IPTV - Internet Protocol TV - là mạng truyền hình kết hợp chặt chẽ với mạng viễn thông. Nói rộng hơn IPTV là dịch vụ giá trị gia tăng sử dụng mạng băng rộng IP phục vụ cho nhiều người dùng (user). Các user có thể thông qua máy vi tính PC hoặc máy thu hình phổ thông cộng với hộp phối ghép set topbox để sử dụng dịch vụ IPTV.

IPTV có 2 đặc điểm cơ bản là: dựa trên nền công nghệ IP và phục vụ theo nhu cầu. Tính tương tác là ưu điểm của IPTV so với hệ thống truyền hình cáp CATV hiện nay, vì truyền hình CATV tương tự cũng như CATV số đều theo phương thức phân chia tần số, định trước thời gian và quảng bá đơn hướng (truyền từ một trung tâm đến các máy tivi thuê bao). Mạng CATV hiện nay chủ yếu dùng cáp đồng trục hoặc lai ghép cáp đồng trục với cáp quang (HFC) đều phải chiếm dụng tài nguyên băng tần rất rộng. Hơn nữa kỹ thuật ghép nối modem cáp hiện nay đều sản sinh ra tạp âm. So với mạng truyền hình số DTV thì IPTV có nhiều đổi mới về dạng tín hiệu cũng như phương thức truyền bá nội dung. Trong khi truyền hình số thông qua các menu đã định trước (thậm chí đã định trước hàng tuần, hoặc hàng tháng) để các user lựa chọn, thì IPTV có thể đề cao chất lượng phục vụ có tính tương tác và tính tức thời. Người sử dụng (user hoặc viewer) có thể tự do lựa chọn chương trình TV của mạng IP băng rộng. Với ý nghĩa đúng của phương tiện truyền thông (media) giữa server và user.

So với VOD (video theo yêu cầu) IPTV có ưu thế là:

1. Sử dùng dễ dàng, hiển thị trên tivi hiệu quả cao hơn màn máy vi tính, thao tác trên hộp ghép nối + bàn phím đơn giản, thực hiện chuyển đổi nhanh luồng cao tốc/chương trình.

2. Dễ quản lý, dễ khống chế, sử dụng hộp kết nối làm đầu cuối nhà cung cấp dịch vụ để tiến hành định chế đối với hộp kết nối không cần đến nghiệp vụ an toàn và kiểm tra chất lượng. Đây cũng là cơ sở kỹ thuật để dễ thu phí.

IPTV có thể thực hiện các dịch vụ multimedia. Căn cứ vào sự lựa chọn của người dùng, IPTV cung cấp rất nhiều loại hình dịch vụ. Sử dụng hộp kết nối với tivi, chủ nhân ngồi trước máy ấn phím điều khiển có thể xem các tiết mục video đang hoạt động, thực hiện đàm thoại IP có hình, nghe âm nhạc, tra tìm tin tức du lịch trên mạng, gửi và nhận e-mail, thực hiện mua sắm gia đình, giao dịch trái phiếu... Nhờ IPTV chất lượng sinh hoạt gia đình được cải thiện rất nhiều.

Phương thức phát truyền tín hiệu của IPTV

Nói một cách giản đơn, trong hệ thống IPTV hình ảnh video do các phần cứng thu thập theo thời gian thực (real time), thông qua phương thức mã hóa (như MPEG 2/4...) tạo thành các luồng tín hiệu số. Sau đó, thông qua hệ thống phần mềm, IPTV phát truyền vào mạng cáp. Đầ#u cuối của các user tiếp nhận, lựa chọn, giải mã và khuếch đại.

Trong hệ thống IPTV có 2 phương thức truyền đa tín hiệu đã được dự định trước (scheduled programs). Đó là:

- Phát quảng bá (broadcasting), truyền phát tới mọi nơi

- Phát đến địa điểm theo yêu cầu (on demand).

Nguyên lý hoạt động của hệ thống quảng bá, các chương trình được vẽ trên hình 1. Trong đó MBone (mạng xương sống của hệ thống đa điểm) chính là đường trục Internet. Tuy nhiên người sử dụng chỉ theo lệnh của bộ quản lý nội dung (content manager) để được giới thiệu nội dung chương trình hữu quan. Chương trình cụ thể do rất nhiều bộ IPTV server thu thập được hoặc cùng do các server của mạng MBone cung cấp

Hình 1

Hình 2 minh họa sự hoạt động của hệ thống IPTV phục vụ theo yêu cầu (VOD) được gọi là IPTV đơn điểm. Trong đó các server của bộ quản lý nội dung được tổ chức thành cụm server (server cluster) tổng hợp kho dữ liệu (database) của các chương trình.

Cách bố trí cụm server để phục vụ được các user được hiệu quả sẽ được nói rõ trên sơ đồ tổng thể ở dưới đây. Các bước thực hiện VOD như sau:

1. Một thuê bao được chứng nhận nhập mạng và chịu sự quản lý của bộ quản lý EPG

2. Thuê bao muốn yêu cầu một nội dung nào đó. Thuê bao gửi yêu cầu đến EGP

3. EGP cho biết địa chỉ của server cần tìm

4. Thuê bao gửi yêu cầu tới server đó.

5. Server dựa theo yêu cầu của thuê bao mà cung cấp nội dung.

Trên đây chỉ là một thí dụ đơn giản nhất. Hiện nay các nhu cầu nghiệp vụ của IPTV rất đa dạng nên cấu trúc mạng phức tạp hơn nhiều. Tiếp theo chúng ta phân tích sự hoạt động tổng thể của mạng IPTV.

Hình 2.

Mạng tổng thể IPTV

Sơ đồ khối biểu thị các chức năng của nghiệp vụ IPTV như hình 3. Từ nguồn nội dung tới đầu cuối người dùng có hể chia làm: nghiệp vụ cung cấp và giới thiệu các nội dung, nghiệp vụ chuyển tải, nghiệp vụ tiếp nối đầu cuối và nghiệp vụ quản trị.

1. Mạng nội dung: Mạng này cung cấp và giới thiệu nội dung gồm xử lý nội dung truyền hình trực tiếp/truyền hình VOD (theo điểm) và xử lý, giới thiệu các ứng dụng gia tăng (phục vụ tin tức, điện thoại có hình, email, nhắn tin...). Nguồn nội dung truyền hình trực tiếp/truyền hình VOD không qua hệ thống xử lý nội dung được mã hóa để phù hợp với luồng media theo yêu cầu qua mạng chuyển tải đưa các luồng này cung cấp tới các người dùng đầu cuối.

2. Mạng truyền tải: Đây là mạng cáp IP. Đối với luồng media có hình thức nghiệp vụ không giống nhau có thể dùng phương thức chuyển đa hướng (multicast) cũng có thể chuyển theo phương thức đơn kênh. Thông thường, truyền hình quảng bá BTV truyền đa hướng tới user đầu cuối, truyền hình theo yêu cầu VOD thông qua mạng cáp phân phát nội dung CDN (Content Distribution Network) tới địa điểm người dùng đầu cuối.

3. Mạng đầu cuối (còn gọi là mạng cáp gia đình). Theo các nhà khai thác viễn thông, thì mạng này là mạng tiếp nối băng rộng xDSL, FTTx+LAN hoặc WLAN.

4. Bộ quản trị bao gồm quản lý nội dung, quản lý cáp truyền, tính cước phí, quản lý các thuê bao, quản lý các hộp ghép nối STB.

Ta thấy trong mạng IPTV có 3 dạng luồng tín hiệu: luồng quảng bá BTV, luồng truyền đến địa điểm theo yêu cầu VOD và luồng nghiệp vụ giá trị gia tăng. Như biểu diễn trên hình 3. Ta xét các phương thức truyền tín hiệu thị tần. Có 3 phương thức truyền trực tiếp hiện trường, truyền quảng bá có định thời gian và truyền tới điểm VOD. Khi truyền hình trực tiếp đồng thời ta lấy nội dung này lưu vào bộ nhớ để phát lại vào truyền hình quảng bá định thời gian hoặc làm nguồn các tiết mục cho truyền hình VOD. Đối với tiết mục quảng bá có định thời IPTV dùng phương pháp truyền phát đa điểm IP có tiết kiệm băng tần tức là phương thức multicast. Phương thức này thực hiện "nhất phát, đa thu". Dùng phương thức này, mỗi tiết mục mạng cáp chỉ phát một luồng số liệu thời gian thực (real time) không liên quan tới số người xem tiết mục này. Phương thức này có thể truyền phát cho hàng nghìn thuê bao.

Hình 3

IPTV cung cấp đồng thời hình ảnh (video) và âm thanh (audio) trên mạng cáp. Để đảm bảo chất lượng của 2 loại tín hiệu trên IPTV dùng phương pháp đồng bộ A/V thông qua một server duy nhất thu thập các dữ liệu tại hiện trường, văn bản sử dụng theo khuyến nghị truyền dẫn thời gian thực RTP. IPTV dùng kỹ thuật nén thị tần có hiệu suất cao nên băng tần truyền dẫn tại 800kbit/s có thể tiếp cận với băng tần thu DVD nên tạo điều kiện cho các nhà khai thác dễ dàng phát triển các dịch vụ video. Mạng chuyển tải CDN gồm nhiều server cache phân bố tại các khu vực tập trung thuê bao, Khi có yêu cầu của thuê bao, cache server chuyển lên VOD server trong mạng nguồn cung cấp, tìm nội dung phù hợp và chuyển tải cho thuê bao sự hoạt động của các server trong mạng chuyển tải dựa trên kỹ thuật cân bằng phụ tải toàn cục (GSLB). Trong quá trình truyền đưa multimedia IPTV có thể dùng khóa mật mã đảm bảo độ an toàn của nội dung truyền dẫn.

IPTV áp dụng các khuyến nghị quốc tế về tiêu chuẩn, như khuyến nghị về truyền dẫn thời gian thực (RTP), khuyến nghị về khống chế thời gian thực (RTCP)...

IPTV cũng cùng làm việc với máy tính dùng hệ điều hành UNIX, VIC/VAT, Apple và Quick Time.

Hiện nay cách thức mã hóa video của luồng chủ của IPTV theo MPEG-2, MPEG-4, H.264/AVC; Real Microsoft UWMV-9. Trong đó, MPEG-2 và MPEG-4 được phát triển mạnh. H.264 là luật mã hóa thị tần của ITU-T đề xuất thích hợp cho các hệ thống công cộng. Do đó H.264 có khả năng thành cách mã hóa chính của IPTV.

Như đã nêu ở trên, nghiệp vụ IPTV chính là phục vụ cho các hộ gia đình. Phương thức tiếp nhập băng rộng tới gia đình thường dùng phương pháp truy nhập ADSL, nhưng vì IPTV thiết lập tới user nghiệp vụ multimedia thời gian thực và tương tác nên ADSL không thỏa mãn các yêu cầu của IPTV. Cáp quang truyền dẫn tới tận nhà FTTH được công nhận là phương thức chuyển tải tối ưu. Cáp quang có băng tần rất rộng và có khả năng truyền dẫn hai hướng đối xứng đảm bảo được yêu cầu truyền hình ảnh động theo hai hướng với chất lượng cao.

Thiết bị đầu cuối IPTV trong gia đình có 2 loại: một là máy vi tính PC, hai là máy TV + hộp kết nối STB.

Hộp STB thực hiện 3 chức năng sau:

1. Nối tiếp vào mạng băng tần rộng, thu phát và xử lý số liệu IP và luồng video.

2. Tiến hành giải mã luồng video MPEG-2, MPEG-4, WMV, Real... đảm bảo video VOD hiển thị lên màn hình ti vi các số liệu...

3. Phối hợp với bàn phím đảm bảo HTML du lịch trên mạng, tiến hành gửi nhận email. Hộp STB đảm nhiệm các nhiệm vụ trên chủ yếu dựa vào bộ vi xử lý.

Để kết luận ta thấy IPTV ứng dụng kỹ thuật streaming media, thông qua mạng băng rộng truyền dẫn tín hiệu truyền hình digital đến các thuê bao. Các thuê bao chỉ cần có thiết bị đầu cuối là máy tính PC hoặc TV+STB là có thể thưởng thức được các chương trình truyền hình phong phú. Hoạt động của IPTV là hoạt động tương tác trên mạng không chỉ có các chương trình truyền hình quảng bá mà còn thực hiện truyền hình đến địa điểm theo yêu cầu (VOD). IPTV còn có các dịch vụ tương tác khác như truyền thoại có hình, email, du lịch trên mạng, học tập từ xa...

IPTV cùng các hoạt động thông tin trên băng tần rộng đã kết hợp được 3 mạng (máy tính + viễn thông + truyền hình) biểu thị xu thế phát triển của mạng truyền thông tương lai. Các nhà kinh doanh dịch vụ viễn thông băng rộng không chỉ ở các nước tiên tiến như Mỹ, Nhật... mà ở các nước trong khu vực như Trung Quốc, Hàn Quốc, Hồng Kông... đang phát triển mạnh dịch vụ IPTV.