Đề tài Nghiên cứu công nghệ truyền hình qua giao thức Internet (IPTV)

các hệ thống điện thoại đa phương tiện ITU-T. H.264 được đặt tên theo dòng tiêu chuẩn H.26x của ITU-T, trong khi AVC theo phía ISO/IEC MPEG. Mục đích của H.264 là tạo ra một chuẩn có khả năng cung cấp chất lượng video cao ở tốc độ bit thấp hơn hẳn (bằng một nửa hoặc thấp hơn nữa) so với yêu cầu của các chuẩn trước đó (MPEG-2, H.263 hay MPEG-2 Part 2) mà không làm tăng nhiều sự phức tạp trong thiết triển khai. Một mục tiêu khác đó là cho phép tiêu chuẩn được áp dụng cho nhiều kiểu ứng dụng (cho cả tốc độ bit thấp và cao, và cả độ phân giải video thấp và cao) và có thể làm việc tốt trên nhiều kiểu mạng và hệ thống (quảng bá, lưu trữ DVD, mạng gói RTP/IP, các hệ thống điện thoại đa phương tiện của ITU-T). JVT gần đây đã hoàn thiện việc phát triển một số mở rộng so với chuẩn ban đầu, được biết đến với tên gọi Mở rộng phạm vi độ trung thực (Fidelity Range Extensions, FRExt). Các mở rộng này hỗ trợ mã hóa video trung thực cao bằng cách tăng độ chính xác lấy mẫu (bao gồm mã hóa 10 bit và 12 bit) và thông tin mầu sắc độ phân giải cao (bao gồm các cấu trúc lấy mẫu YUV 4:2:2 và YUV 4:4:4). Nhiều đặc điểm khác cũng được thêm vào trong các mở rộng FRExt như chuyển đổi thích ứng giữa các khối 4x4 và 8x8, các ma trận trọng số lượng tử hóa dựa trên cảm biến của các bộ mã hóa cụ thể, hỗ trợ thêm nhiều không gian mầu sắc, ... Một số tính năng mới của H.264/MPEG-4 Part 10 cho phép chuẩn này nén các tín hiệu video hiệu quả hơn so với các chuẩn cũ và và linh hoạt hơn cho các ứng dụng trong các môi trường mạng. Một số các tính năng quan trọng đó là: * Bù chuyển động đa hình sử dụng các hình ảnh đã được mã hóa trước đó làm tham chiếu theo cách linh hoạt hơn các chuẩn cũ, cho phép lên tới 32 hình ảnh tham chiếu được sử dụng (các chuẩn cũ chỉ sử dụng 1, hoặc 2 với trường hợp B picture). Tính năng đặc biệt này cho phép cải thiện tốc độ bit và chất lượng trong hầu hết các trường hợp. * Bù chuyển động block có kích thước biến đổi với kích thước block rộng đến 16x16 và nhỏ đến 4x4, cho phép phân mảnh chính xác các vùng chuyển động. * Cấu trúc cặp macroblock, cho phép các macroblock kích thước 16x16 (so với 16x8 ở MPEG-2). * Độ chính xác bù chuyển động lên đến 1/4 pixel, cho phép thể hiện chính xác các dịch chuyển của vùng chuyển động. * Đánh số khung, cho phép tạo ra các chuỗi con (điều chỉnh về thời gian bằng cách gộp một ảnh giữa các ảnh khác), phát hiện và giấu các hình bị mất (xảy ra do mất gói trên mạng hoặc lỗi kênh). * Đếm thứ tự hình, cho phép giữ các hình và các giá trị mẫu theo trật tự trong các hình được giải mã tách biệt với thông tin định thời (cho phép thông tin định thời được chuyển đi và điều khiển độc lập bởi hệ thống mà không ảnh hưởng đến nội dung hình ảnh được giải mã). Các kỹ thuật này, cùng với nhiều kỹ thuật khác, làm cho H.264 hoạt động tốt hơn so với các tiêu chuẩn trước, trong nhiều trường hợp và môi trường ứng dụng khác nhau. H.264 thường làm việc tốt hơn rất nhiều so với MPEG-2, cho chất lượng tốt hơn ở tốc độ bít chỉ bằng một nửa hoặc thấp hơn so với yêu cầu của MPEG-2. H.264 cung cấp các profile sau: * Baseline profile (BP): Dùng cho các ứng dụng chi phí thấp đòi hỏi ít tài nguyên hơn, chủ yếu dùng cho các ứng dung hội nghị truyền hình và di động. * Main Profile (MP): Dùng cho các ứng dụng quảng bá và lưu trữ. Extended profile (XP): Có khả năng nén khá cao, giảm thiểu khả năng mất dữ liệu. * High Profile (HiP): Dùng cho các ứng dụng quảng bá và lưu trữ đĩa, đặc biệt cho các ứng dụng truyền hình yêu cầu độ nét cao (HD-DVD, Bluray disc). * High 10 Profile (Hi10P): Được xây dựng bên trên của HiP, hỗ trợ độ 10 bit trên một mẫu của độ chính xác của hình ảnh được giải mã. * High 4:2:2 Profile (Hi422P): dùng cho các ứng dụng chuyên nghiệp sử dụng video quét xen kẽ, được xây dựng bên trên của Hi10P, hỗ trợ khuôn dạng lấy mẫu sắc độ 4:2:2 trong khi sử dụng 10 bit trên một mẫu của độ chính xác của hình ảnh được giải mã. * High 4:4:4 Profile (Hi444P): được xây dựng bên trên của Hi422P, hỗ trợ lấy mẫu sắc độ 4:4:4, lên đến 12 bit trên một mẫu. MPEG đã tích hợp đầy đủ các hỗ trợ của H.264/AVC vào các hệ thống tiêu chuẩn của mình (MPEG-2 và MPEG-4) và các tập tin đa phương tiện theo tiêu chuẩn ISO. ITU-T đã đưa H.264/AVC vào bộ tiêu chuẩn H.32x cho hệ thống điện thoại đa phương tiện. Dựa trên các tiêu chuẩn ITU-T, H.264/AVC được sử dụng rộng rãi cho ứng dụng hội nghị truyền hình, và đã được ứng dụng trong các sản phẩm của các công ty chiếm ưu thế trên thị trường (như Polycom và Tendberg). Điều quan trọng hơn cả là tất cả các sản phẩm hội nghị truyền hình mới đều hỗ trợ H.264/AVC. H.264 cũng được sử dụng trong nhiều loại dịch vụ Video-on-Demand trên Internet để cung cấp phim và các show diễn truyền hình trực tiếp đến máy tính và máy thu hình và có khả năng sẽ thay thế chuẩn mã hóa H.262/MPEG-2 hiện tại đang sử dụng trong các hệ thống truyền hình số quảng bá mặt đất và vệ tinh. Yêu cầu về băng thông của các chuẩn nén: * So sánh hoạt động của chuẩn nén khác nhau như trong đồ thị dưới đây: * Có thể thấy được từ đồ thị so sánh ở trên, kỹ thuật mã hóa H.264 rất hiệu quả ở dải băng thông thấp. Chất lượng video của chuẩn H.264 tại băng thông 1,5 Mbps tốt hơn so với chuẩn MPEG-2 ở băng thông 3 Mbps. Sử dụng chuẩn nén H.264 có thể tiết kiệm được hơn một nửa băng thông. Các lợi ích của H.264/AVC: * Hiệu quả nén gấp đôi, tốc độ nén bằng một nửa so với chuẩn MPEG-2 yêu cầu đối với hình ảnh chất lượng cao và giảm được được dung lượng lưu trữ cần thiết. * Cho phép nhiều nội dung hơn được truyền đi trên hệ thống có sẵn với tốc độ bít thấp hơn. * Chi phí truyền dẫn thấp hơn do thời gian truyền giảm một nửa. * Chi phí triển khai thấp hơn với công nghệ H.264/AVC xây dựng trên nền tảng tiêu chuẩn, phần cứng xử lí không độc quyền. * Kết hợp hợp với một lớp thích ứng mạng (Network Adaptation Layer) để cung cấp một cách linh hoạt khả năng truyền tải qua mạng chuyển mạch gói và luồng bít, cho phép nâng cấp một cách dễ dàng các giải pháp phân phối dựa trên MPEG-2. * Sử dụng một thiết lập chung về công nghệ giữa mobile và IPTV : luồng TCP/UDP + H.264/AVC. Yêu cầu về băng thông đối với các chuẩn nén Độ nét tiêu chuẩn Độ nét cao Ứng dụng MPEG-1 Lên đến 1,5 Mbps - Video on Internet, MP3 MPEG-2 4 - 5 Mbps 18 - 20 Mbps Digital TV, DVD MPEG-4 Part 10; H.264 2 - 4 Mbps 8 - 10 Mbps Multi video So sánh hoạt động của các chuẩn nén So sánh về yêu cầu băng thông, lưu trữ và thời gian tải của các chuẩn nén Giao thức mạng Dịch vụ IPTV bao gồm cả truyền hình trực tiếp (live TV) và truyền hình được lưu trữ sẵn (Video on Demand). Việc xem truyền hình qua IPTV cần một máy tính hoặc thiết bị “set-top-box” được kết nối tới TV. Các nội dung truyền hình được nén sử dụng chuẩn MPEG-2 hoặc MPEG-4 và được gửi đi dưới dạng luồng truyền tải MPEG qua IP Multicast trong trường hợp truyền hình trực tiếp hoặc qua IP Unicast trong trường hợp truyền hình theo yêu cầu. IP Multicast là phương pháp mà thông tin được truyền đến các máy tính trong cùng thời điểm. So sánh các phương thức truyền dẫn Một hệ thống IPTV tiêu chuẩn thường sử dụng các giao thức cơ bản sau: * Truyền hình trực tiếp sử dụng giao thức IGMP version 2 để kết nối tới một luồng multicast (TV channel) hoặc dùng để chuyển các kênh truyền hình. * VoD sử dụng giao thức luồng thời gian thực (RTSP) * Ghi hình ảnh cá nhân trên mạng (NPRV) Multicast, còn được gọi là multiplex broadcast, là cách truyền thông tin tới một nhóm các đích đến một cách đồng thời sử dụng một phương pháp hiệu quả để truyền các bản tin trên mỗi kết nối của mạng chỉ một lần và chỉ tạo ra các bản sao khi các kết nối đến các đích đến rẽ nhánh. Thuật ngữ đa hướng (Multicast) thường được sử dụng để ám chỉ đến IP Multicast, vốn là một giao thức được sử dụng để truyền một cách hiệu quả số liệu đến nhiều người nhận cùng một lúc trên các mạng sử dụng giao thức TCP/IP bằng cách sử dụng một địa chỉ đa hướng. IP Multicast thường có liên quan đến các giao thức audio/video như RTP. Có nhiều kỹ thuật đa hướng được sử dụng trên Internet. Trong khi IP Multicast sử dụng lớp địa chỉ đa hướng (lớp D) thì đa hướng rõ ràng (còn gọi là Xcast) lại sử dụng các địa chỉ đơn hướng của tất cả các đích đến thay vì các địa chỉ đa hướng được ấn định. Do kích thước gói IP nhìn chung bị giới hạn, Ecast không thể được sử dụng cho các nhóm với số lượng lớn các địa chỉ đa hướng. Mô hình IP Multicast đòi hỏi phải giải quyết nhiều trạng thái bên trong mạng hơn so với mô hình IP unicast. Và cũng chưa có một cơ chế nào chứng tỏ được sẽ cho phép mô hình IP multicast có thể mở rộng với hàng triệu người gửi và hàng triệu nhóm multicast, do đó không thể tạo ra các ứng dụng multicast hoàn toàn dụng thực tế thương mại trên Internet. Kể từ 2003, những nỗ lực mở rộng multicast đến các mạng lớn đã tập trung vào một trường hợp multicast một nguồn đơn giản hơn và dễ kiểm soát hơn. Ưu điểm của đa hướng: * Sử dụng băng thông của mạng hiệu quả so với unicast - với unicast, tổng dung lượng băng thông tăng tuyến tính với số thuê bao. * Yêu cầu sử dụng máy chủ là tối thiểu so với unicast - với unicast, kết nối của mỗi khách hàng yêu cầu một luồng riêng; với IP Multicast, chỉ có một luồng được gửi ra từ máy chủ. * Yêu cầu sử dụng mạng là tối thiểu - đây là hiệu quả của việc sử dụng IP Multicast. Nhược điểm của đa hướng: * Phân phát gói thiếu độ tin cậy - do IP Multicast sử dụng UDP làm giao thức truyền tải nên nó kế thừa sự thiếu tin cậy của UDP. * Khả năng lặp gói trên mạng: trong khi một giao thức định tuyến IP Multicast hội tụ, có khả năng nhiều bản sao của một gói multicast sẽ đến khách hàng. * Không có khả năng tránh tắc nghẽn: do IP Multicast sử dụng UDP làm giao thức truyền tải nên nó không có các cơ chế quay lui (backoff) và cửa sổ (window) của TCP. So với đơn hướng thì đa hướng là phương thức truyền sử dụng ít băng thông của mạng hơn. Một ứng dụng unicast sẽ gửi một bản copy của mọi gói dữ liệu đến mọi người nhận. Ngược lại, multicast chỉ gửi một bản copy tới những người dùng muốn nhận. Đây là phương thức thường được sử dụng nhất cho hội nghị video và Video-on-Demand hiện nay. Đồ thị dưới đây so sánh lưu lượng sử dụng giữa multicast và unicast dùng cho audio streaming và mọi người dùng đều nghe nhạc ở cùng tốc độ 8 Kbps. Một số cộng đồng trong mạng Internet công cộng vẫn thường sử dụng IP Multicast và IP Multicast được sử dụng cho nhiều ứng dụng đặc biệt bên trong mạng IP dùng riêng (private IP network). Các giao thức IP Multicast: * Giao thức quản lý nhóm Internet (IGMP). * Giao thức đa hướng độc lập (PIM). * Giao thức định tuyến đa hướng điều khiển khoảng cách (DVMRP). * Multicast OSPF (MOSPF). * Multicast BGP (MBGP). * Giao thức khôi phục nguồn đa hướng (MSDP). * Multicast Listener Discovery (MLD). * Giao thức ghi nhận đa hướng (GMRP). So sánh lưu lượng sử dụng giữa Unicast và Multicast IGMP là giao thức truyền thông để thông báo cho các bộ định tuyến hướng lên rằng một host muốn nhận một luồng multicast. Một host trở thành một thành viên của một nhóm multicast (được định nghĩa bởi một địa chỉ IP Class D 224.0.0.0 đến 239.255.255.255) cùng với các thiết bị thu khác. Đây là một cơ chế khác của các cơ chế MPR (Multicast Routing Protocol) chỉ chạy trên các thiết bị định tuyến. Nói cách khác khi một host chỉ ra rằng nó muốn nhận một luồng multicast, tùy vào mạng các thiết bị định tuyến để quyết dịnh xử lý như thế nào và kết quả luôn là host sẽ nhận được một luồng. IGMP sử dụng hai bản tin cơ sở cho các hoạt động tiêu chuẩn: các Report và Query, các host gửi các Report để gia nhập hoặc rời khỏi một nhóm. Một host nhận Query từ một thiết bị định tuyến nếu thiết bị đó muốn, cho dù host có muốn là thành viên của một nhóm multicast hay không. Các giao thức định tuyến Multicast: Có hai kiểu giao thức định tuyến IP Multicast cơ bản là Dense Mode, Spare Mode. * Phương thức dày đặc: sử dụng phương thức ”flood and prune”, nghĩa là khi một luồng multicast đi vào mạng, nó ngay lập tức được đẩy đến tất cả các điểm trên mạng cho đến khi các thiết bị định tuyến không có các mạng con, các thiết bị thu cắt bớt các nhánh của cây phân phối. Quá trình được lặp lại cứ sau mỗi khoảng thời gian 2 - 3 phút, dẫn đến sự không hiệu quả do các mạng con không cần phải liên tục nhận luồng đó. Mode này chỉ tốt cho các triển khai trên phạm vi nhỏ, với số chặng tối thiểu để hạn chế sự không hiệu quả của giao thức. * Phương thức dự phòng: sử dụng cơ chế kéo (pull), nghĩa là mỗi thiết bị định tuyến mong muốn phải gia nhập một cây phân phối multicast (ngược lại so với các giao thức Dense Mode). Spare Mode cũng sử dụng cơ chế cây dùng chung, ở đó nhiều nguồn multicast có thể sử dụng cùng một cây phân phối. Điều này được thực hiện bằng cách ấn định một thiết bị định tuyến như một điểm gốc (RP) phục vụ ở đỉnh của cây phân phối. Các nguồn có thể gửi lưu lượng đến cây dùng chung, do đó tăng được hiệu quả tổng thể và yêu cầu duy trì ít trạng thái hơn trên thiết bị định tuyến. Mode này tốt cho việc triển khai nhiều nguồn vì nó sử dụng các cây dùng chung. Mode này cũng tốt cho việc triển khai trên phạm vi rộng hơn với các cây có tới hai hay nhiều mức sâu hơn. Mạng truyền tải dịch vụ IPTV Hình 15 mô tả chi tiết các lớp truyền tải, tập trung và phân bố của kiến trúc truyền tải dịch vụ IPTV: Kiến trúc mạng truyền tải dịch vụ IPTV Kiến trúc mạng truyền tải dịch vụ IPTV cung cấp các yêu cầu chức năng và các khuyến nghị về cấu hình đối với mỗi nút chuyển mạch trên đường truyền từ các server VoD tới các Set Top Box. Video Sites Thiết bị đầu cuối đặc biệt Thiết bị đầu cuối đặc biệt (SHE) là nơi đặt các đường truyền trực tiếp đối với dịch vụ video băng rộng. SHE gồm các bộ mã hóa thời gian thực được sử dụng cho dịch vụ video băng rộng, cùng với các hệ thống phân phối đối với các dịch vụ theo yêu cầu. Tại SHE cũng có thể bao gồm các hệ thống phía sau văn phòng như cơ sở dữ liệu thuê bao. Hầu hết các hệ thống IPTV chỉ gồm một hệ thống SHE, đây là nguồn dữ liệu của hầu hết các luồng truyền đa hướng đối với dịch vụ video băng rộng. SHE thường nằm ở lõi của mạng truyền tải. Trung tâm nguồn hình ảnh Trung tâm nguồn hình ảnh (VHO) là nơi đặt các máy chủ hình ảnh phức tạp. VHO là nơi đặt phần lớn các bơm video được sử dụng cho các dịch vụ theo yêu cầu. Đây cũng là nơi đặt các bộ mã hóa thời gian thực cho các trạm truyền hình nội vùng. Một hệ thống VHO thông thường phục vụ cho một vùng dân cư từ 100.000 đến 1.000.000 hộ. Việc truyền tải lưu lượng video giữa VHO và mạng lõi IP/MPLS được hỗ trợ bởi một bộ định tuyến biên phân phối (DER). DER liên kết mạng lõi và các nguồn video nội vùng tới mạng phân bố băng thông cao, mạng này truyền cả video băng rộng và video theo yêu cầu tới các VSO. Trung tâm chuyển mạch hình ảnh Trung tâm chuyển mạch hình ảnh (VSO) gồm các thiết bị định tuyến tập trung để tập trung các GE DSLAM nội vùng hoặc ở xa. VSO thường được đặt tại trạm chuyển mạch trung tâm. Trạm chuyển mạch trung tâm này là điểm kết cuối vật lý cho hầu hết các mạch vòng cáp đồng thuộc vùng quản lý của nó. Vì ADSl và ADSL 2+ dựa vào độ dài vòng ngắn để thu được tốc độ huấn luyện tối đa, các mạch vòng cáp đồng được sử dụng cho dịch vụ DSL thường được kết cuối tại nơi gần thuê bao hơn so với VSO. Các thiết bị chuyển mạch tại VSO liên kết lại các mạng tập trung và phân phối. Lưu lượng tới và đi từ DSLAM được tập trung bởi bộ định tuyến tập trung (AR). AR được đặt tại giữa và cuối của VSO. Để tối thiếu hóa các yêu cầu về băng tần giữa VSO và VHO, một VSO có thể bao gồm các video pump nội vùng được sử dụng để lưu trữ nội dung theo yêu cầu. Các yêu cầu về dịch vụ Video Băng tần cao Khối lượng băng thông mà một mạng có khả năng truyền tải để cung cấp các dịch vụ video được yêu cầu cao hơn so với các dịch vụ thoại và truy nhập Internet. Một luồng video IP tiêu chuẩn được mang như một luồng MPEG-2 SPTS qua RTP dùng khoảng 3,75 Mbps của băng tần. Một luồng video IP tốc độ cao dùng cùng chuẩn nén và truyền tải sử dụng từ 16 đến 18 Mbps của băng tần. Vì các luồng video kết hợp với các dịch vụ theo yêu cầu là truyền đơn hướng trong khi các luồng video kết hợp với các dịch vụ băng rộng là truyền đa hướng nên khối lượng băng tần yêu cầu trong các mạng phân tán và tập trung để mang các luồng theo yêu cầu là lớn hơn nhiều so với yêu cầu so với các dịch vụ băng rộng. Cũng bởi vì các dịch vụ video băng rộng sử dụng việc truyền đa hướng nên khối lượng băng tần yêu cầu trong các mạng phân bố và truy nhập tỉ lệ với số kênh được cung cấp. Băng tần không đối xứng Lưu lượng video là không đối xứng, khi các luồng video quảng bá và video theo yêu cầu là theo hướng duy nhất. Lưu lượng này được gửi đi theo hướng lên (upstream) theo hướng của dịch vụ khác là lưu lượng điều khiển, lưu lượng này được sử dụng cho các luồng video. Đối với các dịch vụ theo yêu cầu, lưu lượng điều khiển là các tài nguyên báo hiệu. Đối với các dịch vụ băng rộng, lưu lượng điều khiển là tín hiệu IGMP và PIM được sử dụng cho luồng đa hướng đối với các kênh quảng bá. Chất lượng dịch vụ Khi video quảng bá và theo yêu cầu được truyền qua mạng IP thì sẽ có sự so sánh giữa chất lượng dịch vụ này và chất lượng dịch vụ video qua mạng cáp và vệ tinh. Hai nguyên nhân ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ video là: * Video yêu cầu nén cao hơn nên việc mất gói tin có thể xảy ra trong quá trình mã hóa thông tin. Nếu mạng bị mất một gói video thì chất lượng video sẽ giảm, phụ thuộc vào loại thông tin mã hóa bị mất. * Bộ giải mã nhận, ví dụ như STB, không có các thuật toán che giấu việc mất tín hiệu. Các công nghệ lớp kết nối được sử dụng trong mạng video sử dụng các thuật toán kiểm tra độ dư thừa chu trình (CRC) để đảm báo các gói tin bị lỗi không được truyền đi. Điều này có nghĩa là một gói video lỗi sẽ bị loại bỏ khi tiến hành thuật toán CRC. Video qua mạng IP thường được mang bởi các gói tin xấp xỉ 1400 bytes, các bít lỗi xuất hiện một cách ngẫu nhiên và yêu cầu đối với các tuyến truyền tải là tỉ lệ lỗi bít (BER) phải nhỏ hơn 10-10. Tuy nhiên việc loại bỏ các gói tin theo bít lỗi trên các đường DSL có ảnh hưởng quan trọng tới chất lượng video. Tỉ lệ tín hiệu trên tạp âm (SNR) thay đổi phụ thuộc vào các hệ số như độ dài vòng lặp, gần nguồn tạp âm,...SNR còn thay đổi theo thời gian bởi sự suy giảm tại các điểm kết nối, do độ ẩm,...Thông thường rất khó khăn trong khi thiết lập các đường dây DSL để đảm bảo BER của dịch vụ video nhỏ hơn 10-10. Một số công nghệ để giải quyết vấn đề lỗi bít trên đường dây DSL như sửa lỗi hướng phát (FEC) và truyền lại thời gian thực (RTR). Thời gian đổi kênh video quảng bá Một yếu tố quan trọng của dịch vụ video quảng bá là khoảng thời gian của hệ thống khi có yêu cầu chuyển kênh từ phía thuê bao. Trong khi thời gian chuyển kênh đối với các hệ thống tương tự là ngay lập tức thì thời gian này đối với các hệ thống số là từ 1 đến 1,5 giây. Thời gian này là do phương pháp mã hóa và giải mã khác nhau được sử dụng để nén các luồng video số. Để giảm lượng băng tần yêu cầu đối với truyền dẫn video số, các phương pháp nén như MPEG nén các khung video của một luồng video số thành ba loại khung I-frames, B-frames, và P-frames. Một I-frame là một dạng nén toàn bộ thông tin trong một khung của một luồng video. Một bộ giải nén MPEG có thể tái tạo lại khung gốc mà chỉ sử dụng thông tin trong I-frame. Một P-frame là một khung video được mã hóa thêm có thể được giải mã với thông tin trong các khung có trước (I-frame hoặc P-frame). Một B-frame là một khung video được mã hóa có thể được giải mã với thông tin trong các khung có trước và sau (I-frame hoặc P-frame). Một nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến thời gian chuyển kênh là khoảng trống của I-frame. Khoảng trống này xác định mức độ của I-frame trong luồng MPEG. Khoảng trống I-frame ngắn thì thời gian đổi kênh ngắn, khoảng trống I-frame dài thì thời gian đổi kênh dài hơn. Khi dịch vụ băng rộng số được triển khai trên hạ tầng của mạng truy nhập DSL thì các nhân tố sau cũng gây ra khoảng trống I-frame. Chất lượng STB trong quá trình xử lí yêu cầu chuyển kênh. Hướng phát hình ảnh Dịch vụ Video ở lớp 3 Các dịch vụ video được thực hiện ở lớp 3 của mạng truyền tải. Mạng truyền tải này gồm ba phần chính: DSLAM, AR hoặc DER. Kiến trúc Lớp 3 của mạng truyền tải dịch vụ Video Các DSLAM: Được đặt tại phần biên của mạng, thực hiện chức năng chuyển mạch tại lớp 2. Ngoài ra các DSLAM hỗ trợ chức năng lớp 3 này có một số khả năng khác như chức năng DHCP relay. Chức năng này đòi hỏi địa chỉ IP của một server DHCP cũng như subnet IP được gán cho DSLAM cần được cấu hình trên DSLAM đó. Các DSLAM này cần hỗ trợ và được cấu hình đối với các giao thức định tuyến IP để có khả năng định tuyến động từ AR. Một IP DSLAM cần có một IP subnet để cho phép các gói IP được định tuyến tới. Định tuyến phân tán (DER): Khi DER được cấu hình tại lớp 3 cho các dịch vụ video thì toàn bộ các STB được kết nối qua router này sẽ có cùng IP subnet. Nếu các subnet này được kết hợp lại như một giao thức lớp 2 thì mỗi AR được kết hợp bởi DER cần hỗ trợ bảng MAC để truyền tới toàn bộ các STB ở subnet này. DER cần duy trì một bảng ARP riêng biệt truyền bảng đó tới mỗi STB kết nối tới nó. Định tuyến tập trung (AR): Khi AR được cấu hình tại lớp 3 cho các dịch vụ video sẽ có một số thuận lợi sau: * Source-Specific Multicast: Mạng phân phối sẽ có những thuận lợi về IP multicast như Source Specific Multicast (SSM). SSM là công nghệ làm cho mạng có khả năng xây dựng một cây phân phối riêng biệt cho mỗi nguồn multicast. Vì các STB hiện tại không hỗ trợ báo hiệu IGMPv3, nên AR được cấu hình để sắp xếp các yêu cầu IGMPv2 nhận được từ mạng tập trung tới các bản tin PIM SSM (S,G) tại mạng phân phối. * Anycast Support: Mạng phân phối có thuận lợi về hỗ trợ “anycast” cho việc cân bằng tải hoặc bỏ lỗi nhanh của các bộ mã hóa video. Công nghệ IP multicast hỗ trợ cho “anycasting” của các nguồn IP multicast. * Bỏ lỗi nhanh của các bộ mã hóa Video: Khi công nghệ anycasting được kết hợp với khả năng của mạng để phát hiện lỗi của bộ mã hóa thì các giao thức định tuyến được hội tụ lại. Kết quả hội tụ lại này tại các đường ngược lại từ AR tới DER được tính toán lại để đưa vào account mà vị trí của nguồn multicast bị thay đổi. * Mạng không đối xứng: Mạng phân phối có thể được cấu hình để hỗ trợ các băng tần không đối xứng cho các dịch vụ video. Lưu lượng giữa hướng lên và hướng xuống của các dịch vụ video và VoD quảng bá là không đối xứng. Mỗi kênh video yêu cầu băng tần hướng xuống lên đến nhiều megabit trong khi lưu lượng hướng lên được giới hạn để điều khiển tín hiệu cho dịch vụ. Kiến trúc chuyển tiếp video Kiến trúc chuyển tiếp video Cấu hình AR: AR gồm một tập hợp các giao diện kết nối tới mạng phân phối và một tập hợp các giao diện được kết hợp lại kết nối tới các DSLAM. AR được cấu hình để chuyển các gói tin giữa các giao diện phân phối và tập trung tại lớp 3. Các VLAN riêng biệt được cấu hình cho từng loại dịch vụ trên từng giao diện. Mỗi cổng upstream kết nối tới mạng phân phối gồm 3 VLAN lớp 2 riêng biệt cho dịch vụ truy nhập Internet, thoại và video. Có hai loại cấu hình cho các cổng tập trung hướng xuống: SVI (Switched Virtual Interface) đơn và SVI kép. * Cấu hình SVI đơn: Cấu hình SVI đơn đơn giản hơn cấu hình SVI kép về cấu hình và bảo trì. Với cấu hình này thì VLAN ID đối với mỗi dịch vụ có thể được chia sẻ cho toàn bộ các DSLAM kết nối tới AR. Với cấu hình SVI đơn, AR được cấu hình để kết cuối các video LAN từ các cổng GE của các DSLAM để qui tụ lại thành một SVI đơn lẻ. * Cấu hình SVI kép: Cấu hình SVI phức tạp hơn cấu hình SVI đơn vì nó đòi hỏi một địa chỉ DHCP riêng biệt cho từng DSLAM kết nối tới AR. Tuy nhiên, cấu hình SVI kép được xem là an toàn hơn cấu hình SVI đơn, vì không bị quá tải tại các cổng GE hướng xuống. Với cấu hình SVI kép, một SVI video riêng rẽ được kết hợp với video VLAN của mỗi cổng GE hướng xuống. Mỗi SVI được cấu hình với một IP subnet riêng biệt, do đó mỗi SVI được kết hợp với một địa chỉ DHCP riêng biệt. * Cấu hình DER: Các cổng hướng xuống của DER được cấu hình tương tự như các cổng hướng lên của AR. Luồng video được kết cuối thành một SVI. Một sự khác biệt giữa AR và DER là các dịch vụ khác nhau được tập hợp bởi các DER khác nhau. Điều này cho phép các dịch vụ khác nhau được tập hợp tại các vùng khác nhau nếu cần thiết. Chuyển tiếp truy nhập Internet Cấu hình chuyển tiếp truy nhập Internet Vì các dịch vụ khác nhau trong mạng truyền tải sử dụng các VLAN riêng biệt nên kiến trúc chuyển tiếp đối với truy nhập Internet có thể khác so với các dịch vụ video.Việc truy nhập Internet sử dụng việc chuyển tiếp lớp 2 trong mạng phân bổ và tập trung. Dịch vụ truy nhập Internet có thể được thực hiện bởi cấu trúc tập trung PPPoE tới một BRAS được kết nối tới DER. Để duy trì việc chuyển tiếp MAC ở cả AR và DER, mỗi VLAN riêng rẽ được sử dụng cho một AR đối với truy nhập Internet. Cấu hình này tạo ra cấu trúc VLAN giống như cấu trúc hub-and-spoke với một mạng logic riêng biệt giữa một AR và hai DER. Spanning tree được cấu hình để phá vỡ kết nối giữa các DER để tránh lặp chuyển tiếp. Sau khi sp