Streaming Vidéo. Sommaire. Le streaming. A quoi ça-sert. Le streaming Les différents types de streaming Encodage Exemples de players RTP/RTCP RTSP VLC

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1 Sommaire Streaming Vidéo Hakim Badis IGM, Université Paris-Est Marne-la-Vallée Le streaming Les différents types de streaming Encodage Exemples de players TP/TCP TSP VLC 2 Le streaming A quoi ça-sert Le streaming vidéo est une séquence d'images animées + audio (sous forme d un flux régulier) qui est envoyée compressée sur Internet ou sur un réseau local d'entreprise Les utilisateurs peuvent visualiser la séquence grâce à un logiciel généralement appelé player Le "player" est un programme spécial qui décompresse les données vidéo et audio Formation à distance (Visio conférence) Web TV et radios Web Télésurveillance VoD (Video On Demand) P2P Grâce à la technologie du streaming, l'utilisateur n'a pas à attendre la fin du téléchargement souvent long du fichier vidéo ou audio pour pouvoir le visionner

2 Les différents types de streaming La diffusion passive (temps réel) La diffusion active (VoD : Video on demand) La diffusion passive Le streaming est géré par le serveur et le client n a aucun droit le serveur Les clients n ont pas d action directe sur le serveur et ne peuvent pas par exemple avancer ou se déplacer dans une vidéo Lorsqu un client s abonne à un groupe multicast par exemple, il recevra le même flux que tous les autres membres du groupe multicast Tous les clients regarderont le flux en même temps et simultanément Ce mode de transmission est donc souvent utilisé pour le streaming en temps réel (diffusion de conférences par exemple) La diffusion passive La diffusion passive

3 La diffusion passive La diffusion passive Multiple unicasts IP multicast S S 9 La diffusion passive (unicast) La diffusion passive (multicast) Le client contact le serveur de streaming grâce au protocole TSP Le serveur retourne via TSP une description de la session de streaming Les flux sont diffusés séparément via le protocole TP/TCP Une diffusion multicast est annoncée par un ficher SDP (Session Description Protocol) qui est téléchargé à partir d un serveur web classique (Apache, IIS,...) Ce fichier contient les informations nécessaires pour recevoir le flux multicast, adresse IP du serveur, adresse multicast, numéro du port et les informations de description des flux, etc

4 La diffusion passive (multicast) La diffusion passive (multicast) Tous les routeurs ne supportent pas le mutlicast Problème avec les clients situés derrière ces routeurs Il est possible d installer un serveur de streaming qui va agir comme une passerelle entre multicast et unicast. Ce serveur est connecté aux flux multicast et sert les clients qui se connectent à lui ces flux sous la forme de flux unicast en utilisant TP et TSP La diffusion active (VOD) La diffusion active (VOD) Aucun serveur de diffusion spécifique n'est requis Le client doit être capable de voir le flux en temps réel au lieu de le télécharger intégralement

5 La diffusion active (VOD) La diffusion active : exemple Elle s effectue à partir d un serveur web Pas de serveur spécialisé Elle utilise les protocoles HTTP et FTP basés sur TCP, ou TP/TCP Les paquets perdus sont retransmis jusqu'à ce qu'ils soient reçus Elle ne s adapte pas à la qualité de connexion de l'utilisateur Il est souvent nécessaire de proposer sur le serveur plusieurs fichiers encodés en plusieurs qualités 17 Il est possible de spécifier le protocole utilisé ainsi que l adresse et le port de réception du flux vidéo selon le protocole 18 La diffusion active : exemple La diffusion active : en http 19 20

6 La diffusion active : en http Encodage Afin de réduire le nombre de paquets de données à transmettre les fichiers multimédias doivent être compressés dans un format de streaming du serveur Deux opérations sont nécessaires: Compression avec un codec Multiplexage dans un conteneur Lorsqu on déplace la position de position de la vidéo Compression avec un codec Un codec (pour "COmpression/DECompression") est un algorithme de compression utilisé pour réduire la taille d'un flux ou d un fichier (audio ou vidéo). Il y a des codecs audio et des codecs vidéo MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, DivX, MP3, etc., sont des codecs. Compression sans perte basée sur la fréquence d'apparition de mots binaires dans le flux binaire représentant une image ou une source audio MPEG Le codage de type MPEG : La compression MPEG va consister à réduire la quantité d'informations transmises, en éliminant ce qui ne peut être visualisé par l'homme du fait de la physiologie de sa vision et en faisant subir aux images une analyse de redondance statistique, en ne codant qu'une seule fois les informations identiques présentes dans une même image, c'est l'analyse de redondance spatiale et une seule fois celles présentes dans plusieurs images, c'est l'analyse de redondance temporelle Compression avec un perte dégrade sensiblement les données tout en conservant l'information la plus pertinente du média en exploitant les limites des perceptions auditives et visuelles humaines 23 24

7 MPEG Dans les séquences MPEG, trois types d'image sont stockées : Les images I pour Intra pictures qui sont les images de référence complètes, la première image d'un GOP est toujours de ce type Les images P pour Prédictives qui ne contiennent que les différences par rapport aux images précédentes Les images B pour Bi-directionnal interpolation qui sont calculées à partir des images I et P Un GOP est une succession de ces images commençant par une I. Par exemple : IBBPBBPBBPBB. La longueur d'un GOP est le nombre d'images B et P entre 2 Images I Pour un diffuseur, l'intérêt est d'avoir un flux mpeg le moins gourmand en débit. Il peut donc être tenté de mettre un maximum de trames de différence (B,P) et peu d'images I. Un GOP de 25 fera apparaitre l'image au maximum 1 seconde après réception du flux mpeg 25 JPEG Le principe de compression employé par le standard JPEG (Joint Photographic Expert Group) et ses dérivés, est plus simple que celui utilisé par la norme MPEG Chaque image est compressée indépendamment des autres, ce qui en fait un standard bien adapté à l'image fixe ou à la vidéo, lorsqu'il est nécessaire de pouvoir accéder à une image précise parmi celles constituant une séquence En revanche son taux de compression est bien inférieur à celui obtenu avec le MPEG et ne dépasse pas un rapport de 1/20 sans dégradation notable de l'image 26 Les codecs les plus courants Le MPEG-4/H263+/DivX, c'est le codec le plus récent et présentant le meilleur rapport qualité/bande passante. C'est un codec "tout terrain" aussi bien adapté à la vidéosurveillance qu'à la TV de très haute définition jusqu'à 1920x1080 pixels, c'est LE STANDAD Le MPEG 1, c'est le premier codec développé par le Motion Picture Expert Group, il est également bien adapté au codage de la vidéo et offre une qualité équivalente au VHS au format 640 x 480 pixels, son algorithme de compression est cependant moins performant que celui du MPEG-4, en produisant des fichiers 3 fois plus volumineux Multiplexage dans un conteneur Le multiplexage consiste à encapsuler les différents flux requis dans un même fichier (conteneur) Les formats conteneur les plus avancés sont capables de gérer de : L audio la vidéo, des sous-titres des chapitres des tags de synchronisation pour que les différents flux soient bien lus en même temps Wavelet, présente une approche de compression similaire à JPEG, tout en employant des algorithmes plus sophistiqués, lui permettant à qualité égale, d'offrir un meilleur taux de compression que JPEG. Son approche d'analyse image par image, impose de disposer d'une bande passante nettement plus élevée que MPEG-1 et MPEG-4 27 WAV, AIFF, etc sont des conteneurs audio AVI, OGG, Quicktile, ASF, MP4, etc sont des conteneurs vidéo Un fichier AVI peut contenir du divx avec du mp3, etc. 28

8 Multiplexage dans un conteneur Le multiplexage consiste à encapsuler les différents flux requis dans un même fichier (conteneur) Les formats conteneur les plus avancés sont capables de gérer de : L audio la vidéo, des sous-titres des chapitres des tags de synchronisation pour que les différents flux soient bien lus en même temps WAV, AIFF, etc sont des conteneurs audio Exemples des players eal Networks Conteneur :.rm et.ra Les protocoles : HTTP, TP, TSP, UDP, TCP Windows Media Player Conteneur :.asf et.wmv Les protocoles : HTTP, TP, TSP, UDP, TCP Quicktime Conteneur :.mov et.avi Les protocoles : HTTP, TP, TSP, UDP, TCP VLC media player Conteneur : il exclue les codecs propriétaires Les protocoles : HTTP, TP, TSP, UDP, TCP AVI, OGG, Quicktile, ASF, MP4, etc sont des conteneurs vidéo Un fichier AVI peut contenir du divx avec du mp3, etc TP/TCP : ésumé (voir le cours VoIP) Protocoles au dessus d UDP adaptés au besoin temps réel TSP: eal-time Streaming Protocol Protocole client-serveur au niveau applicatif TP (eal-time Transport Protocole) pour l acheminement des données Permet de contrôler la distribution des flux TP TCP (eal-time Transport Control Protocole) pour échanger des messages de contrôle Un canal TP et un canal TCP par média (audio, vidéo, ) Deux numéros de ports voisins TP Port pair TCP Port impair immédiatement supérieur Exemple vidéo (port UDP 12040) et contrôle vidéo (port UDP 12041) audio (port UDP 12042) et contrôle audio (port UDP 12043) 31 Ciblé vers le multimédia Fonctionnalités fournies au client : url pour rechercher un média sur un serveur des fonctions de type magnétoscope à distance (lecture, pause, avance rapide, rembobinage rapide, arrêt...). Les requêtes de contrôle TSP utilisent TCP avec un numéro de port réservé (port 554) 32

9 TSP: eal-timestreaming Protocol Un protocole à états gérés par des méthodes TSP: eal-timestreaming Protocol Scénario TSP: eal-timestreaming Protocol Scénario TSP: eal-timestreaming Protocol Scénario L'internaute active un lien sur une page web pour lire une vidéo Le serveur transmet au navigateur un fichier texte (metafile) Le metafile contient l'adresse du fichier vidéo sur le serveur de médias. Téléchargé par le navigateur, il est transmis à l'application client (le player) Le player lit l'adresse contenue dans le metafile et envoie une requête au serveur vidéo Le serveur dédié délivre en continu une réplique du fichier vidéo adaptée à la connexion spécifiée dans le player (bas/moyen/haut débit) 35 36

10 TSP: eal-timestreaming Protocol Fonctionnement TSP: eal-timestreaming Protocol Exemple d échange client serveur VLC VLC VLC est à la fois un lecteur et un serveur multimédia multiplateforme Il gère aussi l'affichage d'un grand nombre de périphériques de capture tels que les cartes TV et les webcams. ecevoir la TNT avec VLC (Carte DVB) vlc dvb:// --dvb-frequency= dvb-adapter=0 --dvb-bandwidth=8 --program=261 permet de regarder ATE (fréquence 490 MHz : canal 23 et numéro de programme 261) vlc --ttl 12 dvb:// --dvb-frequency= dvb-adapter=0 --dvb-bandwidth=8 sout '#transcode{vcodec=mp4v,acodec=mpga,vb=800,ab=128,deinterlace}:standard{access=fil,mux=ogg,dst=fr2.ogg}' Pour enregistrer une émission compressée dans un flux.ogg (Fr2 à Lyon) vlc -vvv --ttl 12 dvb:// --dvb-frequency= dvb-adapter=0 --dvb-bandwidth=8 program=261 sout '#duplicate{dst=display,dst={transcode{vcodec=mp4v,acodec=mpga,vb=800,ab=128,deinter lace}:standard{access=file,mux=ogg,dst=arte.ogg}}}' 39 Pour enregistrer et voir en même temps, il faut dupliquer le signal 40

11 VLC VLC Streaming Webcam Streaming Freebox (multiposte) vlc -V X11 v4l:/dev/video0:size=320x240 --sout "#transcode{vcodec=wmv1, vb=112}:duplicate{dst=display,dst=standard{access=file, mux=ps,dst=flux.avi},dst=standard{access=mmsh,mux=asfh,url=:100}}" -v --noaudio vlc --open Cette ligne de commande va permettre de diffuser le flux vidéo de votre webcam (situé sur /dev/video0 généralement), cette diffusion aura lieu sur votre écran, dans un fichier AVI (enregistrement) et finalement sur le réseau, sur le port 100 vlc --open VLC Freebox TV sur PC tiers Si vous voulez regarder votre Freebox à distance, il faut que le PC relié à la Freebox diffuse un flux HTTP. Avec VLC, il suffit de taper sur votre PC, la commande : vlc -vvv --sout '#transcode{vcodec=mp2v,vb=384,scale=0.5,acodec=vorbis,ab=48,channels=1}:standard{a ccess=http,mux=ogg,url=:1234}' -I ncurses 2> /dev/null Questions?? Ensuite sur un PC distant, ouvrir un fichier avancé avec VLC, et tapez « où «##.###.###.##» est l'adresse IP de la machine qui envoie le flux