ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ




Nguyễn Đức Quyết





NGHIÊN CỨU TRUYỀN HÌNH IPTV
TRONG MẠNG THÔNG TIN ĐIỆN LỰC PLC



Ngành: Công nghệ điện tử - viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật vô tuyến điện tử và thông tin liên lạc
Mã số: 2.07.00




LUẬN VĂN THẠC SĨ



Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
TS. Hồ Văn Sung

Hà Nội – 2006
i








Lời cảm ơn

Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến gia đình, thầy cô và bạn bè
đồng nghiệp đã ủng hộ và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề
tài này, đặc biệt là TS. Hồ Văn Sung người đã tận tình hướng dẫn tôi
hoàn thành công trình này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn.

Nguyễn Đức Quyết













ii










Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan đề tài này và nội dung của luận văn không trùng
lặp với bất kỳ một công trình nào khác.


Học viên Nguyễn Đức Quyết












iii

MỤC LỤC
Nội dung
Trang
Lời cảm ơn
i
Lời cam đoan
ii
Mục lục
iii
Danh mục các hình vẽ
v
Danh mục các bảng biểu
vii
Thuật ngữ viết tắt
vii
MỞ ĐẦU
1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH IPTV
3
1.1. IPTV là gì.
3
1.2 Ưu điểm của IPTV
5

1.3 Nhu cầu thực tế của IPTV
6
1.4. Lựa chọn chuẩn nén tín hiệu video cho IPTV.
8
1.5 Chuẩn nén tín hiệu video nâng cao H264/AVC
8
1.5.2 Các ứng dụng của H264/AVC
10
1.5.3 Cấu trúc phân lớp của H264/AVC
10
1.5.4 Đặc điểm chính của H264/AVC
16
CHƢƠNG 2: MẠNG PLC TỐC ĐỘ CAO
25
2.1 Giới thiệu
25
2.2 Lịch sử của PLC
25
2.3 Kênh PLC
27
2.4 Mô phỏng kênh PLC
28
2.5 So sánh DS-SS và OFDM
30
2.6 Những ứng dụng khả thi của PLC
31
2.7 Các công ty sản xuất và ứng dụng PLC
34
2.8 Thực thi hệ thống PLC
35

2.9 Qúa trình điều khiển lỗi
37
2.9.1 Dừng và đợi ARQ
37
2.9.2 Go-back-N ARQ
38
2.9.3 Selective repeat ARQ
39
2.10 Thiết kế hệ thống PLC
40
2.10.1 Thiết kế giao thức
40
2.10.2 Giao thức truy cập
41
2.10.3 Giao thứ c kế t hợ p giữ a CSMA và ARQ
43
2.10.4 Cấ u trú c gó i dữ liệ u
44
iv

2.11. Tách sóng đa người dùng cho MC-DS-CDMA trong mạng
thông tin điện lực
45
CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG IPTV TRONG MẠNG THÔNG TIN PLC
53
3.1 Chuẩn HomePlug AV
53
3.1.1 Kiến trúc hệ thống HPAV
54
3.1.2 Mặt phẳng điều khiển MAC

58
3.1.3 Mặt phẳng dữ liệu MAC
58
3.1.4 Lớp hội tụ
60
3.1.5 Vấn đề bảo mật trong HPAV
60
3.1.6 Tính đa mạng của HPAV
60
3.2. Chip INT6000 của hãng Intellon
61
3.2.1 Các đặc tính của INT6000
62
3.2.2 Kiến trúc của INT6000
64
3.3. Mô hình ứng dụng IPTV của modem PLC tốc độ cao
69
3.4. Nghiên cứu mô hình ứng dụng của modem PLC tốc độ cao
Corinex AV200
70
3.4.1 Đặc tính của AV200
71
3.4.2 Cấu hình mạng AV200
72
3.4.3 Ứng dụng AV200 trong mạng phân phối IPTV trong gia
đình
74
3.5 . Mô hình thử nghiệm modem PLC tốc độ cao với hệ thống
IPTV
77

3.6 Kết quả thử nghiệm truyền IPTV trong hộ gia đình
82
KẾT LUẬN
91
Tài liệu tham khảo
93










v

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Thiết bị IPTV
4
Hình 1.2: Các thành phần của IPTV
4
Hình 1.3: Mạng phân phối IPTV
7
Hình 1.4: quá trình phát triển các chuẩn của ISO và ITU-T
9
Hình 1.5: Ưu điểm của H264/AVC so với MPEG-2 và MPEG-4
ASP
10

Hình 1.6: Cấu trúc phân lớp của H264/AVC
11
Hình 1.7: Các bán ảnh trong một khung
12
Hình 1.8: Cấu trúc 4:2:0
13
Hình 1.9: Cấu trúc mã hóa cơ bản H264/AVC
14
Hình 1.10: Sơ đồ bộ mã hóa H264/AVC
15
Hình 1.11: Sơ đồ bộ giải mã H264
16
Hình 1.12: Bù chuyển động
17
Hình 1.13: Tham chiếu đa ảnh
18
Hình 1.14: Các mode trong dự đoán INTRA 4x4
18
Hình 1.15: Dự đoán ảnh I
20
Hình 1.16: Loại bỏ phần dư thừa không gian
21
Hình 1.17: Ma trận Hadamard sử dụng trong biến đổi
21
Hình 1.18: Thứ tự truyền các hệ số
22
Hình 1.19: Mã hóa Entropy
22
Hình 1.20: Phương pháp mã hóa CAVLC và CABAC
23

Hình 1.21: Sơ đồ mã hóa chi tiết CABAC
23
Hình 2.1 : Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống phát OFDM
28
Hình 2.2 : Sơ đồ khối cơ bản của hệ thống thu OFDM
29
Hình 2.3 : Kiến trúc phân tầng UCA
33
Hình 2.4: Mô hình hệ thống PLC
36
Hình 2.5: Dừng và đợi
38
Hình 2.6: Sơ đồ hoạt động Go back N
39
Hình 2.7: Sơ đồ hoạt động Selective repeat ARQ
40
Hình 2.8 : Sơ đồ khối của hệ thống phát TDMA
42
Hình 2.9 : Sơ đồ khối của hệ thống thu TDMA
42
Hình 2.10: Cấu trúc gói dữ liệu PLC
44
Hình 2.11: Mã hóa đa người dùng trong hệ thống MC-CDMA
49
Hình 2.12 : Sơ đồ Turbo cho giải điều chế và giải mã
50
Hình 3.1: So sánh các chuẩn của HomePlug
53
vi


Hình 3.2 : Sơ đồ kiến trúc hệ thống của HPAV
55
Hình 3.3 : Sơ đồ thu phát HPAV OFDM
56
Hình 3.4 : MAC và MPDU
59
Hình 3.5 : Mạng láng giềng
60
Hình 3.6: Chip INT6000
61
Hình 3.7 : Kiến trúc INT6000
64
Hình 3.8 : Giao diện PCI
65
Hình 3.9 : Giao diện MBI
66
Hình 3.10: Giao diện Ethernet
67
Hình 3.11 : Giao diện MPEG-TS
68
Hình 3.12: Mô hình cung cấp dịch vụ IPTV cho các hộ gia đình
69
Hình 3.13: Mô hình cung cấp dịch vụ TriplePlay
70
Hình 3.14 : Modem Corinex AV200 dạng để bàn
70
Hình 3.15: Modem Corinex AV200 dạng gắn tường
71
Hình 3.16 : Sơ đồ ứng dụng của AV200 trong mạng gia đình
72

Hình 3.17: Trang xác thực bằng mật khẩu
73
Hình 3.18 : Mạng IPTV tổng quan
74
Hình 3.19 : Mạng phân phối IPTV
75
Hình 3.20 : Tín hiệu IPTV được tách ra trước khi đưa vào mạng
Home
75
Hình 3.21 : Mạng phân phối IPTV trong gia đình
76
Hình 3.22 : Kết nối dùng modem PLC tốc độ cao
76
Hình 3.23: Mô hình ứng dụng IPTV trong hộ gia đình
77
Hình 3.24 : Mô hình thực nghiệm IPTV với set-top-box và PC
77
Hình 3.25 : Thiết lập thông số cho máy chủ video VLC
78
Hình 3.26 : Thiết lập thông số VLC client
78
Hình 3.27 : Video phân giải SDTV (704x576).
79
Hình 3.28 : Thông số SDTV
79
Hình 3.29 : Video phân giải cao HDTV 720p (1280x720).
80
Hình 3.30 : Thông số HDTV
80
Hình 3.31 : HDTV

81
Hình 3.32: Thông số video và Audio
81
Hình 3.33: Mô hình thử nghiệm
82
Hình 3.34: Kết quả đo trong cùng phòng
83
Hình 3.35: Chất lượng video không bị suy giảm
83
Hình 3.36: Đồ thị băng thông trong cùng một tầng
84
vii

Hình 3.37: Kết quả đo cùng tầng
84
Hình 3.38: Chất lượng video không bị suy giảm
85
Hình 3.39: Băng thông khi modem đặt cùng một tầng khác phòng
85
Hình 3.40: Kết quả đo tầng 1-2
86
Hình 3.41: Chất lượng video không bị suy giảm
86
Hình 3.42: Băng thông giữa 2 modem đặt tại tầng 1 và tầng 2
87
Hình 3.43: Kết quả đo tầng 1-3
87
Hình 3.44: Chất lượng video không bị suy giảm khi truyền từ tầng 1-
3
88

Hình 3.45: Đồ thị băng thông giữa 2 modem đặt tại tầng 1 và tầng 3
88
Hình 3.46: Bản mạch chính của AV200
89
Hình 3.47: Mạch ghép nối AV200
89
Hình 3.48: AV200 gắn tường
89
Hình 3.49: Máy tính phía phát
90
Hình 3.50: Máy tính phía thu
90

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Bảng so sánh các dịch vụ cung cấp của các
dạng truyền hình
6
Bảng 3.1: Đặc tính vật lí INT6000
62
Bảng 3.2: Đặc tính điện của INT6000
62
Bảng 3.4: Sử dụng công nghệ OFDM, TDMA,
CSMA/CA
63

CÁC ĐỊNH NGHĨA HOẶC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN
ACS
Auto Connection Service
ADSL

Asymmetric Digital Subcriber Line
AES
Advanced Encryption Standard
AFE
Analog Front End
AGC
Automatic Gain Controller
ATS
Arrival Time Stamp
AVC
Advance Video Coding
AVLN
HomePlug AV Logical Network
viii

BPL
Broadband over Powerline
BPSK
Binary Phase Shift Keying
CCo
Central Coordinator
CDMA
Code division multiple access
CF
Contention Free
CID
Connection ID
CL
Convergence Layer
CM

Connection Manager
CSMA/CA
Collision Sense Multiple Access/Collision
Avoidance
CSPEC
Connection Specification
DAK
Device Access Key
DNL
Discovered Networks List
DSL
Discovered Station List
EAP
Extensible Authentication Protocol
FDM
Frequency Division Multiplexing
FEC
Forward Error Control
FFT
Fast Fourier Transform
HDTV
High Definition Television
HLE
Higher Layer Entity
HPAV
HomePlug AV
IFFT
Inverse Fast Fourier Transform
INL
Interfering Network List

IPTV
Internet Protocol Television
MAC
Medium Access Control
MPDU
MAC Protocol Data Unit
MPEG
Moving Picture Experts Group
MPLS
Multi Protocols Label Switching
MSDU
MAC Service Data Unit
NEK
Network Encryption Key
NMK
Network Membership Key
NN
Neighboring Network
NPW
Network Password
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplexing
PB
PHY Block
PCF
Persistent Contention Free
ix

PCo
Proxy Coordinator

PHY
Physical Layer
PLC
Power Line Communication
PPDU
PHY Protocol Data Unit
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
QoS
Quality of Service
SACK
Selective Acknowledge
SAP
Service Access Point
SDTV
Standard Definition Television
SNR
Signal-to-Noise Ratio
SOF
Start of Frame
STA
Station
TCC
Turbo Convolutional Code
TDM
Time Division Multiplexing
TDMA
Time Division Multiple Access
TXOP
Transmit Opportunity

VLAN
Virtual LAN
1

MỞ ĐẦU

Sự phát triển của mạng Internet toàn cầu nói riêng và công nghệ thông
tin nói chung đã đem lại tiến bộ và phát triển vượt bậc của khoa học kỹ
thuật. Internet không những đã rút ngắn khoảng cách về không gian, thời
gian mà còn mang lại cho mọi người, mọi quốc gia và cả thế giới những lợi
ích to lớn. Tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin là một
trong những thành tựu to lớn, có vai trò quan trọng và tầm ảnh hưởng rộng
khắp.
Với sự phát triển nhanh chóng của mạng Internet băng rộng còn làm
thay đổi cả về nội dung và kỹ thuật truyền hình. Hiện nay truyền hình có
nhiều dạng khác nhau: truyền hình số, truyền hình vệ tinh, truyền hình
cable, truyền hình cho các thiết bị cầm tay, truyền hình Internet và IPTV
(Internet Protocol Television-Truyền hình qua giao thức Internet. IPTV
đang là cấp độ cao nhất và là công nghệ truyền hình của tương lai. Sự vượt
trội trong kỹ thuật truyền hình của IPTV là tính năng tương tác giữa hệ
thống với người xem, cho phép người xem chủ động về thời gian và khả
năng triển khai nhiều dịch vụ giá trị gia tăng tiện ích khác trên hệ thống
nhằm đáp ứng nhu cầu của người sử dụng.
Hiện nay trên thế giới đã có một số quốc gia triển khai thành công
IPTV. Theo nhiều chuyên gia dự báo thì tốc độ phát triển của các thuê bao
IPTV sẽ nhân đôi theo từng năm. Ở Việt Nam, hiện nay đã có một số nhà
cung cấp dịch vụ thử nghiệm IPTV trên mạng Internet băng rộng ADSL.
Đồng thời với sự phát triển của công nghệ Internet băng rộng là những
tiến bộ vượt bậc trong việc nghiên cứu và triển khai truyền tín hiệu thông
tin trong mạng điện lực PLC. Các loại modem PLC hiện nay có thể truyền

với tốc độ 200Mbit/s với khoảng cách 300m. Do vậy chúng được ứng dụng
2

truyền các tín hiệu truyền hình IPTV trong một tòa nhà lớn hay trong một
hộ gia đình.
Luận văn này tập trung chủ yếu vào nghiên cứu truyền hình IPTV
trong mạng điện lực sử dụng modem PLC tốc độ cao. Các tài liệu sử dụng
trong luận văn này chủ yếu được lấy từ Internet và sự giúp đỡ của các thầy,
cô giáo trong trường Đại học Công nghệ, các chuyên gia của các hãng cung
cấp giải pháp IPTV và thiết bị PLC tốc độ cao, đặc biệt là TS Hồ Văn Sung
- Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội và các đồng nghiệp. Luận
văn này không tránh khỏi những thiếu sót và còn tiếp tục được hoàn thiện,
do vậy tác giả mong nhận được những ý kiến đóng góp của các Thầy , Cô,
bạn bè để thảo luận ngày càng được hoàn thiện và nghiên cứu sâu hơn.

















3

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH IPTV

1. 1. IPTV là gì.
IPTV là tên viết tắt của cụm từ Internet Protocol Television - truyền
hình trên nền giao thức mạng Internet.
Truyền hình IPTV phát triển cung với sự bùng nổ của kỉ nguyên
Internet. Đặc biệt khi hạ tầng mạng Internet đáp ứng được băng thông để
truyền tín hiệu video. Truyền video là một dịch vụ yêu cầu băng thông lớn.
Ở nước ta hiện nay mạng ADSL đã trở nên phổ biến trong mấy năm gần
đây. Tốc độ phát triển Internet băng rộng ở Việt Nam rất cao chủ yếu là
dịch vụ ADSL.
Cùng với sự phát triển đó, công nghệ nén video ngày càng tiến bộ, cho
phép truyền video ở tốc độ thấp nhưng vẫn đảm bảo được chất lượng hình
ảnh. Chuẩn nén video mới nhất hiện nay là MPEG-4/AVC đã đạt hiệu suất
nén gấp 2 lần so với nén MPEG-2.
Với các điều kiện phát triển trên thì IPTV có điều kiện phát triển, và
triển khai trên diện rộng như một dịch vụ của mạng truy cập Internet băng
rộng.
IPTV là dịch vụ truyền tải hình ảnh kỹ thuật số tới người sử dụng qua
giao thức Internet với kết nối băng thông rộng. Dịch vụ này thường được
cung cấp kèm theo với xem phim theo yêu cầu và có thể bao gồm luôn các
dịch vụ Internet như truy cập web và dịch vụ VoIP.
Đối với người dùng cuối: IPTV có thể hiểu đơn giản là một dịch vụ
video tích hợp trên nền mạng Internet băng thông rộng sẵn có bởi một thiết
bị giải mã (SetTopBox) và một màn hình TV.
4

TV

Bộ giải mã
Mạng
băng rộng
Switch
Router

Hình 1.1: Thiết bị IPTV
Đối với nhà cung cấp dịch vụ: IPTV là hệ thống cung cấp dịch vụ
truyền hình và Video trên nền tảng IP băng thông rộng.
* Các nhân tố hình thành IPTV
- Hệ thống thiết bị trung tâm.
- Mạng lõi.
- Mạng truy nhập.
- Thiết bị đầu cuối khách hàng

IP STB
Mạng lõi
PC
Hộ gia đình
Video Server
Lưu trữ VoD
Máy chủ Video nhà
cung cấp dịch vụ IPTV
Mạng truy nhập
(xDSL, Wimax)
Mạng gia đình
PLC
Mạng truy nhập
(xDSL, Wimax)
Đến các gia đình

Switch
Router

Hình 1.2: Các thành phần của IPTV
5

Truyền trong môi trường IP, nên IPTV có thể hỗ trợ nhiều loại dịch
vụ khác nhau được phân thành 2 nhóm chính:
- Các dịch vụ cơ bản: truyền hình trực tuyến LiveTV, VOD, NVOD
- Các dịch vụ gia tăng: trò chơi trực tuyến, thông tin video.

1.2 Ƣu điểm của IPTV
- Dịch vụ IPTV cho phép khách hàng có sự tương tác với các dịch vụ
truyền hình. Khách hàng sẽ không ở thế bị động như khi chỉ nhận được
những gì mà đài truyền hình phát sóng. Khách hàng được quyền lập danh
sách các kênh yêu thích, chọn lựa phim ảnh và chương trình ca nhạc
- IPTV cho phép các nhà cung cấp dịch vụ phát hành chương trình
theo yêu cầu. Khách hàng có thể xem tại nhà các bộ phim mới nhất trên thị
trường bằng cách gửi yêu cầu đến hệ thống nhà cung cấp dịch vụ. Khách
hàng cũng có thể xem lại các trận đấu bóng đá mà không phụ thuộc vào
thời gian phát lại như của Đài truyền hình.
- Dịch vụ IPTV cho phép khách hàng xem các chương trình truyền
hình có độ phân giải cao từ máy tính mà không cần các thiết bị thu đặc biệt.
Nó được vận hành giống như dịch vụ điện thoại đường dài qua Internet
(VoIP).
- Dịch vụ IPTV cho phép khách hàng sử dụng truyền hình để thực
hiện các ứng dụng trên internet như: lướt web, chat, điện thoại internet
VoIP, hội thoại có hình ảnh, … Hệ thống thiết bị cho phép đấu nối các thiết
bị ngoại vi như chuột, bàn phím để có thể thao tác như một máy tính thông
thường.

- Dịch vụ IPTV còn cho phép khách hàng tiến hành các giao dịch
trực tiếp trên truyền hình như: TV shopping, mua bán chứng khoán, game
show truyền hình… Các giao dịch này được thực hiện và hiển thị trên màn
6

hình TV thông qua các phím bấm trên bộ điều khiển từ xa của settopbox và
tivi.
- Cuối cùng, dịch vụ IPTV luôn đảm bảo được yếu tố quan trọng của
truyền hình là cung cấp được nhiều kênh với độ phân giải cao, chất lượng
âm thanh hình ảnh tốt, không bị nhiễu do điều kiện thời tiết, không bị biến
dạng thành nhiều bóng khi bị che chắn bởi các tòa nhà cao tầng…
Tóm lại, với đặc điểm nổi bật là tính tương tác với các dịch vụ hấp
dẫn, truyền hình theo yêu cầu (VoD, NVoD), các trò chơi truyền hình
tương tác, dịch vụ ghi hình, TV mua sắm,… mà vẫn giữ được yếu tố quan
trọng của truyền hình là độ phân giải cao, chất lượng hình ảnh tốt, dịch vụ
IPTV thực sự trở thành một loại hình dịch vụ mới mẻ có sức hấp dẫn cao
khi được cung cấp.
Bảng 1.1: Bảng so sánh các dịch vụ cung cấp của các dạng truyền hình
Loại hình
truyền hình
Các đặc điểm đánh giá
Trực
tiếp
Theo
yêu
cầu
Tương
tác
Chất
lượng

Băng
thông
Truy
cập
Internet
Truyền hình thông
thường
Có
-
-
Có
-
-
Truyền hình cáp
Có
-
-
Có
-
Có
Truyền hình kỹ thuật số
Có
-
-
Có
-
-
Truyền hình trực tuyến
Có
Có

Có
-
Có
Có
IPTV
Có
Có
Có
Có
Có
Có

1.3 Nhu cầu thực tế của IPTV
Theo nhóm nghiên cứu đa phương tiện (MRG) trong ”Dự đoán IPTV
toàn cầu năm 2005-2009”: tố c độ phá t triển IPTV rấ t cao: gần 1.000%. Thị
trường IPTV trên thế giới phát triển ở mức tăng kép hàng năm 78% lên tới
36,9 triệu người sử dụng vào năm 2009. Doanh thu dị ch vụ cò n tăng kịch
tính hơn trong cùng thời kỳ, từ 880 triệu USD tới 9,9 tỷ USD.
7

Theo Infoma: tốc độ IPTV tăng nhanh vào 5 năm tới và đạt 25.9 triệu
thuê bao IPTV vào cuối năm 2010.
Theo nghiên cứu TDG: doanh thu IPTV toàn cầu sẽ trên 17 tỷ USD
vào năm 2010.
Và trên thực tế, dịch vụ IPTV đã được triển khai và đạt được thành
công ở nhiều nơi như Italy (FastWeb), HongKong (PCCW), Canada
(Manitoba) và Japan (Yahoo BB).
IRD
IRD
IRD

RF in
DVD/VTR
Video Storage
Video Encoder System
VoD Server
Middleware Server
Billing System
Server
Management Server
DHCP Server
Application Server
Database Server
Administrator and
Monitor System
Switch
Router
IP Core Network
Multicast and
Unicast Enabled
CA
Encryptor
System
And
Firewall
System
Relay Server System
Region #1
Relay Server System
Region #64
Broadband Access

network
Region #1
(xDSL, Wimax, FTTH)
IP-STB TV
Khách hàng
To home
To home
Broadband Access
network
Region #1
(xDSL, Wimax, FTTH)
Broadband Power Line
Communications
For Homes
To home
Hệ thống thiết bị trung tâm
Mạng lõi
Mạng truy nhập

Hình 1.3: Mạng phân phối IPTV.
- Ngay trong năm 2005 lượng thuê bao đã đạt được là 300.000, dự
đoán con số thuê bao có thể tăng trưởng lên tới từ 3 – 6 triệu vào năm
2010.
- IPTV được triển khai với băng thông 2M với kỹ thuật nén MPEG4
H.264 cho tivi thường và 6 M đối với HDTV.
8

- Các dịch vụ triển khai trên IPTV đến với người sử dụng:
* Live TV: Truyền trực tuyến
* VOD: Truyền hình theo yêu cầu

* ROD: Dịch vụ ghi hình theo yêu cầu
* NVOD: Xem chương trình theo lịch phát sóng.
Với sự phát triển của băng thông rộng, sự phát triển của nội dung
dịch vụ, dịch vụ IPTV thực sự sẽ trở thành dịch vụ gia tăng chính trên
mạng băng thông rộng.
Lựa chọn chuẩn nén tín hiệu video cho IPTV.
MPEG-1: chất lượng video tương đương với VCD tốc độ đạt 1.5Mbit/s.
MPEG-2: chất lượng video tương đương với DVD tốc độ từ 2-6Mbit/s.
MPEG-4: cho phép tốc độ video giảm nhưng chất lượng video vẫn tương
đương DVD, có khả năng truyền HDTV.
MPEG-4 Part 10 (H264/AVC) đạt hiệu suất nén cao gấp 2 lần MPEG-2 cho
phép truyền HDTV với tốc độ dưới 10Mbit/s. Chuẩn nén video H264/AVC
phù hợp với truyền hình IPTV, tiết kiệm băng thông nhưng vẫn cho chất
lượng hình ảnh cao.
1.5. Chuẩn nén tín hiệu video nâng cao H264/AVC
1.5.1. Tổng quan về H264/AVC.
H264 là chuẩn nén tín hiệu Video mới nhất trên thế giới của ITU-T
và ISO/IEC còn gọi là MPEG-4 Part 10 (Advanced Video Coding – AVC).
Chuẩn MPEG-2 (hay H262 . ITU-T) đã được phát triển hơn 10 năm nay từ
chuẩn MPEG-1, và nó đã được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực truyền
hình số, lưu trữ DVD. Ngoài ra MPEG-2 còn được dùng để truyền tín hiệu
TV độ phân giải cao qua vệ tinh, cáp và truyền hình số mặt đất.
Để tăng số chương trình cũng như việc phổ cập truyền hình phân dải
cao HDTV cần phải tăng hiệu suất nén. Hơn nữa việc truyền video qua cáp,
9

DSL và mạng di động UMTS yêu cầu tốc độ thấp hơn so với các kênh
quảng bá. Như vậy, việc tăng hiệu suất nén sẽ tăng được số lượng các
chương trình và chất lượng cho các hệ thống hiện có.
Mã hóa video cho các ứng dụng viễn thông được ITU-T phát triển từ

các chuẩn H261, H262 (MPEG-2) và H263, các chuẩn ra đời muộn hơn
H263+, H263++ để truyền video qua ISDN và T1/E1, mạng di động, mạng
LAN/Internet.

Hình 1.4: quá trình phát triển các chuẩn của ISO và ITU-T [11].
Gần đây, chuẩn MPEG-4 Visual (MPEG-4 Part 2) đã được sử dụng
trong một số ứng dụng và mở rộng môi trường ứng dụng video số.
Đầu năm 1998 VCEG (Video Coding Expert Group) và ITU-T cùng đề
suất một chuẩn mới H26L với mục tiêu tăng gấp đôi hiêu suất nén. Như
vậy nó sẽ mở ra rất nhiều ứng dụng mới như truyền hình qua Internet, qua
mạng di động và phát triển ứng dụng hiện có.
Bản nháp đầu tiên cho chuẩn mới này được thông qua vào tháng 10 năm
1999. Và đến tháng 12 năm 2001, VCEG và nhóm MPEG ISO/IEC lập ra
JVT (Joint Video Team) có nhiệm vụ hoàn thành bản nháp về chuẩn nén
video mới và được chính thức thông qua với tên gọi H264/AVC vào tháng
3 năm 2003.
10


Hình 1.5: Ưu điểm của H264/AVC so với MPEG-2 và MPEG-4 ASP[17]
1.5.2. Các ứng dụng của H264/AVC
Chuẩn này được thiết kế cho các ứng dụng sau:
+ Truyền hình quảng bá qua vệ tinh, cáp, mặt đất, DSL
+ Truyền hình tương tác, Video theo yêu cầu.
+ Lưu trữ đĩa quang, băng từ, DVD.
+ Tích hợp dịch vụ qua ISDN, LAN, DSL, mạng không dây, mạng di động
, modem.
+ Nhắn tin đa phương tiện MMS qua ISDN, DSL, LAN, mạng di động.
Và còn nhiều ứng dụng được phát triển trên mạng hiện tại như video
phone và mạng tương lai.

1.5.3. Cấu trúc phân lớp của H264/AVC
Với sự gia tăng các ứng dụng và dịch vụ trên nhiều mạng thì câu hỏi
đặt ra là làm thế nào quản lý được các ứng dụng đó. Như vậy đặt ra cho
chuẩn H264/AVC phải có độ linh hoạt cao và có thể đáp ứng được nhiều
ứng dụng khác nhau trên các mạng khác nhau. Do đó mà H264/AVC được
11

thiết kế theo phân lớp mã hóa video VCL (Video Coding Layer) và lớp
NAL làm nhiệm vụ tương thích với môi trường mạng khác nhau [18].


Hình 1.6: cấu trúc phân lớp của H264/AVC
a. Lớp mạng NAL.
NAL có khả năng ánh xạ từ lớp VCL đến lớp truyền tải:
+ RTP/IP cho dịch vụ thời gian thực qua mạng Internet (conversational và
streaming).
+ Định dạng file: ISO MP4 cho lưu trữ và truyền MMS.
+ H32x cho các dịch vụ đàm thoại có dây và không dây.
+ Dòng truyền tải MPEG-2 cho các dịch vụ quảng bá.
Gói NAL: dữ liệu video được mã hóa được tổ chức trong một đơn vị NAL
(hay gọi gói NAL). Mỗi gói NAL có độ dài tính theo bytes. Byte đầu tiên
của mỗi NAL là byte mào đầu, nó chỉ rõ loại dữ liệu được chứa trong NAL,
các byte còn lại chứa dữ liệu.
Phần dữ liệu của NAL được ghép xen.
Cấu trúc của đơn vị NAL có định dạng chung cho việc sử dụng truyền
trong hệ thống hướng bit và hướng gói.
b. Lớp mã hóa VCL
12

Cũng như các chuẩn video trước của ITU-T và ISO, mỗi một khung ảnh mã

hóa được chia thành các khối ảnh gọi là macroblock.
Khái niệm về ảnh, khung, bán ảnh
Tín hiệu video được mã hóa trong H264/AVC bao gồm tâp hợp các ảnh
được mã hóa có trật tự. Một ảnh có thể được biểu diễn bằng cả một khung
hoặc một bán ảnh. nhìn chung một khung gồm có hai bán ảnh xen kẽ nhau:
bán ảnh trên và bán ảnh dưới. Bán ảnh trên gồm các dòng chẵn 0, 2, …,
H/2-1 với H là tổng số dòng của một khung. Bán ảnh dưới gồm các dòng lẻ
và bắt đầu từ dòng thứ hai.

Hình 1.7: Các bán ảnh trong một khung [18].
Mô hình mầu YCbCr và mẫu 4:2:0
Sự cảm nhận của mắt người chỉ nhạy với thành phần độ chói, mầu
riêng biệt và nhạy cảm với thành phần chói hơn thành phần mầu. Các hệ
thống truyền video được thiết kế dựa vào đặc điểm này để tối ưu tốc độ và
chất lượng tín hiệu.
Trong H264/AVC cũng như các chuẩn trước đó sử dụng mô hình
mầu YcbCr: thành phần Y đặc trưng cho độ chói gọi là luma, hai thành
phần Cb và Cr đặc trưng cho mầu sắc.
Do mắt người nhạy cảm với thành phần chói hơn thành phần mầu nên
H264/AVC sử dụng cấu trúc 4:2:0
13

Dòng 1
Y
Cb
Y
Y
Cb
Y


Y
Cb
Y
Y
Cb
Y
Dòng 2
Y
Cr
Y
Y
Cr
Y
Y
Cr
Y
Y
Cr
Y

Hình 1.8: Cấu trúc 4:2:0
H.264 CODEC
Cũng như các tiêu chuẩn gần đây (ví dụ như MPEG1, MPEG2 và
MPEG4), H.264 không được định nghĩa là bộ CODEC (một cặp encoder và
decoder). Hơn thế, chuẩn định nghĩa ra các cú pháp của luồng nén video.
Để thực hiện, tuy nhiên một bộ giải mã và mã hóa đơn giản bao gồm các
chức năng chỉ ra ở hình 1.10 và 1.11. Trong khi các chức năng chỉ ra ở các
hình này để có thể đạt được phải có sự biến đổi đáng kể cho cấu trúc của
bộ CODEC. Chức năng chính của các thiết bị (bộ dự đoán, chuyển đổi,
lượng tử, mã hóa entropy) đều có một chút khác biệt so với các chuẩn

(MPEG1, MPEG2, MPEG4, H.261, H.263). Sự thay đổi quan trọng trong
H264 xuất hiện trong các chi tiết về chức năng của thiết bị. Bộ mã hóa
(Hình 1.10) chỉ ra 2 kiểu luồng đi. Đường “forward” (trái sang phải) và
đường tái tạo “reconstruction” ( phải sang trái. Đường đi của dữ liệu trong
bộ giải mã (Hình 1.11) từ phải sang trái minh họa cho sự tuơng đương giữa
Encoder và Decoder.
14


Hình 1.9: Cấu trúc mã hóa cơ bản H264/AVC[18]
Encoder
Một khung đầu vào Fn là mô tả cho một sự mã hóa. Khung được xử
lí trong khối của macroblock (đáp ứng cho 16x6 điểm ảnh trong một hình
bình thường). Mỗi macroblock được mã hóa trong chế độ intra hoặc inter.
Trong một trong hai trường hợp này một bộ dự đoán macroblock P được
hình thành dựa trên những mẫu trong khung n hiện tại những mẫu đã được
mã hóa, giải mã và tái tạo lại trước ( uF’n trong hình chỉ ra các mẫu chưa
được lọc sử dụng cho ảnh P). Ở chế độ Inter, P được hình thành bởi sự bù
do mất mát trong quá trình hoạt động một hoặc nhiều khung. Ở trong hình,
những khung tham chiếu chỉ ra những khung F’n-1 đã được mã hóa trước.
Tuy nhiên, dự đoán mỗi macroblock có thể được tạo thành từ một hoặc hai
khung ở quá khứ hay tương lai (trên biểu đồ thời gian). Tín hiệu dự đoán P
được trừ từ mỗi macroblock hiện tại để tạo ra giá trị còn lại hoặc các giá trị
khác macroblock Dn. Đó là sự chuyển đổi (sử dụng khối chuyển đổi) và
được lượng tử hóa có giá trị X, một hệ số chuyển đổi lượng tử. Các hệ số
Mã hóa
Entropy
Scaling & Inv.
Transform
Motion-

Compensatio
n
Điều khiển
dữ liệu
Quant.
Hệ số biến đổi
Dữ liệu
của chuyển động
Intra/Inte
r
Bộ điều
khiển mã
Decoder
Dự đoán
chuyển động
Biến đổi/
tỉ lệ./.
-
Tín hiệu
video đầu
vào




Chia thành
Macroblocks
16x16 pixels
Intra-frame
Prediction

De-
blocking
Filter
Tín hiệu video
đầu ra
15

này được sắp xếp và mã hóa entropy. Các hệ số mã hóa entropy cùng với
các phía thông tin yêu cầu để giải mã macroblock (ví dụ như ở chế độ dự
báo macroblock, kích thước các bước lượng tử, sự chuyển động của các
vector thông tin mô tả làm thế nào khối macroblock được bù vì sự vận
động) tạo nên luồng bít được nén. Nó được đưa tới lớp trừu tượng mạng
NAL (Network Abstraction Layer) để truyền hoặc lưu trữ[7].

Hình 1.10: Sơ đồ bộ mã hóa H264/AVC[7]
Encoder ( đường tái tạo )
Hệ số lượng tử macroblock được mã hóa để tái tạo lại các khung với
mục đích mã hóa các macroblock xa hơn. Hệ số X được thay đổi tỷ lệ ( Q-
1) và được chuyển đổi ngược (T-1) để tạo ra mội khối macroblock khác
Dn’. Nó không định danh tới một macroblock Dn nào khác. Quá trình xử lí
lượng tử sẽ sinh ra sự mất mát và Dn’ sẽ bị thay đổi so với Dn. Bộ tiền dự
đoán P được thêm vào Dn’ để tái tạo macroblock uF’n (giá trị gây ra sự sai
lệch ). Bộ lọc được đưa tới để giảm các sự ảnh hưởng bởi sự thay đổi các
khối và tái tạo lại các tham số của khung được tạo từ các bộ macroblocks
F’n liên tiếp [7].