Services multimédia sur réseaux – La vidéo sur IP

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1 Services multimédia sur réseaux – La vidéo sur IP
A. Quidelleur SRC2 Meaux M Réseaux et Services sur Réseaux Module complémentaire – Option poursuite d’études courtes Services multimédia

2 Trois types de vidéo sur IP
Vidéo à la demande comprend les serveurs de téléchargement de vidéo et les serveurs de streaming la transmission se fait par des réseaux locaux ou d’opérateurs Vidéoconférence ou visioconférence les débits doivent s’adapter à ceux des réseaux de transport les communications sont interactives (les délais de transmission doivent être limités) Normes : H323 et SIP (voir cours Voix sur IP) Télévision numérique s’appuie sur des standards de format (standards ETSI – European Telecommunication Standards Institute) utilise plusieurs supports de transmission (câble, hertziens, satellites) Le canal disponible a un débit fixe (2 Mbit/s en DVB câble ou hertzien) : le taux de compression varie pour remplir le canal Services multimédia

3 Le besoin en QoS La voix et la vidéo sont moins sensibles aux erreurs que les transferts de données informatiques Mais elles ont des exigences en terme De débit : un débit minimal est requis De délai (doit rester borné) De gigue : ce sont des applications isochrones  l'écart de temps entre deux informations successives doit être constant. Si le réseau de transmission introduit un décalage, un mécanisme spécifique doit être mis en oeuvre par le récepteur. Services multimédia

4 Le besoin en QoS La compression opérée sur les données de type voix et vidéo engendre des flux variables (voir cours numérisation S3) Type de transfert Type de débit Débit requis Sensibilité à la gigue Sensibilité aux erreurs Voix Constant Faible Elevée Voix compressée Variable Vidéo Elevé Vidéo compressée Services multimédia

5 Le réseau IP est inadapté
La bande passante n’est pas garantie durant toute la communication  prévoir des mécanismes qui assureront la réservation de bande passante pour les applications temps réel. Les paquets sont routés indépendamment les uns des autres. Leur séquencement n’est pas assuré (ordre, espacement).  prévoir un protocole de transport permettant le séquencement Les protocoles de transport utilisés doivent assurer les exigences temporelles que demande la vidéo temps réel comme la synchronisation. Services multimédia

6 Les protocoles utilisés pour pallier les défauts de IP
Le réseau IP offre un débit variable et non maîtrisé : les protocoles utilisés tentent de pallier ce défaut. Les protocoles RTP/RTCP permettent de combler les défauts de IP pour maintenir une certaine qualité de service. Le protocole RSVP permet, lorsque les nœuds du réseau le supportent, de réserver des ressources et donc un débit minimum. Services multimédia

7 Le protocole RTP (rappel)
RTP (Real-time Transport Protocol) assure la reconstruction temporelle, la détection de perte, la sécurité (Secure RTP, RFC 3711) et l'identification du contenu. fonctionne avec le protocole RTCP pour obtenir des feed- backs concernant la qualité de la transmission fournit un système d'horloge (timestamping), une numérotation des séquences et d'autres mécanismes pour gérer les problèmes liés au temps. En-tête IP En-tête UDP En-tête RTP Données vidéo temps-réel Services multimédia

8 Le protocole RTCP (rappel)
RTCP (Real-Time Control Protocol) Les participants envoient périodiquement des paquets RTCP pour donner des informations sur la qualité du service délivrée. Fonctionne avec RTP. offre les services suivants : Contrôle de la congestion et monitoring de la QoS Identification de la source Synchronisation inter-média (synchronisation du son et de l’image) Information de contrôle Services multimédia

9 Le protocole RSVP Reservation Setup Protocol (RFC 2205 et 2209)
Utilisé par les applications temps réel pour réserver les ressources nécessaires au niveau des routeurs situés le long du chemin de transmission Un contrôle de police (Policy Control) détermine si l'utilisateur à la permission administrative de faire de la réservation. Le contrôle d'admission (Admission Control) détermine si le nœud à suffisamment de ressources pour fournir la QoS demandée. La réservation des ressources est effectuée pour chaque flux L'émetteur envoie ses exigences au récepteur Le récepteur réserve les ressources et précise la QoS souhaitée sur le même chemin Réservation des ressources par RSVP Services multimédia

10 Ouverture d’une session vidéo « temps réel »
UDP RTP RTCP Application «temps réel» Serveur « temps réel » 1- Réservation des ressources dans les routeurs à l ’établissement de la session UDP RTP Application «temps réel» Client RTCP RSVP 2- Transmission des données dans des paquets RTP 3- Contrôle de la qualité de la session (débit, gigue, perte) par des paquets RTCP Routeur RSVP Services multimédia

11 La transmission unicast et la transmission multicast
Chaque utilisateur reçoit un flux vidéo spécifique Une adresse IP unique de classe A, B ou C par utilisateur est utilisée. IP unicast IP unicast IP unicast Autant de flux que d’utilisateurs Services multimédia IP unicast

12 La transmission unicast et la transmission multicast
Transmission par groupe ou multicast Un flux vidéo concerne un groupe d’utilisateurs. Le groupe est identifié par une adresse IP multicast de classe D. IP multicast IP multicast IP multicast 1 seul = IP du groupe Services multimédia IP multicast

13 Le splitting : Unicast + Multicast
Un splitter peut être utilisé pour distribuer le flux sur des adresses unicast et multicast Services multimédia

14 Diffusion de la vidéo : off-line et streaming
1 - Le fichier est chargé sur l’ordinateur client 2 - Le fichier est visionné localement Fichiers vidéo 2 client 1 1 - Test de performance de la liaison Versions du fichier 28Kb/s 56Kb/s 512Kb/s 2 - Création d’un buffer pouvant stocker « n secondes » de vidéo Buffer 7Ko 4 3 - Transmission des paquets 2 4 - Visualisation « n secondes » après l’arrivée du premier paquet 3 client Services multimédia

15 Le streaming Services multimédia

16 Le principe Définition : La lecture en continu (ou streaming) est un principe utilisé principalement pour l'envoi de contenu en « direct » (ou en léger différé). Très utilisée sur Internet, elle permet la lecture d'un flux audio ou vidéo (cas de la VoD), à mesure qu'il est diffusé. Elle s'oppose ainsi à la diffusion par téléchargement qui nécessite de récupérer l'ensemble des données d'un morceau ou d'un extrait vidéo avant de pouvoir l'écouter ou le regarder. Les outils : un logiciel de production audio/vidéo permettant le codage en fonction du débit du réseau emprunté ; un serveur pour stocker les fichiers, établir et paramétrer la connexion avec le client ; un logiciel de lecture sur le poste client. Services multimédia

17 Faux streaming et vrai streaming
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18 Le serveur web comme intermédiaire
Services multimédia

19 Un protocole pour la gestion de l’interactivité : RTSP
RTSP a été développé par Real Networks, Netscape et l'Université de Columbia. RTSP (Real-Time Streaming Protocol), RFC 2326 initie et commande à distance des flux multimédia stockés sur un serveur de données à travers un réseau IP. offre des fonctionnalités comme l'arrêt, l'avance rapide, la recherche avancée pour des flux vidéo et audio. Protocole « télécommande » Les données, quant à elles, sont transmises séparément en utilisant le plus souvent RTP. Services multimédia

20 Caractéristiques de RTSP
Protocole de niveau applicatif qui fonctionne au-dessus de TCP et UDP. Il peut être utilisé dans des applications unicast et multicast. Les flux peuvent provenir soit de vidéos stockées soit d'une source temps réel (caméra, micro). RTSP peut contrôler et synchroniser plusieurs flux audio ou vidéo (mais ne fournit pas lui-même le flux qui est à la charge d'autres protocoles comme RTP). Il peut être utilisé pour rechercher un média sur un serveur de médias, inviter un serveur de médias à rejoindre une conférence (dans le e-learning par ex.), ou ajouter un média à une présentation existante. Port 554 Services multimédia

21 Fonctionnement de RTSP
Il est similaire, au niveau de la syntaxe et des fonctionnalités, à HTTP mais RTSP est un protocole à états : nécessaire pour pouvoir corréler les demandes RTSP avec un flux Le client et le serveur peuvent exprimer des requêtes. Pas de notion de connexion dans RTSP, bien que le serveur maintienne une session ayant un identificateur. Une session RTSP ne correspond pas à une connexion de transport comme TCP. Durant une session, RTSP peut ouvrir et fermer plusieurs connexions de transport à chaque requête. Peut fonctionner sur UDP Chaque présentation et chaque flux média est identifié par une URL RTSP de la forme rtsp://media.example.com:554/twister/audiotrack rtsp:// identifie une connexion sur TCP (rtspu:// pour UDP) 554 est le port utilisé twister est le nom de la présentation audiotrack est le nom d’un flux particulier dans la présentation (optionnel) Services multimédia

22 Fonctionnement de RTSP
Chaque présentation et chaque flux média est identifié par une URL RTSP. Une présentation peut contenir plus d'un flux média. Le fichier de description de la présentation contient les codages, langage et d'autres paramètres qui permettent au client de choisir la combinaison la plus adéquate de médias. Les méthodes RTSP utilisent un en-tête Session pour identifier la session RTSP dont l'état est en train d'être manipulé. Le serveur génère un identificateur session en réponse à la requête SETUP <session> <group> < track src="rtsp://audio.example.com/twister/audio.en"> < track src="rtsp://video.example.com/video"> </group> </session> Services multimédia

23 Les méthodes RTSP method direction object requirement
DESCRIBE C->S P,S recommended ANNOUNCE C->S, S->C P,S optional GET_PARAMETER C->S, S->C P,S optional OPTIONS C->S, S->C P,S required (S->C: optional) PAUSE C->S P,S recommended PLAY C->S P,S required RECORD C->S P,S optional REDIRECT S->C P,S optional SETUP C->S S required SET_PARAMETER C->S, S->C P,S optional TEARDOWN C->S P,S required C->S : Client -> Server, P : presentation, S : stream Services multimédia

24 Les méthodes RTSP Seules 5 méthodes contribuent à définir l'état de la session : SETUP : Le client demande au serveur l'allocation des ressources pour un flux et commence une session RTSP ; PLAY : Le client demande la transmission des données d'un flux alloué selon SETUP ; RECORD : Le client initie l'enregistrement selon les paramètres de la description de la présentation ; PAUSE : Le client arrête temporairement le flux sans libérer les ressources du serveur ; TEARDOWN : Le client demande de libérer les ressources associées au flux. La session RTSP cesse d'exister sur le serveur ; Services multimédia

25 Exemple de dialogue RTSP (1)
Le client C veut télécharger un film depuis les serveurs A (audio.example.com) et V (video.examplt.org). La description des media est stockée sur un serveur web W. Elle contient une description de la présentation et de ses flux, notamment les codecs disponibles, les types de données RTP, la pile de protocoles utilisée et des informations comme la langue et les restrictions dues au copyright. Elle peut aussi donner des indications sur la chronologie du film. Dans cet exemple, le client est uniquement intéressé par la dernière partie du film. Services multimédia

26 Exemple de dialogue RTSP (2)
RTSP Session : GET description C->W: GET /twister.sdp HTTP/1.1 Host: Accept: application/sdp W->C: HTTP/ OK Content-Type: application/sdp v=0 o= IN IP s=RTSP Session m=audio 0 RTP/AVP 0 a=control:rtsp://audio.example.com/twister/audio.en m=video 0 RTP/AVP 31 a=control:rtsp://video.example.com/twister/video Command Response Description au format SDP Services multimédia

27 Exemple de dialogue RTSP (3)
RTSP Session : Open Stream C->A: SETUP rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0 CSeq: 1 Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port= A->C: RTSP/ OK CSeq: 1 Session: Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port= ; server_port= C->V: SETUP rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 CSeq: 1 Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port= V->C: RTSP/ OK CSeq: 1 Session: Transport: RTP/AVP/UDP;unicast;client_port= ; server_port= Command Response Command Response Services multimédia

28 Exemple de dialogue RSTP (4)
RTSP Session : Play C->V: PLAY rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 CSeq: 2 Session: Range: smpte=0:10:00- V->C: RTSP/ OK CSeq: 2 Session: Range: smpte=0:10:00-0:20:00 RTP-Info: url=rtsp://video.example.com/twister/video; seq= ;rtptime= C->A: PLAY rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0 CSeq: 2 Session: Range: smpte=0:10:00- A->C: RTSP/ OK CSeq: 2 Session: Range: smpte=0:10:00-0:20:00 RTP-Info: url=rtsp://audio.example.com/twister/audio.en; seq=876655;rtptime= Command Response Command Response Services multimédia

29 Exemple de dialogue RSTP (5)
RTSP Session : Teardown C->A: TEARDOWN rtsp://audio.example.com/twister/audio.en RTSP/1.0 CSeq: 3 Session: A->C: RTSP/ OK CSeq: 3 C->V: TEARDOWN rtsp://video.example.com/twister/video RTSP/1.0 CSeq: 3 Session: V->C: RTSP/ OK CSeq: 3 Vidéo et audio sont stockés sur des serveurs différents, mais peuvent ne pas commencer exactement au même instant. Le client peut les synchroniser en utilisant les indications temporelles contenues dans RTCP. Command Response Command Response Services multimédia

30 Quelques outils de streaming
Real System (Real Networks) : indépendant de l’OS ; RealProducer Plus pour le codage audio/vidéo ; RealServer pour le service de streaming ; RealPlayer pour la lecture des vidéo Windows Media (Microsoft) : Windows Media Encoder pour le codage audio/vidéo ; Windows Media Services pour le service de streaming ; Windows Media Player pour la lecture Quick Time (Apple) : QuickTime Streaming Server (incluant QTSS Publisher) pour le service de streaming; QuickTime Broadcaster pour la production « live » ; QuickTime Player ou QuickTime Pro pour la lecture VLC serveur : Open source et gratuit Services multimédia

31 Quelques players de streaming
Quick Time Le Player d’Apple. Le format de fichier est ".mov". Le logiciel existe en deux versions : gratuite et payante. Real Player Le player de Realnetworks. Le format de Fichier est .rm. VLC Media Player Le player de The VideoLAN Team. Très peu consommateur en ressources et ne nécessite pas l'installation de codecs. Le logiciel est gratuit. Winamp Le Player de Nullsoft Inc. Logiciel particulièrement polyvalent. Existe en deux versions : gratuite et payante. Windows Media Player Le player de Microsoft. Le format de fichier est ".wma". Le logiciel est gratuit. Services multimédia

32 Infrastructure d’un service de streaming
administration client Hub Hub La station d’administration Sert à la création des pages HTML et des fichiers de liaison entre navigateur et lecteur multimédia Sert à paramétrer le serveur de streaming et superviser sont fonctionnement (gestion de la bande passante, contrôle d’occupation de la mémoire et du temps processeur) Réalise le codage vidéo qui nécessite trop de temps processeur pour être réalisé sur le serveur de streaming En cas de production importante, il est conseillé de prévoir une station spécifique pour le montage et le codage des vidéo. Services multimédia

33 Choix des débits Les flux ne doivent jamais occuper toute la bande passante Une partie doit toujours être gardée pour la surchage (overhead), les corrections d’erreurs, la retransmission de segments perdus… En général, le débit de streaming maximum peut être calculé : 75% de la bande passante pour des connexions analogiques par modem 90% de la bande passante pour des connexions analogiques/numériques haut-débit type ADSL ou modem-câble Il est possible de coder la vidéo pour plusieurs débits de transmission, le choix sera fait par le lecteur en fonction des paramètres de configuration. Ce choix porte en général sur 3 valeurs « bas débit », « ADSL » ou « LAN ». Services multimédia

34 Encodage en fonction du débit
Les vidéos sont codées pour respecter la bande passante du support de transmission choisi. La bande passante est répartie en 3 sous-bandes : la vidéo : C’est toujours la bande passante utilisée pour la vidéo qui sera réduite si nécessaire pour ne pas dépasser la bande passante choisie pour la transmission. l’audio : jamais inférieure à 6,5 kbit/s le sur-débit : informations complémentaires (sous-titrage, synchronisation son/image, renseignements sur les fichiers). Toujours  22 kbit/s Ex. : Pour une bande passante de 56Kb/s, la répartition des sous-bandes peut se faire de la manière suivante : Bande passante : 56Kb/s Vidéo : 27,5Kb/s audio : 6,5Kb/s sur-débit : 22Kb/s Vidéo : 26Kb/s audio : 8Kb/s sur-débit : 22Kb/s Services multimédia