LP ATC/CA 2010-2011 -...

LP ATC/CA 2010-2011

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Objectifs du cours

• Comprendre :• ce qu’est un signal audio-visuel• l’intérêt de compresser un signal audio-visuel

• Introduire :• le rôle d’un codec audio et/ou vidéo• La définition et les caractéristiques d’un flux audio-visuel

• Connaître : • les différents supports de stockage• les standards de diffusion (formats de fichiers)• les standards d’affichage (lecteurs intégrés aux pages web)• les méthodes de protections

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Organisation du cours

• Le cours de transmission d’un signal sur un réseau, sousforme de streaming (= flux), s’organise en :

1. 4h de CM

2. 6h de TD

3. 6h de TP

4. 2 évaluations :a. Contrôle continu de 2h (coefficient 2)b. TP noté de 2h (coefficient 1)

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Total : 20h

Plan du cours

1. Signal audio-visuela) Définitionb) Intérêt de la compressionc) Codecs audio-vidéo

2. Transmission d’un signal sur un réseaua) Définition et intérêt du streamingb) Caractéristiques du streamingc) Serveur de streamingd) Formats de fichiers de streaminge) Fichiers d’indirection

3. Protections de flux audio-visuel

4. Étude d’un casa) Service de VoD (Video on Demand)b) Diffusion en Live (avec différé)

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Introduction

• Grande mutation dans le domaine de l’audiovisuel :• producteurs de matériel et de technologie• producteurs de ‘contenu’• consommateurs de matériel, technologie et ‘contenu’ audiovisuel

• ordinateurs puissants, périphériques d’excellent niveau• logiciels ‘grand public’ à prix abordables• connexions améliorées, bandes passantes plus grandes

• Télévision : de + en + de chaînes thématiques et numériques°• Télévision sur Internet (Web TV)• Chaîne de télévision• Chaînes virtuelles

• canal U : cours et des colloques• Alatele.com : vie quotidienne, culture, découverte

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Chapitre 1

• Un signal audio-vidéo est composé d’un :

1. Signal audio (musique, parole, …)

2. Signal vidéo (séquence d’images)

=

Définition

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• Un signal audio numérique est :

• Une séquence d’échantillons (nombre binaire), séparés dans letemps par un intervalle de temps, noté Te, inverse de lafréquence d’échantillonnage Fe :

Te = 1/Fe

• La valeur de chaque échantillon définit l’amplitude du signalaudio à cet instant.

• Pour avoir peu de pertes d’information, il faut respecter lacondition de Shannon :

Fe ≥ 2 x Fmax et Te ≤ 1 / (2 x Fmax)

Signal audio

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• Exemples d’application :

• La meilleure illustration de l’application de ce théorème est ladétermination de la fréquence d’échantillonnage d’un CD audio

• L’oreille humaine peut capter les sons allant de 20 Hz jusqu’à16 kHz, voire jusqu’à 20 kHz

• Il convient d’échantillonner le signal audio à au moins2 x 20 kHz = 40 kHz

• L’industrie a normalisé la fréquence à :• 44.1 kHz, pour les CD Audio.• 48 kHz, pour les DVD audio.

Signal audio

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• Un signal audio numérique est défini par :

• Sa durée, notée T• Sa fréquence d’échantillonnage Fe (en général 44.1 ou 48 kHz)• Son nombre de canaux Ncanaux (1 : mono, 2 : stéréo, 3/+ : dolby)• Le poids de chaque échantillons Néch (en général 8 ou 16 bits)

• Poids d’un signal audio numérique (non compressé) :• Poids = T × Fe × Nbits × Ncanaux

• Exemple :• Paudio = 1h × 44.1kHz × 16bits/éch × 2 (stéréo) ≈ 606 Mo

Signal audio

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• Un signal vidéo numérique est constituée par une séquence d’images décomposant le mouvement

Þ Il s’agit d’un échantillonnage temporel du mouvement

• Notre cerveau a l’impression d’un mouvementcontinu grâce à la persistance rétinienne.Þ Ce temps de persistance de l’image sur la rétine

est d’environ 1/10ème de seconde.

• Si l’échantillonnage du temps est insuffisant :• Mouvement haché peu réaliste.

Signal vidéo

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• Ce phénomène est utilisé poursimuler le mouvement (on notefps = images par seconde) :• Cinéma : 24 fps• Télévision :

• 25 fps (Europe)• 30 fps (E-U / Japon)

• Militaire : > 60 fps (mouvement très rapide)

Signal vidéo

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• Attention, en informatique (notamment pour les jeux vidéo),il ne faut pas confondre la vitesse d’affichage avec la vitessede traitement.

• Un signal vidéo numérique est défini par :• Sa durée, notée T• Sa fréquence d’affichage Faff (en général, 24/25/30 fps)• Le poids d’une image (matricielle ou vectorielle) Pimage

• Cas d’une image matricielle :• Dimension : L (largeur) × H (hauteur)• Codage des pixels : Ppixel (ex : RVB - 8 bits = 3 octets / pixels)

• Poids d’un signal vidéo numérique (non compressé) :Poids = Pimage × Néch = [ (L × H) × Ppixel] × [T × Faff]

• Exemple :Pvidéo = [ (640 × 480) × 24 bits] × [1h × 24 fps] ≈ 74 Go

Signal vidéo

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Chapitre 1

• Exemple :• Soit un film de durée 1h (3600 s) défini par :

• Partie audio : stéréo, 44.1 kHz, et 16 bits• Partie vidéo : 24 fps, 640 x 480 pixels, RVB 24bits

• Poids d’un signal audio numérique :Paudio = 1h × 44.1 kHz × 16 bits × 2 ≈ 606 Mo

• Poids d’un signal vidéo numérique :Pvidéo = [ (640 × 480) × 24 bits] × [1h × 24 fps] ≈ 74 Go

• Poids total :Poids = Paudio + Pvidéo ≈ 75 Go

Poids d’un signal audio-visuel

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• Pour exprimer la quantité d’informationstransmise lors de la lecture d’une vidéo,on parle de débits exprimés :• en octets par seconde (ou Byte per second : Bps)• ou en bits par seconde (ou bits per second : bps)

• Débit D d’une vidéo :D = Poids / Durée

• Exemple précédent :D ≈ 75 Go / 1h ≈ 20.4 Mo/s

Débit d’un signal audio-visuel

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• CD / DVD / HD-DVD / Blu-Ray• CD-ROM : 650 Mo à 900 Mo• DVD : environ 4.7 Go / couche / face• HD DVD : 15 Go à 50 Go (1 à 3 couches)• Blu-ray : environ 25 Go / couche

• Clé USB : • Standard : 1 à 32 Go ® Dmax plusieurs dizaines Mo/s• Capacité max : 256 Go

• Bande magnétique• ex : LTO-5 Media ® 3.0 To, Dmax = 140 Mo/s• à venir : LTO-6 ® 3.2 To, Dmax = 270 Mo/s

• Disque dur :• Standard (2010) : 120 Go à 2 To ® D = 0.5 Gbits/s, voire +• Capacité pouvant atteindre 3 To ® D = 1.6 Gbits/s

Support de stockage

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• Contraintes matérielles :• Connexion ADSL :

• Débit entrant : jusqu’à 30 Mbits/s (voire 100 Mbits/s en Numericable)• Débit sortant : jusqu’à 2 Mbits/s environ

• Lecteur de disque : BD / DVD / CD• Blu-ray (BD) : 36 Mbits/s en 1X → ex : en 8X, D = 388 Mbits/s• DVD : 10.56 Mbits/s en 1X → ex : en 16X, D = 169 Mbits/s• CD : 1.2 Mbits/s en 1X → ex : en 48X, D = 56 Mbits/s

• Réseau :• Fast Ethernet : 100 Mbits/s• Gigabit Ethernet : 1 Gbits/s• 10 Gigabit Ethernet : 10 Gbits/s (peu employé en 2009)

Support de transmission

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• Les signaux audio-vidéo numériques réclament destailles et des débits de lecture très importants.

• Il est indispensable de compresser les données surle support de stockage ou de diffusion, puis de lesdécompresser lors de la lecture.

1. Pour réduire les besoins en stockage

2. Pour une lecture fluide (Disque dur, CDROM)

3. Pour une diffusion sur le net (« flux » ou « streaming »)

Intérêt de la compression

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Chapitre 1

• Pour réduire la taille et ledébit des vidéos, il faut :

• compresser les données

• La durée de compressionimporte seulement dansle cas d’une diffusion devidéo en direct.

• Dans le cas contraire,on peut très bien réaliserla compression de la vidéooriginale en plusieurs heuressi nécessaire.

Introduction

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• Pour réduire la taille et ledébit des vidéos, il faut :

• les décompresser lors dela lecture.

• La décompression doitêtre suffisamment rapidepour ne pas ralentir le fluxet éviter les saccades duson et de la vidéo.

• Il faut pouvoir décompresserau moins 24 images par secondeainsi que les données sonores.

Introduction

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• Un codec (COmpression/DECompression)est un programme permettant de :• Compresser des données audio

et/ou vidéo pour créer un fichier.• Décompresser des données audio

et/ou vidéo contenues dans unfichier/flux pour les lire.

• On distingue 2 grandes familles de codecs :• Sans perte (lossless)

• non destructrices• Avec pertes (lossy)

• destructives

Qu’est ce qu’un codec ?

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Pack de codecs pour Windows

Pack de codecs pour Mac OSX

• Le signal audio-vidéo est compressé à l’aide d’algorithmessans perte, mais à la restitution on retrouve exactementl’original sans aucune altération. • Avantage : Qualité sonore et vidéo parfaite.• Inconvénient : Compression peu efficace.

• Formats de compression audio sans perte :• PCM

• Formats de compression de vidéo sans perte :• GIF animé / MNG / Flash / SVG / …

Compression sans perte

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• La vidéo non compressée, oucompressée sans pertes est tropvolumineuse. Þ Algorithmes de codage avec

pertes, tirant parti des caracté-ristiques psychosensorielles,pour se débarrasser des infor-ations qui ne sont pas perçuesou qui sont redondantes.

• Formats de compression audio :• ADPCM / GSM / MP3 / OGG / WMA / …

• Formats de compression de vidéo :• Cinepak / Indeo / Real Video / MPEG / DV / DivX / WMV / …

Compression avec pertes

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• Ces différentes méthodes de compression avec pertesse distinguent par :

1. leur taux de compression τ• rapport entre le poids du signal compressé et le poids du

signal non compressé• plus le taux de compression est faible, meilleure est la

compression

• L’inverse s’appelle le quotient de compression q = 1 / τ

2. la qualité du signal résultant Q• calculée par des algorithmes de similarité entre le signal

résultant et le signal d’origine

3. les vitesses V de compression / décompression• Les vitesses sont les mêmes si le codec est symétrique,

différentes si le codec est asymétrique.

Compression avec pertes

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Chapitre 2

• L’internet et les technologies ne cessent d’évoluer. Onpeut maintenant transmettre des flux audio et vidéo surle Web sans avoir à les télécharger.

• Deux moyens de lire une vidéo sur Internet :

• Soit la télécharger sur son ordinateur :• Rapide pour les fichiers de petites tailles (quelques ko)• Très lent pour des fichiers plus importants (plusieurs minutes)

• Soit la lire en direct, pendant le téléchargement, sans avoirà effectuer de copies locales : streaming

Introduction

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• Le streaming vient de l’anglais « stream » signifiant« flux »• Il permet d'exploiter l'information, sous forme d’un flux

permanent, reçu au fur et à mesure de sa réception, c-à-d.quasiment en temps réel.

• Que peut-on faire avec du streaming ?• Diffuser des flux audio-vidéo sur Internet et

réseaux locaux• Effectuer de la vidéo ou de l'audio sur demande

(VoD / AoD : Video / Audio On Demand)• Effectuer des multi-conférences• Diffuser en live : le flux vidéo est donc encodé

directement et transmis sur Internet ou par voixHertzienne (TNT)

Introduction

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• NB : Ne pas confondre le « faux » avec le « vrai » streaming :• Le "faux" streaming (diffusion à la demande « on demand »)

• Il consiste à encoder les données en plusieurs fichiers physiques.• Le serveur transmet progressivement ces fichiers au client.• Après un temps de latence nécessaire au chargement des premières

données, celles-ci sont lues tandis que la suite des fichiers se charge.• Le client a ainsi l’impression d’assister à du vrai streaming alors

qu’en fait, il fait appel à des fichiers déjà présents physiquement.

• Le « vrai » streaming (en temps réel « live »)• Il n’y a pas de fichiers.• Le serveur reçoit constamment les données encodées sous forme

de flux.• Quand un client se connecte, il « se branche » sur ce flux.

« vrai » et « faux » streaming

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• Principe1. Le serveur envoie le fichier audio-vidéo par paquets de

données, qui seront traités par l’ordinateur de l’utilisateur aufur et à mesure de leurs arrivées.

2. A cause des fluctuations réseaux les paquets n'arrivent pastoujours dans le bon ordre. On utilise donc une mémoiretampon pour regrouper les paquets dans le bon ordre. Cettemémoire tampon ou buffer est crée par le lecteur média del'ordinateur de l'utilisateur.

3. Lorsque le buffer de réception possède assez d'informations, lalecture du flux commence et les images ou le son sont retransmis.

4. La mémoire tampon a donc pour rôle de fluidifier le flux. Si laconnexion réseau est mauvaise l'arrivé des paquets sera ralentie.

5. Lorsque le buffer de réception est vide, la lecture s'arrête etreprendra lorsqu'elle possèdera assez de données pour continuer.L'image est alors figée.

Principe

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• Principe

Principe

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• Pour que le streaming soit rendu possible, il faut effectuer untraitement sur le fichier avant de le transmettre sur le réseau.

• En effet, la tailled'une vidéo étanten général assezimportante, il fautla compresserafin de réduirele nombre depaquets à envoyer.

Principe

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Chapitre 2

• Pour faire du « bon streaming », il est nécessaire de tenircompte de plusieurs critères :

• Bande passante

• Type de liaison utilisé

• Mémoire tampon

• Adresse IP du serveur

• Protocoles detransmission

• Streaming statiqueou dynamique

• Mode de diffusion

Caractéristiques techniques

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• Qu’est ce que la bande passante ?• La bande passante indique un débit (binaire) d’informations• Elle mesure une vitesse maximale de transfert de données

numériques (en bits/s ou bps, ou encore en octets/s ou Bps)

• Bande passante « utile » d’une connexion :• C’est la bande passante visualisée par l'utilisateur.• Elle peut être différente de celle délivrée par le fournisseur.• De nombreux facteurs influent sur les performances applicatives :

• La latence (délai de transmission) associée à la taille des fenêtres TCP de la machine réceptrice limitent le débit utilisable par unesession applicative selon la formule suivante :

• Débit Max = Taille de la fenêtre TCP / Latence.

• Exemple :• « Toulouse-Dubai » : D= 65535 octets / 0.220 s = 297886.36 Bps

= (8 * 297886.36 ) / (1024 * 1024) = 2.27 Mbps.

Bande passante de connexion

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• Gestion de la bande passante :• Elle doit être suffisamment large pour permettre la connexion

simultanée de plusieurs utilisateurs en même temps, avecconservation de la qualité d’écoute et/ou de lecture.

• Intérêt de la compression :• Rendu obligatoire par le poids considérable de ses données pour :

• réduire les temps de transmission des paquets.• et donc réduire le débit de transmission des paquets

• Pour diffuser un flux sur internet, il sera nécessaire de :• compresser le flux avant transmission de celui-ci• décompresser le flux avant la lecture grâce à un lecteur multimédia

possédant le codec approprié.

Bande passante de connexion

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• Une liaison à fort taux descendant(RTC, Numéris, câble, ADSL,satellite…) est nécessaire pour assurer une bonne diffusion.

• La bande passante estdirectement dépendantedu type de connexion.

Type de connexion

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• Transmission d’un flux :• Le client possède une mémoire tampon (buffer) pour stocker le flux

au fur et à mesure de sa réception

Mémoire tampon

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• Mise en mémoire tampon :

• Compensation pour le délai du réseau (la gigue) :• Mise en mémoire tampon• Délai avant lecture (2-5 secondes)• La mémoire tampon doit être fonction de la qualité de la

transmission et de la vidéo elle-même

Mémoire tampon

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• Lorsqu'un ordinateur se connecte àInternet, on lui attribue une adresseIP pour l’identifier sur le réseau.

• S’il se déconnecte puis se reconnecte,il y a de fortes chances que sonadresse IP soit différente car un autreordinateur se sera connecté entretemps et on lui aura attribué l’adresseIP précédemment occupée (puis libérée) par notre ordinateur.

Adresse IP du serveur

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• Ainsi, si l’adresse IP de notre serveur change constamment(problèmes de connexion…), comment le client arrivera-t-ilà le trouver pour lire le fichier multimédia ?

• Impossible, il faut donc attribuer au serveur une adresse IPdite statique ou fixe, adresse IP réservée qui restera toujoursla même lors d’une déconnexion ou d’un quelconque problème.

• L’IP statique, c’est la garantie d’avoir toujours le serveur joignable.

Adresse IP du serveur

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• Il existe plusieurs protocoles pour faire du streaming.

• Protocole de « faux streaming » :

• HTTP (HyperText Transfer Protocol) et FTP (File TransfertProtocol) sont des protocoles de transfert de fichier.

• Les vidéos peuvent être affichées au fur et à mesure dutéléchargement.

• C’est ce que l’on a appelé « faux » streaming.

Protocoles de transmission

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• Pourquoi un autre protocole de transport ?

• Besoin :• Séquencement des paquets• Horodatage des paquets• Identification de participants• Surveillance de l’état de la connexion

• Contrainte de temps réel = TCP inadapté• TCP exige la fiabilité à 100%• TCP favorise la fiabilité au dépend des délais• TCP existe seulement en version unicast (diffusion individuelle)

• UDP :• Service de transport non fiable• Pas de connaissance du taux de perte• Impossibilité de reconstituer le flux et de synchroniser les médias


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• Les Protocoles

• RTP/RTCP• pour le transport temps réel et le contrôle du transport RTP

• RTSP• pour la diffusion de contenu multimédia en temps réel

• RTMP/RTMPT/RTMPS• pour le transport temps réel de flux de données (audio, vidéo et autre)

• MMS• Protocole Microsoft pour la gestion d’une session de streaming

• SMIL• pour l’enrichissement des médias


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• Protocole RTP et RTCP :• Intérêt :

• Permet de faire de la diffusion de contenu en temps réel• RTP / RTCP :

• RTP (Realtime Transport Protocol)• pour l’acheminement des données

• RTCP (Realtime Trtansport Control Protocol)• pour échanger des

messages de contrôle.

• Principe :• Un canal RTP et un canal RTCP par média (audio, vidéo, …)• Deux numéros de ports voisins :

• RTP : port pair• RTCP : port impair immédiatement supérieur

• Inconvénient : problème pour passer certains pare-feu

Protocoles RTP et RTCP

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• Caractéristiques RTP :• Principe du protocole RTP

• envoyer les paquets en temps réel sur le réseau.

• Marquage temporel des paquets :• Permettre le réordonnancement par le client afin d’afficher la vidéo

de manière cohérente.

• RTP détecte la perte de paquets et synchronise les médias.• En-tête d’un

paquet RTP


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• Caractéristiques RTCP :• Transmission périodique de paquets de contrôle à tous

les participants dans une session RTP• Pas de garantie sur les résultats• Statistiques du récepteur pour l’émetteur sur :

• taux de pertes, RTT (temps aller-retour), gigue (variance des délais de transit)

• La connaissance de ces paramètres permet :• d’ajouter de la redondance en fonction des pertes• d’adapter la mémoire tampon en fonction de la gigue

• En-tête d’unpaquet RTCP


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• Protocole RTSP• RTSP (Real Time Streaming Protocol)

• Protocole de communication client-serveur au niveau applicatif• Ciblé vers le multimédia (contrairement au HTTP)

• Fonctionnalités fournies au client pour contrôler unserveur de média à distance :

• URL pour recherche un média sur un serveur• Commandes pour avancer, rembobiner, mettre en lecture/pause,

…

• Les requêtes de contrôle RTSP utilisent TCP avec un numérode port réservé.

• RTSP s’appuie sur les protocoles RTP/RTCP pour les diffusions de données vidéo/audio, mais des serveurs RTSP utilisent leRDT de RealNetworks pour cette tâche.

Protocoles RTSP

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• Protocole RTMP et ses variantes• RTSP (Real Time Messaging Protocol)

• Protocole de communication client-serveur pour la diffusionde flux de données (audio, vidéo ou autre)

• Protocole propriétaire, développé par Adobe Systems• Publication des spécifications le 15 juin 2009.

• Quatre variantes du protocole RTMP1. Le protocole complet fonctionne sur TCP, et exploite le port 19352. Le protocole RTMPT (RTMP tunneling) encapsule RTMP dans

des requêtes HTTP, afin de passer les pare-feu3. Le protocole RTMPS, similaire à RTMPT, mais via une connexion

sécurisée (HTTPS)4. Les protocoles RTMPE/RTMPTE sont les versions encryptées

des protocoles RTMP/RTMPT, pour sécuriser le transfert dedonnées sans SSL

Protocoles RTMP

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• Protocole MMS :• MMS (Microsoft Media Services)

• Protocole propriétaire mis en place par Microsoft. • Utilisé pour transférer des données, depuis un serveur de

flux (Windows Media Services) vers un client multimédia(ex : WMP).

• Depuis 2003, Microsoft favorise le protocole RTSP, avecWindows Media Services 9 Series (et de WMP 9), rendantobsolète le protocole MMS.

• Pour des raisons de compatibilité descendante, le supportde MMS a été conservé.

• Protocole non réplicable / enregistrable, à moins d'utiliser unlogiciel spécifique.

Protocoles MMS

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• Protocole SMIL:• SMIL (Synchronized Multimedia Integration Language)

• Langage basé sux XML

• Recommandation du W3C (http://www.w3.org/AudioVideo)

• « RichMedia » et interactivité• Intégration et synchronisation de différents media• Les média sont référencés dans un seul document (.SMIL)

• Lecteurs compatibles :• RealPlayer, QuickTime, GRiNS, …

• Éditeurs:• LimSee, SMIL Composer, RealSlideShow, GRiNS, …

Protocoles SMIL

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• Protocole SMIL:• Exemple

Protocoles SMIL

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• Streaming statique :• S’effectue à partir d’un serveur web « standard ».• Utilise les protocoles HTTP et FTP basés sur TCP. • Méthode de « faux » streaming :

• Il permet de délivrer tout type de médias mais préalablementpréenregistrés : il ne peut pas transmettre de flux en temps réel.

• Les paquets perdus sont retransmis jusqu'à ce qu'ils soient reçus.• Il ne peut pas sauter un passage de la vidéo sans télécharger

tout le début.• Il ne s’adapte pas à la qualité de connexion de l'utilisateur :

• Il est souvent nécessaire de proposer sur le serveur plusieursfichiers encodés en plusieurs qualités (avec des résolutionsdifférentes) afin de permettre à l'utilisateur de choisir en fonctiondes capacités de sa connexion.

Streaming stat./dynamique ?

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• Streaming dynamique :• Nécessité d’un serveur spécialisé, appelé serveur de

streaming.

• Ne fonctionne pas avec un vulgaire serveur Web, quisert seulement à héberger un site.

• Utilise les protocoles RTP / RTSP / MMS pour diffuserle contenu.

• Méthode de « vrai » streaming :• Il peut transmettre un flux en temps réel sans l’enregistrer

au préalable.

• Un tel flux peut fournir dans un même fichier, plusieurs vitesses en internet, de manière à répondre au plus juste à la demande du client.

• On appelle cela un flux Surestream,.


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• Streaming dynamique :• Un flux Surestream

n'utilise jamais plusde bande passanteque nécessaire :

• Le fichier multifluxdiffusé contient plusieurs fois les mêmes informationsà différents niveauxde qualité.

• En fonction de la vitesse de connexion de l'internaute, le serveursélectionnera le niveau de qualité maximal pour une diffusion entemps réel.

• Le serveur sera également capable de s'adapter automatiquementaux variations de la bande passante.

• L'inconvénient est l'obligation d'utiliser un serveur spécialisé.


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• Streaming Unicast (diffusion individuelle) :• Unicast est un protocole de connexion

point à point entre le client et le serveur.• Une connexion unique existe entre

chaque client et le serveur :• cette méthode demande beaucoup

de bande passante :• 5 connexions à 224 kbps correspondent

à 5 x 224 kbps = 1.12 Mbps de bandepassante

• mais elle permet une grande souplesseà l’utilisateur

• lecture, pause, avance ou recul rapide à volonté

• La Webdiffusion en Unicast est le début de« la programmation sur demande » :

• chaque individu de la planète peut écouter n'importequel programme audio et vidéo en différé.

Mode de diffusion

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• Streaming Broadcast Unicast (ou enregistrement en direct) :• Un « Broadcast Unicast » est habi-

tuellement conçu pour l'écoute d'unposte d'un radio, de télévision oud'un évènement en direct.

• L'enregistrement de la vidéo et del'audio sont transmises immédia-tement sur le serveur sans êtreconservé sur disque

• Les clients utilisent une connexionpoint à point entre leur ordinateur etle serveur, ce qui implique, encoreune fois, une connexion entrechaque poste et le serveur.

• Pour obtenir le total de la bande passante, on additionnele total des bandes utilisées pour les connexions.

Mode de diffusion

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• Streaming multicast (diffusion multiple) :• Le serveur de vidéo envoie une seule

copie de chaque flux, distribuée parun routeur multi-diffusion à plusieursutilisateurs.

• Elle permet d'envoyer les paquets sansnécessairement connaître les adressesréceptrices; les données étant diffuséesà quiconque veut bien les recevoir.

• Ceci permet de réduire considérablement le trafic lors d’unediffusion pour de nombreux clients.

Mode de diffusion

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• Streaming multicast (diffusion multiple) :• Par contre, cela implique la modification

des routeurs sur le réseau pour pouvoiraccéder à la multi transmission. Car cene sont pas toutes les cartes réseauxqui supportent la multi-transmission.

• L'utilisateur ne peut pas piloter le fluxpuisqu'il est partagé avec plusieursutilisateurs.

• Le multicast est typiquement utilisépour la diffusion en live ou le multi-conférence.

Mode de diffusion

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Chapitre 2

• Exigences du serveur de streaming :• Fort traffic de données multimédia• Optimisé tant au niveau de :

• puissance pure,• rapidité,• et sécurité des transmission

• Le serveur de streaming se doit d’être contacté sans problèmes :• Nécessité d’une adresse IP fixe pour le serveur

• Hébergement du serveur de streaming :• chez un un fournisseur d’accès à Internet (FAI)• relié à une ligne de transmission de très hauts débits (backbone)• avec une bande passante la plus large possible afin de

permettre le maximum de connexions clients sur ce serveur

Serveur de streaming

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• Comment « soulager » la bande passante nécessaire oudiffuser un flux audiovisuel au plus grand nombre de clients ?• Mettre en place des serveurs de streaming en relais.• Pour chaque serveur de streaming relais estimé, il faut :

• un serveur dédié et hébergé chez un FAI, ou un studio de production• une ligne haut débit + ligne téléphonique dédiées

• optimiser les transmissions de flux audiovisuels vers de nombreux clients

• Exemple :• Serveur diffusant sur une ligne ADSL 1024 optimisée en up-stream• On peut atteindre sans problèmes majeurs 80-100 clients à 11 ko/s

(équivalent à du AM mono)• Il suffit de multiplier le nombre de serveurs pour obtenir le nombre

de clients souhaités.

Serveur de streaming relais

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• Lecture de flux audio et/ou vidéo sur Internet :• plusieurs logiciels nécessaires tant à la production et diffusion

de ces flux qu’à l’écoute de ceux-ci. • production :

• un logiciel de broadcast : compatible techniquement avec le format de diffusion délivré par le serveur de streaming.

• Lecteurs multimédia :• Chacun des serveurs utilisent leurs propres codeurs/décodeurs.• Les lecteurs multimédias sont optimisés en fonction des

serveurs utilisés.

Logiciels serveur de streaming

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• Principaux systèmes de serveur de streaming :• Windows Media Server

• intégré dans les logiciels serveurs Microsoft Windows Server 2000 et 2003

• diffuse son propre standard, WMA (audio) et WMV (vidéo), ainsi que d’autre dont le MP3.

• C’est le serveur de diffusion retenu par l’ESCoM.

• Apple Quicktime :• intégré dans la version logicielle serveur de Mac OS X (dès v10)• LE seul serveur de streaming répondant aux normes sévères de diffu

sion de flux de type MPEG-4, et est reconnu ISO par la commission MPEG-4

• Mais, le poste servant de broadcast DOIT être un Macintosh


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• Principaux systèmes de serveur de streaming :• RealNetworks

• serveur de webdiffusion concurrentiel de Microsoft. • Défaut : payant en fonction du nombre de connexions client. • Son format est de type Real bien que certaines extensions peuvent lui

faire diffuser d’autre type de format.

• ShoutCast DANS :• serveur de webdiffusion développé par NullSoft. • gratuit er multiplateformes• diffuse surtout du MP3• Le poste servant de broadcast doit être un PC équipé de Windows, de

WinAmp DSP et d’un codeur MP3 pour Windows.


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• Principaux systèmes de serveur de streaming :• VideoLAN

• solution de lecture et de diffusion audio et vidéo multiformat• gratuit, open-source sous licence GPL et multiplateforme• diffusion de flux et transcodage d’une grande variété de formats de

média sans avoir à installer de codecs externes :• depuis une source locale : fichier vidéo, DVD, carte d'acquisition…• à travers un réseau informatique : satellite, télévision numérique…

• support de l'unicast et le multicast sur IPv6 et IPv4

• Exemples de bande passante nécessaire :• 0.5 à 4 Mbit/s pour un flux MPEG-4 basse définition;• 3 à 4 Mbit/s pour un flux MPEG-2 lu sur une carte satellite, une carte

de télévision numérique ou une carte d'encodage MPEG-2;• 6 à 9 Mbit/s pour un DVD, ou un flux MPEG-4 haute définition.


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http://fr.wikipedia.org/wiki/MPEG-4�

• Il sert à coder et compresser le flux audiovisuel de façon à :• soit l’enregistrer afin de le diffuser en différé (« on-demand »),• soit à le diffuser en temps réel (« live »).

• Ce logiciel impose une plateforme technique spécifique:• Windows Media Server :

• le logiciel de broadcast est Windows Media Encoder, disponibleuniquement sur PC et Windows.

• QuickTime/Darwin : • le broadcast est obligatoirement un Macintosh, le serveur étant

hébergé soit sur du Mac OS X Server, soit sur du Windows 2000/2003 ou Linux Red Hat, soit sur du Solaris.

• Real et SoundCast :• le logiciel doit être installé sur une plateforme Windows. …

Logiciel de broadcast

69

Chapitre 2

• Les formats vidéos, sont des formats conteneurs, dit « valises »

• Permet l’archivage desdonnées et les info.relatives à celles-ci.

• Dans l’en-tête, setrouvent les info.indiquant commentdécoder les données.

Les formats vidéos

71

Format AVI, QuickTime ou Ogg

Infos codec audio

Infos codec vidéo

• Nombre d’images par seconde

• Résolution

• Durée

• Langues

• Fréquence Fe

• Copyright

• …

Données audio

Encodées au format du codec spécifié

Données vidéo

Encodées au format du codec spécifié

• Quelques formats conteneurs :• AVI• Ogg Media• QuickTime

• Quelques codecs vidéos :• Flash / SVG• MNG / GIF animé• Mpeg / M-Jpeg / M-Jpeg2000• DV• DivX / XviD

Les formats vidéos

72

• Quelques codecs audio :• MP3 / MP3Pro• Ogg

• Plus d’infos sur : http://x.heurtebise.free.fr• Codecs vidéo : Section « Enseignements > 2009-2010 > SRC2 – Numérisation 2 »• Codecs audio : Section « Enseignements > 2008-2009 > SRC1 – Numérisation 1 »• Comp° Images : Section « Enseignements > 2009-2010 > SRC2 – Images Info. »

• Les formats de streaming découpent les signaux audio-vidéosous forme de paquets.

• Chaque paquet contient :• une en-tête (header) contenant les information indiquant comment

décoder les données,• suivi par le corps (body) contenant l’ensemble des données audio

et vidéo.

Les formats de streaming

73

• Formats les plus couramment utilisés pour le streaming :

• Format Microsoft :• ASF / WMV

• Format Adobe :• FLV

• Format Apple QuickTime :• MOV

• Format Real Media :• RM

• Format MPEG :• MPEG / H264 (ou MP4)


74

• Format ASF (Advanced Streaming Format)• Propriétés principales

• Extension : .asf• Développé par : Microsoft• Format propriétaire et fermé

• Avantages• Format très utilisé pour le streaming par internet,

mais aussi pour des supports de stockages locaux• Streaming « intelligent »

• Jusqu’à 6 flux vidéo dans un fichier ASF• Sélection automatique du flux le plus adapté en

fonction de la bande passante• Compatible avec les DRM (gestion des droits

numérique)• Compatibilité : audio, vidéo, texte, midi, Script

Commands, Vector Animation Data, JPEG Image, …


75

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format ASF (Advanced Streaming Format)• Contenu

• Compression vidéo basée sur la norme MPEG-4 v2• Format conteneur des fichiers :

• audio : WMA• vidéo : MPEG4, WMV

• Principe• Le format ASF est basé sur des objets sérialisé.• Les objets prennent la forme de séquences d’octets

identifiées par un marqueur GUID (Globally UniqueIdentifier).

• Les fichiers ASF peuvent aussi contenir desmétadonnées telles que le nom de l'artiste, le titre,l'album, l'année, le genre, le réalisateur...


76

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format WMV (Windows Media Video)• Propriétés principales

• Extension : .wmv• Développé par : Microsoft• Format propriétaire et fermé

• Avantages• Fréquemment utilisé en téléchargement ou streaming• Compatible avec les DRM (gestion des droits

numérique) : format très utilisé pour la VoD

• Inconvénient• Propriétaire• Le format h264 semble meilleur en performance.


77

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format WMV (Windows Media Video)• Contenu

• Codec vidéo v7 à v9• Encodage à débits multiples (de quelques kbits/s à

plusieurs Mbits/s), sur une ou deux passes (à tauxvariables ou constants)

• Le taux est la place occupée par une secondede données

• Compression basée sur la norme MPEG-4 v3• Définition inférieure ou égale à 720x576

• Format conteneur• Utilisé pour la diffusion de la vidéo sur supports

optiques et via les réseaux (téléchargement, streaming, VoD).

• Lisible sur MS Windows et MacOS. • Flux audio (WMA) et vidéo (ASF, WMV)


78

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format FLV (Flash Video)• Propriétés principales

• Extension : .flv• Développé par : Adobe (Macromédia à la base)

• Description• Format de fichier utilisé sur Internet pour diffuser

des vidéos via le lecteur Adobe Flash Player• Facilement incorporable aux animations Flash• Fortement utilisé par les sites de partage de vidéo

en streaming qui avaient besoin de diffuser un fluxvidéo important, comme Youtube ou Dailymotion.


79

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format FLV (Flash Video)• Codecs utilisés :

• Codecs vidéo :• Variante du H.263 (transmission de la vidéo sur

des lignes à très bas débits)• Suite de captures écran.

• Codecs audio :• PCM, ADPCM ou MP3 : compressé

• Avantage :• Faible encombrement (lors de transferts sur le

réseau, ou du côté serveur)

• Inconvénient :• Dépendant de la bande passante à disposition

de l'utilisateur.


80

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format MOV (QuickTime Movie)• Propriétés principales

• Extension : .mov• Développé par : Apple• Format propriétaire et fermé• C’est à la fois:

• un codec audio,• un codec vidéo,• un conteneur.

• Avantages• Lisible sur la majorité des plates-formes • Format plus ancien que AVI mais plus flexible• Peut contenir plusieurs pistes (textes, audio, vidéo),

pouvant être diffusé en streaming


81

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format MOV (QuickTime Movie)• Codecs utilisés

• Codecs vidéo : DV, h261, h263, h264, MPEG-2,MPEG-4…)

• Codecs audio : WAV, Midi, MPEG-1, AAC

• Avantages• Lisible sur la majorité des plates-formes • Format plus ancien que AVI mais plus flexible• Peut contenir plusieurs pistes (textes, audio, vidéo),

pouvant être diffusé en streaming• Peut être utilisé pour de la réalité virtuelle


82

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format RM (RealMedia)• Propriétés principales

• Extension : .rm (streaming), .rmvb (téléchargement)• Développé par : RealNetworks• Format propriétaire et fermé

• Avantages• Lisible sur les plates-formes les plus courantes

(Linux, MacOS, Windows, Solaris, etc.)

• Très utilisé pour délivrer des vidéos en streamingsur Internet

• Optimisé pour les bas débits• De plus en plus utilisé pour le haut débit• Logiciel utilisé pour créer des flux RealVideo :

RealProducer


83

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format RM (RealMedia)• Caractéristiques techniques

• Versions 1 et 2 (RV1 et RV2)• Basées sur le standard h263

• Versions 3 et 4 (RV3 et RV4)• Basées sur un prototype du standard h264

• Le format RM est à taux constant, c’est-à-dire quela place occupée par une seconde de données estla même pour tout le fichier

• Format très utilisé en streaming

• Une version, format RMVB, où le taux est variable, donc avec de meilleures performances decompression

• Utilisé uniquement en téléchargement


84

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format MPEG (Moving Picture Experts Group)• Intérêt

• Dans la plupart des séquences vidéos, la majoritédes scènes sont fixes ou bien changent très peu,c'est ce qui s'appelle la redondance temporelle.

• Lorsque deux images successives varient peu, oulocalement, il suffit de ne décrire seulement lechangement d'une image à l'autre.

• Codage temporel

• Cependant, cette méthode aura beaucoup moinsd'impact sur une scène d'action. Dans ce cas, onne tiendra compte que de la répartition des pixelsdans chacune des images

• Codage spatial

• Diffusion en téléchargement ou en streaming


85

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format MPEG (Moving Picture Experts Group)• MPEG-1

• Développée en 1988

• Partie vidéo :• Faible résolution et qualité proche du VHS

• Partie audio :• Qualité CD (jusqu’à 2 canaux)• Compression (MPEG-1 Audio Layer 3 = MP3)

• Débit inférieur à 1.15 Mbits/s (= 150 ko/s)

• Utilisé dans les Vidéo-CD (VCD)

• Diffusion possible en streaming


86

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4



• Partie vidéo :• Qualité TV élevée• Qualité proche des standards vidéo professionnels

• Partie audio :• Nombre de canaux audio surround : jusqu’à 5.

• Débit inférieur jusqu’à 40 Mbits/s (= 8 Mo/s)

• Utilisé pour :• HD-TV (satellite, câble, TNT, …)• SVCD (Super VCD)• DVD (Digital Video Disk)

• Identification et protection contre le piratage


87

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4



• Successeur du MPEG-2 pour la TNT et la TVsur ADSL

• Partie vidéo :• Qualité moins bonne que pour le MPEG-2

• Must de la compression vidéo d’un point de vuequalité / compression

• Taux de compression très élevés pour une bonnequalité

• Débit inférieur à celui du MPEG-2


88

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4


• Adapté au Web et périphériques mobiles :• Téléchargement et streaming sur Internet• Multimédia sur mobile et jeux vidéo• Radio numérique• Télévision HD-TV

• Remarques• Contrairement aux MPEG-1 et 2, possibilité de

représenter des• Objets naturels : films ou photos• Objets synthétiques : objets virtuels 2D et 3D

• Utilisation dans le mode :• Réalité virtuelle• Réalité augmentée


89

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format h264 ou MPEG-4 part 10 AVC = MP4(Advanced Video Coding)• Propriétés principales

• Extension : .mp4, .avi• Développé par : Joint Video Team (JVT)

• Video Coding Experts Group (VCEG) > h264• Moving Picture Experts Group (MPEG) > MPEG-4 AVC

• Format propriétaire et ouvert

• Avantages• Codec adapté à une très grande variété

de réseaux et de systèmes• Diffusion de la TV, stockage HD DVD et Blu-Ray,

streaming RTP/IP, téléphonie propres à l’IUT-T (VCEG).

• Lisible sur les plates-formes les plus courantes(Linux, MacOS, Windows, Solaris, etc.)


90

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format h264 ou MP4 (Advanced Video Coding)• Nouvelles fonctionnalités

• Amélioration de la compensation de mouvement• Gain en taux de compression• Description plus précise des zones en mouvement

• Filtrage anti-bloc• Réduire les artefacts du codage par macrobloc et

de la compression JPEG

• Amélioration de la compression JPEG• Gain en taux de compression• Codage adaptatif


91

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

• Format h264 ou MP4 (Advanced Video Coding)• Nouvelles fonctionnalités

• Tranches de commutation (SP et SI)• Favorise l’insertion au sein d’un flux entrant en se

synchronisant avec les images présentes• Permet le streaming vidéo à débit variable

• Améliorer la résistance aux erreurs et aux pertes• Réordonnancement flexible des macroblocs• Tranches redondantes


92

Format

• ASF

• WMV

• Flash Vidéo

• MOV

• RM

• MPEG

• H264 / MP4

Chapitre 2

• Permettent de référence depuis un serveur Web une séquence vidéo servie par un serveur de streaming

• Concept utilisé par• Windows Media avec les fichiers :

• .ASX pour le format .ASF• .WMX, .WAX et .WVX pour les formats .WMV et .WMA

• RealVideo avec les fichiers .RPM et .RAM

• Possibilité analogue avec MPEG-4, avec l’introduction d’URLau sein d’un fichier MPEG-4

Fichiers d’indirection

94

• ASX : fichiers d’indirection pour ASF• Petit fichier textuel qui donne toutes les

informations nécessaires au « player » pour seconnecter au serveur de flux et jouer une séquence

• Fichier du type XML décrivant un ou plusieurséléments de contenu• <ASX> élément décrivant le contenu• <Entry> élément pour chaque partie du contenu

• Défini des meta-données pour la séquence• Titre, description, auteur, copyright• Début, fin et durée par entrée• Prévisualisation

• Combine le contenu distant, local, à la demandeet en temps réel


95

Format

• ASX

• WMX

WAX

WVX

• RPM

RAM

• ASX : fichiers d’indirection pour ASF• Exemple


96

Format

• ASX

• WMX

WAX

WVX

• RPM

RAM

<ASX version = “3.0”><ABSTRACT>Ce texte apparaîtra en popup et dans la boîte des propriétés

du fichier</ABSTRACT><TITLE>Le titre de la séquence</TITLE><AUTHOR>Le nom de l’auteur</AUTHOR><COPYRIGHT>Information de copyright</COPYRIGHT><MoreInfo href = http://...><Entry>

<Ref href = “mms://.../fichier1.asf” /><ABSTRACT>Résumé du clip n°1.</ABSTRACT>

</Entry><Entry>

<Ref href = “mms://.../fichier2.asf” /><Ref href = “http://.../fichier2.asf” /><ABSTRACT>Résumé du clip n°2.</ABSTRACT><TITLE>Titre du clip n°2.</TITLE>

</Entry></ASX>

• WMX / WVX / WAX : fichiers d’indirection pourWMV et WMA• Windows Media Audio Redirector (.wax) :

• métafichiers Windows Media pour des fichiers audio Windows Media (.wma)

• Windows Media Video Redirector (.wvx) :• métafichiers Windows Media pour

des fichiers vidéo Windows Media (.wmv)

• Windows Media Redirector (.wmx) :• étafichiers Windows Media pour

des fichiers audio Windows Media (.wma), vidéo Windows Media (.wmv) ou les deux.


97

Format

• ASX

• WMX

WAX

WVX

• RPM

RAM

• RPM / RAM : fichiers d’indirection pour RM / RA• Petit fichier textuel qui donne toutes les

informations nécessaires au « player » pour se connecter au serveur de fluxet jouer une séquence

• Ces fichiers d’indirection permettent d’ouvrir :• Un flux audio RA• Un flux audio-visuel RM

• Exemple :


98

Format

• ASX / WMX

• RPM / RAM

# Commentrtsp://adresseIP/…/fichier1.rmrtsp://adresseIP/…/fichier2.rm?rpcontextheight=250&rpcontext

width=280&rpcontexturl="http://adresseIP/…/info2.html"

Chapitre 3

• Il est souvent nécessaire de protéger les fichiers audio-vidéo

• des erreurs de transmission

• de la réception d’information privée

• de l’utilisation illégale

Systèmes de protection

100

• Protection contre les erreurs de transmission• Indépendamment des supports de

communication et des techniques detransmission utilisés, des perturbationsvont se produire entraînant des erreurs.

• Ainsi, la suite binaire reçue ne serapas identique à la suite émise : lefichier audio-vidéo risque d’être illisible

• Mise en œuvre de techniques deprotection contre les erreurs detransmission

1. Détection des erreurs2. Correction des erreurs


101

• Protection contre les erreurs de transmission• Détection des erreurs de transmission :

• Un serveur transmet un fluxaudio-vidéo à un client

1. Le serveur transforme le flux à l’aide d’un procédé de calcul spécifique qui génère une certaine redondance des informations ausein du flux.

2. Le serveur rajoute des informationspermettant d’identifier le contenudu flux.

• Le client vérifie à l’aide du mêmeprocédé de calcul que le flux reçuest sans erreur.


102

• Protection contre les erreurs de transmission• Exemple :

• la technique de détection parrépétition

• L’utilisation d’un code deredondances : polynomial, cyclique…

• NB : certaines erreurs sontindétectables !


103

• Protection de l’information confidentielle• L'utilisation des moyens de cryptologie est donc nécessaire

pour favoriser à la fois : • Rendre le contenu illisible pour autrui• La protection de la vie privée ou des données privées, • Le développement d'échanges commerciaux ou financiers sécurisés, • La sécurité des systèmes d'information.

• 3 types de cryptographie (ou chiffrement)• Chiffrement simple ou par subtitution > protection faible

• Avantage : simple

• Inconvénient : facilement cassable


104

• Protection de l’information confidentielle• 3 types de cryptographie (ou chiffrement)

• Chiffrement symétrique > protection moyenne

• Avantage : utilisation d’une même clé pour crypter et décrypter

• Inconvénient : vulnérable si la clé est interceptée


105

• Protection de l’information confidentielle• 3 types de cryptographie (ou chiffrement)

• Chiffrement asymétrique > protection forte

• Avantage : utilisation d’une clé privée (secrète) et une clé publique

• Inconvénient : algo-rithmes souvent complexes et lent


106

• Protection de l’information confidentielle• Signature

• Permettent audestinataire devérifier l’authenticité,l’origine, etl’exactitude desdonnées reçues


107

• Protection contre l’utilisation illégale : DRM• Objectif :

• contrôler par des mesures techniques de protection l'utilisation qui est faite des œuvresnumériques

• Solution de protection :• Les mesures techniques reposent nécessai-

rement sur un chiffrement des œuvres > cryptographie.

• La société proposant ce chiffrement ne confiera la clé dedécodage à un produit qu'en l'échange de la certitude que ceproduit contrôle effectivement l'usage qui est fait des œuvres.

• Utilisation de licence payante• Identification d’un PC à distance (certificat + signature numérique)

• Formats audio-vidéo proposant la DRM• WMV / WMA / ASF : Microsoft• M4V / M4P : Apple iPod Video


108

LP ATC/CA 2010-2011 -...

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