Phan thanh minh

bộ giáo dục và đào tạo
TRƯờNG ĐạI HọC bách khoa Hà Nội
**********

Phan thanh Minh


CÔNG NGHệ THÔNG TIN

nghiên cứu giảI pháp truyền hình
internet
dựa trên công nghệ mạng ngang hàng
(P2p)
cho ứng dụng ở Việt Nam



Luận văn thạc sĩ khoa học
ngành: C«ng nghƯ th«ng tin

KHãA 2006 - 2008


Hà Nội - 2009

bộ giáo dục và đào tạo
TRƯờNG ĐạI HọC bách khoa Hà Nội
**********

Phan thanh minh

nghiên cứu giảI pháp truyền hình
internet
dựa trên công nghệ mạng ngang hàng
(P2p)
cho ứng dụng ở Việt Nam
Chuyên ngành: Công nghệ thông tin

Luận văn thạc sĩ khoa học
Người hướng dẫn khoa học:

pgs.ts. nguyễn thị hoàng lan
Hµ Néi - 2009


-1-

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS. TS Nguyễn Thị Hồng Lan,
người đã cho tơi những định hướng cũng như những ý kiến quý báu trong
những vấn đề cụ thể để hồn thành luận văn.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn đến Ban lãnh đạo công ty Cổ phần công
nghệ Bạch Minh (Vegasoft Corp) cũng như nhóm dự án vcITV đã hỗ trợ tơi
trong q trình thực hiện luận văn này.
Được hồn thành trong thời gian hạn hẹp, luận văn này chắc chắn còn
nhiều khiếm khuyết. Tôi xin cảm ơn các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp và người
thân đã và sẽ có những góp ý chân tình cho nội dung của luận văn, để tơi có thể
tiếp tục đi sâu tìm hiểu và góp phần xây dựng thành cơng hệ thống truyền hình
Internet dựa trên công nghệ mạng ngang hàng ở Việt Nam.


Phan Thanh Minh


-2-

MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................2
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................4
Danh mục thuật ngữ ....................................................................................................6
Danh mục hình vẽ .......................................................................................................7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH ....................................................8
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH ....................................................8
1.1. Truyền hình (Television – TV) ........................................................................8
1.2. Khái quát về các kĩ thuật truyền hình hiện nay ..............................................11
1.2.1. Truyền hình tương tự...............................................................................12
1.2.2. Truyền hình kĩ thuật số (Digital TV – DTV) ...........................................13
1.2.3. Truyền hình di động (Mobile TV) ...........................................................16
1.2.4. Truyền hình Internet (Internet TV – IPTV) .............................................17
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ MẠNG .....................................................18
CHIA SẺ NGANG HÀNG (P2P) .............................................................................18
2.1. Mạng Internet .................................................................................................18
2.2. Mạng chia sẻ ngang hàng ...............................................................................20
2.3. Kỹ thuật dịch địa chỉ mạng (NAT) ................................................................22
2.3.1. Khái niệm ................................................................................................22
2.3.2. Các loại NAT ...........................................................................................22
2.3.3. Các phương pháp tạo kết nối thông qua NAT trong mạng ngang hàng .26
CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU HIỆN TRẠNG INTERNET TIVI TẠI VIỆT NAM .......54
3.1. Hiện trạng sử dụng mạng Internet hiện nay ...................................................54
3.2. Các hệ thống đang tồn tại ...............................................................................55

3.2.1. VTC Online..............................................................................................56
3.2.2. iTV ...........................................................................................................57
3.3. Một số hệ thông tiêu biểu trên thế giới ..........................................................57
3.3.1. Joost ........................................................................................................58
3.3.2. PPLive .....................................................................................................58
CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH XÂY DỰNG GIẢI PHÁP INTERNET TIVI TẠI VIỆT
NAM..........................................................................................................................59
4.1. Phân tích yêu cầu ...........................................................................................59
4.1.1. Đặt vấn đề ...............................................................................................59
4.1.2 Các vấn đề giải pháp cần giải quyết ........................................................60
4.2 Mô tả giải pháp................................................................................................61
4.2.1. Máy chủ ...................................................................................................61
4.2.2 Máy trạm ..................................................................................................62
4.3. Xây dựng giải pháp ........................................................................................63
4.3.1. Đăng kí máy trạm ....................................................................................63
4.3.2. Truy vấn dữ liệu ......................................................................................75
4.3.3. Quá trình tạo kết nối ...............................................................................76


-3-

4.3.4. Cơ chế lập lịch truyền dữ liệu .................................................................79
4.3.5. Quá trình truyền dữ liệu..........................................................................83
4.3.6. Xử lí các sự kiện ngoại lệ ........................................................................86
4.4 Phân tích kết quả giải pháp .............................................................................89
KẾT LUẬN ...............................................................................................................92
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................94


-4-


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, mạng Internet ngày càng phổ biến, với tốc độ đường truyền cao
hơn, các dịch vụ trên mạng cũng ngày càng đa dang. Số lượng người dùng Internet
trong nước càng ngày càng cao, thời lượng online cũng nhiều hơn trước đây rất
nhiều. Do đó nhu cầu giải trí và chia sẻ thơng tin trên mạng cũng rất lớn.
Truyền hình, mặc dù đã có từ lâu nhưng hiện vẫn là một trong những kênh
thơng tin giải trí cơ bản, có tính phổ biến cao.
Ở nước ta hiện nay, số lượng người sở hữu máy tính là khá lớn, phần lớn có
kết nối Internet. Số lượng cửa hàng Internet cũng rất lớn, có mặt ở hầu khắp trên cả
nước. Do đó nếu có thể đưa truyền hình lên mạng Internet đảm bảo chất lượng thì
chắc chắn sẽ thu hút được số lượng người dùng rất lớn. Đây không phải là một ý
tưởng mới, ở nước ta đã có một số hệ thống tương tự. Tuy nhiên hạn chế của các hệ
thống đó là chất lượng hình ảnh khơng cao, hơn nữa tốc độ chậm, chất lượng dịch
vụ không đảm bảo, do đó khơng thu hút được người dùng. Dịch vụ iTV của FPT
hiện tại , tuy chất lượng hình ảnh cao nhưng lại yêu cầu thêm thiết bị thu hỗ trợ, đó
cũng là một trở ngại cho sự phát triển phổ biến
Trên thế giới, cơng nghệ truyền hình Internet dựa trên mạng chia sẻ ngang
hàng, đảm bảo chất lượng dịch vụ và chất lượng video đang phát triển mạnh. Ở
nước ta, số lượng máy tính online lớn, thời lượng online cũng nhiều, do đó đây là
một lợi thế lớn cho việc phát triển mơ hình truyền hình Internet dựa trên mạng
ngang hàng.
Trên thực tế ở nước ta, hiện chưa có hệ thống nào sử dụng mơ hình này. Trên
cơ sở sự hỗ trợ của nhóm dự án vcITV, cơng ty Cổ phần công nghệ Bạch Minh
(Vegasoft Corp), đề tài của luận văn cao học này tập trung nghiên cứu để xây dựng
một giải pháp chia sẻ file trong mạng ngang hàng, nhằm phục vụ cho việc xây dựng


-5-


hệ thống truyền hình Internet dựa trên mạng ngang hang ở Việt Nam. Luận văn
được trình bày thành 4 chương bao gồm các nội dung chủ yếu sau đây.
Chương 1 trình bày tổng quan về truyền hình và các cơng nghệ truyền hình
hiện nay.
Chương 2 trình bày các vấn đề liên quan đến công nghệ mạng chia sẻ ngang
hàng, tập trung tìm hiểu về xây dựng giải pháp cho truyền hình internet dựa trên
trên mạng ngang hàng.
Chương 3 trình bày về khảo sát, tìm hiểu và đánh giá về thực trạng nhu cầu
truyền hình ở nước ta hiện nay.
Chương 4 là nội dung chủ yếu của luận văn, trong đó tập trung phân tích xây
dựng một giải pháp về xử lý mạng ngang hàng và ứng dụng cho hệ thống truyền
hình Internet với 1 số thử nghiệm.


-6-

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
TV

Television

P2P
NAT
IP
UDP
TCP
UPnP
XML

Peer to Peer

Network Address Translator
Internet Protocol
User Datagram Protocol
Transmission Control Protocol
Universal Plug and Play
Extensible Markup Language


-7-

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Bản đồ phổ biến truyền hình trên thế giới [10] .........................................10
Hình 1.2: Mật độ ti vi trên 1000 người trên thế giới [10] .........................................11
Hình 1.3: Bản đồ hệ thống mã hóa của truyền hình các nước trên thế giới [10] .....12
Hình 1.4. Bản đồ chuyển dổi hệ thống truyền hình trên thế giới [10] ......................16
Hình 2.1: Cấu trúc địa chỉ IPv4.................................................................................19
Hình 2.2: Static NAT [11].........................................................................................23
Hình 2.3: Dynamic NAT [11] ..................................................................................23
Hình 2.4: Masquerading NAT [11] ...........................................................................24
Hình 2.5: Các thành phần của mạng UPnP ...............................................................31
Hình 2.6: UPnP protocol stack ..................................................................................32
Hình 2.7: Cấu hình của một STUN thơng thường [9]...............................................40
Hình 2.8: Cấu trúc header của bản tin STUN ...........................................................43
Hình 2.9: Cấu trúc trường kiểu bản tin .....................................................................43
Hình 2.10: Cấu trúc chung của một thuộc tính trong bản tin STUN ........................46
Hình 2.11: Cấu truc thuộc tính MAPPED-ADDRESS .............................................47
Hình 2.12: Cấu trúc thuộc tính CHANGE-REQUEST .............................................48
Hình 2.13: Đục lỗ UDP, các máy trạm có chung NAT ............................................49
Hình 2.14: Đục lỗ UDP, các máy trạm nằm dưới các NAT khác nhau ....................50
Hình 2.15: Đục lỗ UDP, các máy trạm nằm dưới nhiều tầng NAT ..........................50

Hình 2.16: Socket và cổng trong đục lỗ TCP ...........................................................53
Hình 4.1: Mơ hình tổng quan của hệ thống...............................................................63
Hình 4.2: Biểu đồ tuần tự hoạt động đăng kí ............................................................65
Hình 4.3: Biểu đồ tuần tự đăng kí UPnP...................................................................66
Hình 4.4: Lưu đồ thuật tốn xác định kiểu NAT [8].................................................72
Hình 4.5: Biểu đồ tuần tự truy vấn dữ liệu ...............................................................75
Hình 4.6: Q trình tạo kết nối giữa hai máy trạm có thể mở UPnP ........................77
Hình 4.7: Quá trình tạo kết nối giữa hai máy trạm ...................................................78
Hình 4.8: Thuật tốn tải về các block .......................................................................82
Hình 4.9: Biểu đồ tuần tự quá trình tải file metadata từ máy chủ .............................84
Hình 4.10: Biểu đồ tuần tự quá trình truyền dữ liệu giữa hai máy trạm ...................86


-8-

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH
1.1. Truyền hình (Television – TV)
Truyền hình (Television) là một loại phương tiện truyền thông đại chúng
hiện đại và phát triển mạnh mẽ trên tồn cầu. Truyền hình truyền tải nội dung chủ
yếu bằng hình ảnh sinh động, có màu hoặc đen trắng, và thơng thường kèm theo âm
thanh. Ngồi ra nó cịn sử dụng các phương tiện biểu đạt khác như lời, chữ, ảnh, …
Thuật ngữ “Truyền hình” cũng có thể hiểu là một sự kết hợp giữa thiết bị truyền
hình, chương trình truyền hình và sự truyền tín hiệu truyền hình.
Thuật ngữ Television xuất phát từ tiếng Latinh và tiếng Hy Lạp. Tiếng Hy
Lạp, “tele” nghĩa là xa, còn “vision”, xuất phát từ tiếng Latinh visio, có nghĩa là
“nhìn” hay “thấy” (từ góc nhìn người thứ nhất), cịn được gọi tắt là Tivi.
Từ đầu những năm 1930, thiết bị truyền hình đã trở thành phương tiện truyền
thông thông dụng trong các gia đình, doanh nghiệp và văn phịng, được sử dụng làm
nguồn thơng tin và giải trí. Từ những năm 1970, với sự xuất hiện của băng video,
đĩa quang, DVD và hiện nay là đĩa Blu-ray, thiết bị truyền hình cịn được dùng để

xem các băng ghi hình giống như xem các chương trình truyền hình.
Một thiết bị truyền hình chuẩn bao gồm nhiều bảng mạch điện tử nhằm tiếp
nhận và giải mã các tín hiệu truyền hình. Một thiết bị hiển thị, thiếu bộ dị tín hiệu,
chỉ là một màn hình, khơng phải là tivi. Một hệ thống truyền hình có thể sử dụng
nhiều chuẩn kĩ thuật khác nhau như truyền hình kĩ thuật số (digital television –
DTV) và truyền hình chất lượng cao (High-definition television – HDTV). Ngoài
các hệ thống trun hình truyền thơng dân dụng, các hệ thống truyền hình cũng
được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: giám sát kiểm tra, điều khiển dây
chuyền công nghiệp, truyền hình ảnh từ những nơi mà việc quan sát trực tiếp là khó
khăn hoặc nguy hiểm, ứng dụng trong y tế, trong an ninh, quốc phòng …


-9-

Dưới đây điểm qua một vài mốc quan trọng trong lịch sử phát triển của
truyền hình:
Năm 1884, Paul Gottlieb Nipkow, một sinh viên 20 tuổi người Đức, đã phát
kiến hệ thống truyền hình cơ điện tử đầu tiên. Thiết kế của Nipkow sử dụng một đĩa
quét (scanning disk), đó là một đĩa quay có một loạt các lỗ theo hình xoáy ốc từ tâm
đĩa. Các lỗ này được đặt theo một góc bằng nhau, sao cho trong mỗi vịng quay, nó
cho phép ánh sáng đi qua mỗi lỗ đến một cảm biến nhạy sáng tạo thành các xung
điện. Nếu một hình ảnh gắn trên đĩa, mỗi lỗ sẽ lưu một lát cắt ngang của hình ảnh
đó. Tuy nhiên phải tới năm 1907, khi ống phóng đại được phát minh, các thiết kế
của ông mới trở thành hiện thực. Tuy nhiên lúc đó các thiết bị cũng chỉ có thể
truyền các hình ảnh “half-tone”, là các ảnh được biểu diễn bằng các điểm cách đều
nhau và có kích thước khác nhau, thơng qua đường điện thoại hoặc điện tín.
Ngày 25 tháng 8 năm 1900, Constatin Perskyi đã đề xuất từ “Television”
trong một xuất bản tại Viện điện tử Quốc tế.
Năm 1911, Boris Rosing và học trị của ơng, Vladimir Kosma Zworykin, đã
xây dựng thành công hệ thống TV sử dụng một bộ phân hình gương để quét hình

ảnh và một ống tia âm cực (Cathode Ray Tube – CRT) làm thiết bị hiển thị, nhưng
ảnh động vẫn chưa thể thực hiện do các bộ cảm biến kém nhạy.
Năm 1925, tại Luân Đôn, nhà phát minh John Logie Baird người Scotlen
chứng minh sự truyền các ảnh bóng chuyển động và ảnh động đen trắng vào năm
1926. Đĩa quét của Baird cho phép chia hình ảnh thành 30 dịng.
Năm 1926, kỹ sư Kálmán Tihanyi người Hung ga ri phát minh ống thu hình
điện tử hoàn chỉnh và hệ thống thu phát cũng như hiển thị điện tử hoàn thiện.
Năm 1927, nhà phát minh người Nga, Léon Theremin, phát triển một hệ
thống truyền hình dựa trên bộ phân hình gương được sử dụng để lưu trữ một hình
ảnh thành 100 dịng.


-10-

Cũng trong năm 1927, Herbert E. Ives làm việc tại Bell Labs đã truyền thành
công một đoạn ảnh động 16 khung hình một phút thơng qua cáp từ Washington DC
đến New York và thơng qua sóng radio từ Whippany, bang New Jersey.
Năm 1928, Philo Farnsworth chế tạo hệ thống truyền hình đầu tiên trên thế
giới, sử dụng bộ phân hình điện tử ở cả thiết bị hiển thị và thiết bị thu hình. Tháng 1
năm 1928, ơng lần đầu tiên giới thiệu một phương tiện thơng tin mới và trình chiếu
một bộ phim ảnh động.
Năm 1936, Kálmán Tihanyi chỉ ra nguyên lý của ti vi plasma, ti vi màn hình
phẳng đầu tiên.
Theo thống kê được cung cấp trên trang , hiện nay truyền
hình đã rất phổ biến trên tồn thế giới.

██ 1930 to 1939
██ 1940 to 1949
██ 1950 to 1959
██ 1960 to 1969

██ 1970 to 1979
██ 1980 to 1989
██ 1990 to 1999
██ No data

Hình 1.1: Bản đồ phổ biến truyền hình trên thế giới [10]


-11-

Hình 1.2: Mật độ ti vi trên 1000 người trên thế giới [10]

1.2. Khái quát về các kĩ thuật truyền hình hiện nay
Truyền hình ngày càng phổ biến, với nhiều chương trình đa dạng và phong
phú. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, các công nghệ hiện
đại cũng được áp dụng trong truyền hình. Từ đó truyền hình cũng trở nên đa dạng
hơn.
Dựa vào cơng nghệ truyền dữ liệu được sử dụng, chúng ta có thể chia truyền
hình thành một số loại chính như sau:
- Truyền hình tương tự (analog television): mã hóa các thơng tin hình ảnh và
âm thanh và truyền đi dưới dạng sóng điện từ: một bản tin được phát qua sóng
truyền hình là một hàm của biên độ và/ hoặc tần số của tín hiệu.
- Truyền hình kĩ thuật số (Digital television – DTV): truyền và nhận dữ liệu
hình ảnh và âm thanh thơng qua tín hiệu rời rạc (tín hiệu số).
- Truyền hình di động (mobile TV): truyền dữ liệu thông qua mạng viễn
thông di động đến các thiết bị di động như điện thoại, PDA, …
- Truyền hình Internet (Internet TV – IPTV): là dịch vụ truyền hình được
cung cấp thông qua mạng internet.



-12-

1.2.1. Truyền hình tương tự
Hệ thống truyền hình mã hóa các thơng tin hình ảnh và âm thanh thành tín
hiệu liên tục, sử dụng các bộ mã hóa như NTSC (National Television System
Committee), PAL (Phase Alternating Line) hoặc SECAM (Séquentiel couleur à
mémoire, tiếng Pháp của “Sequential Color with Memory”). Sau đó tín hiệu liên tục
này được gắn vào sóng mang VHF hoặc UHF. Hình ảnh trong truyền hình tương tự
được hiển thị trên màn hình mỗi lần là một khung hình, theo phương pháp phim ảnh
động, khơng quan tâm đến nội dung của ảnh.
Một hệ thống truyền hình tương tự bao gồm một số thành phần: một tập các
tham số kĩ thuật của tín hiệu truyền hình, một hệ thống mã hóa hình ảnh và có thể
có một hệ thống mã hóa âm thanh nhiều kênh. Trong truyền hình kĩ thuật số, tất cả
các thành phần này được kết hợp trong một hệ thống truyền kĩ thuật số duy nhất.
Tất cả các hệ thống truyền hình tương tự đều bắt đầu từ hệ thống đơn sắc.
Mỗi nước, dựa vào điều kiện cụ thể của mình, sẽ lựa chọn một hệ thống màu để
ghép một cách hiệu quả vào hệ thống đơn sắc đang có, sử dụng các khoảng trống
trong phổ của video để gắn các thông tin màu vào các kênh sử dụng. Trên thế giới
hiện nay sử dụng ba hệ thống mã hóa màu: NTSC, PAL và SECAM.

Hình 1.3: Bản đồ hệ thống mã hóa của truyền hình các nước trên thế giới [10]


-13-

Truyền hình tương tự, giống như tất cả các hệ thống ảnh động khác, sử dụng
đặc tính của mắt người để tạo ra cảm giác hình ảnh chuyển động. Mắt người có khả
năng lưu lại một hình ảnh trong một phần nhỏ của một giây, được gọi là “sự lưu
ảnh”. Trong khi hiệu ứng này xảy ra, một loạt hình ảnh liên tục sẽ tạo ra cảm giác
giống như cảnh động. Nếu tốc độ khung hình quá chậm, chuỗi các hình ảnh khơng

được não người liên kết lại, do đó làm mất cảm giác sinh động. Tốc độ khung hình
thơng thường là 24 khung hình 1 giây, được sử dụng trong các phim động để tạo ra
hình ảnh chuyển động mượt mà, được đề xuất từ đầu những năm 1920. Khi chuẩn
truyền hình của Mĩ được xây dựng, người a lựa chọn tốc độ khung hình là 30 khung
hình 1 giây, sau đó chỉnh lại thành 29,97 để sử dụng cho phim màu. Các hệ thống ở
châu Âu sử dụng tốc độ 25 khung hình 1 giây.
Mã hóa màu NTSC: sử dụng tốc độ 29.97 khung hình một giây. Mỗi khung
hình chia thành 525 lát, trong đó chỉ 486 lát được hiển thị.
Mã hóa màu PAL sử dụng tốc độ 25 khung hình một giây. Mỗi khung hình
chia làm 625 dịng và chỉ có 576 dịng hiển thị.
1.2.2. Truyền hình kĩ thuật số (Digital TV – DTV)
Truyền hình kĩ thuật số thực hiện gửi và nhận hình ảnh, âm thanh thơng qua
các tín hiệu rời rạc (tín hiệu số), ngược với truyền hình tương tự sử dụng tín hiệu
tương tự.
Truyền hình kĩ thuật số hỗ trợ nhiều định dạng hình ảnh khác nhau, phân biệt
bởi kích thước, tỉ lệ cạnh (tỉ lệ chiều dài / chiều cao) và độ phân giải. Theo chuẩn
của Mĩ, các định dạng có thể được chia thành hai nhóm chính: HDTV và SDTV.
HDTV (High-definition Television) sử dụng hai định dạng: 1280x720 điểm
ảnh trong chế độ quét progressive (quét từng dòng một từ trên xuống dưới) hoặc
1920x1080 điểm ảnh trong chế độ quét chéo (interlare mode) – quét cách dòng 2
dòng một lần, lần đầu từ dịng thứ nhất đến hết, sau đó quay lại qt từ dịng thứ
hai. HDTV sử dụng tỉ lệ 16:9. Nó không thể truyền tải qua các kênh tương tự hiện
nay.


-14-

SDTV (Standard definition TV) có thể sử dụng một số định dạng khác nhau
tùy theo tỉ lệ canh phụ thuộc vào kĩ thuật được nước đó sử dụng. Với tỉ lệ 4:3, các
nước sử dụng NTSC sẽ dùng độ phân giải 640x480 điểm ảnh, trong khi các nước sử

dụng PAL sử dụng độ phân giải 720x576 (có thể thay thành 768x576). Với tỉ lệ
16:9, các nước sử dụng NTSC dùng độ phân giải 704x480 (có thể thay thành
848x480) trong khi các nước dùng PAL sử dụng độ phân giải 720x576 (thay đổi
thành 1024x576). Tuy nhiên, độ phân giải này có thể thay đổi để tiết kiệm băng
thơng.
Có khá nhiều cách để nhận tín hiệu truyền hình kĩ thuật số. Phương pháp cổ
điển nhất là sử dụng ăng ten. Phương pháp này được gọi là “Digital Terrestrial
Television” – DTT. Với DTT, người xem bị giới hạn bởi số kênh mà ăng ten có thể
thu tín hiệu, đồng thời chất lượng tín hiệu cũng không ổn định. Nhiều phương pháp
được xây dựng để thu tín hiệu, trong đó thơng dụng hơn cả là sử dụng cáp và sử
dụng vệ tinh. Ở một số nước, người ta sử dụng các sóng ngắn, digital MMDS, để
truyền tín hiệu truyền hình. Các chuẩn khác như DMB và DVB-H cho phép các
thiết bị cầm tay như điện thoại di động có thể thu được tín hiệu truyền hình. Một
cách khác là IPTV, truyền tín hiệu qua giao thức mạng IP, sử dụng cáp DSL hoặc
đường cáp quang. Ngồi ra, một phương pháp nữa là truyền tín hiệu qua mạng
internet mở: P2PTV.
DTV có một số ưu điểm so với truyền hình tương tự. Điểm nổi bật nhất là
các kênh kĩ thuật số chiếm ít băng thơng hơn, và băng thơng cần thiết có thể thay
đổi, tương ứng với chất lượng của ảnh, phụ thuộc vào mức độ nén. Điều này có
nghĩa là các đài truyền hình có thể cung cấp nhiều kênh hơn trong cùng một không
gian, cung cấp dịch vụ truyền hình chất lượng cao hoăc cung cấp các dịch vụ ngồi
truyền hình. DTV cũng có thể cung cấp các dịch vụ đặc biệt như phát nhiều chương
trình trên cùng một kênh, thêm ngơn ngữ hoặc phụ đề.
Tín hiệu số ít bị nhiễu hơn tín hiệu tương tự. Các vấn đề thơng thường của
truyền hình tương tự là các hình khơng đúng (ghosting), nhiễu do tín hiệu yếu và


-15-

nhiều vấn đề tiềm tàng khác. Tín hiệu số hóa khơng bị nhiễu hoặc nhịe bởi vì bộ

điều hưởng DTV và các bộ chuyển đổi nhận thơng tin số hóa thông qua ang ten. Bộ
giải mã chỉ cần đủ thông tin để tạo ra hình ảnh. Nó chỉ sai khi bộ giải mã không
nhận đủ thông tin từ ăng ten – có q nhiều tín hiệu giao thoa hay nhiễu nên bộ giải
mã khơng đọc được số.
DTV cũng có một số nhược điểm so với truyền hình tương tự do giới hạn của
băng thông và giải thuật nén. Khi so sánh một ảnh số đã được nén với ảnh gốc, một
số chuỗi hình ảnh khó nén có thể bị mất hoặc méo số. Ví dụ:
- Nhiễu lượng tử (quantization noise)
- Sai màu
- Ảnh bị mờ
Khơng giống như truyền hình tương tự, truyền hình kĩ thuật số cần một
khoảng thời gian chờ để chuyển kênh. Các thiết bị khác nhau cần khoảng thời gian
khác nhau để bắt đầu chiếu một kênh truyền hình.
Chất lượng hình ảnh của truyền hình tương tự chịu ảnh hưởng của sự thay
đổi trong tín hiệu thu được từ đài phát. Truyền hình kĩ thuật số ln cho hình ảnh
hồn hảo, trừ khi thiết bị thu nhận được tín hiệu nhiễu hoặc mất tín hiệu. Một số
thiết bị sẽ hiển thị chỉ một hình ảnh thậm chí với các nhiễu đáng kể, trong khi các
thiết bị khác khơng hiển thị hình ảnh nào (và do đó khơng hiển thị gì thậm chí với
các nhiễu nhỏ) hoặc dừng lại, mất âm thanh và chỉ hiện thị một khung hình. Hiệu
ứng này được gọi là hiệu ứng “cliff”.
Xu hướng của nhiều nước trên thế giới hiện nay là chuyển đổi từ truyền hình
tương tự sang truyền hình số. Năm 2006, Luxembourg là nước đầu tiên hoàn tất
việc chuyển đổi truyền hình đại chúng sang kĩ thuật số. Sau đó, Phần Lan, Hà Lan,
Andorra, Thuy Điển, Thụy Sĩ và Đức cũng đã hồn tất q trình này. Một số nước
khác cũng đang tiến hành chuyển dổi và sẽ hoàn thành trong vài năm tới.


-16-

Transition completed, all analog signals terminated

Transition in progress, broadcasting both analog and digital signals
Transition not yet started, broadcasting analog signals only
No information available
Hình 1.4. Bản đồ chuyển dổi hệ thống truyền hình trên thế giới [10]
Truyền hình di động và truyền hình Internet là hai dịch vụ khá mới của
truyền hình kĩ thuật số, với nhiều tiếm năng phát triển. Hiện nay các dịch vụ này
mới chỉ triển khai ở một số nước với quy mô nhỏ. Nhưng trong tương lai, chúng có
thể phát triển mạnh mẽ. Do đó trong phân tiếp theo tôi sẽ giới thiệu thêm về hai
dịch vụ này.
1.2.3. Truyền hình di động (Mobile TV)
Đây là một dịch vụ truyền hình cho phép các điện thoại di động của người
dùng có thể xem truyền hình trên điện thoại từ một nhà cung cấp dịch vụ. Dữ liệu
truyền hình có thể truyền thơng qua một mạng di động hiện có hoặc một mạng
tương thích.Đây là một chức năng của điện thoại 3G. Năm 2005, Hàn Quốc là nước
đầu tiên trên thế giới cung cấp truyền hình di động thông qua dịch vụ DMB(Digital
Multimedia Broadcasting) vệ tinh (satellite DMB – S-DMB)và DMB mặt đất (T-


-17-

DMB)). Mặc dù S-DMB có nội dung phong phú hơn, nhưng T-DMB lại phổ biến
hơn vì chúng nó được tích hợp trong chức năng của hầu hết điện thoại di động hiện
nay tại Hàn Quốc. Sau đó có nhiều nước cũng cung cấp dịch vụ này như Nhật Bản,
Anh, Đức, … với các chuẩn khác nhau.
1.2.4. Truyền hình Internet (Internet TV – IPTV)
Truyền hình Internet cho phép người xem lựa chọn chương trình người đó
muốn xem trong thư viện chương trình. Mơ hình chính của truyền hình Internet là
video được lưu trữ ở một địa điểm trên Internet, thông thường là một trang web.
Video cũng có thể được phát qua mạng ngang hàng mà không dựa vào luồng của
một trang web nào.

Truyền hình Internet yêu cầu đầu tư tương đối nhỏ và nhanh chóng thương
mại hóa được, nó phát triển dựa trên cơ sở hạ tần sẵn có bao gồm đường truyền
băng thông rộng, ADSL, Wi-Fi, cáp và vệ tinh, cho phép nhiều nhà cung cấp dịch
vụ cung cấp nội dung có thể tìm kiếm các nguồn thu nhập mới.
Hiện nay, mạng Internet đang ngày càng trở nên phổ biến, do đó truyền hình
Internet có tiềm năng phát triển mạnh mẽ. Trên thế giới đã có nhiều hệ thống truyền
hình Internet thành công. Ở Việt Nam chúng ta cũng đã có một số hệ thống nhưng
khơng thực sự phổ biến và mang lại hiệu quả. Đặc biệt, hệ thống truyền hình
Internet thơng qua mạng ngang hàng chưa xuất hiện ở nước ta. Do đó, tơi đã mạnh
dạn chọn đề tài này nhằm tìm hiểu và đề xuất một giải pháp nhằm phục vụ cho việc
xây dựng một hệ thống truyền hình ngang hàng phù hợp với điều kiện và nhu cầu
của người Việt.
Chương này đã trình bày sơ lược các khái niệm về truyền hình cũng như các loại
truyền hình hiện nay trên thế giới cũng như Việt Nam. Trong chương tiếp theo của
luận văn sẽ trình bày một số vấn đề cơ bản về mạng Internet và mạng ngang hàng
(P2P) , tập trung vào các vấn đề liên quan đến công nghệ P2P ứng dụng cho TV.


-18-

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CƠNG NGHỆ MẠNG
CHIA SẺ NGANG HÀNG (P2P)
2.1. Mạng Internet
Mạng Internet là một mạng kết nối các máy tính trên tồn cầu, cho phép
người dùng chia sẻ thông tin thông qua nhiều kênh. Thông thường, một máy tính
kết nối vào mạng Internet có thể truy cấp thơng tin từ rất nhiều các máy chủ và các
máy tính khác bằng cách tải các thơng tin đó về bộ nhớ trong của máy mình. Các
kết nối cũng cho phép máy tính tải thơng tin lên máy chủ trên mạng, cho phép các
máy tính khác truy cập và sửa chữa chúng. Nguồn thơng tin khổng lồ trên mạng
chính là hệ thống tài liệu siêu văn bản được liên kết với nhau và các tài nguyên khác

của World Wide Web (WWW). Máy tính của người dùng có thể gửi và nhận thơng
tin thơng qua các trình duyệt Web, hoặc các phần mềm có giao diện người dùng với
mạng bao gồm các phần mềm dành cho thư điện tử, chat trực tuyến, chia sẻ file, …
Thông tin trên mạng được truyền thông theo kiểu nối chuyển gói dữ liệu
(packet switching) dựa trên giao thức liên kết mạng đã được chuẩn hóa (giao thức
IP – Internet Protocol).
Mơ hình phổ biến nhất của Internet là mơ hình địa chỉ IP, cung cấp hệ thống
đánh địa chỉ cho các máy tính trong mạng Internet và làm cho việc kết nối dễ dàng
hơn. Địa chỉ IP phiên bản 4 (Ipv4) là phiên bản đầu tiên được sử dụng và vẫn đang
được sử dụng rộng rãi ngày nay. IPv4 sử dụng 32 bit để đánh địa chỉ cho một máy
tính, chia thành 4 octet, mỗi octet 8 bit tương ứng với một byte, các octet được cách
nhau bởi dấu “.”,địa chỉ IPv4 biểu diễn trong số thập phân có dạng “a.b.c.d” (a, b, c,
d là các số từ 0 đến 255). Do đó nó chỉ có thể đánh địa chỉ cho khoảng 4,3 tỉ (232)
thiết bị mạng.


-19-

Octet: 0
1
2
3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
|
|
|
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+


Hình 2.1: Cấu trúc địa chỉ IPv4
Địa chỉ IP v4 gồm có ba thành phần chính sau:
- Class ID: là những bit nhận dạng lớp. Trong IPv4 chia thành 5 lớp lần lượt
là A, B, C, D và E, trong đó lớp D và E chỉ dùng để nghiên cứu. Các bit nhận dạng
lớp là các bit đầu tiên trong octet 1. Lớp A sử dụng 1 bit đầu mang giá trị 0, lớp B
sử dụng 2 bit, mang giá trị 10 và lớp C sử dụng 3 bit với giá trị 110.
- Net ID: gồm các bit nằm trong 1 hoặc nhiều octet để mã hóa địa chỉ mạng.
Lớp A chỉ sử dụng các bit trong octet 1 trừ đi class bit, do đó ta có 7 bit để mã hóa
Net ID, tức là mã hóa được 27 = 128 địa chỉ mạng. Lớp B sử dụng các bit trong 2
octet 1 và 2, trừ đi 2 bit class, tức là có 14 bit mã hóa được 214 = 16384 địa chỉ
mạng. Lớp C sử dụng các bit trong 3 octet 1, 2 và 3, trừ đi 3 bit class.
- Host ID: tương ứng với mỗi lơp, người ta sử dụng các bit còn lại để mã hóa
địa chỉ của máy tính trong mạng con đó. Do đó, lớp A cịn 24 bit mã hóa địa chỉ
máy trạm nên có thể có 224 = 16777216 máy trạm, hay lớp C dùng 8 bit, mã hóa
được 28 = 256 địa chỉ máy tính.
Lớp C là lớp địa chỉ được sử dụng rộng rãi nhất do số lượng địa chỉ mạng
của lớp là khá lớn, đồng thời số lượng máy trạm trong mạng phù hợp với quy mô
của các mạng gia đình và văn phịng nhỏ.
Địa chỉ mạng IPv4 như đã nói ở trên, chỉ có thể đánh địa chỉ cho gần 4,3 tỉ
thiết bị mạng. Tuy nhiên, hiện nay số lượng thiết bị tham gia mạng internet đã rất
lớn và vượt xa con số này. Do đó người ta đã phải đưa ra nhiều giải pháp để khắc
phục. Giải pháp dài hạn cho vấn đề này là sử dụng địa chỉ mạng phiên bản 6 (IPv6).
IPv6 sử dụng 128 bit để đánh địa chỉ mạng. Do đó khơng gian địa chỉ của nó lên
đến 2128, tức là khoảng 3,4*1038 địa chỉ. Tuy các hệ điều hành hiện nay đều hỗ trợ


-20-

cả hai phiên bản địa chỉ, và cho phép chuyển đổi giữa chúng, nhưng việc chuyển

hoàn toàn sang sử dụng IPv6 vẫn chưa thể thực hiện do đòi hỏi đầu tư lớn và nhiều
vấn đề kĩ thuật phức tạp. Để giải quyết tạm thời vấn đề này, người ta đã đề xuất giải
pháp dịch địa chỉ mạng - Network Address Translation (NAT). Đây là kĩ thuật cho
phép một nhóm máy tính truy cập vào mạng internet thơng qua cùng một địa chỉ
công cộng. Như vậy sẽ giúp giải quyết vấn đề thiếu địa chỉ của IPv4.

2.2. Mạng chia sẻ ngang hàng
Mạng chia sẻ ngang hàng (Peer to Peer – P2P) sử dụng các kết nối khác nhau
giữa các thiết bị trong một mạng và tiết kiệm băng thông cho các thiết bị nhiều hơn
so với mơ hình tài ngun tập trung truyền thống, trong đó chỉ có một số ít máy chủ
chịu trách nhiện cung cấp dịch vụ và tài nguyên. Mạng ngang hàng có nhiều ứng
dụng. Các ứng dụng thường gặp nhất là chia sẻ tập tin với tất cả các dạng như âm
thanh, hình ảnh, dữ liệu, … hoặc để truyền tải nội dung thời gian thực như ddienj
thoại qua mạng (VoIP).
Người ta có thể phân loại mạng ngang hàng thành hai loại sau [10]:
• Mạng ngang hàng “thuần túy”:
- Các máy trạm (peer) đóng vai trị như nhau, vừa làm máy chủ vừa làm máy
khách trong mạng đó.
- Khơng có máy chủ trung tâm để quản lý mạng.
- Khơng có bộ định tuyến trung tâm, các máy trạm có khả năng tự định
tuyến.
• Mạng ngang hàng lai:
- Có một máy chủ trung tâm để lưu trữ thơng tin về các máy trạm và trả lời
các truy vấn thơng tin.
- Các máy trạm có vai trị lưu trữ thông tin, tài nguyên được chia sẻ, cung
cấp thông tin về tài nguyen được chia sẻ của nó cho máy chủ.
- Sử dụng các trạm đinh tuyến để xác định địa chỉ IP của các máy trạm.


-21-


Cơng nghệ mạng ngang hàng có một số ưu điểm nổi bật [10]::
- Tất cả các máy trạm tham gia mạng đều đóng góp tài ngun của mình, bao
gồm băng thông, dữ liệu, khả năng lưu trữ và khả năng tính tốn. Do đó khi có càng
nhiều máy tham gia mạng thì khả năng tổng thể của hệ thống mạng càng lớn.
Ngược lại, trong mơ hình máy chủ - máy khách, nếu số lượng máy chủ là cố định
thì khi số lượng máy khác tăng lên sẽ làm giảm khả năng chuyển dữ liệu cho mỗi
máy khách giảm xuống. Do đó mơ hình Client-Server thường hạn chế số lượng máy
khách truy cập đồng thời vào hệ thống.
- Tính chất phân tán của mạng ngang hàng giúp cho mạng hoạt động tốt khi
một số máy tham gia gặp sự cố. Đối với cấu trúc tập trung, khi máy chủ gặp sự cố
thì cả hệ thống sẽ bị ảnh hưởng, ngưng trệ.
Nhờ các ưu thế đó của mạng ngang hàng mà nó thường được sử dụng trong các ứng
dụng sau:
- Chia sẻ file
- Điện thoại qua mạng
- Các luồng audio, video
- Các diễn đàn trực tuyến.
- Game online.
-…
Tuy nhiên, do hiện nay, kĩ thuật NAT được sử dụng rất rộng rãi, hầu như các
máy tính của người dùng đều nằm dưới một hay nhiều NAT. Do tính chất của NAT
khơng cho phép tạo các kết nối thông thường giữa các máy trạm với nhau. Do đó,
để xây dựng mạng ngang hàng, ta cần sử dụng các kĩ thuật đặc biệt để tạo kết nối.
Đây là một vấn đề lớn trong quá trình xây dựng giải pháp cho hệ thống truyền hình
Internet sử dụng mạng ngang hàng nên trong phần tiếp theo tôi sẽ trình bày cụ thể
hơn về NAT và các kĩ thuật phổ biến tạo kết nối thông qua NAT.


-22-


2.3. Kỹ thuật dịch địa chỉ mạng (NAT)
2.3.1. Khái niệm
NAT (Network Address Translation) là một kĩ thuật được phát minh ban đầu
dùng để giải quyết vấn đề thiếu địa chỉ IP, nhưng dần dần đã chứng tỏ nó có nhiều
ưu điểm khác, một trong những lợi điểm của NAT ngày nay được ứng dụng nhiều
nhất là NAT cho phép:
• Chia sẽ kết nối internet với nhiều máy bên trong LAN với một địa chỉ IP của
WAN.
• Một lợi điểm nữa của NAT là nó có thể làm việc như một Firewall, nó giúp
giấu tất cả IP bên trong LAN với thế giới bên ngồi, tránh sự dịm ngó của
hacker.
• Tính linh hoạt và sự dễ dàng trong việc quản lý
NAT giúp cho các người dùng gia đình và các doanh nghiệp nhỏ có thể tạo kết
nối với internet một cách dễ dàng và hiệu quả cũng như giúp tiết kiệm vốn đầu tư.
Để thực hiện được cơng việc của mình, NAT duy trì một bảng thơng tin về mỗi
gói tin được gửi qua. Khi một PC trên mạng kết nối đến 1 website trên Internet,
header của địa chỉ IP nguồn được thay đổi và thay thế bằng địa chỉ công cộng mà đã
được cấu hình sẵn trên máy chủ NAT. Sau khi có gói tin trở về NAT, dựa vào bảng
thơng tin mà nó đã lưu về các gói tin, thay đổi địa chỉ IP đích thành địa chỉ của PC
trong mạng và chuyển tiếp đi. Thông qua cơ chế đó quản trị mạng có khả năng lọc
các gói tin được gửi đến hay gửi từ một địa chỉ IP và cho phép hay cấm truy cập đến
một cổng cụ thể, như vậy NAT cũng có chức năng như một firewall cơ bản.
2.3.2. Các loại NAT
a. Static NAT


-23-

Hình 2.2: Static NAT [11]

Với static NAT thì sự chuyển đổi packet giữa hai network, giữa nguồn và địa
chỉ đến trở nên đơn giản và nhất định, các điều kiện về trạng thái kết nối khơng cần
phải giữ lại. Nó chỉ cần nhìn vào mỗi IP packet khi chuyển đổi, các thông tin về
ánh xạ đều không cần thiết. Static NAT được sử dụng khi số lượng IP trong LAN
bằng số lượng NAT-IP.
b. Dynamic NAT

Hình 2.3: Dynamic NAT [11]
Dynamic NAT khác với Static NAT ở điểm các địa chỉ IP của máy trạm được
thay đổi liên tục mỗi lần tạo kết nối ra ngoài các máy trạm này sẽ nhận được một
địa chỉ NAT-IP và mỗi lần như vậy NAT sẽ giữ lại thông tin IP của máy trạm này