1
bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng
Học viện kỹ thuật quân sự
Khúc ngọc khoa
Chuẩn mã hoá h.264 và khả năng ứng
dụng trong hệ thống IPTV
luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hà Nội - Năm 2011
2
Bộ giáo dục và đào tạo bộ quốc phòng
Học viện kỹ thuật quân sự
Khúc ngọc khoa
Chuẩn mã hoá h.264 và khả năng ứng
dụng trong hệ thống IPTV
Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử
Mã số: 60 52 70
luận văn thạc sỹ kỹ thuật
Hà Nội - Năm 2011
3
công trình đợc hoàn thành tại
học viện kỹ thuật quân sự
Hớng dẫn chính:
Họ và tên: Nguyễn Tiến Tài Học hàm, học vị : TS
Học hàm, học vị: T Đơn vị công tác: Học viện KTQS
Cán bộ hớng dẫn phụ (nếu có):
Cán bộ chấm phản biện 1:
Cán bộ chấm phản biện 2:
Luận văn thạc sĩ đợc bảo vệ tại:
hội đồng chấm luận văn thạc sĩ
học viện kỹ thuật quân sự
Ngày tháng năm 2011

Trang phụ bìa
Nhiệm vụ luận văn
Mục lục
Tóm tắt luận văn
Danh mục các ký hiệu
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Mở đầu
Chơng1
Tổng quan về IPTV
6
Tóm tắt luận văn thạc sĩ
-Họ và tên học viên : Khúc Ngọc Khoa
-Lớp: Kỹ thuật điện tử Khoá: 21
-Cán bộ hớng dẫn: TS Nguyễn Tiến Tài
-Tên đề tài: chuẩn mã hoá h.264 và khả năng ứng dụng trong hệ thống IPTV.
-Tóm tắt: Ngiên cứu chuẩn mã hoá H.264 làm rõ các đặc điểm của bộ mã hoá
H.264, các u điểm của bộ mã hoá H.264 so với các bộ mã hoá trớc. Nghiên
cứu các mô hình thực nghiệm về hệ thống phân phối nội dung, hệ thống quản
lý bản quyền số, mô hình thực hiện các dịch vụ trong IPTV. Đa ra mô hình
IPTV cho Đài phát thanh và truyền hình Nam Định.

7
DANH Mục các ký hiệu, chữ viết tắt
CABAC Context-adaptive binary
arithmetic coding
Mã hoá số học nhị phân thích
nghi với ngữ cảnh
CACVLC Context-adaptive variable-
length coding

SMS Service Management System Hệ thống quản lý dịch vụ
TCP Transmission Control Protocol Giao thức cần kết nối
UDP User Datagram Protocol Giao thức không cần kết nối
VLC Video Coding Layer Phân lớp mã hoá video
VLC Common variable-length
coding
Mã hoá có độ dài từ mã thay đổi
9
Danh mục các bảng
Trang
Bảng 1.1 Các lớp địa chỉ IP
Bảng 3.1 Cấu trúc của một gói MPEG PES
Bảng 3.2 Cấu trúc gói MPEG TS
Bảng 3.3 Cấu trúc của gói IPTV dựa trên RTP
Bảng 3.4 định dạng của TCP segment
Bảng 3.5 cấu trúc datagram IPTV dựa trên UDP
Bảng 3.6 cấu trúc gói video IPv4
Bảng 3.7 các lớp địa chỉ IPv4
Bảng 3.8 mô tả trờng của IPv6
Bảng 3.9 cấu trúc của Ethernet header
Bảng 3.10 Cấu trúc khung Ethernet đợc dùng để mang nội dung MPEG-2
Bảng 3.11 Tổng kết các lớp trong mô hình IPTV
10
Danh mục các hình vẽ
trang
Hình 1.1. Sơ đồ khối đơn giản của một hệ thống IPTV
Hình 1.2. Mô hình truyền thông IPTV
Hình 2.1. Cấu trúc dòng MPEG video
Hình 2.2. Mã hóa và tổng hợp khung hình trong MPEG-4
Hình 2.3. Cấu trúc phân lớp của H.264

riêng biệt ) sang RTP payload
Hình 3.12. ánh xạ nội dung H264/AVC (nhiều khối NAL
riêng biệt) sang một RTP payload.
Hình 3.13. ánh xạ nội dung một H264/AVC NAL sang nhiều RTP payload
Hình 3.14. Cơ chế điều khiển luồng của TCP
Hình 3.15. Quá trình truyền thông trong mạng IPTV
Hình 3.16. Định dạng datagram dựa trên UDP
Hình 3.17. Định nghĩa dạng gói video IPv4
Hình 3.18. Các lớp địa chỉ IP
Hình 3.19. Cấu trúc header của IPv6
Hình 4.1. Mô hình hệ thống IPTV đề xuất
Hình 4.2. Vai trò của Middleware trong hệ thống IPTV
Hình 4.3. Chức năng của SMS
Hình 4.4. Chức năng của CMS
Hình 4.5. Chức năng của EPG.
Hình 4.6. Cấu trúc hệ thống CDN
12
H×nh 4.7. CÊu tróc m¹ng hai líp.
H×nh 4.8. CÊu tróc m¹ng ®a líp
H×nh 4.9. C¬ chÕ ®¨ng ký ngêi dïng
H×nh 4.10. C¬ chÕ hñy bá ngêi dïng
H×nh 4.11. C¬ chÕ ®¨ng ký kiÓu thuª bao
H×nh 4.12. C¬ chÕ hñy thuª bao
H×nh 4.13. C¬ chÕ ph©n phèi néi dung
H×nh 4.14. C¬ chÕ lÊy néi dung
H×nh 4.15. C¬ chÕ xuÊt b¶n néi dung
H×nh 4.16. C¬ chÕ xuÊt b¶n EPG
H×nh 4.17. C¬ chÕ VOD
13
Mở đầu

Chơng I: Tổng quan về IPTV.
Giới thiệu tổng quan về IPTV, các đặc tính, cơ sở hạ tầng, việc lựa chọn
IP cho IPTV, sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet, nhu cầu thực tế.
Chơng II: Chuẩn mã hoá H.264.
Giới thiệu chung về các chuẩn mã MPEG nói chung, tập trung tìm hiểu
về các đặc điểm của mã hoá H.264, đặc điểm kỹ thuật Rate control trong
H.264.
Chơng III: Chuẩn nén H.264 và ứng dụng trong IPTV.
Đa ra các đặc điểm nổi bật của mã hoá H.264, khả năng ứng dụng trong
IPTV. Mô hình IPTV trong truyền tải nội dung với mã hoá H.264.
Chơng IV: Đề xuất mô hình IPTV cho đài phát thanh và truyền hình Nam
Định.
Mặc dù đã cố gắng song do trình độ chuyên môn còn hạn chế, vấn đề
đề cập tới lại mới và tơng đối phức tạp, tài liệu phải tham khảo tơng đối rộng,
nhiều chỗ vợt quá trình độ hiểu biết của ngời viết, vì vậy luận văn không thể
tránh khỏi những sai sót. Tôi rất mong nhận đợc những góp ý và chỉ bảo của
các thầy giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn chỉnh hơn.
Qua đây tôi xin đợc bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy giáo, cô giáo khoa
Kỹ thuật vô tuyến - HVKTQS về những kiến thức đã nhận đợc trong thời gian
học tại trờng. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hớng dẫn khoa học Thiếu
tá - TS Nguyễn Tiến Tài đã tận tình, chu đáo và có những ý kiến hết sức quý
báu giúp tôi thực hiện tốt các nhiệm vụ đề tài đã đa ra và hoàn thành đúng kế
hoạch.
Hà Nội, ngày tháng 05 năm 2011
15
Chơng 1
tổng quan về iptv
1.1. Giới thiệu về truyền hình số theo giao thức IP
IPTV là tên viết tắt của cụm từ Internet Protocol Television _ truyền hình
qua giao thức Internet.

một kênh mà ngời dùng yêu cầu. Đặc điểm hấp dẫn này cho phép nhà điều
hành mạng có thể tiết kiệm băng thông của mạng.
Có thể truy xuất qua nhiều thiết bị: Việc xem nội dung IPTV bây giờ
không chỉ giới hạn ở việc sử dụng TV. Ngời dùng có thể sử dụng máy tính
xách tay hay thiết bị di động để truy xuất vào các dịch vụ của IPTV.
1.3. Sự khác biệt giữa IPTV và truyền hình Internet
Do đều đợc truyền trên mạng dựa trên giao thức IP, ngời ta đôi lúc hay
nhầm IPTV là truyền hình Internet. Tuy nhiên hai dịch vụ này có nhiều điểm
khác nhau:
*Các nền khác nhau
Truyền hình Internet sử dụng mạng Internet công cộng để phân phối các
nội dung video tới ngời sử dụng cuối. IPTV sử dụng mạng riêng bảo mật để
truyền các nội dung video đến khách hàng. Các mạng riêng này thờng đợc tổ
chức và vận hành bởi nhà cung cấp dịch vụ IPTV.
*Về mặt địa lý
Các mạng do nhà cung cấp dịch vụ viễn thông sở hữu và điều khiển không
cho phép ngời sử dụng truy cập. Các mạng này chỉ giới hạn trong các khu vực
địa lý cố định, trong khi mạng Internet không giới hạn về mặt địa lý, ngời
dùng nào cũng có thể xem truyền hình Internet ở bất kỳ đâu trên thế giới.
*Quyền sở hữu hạ tầng mạng
17
Khi nội dung video đợc gửi đi qua mạng Internet công cộng, các gói sử
dụng giao thức Internet mạng nội dung video có thể bị trễ hoặc mất khi nó di
chuyển trong các mạng khác nhau tạo nên mạng Internet công cộng. Do đó,
nhà cung cấp các dịch vụ truyền hình ảnh qua mạng Internet không đảm bảo
chất lợng truyền hình nh với truyền hình mặt đất, truyền hình cáp hay truyền
hình vệ tinh. Thực tế là các nội dung video truyền qua mạng Internet khi hiển
thị trên màn hình TV có thể bị giật và chất lợng hình ảnh thấp. Trong khi IPTV
chỉ đợc phân phối qua một hạ tầng mạng của nhà cung cấp dịch vụ do đó ngời
vận hành mạng có thể điều chỉnh để có thể cung cấp hình ảnh với chất lợng

*Mạng truyền dẫn băng thông rộng
Việc truyền dẫn dịch vụ IPTV theo yêu cầu kết nối điểm - điểm. Trong tr-
ờng hợp triển khai IPTV trên diện rộng, số lợng các kết nối điểm - điểm tăng
đáng kể và yêu cầu độ rộng băng thông của cơ sở hạ tầng khá rộng. Sự tiến bộ
trong công nghệ mạng trong những năm qua cho phép những nhà cung cấp
dịch vụ viễn thông thoả mãn một lợng lớn yêu cầu độ rộng băng thông mạng.
19
Hạ tầng truyền hình cáp dựa trên cáp đồng trục lai cáp quang và các mạng
viễn thông dựa trên cáp quang rất phù hợp để truyền tải nội dung IPTV.
*Thiết bị ngời dùng IPTV
Thiết bị ngời dùng IPTV (IPTV CD) là thành phần quan trọng trong việc
cho phép mọi ngời có thể truy xuất vào các dịch vụ IPTV. Thiết bị này kết nối
vào mạng băng thông rộng và có nhiệm vụ giải mã và xử lý dữ liệu video dựa
trên IP gửi đến. Thiết bị ngời dùng hỗ trợ công nghệ tiên tiến để có thể tối
thiểu hoá hay loại bỏ hoàn toàn ảnh hởng của lỗi, sự cố mạng khi đang xử lý
nội dung IPTV.
*Mạng gia đình
Mạng gia đình kết nối với một số thiết bị kỹ thuật số bên trong một diện
tích nhỏ. Nó cải tiến việc truyền thông và cho phép chia sẻ tài nguyên (các
thiết bị) kĩ thuật số đắt tiền giữa các thành viên trong gia đình. Mục đích của
mạng gia đình là để cung cấp thiết bị khác nhau trong nhà. Với mạng gia đình,
ngời dùng có thể tiết kiệm tiền và thời gian bởi vì các thiết bị ngoại vi nh máy
in và máy scan, cũng nh kết nối băng rộng, có thể đợc chia sẻ một cách dễ
dàng.
1.5. Mô hình truyền thông của IPTV [9]
Mô hình truyền thông của IPTV có 7 lớp (và một tuỳ chọn) đợc xếp chồng
lên nhau.
Các dữ liệu video ở phía thiết bị gửi đợc truyền từ lớp cao xuống lớp thấp
trong mô hình IPTV, và đợc truyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao
thức của lớp vật lý. ở thiết bị nhận, dữ liệu nhận đợc truyền từ lớp thấp nhất

theo trong mô hình IPTV. Mỗi lớp sẽ thêm vào hoặc bỏ đi phần thông tin điều
khiển của gói video trong quá trình xử lý. Thông tin điều khiển chứa các thông
21
tin giúp thiết bị có thể sử dụng gói dữ liệu đúng chức năng của nó, và thờng đ-
ợc định dạng nh các header hoặc trailer. Bên cạnh việc truyền thông giữa các
lớp, còn có các liên kết ảo giữa các tầng cùng mức. 7 lớp và một lớp bổ sung
trong mô hình IPTV có thể đợc chia làm hai loại: các lớp cao và lớp thấp, các
tầng cao hơn thì quan tâm nhiều hơn tới các ứng dụng của IPTV và các định
dạng file, trong khi các tầng thấp hơn thì quan tâm tới việc truyền tải các nội
dung.
1.5.1. Lớp mã hoá video
Quá trình truyền thông bắt đầu ở lớp mã hoá, các tín hiệu tơng tự hoặc
số đợc nén. Tín hiệu lối ra của bộ nén là các dòng MPEG cơ bản. Các dòng
MPEG cơ bản đợc định nghĩa là các tín hiệu số liên tục thời gian thực. Có
nhiều loại dòng cơ bản. VD: âm thanh đợc mã hoá sử dụng MPEG đợc gọi là
dòng cơ bản âm thanh. Một dòng cơ bản thực ra chỉ là tín hiệu ra thô từ bộ
mã hoá. Các dòng dữ liệu đợc tổ chức thành các khung tại lớp này.
1.5.2. Lớp đóng gói video
để truyền các dòng cơ bản âm thanh, dữ liệu và hình ảnh qua mạng số,
mỗi dòng cơ bản này phải đợc chuyển đổi sang một dòng đợc chèn của gói
PES đã đợc đánh dấu thời gian (PES - parketized Element Stream). Một dòng
PES chỉ bao gồm 1 loại dữ liệu từ 1 nguồn. Một gói PES có thể có kích thớc cố
khối cố định hoặc thay đổi, có thể lên tới 65536 byte/gói. Bao gồm 6 header,
và số byte còn lại chứa nội dung chơng trình.
1.5.3. Lớp cấu trúc dòng truyền tải
Lớp tiếp theo trong mô hình truyền thông IPTV làm nhiệm vụ tạo nên
dòng truyền tải, bao gồm 1 dòng liên tiếp các gói. Những gói này thờng đợc
gọi là các gói TS, đợc tạo ra bằng cách ngắt các gói PES thành các gói TS có
kích thớc cố định là 188 byte độc lập với thời gian. Sử dụng thời gian độc lập
này làm giảm khả năng mất gói tin trong quá trình truyền và giảm ồn. Mỗi gói

nhận trở lại từ IPTVCD.
Bên cạnh việc sửa các lỗi có thể xảy ra trong quá trình truyền nội dung
video qua mạng IP băng rộng, TCP còn có điều khiển luồng dữ liệu. Điều này
có thể đạt đợc bằng cách sử dụng trờng kích thớc cửa sổ, với thuật toán đợc
gọi là cửa sổ trợt. Giá trị trong trờng này xác định số các byte có thể truyền đi
qua mạng trớc khi nhận đợc từ phía thiết bị nhận.
1.5.5.2. Sử dụng UDP để định hớng các gói IPTV
UDP là giao thức thuộc về bộ giao thức Internet. UDP cho phép máy
chủ kết nối với mạng băng rộng để gửi tới các IPTVCD dịch vụ truyền hình
quảng bá có chất lợng hài lòng ngời dùng. UDP giống TCP nhng là phiên bản
sơ lợc hơn, đa ra cho số lợng tối thiểu các dịch vụ truyền tải. UDP là giao thức
không liên kết, điều đó có nghĩa là kết nối giữa video server và IPTVCD
không cần phải thiết lập trớc khi dữ liệu đợc truyền đi. Video server đơn giản
chỉ thêm vào địa chỉ IP đích và số cổng vào datagram và gửi tới cơ sở mạng để
phân phát tới địa chỉ IP đích. Khi trên mạng UDP sử dụng cách tốt nhất để cố
gắng thu đợc dữ liệu về điểm đích của nó. Chú ý rằng UDP sử dụng các khối
dữ liệu đợc gọi là các datagram để truyền nội dung qua mạng.
1.5.5.3. Sự khác biệt giữa UDP và TCP
Khi các nhà cung cấp dich vụ phát các nội dung IPTV tới các thuê bao,
điều quan trọng là các nội dung này phải đến thiết bị của ngời dùng đúng lúc
và trong dạng đúng. Nói cách khác, các gói video phải không bị ngắt quãng.
Do đó, các nhà cung cấp dịch vụ cần chắc chắn sử dụng giao thức hỗ trợ khả
năng phân phối qua hạ tầng mạng.
Mặc dù TCP cung cấp các ứng dụng với nhiều đặc trng về mạng so với
UDP, nhng các nhà cung cấp dịch vụ IPTV không thờng chọn TCP là giao thức
truyền tải. Điều này chỉ ra 1 thực tế rằng IPTV là ứng dụng thời gian thực và
24
không có trễ. TCP có thể đa ngầm vào sự phân phối nội dung video IP do thực
tế rằng giao thức sử dụng cơ chế điều khiển dòng.
Nh vậy, độ tin cậy và khả năng sửa lỗi của UDP không bằng TCP nhng

Mô tả một mạng sở hữu số đầu tiên trong địa chỉ IP, có giá trị từ 0
ữ
128, 3 số còn lại đợc dùng để xác định một IPTVCD, máy chủ
hay thiết bị mạng khác. Do đó một địa chỉ lớp A có địa chỉ mạng 7
bít và địa chỉ host 24 bít. Bít có thứ tự cao nhất đợc thiết lập bằng 0.
Có 126 địa chỉ mạng lớp A trên thế giới và mỗi mạng trong số đó
có đủ sốđịa chỉ IP để hỗ trợ hơn 16 thiết bị mạng. Tất cả các địa chỉ
IP lớp A đợc cấp phép từ InterNIC từ nhiều năm trớc.
B
Một mạng lớp B có địa chỉ gồm số đầu tiên có giá trị từ 128
ữ
191.
Giá trị này tơng đơng với địa chỉ mạng 14 bít và một địa chỉ cục bộ
16 bít. Giá trị của 1 và 0 gán cho 2 bít có thứ tự cao nhất.
Có khoảng 16.000 mạng lớp B trên Internet, mỗi mạng có khả năng
hỗ trợ 64.000 thiết bị mạng. Những tổ chức lớn hơn và các nhà
cung cấp dịch vụ Internet đã cấp phép cho hầu hết hoặc gần hết các
địa chỉ này. Ví dụ về địa chỉ lớp B: 132.6.2.24, trong đó 132.6 chỉ
ra mạng, 2.24 chỉ ra host.
C
Mạng lớp C có địa chỉ có số đầu tiên có giá trị từ 192
ữ
223. Số
này tơng đơng với một địa chỉ mạng 21 và địa chỉ của bộ 8 bít. Giá
trị 1 và 0 đợc gán cho 3 bít có thứ tự cao nhất. Có gần 2.000000 địa
chỉ mạng lớp C, mỗi mạng có khả năng hỗ trợ đánh địa chỉ cho 254
thiết bị mạng.
D
Là phần đầu tiên của địa chỉ có giá trị từ 224
ữ