Introduction Si l on parle aisément de «révolution industrielle» pour caractériser les conquêtes techniques qui n ont cessé de se multiplier entre les XVIII e et XX e siècles, on peut parler de la même façon de «révolution numérique» pour la période que nous vivons actuellement. Le développement de l informatique, au sens large, en est évidemment l un des principaux moteurs. Il est dû lui-même à des progrès technologiques très importants ces dernières décennies, en particulier en termes de matériel : puissance de calcul des microprocesseurs et capacités de stockage accrues, développement des réseaux haut débit (y compris chez les particuliers avec la technique ADSL 1 ou encore le câble), etc. Comme conséquence, les données manipulées et échangées aujourd hui sont de plus en plus des données numériques. De simples caractères alphanumériques, elles ont elles-mêmes évolué vers des images, du son, ou encore de la vidéo, ouvrant ainsi l ère du «multimédia». Ce terme caractérise aujourd hui un grand nombre d applications aussi bien grand public, comme les jeux vidéo, que professionnelles comme la télémédecine. Les exemples ne manquent pas. Citons encore les applications liées à la réalité virtuelle, l exploitation d archives audiovisuelles, ou la vidéo à la demande 2. La «révolution numérique» se traduit ainsi par des applications multimédias dans des domaines de la société aussi variés que le travail, l éducation, l information, les loisirs et la culture. Le succès incontestable d Internet y a largement contribué, en ouvrant une ère de communications simples et rapides pour les utilisateurs, à travers le monde entier. Ne nous méprenons pas cependant sur les termes «simples» et «rapides». Ils cachent de nombreuses difficultés liées aux spécificités des applications multimédias concernées et à la nature des données elles-mêmes, en particulier le volume des 1. ADSL : Asymetric Digital Subscriber Line. 2. Video On Demand (VOD).
18 Gestion des données multimédias données mises en jeu, la transmission en temps réel, la synchronisation des différents médias et le respect de la qualité de service. La première difficulté réside dans la richesse des données, en particulier lorsqu elles sont audiovisuelles. Une image comporte en effet bien plus d informations qu un texte. Que dire alors d une séquence d images à laquelle on ajoute du son! La richesse de cette information se traduit par des volumes de données très importants. A titre d exemple, une seconde de vidéo haute définition occupe 351 Mo! Il va de soi, que malgré les progrès technologiques actuels, ce type de données nécessite une compression (c est-à-dire une réduction de leur volume) avant stockage ou transmission. Il existe actuellement différents standards de compression dédiés aux données multimédias. Citons par exemple JPEG 3 (et plus récemment JPEG2000) pour les images fixes, et MPEG 4 pour la vidéo. La compression ne permet cependant pas de résoudre tous les problèmes de gestion et d acheminement des données, et les techniques mises en place actuellement sur Internet à cet effet s avèrent inefficaces. Une autre caractéristique contraignante des données audiovisuelles est leur isochronisme, c est-à-dire qu il y a un rythme de présentation à respecter : pour qu une séquence vidéo soit compréhensible en effet, les images dont elle est composée doivent être affichées à une cadence constante. Pour le standard européen PAL/SECAM par exemple, la vitesse est de 25 images/seconde (notons qu elle est de 30 images par seconde pour le standard américain NTSC). Cette dimension temporelle, appelée aussi contrainte temps réel, impose de facto des contraintes de délai qu il faut respecter à tous les niveaux de l acheminement de l information audiovisuelle, depuis sa source (serveur) jusqu à son point de consommation (client), en passant par le réseau de transport. Par ailleurs, la présentation d une information multimédia requiert a fortiori celle des différents objets (texte, vidéo, audio, images, etc.) la constituant. Or, la contrainte de continuité de certains de ces objets, d une part, et le lien sémantique qui peut exister entre eux d autre part, imposent une synchronisation assurant une cohérence sémantique de cette information. Ainsi par exemple, un reportage d un journal télévisé est rendu incompréhensible si les commentaires du journaliste sont décalés par rapport à la vidéo, elle-même décalée par rapport aux illustrations graphiques. Il est donc impératif que le système sous-jacent soit capable d assurer la synchronisation entre plusieurs médias (vidéo, images, texte, etc.), tout en tenant compte de leurs caractéristiques spécifiques respectives. 3. Joint Picture Expert Group. 4. Motion Picture Expert Group.
Introduction 19 La dimension temporelle des données audiovisuelles évoquée précédemment, a donné lieu à de nouvelles formes d interactivité entre l utilisateur et l application. Citons par exemple les fonctionnalités magnétoscope 5 (avance rapide, recul rapide, pause, etc.). La prise en compte de ces fonctionnalités impose de nouvelles contraintes à tous les niveaux de l acheminement de l information. Enfin, la multiplication des canaux de communication (filaire, hertzien, etc.) au niveau de l application ainsi que la nature des terminaux (PC fixes, PC portables, PDA 6, téléphones, etc.) suscitent de nouveaux besoins d adaptabilité de la part des applications multimédias. Ces dernières doivent en effet s adapter de façon quasi automatique, aussi bien au type de terminal, qu au canal de communication sousjacent, et ce, quelles que soient leurs caractéristiques respectives. Les utilisateurs sont en effet de plus en plus mobiles ; ils changent de matériel suivant le lieu où ils se trouvent alors que l application reste la même. Il est donc indispensable de leur assurer le même confort de travail que pour les applications classiques. Comme nous venons de le voir, les problèmes inhérents à la mise en œuvre d applications multimédias ne sont pas simples à résoudre. Cependant, l importance des enjeux socio-économiques liés à ce type d applications motive la recherche et le développement de solutions pour répondre à ces difficultés. Les domaines concernés sont aussi variés que la représentation des données, leur compression, leur stockage ou encore leur acheminement d une extrémité à l autre d un canal de communication. Notons pour conclure, que le déploiement des applications multimédias sur Internet passe par trois activités essentielles et indispensables à son succès : la création de contenus multimédias : elle relève essentiellement de la compétence des artistes, qu ils soient reconnus ou non (tout un chacun peut aujourd hui créer facilement une «œuvre multimédia») ; la création d applications multimédias : de nombreux logiciels permettent aujourd hui d intégrer plusieurs médias dans la même application ; la conception et mise en œuvre de systèmes de distribution de contenus multimédias : comme mentionné abondamment en introduction, les données multimédias en général et audiovisuelles en particulier présentent des caractéristiques qui imposent intrinsèquement de nouvelles contraintes de gestion et de manipulation. La prise en compte de ces contraintes doit passer par la conception et la mise en œuvre de nouveaux systèmes multimédias intégrant de facto des techniques conçues spécialement pour la représentation, le stockage, le transport et la distribution de contenus multimédias. 5. Video Cassette Recorder (VCR) functionnalities. 6. Personal Digital Assistant.
20 Gestion des données multimédias Cet ouvrage se focalise essentiellement sur la dernière activité. Il poursuit deux objectifs : d une part, donner de la façon la plus pédagogique possible, un aperçu des problématiques liées aux applications multimédias (depuis la représentation interne de l information multimédia jusqu à son exploitation sur les terminaux des utilisateurs en passant par son transport sur le réseau), et d autre part, faire le point sur les principales techniques permettant la conception et la mise en œuvre de systèmes de distribution de contenus multimédias. Cet ouvrage doit permettre à la fois aux étudiants de deuxième et troisième cycles universitaires de maîtriser ces techniques, et aux professionnels et jeunes chercheurs de disposer d un support qui traite des problématiques du multimédia dans sa globalité. Organisation du livre Le livre est structuré en deux parties distinctes. La première partie introduit les concepts de base des systèmes multimédias en décrivant les composants essentiels, à savoir : la représentation de l information multimédia (chapitres 1, 2 et 5), le stockage et l accès aux informations côté serveur (chapitre 3) et enfin, le transport des données sur un réseau à commutation de paquets, en particulier Internet (chapitre 4) : chapitre 1 : ce premier chapitre fait le point sur la compression d images. Il s agit en particulier, à partir de la position du problème et de notions essentielles de la théorie de l information, de montrer l importance du schéma de compression par transformée, schéma déjà implanté dans JPEG et à nouveau retenu dans le tout récent standard JPEG2000 ; chapitre 2 : ce chapitre présente de manière synthétique les différentes technologies de compression de vidéo naturelles adoptées par le standard MPEG-4, en soulignant notamment les nouvelles fonctionnalités supportées et les aspects innovants du standard ; chapitre 3 : ce chapitre introduit les techniques utilisées pour la conception et la mise en œuvre de serveurs multimédias. Il met l accent notamment sur les techniques de stockage et d accès aux données continues. Il traite également de la gestion mémoire et de la tolérance aux pannes de ces serveurs ; chapitre 4 : ce chapitre traite des problèmes de transport des données continues sur le réseau Internet. Il présente notamment les techniques du contrôle d erreurs dans le transport des flux continus audiovisuels en se focalisant sur quatre grandes fonctions : la correction des pertes de paquets pour maintenir une bonne qualité des images et des sons, l adaptation de débit pour faire face aux congestions du réseau, l absorption de la gigue pour respecter les besoins de synchronisation, ainsi que la fourniture de qualité de service par le réseau ; chapitre 5 : ce chapitre présente dans un premier temps une analyse synthétique de la première version du standard MPEG-7 sur la description des
Introduction 21 contenus multimédias en termes de descripteurs, schémas de description, langage de description de données, et applications et services supportés. Ensuite, une étude détaillée des descripteurs visuels de couleur, texture, forme et mouvement retenus dans le standard est présentée en mettant l accent sur leur principe et leur interprétation mathématique. La deuxième partie présente quelques exemples de conception et de mise en œuvre d applications multimédias. Trois applications sont ainsi présentées en détail : chapitre 6 : ce chapitre présente SIRSALE : un système dédié à l indexation, la recherche par le contenu et l accès aux séquences audiovisuelles distribuées. L implantation de SIRSALE, réalisé en JAVA, JAVA-RMI et MySQL est ainsi vue en détail ; chapitre 7 : ce chapitre aborde le problème de l indexation de la vidéo numérique, ou plus généralement de l indexation multimédia. Il détaille l implantation des principales techniques utilisées et met en relief, via des mesures sur des exemples réels, leurs puissances et leurs faiblesses ; chapitre 8 : ce chapitre présente l implantation d une application de travail coopératif multimédia sur un support PDA. Après présentation de l architecture de l application, les différents services sont détaillés. Malgré la diversité et la complémentarité des thèmes abordés dans ce livre, nous restons conscients qu il ne couvre pas de manière exhaustive toutes les facettes des systèmes multimédias. Il contribuera toutefois, nous l espérons, à en donner une vue globale et synthétique. Une bibliographie abondante permet au lecteur de compléter son information. Les coordonnateurs