Bộ giáo dục Và đào tạo
TrƯờng đại học bách khoa hà nội

Luận văn thạc sỹ khoa học
TRUYN HèNH QUA MNG IP (IPTV)

Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.TS. H ANH TUí
học viên
: BI TH HOA

Hà nội - 2010


MỤC LỤC
Trang
MỤC LỤC .............................................................................................................................1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................2
DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................................4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ................................................................................5
MỞ ĐẦU ...............................................................................................................................6
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN HỆ THỐNG IPTV...................................................................9
1.1 IPTV là gì.....................................................................................................................9
1.2 IPTV và Internet TV ..................................................................................................10
1.3 Các dịch vụ IPTV ......................................................................................................11
1.3.1 Dịch vụ truyền hình trực tiếp: Live TV ...............................................................11
1.3.2 Dịch vụ theo yêu cầu: Video on Demand ...........................................................11
1.3.3 Dịch vụ tương tác: Interactive............................................................................13
1.3.4 Dịch vụ thông tin: Information ...........................................................................13
1.4 Kiến trúc cơ bản của một hệ thống IPTV ..................................................................13
CHƯƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CỦA IPTV .....................................................15
2.1 Giải pháp chung cho IPTV ........................................................................................15

2.1.1 Headend ..............................................................................................................15
2.1.2 Video-on-Demand – VoD....................................................................................16
2.1.3 Hệ thống điều khiển truy nhập và DRM – CAS/DRM ........................................20
2.1.4 Hệ thống Middleware .........................................................................................29
2.1.5 Set-Top-Box – STB..............................................................................................31
2.2 Công nghệ nén hình ảnh ............................................................................................34
2.2 Các chuẩn giao thức sử dụng trong IPTV..................................................................41
2.3 Mạng truyền tải IPTV ................................................................................................48
2.4 Đảm bảo QoE trong IPTV .........................................................................................53
CHƯƠNG III: THIẾT KẾ HỆ THỐNG IPTV....................................................................61
3.1 Phương pháp thiết kế .................................................................................................61
3.1.1 Quan điểm thiết kế ..............................................................................................61
3.1.2 Mô hình mạng đề xuất ........................................................................................63
3.2 Thiết kế hệ thống thực tế ...........................................................................................67
3.2.1 Thiết kế phân hệ Headend ..................................................................................67
3.2.2 Thiết kế Middleware ...........................................................................................70
3.2.3 Thiết kế phân hệ CA/DRM ..................................................................................74
3.2.4. Hệ thống VoD ....................................................................................................76
3.2.5 Thiết bị giải mã nhà khách hàng STB.................................................................79
3.2.6 Hệ thống giám sát, đo kiểm đảm bảo chất lượng ..............................................81
CHƯƠNG IV. ĐÁNH GIÁ TƯƠNG LAI PHÁT TRIỂN CỦA IPTV...............................84
4.1 Hiện trạng thị trường IPTV........................................................................................84
4.2 Nhu cầu dịch vụ IPTV tại Việt Nam..........................................................................87
4.3 Khả năng đáp ứng dịch vụ tại Việt Nam ...................................................................88
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................................................91
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................................92

1



DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
IPTV
HDTV

Internet Protocol TeleVision: Truyền hình bằng giao thức IP
High Definition TV: Truyền hình độ phân giải cao (1920x1080)
Standard Definition TV: Truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn
SDTV
(720x480)
Moving Picture Experts Group: là chuẩn nén hình ảnh của ISO/IEC,
MPEG
hiện nay có các phiên bản MPEG-2, MPEG-4, trong đó MPEG-4
AVC part 10 tương đương với chuẩn H.264 của ITU-T
Video on Demand: Dịch vụ xem phim (video clip, karaoke..) theo
VoD
yêu cầu
Network Personal Video Recorder: Dịch vụ ghi hình cá nhân trên
nPVR
mạng
Time Shifted Tv: Dịch vụ xem truyền hình trễ hơn so với kênh
TSTv
truyền hình trực tiếp một khoảng thời gian định trước
LiveTV
Dịch vụ xem truyền hình trực tiếp
GameTV
Dịch vụ chơi Game trực tuyến trên truyền hình
MobileTV Dịch vụ truyền hình triển khai trên mạng di động 3G
Là thuật ngữ để sử dụng cho hệ thống thu, xử lý và mã hóa hình
Headend
ảnh

Là hệ thống trung tâm của truyền hình IPTV có chức năng giao tiếp
Middleware với người dùng, nhận thực, tính cước, điều phối các hoạt động của
hệ thống
Electronic Program Guide: Giao diện chương trình của truyền hình
EPG
IPTV
Conditional Access/Digital Right Management: Hệ thống điều
CA/DRM
khiển quyền truy nhập và quản lý bản quyền số.
Content Security Manager: quản lý bảo mật nội dung, là chức năng
CSM
chính của CA/DRM
CA
Chức năng mã hóa cho kênh truyền hình trực tiếp
Insertion
DRM
Chức năng mã hóa cho nội dung VoD
insertion
X.509
Chuẩn chứng thực số
AES
Advanced Encryption Standard: Chuẩn mã hóa của Mỹ
Digital Video Broadcasting: Chuẩn truyền hình quảng bá kỹ thuật
số, có nhiều phiên bản như DVB-T: truyền hình kỹ thuật số mặt đất,
DVB
DVB-S: truyền hình kỹ thuật số vệ tinh, DVB-C: truyền hình kỹ
thuật số (trên mạng cáp quang và cáp đồng trục), DVB-H: truyền

2



MPLS
RTSP
Unicast
Multicast
STB

SDI

L-Band
LNB
QPSK

IRD

Encoder
SSL
SOAP

hình kỹ thuật số (quảng bá) di động
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Real Time Streaming Protocol: Giao thức truyền tải thời gian thực
Là phương thức truyền dẫn từ điểm tới điểm, dùng cho dịch vụ
VoD
Là phương thức truyền dẫn từ điểm tới đa điểm, dùng cho kênh trực
tiếp
Set to Box: là thiết bị đầu cuối nhà khách hàng có chức năng giao
tiếp với mạng truyền hình IPTV, giải mã và giải nén tín hiệu truyền
hình
Serial Digital Interface: giao diện số nối tiếp dùng để truyền tải tín

hiệu truyền hình băng gốc dạng số (tốc độ 270Mbps), là chuẩn
trong kỹ thuật truyền hình, SD-SDI chỉ tín hiệu SDTV truyền qua
giao diện SDI
Tín hiệu băng L dùng trong thông tin vệ tinh có tần số 950-2100
MHz
Low-noise Blockdown converter: Khối dịch tần tạp âm thấp thường
được tích hợp cùng khối khuếch đại LNA: Low Noiser Amplifier
Quadature Phase Shift Keying: Điều chế pha trực giao, thường
được sử dụng cho hệ thống thông tin vô tuyến, ở đây được dùng
cho truyền hình vệ tinh, ngoài ra còn sử dụng đến 8PSK…
Integrated Receiver Decoder: Bộ thu giải mã tích hợp, được dùng
trong hệ thống Headend để giải điều chế (QPSK), giải mật mã
(descrambler) và giải nén để cung cấp tín hiệu ra băng gôc dạng số
SDI
Là thiết bị nén tín hiệu truyền hình băng gốc (dạng số hoặc tương
tự) theo chuẩn MPEG-2, MPEG-4/H.264…
Secure Sockets Layer: giao thức dùng để kết nối (bảo mật) giữa
STB và CA để thực hiện việc trao đổi khóa mã
Simple Object Access Protocol: Giao thức truy nhập đối tượng đơn
giản, được sử dụng trong kỹ thuật máy tính để trao đối thông tin cấu
trúc dữ liệu.

3


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1 So sánh Internet TV và IPTV…………………………………..
Bảng 2.1 Các profile của MPEG -2………………………………………
Bảng 2.2 Các level của MPEG -2………………………………………...
Bảng 2.3 So sánh LDP và RSVP…………………………………………

Bảng 2.3 Ví dụ kết quả test plan thời gian chuyển kênh…………………
Bảng 3.1 Kết quả tính toán hệ thống Headend…………………………...
Bảng 3.2 Các giao thức sử dụng giữa Middleware và các phần tử………
Bảng 3.3 Kết quả tính toán hệ thống Middleware………………………..
Bảng 3.4 Kết quả tính toán hệ thống CA/DRM………………………….
Bảng 3.5 Kết quả tính toán hệ thống VoD……………………………….
Bảng 3.6 Tiêu chuẩn kỹ thuật của STB…………………………………..
Bảng 3.7 Danh mục thiết bị hệ thống giám sát, đo kiểm…………………

4

Trang
11
37
37
53
59
70
72
73
76
80
81
83


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV…………………..
Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan một hệ thống IPTV…………………………...
Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế Headend…………………………………………

Hình 2.3 Tổ chức tập trung các máy chủ VOD…………………………..
Hình 2.4 Tổ chức phân tán các máy chủ VOD…………………………...
Hình 2.5 Các thành phần chính của một hệ thống CA…………………...
Hình 2.6 Hệ thống CA tại máy khách……………………………………
Hình 2.7 Hệ thống CA không smartcard…………………………………
Hình 2.8 Hoạt động của một CA phần mềm……………………………..
Hình 2.9 Sơ đồ hệ thống middleware…………………………………….
Hình 2.10 Mô hình khối cấu tạo của một STB cơ bản …………………..
Hình 2.11 Hoạt động của một Demultiplexer……………………………
Hình 2.12 Tổ chức theo bậc của các thành phần trong MPEG…………..
Hình 2.13 Kích thước block trong H.264………………………………...
Hình 2.14 Hệ thống tham khảo khung hình trong H.264………………...
Hình 2.15 Nhiều người dùng unicast cho một kênh TV …………………
Hình 2.16 Phương pháp truyền multicast đến nhiều người dùng………...
Hình 2.17 Mô hình kết nối Client/Server của RTSP……………………..
Hình 2.18 IPTV jitter……………………………………………………..
Hình 2.19 Ảnh hưởng của jitter đến việc nhận packet…………………...
Hình 2.20 Sự thay đổi MDI trên đường truyền…………………………..
Hình 2.21 Thời gian chuyển kênh………………………………………..
Hình 3.1 Sơ đồ tổng quan hệ thống IPTV………………………………..
Hình 3.2 Sơ đồ hệ thống Headend……………………………………….
Hình 3.3 Sơ đồ kết nối Middleware với các phần tử…………………….
Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống CA/DRM………………………………………
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối STB và VoD server……………………………...
Hình 3.6 Sơ đồ hệ thống giám sát, đo kiểm……………………………...
Hình 4.1 Lợi ích từ dịch vụ IPTV (nguồn: Yankee Group)……………...
Hình 4.2 Tổng số thuê bao IPTV của VNPT theo tuần………………….

5


Trang
13
15
15
19
19
21
22
24
26
30
31
32
36
40
40
41
42
48
55
55
57
58
64
67
70
74
76
81
85

86


MỞ ĐẦU
Hiện nay, các công nghệ truyền hình phát triển rất đa dạng và phổ biến như:
− Truyền hình quảng bá tương tự (analogue broadcast), sử dụng băng tần
UHF/VHF
− Truyền hình cáp CATV, sử dụng băng tần UHF/VHF
− Truyền hình kỹ thuật số mặt đất (DVB-T), băng tần UHF/VHF
− Truyền hình kỹ thuật số di động mặt đất (DVB-H, dùng máy thu cầm tay di
động), băng tần UHF/VHF
− Truyền hình vệ tinh (DVB-S/DVB-S2), băng tần C, Ku.
− Truyền hình bằng giao thức Internet (IPTV): dùng giao thức IP để truyền tải
tín hiệu truyền hình.
− Truyền hình di động (MobileTV/3G).
Trong đó truyền hình IPTV có một số đặc điểm nổi bật mà các công nghệ
truyền hình khác không có đó là:
− Tính hội tụ: hội tụ dịch vụ truyền hình với dịch vụ viễn thông, internet (hội
tụ cả về dịch vụ và hạ tầng).
− Tính tương tác: người dùng có thể sử dụng các dịch vụ tương tác như xem
phim theo yêu cầu VoD, TSTv, nPVR mà các công nghệ truyền hình khác
không có khả năng cung cấp.
− Tính cá thể hóa: có thể tối ưu hóa dịch vụ cho từng nhóm khách hàng (ví dụ
cung cấp kênh thời sự nước ngoài cho người nước ngoài ở Việt Nam)
− Cung cấp số lượng kênh truyền hình không hạn chế
Mặt khác các xu thế phát triển công nghệ truyền hình trên thế giới đang bộc lộ
những đặc điểm phù hợp với sự phát triển của IPTV như:
− Xu thế số hóa truyền hình (lộ trình đến năm 2015 loại bỏ truyền hình tưong
tự).


6


− Xu hướng hội tụ về công nghệ: truyền hình, viễn thông, internet và hội tụ cố
định, di động.
− Và xu thế sử dụng dịch vụ có tính cá thể hóa và tính tương tác cao.
Tại Việt Nam cũng có những động thái phù hợp với xu hướng phát triển của
IPTV:
Về chính sách:
− Chính phủ đã có quy hoạch về truyền dẫn phát sóng phát thanh truyền hình
đến năm 2020 theo hướng số hóa và hội tụ dịch vụ, hạ tầng giữa truyền hình,
viễn thông và Internet. Rõ ràng IPTV đáp ứng được yêu cầu về số hóa và
hội tụ (dùng chung) hạ tầng giữa truyền hình, viễn thông và Internet theo
quy hoạch này.
− Việt Nam quan tâm đến phát triển dịch vụ Internet băng rộng, phát triển
công nghệ thông tin và truyền thông (ICT - Information Communication
Technology) và mục tiêu trở thành cường quốc về công nghệ thông tin,
trong bối cảnh đó truyền hình là phương tiện hữu ích nhất để truyền tải cũng
như tiêu dùng thông tin.
− Bộ Thông tin Truyền thông đã chính thức cấp phép 3G cho các nhà khai
thác mạng góp phần thúc đẩy các dịch vụ băng rộng (trong đó có
MobileTV/3G).
Về thị trường:
− Việt Nam là đất nước đông dân, số lượng hộ gia đình hiện nay là hơn 20
triệu hộ trong đó ~ 90% đã có Tivi.
− Số lượng thuê bao Internet hộ gia đình dự báo trong những năm tới còn tăng
cao (dự kiến đến năm 2012 có trên 7 triệu thuê bao).
Từ những phân tích trên, tác giả nhận thấy IPTV là một trong những xu hướng
công nghệ tất yếu đối với các nhà cung cấp dịch vụ trên thế giới cũng như Việt
Nam, vì vậy tác giả chọn đề tài này để nghiên cứu với mục đích làm rõ khái niệm về

truyền hình IPTV, các vấn đề kỹ thuật liên quan đến IPTV và bước đầu đề xuất sơ

7


bộ phương pháp thiết kế một hệ thống truyền hình qua mạng IP (IPTV) có thể được
áp dụng trong thực tế.
Nội dung luận văn gồm:
− Chương I: Tổng quan hệ thống IPTV
− Chương II: Các vấn đề kỹ thuật của IPTV
− Chưowng III: Thiết kế hệ thống IPTV
− Chương IV: Đánh giá sự phát triển của IPTV tại Việt Nam
− Kiến nghị và đề xuất

8


CHƯƠNG I. TỔNG QUAN HỆ THỐNG IPTV
Từ khi ra đời vào năm 1927 cho đến nay, truyền hình (TV) đã trở thành một
phương tiện truyền thông rộng rãi và phổ biến nhất. Bắt đầu với công nghệ truyền
thông tương tự, truyền hình đã gắn bó với nó trong vòng trên 60 năm. Trong giai
đoạn này công chúng đã chứng kiến cuộc chuyển đổi giữa truyền hình đen-trắng
sang truyền hình màu. Sự chuyển đổi này yêu cầu người xem phải thay bộ phận thu
hình mới, người phát hành phải nâng cấp thiết bị phát hình mới và các trang bị
khác. Sau công nghệ truyền hình tương tự, với sự ra đời của truyền hình số (Digital
Television – Digital TV). Truyền hình số là một bước phát triển vượt bậc của nền
công nghệ truyền hình. Ngày nay, công nghiệp truyền hình đang dần chuyển qua
một kỷ nguyên mới. Đã có nhiều nhà cung bắt đầu nâng cấp hệ thống mạng và phát
triển một nền tảng số để kéo dần khách hàng của họ ra khỏi công nghệ truyền hình
tương tự truyền thống để đến với một dịch vụ số tinh vi hơn – dịch vụ truyền hình

qua mạng IP (IPTV). Như cái tên đã mô tả, IPTV là một phương pháp truyền tải
một dòng nội dung video (video stream) trên một mạng IP.
Trước khi đi vào các công nghệ được áp dụng để tạo nên một hệ thống IPTV,
chương này sẽ được dùng để định nghĩa về IPTV và các ưu điểm của nó so với các
công nghệ truyền hình khác.
1.1 IPTV là gì
IPTV, còn được gọi là Internet Protocol Television hay Truyền Hình Băng
Rộng là một công nghệ cho phép truyền đi một cách an toàn nội dung truyền hình
hoặc nội dung theo yêu cầu trên một mạng băng rộng. Thông thường IPTV được
dùng để nhắc đến một phương pháp truyền các kênh truyền hình, phim và video
theo yêu cầu trên một mạng riêng.
IPTV có một số các đặc điểm :
− Hỗ trợ truyền hình tương tác: cho phép người dùng có thể tương tác với
chương trình. Ví dụ các dịch vụ như trò chơi trực tuyến, lướt web, truyền
hình độ phân giải cao…

9


− Cho phép người dùng có thể ghi lại các chương trình truyền hình và xem lại
khi muốn.
− Cá thể hóa: cho phép người dùng tùy biến chương trình của mình. Người
dùng có thể quyết định nội dung phát và thời gian phát.
− Tiết kiệm băng thông: thay vì truyền tất cả các kênh đến tất cả người dùng,
công nghệ IPTV cho phép nhà cung cấp có thể chỉ truyền đến người xem nội
dung họ muốn xem.
− Có thể xem được trên nhiều thiết bị: để có thể sử dụng được dịch vụ, người
dùng có thể dùng các thiết bị khác nhau ngoài TV như máy tính hay các
thiết bị di động.
Vì sao IPTV là xu hướng xem truyền hình của thời đại mới?

Với xu thế phát triển của truyền hình trên thế giới là loại bỏ dần truyền hình
tương tự, đưa truyền hình số dần đến và thay thế hoàn toàn công nghệ truyền hình
truyền thống, IPTV được xem như một lựa chọn lý tưởng trong thời điểm hiện tại.
Với khả năng tận dụng cơ sở hạ tầng của mạng viễn thông, internet các nhà cung
cấp dịch vụ viễn thông có thể đầu tư cho IPTV như một dịch vụ phụ thêm đồng thời
có thể kích thích được tiêu dùng và ứng dụng nhiều dịch vụ mới (cá thể hóa, tương
tác với người dùng, dịch vụ truyền hình theo yêu cầu và dịch vụ truyền hình chất
lượng cao…).
1.2 IPTV và Internet TV
Hai khái niệm Internet TV và IPTV thường hay bị nhầm lẫn với nhau, tuy hai
công nghệ này đều sử dụng cùng một công nghệ truyền dẫn nhưng hướng tiếp cận
của hai công nghệ có những khác nhau cơ bản sau đây.
Internet TV
Sử dụng mạng internet công cộng để
truyền nội dung truyền hình đến người
sử dụng.
Dịch vụ Internet TV có thể được truy
cập ở mọi nơi trên thế giới.

IPTV
IPTV sử dụng mạng dành riêng được
quản lý và vận hành bởi nhà cung cấp
IPTV.
Mạng IPTV không thể truy cập được từ
internet và thường chỉ được đặt trong
một vùng địa lý nhất định.

10



Nhà cung cấp dịch vụ không có quyền
sở hữu đối với mạng internet.
Máy tính cá nhân gần như luôn được sử
dụng để truy nhập vào các dịch vụ
Internet TV.
Thông thường dịch vụ Internet TV được
cung cấp một cách miễn phí đến người
dùng cuối.
Nội dung được cung cấp trên Internet
TV thường được tạo bởi người dùng.

Mạng truyền dẫn được sở hữu và vận
hành bởi chính nhà cung cấp.
Một thiết bị đầu cuối chuyên dụng (SetTop-Box - STB) thường được sử dụng
để truy nhập và giải mã tín hiệu IPTV.
IPTV áp dụng phương pháp trả theo
tháng hoặc trả theo lần xem (đối với các
dịch vụ theo yêu cầu).
IPTV thường cung cấp các chương trình
truyền hình truyền thống hoặc các phim
được sản xuất bởi các nhà cung cấp lớn.
Bảng 1.1 So sánh Internet TV và IPTV

1.3 Các dịch vụ IPTV
1.3.1 Dịch vụ truyền hình trực tiếp: Live TV
Ngoài việc cung cấp kênh truyền hình giống như dịch vụ truyền thống, người
dùng có thể sử dụng những tính năng ưu việt như: tạm dừng và xem lại chương trình
trước đó (TSTV: Time Shift Tivi), lưu trữ chương trình yêu thích (NPVR: Network
Personal Video Recorder), khóa kênh chương trình không dành cho trẻ em…
1.3.2 Dịch vụ theo yêu cầu: Video on Demand

Truyền hình theo yêu cầu (TvoD: Tivi on Demand): Dịch vụ này cho phép
người dùng lựa chọn xem lại các chương trình đã phát trước đó. Với dịch vụ Truyền
hình theo yêu cầu, bạn không phải phụ thuộc vào thời gian phát sóng của các đài truyền
hình và không bao giờ bỏ lỡ bất cứ một chương trình truyền hình yêu thích nào.

Xem phim theo yêu cầu (VOD: Video on Demand): Người dùng có thể xem
bất cứ phim nào yêu thích tại bất kể thời điểm nào. Trong khi xem phim người dùng

11


có thể tạm dừng, xem nhanh, quay lại cảnh cũ hoặc nhớ lại thời điểm dừng để xem
tiếp vào thời gian khác (bookmark).

Karaoke theo yêu cầu (KoD): mang đến cho khách hàng những bài hát được
ưa chuộng trong nước và quốc tế. Lời bài hát xuất hiện dưới dạng chữ (text) trên
màn hình TV, Karaoke là một dịch vụ đặc biệt hấp dẫn.

Âm nhạc theo yêu cầu (MoD): Dịch vụ này cho phép khách hàng lựa chọn và
nghe, xem các clip, video clip ca nhạc từ thư viện của nhà cung cấp.

12


Game (GoD): Người dùng có thể chơi các game từ danh sách đã được cài đặt
trước trên chính thiết bị giải mã (STB) tại nhà khách hàng hoặc chơi Game trực
tuyến qua màn hình Tivi.
1.3.3 Dịch vụ tương tác: Interactive
Tiếp thị truyền hình (Tele-Marketing hoặc TVshopping): Mang đến cho
khách hàng thông tin về sản phẩm, dịch vụ để lựa chọn và mua sắm. Với mục đích

giới thiệu sản phẩm, dịch vụ này giúp khách hàng có thể đưa ra quyết định mua sắm
chính xác hơn cho mình. Khách hàng cũng có thể chọn mua (đặt hàng) thông qua
Tivi và hàng sẽ được chuyển đến tận nhà khách hàng.
Voting: Người dùng có thể trực tiếp tham gia vào các trò chơi trên truyền hình
như bình chọn cho ca sỹ yêu thích, trả lời câu hỏi của các chương trình như Ai là
triệu phú, Hãy chọn giá đúng…
E-learning: Trẻ em có thể học Tiếng Anh thông qua các đoạn video vui nhộn,
phim hoạt hình… và làm bài kiểm tra, biết kết quả trực tiếp qua Tivi
1.3.4 Dịch vụ thông tin: Information
Người dùng có thể dễ dàng xem trực tiếp (online) thông tin về dự báo thời tiết,
giá vàng, thông tin thị trường chứng khoán, đọc báo và các dịch vụ tra cứu thông tin
tiện dụng như Danh bạ, địa chỉ quán ăn ngon, khách sạn...
1.4 Kiến trúc cơ bản của một hệ thống IPTV

Hình 1.1 Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV

13


Trung tâm dữ liệu: thường được gọi là headend. Headend thu nhận dữ liệu từ
các nguồn khác nhau (video nội bộ, nhà sản xuất nội dung, cáp, vệ tinh,...). Các nội
dung trên sẽ được xử lý qua các thiết bị mã hóa, định dạng... trước khi được phát ra
trên mạng IP.
Mạng băng rộng: Việc truyền tải nội dung truyền hình đòi hỏi một băng thông
khá cao. Sự phát triển trong công nghệ mạng trong thời gian vừa qua cho phép nhà
cung cấp dịch vụ viễn thông có thể đáp ứng được yêu cầu này.
Thiết bị tiếp nhận IPTV (IPTV consummer device – IPTVCD): là một thiết bị
quan trọng cho phép người dùng tiếp cận được đến các dịch vụ của IPTV. IPTVCD
có nhiệm vụ nhận giải mã và xử lý tín hiệu video.
Mạng gia đình: cho phép người dùng có thể chia sẻ các nội dung số cho các

thành viên khác trong gia đình. Mục đích của mạng là cung cấp thông tin như âm
thanh, hình ảnh, dữ liệu và các dịch vụ giải trí đến các thiết bị số khác nhau trong
nhà.

14


CHƯƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ KỸ THUẬT CỦA IPTV
2.1 Giải pháp chung cho IPTV

Hình 2.1 Sơ đồ tổng quan một hệ thống IPTV
2.1.1 Headend
Headend là trung tâm tiếp nhận và chuyển mã dữ liệu. Thành phần này bao gồm
các thiết bị thu nhận, chuyển mã và phát tán nội dung video theo các mẫu và gói
cước kinh doanh. Headend có thể được bố trí theo mô hình headend trung tâm và
headend vùng để giảm được độ trễ tín hiệu tại các phân vùng xa trung tâm.

Hình 2.2 Sơ đồ thiết kế Headend

15


Headend có thể nhận một số lớn các tín hiệu truyền hình với các định dạng khác
nhau. Các tín hiệu này có thể là tín hiệu tương tự, do vậy không thể truyền đi trên
mạng IP. Các tín hiệu này cần phải được mã hóa thành tín hiệu số để truyền đi. Các
tín hiệu số khác có thể vẫn phải được xử lý thay đổi định dạng (transcode) để đồng
bộ định dạng tín hiệu trên mạng. Trong thời điểm hiện tại, định dạng H.264 được
lựa chọn nhiều nhất bởi các nhà cung cấp dịch vụ IPTV.
2.1.2 Video-on-Demand – VoD
Video-on-Demand là một trong những dịch vụ chìa khóa của IPTV. Nó thay đổi

cách người dùng xem và tương tác với TV.Với VOD, người dùng có thể duyệt qua
thư viện các chương trình hay bộ phim, lựa chọn và xem nó ngay lập tức. Thêm
nữa, VOD cho phép người cùng có thể lập một lịch chiếu của riêng mình thay vì
phải phụ thuộc vào lịch của nhà cung cấp dịch vụ. Dịch vụ này đã được triển khai
trên các mạng truyền hình cáp và vệ tinh.
Với sự xuất hiện của đường truyền băng rộng, dịch vụ VOD trên mạng IP đã
phát triển một cách đáng kể.
Cấu trúc của một hệ thống VOD
Ngoài mạng băng rộng, để triển khai một hệ thống VOD cần phải có các thành
phần khác:
− Máy chủ VOD Streaming
− Giao thức vận chuyển
− Ứng dụng tương tác VOD tại máy khách
Máy chủ streaming
Nhiệm vụ chính của các máy chủ streaming là lấy ra và phát tán nội dung theo
yêu cầu. Khả năng xử lý, tốc độ I/O, và dung lượng lưu trữ là các đặc điểm chính
của một máy chủ streaming. Để đánh giá một máy chủ streaming, có thể dựa trên
các đặc điểm sau:
− Khả năng streaming: hiệu quả của việc lấy và phát tán dữ liệu.

16


− Khả năng phục hồi: khả năng phục hồi của phần cứng và phần mềm là đặc
điểm cốt lõi của một máy chủ. Do vậy hệ thống dự phòng đĩa cứng, cáp và
vi xử lý cần được chú ý.
− Khả năng lưu trữ: một máy chủ cần có khả năng lưu trữ cao và đồng thời
phải có khả năng mở rộng để đáp ứng sự lớn lên của nội dung cần lưu trữ.
− Khả năng đa truy nhập: máy chủ phải có khả năng đáp ứng được yêu cầu
của nhiều người dùng đồng thời.

− Khả năng hỗ trợ các định dạng dữ liệu: máy chủ có thể hỗ trợ một hay
nhiều định dạng dữ liệu khác nhau.
− Khả năng tích hợp: máy chủ streaming phải có khả năng tích hợp với các
thành phần khác trong hệ thống IPTV (hệ thống hóa đơn, CAS/DRM,…).
− Khả năng nhập liệu thời gian thực: máy chủ phải hỗ trợ việc ghi lại các
chương trình truyền hình và lưu vào hệ thống lưu trữ.
Hệ thống lưu trữ
Hệ thống lưu trữ cần phải có khả năng chứa được một số lượng lớn dữ liệu,
đồng thời phải đảm bảo tính liên tục của dịch vụ (tính chịu lỗi). RAID level 5
(Redundant Array of Independent Disks) thường được sử dụng để đảm bảo các yêu
cầu này. RAID được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp IT để cải thiện tốc độ I/O
và bảo vệ các hệ thống nhạy cảm. Sử dụng RAID còn cho phép việc mở rộng khả
năng lưu trữ dễ dàng bằng cách thêm ổ đĩa vào hệ thống.
Công nghệ xử lý và bộ nhớ
Các chíp xử lý mạnh được sử dụng để đáp ứng được yêu cầu về đa truy nhập và
phát tán dữ liệu. RAM cũng là một yếu tố quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả
hoạt động của máy chủ streaming.
Kết nối mạng
Kết nối giữa máy chủ streaming và mạng IP đòi hỏi một băng thông rất lớn.
Thông thường một kết nối GigE hoặc 10 GigE là cần thiết. Kết nối GigE có khả

17


năng truyền đi 1000Mbps, tương đương với 240 stream với tốc độ bit trung bình
3.8Mbps.
Phần mềm quản lý
Nhiều máy chủ VOD tập hợp lại thành một cluster. Để tối ưu hóa hoạt động của
cluster cần sử dụng một phần mềm quản lý. Phần mềm quản lý thông thường phải
có các chức năng sau:

Quản lý Stream: tạo, hủy và điều khiển các phiên streaming là các chức năng
chính của phần mềm quản lý. Khi stream đang được truyền trên mạng, phần mềm
quản lý phải đảm bảo rằng nếu có lỗi xuất hiện việc truyền stream vẫn không bị
ngắt đoạn.
Cập nhập nội dung số: Phần mềm quản lý phải có chức năng tự cập nhập nội
dung số có trên máy chủ và đảm bảo tất cả các nội dung số có trong thư viện VOD
là chính xác.
Quản lý Metadata: Metadata được sử dụng để lưu các thuộc tính khác nhau của
nội dung số. Metadata được lưu dưới dạng XML. Phần mềm quản lý có nhiệm vụ
đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu này đối với mỗi nội dung số.
Khả năng tìm kiếm: việc đánh index các nội dung số cho phép người dùng cuối
có thể thực hiện tìm kiếm trên các máy chủ VOD.
Quản lý truy nhập: sử dụng các thành phần khác của mạng để điều khiển việc
truy nhập của người dùng vào cơ sở dữ liệu của máy chủ.
Giao diện với IPTVCD: phần mềm quản lý cũng phải có nhiệm vụ giao tiếp với
IPTVCD để cung cấp các thông tin về nội dung số sẵn sàng để giao dịch đến phần
mềm khách được cài trên nhiều loại IPTVCD.
Kiến trúc máy chủ Video
Sự gia tăng số yêu cầu VOD theo thời gian dẫn đến việc một máy chủ VOD
không thể hỗ trợ hết các yêu cầu. Do vậy cần thiết phải có thêm các máy chủ khác
để các yêu cầu được phân về các máy chủ khác nhau nhằm đảm bảo tất cả các yêu
cầu của người dùng được xử lý theo cách tốt nhất. Vị trí của các máy chủ mới này

18


có thể nằm ở trung tâm hay được phân về các cùng khác nhau gần với IPTVCD
hơn.

Hình 2.3 Tổ chức tập trung các máy chủ VOD

Việc tập trung các máy chủ tại trung tâm giúp cho quản lý dữ liệu trên toàn
mạng dễ dàng hơn. Thêm vào đó trong một vài trường hợp có thể tiết kiệm được chi
phí cho nhà cung cấp do không phải mua thêm nhiều máy chủ. Trong khi đó, phân
và lắp đặt các máy chủ theo vùng cho phép tiết kiệm băng thông cho mạng lõi IP.
Tuy nhiên chi phí để lắp đặt thêm các trạm và khó khăn trong việc đồng bộ dữ liệu
là các mặt yếu của phương pháp này.

Hình 2.4 Tổ chức phân tán các máy chủ VOD
Giao thức vận chuyển
Máy chủ streaming sử dụng RTP (Real-time Transport Protocol) và RTCP
(Real-time Control Protocol) để đưa nội dung số đến người dùng đầu cuối. Giao
thức RTSP (Real-time Streaming Protocol) được sử dụng thêm để điều khiển các
dòng dữ liệu.

19


Ứng dụng tương tác VOD tại máy khách
Ứng dụng tại máy khách cung cấp cho IPTVCD khả năng giao tiếp với trung
tâm dữ liệu dựa trên mô hình Client/Server. Ứng dụng này sẽ giới thiệu cho người
dùng một danh sách các nội dung cung cấp lên màn hình TV. Nội dung được giới
thiệu phụ thuộc vào gói cước mà người sử dụng đăng ký. XML thường được sử
dụng để tạo ra danh sách nội dung này.
2.1.3 Hệ thống điều khiển truy nhập và DRM – CAS/DRM
Để bảo vệ nội dung số cung cấp trên mạng IPTV, nhà cung cấp dịch vụ cần đảm
bảo rằng một hệ thống an ninh được cài đặt và sẽ cung cấp đầy đủ thông tin của
từng người dùng truy cập vào mạng. Ngoài định danh, hệ thống an ninh này còn
phải bảo vệ nội dung số ở mọi bước trong quá trình vận chuyển trên mạng. Thêm
nữa các thông tin riêng tư của người dùng cũng phải cần được bảo vệ.
Có nhiều phương pháp an ninh cho một mạng IPTV được đưa ra. Các phương

pháp đó hầu hết rơi vào các loại chính: Conditional Acess (CA) và Digital Right
Management (DRM). CA bảo vệ hệ thống khỏi các truy cập bất hợp pháp, trong khi
DRM bảo đảm quyền đọc thông tin của người dùng.
Conditional Access – CA
Để có thể đạt được lợi ích tối đa từ dịch vụ IPTV, nhà cung cấp dịch vụ cần một
hệ thống CA để bảo vệ nội dung dịch vụ khỏi các truy cập bất hợp pháp. CA hoạt
động như một gateway có chức năng đảm bảo việc phát tán nội dung TV đến người
dùng, ngăn những người dùng không có hợp đồng hợp pháp sử dụng dịch vụ. Có
hai phân loại chính cho một hệ thống CA: phần cứng, phần mềm và hybrid.
CA dựa trên phần cứng
Nhìn chung các hệ thống CA dựa trên phần cứng hoạt động theo nguyên tắc chủ
và khách.

20


Hình 2.5 Các thành phần chính của một hệ thống CA
Hệ thống xác thực người dùng – CAS
Hệ thống xác thực người dùng thông thường bao gồm một cơ sở dữ liệu chứa
các thông tin về dịch vụ (VOD, multicast TV), ID của cạc thông minh (smartcard),
thông tin người dùng và thông tin về lịch chiếu. CAS cộng tác với OBSS để quản lý
người dùng theo các mô hình kinh doanh khác nhau.
Người dùng chỉ có thể sử dụng dịch vụ sau khi đã giao dịch được quyền tương
ứng. Sau khi quyền xem được trao đổi, OBSS sẽ cung cấp thông tin này cho hệ
thống CA. Từ các thông tin này hệ thống CA sẽ tạo ra một thông điệp gọi là
Entitlement Management Message(EMM) và gởi đến smartcard ở đầu STB. EMM
cho phép người dùng có thể xem được một nội dung TV nhất định.
Hệ thống CA cũng tạo một EMM mới khi có sự thay đổi của thông tin người
dùng. Việc gởi EMM được thực hiện trên một kết nối độc lập so với nội dung IPTV
và thường sử dụng kết nối TCP.

Mã hóa khóa
Để bảo vệ nội dung truyền IPTV sử dụng một giải thuật mã hóa khóa. Ở phía
đầu thu, người nhận sẽ phải sử dụng giải thuật giải mã tương ứng cùng với khóa để
giải mã nội dung truyền. Việc mã hóa khóa chỉ áp dụng cho phần tải tin của gói tin,
phần header vẫn được giữ nguyên trạng. Điều này giúp cho STB có thể nhận dạng
gói tin và ghép nó cùng với các thành phần khác của luồng tin.

21


Các khóa khác nhau được dùng cho các kênh nội dung khác nhau. Khóa được
gửi đến IPTVCD dưới đạng đã mã hóa trong thông điệp Entitlement Control
Message (ECM). ECM được sinh ra bởi một máy chủ trong hệ thống IPTV và được
thay đổi sau mỗi một khoảng thời gian nhất định. Khác với EMM, được gán cho
mỗi người dùng, ECM được gán cho mỗi kênh multicast hay unicast. Hệ thống CA
gởi thông điệp ECM đến người dùng sử dụng giao thức UDP.
Hệ thống CA tại máy khách
Hệ thống CA tại máy khách đảm nhiệm việc giải mã tín hiệu từ máy chủ dữ
liệu. Một hệ thống CA tại máy khách thường bao gồm một chip giải mã, bộ xử lý,
và các phần cứng khác.
Các tín hiệu truyền hình được truyền đến IPTVCD dưới dạng các gói tin IP.
Dòng dữ liệu được đi qua demultiplexer để tách riêng các phần nội dung. Thông
điệp ECM mã hóa được đưa đến bộ xử lý. Việc giải mã ECM chỉ được thực hiện
khi máy khách được cấp quyền để làm việc đó. Việc cấp quyền cho máy khách
được thực hiện trong bản tin EMM. Bộ xử lý, sau khi được phép sẽ giảm mã ECM
để lấy thông tin về các khóa mã.

Hình 2.6 Hệ thống CA tại máy khách

22



Khóa mã, cùng với dòng dữ liệu TV mã hóa được đưa đến chip giải mã để thực
hiện việc giải mã tín hiệu TV thành các định dạng chuẩn. Tín hiệu TV được giải mã
và đưa đến các bộ đọc để hiển thị lên màn hình.
Hệ thống CA có thể được tích hợp trong IPTVCD hoặc tách riêng thành một
smartcard.
Smartcard
Như đã nói ở trên, smartcard là hệ thống CA tại máy khách. Nó có nhiệm vụ
nhận thực người dùng và sau đó giải mã tín hiệu TV. Smartcard là một thiết bị rời
có thể được tháo ra và thay thế nếu cần thiết và thường được cung cấp cho người sử
dụng bởi nhà cung cấp dịch vụ. Các thành phần cơ bản của một smartcard bao gồm
một chip vi xử lý, phần mềm, và một lượng bộ nhớ nhất định.
Để giảm thiểu nguy cơ về an ninh, nhà cung cấp dịch vụ sử dụng một phương
pháp liên kết giữa smartcard và IPTVCD. Phương pháp này được gọi là ghép đôi và
được thực hiện trong lần đầu tiên smartcard được nhận thực. Ở giai đoạn này, ID
của IPTCVD sẽ được lưu lại trên smartcard. Sau khi quá trình này kết thúc, các nội
dung IPTV chỉ có thể được xem trên hệ thống IPTVCD sử dụng smartcard đã được
ghép đôi. Trong trường hợp smartcard bị sao chép hoặc bị khóa, người sử dụng phải
yêu cầu một smartcard mới từ nhà cung cấp dịch vụ để thay thế cho smartcard cũ.
CA dựa trên phần mềm
Hệ thống CA đựa trên phần mềm là một cách tiếp cận khác của hệ thống CA
cho IPTV, nó còn được gọi là CA không smartcard. CA không smartcard thường có
các tính chất sau:
− Không cần thiết bị đọc card: thiết bị đọc card không cần phải tích hợp trên
IPTVCD.
− Có thể hồi phục nhanh sau vấn đề về an ninh: do không cần thay thế phần
cứng nên việc hồi phục nhanh.
− Có thể áp dụng cho nhiều dịch vụ IPTV: có thể áp dụng cho mạng vệ tinh,
cáp hay mang mặt đất.


23


− Sử dụng chứng chỉ số: hệ thống này sử dụng các chứng chỉ số để nhận diện
từng thành phần trong mạng IPTV.
− Có thể hoạt động song song với CA phần cứng.
Để có thể hoạt động liên tục, một hệ thống hỗ trợ là cần thiết. Hệ thống hỗ trợ
bao gồm các thành phần:
− Máy chủ mã hóa khóa.
− Máy chủ quản lý khóa và nhận thực (KMAS).
− Modun bảo mật trên IPTVCD.

Hình 2.7 Hệ thống CA không smartcard
Máy chủ quản lý khóa và nhận thực (KMAS)
Các chức năng chính của một KMAS:
− Tạo, lưu và quản lý các khóa dùng để mã hóa các kênh trực tiếp hoặc các
nội dung VOD.
− Phân phát một cách an toàn các khóa đến người dùng.
− Cung cấp các thông tin giao dịch cho OBSS.
Ngoài các chức năng trên, KMAS còn có chức năng thay đổi khóa mã hóa
thường xuyên.

24