La vidéo : comment ça marche ?

Devenez un expert ! Cet article vous permettra de comprendre tout de la vidéo digitale. Pas de panique, si l'explication semble longue, il y a quelques schémas et un résumé en fin d'article !

La route des données

Pour transporter les données dans les réseaux, on utilise des protocoles  :

• TCP (Transfert Control Protocol) créé en 1973, est le plus utilisé. Ce standard Web transfère les informations entre les postes clients et les serveurs. Universel, TCP s’accompagne de mécanismes de détection d’erreurs de transmission.
• UDP (User Datagram Protocol) un peu plus récent (1980) transfère les données avec un petit plus… Dans chaque paquet de données est indiqué l’adresse des deux parties (poste client et serveur). Il est plus direct et rapide, mais moins tolérant aux erreurs réseau.

En bref, TCP est plus lent et plus fiable, UDP est plus rapide mais sans correction d’erreur.

Le transport vidéo

Il existe plusieurs méthodes de transport vidéo qui tirent parti de TCP et UDP. Voici les principales :

• L’Unicast est utilisé sur internet. Il diffuse un jeu de données à chaque internaute. Pour 1.000 internautes, la donnée est distribuée 1.000 fois. 
• Le Multicast est utilisé en réseau local pour les directs. Il envoie une seule donnée pour tous les utilisateurs, via un système de routage intelligent. 
• Le peer to peer est souvent utilisé en visio. il utilise les postes des utilisateurs comme des serveurs vidéo (avec une préférence d’utilisation en UDP).

En bref, si l’on devait fait une analogie avec l’automobile : Unicast est le véhicule individuel, Multicast le transport collectif (un bus de données pour tous), peer to peer la voiture partagée.

Les usages vidéo

Il existe plusieurs usages de la vidéo :

• La vidéo professionnelle, transmet la source vidéo vers un service de diffusion (et pour la vidéo surveillance).
• La vidéo grand public, qui diffuse la vidéo à un réseau de serveurs ou CDN (Content Delivery Network) adapté aux fortes audiences.
• La visio, pour les échanges vidéo en temps réel avec quelques utilisateurs.

Chaque usage utilise des procédés techniques adaptés.

La vidéo professionnelle

L’objectif est de disposer d’un outil pour diffuser un flux vidéo en direct, généralement destiné à un serveur de diffusion. Plusieurs procédés sont utilisés, selon l’usage :

• Mpeg TS (Mpeg Transport Stream) crée des vidéos pour les DVD, Bue Ray et fichiers lus localement. C’est un standard du Web initié en 1995. 
• NDI (Network Device Interface) diffuse la vidéo en réseau local, comme une rallonge reliant les éléments (caméra, régie) d’une infrastructure vidéo. 
• SRT (Secure Reliable Transport) transmet la vidéo en mode compressé sur le Web avec un faible délai et une correction d’erreur 
• RTMP (Real Time Transfert Protocol) créé par Adobe transmet la vidéo en mode compressé sur le Web vers un serveur de diffusion. 
• RTSP (Real Time Streaming Protocol) basé sur RTP a été créé en 1996 par RealNetworks est souvent utilisé pour des flux de vidéo surveillance. 

Nous reportons ci-dessous les procédés professionnels avec leur usage courant, protocole, latence et compression (données moyennes).

En général, les usages vidéo professionnels ciblent un public restreint. Mais Mpeg TS est aussi utilisé pour la diffusion publique (voir partie suivante).

La vidéo grand public

Pour la diffusion vidéo grand public, on parle de streaming qui consiste à envoyer des paquets audio-vidéo en continu.  Ces paquets sont compressés par un procédé d’encodage ou Codec dont le format le plus utilisé sur internet est aujourd'hui le Mpeg 4, aussi nommé H264.

Mais comme la bande passante varie selon plusieurs paramètres (qualité de connexion, nombre d’usagers, capacité serveur), il convient de disposer de solutions qui s’adaptent dynamiquement.

Ces solutions nommées Adaptive Bitrate (ABR) diffusent plusieurs débits vidéo afin de délivrer, en temps réel, la meilleure qualité possible. 

• HLS (HTTP Live Stream) créé par Apple en 2009 diffuse les vidéos MP4. Il traverse les pares-feux (intranet) et s’adapte aux réseaux instables (internet, wifi, mobile).
• Dash (Dynamic Stream Adaptative Http) initié par HP en 2006, diffuse les vidéo MP4, HEVC, VP8 et VP9. Mais ne supporte pas iOS (mobiles) ni Apple TV.
• CMAF (Commun Media Application Format) initié par Apple et Microsoft supporte tous les Codecs mais tarde à s’affirmer, d’autres sont délaissés (HDS Adobe, MSS Microsoft). 

Nous comparons ci-dessous la compatibilité et l’utilisation de ces solutions.

Pour remarque, CMAF est peu déployé et n’est pas compatible avec les versions inférieures à iOS 10.0 selon Apple.

Au final, HLS reste le protocole le plus utilisé. Il utilise le transport de Mpeg TS pour des vidéos MP4 configurables à latence réduite (5-10 secondes).

Nous indiquons dans le tableau qui suit les principaux modes de transport vidéo et leur latence.

La protection vidéo

Pour un usage professionnel, les entreprises sécurisent leurs contenus par un système d’accès qui permet de vérifier l’identité du visiteur et l’autoriser à accéder à des contenus spécifiques :

• Authentification SSO (Adfs, Ldap, Saml, Shibboleth, Wsf)
• Vérification d’identité (Azure AD, Oauth 2.0, Open ID, Saml 2.0)

En complément, la plateforme vidéo doit protéger les contenus avec plusieurs procédés possibles :

• Token : la vidéo est accessible via un lien crypté unique,
• Referrer : la vidéo est accessible via une URL de lecture spécifique,
• Encryption : la vidéo est cryptée, empêchant une copie locale valide,
• Watermarking : la vidéo comprend un système d’identification invisible,
• Geo-restriction : la vidéo n’est accessible que dans certains pays,
• DRM : le fichier vidéo contient une condition de lecture.

DRM (Digital Right Protection) est utilisé pour le cinéma en ligne, mais toutes les solutions ne sont pas universelles.

Pour les autres usages professionnels, la protection repose sur les méthodes d’accès (SSO) et les mesures de protection de la plateforme vidéo. Pour plus d’information, lisez cet article complémentaire. 

Les meetings en vidéo

Pour les réunions en vidéo, la méthode est différente : le principe est de relier les postes entre eux. 

Chaque poste reçoit et envoie la vidéo grâce au standard WebRTC (Web RealTime Communication) initié par Google en 2010 (18) et utilisé mondialement, à travers trois méthodes d’échange. 

• SFU (Select Forwarding Unit) partage les flux entre participants sur le modèle de N2 flux, ce qui pour 5 usagers utilise 25 flux. Ce procédé est adapté aux petites réunions (5 à 10 pers).
• MCU (Multipoint Control Unit) partage les flux entre sur le modèle de N+N flux, ce qui pour 10 usagers utilise 20 flux. Ce procédé est adapté aux grandes réunions (1 à 200 pers) et utilisé par de rares solutions.
• Peer to peer (P2P) partage directement les flux entre participants, sans exploiter un serveur central (contrairement à SFU et MCU) il est plus aléatoire et utilisé pour les petits comités (3 à 5 personnes).

La plupart des solutions de meeting utilisent SFU. Selon la solution, on peut aussi échanger des données (fichiers) et interagir (questions, sondages). Quelques solutions permettent en plus :

• De choisir la source vidéo (encodeur externe ou webcam)
• De diffuser la réunion en streaming (à des milliers de personnes)
• D’archiver automatiquement les contenus sur un portail sécurisé

Enfin toutes les solutions ne sont pas égales : il est indispensable de disposer d’une solution sécurisée pour garantir la confidentialité de vos échanges et contenus. Cela est indispensable car ces solutions utilisent un serveur (externe généralement).

En résumé…

Pour vos diners en ville, retenez l’essentiel :

• Le streaming est souvent en HLS (avec débit adaptatif) au format MP4,
• La visio est souvent en SFU (UDP par défaut) au format vidéo MP4,
• Les vidéos peuvent être sécurisées (protection des accès et contenus),
• Un système visio/vidéo peut être intégré en interne (dans un réseau privé),
• On peut diffuser en visio et en streaming avec quelques solutions.

Vous savez le principal !

Générique de fin

Cet article résume les ressorts de la vidéo sur internet. Pour rester digest, il ne comprend pas les formats vidéo que vous pourrez retrouver sur internet. 

Je crois en l’usage intelligent de la vidéo.