IPTV

Bản ghi

1 TÌM HIỂU IPTV VÀ GIẢI PHÁP IPTV CỦA ZTE 1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống IPTV Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV Hệ thống cung cấp nội dung Video Headend (DVB) - Nguồn video đầu mối Billing system - Hệ thống quản lý mạng và tính cước Middleware - Phần mềm điều khiển trung tâm Video on - Demand Server - Hệ thống phân phối nội dung Máy chủ CAS/DRM Hệ thống mạng truyền dẫn Mạng truy nhập (Access Network) Mạng lõi (Core Network) Thiết bị đầu cuối thuê bao Modem ADSL SET-TOP-BOX PC (Persional Computer) TV (Television) Các thành phần trong hệ thống IPTV của ZTE Hệ thống Head end Mạng truyền tải Gia đình số Các ưu điểm của giải pháp Thông số STB của ZTE Thực hiện: Ks. VNT Trang 1

2 1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống IPTV Hình 1. 1: Nguyên lý hoạt động cuả hệ thống IPTV Tín hiệu âm thanh hình ảnh được chuyển đổi thành tín hiệu dạng số qua quá trình lấy mẫu, lượng tử và số hóa tại một bộ biến đổi A/D. Các tín hiệu số này sau đó được nén lại để tăng hiệu quả truyền dẫn, được đóng gói được truyền qua một mạng IP. Mạng IP bao gồm các router/switch định tuyến, sẽ dựa trên địa chỉ của gói tin, các thông tin chỉ dẫn (độ ưu tiên, nhãn,..) và bảng thông tin định tuyến của mình để tìm ra con đường tốt nhất để chuyển gói tin. Trong quá trình chuyển gói tin, để hạn chế việc mất gói (gián đoạn đường truyền, méo dạng do nhiễu hay loại bỏ do nghẽn) ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ, người ta thường sử dụng các bộ đệm gói tin để nhận và thêm vào một độ trễ làm tất cả các gói tin xuất hiện với độ trễ không thay đổi. Các gói tin IP này được biến đổi trở lại thành dạng tín hiệu truyền hình (PAL, NTSC hay DVB) thông qua các gateway hoặc các đầu cuối set-top Box và được hiển thị bằng TV hoặc máy tính cá nhân. Mọi hoạt động của hệ thống IPTV như khởi tạo, kết nối, quản lý các chức năng truyền hình đều thông qua middleware server của nhà cung cấp dịch vụ. Khi khởi tạo ban đầu, các đầu cuối truyền hình sẽ được cung cấp một địa chỉ IP và thông qua địa chỉ IP này middleware sẽ quản lý và tải xuống các chương trình hướng dẫn điện tử Thực hiện: Ks. VNT Trang 2

3 (EPG) vào STB. STB sẽ tương tác điều khiển với middleware để thực hiện các yêu cầu của người dùng. Các kênh truyền hình sau khi nén được gán địa chỉ IP quảng bá. Một đầu cuối muốn theo dõi một kênh truyền hình nào đó (dựa trên thông tin middleware cung cấp qua EPG) sẽ gửi lệnh tham gia vào nhóm multicast của kênh thông qua IGMP. Thời gian chuyển kênh chính là thời gian rời bỏ một nhóm multicast và tham gia vào một nhóm multicast khác. Khi có các dịch vụ theo yêu cầu, middleware sẽ chuyển phiên làm việc cho máy chủ VoD. Máy chủ VoD cũng được middleware quản lý cung cấp một địa chỉ IP, thông qua đó thiết lập một kết nối streaming giữa đầu cuối và máy chủ VoD. Đầu cuối STB phải hỗ trợ đa địa chỉ IP (mỗi địa chỉ IP chỉ có thể tham gia vào một nhóm multicast) để có thể coi cùng lúc nhiều chương trình khác nhau. 2. Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV Headend Quản lý mạng & Tính cước Nguồn tín hiệu (số, analog) Encoder STB DRM Middleware IP multicast stream Thuê bao Mạng truy nhập Hệ thống phân phối nội dung STB IP multicast/unicast stream VoD servers Thuê bao Hình 1. 2: Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV 2.1. Hệ thống 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. Thực hiện: Ks. VNT Trang 3

4 2.1.1 Video Headend (DVB) - Nguồn video đầu mối 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 IP multicast ở khuôn dạng mã hóa mong muốn. Yêu cầu phải có thiết bị đầu cuối cho việc phát nội dung quảng bá. Thiết bị đầu cuối này có khả năng mã hoá một chuỗi các hình ảnh theo thời gian thực bằng kỹ thuật nén dùng MPEG -2, MPEG-4 hoặc H.264. Sau khi mã hoá, các chuỗi truyền MPEG sẽ được đóng gói và truyền thành những chuỗi gói IP bằng cách sử dụng giao thức UDP/IP. Đầu vào của hệ thống video headend là các chương trình truyền hình quảng bá, các kênh truyền hình mua bản quyền thu từ vệ tinh, các kênh truyền hình cáp, các phim từ các nguồn khác như tự sản xuất, từ các thiết bị VCD/DVD player, v.v... Phần mềm IPTV streaming được sử dụng trong DVB cho phép cấu hình linh hoạt và đảm bảo hiệu suất cao và độ tin cậy tốt. Hình 1. 3: Video Headend Billing system - Hệ thống quản lý mạng và tính cước Hệ thống này quản lý và tính cước dịch vụ truy cập của thuê bao IPTV. Các chức năng cơ bản của phần mềm thanh toán của IPTV là: bảo trì cơ sở dữ liệu thuê bao; đánh giá và tính phí cho dịch vụ IPTV; tạo và quản lý kế hoạch thuế; tạo ra các tài liệu kế toán (hoá đơn); thẻ truy cập quản lý và báo cáo tài chính Middleware - Phần mềm điều khiển trung tâm Middleware là phần mềm kết hợp các phần khác nhau của IPTV thành một hệ thống hoàn chỉnh. Nó điều khiển cung cấp dịch vụ, gồm giao diện cho phép người dùng chọn lựa các kênh, các chương trình truyền hình, lập lịch, điều khiển việc cung cấp dịch vụ tới người dùng bảo đảm an ninh và truy nhập có điều kiện. Middleware là một giao diện của hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV với người sử dụng, cung cấp chức năng client-server cho người dùng giao tiếp với các dịch vụ broadcast và on-demand. Hiển thị một danh sách các dịch vụ mà thuê bao đó có thể sử dụng và trợ giúp lựa chọn dịch vụ này sau khi đã xác thực danh tính của người Thực hiện: Ks. VNT Trang 4

5 dùng. Middleware lưu lại một profile cho tất cả các dịch vụ và đảm bảo các hoạt động bên trong của dịch vụ truyền hình một cách hoàn hảo Video on - Demand Server - Hệ thống phân phối nội dung VoD Server gồm các cụm máy chủ VoD và hệ thống quản lý VoD tương ứng, có chức năng tiếp nhận nội dung video từ nhà sản xuất, các nguồn thông tin khác và 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 cũng cho phép nhà khai thác mở rộng một cách kinh tế, phù hợp với tải và yêu cầu dịch vụ của các thuê bao. Máy chủ VoD sẽ lưu nội dung thực và cung cấp cho thuê bao khi nó nhận được sự xác thực danh tính từ Middleware. Nó cho phép các thuê bao đặt và xem những bộ phim chất lượng cao và chương trình theo yêu cầu (chương trình này được lưu trên máy dịch vụ và truyền tải theo yêu cầu). Hệ thống này cũng cung cấp những chức năng điều khiển VCR như fast-forward, pause, và rewind Máy chủ CAS/DRM Hình 1. 4: VoD Server CAS (Conditional Access System Hệ thống truy nhập có điều kiện): Là hệ thống quản lý các key mã hóa và giải mã cũng như phân phối các nội dung video bị mã hóa. Việc mã hóa này nhằm chống đánh cắp thông tin, nó dùng để giới hạn truy cập vào các nội dung đa phương tiện, nghĩa là mã hóa nội dung để chỉ những người sử dụng hợp pháp sẽ có thể giải mã và xem nó. DRM (Digital Rights Managerment - Hệ thống quản lý bản quyền số): Là hệ thống điều khiển quyền truy cập và bảo vệ bản quyền cho việc phát hành các thông tin, sản phẩm nghe nhìn dưới dạng số. Nó thực hiện chức năng cung cấp cho thuê bao phương pháp xác thực thuê bao, đảm bảo nội dung truyền hình cung cấp đến thuê bao là chính xác và đúng nhu cầu. Thực hiện: Ks. VNT Trang 5

6 2.2. Hệ thống mạng truyền dẫn Mạng truyền dẫn đóng vai trò quan trọng nhất trong toàn bộ hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV. Nó phục vụ cho việc phân phối nội dung đến các điểm cung cấp. Khả năng đáp ứng về băng thông của mạng truyền dẫn sẽ quyết định đến sự thành công cho việc cung cấp dịch vụ IPTV Mạng truy nhập (Access Network) Là mạng truyền dẫn băng rộng tới khách hàng. Mạng truy nhập có thể là các đường truyền xdsl như ADSL, ADSL 2+, FTTH (Fiber To The Home), có băng thông đảm bảo cho truyền dẫn dịch vụ từ nhà cung cấp dịch vụ IPTV đến khách hàng. Mạng truy nhập sẽ tận dụng phần hạ tầng mạng xdsl có sẵn để cung cấp dịch vụ với chất lượng tốt và tiêu thụ ít băng thông khi có đồng thời nhiều truy nhập đến hệ thống. Mạng truy nhập băng rộng cần phải được hỗ trợ multicast. Đối với DSLAM, ngoài hỗ trợ multicast, DSLAM còn cần hỗ trợ IGMP version 2. Ngoài ra, B-RAS và DSLAM cũng cần hỗ trợ các giao tiếp Ethernet chuẩn. Mạng cũng phải có khả năng hỗ trợ QoS từ đầu cuối đến đầu cuối, đảm bảo được băng thông cần thiết và độ ưu tiên cho các kênh truyền hình quảng bá cũng như các phiên video theo yêu cầu đang sử dụng. Băng thông xdsl do các DSLAM cung cấp đến khách hàng phải có khả năng lên đến 4-5 Mbps Mạng lõi (Core Network) Hạ tầng mạng IPTV đòi hỏi phải truyền tải được một số lượng lớn nội dung video tốc độ cao giữa trung tâm dữ liệu IPTV và mạng phân phối băng thông rộng. Một số chuẩn truyền dẫn mạng lõi có các khả năng bảo vệ cần thiết để đảm bảo độ tin cậy cao. Mỗi chuẩn có một số đặc tính riêng biệt về tốc độ truyền dẫn tín hiệu và khả năng mở rộng. Có ba loại công nghệ truyền dẫn mạng lõi chính được sử dụng làm hạ tầng mạng IPTV là ATM trên nền SONET/SDH, IP trên MPLS và Metro Ethernet Thiết bị đầu cuối thuê bao Modem ADSL Modem ADSL là thiết bị đầu cuối truyền dẫn thuê bao ADSL. Modem là từ kết hợp của modulator demodulator (bộ điều biến - giải điều biến): là thiết bị dùng để điều biến tín hiệu số thành một tín hiệu tương tự để có thể dễ dàng truyền đi. Ngược lại khi nhận được tín hiệu tương tự, modem sẽ giải điều biến để tạo lại tín hiệu số gốc ban đầu. Thực hiện: Ks. VNT Trang 6

7 SET-TOP-BOX STB (Set-Top Box) là thiết bị đầu cuối phía khách hàng, cho phép thu, giải nén, giải mã những chuỗi dữ liệu và hình ảnh đến dựa vào địa chỉ IP, đồng thời hiển thị nội dung trên màn hình TV. Nó có khả năng kết nối với các thiết bị lưu trữ bên ngoài, hỗ trợ kết nối giữa thiết bị TV và mạng điện thoại, cũng như internet, truy nhập web v.v... cung cấp khả năng tương tác từ người sử dụng ngược trở lại đối với hệ thống cung cấp dịch vụ. Hình 1. 5: STB và các thiết bị mạng tại nhà PC (Persional Computer) Bên cạnh STB, người sử dụng cũng có thể dùng máy tính cá nhân với phần mềm giải mã/giải nén của nhà cung cấp dịch vụ để sử dụng dịch vụ IPTV TV (Television) Chiếc TV truyền thống là thiết bị phổ biến nhất dùng để hiển thị nội dung chương trình IPTV. 3. Các thành phần trong hệ thống IPTV của ZTE Giải pháp IPTV tổng thể của ZTE bao gồm khối mã hóa, mạng phân phối nội dung CDN, middleware, hệ thống quản lý quyền nội dung số (DRM) và truy nhập có điều kiện (CAS), mạng truyền tải IP và thiết bị đầu cuối tại nhà khách hàng. Hệ thống được tích hợp hoàn chỉnh nên loại bỏ được vấn đề về sự kết nối giữa các thành phần và đơn giản hóa việc triển khai và bảo trì hệ thống. Kiến trúc hệ thống như Hình 1. Thực hiện: Ks. VNT Trang 7

8 3.1. Hệ thống Head end Hệ thống Head end là thành phần chính trong giải pháp IPTV của ZTE, bao gồm khối mã hóa, CDN, middleware và hệ thống CAS&DRM. Khối mã hóa sẽ chuyển đổi tín hiệu thoại và hình ảnh thành luồng dữ liệu IP multicast dưới định dạng mã hóa mong muốn (H.264). Middleware cung cấp giải pháp để quản lý thuê bao, dịch vụ và nội dung cũng như chỉ dẫn chương trình EPG (Electronic Program Guide) và phiên bản của STB, trong khi hệ thống CAS&DRM chịu trách nhiệm bảo vệ phân phối nội dung. Mạng phân phối dữ liệu (CDN) bao gồm các cụm máy chủ video với nội dung được phân bố giữa các nút CDN theo các chính sách phân bố linh hoạt. Cấu trúc phân bố của CDN mang lại tính kinh tế nhà khai thác khi thiết kế hệ thống, phân bố tải thuê bao và các yêu cầu dịch vụ hợp lý. Hình 1. Kiến trúc hệ thống IPTV của ZTE Thực hiện: Ks. VNT Trang 8

9 3.2. Mạng truyền tải Mạng truyền tải là phương tiện vật lý để phân phối nội dung qua mạng IP băng rộng. Những yếu tố cần quan tâm khi triển khai một mạng IP là khả năng truyền dẫn tốc độ cao, là dự phòng và đáp ứng dung lượng lớn, khả năng hỗ trợ chất lượng dịch vụ, tính tin cậy và khả năng quản lý Gia đình số IPTV được xem là một bước ngoặt và là nền tảng cho mô hình gia đình số trong tương lai với lối sống mới. Gia đình số được đặc trưng bởi các thiết bị đầu cuối đa dụng như Home gateway và IPTV set top box. Home Gateway (HG) là một cổng truy nhập tích hợp cho người dùng đơn lẻ, là thành phần cốt lõi trong mạng gia đình, kiểm soát và tích hợp mọi thiết bị trong gia đình, cung cấp các giao diện tiện lợi và thống nhất cho người dùng. HG của ZTE có các giao diện đa dạng, hoạt động như một thiết bị kết nối giữa các tài nguyên gửi đi và nhận đến, kết nối các thiết bị ứng dụng khác nhau trong gia đình, và kết nối các thiết bị này tới các mạng bên ngoài. HG đóng vai trò như một cổng giao diện để cung cấp các ứng dụng giao tiếp và giải trí đến cho người dùng. Thực hiện: Ks. VNT Trang 9

10 STB: Dòng STB ZXV10 của ZTE dựa trên kỹ thuật Mã hóa hình ảnh tiên tiến MPEG- 4 (AVC). Ngoài ra, dòng thiết bị này cũng hỗ trợ HDTV, kết nối với các thiết bị lưu trữ ngoài và nhiều tính năng khác tất cả tính năng này sẽ giúp tăng tính cạnh tranh của các dịch vụ IPTV Các ưu điểm của giải pháp Giải pháp IPTV của ZTE kết hợp cả chất lượng dịch vụ cao và chi phí thấp với các tính năng nổi bật như: Kiến trúc hệ thống mở Mỗi thành phần đều có giao diện đặc biệt để phát triển các ứng dụng của nhà cung cấp khác. Hệ thống có thể kết nối hoạt động hiệu quả với các thành phần của nhà cung cấp IPTV khác. Tính mở giúp nhà khai thác linh hoạt trong việc phát triển các ứng dụng mới. Ví dụ như dịch vụ game, middleware có thể dễ dàng tích hợp với các phần mềm game khác, do đó giúp nhà khai thác nhanh chóng cung cấp được các trò chơi ăn khách ra thị trường Bảo mật trong phân phối nội dung ZTE tích hợp giải pháp bảo mật của Irdeto, nhà cung cấp DRM/CAS vào hệ thống IPTV của mình nhằm đảm bảo độ bảo mật cao cho nội dung, tăng tốc độ triển khai hệ thống để nhanh chóng cung cấp các dịch vụ IPTV ra thị trường Mã hóa video tiên tiến Hệ thống IPTV của ZTE sử dụng chuẩn mã hóa H.264/MPEG4 AVC tiên tiến. ZTE tin tưởng rằng H.264, chuẩn mã hóa video cho độ nét cao HD và đôh nét tiêu chuẩn SD, sẽ thống trị trong thập niên tới cùng với sự phổ biến của HDTV. Với chuẩn mã hóa H.264, nhà khai thác có thể giảm được yêu cầu về băng thông và vốn đầu tư Khả năng cung cấp dịch vụ mạnh mẽ Với hệ thống này, nhà khai thác có thể phát triển nhiều ứng dụng để tăng ARPU, đồng thời có thể thêm các nội dung quảng cáo để tăng lợi nhuận cho mình. Các dịch vụ phong phú được cung cấp bao gồm: Truyền hình quảng bá, VoD, NVoD, NPVR, TSTV, điện thoại thấy hình, tin nhắn nhanh (IM), SMS, thoại qua IP (VoIP), walled garden, quảng cáo, trò chơi, TV-shopping và đào tạo từ xa Hệ thống quản lý mạng toàn diện Hệ thống quản lý mạng được áp dụng để quản lý toàn bộ hệ thống IPTV bao gồm middleware, máy chủ VoD, và DSL, cũng như các thiết bị đầu cuối STB và HG. Cùng với giao thức TR069 sẽ giúp vận hành dễ dàng hơn và giảm chi phí bảo trì. Hệ thống cũng cung cấp nhiều chức năng quản lý thiết bị bao gồm chẩn đoán lỗi từ xa, cung cấp thống kê vận hành dịch vụ và các báo cáo hoạt động của mạng. Thực hiện: Ks. VNT Trang 10

11 Khả năng linh hoạt trong hỗ trợ dung lượng lớn CDN hỗ trợ đồng thời các kiến trúc phân bố, tập trung hoặc kết hợp. Dung lượng mạng IPTV có thể được mở rộng từ hàng ngàn thuê bao tới hàng triệu thuê bao. Dựa trên các công nghệ IPTV tiên tiến, giải pháp IPTV của ZTE sẽ thúc đẩy công cuộc cách mạng hóa phương thức xem truyền hình bằng các dịch vụ dữ liệu, video được cung cấp mọi lúc, mọi nơi. Với vai trò là một thành phần nền tảng của Mô hình gia đình số, giải pháp cũng sẽ đóng góp mạnh mẽ vào tiến trình xây dựng một mô hình gia đình số thế hệ mới trong tương lai gần Thông số STB của ZTE ZXV10 B700 for HDTV (High Definition Television) Video Algorithm: H.264 SD/HD, MPEG2 SD/HD (optional) Audio algorithm: AAC, MPEG1 Layer 1/2 AC3(Optional) MP3(Optional) Standard Definition PAL: 720*576; NTSC: 720*480; High Definition 720p;1080i 4:3 and 16:9 video stream aspect ratios ZXV10 B600 for SDTV (Standard Definition Television) Video Algorithm: H.264 SD, MPEG2 SD( optional) Receiving bit rate range: 200 K ~ 3 M Video Format: SD for PAL or NTSC PAL: 720*576; NTSC: 720*480 4:3 and 16:9 video stream aspect ratios Audio algorithm: AAC, MPEG1 Layer 1, 2 Option: AC3, MP3 Thực hiện: Ks. VNT Trang 11