Tài liệu Nghiên cứu công nghệ iptv và phát triển truyền hình địa phương trên nền iptv

bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr−êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi ------------[[ \\------------- ®Ëu ®×nh hµ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IPTV VÀ PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH ĐỊA PHƯƠNG TRÊN NỀN IPTV luËn v¨n th¹c sÜ kü thuËt ngµnh : ®iÖn tö – viÔn th«ng ng−êi h−íng dÉn khoa häc: pgs.ts nguyÔn v¨n khang Hµ néi - 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn "NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ IPTV VÀ PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH ĐỊA PHƯƠNG TRÊN NỀN IPTV " là do tôi tự nghiên cứu và hoàn thành dưới sự hướng dẫn của PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHANG Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về lời cam đoan này. Hà Nội, Ngày 25 tháng 03 năm 2012 Học viên Đậu Đình Hà MỤC LỤC Trang Môc lôc .................................................................................................................... .i Danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t ....................................................................................... iii Danh môc c¸c h×nh vÏ ............................................................................................viii Mở đầu....……………………………………………..………………………........1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IPTV 1.1. Giới thiệu chung về IPTV ..................................................................................3 1.1.1. Khái niệm ..................................................................................................3 1.2. Cấu trúc Mạng IPTV .........................................................................................6 1.2.1. Cấu trúc tổng quát mạng IPTV .................................................................6 1.2.2. Cấu trúc chức năng cho các dịch vụ IPTV ...............................................8 1.3. Phân loại dịch vụ IPTV....................................................................................11 1.3.1. Dịch vụ truyền hình quảng bá .................................................................11 1.3.2. Dịch vụ theo nhu cầu (On-Demand) .......................................................11 1.3.3. Dịch vụ tương tác (Interactive) ...............................................................12 1.3.4. Dịch vụ thông tin và truyền thông.........................................................12 1.3.5. Các dịch vụ gia tăng khác .......................................................................13 1.4. Phương thức và công nghệ dùng trong IPTV................................................14 1.4.1. Những yêu cầu đặt ra cho dịch vụ video ................................................14 1.4.2. Vấn đề phân phối IPTV ..........................................................................15 1.4.3. Các kỹ thuật phân phối trên IPTV ..........................................................16 Chương 2 NGHIÊN CỨU VỀ MẠNG CUNG CẤP DỊCH VỤ IPTV 2.1. Các công nghệ mạng lõi IPTV ........................................................................28 2.1.1 ATM và SONET/SDH .............................................................................28 2.1.2. IP và MPLS .............................................................................................28 2.1.3. Metro Ethernet ........................................................................................30 2.2. Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ IPTV ........................................................31 i 2.2.1. Video site ................................................................................................31 2.2.2. Mạng truyền dẫn .....................................................................................32 2.3. Quản lý mạng IPTV .........................................................................................37 2.3.1. Hệ thống quản lý mạng IPTV .................................................................38 2.3.2. Quản lý chất lượng dịch vụ QoS.............................................................42 2.4. Tìm hiểu thiết bị phần cứng trong hệ thống IPTV .......................................45 2.4.1. Thiết bị phần cứng trung tâm Headend ..................................................45 2.4.2. Thiết bị mạng gia đình ............................................................................51 2.5. Các chương trình phần mềm trong IPTV .....................................................54 2.6. Phương thức phục vụ IPTV ............................................................................55 Chương 3 PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH ĐỊA PHƯƠNG TRÊN NỀN IPTV 3.1. Điều kiện, năng lực, kinh tế xã hội của Tỉnh. ................................................59 3.2. Cơ sở hạ tầng mạng và khả năng đáp ứng nhu cầu dịch vụ IPTV..............61 3.2.1. Hiện trạng cơ sở hạ tầng mạng viễn thông của VNPT ..........................61 3.2.2. Triển khai dịch vụ IPTV trên mạng của VNPT ......................................66 3.3. Cở sở tính toán, lên cấu hình và áp dụng vào thực tế cho mạng Viễn thông Nghệ An. ...................................................................................................................68 3.3.1. Mô hình đấu nối ......................................................................................68 3.3.2. Mô hình hoạt động ..................................................................................69 3.3.3. Tính toán yêu cầu băng thông .................................................................72 3.4. Tối ưu hóa mạng cung cấp dịch vụ IPTV dựa trên các công nghệ và cơ sở hạ tầng mạng Viễn Thông Nghệ An. .....................................................................75 3.4.1. Đề xuất giải pháp triển khai IPTV trên mạng MAN-E...........................75 3.4.2. Tính toán băng thông cho Nghệ An ........................................................77 3.4.3. Mô phỏng đánh giá hiệu năng ................................................................82 KẾT LUẬN………………………………………………………………….......87 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 89 ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT A ADSL Asymmetric Digital Subscriber Line Đường thuê bao số không đối xứng AR Aggregation Router Router mạng gom ARP Address Resolution Protocol Giao thức chuyển đổi địa chỉ AON Active Optical Network Mạng quang tích cực APON ATM Passive Optical Network Mạng quang thụ động ATM ATM Asynchromous Transfer Mode Phương thức truyền tải không đồng bộ B BGP Border Gateway Protocol Giao thức cổng biên BRAS Broadband Remote Access Server Server truy nhập từ xa băng thông rộng BPON BTV Broadband Passive Optical Mạng quang thụ động băng Network rộng Broadcasting Television Truyền hình quảng bá C CATV Cable Television Truyền hình cáp CAS Conditional Access System Hệ thống truy cập có điều kiện CDN Content Distribution Network Mạng phân phát nội dung CR- LDP Constain- based routing using Định tuyến và sử dụng giao Lable Distribution Protocol thức phân phối nhãn Customer Premises Equipment Thiết bị đầu khách hàng CPE D DER Distribution Edge Router Bộ định tuyến phân phối biên DRM Digital Rights Management Quản lý quyền nội dung số DHCP Dynamic Host Configuration iii Protocol Giao thức cấu hình host động DSL Digital Subscriber Line Đường dây thuê bao số DSLAM Digital Subscriber Line Access Bộ ghép kênh truy cập đường Multiplexer dây thuê bao số DSN Domain Name System Hệ thống tên miền DWDM Dense Wavelength Division Ghép kênh bước sóng mật độ Multiplex cao E EPG Electronic Program Guide Hướng dẫn chương trình điện tử EPON Ethernet Passive Optical Network Mạng quang thụ động Ethernet EVC Ethernet Virtual Connection Kết nối ảo Ethernet F FTTH Fiber to The Home Cáp quang tới nhà khách hàng FTTRO Fiber to the regional office Cáp quang tới khu vực văn phòng FTTN Fiber to the neighborhood Cáp quang tới vùng lân cận FTTC Fiber to the curd Cáp quang tới lề đường H HDLC High- level Data Link Cotrol Điều khiển liên kết dữ liệu mức cao HTML HyperText Markup Language Ngôn ngữ liên kết siêu văn bản I ICMP IGMP Internet Control Messeger Giao thức bản tin điều khiển Protocol Internet Internet Group Management Giao thức quản lý nhóm iv Protocol IGP Internal Gateway Protocol Giao thức trong cổng IRD Integrated Receiver Decoder Bộ giải mã đầu thu tích hợp IP Internet Protocol Giao thức Internet IPTV Internet Protocol Television Truyền hình dùng giao thức Internet IPTVCD IPTV Customer Device Thiết bị khách hàng IPTV ISP Internet Service Provider Nhà cung cấp dịch vụ Internet ITU International Telecommunication Union Liên hiệp viễn thông quốc tế L LAN Local Area Network Mạng cục bộ LCP Link Control Protocol Giao thức điều khiển liên kết LMP Link Management Protocol Giao thức quản lý liên kết LIB Lable Information Bases Cơ sở thông tin nhãn LSP Lable Switch Path Tuyến chuyển mạch nhãn LSR Lable Switched Router Bộ định tuyến chuyển mạch nhãn M MAN-E Metro Access Network Ethernet Mạng Ethernet diện rộng MPEG Moving Picture Experts Group Tổ chức chuyên gia về hình ảnh MPLS MultiProtocol Lable-Switch Chuyển mạch nhãn đa giao thức MIB Management Information Base Cơ sở thông tin quản lý NMS Network Management System Hệ thống quản lý mạng NNI Network- Network Interface Giao diện mạng- mạng NGN Next Generation Network Mạng thế hệ sau v O OAM&P Operation, Administation, Các chức năng vận hành,bảo Maintaince and Provisioning dưỡng, quản lý và giám sát OC Optical Carrier Sóng mang quang OLT Optical Line Termination Kết cuối đường quang ONT Optical Network Termination Kết cuối mạng quang OSS Operations Support System Hệ thống hỗ trợ vận hành OTN Optical Transport Network Mạng truyền tải quang P PON Passive Optical Network Mạng quang thụ động PPV Pay-per-view Xem phải trả tiền PPP Point to Point Protocol Giao thức điểm nối điểm PKI Public Key Infrastructure Cơ sở hạ tầng khoá công cộng PSTN Public Switching Telephone Mạng chuyển mạch điện Network thoại công cộng PVC Permanent Virtual Channel Kênh ảo cố định QoS Quality of Service Chất lượng của dịch vụ R RARP Reverse ARP Giao thức chuyển đổi địa chỉ ngược RIP Routing Information Ptotocol Giao thức thông tin định tuyến RF Radio Frequency Tần số vô tuyến RSVP Resource Reservation Protocol Giao thức chiếm tài nguyên RTCP RTP Control Protocol Giao thức điều khiển RTP RTP Real Time Protocol Giao thức thời gian thực H HFC Hybrid Fiber/Coax Mạng lai ghép giữa cáp vi quang và cáp đồng trục S SDH Synchronous Digital Hierarche Phân cấp số đồng bộ SDV Switched Digital Video Mạng chuyển mạch video số SLA Service-Level Agreement Cam kết cấp độ dịch vụ SONET Synchronuos Optical Network Mạng quang đồng bộ SNMP Simple Network Management Giao thức quản lý mạng đơn Protocol giản STB Set-top-box Hộp phối ghép SVC Switched Virtual Channel Kênh chuyển mạch ảo T TCP Transmission Control Protocol Giao thức điều khiển truyền dẫn U UDP User Datagram Protocol Giao thức gói dữ liệu người dùng UNI User- Network Interface Giao diện mạng- người dùng V VC Virtual Channel Kênh ảo VCI VC Identification Nhận dạng kênh ảo VDSL Very high speed Digital Subscriber Đường dây thuê bao số tốc Line độ cao VoD Video on demand Video theo yêu cầu VLAN Virtual Local Area Network Mạng LAN ảo VPN Virtual Private Network Mạng riêng ảo W WAN Wide Area Network Mạng diện rộng WDM Wavelength Division Multiplex Ghép kênh theo bước sóng vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1. Hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ quảng bá……………..……4 Hình 1.2. Hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu………………5 Hình 1.3. Cấu trúc tổng quát của mạng IPTV………………………………...7 Hình 1.4. Các thành phần cấu trúc chức năng trong mạng IPTV......................9 Hinh 1.5. IPTV trên cấu trúc mạng ADSL......................................................21 Hình 1.6. Mô hình triển khai cấu trúc mạng IPTV cáp kết hợp IP và RF.......25 Hình 1.7. Cấu trúc mạng các kênh truyền hình Internet..................................26 Hình 2.1. Topology mạng lõi MPLS...............................................................29 Hình 2.2. Kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ IPTV..........................................31 Hình 2.3. Kiến trúc truy nhập đa kênh ảo........................................................33 Hình 2.4. Kiến trúc truy nhập EtherType........................................................34 Hình 2.5. Kiến trúc truy nhập đa VLAN.........................................................35 Hình 2.6. Hệ thống SNMP đơn giản...............................................................40 Hình 2.7. Ví dụ sử dụng ba hàng đợi có quyền ưu tiên...................................44 Hình 2.8. Cấu trúc trung tâm Headend IPTV..................................................46 Hình 2.9. Cấu trúc IP-STB..............................................................................52 Hình 3.1. Mạng đường trục của VNPT...........................................................61 Hình 3.2. Mô hình kết nối từ mạng lõi đến mạng gom/mạng truy nhập tại các tỉnh thành.........................................................................................................63 Hình 3.3. Mạng truy nhập và mạng gom các tỉnh thành chưa triển khai MEN…………………………………………………………………………64 Hình 3.4. Mô hình mạng gom và mạng truy nhập tại các tỉnh thành đã tiến hành triển khai MEN.......................................................................................65 Hình 3.5. Cấu hình mạng MAN-E của VNPT Nghệ An.................................68 Hình 3.6. Mô hình đấu nối phục vụ cho dịch vụ IPTV...................................69 Hình 3.7. Truy nhập đầu cuối và địa chỉ IP.....................................................71 Hình 3.8. Định tuyến lưu lượng multicast.......................................................72 viii Hình 3.9. Giải pháp truyền tải dịch vụ IPTV cho VNPT Nghệ An.................76 Hình3.10. Sơ đồ đấu nối giữa VTC Headend và MANE NAN......................82 Hình 3.11. Kết nối giữa VTC Headend và PE-AGG......................................82 Hình 1.12. Kết nối Layer 3 cung cấp dịch vụ LiveTV....................................83 Hình 3.13. Các kết nối Layer 2 cung cấp dịch vụ VoD...................................84 ix MỞ ĐẦU Ngày nay, công nghệ truyền hình dựa trên giao thức internet IPTV đang phát triển mạnh mẽ và nằm ở vị trí chủ chốt trong lĩnh vực truyền hình có thu phí. Đây là một trong những nguồn thu chính của các Tập đoàn, Công ty viễn thông trong tương lai gần nên rất thu hút được sự chú ý của những người làm ngành viễn thông và các nhà khai thác mạng viễn thông. IPTV là một hệ thống nhiều tiện ích, có thể nhận tín hiệu truyền hình và video song song với các dịch vụ đa phương tiện khác trên cùng một kết nối Internet. Sử dụng công nghệ IPTV nhà cung cấp dịch vụ dựa trên mạng truyền tải băng rộng và một hệ thống mạng phân phối để đưa các chương trình truyền hình, các dịch vụ viễn thông và các dịch vụ gia tăng đến tận nhà khách hàng. Trên thế giới IPTV đã được triển khai mạnh mẽ, thu được lợi nhuận rất lớn. Tại Việt Nam thị trường IPTV mới chỉ giai đoạn bắt đầu vì vậy tiềm năng phát triển là rất lớn. Do vậy, từ năm 2007 đến nay Tập đoàn bưu chính viễn thông Việt Nam VNPT đơn vị đứng đầu cả nước về khai thác các dịch vụ viễn thông với hệ thống cơ sở hạ tầng mạng tốt nhất trong cả nước đã có nhiều đề tài nghiên cứu về IPTV và tới đây sẽ triển khai đến các tỉnh thành trong cả nước. Bản thân tôi hiện đang công tác tại Đài PT-TH Nghi Xuân - Hà Tĩnh nên cũng rất quan tâm đến IPTV. Chính vì vậy sau khi hoàn thành khóa cao học tại trường Đại học Bách Khoa Hà Nội thì đề tài tốt nghiệp cao học của bản thân chọn là: Nghiên cứu công nghệ IPTV và phát triển truyền hình địa phương trên nền IPTV dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư , Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang . Mục đích của đề tài được thể hiện rõ qua tên của đề tài. Trong đó chú trọng đến quá trình triển khai , tính toán băng thông , lên cấu hình và áp dụng vào thực tế cho mạng Viễn thông Nghệ An để phát triển truyền hình địa phương trên đó . Cấu trúc của luận văn gồm: phần mở đầu; chương 1,2 và 3; phần kết luận; tài liệu tham khảo. Nội dung chính của luận văn: Chương 1 “Tổng quan về công nghệ IPTV” tìm hiểu về công nghệ IPTV và các dịch vụ, ứng dụng có thể được cung cấp bởi nhà khai thác viễn thông khi sử dụng công nghệ IPTV. 1 Chương 2 “Nghiên cứu về mạng cung cấp dịch vụ IPTV” tìm hiểu một số công nghệ mạng lõi và kiến trúc mạng cung cấp dịch vụ của IPTV. Ngoài ra chương này tìm hiểu về hệ thống quản lý mạng IPTV. Chương 3 “ Phát triển truyền hình địa phương trên nền IPTV” đề xuất phương án triển khai IPTV trên mạng của VNPT Nghệ An sau khi đã nghiên cứu tìm hiểu quá trình triển khai dịch vụ IPTV của VNPT và dựa trên mạng lưới, cơ sở hạ tầng hiện có của VNPT Nghệ An . Do IPTV là công nghệ mới, các dịch vụ, ứng dụng một số được hoàn thiện và một số đang trong quá trình triển khai hoàn thiện nên các đánh giá, lập luận còn mang tính chủ quan nên qua đó cũng mong nhận được sự đóng góp ý kiến của mọi người quan tâm để luận văn được hoàn thiện hơn. Tuy vậy, nội dung luận văn tốt nghiệp có thể làm tài liệu tham khảo cho những ai muốn tìm hiểu và nắm rõ một số vấn đề cơ bản của công nghệ IPTV. Qua đây tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với thầy giáo Tiến sĩ Nguyễn Văn Khang và các thầy trong Viện Điện tử - Viễn thông , gia đình cùng bạn bè đồng nghiệp đã tận tình chỉ bảo, giúp đỡ và tạo điều kiện cho tôi hoàn thành bản luận văn này. 2 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ IPTV 1.1. Giới thiệu chung về IPTV 1.1.1. Khái niệm IPTV (Internet Protocol Television - IPTV) là mạng truyền hình kết hợp với mạng viễn thông. Nói rộng hơn IPTV là dịch vụ giá trị gia tăng sử dụng mạng băng rộng IP phục vụ cho nhiều người dùng (user). Các user có thể thông qua máy vi tính PC hoặc máy thu hình phổ thông cộng với hộp phối ghép (set top box - STB) để sử dụng dịch vụ IPTV. 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 (Hybrid Fiber/Coax HFC) 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 thay đổi 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 video theo yêu cầu (VoD) IPTV có ưu thế là: - Sử dụng 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 tốc độ cao/chương trình. - 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. 3 IPTV có thể thực hiện các dịch vụ multimedia. IPTV cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ dựa vào sự lựa chọn của người dùng. Sử dụng hộp kết nối với tivi, chủ nhân ngồi trước máy ấn phím điều khiển có thể xem các tiết mục video đang hoạt động, thực hiện đàm thoại IP có hình, nghe âm nhạc, tra tìm tin tức du lịch trên mạng, gửi và nhận e-mail, thực hiện mua sắm gia đình, giao dịch trái phiếu... Nhờ IPTV chất lượng sinh hoạt gia đình được cải thiện rất nhiều. 1.1.2. Phương thức phát truyền tín hiệu của IPTV Nói một cách giản đơn, trong hệ thống IPTV hình ảnh video do các phần cứng thu thập theo thời gian thực (real time), thông qua phương thức mã hóa (như MPEG 2/4...) tạo thành các luồng tín hiệu số. Sau đó, thông qua hệ thống phần mềm, IPTV phát truyền vào mạng cáp. Đầu cuối của các user tiếp nhận, lựa chọn, giải mã và khuếch đại. Trong hệ thống IPTV có 2 phương thức truyền đa tín hiệu đã được dự định trước (scheduled programs). Đó là: - Phát quảng bá (broadcasting), truyền phát tới mọi nơi. - Phát đến địa điểm theo yêu cầu (on demand). Nguyên lý hoạt động của hệ thống quảng bá, các chương trình được vẽ ở hình 1.1. Trong đó MBone (mạng xương sống của hệ thống đa điểm) chính là đường trục Internet. Tuy nhiên người sử dụng chỉ theo lệnh của bộ quản lý nội dung (content manager) để được giới thiệu nội dung chương trình hữu quan. Chương trình cụ thể do rất nhiều bộ IPTV server thu thập được hoặc cùng do các server của mạng MBone cung cấp Hình 1.1. Hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ quảng bá 4 Hình 1.2 [9] minh họa sự hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu (VOD) được gọi là IPTV đơn điểm. Trong đó các server của bộ quản lý nội dung được tổ chức thành cụm server (server cluster) tổng hợp kho dữ liệu (database) của các chương trình. Cách bố trí cụm server để phục vụ được các user được hiệu quả sẽ được nói rõ trên sơ đồ tổng thể ở dưới đây. Các bước thực hiện VOD trong IPTV như sau: 1. Một thuê bao được chứng nhận nhập mạng và chịu sự quản lý của bộ quản lý EPG 2. Thuê bao muốn yêu cầu một nội dung nào đó, thuê bao gửi yêu cầu đến EGP 3. EGP cho biết địa chỉ của server cần tìm 4. Thuê bao gửi yêu cầu tới server đó. 5. Server dựa theo yêu cầu của thuê bao mà cung cấp nội dung. Trên đây chỉ là một thí dụ đơn giản nhất. Hiện nay các nhu cầu nghiệp vụ của IPTV rất đa dạng nên cấu trúc mạng phức tạp hơn nhiều. Tiếp theo chúng ta phân tích sự hoạt động tổng thể của mạng IPTV. IPTV áp dụng các khuyến nghị quốc tế về tiêu chuẩn, như khuyến nghị về truyền dẫn thời gian thực (RTP), khuyến nghị về khống chế thời gian thực (RTCP)... IPTV cũng cùng làm việc với máy tính dùng hệ điều hành UNIX, VIC/VAT, Apple và Quick Time. Hiện nay cách thức mã hóa video của luồng Hình 1.2. Hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu 5 chủ của IPTV theo MPEG-2, MPEG-4, H.264/AVC. Trong đó, MPEG-2 và MPEG4 được phát triển mạnh. H.264 là luật mã hóa thị tần của ITU-T đề xuất thích hợp cho các hệ thống công cộng. Do đó H.264 có khả năng thành cách mã hóa chính của IPTV. Thiết bị đầu cuối IPTV trong gia đình có 2 loại: một là máy vi tính PC, hai là máy TV + hộp kết nối STB. Hộp STB thực hiện 3 chức năng sau: 1. Nối tiếp vào mạng băng tần rộng, thu phát và xử lý số liệu IP và luồng video. 2. Tiến hành giải mã luồng video MPEG-2, MPEG-4, WMV, Real... đảm bảo video VoD hiển thị lên màn hình ti vi các số liệu... 3. Phối hợp với bàn phím đảm bảo HTML du lịch trên mạng, tiến hành gửi nhận email. STB đảm nhiệm các nhiệm vụ trên chủ yếu dựa vào bộ vi xử lý. Tóm lại ta thấy IPTV ứng dụng kỹ thuật streaming media, thông qua mạng băng rộng truyền dẫn tín hiệu truyền hình digital đến các thuê bao. Các thuê bao chỉ cần có thiết bị đầu cuối là máy tính PC hoặc TV+STB là có thể thưởng thức được các chương trình truyền hình phong phú. Hoạt động của IPTV là hoạt động tương tác trên mạng không chỉ có các chương trình truyền hình quảng bá mà còn thực hiện truyền hình đến địa điểm theo yêu cầu (VoD). IPTV cùng các hoạt động thông tin trên băng tần rộng đã kết hợp được 3 mạng (máy tính + viễn thông + truyền hình) biểu thị xu thế phát triển của mạng truyền thông tương lai. 1.2. Cấu trúc Mạng IPTV 1.2.1. Cấu trúc tổng quát mạng IPTV Sơ đồ khối các chức năng mạng IPTV biểu diễn trên hình 1.3 [9]. Từ sơ đồ cho thấy nguồn nội dung tới đầu cuối người dùng có thể chia làm: mạng cung cấp và giới thiệu các nội dung, mạng chuyển tải, mạng tiếp nối đầu cuối và mạng quản trị. - Mạng nội dung: Mạng này cung cấp và giới thiệu nội dung gồm xử lý nội dung truyền hình trực tiếp/truyền hình VOD (theo điểm) và xử lý, giới thiệu các ứng dụng gia tăng (phục vụ tin tức, điện thoại có hình, email, nhắn tin...). Nguồn nội dung truyền hình trực tiếp/truyền hình VOD thông qua hệ thống xử lý nội dung được mã hóa để phù hợp với luồng media theo yêu cầu qua mạng chuyển tải đưa 6 các luồng này cung cấp tới các người dùng đầu cuối. Trung tâm dữ liệu IPTV (IPTV Data Center) hay Headend là nơi nhận nội dung từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm video nội bộ, các bộ tập trung nội dung, các nhà sản xuất nội dung và các kênh truyền hình vệ tinh, mặt đất, truyền hình cáp. Mỗi lần nhận như vậy, một số thành phần phần cứng khác nhau như bộ giải mã, các server video, các router IP và các phần cứng bảo an chuyên dụng đều được sử dụng để chuẩn bị nội dung sẽ được phân phối trên mạng IP. Cộng với một hệ thống quản lý thuê bao IPTV về thuộc tính (profile) và hóa đơn thanh toán. Chú ý rằng, vị trí vật lý của trung tâm dữ liệu IPTV sẽ được xác định bởi nhà cung cấp dịch vụ sử dụng hạ tầng mạng. - Mạng truyền tải: Đây là mạng cáp IP, đối với luồng media có hình thức nghiệp vụ không giống nhau có thể dùng phương thức chuyển đa hướng (multicast) cũng có thể chuyển theo phương thức đơn kênh. Thông thường, truyền hình quảng bá BTV truyền đa hướng tới user đầu cuối, truyền hình theo yêu cầu VOD thông qua mạng cáp phân phát nội dung CDN (Content Distribution Network) tới địa điểm người dùng đầu cuối. Hình 1.3. Cấu trúc tổng quát của mạng IPTV Việc phân phối các dịch vụ IPTV theo yêu cầu kết nối one-to-one, nếu trong 7 trường hợp việc triển khai IPTV trên diện rộng thì số kết nối one-to-one sẽ tăng lên. Do đó, yêu cầu về băng thông trên mạng là khá lớn. Những tiến bộ về công nghệ mạng cho phép các nhà cung cấp có được một số lượng lớn các mạng băng rộng. Riêng mạng truyền hình cáp thì sử dụng hỗn hợp cả cáp đồng trục và cáp quang để đáp ứng cho việc phân phối nội dung IPTV. - Mạng đầu cuối (còn gọi là mạng cáp gia đình): Mạng gia đình liên kết các thiết bị kỹ thuật số bên trong một khu vực có diện tích nhỏ. Nó cải thiện thông tin và cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các thành viên trong gia đình. Mục đích của mạng gia đình là cung cấp quyền truy cập thông tin giữa các thiết bị kỹ thuật số xung quanh nhà thuê bao. Với mạng gia đình, khách hàng có thể tiết kiệm tiền và thời gian do việc chia sẻ các thiết bị phần cứng rất tốt và dễ dàng, thông qua các kết nối Internet băng rộng. Theo các nhà khai thác viễn thông, thì mạng này là mạng tiếp nối băng rộng xDSL, FTTx+LAN hoặc LAN. Thiết bị khách hàng IPTVCD (IPTV Customer Device) là các thành phần cho phép user truy cập dịch vụ IPTV. IPTVCD kết nối tới mạng băng rộng, chúng đảm nhiệm chức năng giải mã, xử lý các luồng tín hiệu tới từ mạng IP. IPTVCD được hỗ trợ các kỹ thuật tiên tiến để tối thiểu hóa hoặc loại trừ hoàn toàn ảnh hưởng của các vấn đề về mạng khi xử lý nội dung IPTV. Có rất nhiều dạng IPTVCD như gatewaycho khu dân cư, bộ giải mã set-top boxes, bảng điều khiển trò chơi… - Mạng quản trị: Bao gồm quản lý nội dung, quản lý cáp truyền, tính cước phí, quản lý các thuê bao, quản lý các hộp ghép nối STB. 1.2.2. Cấu trúc chức năng cho các dịch vụ IPTV 8 Hình 1.4. Các thành phần cấu trúc chức năng trong mạng IPTV Một mạng IPTV có thể bao gồm nhiều thành phần cơ bản, nó cung cấp một cấu trúc chức năng cho phép phân biệt và chuyên môn hoá các nhiệm vụ. Hình 1.4 trình bày sáu thành phần chính của cấu trúc chức năng được tạo thành bởi các chức năng sau: cung cấp nội dung, phân phối nội dung, điều khiển IPTV, truyền dẫn IPTV, thuê bao và bảo an. 1.2.2.1. Cung cấp nội dung Tất cả nội dung được sử dụng bởi dịch vụ IPTV, bao gồm VoD và truyền hình quảng bá sẽ phải thông qua chức năng cung cấp nội dung, ở đó các chức năng tiếp nhận, chuyển mã và mã hóa sẽ tạo nên các luồng video số có khả năng được phân phối qua mạng IP. 1.2.2.2. Phân phối nội dung Khối phân phối nội dung bao gồm các chức năng chịu trách nhiệm về việc phân phối nội dung đã được mã hoá tới thuê bao. Thông tin nhận từ các chức năng vận truyển và điều khiển IPTV sẽ giúp phân phối nội dung tới thuê bao một cách chính xác. Chức năng phân phối nội dung bao gồm cả việc lưu trữ các bản copy của nội dung để tiến hành nhanh việc phân phối, các lưu trữ tạm thời (cache) cho VoD và các bản ghi video cá nhân. Khi chức năng thuê bao liên lạc với chức năng điều khiển IPTV để yêu cầu nội dung đặc biệt, thì nó sẽ gửi tới chức năng phân phối nội 9