Tổ chức mạng cung cấp dịch vụ IPTV

III . Tổ chức mạng cung cấp dịch vụ IPTV 1 . Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp IPTV Mô hình kiến trúc hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV Mạng truy nhập băng rộng: Hạ tầng mạng IP băng rộng để truyền 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 (B-RAS/MSS và DSLAM) 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/MSS và DSLAM cũng cần hỗ trợ các giao tiếp Ethernet chuẩn (FE, GE). 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 (phải đạt được độ mất gói và jitter tối thiểu). Băng thông xDSL do các DSLAM cung cấp đến khách hàng phải có khả năng lên đến 4-5 Mbps. 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 Video Headend. Hệ thống Video 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 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-4 Part 10 hoặc H.264. Hình ảnh mã hoá có thể lấy từ vệ tinh, truyền hình cáp, hệ thống truyền hình mặt đất, máy chủ video, tape playout, v.v... Sau khi mã hoá, các chuỗi (định dạng ASI, SPTS) truyền MPEG sẽ được đóng gói bằng cách sử dụng IP Streamer. Sau đó sẽ truyền 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… Hệ thống Middleware: Cung cấp khả năng quản lý thuê bao, nội dung và báo cáo hoàn chỉnh cùng với các chức năng quản lý EPG và STB, đồng thời vẫn duy trì tính mở cho việc tích hợp các dịch vụ trong tương lai. Middleware là một giao diện của hệ thống cung cấp dịch vụ IPTV với người sử dụng, nó xác định danh tính cho người dùng. 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 dùng. Middleware lưu lại một profile cho tất cả các dịch vụ. Middleware đảm bảo các hoạt động bên trong của dịch vụ truyền hình một cách hoàn hảo. Middleware sẽ không giới hạn bất kỳ hoạt động riêng rẽ nào trong hệ thống, nhưng sẽ giao tiếp trực tiếp với mỗi thành phần được hệ thống hỗ trợ. Middleware hỗ trợ API cho phép mở rộng các chức năng mới và truyền dữ liệu giữa các hệ thống. Hệ thống phân phối nội dung: Bao gồm các cụm máy chủ VoD và hệ thống quản lý VoD tương ứng, cho phép lưu trữ các nội dung đã được mã hóa và thiết lập các chính sách phân phối nội dung một cách mềm dẻo. Hệ thống này 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. Hệ thống quản lý bản quyền số (DRM): DRM giúp nhà khai thác bảo vệ nội 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 ở phía thuê bao. DRM dùng để bảo mật nội dung các khóa giải mã của các thuê bao. Những nội dung được tải trên những máy chủ nội dung sẽ được mã hóa trước bằng hệ thống DRM và nó cũng cũng chỉ mã hóa nội dung broadcast để bảo mật sự phân bố đến Set-top Box (ST. Hệ thống có khả năng hỗ trợ chức năng mã hoá trong các Headend tương ứng và cung cấp khoá mật mã cho các Headend này. Hệ thống DRM chứa khoá cho phần nội dung của một cơ sở dữ liệu khoá đồng thời bí mật phân phối cơ sở dữ liệu này tới STB. Hệ thống DRM cũng sẽ hỗ trợ thêm vào phần nội dung các chức năng thủ thuật trong khi xem (tua nhanh, tua lại, v.v...). Hệ thống DRM sẽ dựa trên các khái niệm của hệ thống cơ sở hạ tầng khoá công cộng (Public Key Infrastructure, PKI). PKI dùng các thẻ kỹ thuật số X.509 để xác nhận mỗi thành tố trong hệ thống DRM đồng thời để mã hoá an toàn dữ liệu có dùng các khoá chung/riêng. Hệ thống quản lý mạng và tính cước: Hệ thống này quản lý và tính cước dịch vụ truy cập của thuê bao IPTV Mạng gia đình: Mạng gia đình kết nối với một số thiết bị kỹ thuật số bên trong một diện tích nhỏ. Nó cải tiến việc truyền thông và cho phép chia sẻ tài nguyên giữa các thiết bị kỹ thuật số đắt tiền của các thành viên trong gia đình. Mục đích của mạng gia đình là cung cấp khả năng truy cập thông tin, sử dụng các dịch vụ thoại, âm thanh, dữ liệu, giải trí, giữa những thiết bị khác nhau trong nhà. Với mạng gia đình, người dùng có thể tiết kiệm tiền và thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi như là máy in và máy scan, cũng như kết nối internet băng thông,có thể được chia sẻ một cách dễ dàng Thiết bị người dùng IPTV: 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, có nhiệm vụ giải mã và xử lý dữ liệu video gửi đến. 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. Trong đó Set-top Box (ST: Thiết bị đầu cuối phía khách hàng, cho phép thu, giải mã và hiển thị nội dung trên màn hình TV. STB cần hỗ trợ các chuẩn MPEG-4/H.264. Ngoài ra, STB cũng có thể hỗ trợ HDTV, có khả năng kết nối với các thiết bị lưu trữ bên ngoài, video phone, truy nhập web (Walled garden), v.v... STB cung cấp các ứng dụng truyền thông và giải trí. STB sẽ hỗ trợ kết nối giữa thiết bị tivi và mạng điện thoại, cũng như Internet và thư viện ảnh ảo của nhà cung cấp dịch vụ. Nó có thể giải mã những chuỗi dữ liệu và hình ảnh đến dựa vào địa chỉ IP, đồng thời thể hiện các hình ảnh này trên TV. STB sẽ hỗ trợ chuẩn H.264/MPEG-4 Part 10 và phần mềm client Middleware của nó sẽ được dựa trên một cấu trúc thick client, điều đó có nghĩa là ứng dụng và dữ liệu thể hiện sẽ lưu trên STB. Môt set-box thực hiện 3 chức năng: + Nối tiếp vào mạng băng tần rộng, thu phát và xử lý số liệu IP và luồng video. + 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… + 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… 2 . Các dịch vụ IPTV Dịch vụ truyền hình: các nội dung truyền hình được quảng bá theo lịch trình thời gian cố định như truyền hình truyền thống. Sự lựa chọn các gói kênh theo yêu cầu của khách hàng có thể bao gồm các kênh truyền hình công cộng (public), các kênh truyền hình trả tiền (pay TV), các kênh truyền hình được ưa thích, các kênh về mua sắm, các kênh về thời trang, v.v… Dịch vụ truyền hình theo yêu cầu: việc phát các nội dung truyền hình được lựa chọn bắt đầu khi người sử dụng lựa chọn nội dung đó. Thông thường, nội dung là các bộ phim hay các phim đã được ghi lại từ một thư viện. Dịch vụ này có thể được sử dụng trong một thời gian giới hạn. Các chức năng thường giống như chức năng của máy ghi hình (VCR) hay đầu DVD (DVD player): phát hình (play), dừng hình (pause), tua hình (fast forward), v.v…. Máy ghi hình các nhân (Personal Video Recorder, PVR): PVR là một thiết bị điện tử dân dụng cho phép ghi lại các nội dung quảng bá để xem lại ở một thời điểm sau đó. Máy ghi hình cá nhân qua mạng (Network PVR, NPVR): đây là phiên bản sử dụng trên mạng của PVR. Nó có thể được xem như là một VCR ảo với việc lưu trữ và các chức năng khác cung cấp từ mạng. Nội dung truyền hình quảng bá có thể được ghi và xem lại sau đó. Hướng dẫn chương trình điện tử (Electronic Program Guide, EPG): một hướng dẫn để cung cấp cho người sử dụng các thông tin về các chương trình IPTV đang và sắp phát. Có thể nói một EPG là phương thức để người sử dụng tìm kiếm các nội dung của nhà cung cấp. Các dịch vụ thông tin: các dịch vụ thông tin có thể bao gồm tin tức thời sự, tin thể thao, dự báo thời tiết, thông tin về các chuyến bay, các sự kiện trong khu vực/địa phương, v.v.. Truyền hình tương tác: “kênh phụ” (back-channel) IP không chỉ cung cấp khả năng lấy thông tin mà còn cho phép tương tác với các show truyền hình hoặc khởi tạo các ứng dụng liên kết đến các chương trình đang chạy. Các ví dụ điển hình của truyền hình tương tác là tham dự vào các trò chơi truyền hình, bình chọn qua truyền hình, phản hồi của người xem truyền hình, các chương trình thương mại, v.v… Các ứng dụng tương tác: sự tương tác không chỉ được liên kết đến một chương trình truyền hình truyền thống. Đấu giá, mua sắm, dịch vụ ngân hàng là các ứng dụng truyền hình được sử dụng rộng rãi, tạo ra sự hội tụ của thiết bị và sự phát triển các giao diện người sử dụng mới. Truyền hình khiến cho việc sử dụng các ứng dụng tương tác (giống như việc sử dụng Internet) trở thành một trong những thành phần chiếm ưu thế của IPTV/VoD tương lai. Đây cũng là một yếu tố khác biệt chủ yểu nhất so với truyền hình quảng bá truyền thống vốn không có một “kênh phụ” nào (có chăng là một đường điện thoại). Các ứng dụng băng rộng: các ứng dụng dùng cho người tiêu dùng và doanh nghiệp cũng có thể được thực hiện thông qua hạ tầng IPTV/VoD như hội nghị truyền hình, đào tạo từ xa, giám sát an ninh, v.v… Pay-per-View (PPV): là hình thức trả tiền để xem một phần chương trình truyền hình, ví dụ: trả tiền để xem một sự kiện thể thao hay trả tiền để nghe một bản nhạc. Hệ thống cung cấp một kênh phim truyền hình theo hình thức PPV cho các thuê bao. Đây là một trong những dịch vụ phát triển nhất hiện nay, khi các dịch vụ giải trí và thể thao ngày càng trở thành một nhu cầu thiết yếu của mọi người, mọi gia đình. Trò chơi theo yêu cầu (Games on Demand): dịch vụ này sẽ cung cấp nhiều loại game tùy chọn đến thuê bao từ một danh sách có sẵn. IPTV yêu cầu game đơn giản dựa trên HTML. Âm nhạc theo yêu cầu (Muics on Demand): các thuê bao có thể xem những clip ca nhạc theo yêu cầu, giống như dịch vụ VoD, có thể tìm và nghe bất cứ khi nào những bản nhạc mà bạn mong muốn, có thể xem rất nhiều kênh truyền hình âm nhạc trong và ngoài nước đươc cập nhật liên tục. Truyền hình của hôm trước (TV of Yesterday, TVoY): dịch vụ này cho phép thuê bao xem phim truyền hình đã được phát những ngày trước. Bạn có thể xem lại chương trình trong vòng 48 tiếng trước đó. Với IPTV bạn có thể thao tác như một người dựng phim, bạn có thể tua xem đi xem lại, có thể ghi ra đĩa DVD, có thể upload lên mạng Karaoke theo yêu cầu (Karaoke on Demand): các thuê bao có thể chọn và xem các bài Karaoke qua Set-top Box (ST trên TV. Từ list các bài karaoke đã được giới thiệu, thuê bao có thể mua một hoặc nhiều bài hát cùng lúc. Đây là dịch vụ bạn phải trả tiền. Từ menu trên Tivi bạn lựa chọn bài hát yêu thích, và chương trình sẽ đưa về cho bạn một bản DVD karaoke chất lượng âm thanh và hình ảnh chất lượng cao. Bạn có thể đăng ký tài khoản để lưu trữ các bài hát yêu thích và số điểm mình đạt được. 3 . Một số đặc tính của IPTV Hỗ trợ truyền hình tương tác: khả năng hai chiều của hệ thống IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ phân phối toàn bộ các ứng dụng truyền hình tương tác. Các loại dịch vụ được truyền tải thông qua một dịch vụ IPTV có thể bao gồm truyền hình trực tiếp chuẩn (SDTV), truyền hình chất lượng cao (HDTV), trò chơi tương tác, và khả năng truy nhập internet 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 các chương trình truyền hình yêu thích để xem sau. Cá nhân hóa: một hệ thống IPTV từ đầu cuối đến đầu cuối hỗ trợ truyền thông tin hai chiều và cho phép người dung cá nhân hóa những thói quen xem TV của họ bằng cách cho phép họ quyết định nội dung và thời gian họ muốn xem. Yêu cầu về băng thông thấp: thay vì phân phối trên mọi kênh để tới mọi người dùng như trong tuyền hình quảng bá thông thường , công nghệ IPTV cho phép nhà cung cấp dịch vụ chỉ truyền trên một kênh mà người dùng yêu cầu. Đặc điểm hấp dẫn này cho phép nhà điều hành mạng có thể tiết kiệm băng thông của mạng. Hỗ trợ nhiều thiết bị đầu cuối: việc xem nội dung IPTV bây giờ không chỉ giới hạn thiết bị đầu cuối là TV. Người dùng có thể sử dụng máy tính cá nhân hay thiết bị di động để truy xuất vào các dịch vụ PTV.. 4. Sự khác biệt của IPTV và truyền hình internet: Do 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 diểm khác nhau: - Được truyền tải trên nền mạng  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 trên nền IP tương tự như mạng Internet, song đó là các mạng riêng được bảo mật để truyền các nội dung video đến khách hang. Các mạng riêng này thường được tổ chức và vận hành bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV - Về mặt địa lí Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sở hữu và điều khiển không cho phép người sử dụng Internet nói riêng và những người không sử dụng dịch vụ IPTV nói chung truy cập. các mạng này chỉ giới hạn trong 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 - Quyền sở hữu hạ tầng mạng Khi nội dung video được gửi qua mạng Internet công cộng, các gói sử dụng giao thức Internet có thể bị trễ hoặc mất khi nó di chuyển. Do đó, nhà cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh qua mạng Internet không đảm bảo chất lượng truyền hình như với dịch vụ truyền hình mặt đất, truyền hình cáp hay truyền hình vệ tinh. Thực tế là các nội 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 để có thể cung cấp hình ảnh với chất lượng cao hơn. - Cơ chế truy cập Một set-top box số thường được sử dụng để truy cập và giải mã nội dung video được phân phát qua hệ thống IPTV, trong khi PC 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 TV từ trên mạng Internet, đôi khi cần phải cài đặt các phần mềm để xem được nội dung đó, hay hệ thống quản lí bản quyền cũng cần để hỗ trợ cơ chế truy cập. - 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 giữa 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 một loại hình dịch vụ giải trí. 5. Ưu điểm của IP và sự lựa chọn IP cho IPTV Truyền hình số được định thời một cách chính xác, là dòng dữ liệu lien tục có tốc độ bít không đổi, thường hoạt động trên các mạng mà mỗi tín hiệu được truyền đều phục vụ cho mục đích truyền hình. Trái với truyền hình , mạng IP truyền những loại dữ liệu khác nhau từ rất nhiều nguồn trên một kênh chung , bao gồm thư điện tử , trang web , tin nhắn trực tiếp , tiếng nói qua IP (VoIP) và nhiều loại dữ liệu khác. Để truyền đồng thời những dữ liệu này, mạng Internet phân thông tin thành các gói. Như vậy , rõ ràng là IP và truyền hình không phải là một sự kết hợp hoàn hảo (lý tưởng) về công nghệ. Mặc dù không tương thích về căn bản nhưng IPTV vẫn bùng nổ. vậy lý do tại sao lại chọn các mạng giữa trên IP để truyền tín hiệu truyền hình ? câu trả lời có thể tóm tắt thành 4 luận điểm sau: Mạng băng rộng trên nên IP đã vươn tới rất nhiều gia đình ở nhiều nước, các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình có thể sử dụng những mạng này để phát các dịch vụ truyền hình mà không cần xây dựng hệ thống mạng riêng của họ. Giá thành của mạng IP tiếp tục giảm do số thiết bị được sản xuất mỗi năm rất lớn và việc chuẩn bị thiết kế giao diện cũng như công nghệ thống nhất trên toàn thế giới. Mạng IP đã có mặt trên toàn thế giới và một số người dùng mạng Internet tốc độ cao tiếp tục tăng rất nhanh. IP là công nghệ hoàn hảo cho nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm sự trao đổi dữ liệu , mạng cục bộ, chia sẻ tệp tin, lướt web và nhiều ứng dụng khác nữa…  - Với việc sử dụng các mạng IP để truyền dẫn tín hiệu truyền hình, việc xem truyền hình hiện đại sẽ rất khác so với xem truyền hình trước đây. Các tín hiệu truyền hình bây giờ không khác gì những dữ liệu khác. Nhờ đó , ngoài các kênh truyền hình quảng bá truyền thống, chúng ta sẽ có thêm những kênh truyền hình riêng biệt, tương tác để thỏa mãn nhu cầu riêng của từng người. -IP cung cấp cơ chế đỉnh đẻ định hướng truyền gói giữa các thiết bị được liên kết trong mạng.IP là một giao thức phổ biến được sử dụng khắp các mạng Internet và hang triệu các mạng khác có sử dụng IP. 6. Những yếu điểm của IPTV Ngoài những lời ích mà dịch vụ IPTV mang lại, dịch vụ này cũng còn tồn tại một số yếu điểm như sau: Về kỹ thuật : do IPTV yêu cầu truyền nội dung theo thời gian thực và sử dụng Internet Protocol, nó sẽ rất dễ bị mất gói tin hay trễ. Nếu kết nối IPTV không đủ nhanh, việc mất hay vỡ hình có thể xảy ra. Băng thông còn bị hạn chế, do đường truyền chưa đảm bảo, chi phí lắp đặt ban đầu là khá cao.Mặt khác do mới khai thác dịch vụ nên các ứng dụng chưa được đáp ứng được nhiều nhu cầu, các chương trình chưa được phong phú, sự tính tương tác chưa đạt được mức cao Chất lượng phụ thuộc hoàn toàn vào đường truyền Internet. Theo lý thuyết, để hiển thị với chất lượng tốt những kênh truyền hình SD thì tốc độ đường truyền phải đạt 3Mbps và kênh HD phải là 10-12Mbps. Tuy nhiên, chất lượng đường truyền Internet tại VN hiện vẫn còn khá thấp dù thường xuyên được nâng cấp. Hơn nữa, hầu hết người dùng chỉ chọn gói cước có tốc độ đường truyền thấp nên khi xem IPTV chất lượng thường không tốt, hình ảnh dễ bị đứng.