Etude comparative de solutions Streaming

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1 Etude comparative de solutions Streaming Table des matières Quelques rappels Qu'est que le streaming Video?...2 Quels sont nos besoins à l'uppa?...2 Plusieurs facteurs influencent notre choix de serveur de streaming pour l'uppa :...2 Le public concerné :...2 Contexte :...2 Contraintes :...2 Etat de l'art des logiciels serveurs de streaming audio et video Présentation générale du streaming Le broadcast Le MultiCast L'UniCast Présentation des principales solutions existantes Helix Server Windows Media Server Darwin Flash Media server Console d'administration :...6 Qualité Vidéo :...6 Configuration requise :...6 Tableau récapitulatif Remarques Windows Media Server Darwin Helix Server Flash Media Server...12 Conclusion Sources Annexes Helix Universal Server...13 (anciennement Real Vidéo Server de RealNetwork)...13 Le serveur de streaming : Helix Universal Server...13 L environnement du serveur Hélix :...14 L encodeur vidéo : Encodeur Helix Producer...14

2 Quelques rappels Qu'est que le streaming Video? Le Streaming vidéo est une séquence " d images animées " qui sont envoyées compressées sur Internet ou sur un réseau local d entreprise que les utilisateurs peuvent visualiser grâce à un logiciel ou " Player ". Le " player " est un programme spécial qui décompresse les données vidéo et audio sur un ordinateur de bureau. Le " Player " peut être intégré au navigateur ou bien téléchargé sur Internet. Par l utilisation de la technique du Streaming, l utilisateur n a pas à attendre le téléchargement souvent long sur son poste de travail du fichier vidéo ou audio pour pouvoir le visionner. Quels sont nos besoins à l'uppa? Plusieurs facteurs influencent notre choix de serveur de streaming pour l'uppa : - possibilité de lecture de flux audios et vidéos, - intéropérabilité coté front office : lecture possible sur Windows, Mac et Linux, - critères de qualité et de performance, - évolutivité, - sécurité. Le public concerné : La majorité du public est un public interne à l'uppa : des étudiants et le personnel de l'université. Ensuite nous avons un public externe à l'uppa : toute personne susceptible d'être intéressé par la diffusion de documents audios ou vidéos. Contexte : Pour être lus, les flux audios et vidéos nécessitent un lecteur multimédia. Les postes client (postes étudiants de l'uppa) sont sous des OS Microsoft ayant par défaut le lecteur Windows Media et Flash player d'installer. Contraintes : Les clients légers ne peuvent pas installer d'application car les droits sur ces postes ne le leur permettent pas. La lecture doit se faire sur la majorité des postes sans installation de logiciel ou de

3 plugin. Pour lire les flux, ceux-ci ne doivent donc pas être confronter à des contraintes d'ordre techniques. La compatibilité des fichiers mis à leur disposition doit être totale. Certain utilisateur (personnel et public externe) ne possède pas le lecteur Windows Media Player car ils sont sous des OS Linux ou Mac. A noter aussi que sous Linux, le plug in Flash 8 n'est pour l'instant pas développé. Certaines technologies de Flash media Server ne sont donc pas lisibles sous Linux. Aujourd'hui, 4 solutions nous semblent pertinentes pour l'uppa : r Flash Media Server r Windows Media Server r Real Media Server (Helix) r Quicktime Media Server (Darwin) Etat de l'art des logiciels serveurs de streaming audio et video Présentation générale du streaming Le streaming est utilisé pour rendre accessible un flux audio ou vidéo à des utilisateurs distants. Ce terme vient de l anglais «stream» qui signifie «flot». Cette technique permet la diffusion de son et de vidéo en continu (sans interruption) et en temps réel (au moment où se passe l événement). Le streaming est utilisé sur les réseaux de télécommunications : internet, cable, télévision numérique, Cela permet de diffuser le même flot de données à plusieurs utilisateurs en même temps. Pour cela, plusieurs techniques existent : 1-1. Le broadcast Lors d une diffusion en broadcast, un seul flux est émis pour tous les utilisateurs. Cette technique a l avantage de diminuer la bande passante nécessaire et de diminuer la charge au niveau du serveur. En effet, il n a plus à gérer N connexions distinctes Le MultiCast Ce principe de diffusion fonctionne un peu comme le broadcast : un seul flux est émis à partir du serveur. Ce flux est reçu par tous les clients. Cependant, les clients doivent s abonner au groupe pour recevoir le flux, il ne s agit plus de diffusion pure et dure comme dans le cas du broadcast.

4 Cette technique est utilisée dans le streaming sur internet mais pose quelques problèmes d implémentation au niveau des routeurs (les routeurs doivent gérer le multicast) L'UniCast Cette technique consiste à associer un flux à chaque utilisateur. Le serveur est évidemment plus sollicité mais cela permet une plus grande souplesse vis-à-vis des clients. En effet, ces derniers peuvent choisir le débit qui convient à leur infrastructure. Ce procédé est le plus utilisé sur Internet car il fonctionne bien sur le réseau actuel et n a pas les problèmes d implémentation rencontrés avec le multicast. Parmi ces trois techniques de diffusion, seules deux sont utilisées par les logiciels testés ci-dessous : le multicast et l unicast. Certains logiciels fonctionnent uniquement en unicast, d autres peuvent utiliser les deux. 2- Présentation des principales solutions existantes 2-1. Helix Server Helix Server est un serveur de streaming assurant un grand nombre de services à des coûts plus ou moins faible dépendant principalement du nombre de clients que le serveur va être amené à servir. Ce serveur de streaming assure un faible coût d'administration (Possiblité de configurer et de surveiller à distance le fonctionnement du serveur par l'intermédiaire d'une interface web simple et bien fournie). D'autre part le serveur permet une répartition des médias sur plusieurs serveurs Helix pour découper le coût en bande passante et pour assurer une redondance des équipements et des médias assurant le non-arrêt du service en cas de panne de l'un des serveurs. Le serveur Helix permet la diffusion de clip multimédia à travers l'usage de fichiers de type SMIL il est possible de combiner plus de 45 types de médias pour créer des présentations interactives incluant par exemple des MP3 et du Flash 4 de Macromedia. Pour conclure cette présentation, il est important de noter que son déploiement sera indépendant du type d'os utilisé, RealSystem supporte 10 systèmes d'exploitation, incluant Windows 2000, Windows NT, Linux, Solaris, HP/UX, AIX et FreeBSD.

5 2-2. Windows Media Server UPPA CARTICE - Etude comparative de solutions Streaming - 10/02/06 Présentation : La solution de streaming de Microsoft se divise en deux produits principaux : Windows Media Services : service de streaming de Windows NT et 2000 Server. Windows Media Encoder : logiciel Microsoft permettant le streaming de flux video/audio en temps réel sous Windows 98 / ME / NT / XP / Fonctionnement : Windows Media Services Windows Media Services est un serveur de streaming qui fonctionne en tant que service de Windows NT 4 ou Windows 2000 Server il peut utiliser trois protocoles différents : UDP, TCP, ou HTTP. Quand un client se connecte sur le serveur, le protocole UDP est d abord utilisé. Si la connexion ne peut se faire correctement en UDP, TCP sera utilisé. Si aucun de ces deux protocoles ne peut garantir une bonne qualité de connexion, HTTP sera alors utilisé. Ainsi à chaque fois, Windows Media Player utilise le protocole de diffusion le mieux adapté à la connexion de l utilisateur. Windows Media Encoder Cet outil permet la conversion des fichiers AVI, WAV et MP3. Il permet aussi la diffusion de flux vidéo ou audio via unicast ou multicast. Cette diffusion se fait soit à partir d un fichier à streamer, soit à partir d un périphérique d acquisition comme une caméra ou un carte de capture vidéo. Windows Media Encoder peut aussi encoder des données qui seront diffusées ultérieurement via Windows Media Services Darwin Présentation : Darwin est un projet OpenSource développé par l initiative d Apple et regroupant tout une série d outils libres de droits. Parmi ces outils nous retrouvons un serveur de streaming audio / vidéo libre de droit et regroupant la quasi-totalité des services proposés par ses concurrents directs. L approche d Apple est très proche de celle adoptée par RealNetworks. Ce serveur est capable de gérer jusqu à 4000 connexions et permet de construire un véritable réseau de serveurs très simplement. De plus, ce serveur a été porté sur la plupart des OS, ce qui le rend indépendant de la plate-forme désirée. En plus de ses nombreux avantages il est important de noter que sa nature Open Source lui confère l assurance que les futurs standards gravitant autour de la diffusion de contenus multimédias ont de grandes chances d être implémentés. Fonctionnement : Le serveur est constitué de trois éléments différents. Le serveur central reçoit les requêtes des clients, construit une session, joint la source désirée et renvoie le flux temps réel associé aux clients. Les serveurs de diffusions sont la plupart du temps sur une machine indépendante de celle recevant les demandes de médias. Dans la solution développée par Apple seul le serveur central est fourni, les logiciels d encodage et de broadcasting doivent être récupérés ailleurs. Mais pour un fonctionnement «sur demande», le serveur de streaming de Darwin propose deux modules supplémentaires (un pour le son, l autre pour la vidéo) capables de diffuser des fichiers sons ou

6 vidéos pré-formatés. Ce serveur peut être interrogé par l intermédiaire du protocole RTSP. D autre part pour assurer un compatibilité avec le maximum d utilisateur d Internet il autorise l usage de RTP / RTSP encapsulés dans le protocole HTTP. Ce transport de message permet la communication avec des stations situées derrière des proxy ou des firewall sans poser le moindre problème de compatibilité à condition que le proxy supporte la norme 1.1 du protocole HTTP puisque la méthode POST est abondamment employée dans ce cas Flash Media server 2 Macromedia Flash Media Server 2 propose une combinaison de fonctions traditionnelles de diffusion de contenus en flux continu et d'un environnement de développement souple destiné à la création et à la publication d'applications interactives et innovantes au public le plus large possible. Il s'agit d'un logiciel serveur capable d'exécuter des applications multimédia développées avec l'outil auteur Flash. Ces applications multimédia peuvent être lues avec Flash Player, à partir de la version 6. Console d'administration : La nouvelle console d'administration simplifie grandement la gestion des applications et des serveurs Flash Media Server. Une interface web intuitive permet aux administrateurs d'analyser des informations en temps réel sur les applications, les objets et les flux, ainsi que des statistiques sur la «santé» du serveur, telles que les performances du processeur et la bande passante, le tout au sein d'une interface centralisée. Qualité Vidéo : La prise en charge d'un nouveau codec vidéo permet d'obtenir des contenus d'excellente qualité avec une taille de fichier réduite. Configuration requise : Système d'exploitation Windows 2000 Server Windows 2003 Server Standard Edition Linux Red Hat Enterprise Version 3.0 Linux Red Hat Enterprise Version 4.0 Matériel Processeur x86 ou compatible, Pentium III, 1 GHz ou plus performant 512 Mo de mémoire RAM disponible 50 Mo d'espace disque disponible Déploiement recommandé: Système d'exploitation

7 Windows 2003 Server Standard Edition Linux Red Hat Enterprise Version 3.0 Matériel Processeur x86 ou compatible, Pentium 4, 3,4 GHz ou plus performant 2 Go de mémoire RAM disponible 50 Mo d'espace disque disponible Carte Ethernet 1 gigabits Prix : Le plafond de capacité de chaque édition de Macromedia Flash Media Server est établi en fonction de l'usage ciblé. A la différence des versions précédentes, aucune des éditions de Flash Media Server 2.0 ne limite la quantité de bande passante. La structure des prix de chaque édition de Macromedia Flash Media Server 2.0 est indiquée dans le tableau suivant. Prix de Macromedia Flash Media Server 2.0 Maximum de connexions simultanées Prix Developer Edition 10 ** Gratuit Professional Edition 10 *** 4759 HT Origin Edition 5000 *** Appelez le centre de commande Edge Edition s/o Appelez le centre de commande ** La licence de la version Developer Edition n'autorise qu'une utilisation à des fins d'évaluation et de développement. L'utilisation en phase de production est interdite. *** Plusieurs licences peuvent être combinées pour augmenter la capacité. Par exemple, deux éditions professionnelles revient à 200 connexions. Tous les produits sont disponibles en tant que produit emballé (avec documentation et CD-ROM) ou téléchargeable (ESD). Le support technique gratuit est limité à l'installation du logiciel. Un service de support technique plus complet peut être acheté séparément. Un maximum de dix (10) licences Professional Edition peut être combiné sur un même serveur. Si vous avez besoin de plus de 5 éditions professionnelles, veuillez contacter votre conseiller Macromedia pour discuter des configurations Origin Edition et Edge Edition.

8 Tableau récapitulatif Support Helix Server Flash Media server 2 Windows Media Server Darwin (QuickTime Server) Audio Oui Oui Oui Oui Vidéo Oui Oui Oui Oui Codec MP3 / RealAudio, RealVideo / MPEG-2 / MPEG-4 / WMA / WMV / (version DNA ne gère pas ces formats) MOV FLV / MP3 WMA / WMV / ASF / MPEG-4 MOV / MP3 / MPEG-4 / H.264 / 3GPP Administration distante Oui Oui Oui Oui Choix du média Oui Oui Oui Oui Type de connexion UDP / TCP / HTTP UDP / TCP / HTTP UDP / TCP / HTTP UDP / TCP / HTTP Multicast Oui Oui Oui Oui Unicast Oui Oui Oui Oui Rééchantillonage Oui Oui Oui Oui

9 Qualité adaptative Oui Oui Oui Non Fichier de log Oui Oui Oui Oui Helix Server Flash Media server 2 Windows Media Server Darwin (QuickTime Server) RTP Oui Oui Oui Oui SMIL Oui Non Non Oui

10 RTSP Oui Oui Oui, implémentation très efficace Oui, implémentation très proche du standard RSVP Oui Oui Oui Oui Multi-processeur Oui Oui Oui Oui Connexions simultanées ? 2000 Licence Software Education : 2000 /an Licence Helix DNALive : Gratuite et Open Source OS Windows 95 Windows 98 Windows 2000 Windows NT Linux Solaris 8 HP/UX AIX FreeBSD 4759 HT (prix public) Licence Education : 2000 HT Windows 2000 Server Windows 2003 Server Standard Edition Linux Red Hat Enterprise Version 3.0 Linux Red Hat Enterprise Version 4.0 Windows 2003 server (Entreprise) 415,29 HT Windows 2000 Server Windows 2003 Server Gratuite et OpenSource Windows 95 Windows 98 Windows NT Windows 2000 Linux Solaris 8 FreeBSD Mac OS X 3- Remarques 3-1. Windows Media Server Les tests effectués ont portés sur Windows Media Encoder qui se charge de l encodage et de la diffusion. Trafic généré : Le trafic peut être soit en unicast, soit en multicast.

11 Il est possible d utiliser l une ou l autre des solutions. Il est recommandé d utiliser l unicast sur Internet et le multicast sur son propre réseau. En effet, les routeurs traitant les flux de données doivent être capable de traiter les flux multicasts et ce n est pas le cas de tous les routeurs présents sur internet. Les flux audio et vidéo dépendent de la qualité d échantillonnage choisie et de la taille de la vidéo. Windows Media Server est capable de faire de la diffusion vidéo en s adaptant au réseau du client. Le débit peut alors varier en fonction de la qualité de connexion du client (taux de perte, délais de transmission). Bien entendu cela n est valable que pour la diffusion unicast, en effet lors de la diffusion multicast les clients n ont pas de connexion avec le serveur et ne peuvent pas négocier leur propre bande passante, il n y a qu un seul flux. Occupation du processeur : Si le streaming audio ne demande pas beaucoup de travail au processeur, la diffusion de vidéo est beaucoup plus coûteuse. L encodage est assez lourd : sur un Pentium II 500, 128 Mo RAM, Windows 2000, le serveur prends 80% du temps processeur. Cependant cela dépend de ce que l on diffuse, un fichier compressé en divx est beaucoup plus gourmand en terme de processeur qu un simple fichier avi ou mpg Darwin Tout comme ses concurrents Darwin peut fonctionner en mode Unicast ou Multicast. En fonctionnement unicast, il construit une session pour chaque demande de connexion et relaye les flux multimédias demandés. Lorsque toutes les clients associés à ces flux sont déconnectés il libère les ressources mises en œuvre pour la connexion avec le broadcaster. Les tests effectués sur le serveur Darwin se sont portés uniquement sur le serveur central de réception et de traitement des requêtes. Il est intéressant de noter que l inter-opération entre l encodeur / broadcaster est moins évidente que dans les solutions offertes par les concurrents. Mais d un autre point de vue, elle parait plus standard et devrait fonctionner avec la majeur partie des logiciel de broadcast Helix Server Helix Server intègre un panneau d'administration plus complet que Darwin. Il intègre une gestion des droits plus évolué puisqu'elle peut s'appuyer sur une base de données. Nous comparons ici l'interface des Helix Server et de Darwin puisqu'elle s'appuie toutes deux sur une interface HTML (+ Java pour Helix Server). Dans les fonctions particulières de Helix Server, on apréciera tout particulièrement l'ajout de bannière d'information pouvant être publicitaire ou informationnelle. D'autre part il est important de noter que Helix Server est compatible avec les fonctions de base du protocole RTSP.

12 3-4. Flash Media Server UPPA CARTICE - Etude comparative de solutions Streaming - 10/02/06 Les inconvénients majeurs d'une solution Flash Media Server est que Flash 8 n'est pas encore compatible sous les systèmes d'exploitation Linux côté client et que la licence représente un coût non négligeable. Conclusion «Le monde du streaming sur Internet est en perpétuelle évolution et les premiers services de diffusion réellement basés sur RTP sont difficilement déployables. Ceci est principalement dû à la présence fréquente de firewall ou de proxy. HTTP fonctionne partout pour tout le monde, c'est donc le type de connexion qu'on retrouve la plupart du temps, meme pour les services professionnels. La diffusion audio peut se contenter du protocole HTTP mais la vidéo nécessite des services supplémentaires comme RTP, RTCP pour atteindre un niveau de qualité acceptable dans le cas de la diffusion de vidéos longue durée». En matière de diffusion vidéo, dans le cadre du déploiement d une solution professionnelle, le choix s appuierait plutôt sur la solution offerte par RealNetworks car, d un point de vue technique, elle offre plus de choix de configuration. De plus, tout comme la solution d Apple, elle permet une très grande interopérabilité avec les logiciels de diffusion. En prenant en compte l aspect financier du déploiement d un service de diffusion sur Internet, le choix du serveur de streaming peut être amené à pencher pour la solution OpenSource et gratuite proposée par la Licence Helix DNALive. Quand aux solutions de Microsoft et Macromedia, qui sont propriétaires de bout en bout, elles fournissent une alternative attrayante pour les entreprises entièrement équipées de produits Microsoft, mais ne correspondent pas aux besoins de notre institution. Principaux avantages de Helix Server : Administration à partir d`un navigateur internet, - meilleure restitution sonore, - protocole d`échange et de contrôle des flux multimédias ouvert sur le standard RTSP, - reconnaissance de plusieurs formats vidéo pour l`encodeur, - produit le complet et le plus ouvert sur les standards. De plus, sa position de leader assure une plus grande couverture des internautes, ce qui est important puisque chaque produit de streaming vidéo diffuse les fichiers selon son propre format.

13 Sources Editeurs d applications : Informations : Protocole RTSP : ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc2326.txt Protocole RTP : ftp://ftp.isi.edu/in-notes/rfc1889.txt Annexes Helix Universal Server (anciennement Real Vidéo Server de RealNetwork) Le serveur de streaming : Helix Universal Server Le serveur de Streaming "Helix" permet de diminuer les coûts de diffusion de contenus sur IP en supportant l ensemble des formats du marché tout en offrant des performances intéressantes à partir d une seule et même infrastructure.

14 Helix Universal Server est capable de diffuser tous les principaux formats : RealAudio, RealVideo, QuickTime de Apple, MPEG-2, MPEG-4, Windows Media Audio (WMA), Windows Media Vidéo (WMV) Helix Universal Server offre également des performances exceptionnelles diffusant jusqu'à flux simultanés à partir d'un serveur classique. Ceci représente un gain de 100% par rapport à RealSystem 8 et un gain de 400% par rapport au service Windows Media de Windows Pour plus d informations, vous pouvez télécharger l étude complète réalisée par un laboratoire indépendant à l adresse suivante : (en anglais). L environnement du serveur Hélix : Le serveur de Streaming s appuie sur une puissante station fonctionnant sous OS GNU/Linux ou UNIX mais peut également fonctionner sous un environnement de type Windows avec des performances moins élevées cependant. L offre du serveur de Streaming est proposée en fonction du débit maximum (en Mégabits par seconde) et du nombre d utilisateurs. L encodeur vidéo : Encodeur Helix Producer Le logiciel Helix producer est la dernière version de l encodeur de Real. Entièrement repensé, il permet de créer facilement du contenu au format Real Audio et Real Video pour une diffusion live ou en différé (V.O.D : Vidéo On Demand). Cette version offre de nombreuses fonctionnalités parmi lesquelles : RealVideo 9, le dernier codec qui offre une très grande qualité y compris à bas débit marquant ainsi une amélioration de 30% par rapport à Real Video 8. Une récente étude montre que les utilisateurs préfèrent RealVideo 9 avec un rapport sans appel de 16 contre 1. Selon ces tests, RealVideo 9 se distingue par une plus grande fluidité de mouvement et un affichage plus précis, qui en font le format privilégié des utilisateurs. Même en augmentant de 50% la qualité des fichiers concurrents, RealVideo garde la préférence des utilisateurs à 3 contre 1. Real Audio Surround permet d offrir une qualité sonore multicanaux procurant ainsi l effet "surround". Une liste des tâches pour enchaîner les travaux d encodage.

15 L envoi vers de multiples destinations, serveurs ou fichiers. Le support des connections Firewire (IEEE 1394). UPPA CARTICE - Etude comparative de solutions Streaming - 10/02/06 TRANSCODEUR MPEG2 TS/PS VERS DES FORMATS WINDOWS MEDIA ET REAL : Il est possible d'effectuer une correction de la synchronisation audio/vidéo sur les paquets grâce à un module de décodage MPEG2 TS/PES/ES/PS avec détection intelligente des PIDs et nettoyage des paquets intégrés. La plate forme de stockage : Lors de l implémentation d une solution de Streaming, les sources fichiers vidéo ou audio doivent être enregistrées sur un serveur de stockage. Ce dernier peut être le serveur de Streaming à condition qu il soit correctement dimensionné. A partir d un nombre important de média à gérer, Il faut mieux prévoir un système de stockage des médias dans une base de données qui s appuie sur un SGBD standard du marché. Le choix d un SGBD est dépendant de l architecture existante.

16 Bref Comparatif avec la solution proposée par Microsoft : Nombre de connexions client possibles suivant le débit offert : Client Connections Windows Media 8 UPPA CARTICE - Etude comparative de solutions Streaming - 10/02/06 Operating System Application 20 Kbps 225 Kbps 500 Kbps WMT Microsoft Windows 2000 Advanced Server Helix Universal Server Red Hat Linux 7.3 Helix Universal Server Comparaison des performances de Hélix et Windows Media sous Windows : Windows Media 8 - Helix Universal Server Increase vs. Windows Media Technology on Windows 2000 Operating System Application 20 Kbps 225 Kbps 500 Kbps Microsoft Windows 2000 Advanced Server Helix Universal Server 122% 275% 353% Comparaison des performances de Hélix (tournant sur une distribution Red Hat Linux 7.3) et Windows Media : Windows Media 8 - Helix Universal Server Increase on Red Hat Linux 7.3 vs. Windows Media Technology on Windows 2000 Operating System Application 20 Kbps 225 Kbps 500 Kbps Red Hat Linux 7.3 Helix Universal Server 344% 331% 429% On peut observer l ensemble des résultats sur le schéma suivant :

17 D après les tests, on peut aisément déduire qu une plate forme GNU/Linux est la plus adaptée pour créer un serveur de Streaming Vidéo. La solution proposée par Hélix semble être particulièrement efficace et doit, dans la plupart des cas être préférée à la solution de Microsoft. Le seul point négatif de cette solution propriétaire est qu elle est payante lorsque l on souhaite disposer de plus de 500 connexions simultanées, ce qui n est cependant pas indispensable pour beaucoup d utilisateurs de serveurs de Streaming vidéo. Source :