HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG

HOÀNG QUANG KHẢI
NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG
TRẢI NGHIỆM (QoE)TRONG MẠNG IPTV CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG
MÃ SỐ: 60.52.02.08
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông
1
MỞ ĐẦU
Nếu như sự xuất hiện của công nghệ truyền hình (TV) là một bước ngoặt
trong lịch sử truyền thông của nhân loại thì sự xuất hiện của IPTV (truyền hình
giao thức Internet) là một ngoặc trong sự phát triển của công nghệ truyền hình.
Với những ưu điểm vượt trội: tính năng tương tác giữa hệ thống với người xem,
cho phép người xem chủ động về thời gian và khả năng triển khai nhiều dịch vụ
giá trị gia tăng , IPTV thật sự xứng đáng là công nghệ truyền hình dẫn đầu.
IPTV không chỉ đơn thuần là một dịch vụ giá trị gia tăng trên nền mạng IP, nó

 Tăng tính cá nhân
 Yêu cầu về băng thông thấp
 Khả năng truy nhập trên nhiều loại thiết bị
1.1.2.2. Các dịch vụ của IPTV
IPTV không chỉ đơn thuần là IP video. Trên thực tế, các nhà khai thác
viễn thông đang tập trung vào dịch vụ này để tạo ra sự khác biệt của dịch vụ họ
cung cấp với các dịch vụ mà các nhà khai thác mạng truyền hình cáp hay vệ
tinh cung cấp.
1.1.3. Hệ thống mạng IPTV
1.1.3.1. Tổng quan về các thành phần trong mạng cung cấp dịch vụ IPTV
1.1.3.2. Mạng nội dung:
Giống như những hệ thống truyền hình cáp và truyền hình vệ tinh,
dịch vụ IPTV yêu cầu đầu cuối cung cấp nội dung, nơi mà các kênh truyền hình
trực tuyến (broadcast TV) và các nội dung VOD (phim ảnh, ca nhạc…) được
thu lại, định dạng để sau đó phân phối qua mạng IP. Thông thường, đầu cuối
video (Video Headend) thu các chương trình live TV, VoD từ vệ tinh, truyền
3
hình cáp, hoặc từ các nhà phân phối tập trung… Một vài chương trình cũng có
thể được thu của các đài truyền hình quảng bá mặt đất.
1.1.3.3. Mạng truyền tải:
a. Mạng lõi/biên của nhà cung cấp dịch vụ (Service Provider Core/Edge
Network):
b. Mạng truy nhập:
1.1.3.4. Mạng gia đình (Home Network):
Mạng gia đình là mạng phân phối dịch vụ IPTV trong nhà. Có rất nhiều
loại mạng gia đình: mạng không dây (wireless), mạng có dây (wireline)…
1.1.3.5. Bộ phận quản lý

dịch vụ.
1.1.5. Đóng gói dữ liệu video của IPTV:
1.1.5.1. Mô hình truyền thông IPTV
Dữ liệu video ở đầu gửi được truyền từ lớp cao xuống lớp thấp trong mô hình
IPTV, và được truyền đi trong mạng băng rộng bằng các giao thức của lớp vật lí. Ở
đầu nhận, dữ liệu nhận được chuyển từ lớp thấp nhất đến lớp trên cùng trong mô
hình IPTV
1.1.5.2. Mã hóa video (video encoding):
Tín hiệu đầu ra của bộ mã hóa gọi là các dòng cơ bản (elementary
stream). Tùy theo kỹ thuật nén mà có các dòng cơ bản khác nhau
1.1.5.3. Đóng gói video (video packetizing)
Dòng cơ bản video/audio phải được chia thành các gói được đánh dấu
thời gian PES (Parketized Element Stream Packet). Một gói PES chỉ bao gồm 1
loại dữ liệu từ 1 nguồn duy nhất, kích thước khối cố định hoặc thay đổi, có thể lên
tới 65536 byte/gói. Bao gồm 6 byte header, và số byte còn lại chứa nội dung chương
trình.
1.1.5.4. Đóng gói kết cấu dòng truyền tải
Các gói PES được chia nhỏ thành các gói TS có kích thước cố định
188byte (184byte dữ liệu và 4 byte header). Chuẩn đóng gói thường được dùng
5
là MPEG và dữ liệu sau đóng gói được gọi là MPEG2-TS.
1.1.5.5. Đóng gói ở các lớp thấp hơn :
Các TS phải tiếp tục được đóng gói để có thể truyền qua mạng IP.
1.2 . Kỹ Thuật nén Video sử dụng trong dịch vụ IPTV
1.2.1 Khái niệm nén Video
1.2.1.1. Phân loại nén theo tín hiệu
 Nén video tương tự:

người dùng lựa chọn profile phù hợp với mình, gồm 3 nhóm chính: Hồ sơ cơ
bản (Baseline profile), hồ sơ chính (Main profile) và hồ sơ mở rộng (Extended
profile). Các thành phần cơ bản trong ảnh nén MPEG:
 Khối (block): Là 1 ma trận 8x8/4x4/16x16. điểm ảnh của tín hiệu
chói hoặc tín hiệu màu trong một ảnh.
 Macroblock: Macroblock bao gồm một vài block, bao gồm các
block mang của tín hiệu chói (luma - block) và các block của tín
hiệu màu (chroma- block).
 Mảng (slice): Là một chuỗi macroblock kề nhau. Kích thước lớn
nhất của mảng có thể bao gồm toàn bộ bức ảnh và kích thước nhỏ
nhất của mảng là một macroblock.
 Ảnh (Picture/Frame): Có 3 loại ảnh P, I và ảnh B.
 Ảnh I (Intra-picture):
 Ảnh P (Predicted-picture):
 Ảnh B (Bi-predictive Picture):
 Nhóm ảnh (GOP - Group Of Picture):
 Đoạn ảnh (Sequence of pictures):
1.3 . Kết luận chƣơng
Chương này đã cung cấp một cái nhìn tổng quan về công nghệ và các
dịch vụ IPTV. Các nội dung trình bày trong chương này chủ yếu tóm tắt về các
dịch vụ IPTV hiện nay đang cung cấp trên thị trường

7
CHƢƠNG 2 : CHẤT LƢỢNG TRẢI NGHIỆM (QoE) TRONG IPTV
2.1. Chất lƣợng dịch vụ QoS
2.1.1. Khái niệm QoS
2.1.1.1. Định nghĩa

chất lượng dịch vụ. QoS chủ yếu tập trung vào mô tả các tiêu chí khách quan,
mang tính kỹ thuật mà hạ tầng mạng hay ứng dụng cần phải đạt được để chất
lượng dịch vụ được đảm bảo.
2.3.2. Ảnh hƣởng của các tham số QoS đến QoE:
2.3.2.1. Ảnh hưởng của băng thông
Băng thông luôn là thách thức đối với các nhà cung cấp dịch vụ IPTV.
Nếu băng thông có thể sử dụng thoải mái, không giới hạn, thì các nhà vận hành
sẽ không phải lo đến các yếu tố nghẽn, trễ,…
2.3.2.2. Ảnh hưởng của trễ
Trễ là tham số dùng để đánh giá thời gian các gói IP truyền từ máy chủ
IPTV đến IPTVCD. Giá trị trễ thay đổi tùy thuộc vào mạng. Các mức trễ thấp
là điều kiện quyết định đối với quá trình truyền tải tốt nội dung video tới đối
tượng sử dụng
2.3.2.3. Ảnh hưởng của mất gói (Packet Loss)
Có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến mất gói, trong đó nguyên nhân chủ yếu
là tràn bộ đệm của hàng đợi, ngoài ra, những nguyên nhân khác gồm có: bỏ gói
ở hàng đợi đầu vào, router không nhận gói, overrun và lỗi frame.
2.3.2.4. Biến động trễ
Jitter gây ra do các gói tin đi trên mạng theo những đường khác nhau và
được đối xử khác nhau, vì vậy mà thời gian trễ của chúng khi đến đầu thu cũng
khác nhau.
2.3.2.5. Ảnh hưởng của dung lượng bộ đệm:
Bộ đệm là dung lượng bộ nhớ được sử dụng cho sắp hang đợi cho các gói
tin của một luồng traffic đa phương tiện trước khi chúng được phân phối đến
ứng dụng
9
2.3.2.6. Ảnh hưởng của tỷ lệ xếp lại gói tin


Phương pháp này được dùng để đo chất lượng tín hiệu video liên quan tới
việc so sánh các khung hình ảnh gốc với các phiên bản được nén và đo sự suy
giảm chất lượng tín hiệu
2.4.3.1. PSNR
Dùng để xác định các vấn đề trong việc phân phối gói tin và các vấn đề
liên quan. Nó dùng để đo và phân tích chất lượng thực tế các gói tin bên phía
cung cấp nội dung sau khi được mã hóa và truyền đi trên mạng.
PSNR được tính như sau: Trong đó MSE (mean squared error) được tính bởi công thức:

Giá trị thông thường của PSNR của ảnh và video sau khi giải nén nằm từ
30 đến 50 dB, giá trị càng cao thì càng tốt.Giá trị có thể chấp nhận được khi
truyền tín hiệu không dây có tổn thất khoảng từ 20 dB đến 25 dB
2.4.3.2. MPQM (Moving Picture Quality Metric):
Dùng để đánh giá chất lượng luồng video được nén theo chuẩn MPEG.
Nó bao gồm các kỹ thuật tái tạo trải nghiệm của người quan sát và đánh giá
luồng IPTV theo thang điểm từ 1 đến 5
2.4.3.3. MDI (Media Delivery Index):
MDI là cơ chế đánh giá chỉ ra chất lượng video và cũng xác định các
thành phần của mạng ảnh hưởng đến QoE của người dùng
2.5. Các phƣơng pháp đo kiểm chất lƣợng Video trong IPTV
11
2.5.1. Mô hình tham chiếu đầy đủ
Giải thuật này đánh giá tỷ số giữa giá trị lớn nhất của tín hiệu trên tạp âm,

3.1 Tổng quan
Làm sao để đảm bảo được QoE trong IPTV thì có bốn bước để đảm bảo
QoE
 Bước 1: Hiểu được những thách thức chính của mỗi tham số QoE
quyết định được thiết bị và công nghệ mà ảnh hưởng đến chất
lượng. Ví dụ: QoE nó gồm những yếu tố như; dừng hình, nhảy
kênh, trễ lâu,…
 Bước 2: Chuyển đổi những cái mà đánh giá theo tiêu chí chủ quan
thành những tiêu chí khách quan để lượng hóa.
 Bước 3: Sau đó viết kế hoạch để test chọn lựa công cụ test để đo
được QoE đó
 Bước 4: Phân tích kết quả, giải quyết vấn đề tối ưu hóa mạng thiết
bị của hệ thống
Để có thể đo lường QoE, cần phải xác định các tiêu chí chất lượng chính
yếu (Key Quality Indicator – KQI).
3.2 Mô phỏng mối liên hệ giữa Packet Loss và QoE
3.2.1. Giao thức RTP:
RTP và RTCP là một bộ giao thức nằm ở lớp 4 của mô hình OSI
(Transport) được chuẩn hóa theo RFC 1889 và RFC 3550, cho phép truyền tải
gói tin thời gian thực (thông thường là audio và video) qua mạng IP có hỗ trợ
chất lượng. RTP định dạng dữ liệu thực và truyền qua mạng
3.2.2. Vai trò của gói RTP trong IPTV
Trong quá trình mã hóa hoặc truyền làm mất gói dữ liệu khiến khung I bị
hỏng thì các khung P và B trong GoP sẽ bị ảnh hưởng,do đó chất lượng video
bị suy giảm nghiêm trọng, nguyên nhân gây suy giảm này có thể được thấy
trong vài giây. Khung P bị hỏng chỉ ảnh hưởng tới khung B và P còn lại và chất
13

Decoder
Kênh truyền
Loại bỏ gói
ngẫu nhiên
Hình 3.2. Mô hình mô phỏng mối quan hệ giữa mất gói và QoE
Phía mã hóa video: Tín hiệu video sau khi được mã hóa sẽ được phân
chia thành các gói RTP. Để mô phỏng việc mất gói khi đi qua kênh truyền, một
số gói RTP sẽ được loại bỏ một cách ngẫu nhiên theo tỷ lệ nhất định.
Phía giải mã video: Các gói RTP sau khi được nhận sẽ được kết hợp và
giải mã để khôi phục lại tín hiệu video ban đầu.
Tín hiệu video gốc và tín hiệu video sau giải mã được so sánh theo từng
frame. Giá trị PSNR sẽ được tính trên mỗi frame để so sánh mức độ sai lệch
giữa tín hiệu video gốc và tín hiệu video sau giải mã. Như vậy, mối quan hệ
giữa QoE và QoS được thể hiện bằng mối quan hệ giữa PSNR và tỷ lệ mất gói.
Tỷ lệ mất gói càng cao thì PSNR càng nhỏ (tín hiệu video sau giải mã khác
nhiều so với tín hiệu gốc) và ngược lại.
3.3.2. Mô tả về chƣơng trình mô phỏng JM
JM là bộ phần mềm được xây dựng bởi một nhóm các chuyên gia nghiên
cứu về các tiêu chuẩn nén MPEG. Là một phần mềm chứa nội dung mô tả chi
14
tiết của việc sử dụng H.264/AVC. Đây là phần mềm bao gồm thông tin về các
bộ mã hóa và giải mã tham số đầu vào, cú pháp, vấn đề biên dịch và các thông
tin bổ sung liên quan đến sử dụng tốt nhất.
3.3.3. Kết quả mô phỏng

Hình gốc Hình bị mất gói tỷ lệ 1%


tham số QoS của mạng với các giá trị QoE người dùng. Các giá trị này được
làm bộ giá trị tham khảo để phục vụ việc đánh giá chất lượng QoE trong IPTV.
Luận văn đã khái quát chung về tầm ảnh hưởng của chất lượng dịch vụ
trên nền mạng IP như đặc điểm về cấu trúc, công nghệ , dịch vụ và chất lượng
dịch vụ. Trên cơ sở các đặc điểm của dịch vụ IPTV đã đi sâu vào nghiên cứu,
phân tích ảnh hưởng giữa các tham số QoS của mạng tới chất lượng âm thanh
và hình ảnh. Các giá trị này được làm để tham khảo phục vụ việc đưa ra các
phương pháp đánh giá QoE và đề xuất phương pháp dánh giá QoE dựa trên
QoS để nâng cao chất lượng dịch vụ IPTV.
16
Phần mô phỏng mối quan hệ giữa packet loss với QoE đã cho thấy ảnh
hưởng của packet loss đến QoE có tầm quan trọng như thế nào từ đó đề xuất
phương pháp đánh giá QoE dựa trên QoS phần nào đã làm rõ được các vấn đề
liên quan đến chất lượng dịch vụ của nhà cung cấp dịch vụ IPTV, từ các
phương pháp trên đã đưa ra được các tiêu chuẩn sao cho để nhà cung cấp dịch
vụ IPTV sẽ cho ra một sản phẩm dịch vụ tốt nhất để làm hài lòng cho tất cả các
khách hàng sử dụng.
2. Kiến nghị
Áp dụng đầy đủ phương pháp đánh giá, quản lý chất lượng dịch vụ được
đề cập ở chương 3 trong quản lý chất lượng dịch vụ IPTV để đề ra các quy trình
quản lý chất lượng phù hợp với điều kiện thực tế triển khai dịch vụ IPTV. Việc
đánh giá chất lượng dịch vụ hướng đến tiêu chí có thể dự đoán trước viêc suy
giảm chất lượng dịch vụ phía khách hàng để có các biện pháp khắc phục kịp
thời nhằm mang lại sự hài lòng về chất lượng dịch vụ từ khách hàng.
3. Hạn chế của đề tài
Nghiên cứu này đã đem lại kết quả và những đóng góp nhất định, phần
nào giúp cho người quản lý hệ thống dịch vụ IPTV hiểu rõ được các yếu tố ảnh