ra nhiều trở ngại trong việc truyền và nhận nội dung IPTV. Trở ngại này xảy ra khi vùng đệm IPTV bắt đầu tràn các gói IPTV hoặc mạng bị nghẽn. Khi xảy ra trường hợp này, máy chủ nhận được yêu cầu giảm tốc độ gửi các gói tin lên mạng. Nếu máy chủ thực hiện yêu cầu giảm tốc độ, có một khả năng đó là: khi tốc độ giảm xuống hình ảnh sẽ không thể hiển thị đ ược. Nếu bản tin dừng được thực hiện, dịch vụ IPTV sẽ bị tắt hoàn toàn. o Không hỗ trợ đa truyền thông---- TCP không hoạt động hiệu quả trong môi trường đa truyền thông, Do đó, UDP là lựa chọn tốt hơn TCP đối với các dịch vụ truyền thông như các ứng dụng đa truyền thông IPTV và truyền quảng bá. Đây là những nguyên nhân chính TCP ít được sử dụng trong IPTV trực tiếp. TCP được dùng trong các ứng dụng khác như e-mail, download các chương trình Internet TV. Mặc dù, độ tin cậy và khả năng sửa lỗi của UDP không bằng TCP nhưng UDP là giao thức được lựa chọn để phân phát các dịch vụ IPTV. UDP có các nhược điểm sau: không có khả năng tìm và sửa lỗi. Vấn đ ề này được khắc phục bằng cách gắn các hàm sửa lỗi vào các ứng dụng IPTV chạy trên các mạng hoặc trong chính các dòng video. ♦ Lớp IP Sau lớp truyền tải là lớp IP (còn được gọi là lớp liên mạng ). Nhiệm vụ chính của lớp này là đưa các dữ liệu tới các vị trí mạng riêng biệt thông qua nhiều mạng độc lập được liên kết với nhau được gọi là liên mạng. Lớp này được sử dụng để gửi các dữ liệu thông qua các đường khác nhau tới đích. IP là giao thức tốt nhất được sử dụng trong lớp liên mạng, giao thức này cung cấp dịch vụ phân phát gói cơ bản cho TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  13. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 13 tất cả các dịch vụ IPTV. Các loại dịch vụ này với hệ thống truyền đơn điểm, nơi các gói được truyền từ nguồn tới một IPTVCD đích, khác với hệ thống truyền đa điểm nơi mà các gói được truyền từ máy chủ tới nhiều IPTVCD. IPv4 là giao thức phổ biến nhất được sử dụng trong mạng IPTV ngày nay. Nhiệm vụ chính của IP là phân phát các bit dữ liệu trong các gói từ nguồn tới đích. IP sử dụng kĩ thuật có hiệu quả cao nhất để phân phát dữ liệu. Nói cách khác không có tiến trình nào đảm bảo quá trình phân phát chính xác thông tin qua mạng. Các khối cơ sở của giao thức IP là các đoạn bit dữ liệu được đặt trong các gói và đ ược đ ịnh đ ịa chỉ. Gói IP là đơn vị dữ liệu bao gồm dữ liệu video thực và các thông tin của việc nhận video từ trung tâm cung cấp dữ liệu IPTV tới đích IPTVCD. Cách đánh địa chỉ IP: trong môi trường IPTV, địa chỉ IPv4 thường được dùng để định nghĩa IPTVCD và trung tâm cung cấp dữ liệu. Địa chỉ IPv4 là chuỗi 4 s ố được ngăn cách với nhau bằng các dấu chấm để định nghĩa một cách chính xác vị trí vật lí của một thiết bị, ví dụ như set-top box, trong mạng. Đ ịa chỉ IPv4 gồm 32 bit trong hệ nhị phân. Các số nhị phân này được chia thành 4 octet, mỗi octet 8 bit, mỗi octet được đại diện bởi 1 số hệ thập phân nằm trong khoảng từ 0 đến 255. Mỗi octet được ngăn cách bởi 1 dấu chấm trong hệ thâp phân. Địa chỉ IP được tổ chức thành 2 phần: (1) Địa chỉ mạng dùng để định nghĩa mạng băng rộng mà IPTVCD kết nối tới. (2) Địa chỉ host dùng để định nghĩa các thiết bị IPTV. Một điểm đáng chú ý là một vài bit đầu tiên của địa chỉ sẽ định nghĩa các bit còn lại của trường địa chỉ sẽ được phân chia thế nào cho host và mạng. Để thuận lợi cho việc sư dụng và quản lí, địa chỉ IP được chia thành các lớp khác nhau. Bên cạnh việc chia thành các lớp, một số địa chỉ IP được dành riêng cho các mạng tư nhân. Các địa chỉ này nằm trong dải: 10.0.0.0 to 10.255.255.255 172.16.0.0 to 172.31.255.255 192.168.0.0 to 192.168.255.255 TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  14. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 14 Hình 1.6: Các lớp địa chỉ IP a) Mạng con IPTV Trong các mạng lớn IPTV với hàng ngàn IPTVCD trải rộng trên một khu vực địa lí rộng, mạng dựa trên IP này cần được chia thành các mạng nhỏ hơn gọi là mạng con. Mạng con của mạng IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ định nghĩa và giám sát các phần riêng biệt trong mạng mà không cần địa chỉ IPv4 mới. Người điều hành mạng cũng sử dụng địa chỉ mạng con để giấu đi cấu trúc mạng nội bộ để tránh bị tấn công từ mạng Internet công cộng. Người quản trị mạng IPTV sử dụng các số riêng biệt được gọi là địa chỉ subnet mask để tạo các mạng con trong môi trường IPTV. Subnet mask là địa chỉ IP 32 bit. Giá trị mặc định của subnet mask của l ớp A, B, C là: Class A----- 255.0.0.0 Class B----- 255.255.0.0 Class C-----255.255.255.0 Các tiến trình chạy trên mạng con thường được quản lí bởi thiết bị phần cứng gọi là router. Một router có thể nối với nhiều mạng và quyết định thông tin s ẽ đ ược gửi đến đâu trong mạng. b) Tương lai của địa chỉ IP Khi cấu trúc địa chỉ IP của mạng Internet mới được phát triển trong những năm đầu của thập kỉ 80, người ta đã cho rằng nó đáp ứng được nhu cầu của người dùng hiện tại và trong tương lai. Địa chỉ IP 32 bit trong vesion IPv4 có thể đánh địa chỉ cho hơn 4 tỉ máy trạm trong khoảng 16,7 triệu mạng khác nhau.Đ ịa chỉ IPv4 không TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  15. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 15 đáp ứng được nhu cầu tốc độ phát triển của mạng Internet như hiện nay.Tốc độ phát triển của mạng Internet đã nằm ngoài dự đoán của những người phát triển giao thức IP và số lượng mạng kết nối với mạng Internet tăng lên từng tháng. Để tìm giải pháp cho hạn chế của địa chỉ IPv4, Nhóm Kĩ Sư mạng Internet đã đưa ra version mới IPv6 với 128 bit địa chỉ. . IPv6 có thể cung cấp l ượng đ ịa ch ỉ gấp hàng tỉ lần số địa chỉ IPv4. IPv6 có cả các khả năng cung cấp hỗ trợ việc xác thực, tính toàn vẹn QoS, mã hóa và bí mật. Việc sử dụng IPv6 trên mạng IPTV là thích hợp bởi vì cơ chế QoS bên trong nó và có khả năng hỗ trợ số lượng không giới hạn các IPTVCD.Từ 5 tới 10 năm tới, IPv6 sẽ dần thay thế IPv4. Tại sao lại sử dụng IPv6 khi triển khai IPTV ? IPv6 có tính năng vượt trội hơn so với IPv4. Các nguyên nhân chính khiến các nhà cung cấp dịch vụ xem xét việc sư dụng IPv6: Quy mô được tăng lên: IPv4 dùng địa chỉ 32 bit trong khi IPv6 dùng địa chỉ 128 bit, lớn hơn gấp 4 lần. Điều này cho phép nhà cung cấp dịch v ụ IPTV mở r ộng s ố lượng thiết bị có thể quản lý . Cấu trúc header đơn giản: IPv6 giảm kích thước header xuống còn 40 byte cố định và đơn giản cấu trúc của trường header. Tăng mức độ bảo vệ: IPv6 có 2 đặc điểm giúp tăng mức độ bảo vệ: (1) Bao gồm header xác thực----- bao gồm các bản tin xác nhận và kiểm tra người gửi gói. (2) Payload bảo mật được đóng gói----- đặc điểm này đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu IPTV và bảo mật giữa các máy chủ trung tâm dữ liệu IPTV và các IPTVCD khác. Lưu lượng thời gian thực tốt hơn: khả năng dán nhãn luồng của IPv6 cho phép nhà cung cấp dịch vụ đánh dấu các gói riêng, phụ thuộc vào từng loại dịch vụ. Trong môi trường triple-play, các router có thể coi các gói IP được dán nhãn với một nhận dạng video là các gói IP được dán nhãn khi mang nội dung web. Tự động cấu hình: Khả năng plug and play của IPv6 giúp giảm bớt độ phức tạp khi cài đặt dịch vụ IPTV tại nhà của khách hàng. Vì những ưu điểm kể trên IPv6 được xem như giải pháp lâu dài để hỗ trợ triển khai các thiết bị số ở quy mô lớn, có thể sử dụng nhiều loại ứng dụng dựa trên IP. Nhược điểm chính khi sử dụng giao thức IP là không có gì đảm bảo rằng khi nào các gói tới đúng đích hay gói có đến đúng lúc không, ngay cả thứ tự các gói được chuyển đến cũng không được xác định. Do đó, lớp IP làm việc cùng với giao thức lớp truyền tải để đảm bảo rằng các gói đến IPTVCD đúng lúc và theo trật tự đúng. IP cũng làm cho quá trình phân phát nội dung video bị trễ. ♦ Lớp liên kết dữ liệu Lớp liên kết dữ liệu lấy các dữ liệu thô từ lớp IP và định dạng chúng thành các gói phù hợp để truyền qua mạng vật lí. Chú ý, lớp liên kết dữ liệu khác với các giao thức mạng. Kĩ thuật Ethetnet là một trong những kĩ thuật phổ biến hơn được sử dụng TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  16. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 16 trong hệ thống IPTV. Lớp liên kết dữ liệu bao gồm các chức năng dành cho các mạng dựa trên Ethernet: Encapsulation---- Lớp này thêm vào các gói IPTV một header. Ethernet header là loại Encapsulation phổ biến nhất dùng trong lớp liên kết dữ liệu của IPTVCD. Định địa chỉ---- Lớp liên kết dữ liệu xử lí các địa chỉ vật lí của mạng người sử dụng và các thiết bị chủ. Hệ thống địa chỉ khác nhau với các topo mạng. Ví dụ, địa chỉ MAC được sử dụng trong mạng Ethernet. Mỗi thiết bị kết nối với mạng IPTV thì có 1 địa chỉ MAC. Độ dài của địa chỉ MAC là 48 bit và thường được biểu diễn bằng 12 số trong hệ 16. Trong 12 số hệ 16 này, 6 số đầu tiên đ ể dành cho nhà s ản xu ất thiết bị IPTV và các số còn lại được dùng để định nghĩa giao diện mạng ảo. Kiểm tra lỗi----- chức năng kiểm tra lỗi được dùng trong vài lớp của mô hình IPTV, bao gồm cả lớp liên kết dữ liệu. Các gói bị ngắt là lỗi thường gặp trong quá trình truyền các nội dung video qua mạng dựa trên IP. Phương pháp sửa lỗi thường dùng là kiểm tra dư thừa vòng (CRC) trong IPTV để tìm và loại bỏ các gói bị ngắt. Sử dụng kĩ thuật CRC thiết bị gửi IPTV thực hiện việc tính toán trên các gói và l ưu tr ữ kết quả trong gói. Các phép tính toán tương tự cũng được thực hiện trên thiết bị nhận khi nhận được các gói. Nếu kết quả tính toán là như nhau, thì các gói được xử lí bình thường. Tuy nhiên, nếu kết quả này là khác nhau, thì gói bị lỗi sẽ bị loại bỏ.Thiết bị gửi sẽ tạo một gói mới và gửi lại nó. Thông báo với lớp trên trong mô hình IPTV khi có lỗi xảy ra là nhiệm vụ chính của lớp liên kết dữ liệu trong kĩ thuật kiểm tra lỗi mà các hệ thống IPTV end to end. Điều khiển luồng---- Điều khiển luồng là một trong chức năng của lớp truyền tải. Trong mạng IPTV, điều khiển luồng cho thiết bị IPTV của người sử dụng không bị tràn bởi các nội dung. Lớp liên kết dữ liệu cùng với lớp truyền tải thực hiện bất kì yêu cầu điều khiển luồng nào. ♦ Lớp vật lý Lớp vật lí quy định luật lệ truyền các bit số qua mạng. Nó đề cập đến việc đưa các dữ liệu qua các mạng vật lí riêng biệt như xDSL, và không dây. Lớp này định nghĩa cấu hình mạng vật lí, thông số kĩ thuật, điện trong môi trường truyền. Khi dòng bit được truyền qua mạng, các gói được chuyển từ lớp thấp đến lớp cao trong mô hình truyền thông IPTV. Ví dụ lớp liên kết dữ liệu sẽ kiểm tra các gói và loại bỏ đi phần header Ethernet và trường sửa lỗi CRC. Tiếp đó sẽ kiểm tra trường kiểu mã của Ethernet header và xác định gói cần được xử lí bởi giao thức IP. Do đó gói dữ liệu được chuyển lên lớp mang. Lớp mạng kiểm tra và loại bỏ đi phần IP header và chuyển gói đó lên lớp truyền tải. Phương pháp bỏ đi phần header khi qua các lớp khác nhau gọi là bóc gói. Quá trình này tiếp tục đươc thực hiện cho tới khi gói dữ liệu lên đến tầng trên cùng trong mô hình. Hình ảnh gốc được thể hiện trên màn hình TV của người xem. 2.Các chuẩn nén thời gian thực Nén cho phép các nhà cung cấp dịch vụ truyền các kênh hình và tiếng với chất lượng cao qua mạng IP băng rộng. Do mắt người ko thể phân biệt được toàn bộ các phần của hình ảnh. Do đó việc nén sẽ làm giảm độ lớn của tín hiệu ban đầu bằng cách bỏ bớt các phần không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của hình ảnh. TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  17. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 17 Một hệ thống nén video tiêu biểu (hay bộ mã hoá nguồn) bao gồm: bộ chuyển đổi, bộ lượng tử hoá, bộ mã hoá. Hình 1.7: Sơ đồ khối hệ thống nén ảnh tiêu biểu. + Bộ chuyển đổi: thường dùng phép biến đổi Cosin rời rạc để tập trung năng lượng tín hiệu vào một số lượng nhỏ các hệ số khai triển để thực hiện phép nén hiệu quả hơn là dùng tín hiệu nguyên thủy. + Bộ lượng tử hoá: tạo ra một lượng ký hiệu giới hạn cho ảnh nén với hai kỹ thuật: lượng tử vô hướng (thực hiện lượng tử hoá cho từng phần dữ liệu) và lượng tử vectơ (thực hiện lượng tử hoá một lần một khối dữ liệu). Quá trình này không thuận nghịch. + Bộ mã hoá: gán một từ mã, một dòng bit nhị phân cho mỗi ký hiệu. II.1 Khái quát, cấu trúc dòng bit MPEG Cấu trúc dòng MPEG gồm 6 lớp: lớp dãy ảnh (sequence), lớp nhóm ảnh (GOP), lớp ảnh (picture), lớp cắt lát dòng bit (slice), lớp macroblock, lớp khối (Block). a) Khối : Khối 8x8 các điểm ảnh tín hiệu chói và tín hiệu màu dùng cho phương pháp nén DCT. b) Tổ hợp cấu trúc khối (macroblock): một cấu trúc khối là một nhóm các khối tương ứng với lượng thông tin chứa đựng trong kích thước 16x16 điểm trên bức ảnh. Cấu trúc khối này cũng xác định lượng thông tin chứa trong đó sẽ thay đổi tùy theo cấu trúc mẫu được sử dụng. Thông tin đầu tiên trong cấu trúc khối mang dạng của nó (là cấu trúc khối Y hay Cr, Cb) và các vector bù chuyển động tương ứng. c) Mảng (Slice): mảng bao gồm một vài cấu trúc khối kề nhau. Kích thước lớn nhất của mảng có thể bao gồm toàn bộ bức ảnh và kích thước nhỏ nhất của mảng là một cấu trúc khối. Thông tin đầu của mảng chứa đựng vị trí của mảng trong toàn bộ ảnh, và hệ số cân bằng lượng tử. d) Ảnh (Picture): lớp ảnh cho phép bộ giải mã xác định loại của ảnh được mã hóa là ảnh P, I hay ảnh B. Thông tin đầu dùng để chỉ thứ tự truyền khung để bộ giải mã có thể sắp xếp các ảnh lại theo một thứ tự đúng. Trong thông tin đầu của ảnh còn chứa các thông tin về đồng bộ, độ phân giải và phạm vi của vector chuyển động. e) Nhóm ảnh (GOP): nhóm ảnh là tổ hợp của nhiều các khung I, P và B. Cấu trúc nhóm ảnh được xác định bằng hai tham số m và n. Mỗi một nhóm ảnh bắt đầu bằng một khung I cho phép xác định điểm bắt đầu để tìm kiếm và biên tập. Thông tin đầu gồm 25 bit chứa mã định thời và điều khiển. f) Đoạn (chương trình) video: đoạn video bao gồm thông tin đầu, một số nhóm ảnh và thông tin kết thúc đoạn. Thông tin đầu của đoạn video chứa đựng kích TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  18. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 18 thước mỗi chiều của ảnh, kích thước của điểm ảnh, tốc độ bit của dòng video số, tần số ảnh và bộ đệm tối thiểu cần có. Đoạn video và thông tin đầu tạo thành một dòng bit được mã hóa gọi là dòng cơ bản (Elementary Stream). Hình 1.8: Kiến trúc dòng dữ liệu MPEG 2.2 Nguyên lý nén MPEG Cơ sở của công nghệ nén video MPEG là sự kết hợp giữa nén trong ảnh (Intra -Frame Compression) và công nghệ nén liên ảnh ( Inter-Frame Compression). Trong đó: TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  19. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 19 Hình 1.9: Nén MPEG Nén trong ảnh (Intra -Frame Compression): là loại nén nhằm giảm bớt thông tin dư thừa trong miền không gian. Nén trong ảnh sử dụng cả hai quá trình có tổn hao và không có tổn hao để giảm bớt dữ liệu trong ảnh. Quá trình này không sử dụng thông tin của các ảnh trước và sau ảnh đang xét. Nén liên ảnh (Intra -Frame Compression): Trong tín hiệu video có chứa thông tin dư thừa trong miền thời gian. Nghĩa là với một chuỗi liên tục các ảnh, lượng thông tin chứa đựng trong mỗi ảnh thay đổi rất ít từ ảnh này sang ảnh khác. Tính toán sự dịch chuyển vị trí của nội dung ảnh là một phần rất quan trọng trong kỹ thuật nén liên ảnh. Trong thuật nén MPEG, quá trình xác định Vector chuyển động được thực hiện bằng cách chia hình ảnh thành các Macro-Block, mỗi Macro-Block có 16 x 16 phần tử ảnh (tương đương với 4 Block, mỗi Block có 8 x 8 phần tử ảnh). Để xác định chiều chuyển động, người ta tìm kiếm vị trí của Macro-Block trong ảnh tiếp theo, kết quả của sự tìm kiếm sẽ cho ta Vector chuyển động của Macro-Block . Nguyên lý nén MPEG: Dạng thức đầu vào là Rec- 601 4:2:2 hoặc 4:2:0. Ảnh hiện tại được so sánh với ảnh trước tạo ra ảnh khác biệt. Ảnh này sau đó lại được nén trong ảnh qua các bước : biến đổi DCT, lượng tử hóa, mã hoá. Dữ liệu của ảnh khác biệt và vector chuyển động (được xác định như trên ) mang thông tin về ảnh sau nén liên ảnh được đưa đến bộ đệm ở đầu ra. Tốc độ bít của tín hiệu video được nén không cố định, phụ thuộc vào nội dung ảnh đang xét (ví dụ một phần nén ít hơn hoặc nhiều hơn), nhưng tại đầu ra bộ mã hoá dòng bít phải cố định để xác định tốc độ cho dung lượng kênh truyền. 2.3 Nguyên lý giải nén MPEG TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
  20. ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trang 20 Hình 1.10: Giải nén MPEG Nguyên lý giải nén MPEG: - Đầu tiên là giải mã Entropy, sau đó tách dữ liệu ảnh (hệ số biến đổi DCT) ra khỏi các vector chuyển động. Dữ liệu ảnh sẽ được giải lượng tử hoá và biến đổi DCT ngược. - Nếu ảnh là ảnh loại I bắt đầu ở mỗi nhóm ảnh trong chuỗi, ở đầu ra sẽ nhận được ảnh hoàn chỉnh bằng cách trên ( vì ảnh loại I chỉ là nén trong ảnh, không có bù chuyển động, không dùng dữ liệu của ảnh khác). Nó được lưu trữ trong bộ nhớ ảnh và được và được dùng để giải mã các ảnh tiếp theo. - Nếu ảnh là ảnh loại P thì cũng thực hiện giải lượng tử hóa và biến đổi DCT ngược kết hợp với việc sử dụng vector chuyển động và lưu vào bộ nhớ ảnh sớm hơn. Trên cơ sở đó xác định được dự đoán ảnh đang xét. Ta nhận đựơc ảnh ra sau khi cộng dự đoán ảnh (ảnh dự đoán) và kết quả biến đổi DCT ngược. Ảnh này cũng được lưu vào bộ nhớ để có thể sử dụng như là chuẩn khi giải mã các ảnh tiếp theo. 2.4 Chuẩn MPEG-4 Chuẩn MPEC-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 hoá và truyền đi một cách riêng biệt đến bộ giải mã trong các dòng cơ bản ES (Elementary Stream) khác nhau. Cũng nhờ xác định, tách và xử lý riêng các đối tượng (như nhạc nền, âm thanh xa gần, đồ vật, đối tượng ảnh video như con người hay động vật, nền khung hình …), nhờ vậy người sử dụng có thể thực hiện các hoạt động tương tác riêng với từng đối tượng (thay đổi tỷ lệ, di chuyển, kết nối, loại bỏ, bổ xung các đối tượng …) ngay tại vị trí giải mã hay mã hoá. Sự tổ hợp lại thành khung hình chỉ được thực hiện sau khi giải mã các đối tượng này. TRIỂN KHAI DỊCH VỤ IPTV TRÊN CÔNG NGHỆ WIMAX
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.11: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Tài Chính Ngân Hàng
172 tài liệu
841 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2