Chương 1: Tổng quan về truyền hình di động 1.4 Truyền hình di động trên mạng 3G Hiện nay nhiều nhà cung cấp dịch vụ 3G đang cung cấp dịch vụ video theo yêu cầu và dòng truyền tải video. Các dịch vụ này phát ở chế độ unicast với dung lượng truyền dẫn giới hạn và được xây dựng trên nền các công nghệ sử dụng hệ thống tế bào như GSM, WCDMA hoặc CDMA2000. Các công nghệ sử dụng để phát truyền hình bao gồm phát unicast (CMB) và phát đồng thời broadcast, multicast hoặc unicast (MBMS). CMB dựa trên công nghệ truyền file đa phương tiện đến thiết bị di động thông qua dịch vụ truyền tải dòng đơn hướng thời gian thực.
CMB dựa trên công nghệ truyền dịch vụ chuyển mạch gói trên mạng di động PSS. CMB thường hoạt động trên luồng dữ liệu với tốc độ 128 kbit/s đến thiết bị điện thoại di động. MBMS dựa trên công nghệ truyền file broadcast và multicast đa phương tiện. MBMS được thiết lập bởi dự án hiệp hội 3GPP để phát các dịch vụ truyền hình di động qua mạng GSM và mạng WCDMA.
MBMS hoạt động với băng thông 5 MHz WCDMA, hỗ trợ 20 kênh dịch vụ truyền tải dòng quảng bá thời gian thực, song song, mỗi dịch vụ có tốc độ 128 kbit/s, trên kênh vô tuyến có băng thông 5 MHz.1 Chế độ unicast và broadcast Trong công nghệ truyền hình di động 3G – WCDMA, mạng cung cấp dịch vụ truyền hình di động bao gồm hai phương thức phân phối nội dung truyền hình di động tới khách hàng, đó là phát dịch vụ quảng bá và đơn hướng. Các chế độ phát quảng bá và đơn hướng mô tả như trong hình 1.3 Chế độ phát quảng bá và đơn hướng Trong chế độ phát đơn hướng (unicast ), nội dung được phân phối qua các kết nối điểm-điểm, cần thêm một kết nối ảo tới người dùng để người dùng lựa Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy 22 Chương 1: Tổng quan về truyền hình di động chọn nội dung mong muốn và hệ thống sẽ thực hiện yêu cầu, do đó làm hạn chế số người được phục vụ bởi tài nguyên hệ thống, giới hạn khả năng mở rộng của hệ thống và có chi phí phục vụ cho từng người cao trong cùng một thời điểm. Truyền hình di động đơn hướng dựa trên công nghệ truyền streaming chuyển mạch gói qua mạng di động 3G (3G PSS) hay còn gọi là công nghệ quảng bá đa phương tiện tế bào (CMB). Hình sau mô tả kiến trúc CMB.
Để cung cấp dịch vụ streaming media, mạng cần kết nối đến các nguồn cung cấp nội dung tài nguyên trong máy chủ nội dung như LiveTV, Video, âm nhạc… được mã hóa.4 Kiến trúc CMB Trái lại, trong chế độ phát quảng bá ( broadcast ), cùng một nội dung được phát không giới hạn tới người dùng hoặc một nhóm người dùng qua mạng. Kiểu này dành cho phát kênh truyền hình quảng bá thông dụng. Ở chế độ này, MBMS phát các gói dữ liệu đa phương tiện tới tất cả các máy thu trong một vùng định trước.5 a) mô tả trường hợp trong đó một số người sử dụng dịch vụ Mobile TV đang xem ba kênh khác nhau được truyền tải dòng theo unicast. Trong trường hợp này, mỗi người sử dụng yêu cầu một kết nối streaming riêng rẽ tới server.
Server và tải lưu lượng mạng do đó liên kết trực tiếp với số người sử dụng. Ở trường hợp này, server streaming phải có mười kết nối streaming, bởi vì có mười người sử dụng Mobile TV. Rõ ràng là khi số người sử dụng tăng lên, tải server sẽ tăng và lưu lượng được tạo ra trong các mạng truy nhập vô tuyến và các mạng lõi sẽ lớn. Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy 23 Chương 1: Tổng quan về truyền hình di động Đối với trường hợp dịch vụ MobileTV được cung cấp bởi công nghệ kết nối quảng bá MBMS được minh họa trong hình 1.
Server phân phát chỉ một dòng stream trên mỗi kênh tới trung tâm dịch vụ broadcast-multicast (BM-SC). Dòng dữ liệu đối với mỗi kênh trong mạng lõi và mạng vô tuyến được phát lặp khi cần thiết. Ở trường hợp này server streaming chỉ cần cung cấp ba kết nối streaming đồng thời. Hơn nữa, các nguồn tài nguyên vô tuyến trong tế bào chỉ cần được phân bổ ba kênh truyền dẫn quảng bá song song.
Tại server, mạng và tế bào độc lập với số người sử dụng. a) Ví dụ truyền tải dòng unicast với ba kênh khác nhau Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy 24 Chương 1: Tổng quan về truyền hình di động b) Truyền tải dòng với chế độ broadcast Hình 1.5 Ví dụ truyền tải dòng MobileTV với ba kênh khác nhau qua kết nối đơn hướng và quảng bá 1.2 Dịch vụ truyền tải dòng mạch gói của 3GPP Việc cung cấp tín hiệu Mobile TV hoặc tín hiệu video qua truyền tải dòng streaming là một trong những phương pháp phổ biến nhất để phân phát tín hiệu video. Tiêu chuẩn truyền tải dòng chuyển mạch gói PSS được phát triển bởi 3GPP là tiêu chuẩn chủ yếu được sử dụng để truyền tải dòng unicast trong các mạng tế bào. Mục tiêu chính của PSS là định nghĩa một ứng dụng cung cấp truyền tải dòng đồng bộ các tín hiệu media như âm thanh, video và văn bản.
PSS cũng định nghĩa ứng dụng dựa trên ngôn ngữ tích hợp đa phương tiện đồng bộ (SMIL) để biểu diễn tín hiệu đa phương tiện, kết hợp các dòng âm thanh với các hình ảnh, đồ hoạ và văn bản đã được tải về; PSS cũng định nghĩa ứng dụng để tải về các file 3GP (khuôn dạng file 3GP định nghĩa khuôn dạng được lưu giữ ở server và client). Mục đích chính của các đặc tả đối với dịch vụ truyền tải dòng được đồng nhất ở các điểm sau : - Định nghĩa các khuôn dạng file âm thanh, video tới máy di động. Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy 25 Chương 1: Tổng quan về truyền hình di động - Định nghĩa các tiêu chuẩn mã hoá. - Định nghĩa các thủ tục thiết lập cuộc gọi đối với dịch vụ truyền tải dòng.
- Định nghĩa các giao thức đối với dịch vụ truyền tải dòng. - Vấn đề quản lý bản quyền số đối với các dịch vụ truyền tải dòng.2 mô tả các đặc tả đối với các khuôn dạng âm thanh và hình ảnh, các bộ mã hoá/giải mã đối với dịch vụ truyền tải dòng PSS phiên bản 4. Các khuôn dạng mã hoá/giải mã đối với dịch vụ streaming Nội dung Mã hoá Hỗ trợ Tốc độ bit Nhận xét cực đại Video H.263 profile 0 Yêu cầu 64 Kbps Kích thước mức 10 khung cực đại Video H.263 profile 3 Khuyến nghị 64 Kbps Profile streaming mức 10 vô tuyến và tương Video Profile đơn giản Khuyến nghị 64 Kbps Kích thước hiển thị MPEG-4 khung cực đại Tiếng nói AMR-NB Yêu cầu 12.2 Kbps Tiếng nói AMR-WB Yêu cầu 23.8 Kbps Âm thanh MPEG4-AAC-LC Khuyến nghị Âm thanh MPEG4-AAC-LTP Lựa chọn Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy 26 Chương 1: Tổng quan về truyền hình di động Hình 1.6 Kiến trúc truyền tải dòng Mobile TV 3GPP-PSS chủ yếu dựa trên các giao thức được phát triển bởi IETF. 3GPP- PSS định nghĩa giá giao thức cho việc thiết lập và truyền tải dữ liệu sử dụng lớp IP (Hình 1.
Các khuôn dạng file âm thanh, hình ảnh, đồ hoạ, mô tả hình ảnh và biểu diễn thông tin cũng được mô tả. Giá giao thức 3GPP-PSS thống nhất việc thiết lập cuộc gọi và truyền tải dữ liệu đa phương tiện qua các mạng khác nhau thậm chí khi các mạng này có các giao diện vô tuyến khác nhau. Các giao thức chính gồm giao thức truyền tải dòng thời gian thực (RTSP) để điều khiển phiên, giao thức mô tả phiên (SDP) để mô tả phần biểu diễn và giao thức truyền tải thời gian thực để truyền tải tín hiệu phương tiện. Ngoài ra giao thức HTTP được sử dụng để tải về các mô tả biểu diễn và hình ảnh.
Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy 27 Chương 1: Tổng quan về truyền hình di động Hình 1.7 Giá giao thức dịch vụ truyền tải dòng gói 3GPP Thủ tục để thiết lập các phiên giao thức truyền tải dòng thời gian thực (RTSP) unicast giữa một máy di động và một Streaming server được mô tả như dưới đây. Client trên máy di động (ví dụ như HTTP client) chọn vị trí của file media với một RTSP URL. Chuỗi sự kiện diễn ra như sau: - Media player kết nối tới Streaming server và đưa ra một lệnh mô tả RTSP. - Server đáp ứng với một bản tin giao thức mô tả phiên (SDP) đưa ra mô tả loại media, số dòng truyền tải và băng thông yêu cầu.
- Player hoặc client media sẽ phân tích phần mô tả và đưa ra một lệnh thiết lập RTSP SETUP đối với mỗi dòng được truyền tải. - Sau khi các dòng được thiết lập, client sẽ đưa ra dòng lệnh PLAY. Khi thu được dòng lệnh PLAY, Streaming server bắt đầu gửi các gói RTP tới client sử dụng giao thức UDP. - Kết nối được huỷ bởi client bằng cách đưa ra lệnh TEARDO WN.
Học viên Nguyễn Thị Thu Thủy 28 Chương 1: Tổng quan về truyền hình di động Hình 1.8 Thiết lập phiên truyền tải dòng trong 3GPP-PSS PSS bao gồm một số tính năng nhằm cải thiện chất lượng truyền tải dòng qua mạng. Một trong những tính năng này là truyền tải dòng thích nghi. Truyền tải dòng thích nghi cho phép dịch vụ truyền tải dòng thích nghi với các điều kiện của mạng. Điều này là cần thiết vì để xem một dòng truyền tải đa phương tiện thì mạng truyền tải phải cung cấp được thông lượng ít nhất cao hơn tốc độ của nội dung đã được mã hoá.
Mặc dù các mạng có nỗ lực cao nhất (best- effort) có thể cung cấp tốc độ bit yêu cầu, các mạng này không thể đảm bảo tính khả dụng của tốc độ bit yêu cầu trong suốt thời gian tồn tại của phiên, đặc biệt là trong các đường truyền vô tuyến di động khi mà thông lượng thay đổi do tính chất của kênh vô tuyến. Hơn nữa, các công nghệ truy nhập vô tuyến như GPRS, WCDMA, HSDPA có các giới hạn cực đại khác nhau về tốc độ bit khả dụng trung bình, nên sự chuyển giao giữa các hệ thống (ví dụ từ WCDMA sang GPRS và ngược lại) sẽ có các đặc tính đường liên kết vô tuyến khác nhau đáng kể. Một trong những vấn đề của tiêu chuẩn PSS hiện nay là PSS không hỗ trợ sự chuyển kênh nhanh (zapping) như truyền hình thông thường, PSS thường mất 8 đến 10s để chuyển từ kênh này sang kênh khác. Sự chuyển kênh trong PSS yêu cầu ngắt phiên truyền tải dòng đang tiếp diễn, thiết lập một phiên mới và điền đầy dữ liệu vào bộ đệm client trước khi xem trở lại.