Television Et Video Sur IP Pg3

8/2/2019 Television Et Video Sur IP Pg3

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Tlvision et vido sur IPTlvision et vido sur IP

IP est un protocole de transport de donnes, rendu plus clbre parce quau cur des

technologies dInternet, mais communment utilis aujourd 'hui dans de nombreux domaines,

sur les rseaux informatiques ou tlphoniques ou pour la distribution de programmes de

tlvision... Sous le titre un peu gnral donn ce document, tlvision et vido sur IP ,

on se doit de distinguer deux concepts diffrents qui bien que sappuyant tous les deux sur le

protocole IP, sur les technologies ADSL (principalement) et sur un rseau de distribution final

filaire en paire torsade, prsentent des caractristiques et des finalits bien diffrentes.

Le premier (baptis vido sur Internet et que l'on retrouvera parfois dans la

littrature spcialise sous l'acronyme de VIDEOoIP pour vido sur IP) est effectivement

directement li Internet et est capable doffrir des images vido lautre bout du monde

mais avec une qualit qui peut tre trs variable en fonction du lieu, du moment et de la

mthode utilise. Les rseaux de transport et de diffusion sont ceux d'Internet. Ils ne sont pas

ddis et donc sujets toutes sortes d'alas (pertes de donnes, congestion de routeurs...) qui

peuvent affecter la qualit des images vido. Le terminal de rception est lordinateur. La voie

tlvision via internet (WebTV) a bien t tente. Elle a suscit de nombreux espoirs et

diffrentes tentatives il y a quelques annes, mais cette formule na gure survcu ( une

exception prs aujourd'hui, on le verra). Le principe de la vido la demande (en anglais

VOD pour Video On Demand) semble par contre bnficier de plus de succs aujourd'hui en

raison notamment de la meilleure qualit des images.

Le second concept (qui sera tudi dans ce document sous l'tiquette tlvision sur

ADSL et que l'on retrouvera parfois sous l'acronyme TVoDSL) permet la diffusion de

bouquets de programmes de tlvision, et est comparable dans son esprit, dans ses contenus et

MSH Paris nord Plate-forme Arts, Sciences, Technologies Philippe GASSER Avril 2006 1 / 64


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sensiblement (??) dans la qualit des images aux modes de diffusion des programmes

tlviss que nous connaissons par ailleurs (satellite, rseaux cbls urbains, TNT...). Les

rseaux d'acheminement de ces programmes sont ddis ou protgs (physiquement par des

cblages spars ou logiquement par l'utilisation de technologies rseaux qui permettent la

ralisation de chemins virtuels, qui intgrent des fonctionnalits de qualit de service, de

priorit...). Le terminal de visualisation est le tlviseur via un set top box, du moins dans un

premier temps. Les programmes sont ceux qui sont proposs par le fournisseur desservant la

zone gographique concerne. Compte tenu des possibilits de transferts bi-directionnels de la

ligne tlphonique, des services enrichis (vido la demande, PVR...) sont ici galement

possibles, ce qui nest pas le cas pour les moyens de diffusion tlvisuels traditionnels.


Diffusion vido et programmes tlviss : comparaison entre la diffusion traditionnelle et les possibilits offertes par lestechnologies ADSL (schma volontairement limit ce type d'accs et ne prenant donc pas en compte les autrestechnologies de connexion Internet). Compte tenu des derniers dveloppements raliss autour des nouveaux botiersproposs par certains oprateurs ADSL, la frontire entre le tlviseur et l'ordinateur n'est plus aussi nette que sur ceschma. Aujourd'hui, il devient possible de visualiser sur le tlviseur les contenus qui ont t stocks sur l'ordinateur etvice-versa, de regarder les programmes tlviss diffuss par ADSL sur l'cran de l'ordinateur.


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Lobjectif de ce document est de prsenter et de dtailler les deux concepts voqus,

la vido sur Internet d'une part, la tlvision sur ADSL d'autre part et de prsenter les offres du

march franais.

Table des matires

A-La vido sur Internet .......................................................................................................... 5

A.1-Vido et Internet : la problmatique.......................................................................... 5A.1.1-Les exigences de la vido ...................................................................................... 5

A.1.2-le rappel des spcificits dinternet........................................................................ 6

a- tous les chemins mnent Rome ......................................................................... 6

b-un dcoupage en paquets........................................................................................... 7c-des dbits fluctuants et parfois rduits.......................................................................8

d-des accs htrognes :.............................................................................................. 9

A.2-Diffuser de la vido sur Internet : les deux solutions..............................................14

A.3-S'affranchir des dfauts d'Internet.......................................................................... 16A.3.1-les protocoles........................................................................................................16

a-Des protocoles spcifiques :.....................................................................................16

b-Hirarchie et encapsulation : .................................................................................. 19

A.3.2-le buffering ......................................................................................................20

A.3.3- Sure stream , Intelligent stream ..................................................................21

A.3.4-unicast ou multicast..............................................................................................22

a-Unicast :................................................................................................................... 22

b-Multicast..................................................................................................................23A.3.5- Stocker plus prs :............................................................................................... 24

A.4-Rduire les dbits de la vido.................................................................................... 25A.4.1-Les principes gnraux :.......................................................................................25

A.4.2-Quelques technologies :........................................................................................26

a-La DCT (Discrete Cosine Transform) .................................................................... 26

b-La transformation par ondelettes............................................................................. 28

c-Les fractales............................................................................................................. 29

A.5-Les formats de lecture................................................................................................30a-Windows Media de Microsoft................................................................................. 32

b-Real System............................................................................................................. 33

c-Quick Time :............................................................................................................33d-La vido avec Flash................................................................................................. 34

e-DivX.........................................................................................................................35

A.6-La VOD :.....................................................................................................................36

A.7-Se connecter Internet via l'ADSL : .......................................................................40A.7.1-La boucle locale :..................................................................................................40



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A.7.2-Le dgroupage : ................................................................................................... 40A.7.3-Les lments de base dune connexion Internet via lADSL :............................. 41

B-La tlvision sur ADSL......................................................................................................43

B.1-Transmettre des images vido : une question de dbit .......................................... 44

B.1.1-L'encodage des images : une limitation la source..............................................45B.1.2-La norme de transport. .........................................................................................46B.1.3-MPEG-4................................................................................................................48

B.1.4-Vers la haute dfinition ........................................................................................48

B.2-Architecture de la chane de diffusion :................................................................... 49B.2.1-Les rseaux de transport grande distance :........................................................... 49

a-La collecte des programmes : ..................................................................................49

b-Des rseaux en fibre optique....................................................................................50

c-Des protocoles pour le transport des donnes..........................................................51

B.2.2-La distribution sur la boucle locale :.....................................................................54

B.2.3-La VOD (Video on demand)................................................................................ 57

B.3-Les offres commerciales de tlvision sur ADSL en avril 2006 :........................... 58B.3.1-Les Offres :........................................................................................................... 58

B.3.2-Botiers et infrastructure chez l'usager..................................................................59B.3.3-Les dernires innovations, venues ou annonces..................................................61

a-Disque dur interne : .................................................................................................61

b-Les botiers deviennent les media centers du foyer :......................................... 62

c-la visiophonie...........................................................................................................63

d-adaptateur TNT intgr............................................................................................63

e-l'arrive de MPEG-4, de la haute dfinition.............................................................63



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A- La vido sur Internet

A.1- Vido et Internet : la problmatique

La diffusion de programmes de radio et de tlvision sur Internet est trs certainement

l'un des enjeux majeurs de ce dbut de sicle. Le concept est n aux USA dans la premire

moiti des annes 90.

Internet na pourtant pas t conu lorigine pour la vido. De prime abord, ses

caractristiques pourraient mme paratre inconciliables avec les exigences de ce mdia : les

accs et les rseaux sont divers et htrognes, les dbits y sont essentiellement variables et

pas toujours suffisamment levs, alors que la vido exige par nature un flux important,

continu et rgulier. Il n'en est rien.

La vido sur Internet na pas encore acquis ses lettres de noblesse, loin sen faut, mais

des progrs significatifs ont t atteints ces dernires annes. Des technologies spcifiques ont

t dveloppes et aujourdhui ce march est en pleine explosion mme si de nombreux

progrs restent encore faire pour amliorer la qualit des images. Le temps o lon

comparait les images vido des vignettes ou des timbres postes anims pour caractriser

les dimensions rduites et la qualit trs appauvrie des images est aujourdhui rvolu. Les

progrs technologiques raliss au niveau du traitement des donnes (les micro-ordinateurs

sont plus rapides et plus puissants, les algorithmes dencodage et les logiciels de lecture sont

plus performants), le dveloppement plus grande chelle des accs hauts dbits sont les

lments dterminants de cette volution.

A.1.1- Les exigences de la vido

Comparativement aux fichiers textes, les fichiers vido sont volumineux et exigent

des dbits importants. Si on se rfre la tlvision numrique classique (TPS ou Canal

Satellite) qui utilise la norme de compression MPEG-2, on estimait il y a encore quelques



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annes quil fallait en moyenne un dbit constant de 5 ou 6 Mb/s pour obtenir une image

numrique comparable une image analogique composite en Pal ou en Secam, et 9 10 Mb/s

pour atteindre la qualit studio CCIR 601. Les techniques de compression et dencodage

voluant, on estime aujourdhui qu qualit dimage gale, le dbit ncessaire t divis par

trois entre 1996 et aujourdhui. Des progrs sont assurs. MPEG-4 est une technologie toute

rcente et prometteuse et sera donc sujette, l'instar de ce qui c'est droul pour MPEG-2,

de nombreuses amliorations au fil du temps. On dit souvent que MPEG-4 AVC peut apporter

(dans certains cas) un gain de 50 % en terme de dbit par rapport MPEG-2 1. Les codecs

utiliss pour la vido sont en volution permanente et les algorithmes dencodage toujours

plus performants. Compte tenu de ces volutions, MPEG 4 AVC apparat aujourd'hui comme

l'une des solutions du futur pour la diffusion de la tlvision sur les rseaux IP avec des dbits

qui pourraient bien tre de lordre de 1,5 Mb/s dici quelques annes, chiffre tout fait

compatible avec les accs hauts dbits (rseaux cbls, ADSL) proposs par les fournisseurs

d'accs Internet. Mais nous n'en sommes pas encore l ! Les dbits ncessaires aujourd'hui

sont encore trop importants pour permettre Internet d'assurer la diffusion de programmes de

tlvision avec une qualit suffisante.

A.1.2- le rappel des spcificits dinternet

Ces notions de dbits, indissociables du concept de qualit, sont la premire pierre

d'achoppement de la tlvision sur Internet. La seconde se situe au niveau mme des

caractristiques d'Internet.

a- tous les chemins mnent Rome

Internet est n aux USA au moment de la guerre froide. C'est un rseau dont le

concept d'acheminement des messages a t marqu l'origine par des proccupations

militaires. L'ide qui a prvalu au moment de sa naissance tait que les informations devaient pouvoir tre achemines quelles que soient les destructions opres sur les rseaux de

transmission. D'o l'ide de raliser un support de communication comprenant un maillage

trs serr et de multiples imbrications de tous les rseaux entre eux : il existait ainsi plusieurs

chemins pour aller dun point un autre et si l'un d'entre eux tait coup, les donnes

pouvaient automatiquement en prendre un autre.

1

Voir les notes techniques consacres aux technologies MPEG sur ce mme site.



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Aujourd'hui, Internet est un vaste rseau n du regroupement l'chelle mondiale d'une

multitudes de rseaux aux caractristiques trs variables, mais la philosophie gnrale qui

prvalait l'origine a t conserv. Du fait de ce maillage important, ce rseau offre une

grande souplesse de fonctionnement.

b- un dcoupage en paquets

Les donnes numriques sur un rseau IP sont dcoupes en paquets. Ces paquets

circulent sur Internet totalement indpendamment les uns des autres. Ils peuvent, en toute

autonomie, prendre des itinraires diffrents (en plus des donnes utiles , chacun dentre

eux intgre une entte contenant diffrentes informations, notamment ladresse IP darrive).

Ces paquets peuvent parvenir destination avec des carts variables, tre en retard

(bloqus dans un routeur) et pas ncessairement dans le bon ordre, voire tre purement et

simplement limins, leur dure de vie ayant expire. Sur le plan qualitatif, les problmes de

transit voqus peuvent se matrialiser lcran par une dgradation des images (apparition


Le maillage important d'Internet : pour les donnes, de multiples chemins sont possiblesentre l'ordinateur de l'utilisateur et le site Web demand.

Sur Internet comme sur de nombreux rseaux informatiques, les donnes sont"dcoupes" en paquets.


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dartefacts) voire leur gel ou leur disparition complte. Des technologies particulires et des

protocoles spcifiques ont t dveloppes pour adapter les rseaux IP au contraintes du

transport des donnes vido et audio en temps rel.

Sur un rseau IP, les donnes sont dcoupes en paquets. Lentte contient desinformations pour le routage, notamment ladresse IP du poste expditeur etcelle du poste destinataire.

c- des dbits fluctuants et parfois rduits

Les lignes utilises pour les transferts lis Internet sont parcourues par des flux

divers et varis, leurs capacits en terme de bande passante doivent tre partages en

permanence entre de nombreuses applications Le dbit possible (et donc la qualit de la

transmission) dpend directement de la charge du rseau un moment donn et peut donc tre

trs variable. D'un instant l'autre, en fonction des conditions de trafic, du moment de la

journe ou de l'encombrement des serveurs visits, le dbit peut instantanment varier entre

minimum et maximum et provoquer un ralentissement des performances.


Visualisation des variations de dbits la lecture d'une squence vido (ici avec l'outil propos parRealNetworks sur son logiciel de lecture).


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Ces problmes de congestion ou de surcharge du trafic vont provoquer des retards et les dlais

dans lacheminement des donnes. A larrive, les carts temporels entre paquets ne sont pas

identiques ce quils taient au dpart (on appelle cela la gigue). On utilise souvent le terme

de "qualit de service" (QoS) pour caractriser laptitude dun rseau assurer la transmission

des donnes. La qualit de service "best effort" est celle qui est fournie traditionnellement par

l'Internet et correspond en fait une absence de qualit de service. Basiquement, la notion de

priorit nexiste pas, le rseau traite de faon identique tous les flux qui circulent chaque

instant, quel quen soit le contenu. Les dgradations (ralentissements, pertes) dues aux

ventuelles surcharges sont rparties galit entre tous. Le rseau "fait de son mieux" (best

effort) pour acheminer le plus efficacement possible la totalit des donnes, sans s'inquiter

des besoins spcifiques correspondant chacun des flux, et donc sans tablir de

diffrenciation entre les donnes audiovisuelles et les donnes informatiques .

d- des accs htrognes :

LADSL est aujourdhui en France la principale technologie pour l'accs Internet

haut dbit. Les annes 2004 et 2005 ont connu une hausse spectaculaire (+180%) du nombre

des abonns. Au 31 dcembre 2005, on comptait 9,5 millions dabonns au haut dbit (soit

plus de 80% du nombre des connects Internet) dont 8,9 millions par lADSL (chiffre

comparer aux 560 000 abonns au haut dbit par le cble et aux 5600 divers (satellite, fibre,

BLR). En quelques annes, lADSL est donc devenue, du moins en France, la solution

leader pour les accs Internet haut dbit. Cela est du l'excellente qualit des rseaux

tlphoniques jusqu' l'usager et aux faibles distances entre celui-ci et le central, une situation

radicalement diffrente des USA. Compte tenu de son importance, nous accorderons une

place spcifique sa description et ses dclinaisons possibles.

ADSL (Asymetric Digital Suscriber Line) :

L'ADSL est une technologie qui s'appuie sur le rseau tlphonique traditionnel. Elle nest que

lun des membres de la grande famille de normes DSL (Digital Suscriber Line ou Ligne

dabonn numrique). Ces technologies ne sappliquent pas sur tout le rseau de transmission

tlphonique, mais uniquement sur ce que lon appelle dans le jargon spcialis la boucle

locale, c'est--dire le dernier kilomtre du rseau tlphonique qui relie chaque abonn au

central tlphonique. Ces liaisons sont constitues par les simples paires de fils de cuivre du



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tlphone. Contrairement aux communications tlphoniques gres traditionnellement par

France Telecom et qui restent analogiques, cest bien de transfert de donnes numriques dont

il sagit ici. LADSL permet une connexion Internet permanente et indpendante de

lutilisation du tlphone analogique classique.

La bande passante dune ligne tlphonique constitue de deux fils en cuivre est de

plusieurs Mhz mais elle est trs variable en fonction de la distance. Jusqu l'avnement de

l'ADSL, les services de tlphonie de France Telecom nutilisaient que les frquences les plus

basses, infrieures 4 KHz. Les technologies ADSL exploitent les frquences suprieures,

jusqu 1,1MHz pour lADSL puis ensuite jusqu 2,2 MHz pour la norme ADSL2+ . Elles

sont rparties (hormis la bande rserve la tlphonie classique) en deux bandes distinctes :

la bande infrieure pour la voie montante (pour les donnes numriques mises par le client)

et la bande suprieure descendante beaucoup plus tendue et donc offrant un dbit plus

important.

Les dbits proposs par l'ADSL ne sont pas donc identiques dans les deux sens de

circulation do la lettre A signifiant Asymtrique dans lacronyme ADSL. Ils ne dpassent

pas 1 Mb/s dans le sens montant. Dans le sens descendant (c'est--dire vers lusager), ils sont

aux maximum de 8 Mb/s avec l'ADSL mais peuvent atteindre 25 Mb/s avec lADSL2+ qui a

t normalis il y a deux ans.


Spectre de frquences de l'ADSL


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Face ces valeurs somme toute importantes, tout optimiste excessif se doit d'tre

tempr. L'ADSL2+ ne peut pas tre propos l'ensemble de la population (outre le fait que

les quipements spcifiques dans les centraux doivent tre justifis par une population

suffisante) parce que ses performances dcroissent trs rapidement avec la distance. Avec

l'ADSL le dbit maximum thorique de 8 Mb/s ne pourra tre atteint que dans le secteur

proche du central tlphonique. A 2,5 km de distance, il ne sera plus que de 4 Mb/s environ.

Dautres lments intrinsques peuvent galement intervenir dans cette limitation : la qualit

la ligne, le diamtre des fils, les interfrences avec les fils voisins Avec l'ADSL2+, c'est le

mme problme. S'il autorise des dbits pouvant atteindre 25 Mb/s pour les abonns les plus

proches du central, ses performances dcroissent dautant plus rapidement avec la distance

que les frquences mises en jeux sont deux fois plus leves que pour lADSL classique : en

consquence, le gain en dbit apport par la nouvelle norme ne sera significatif que dans un

rayon de 2,5 km environ autour du central. Au del, le gain sera minime par rapport lADSL

classique, les clients les plus loigns ne percevront pas de diffrence.


L'ADSL2+ n'apporte un vritable "plus" que pour les abonns les plus prs du central.


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LADSL nest que lun des membres de la grande famille de normes DSL dont lesacronymes ne diffrent que par la premire lettre (d'o l'appellation de xDSL qui estparfois employ pour dsigner cette famille). Ces normes se diffrencient par lestechnologies de modulation utilises, par leurs performances en matire de dbit (etdonc de distance utile) dans un sens et dans lautre...Hormis lADSL, on distingue :

- le HDSL (High bit rate DSL) avec des dbits symtriques de 2 Mb/s environ surdeux paires de cuivre pour des distance ne dpassant pas 4 km,- le SDSL (Symmetric DSL) avec des dbits symtriques sensiblement identiquesmais sur une seule paire de cuivre,- le READSL (Reach Extended DSL) qui permet d'augmenter les distances utilesmais avec des dbits ne dpassant pas 512 kb/s,- le RADSL (Rate adaptative DSL)- le VDSL (Very high rate DSL) orient trs hauts dbits (plusieurs dizaines de Mb/sdans le sens descendant), mais avec des distances dpassant peine le kilomtre.Aujourdhui France Telecom teste le VDSL2 qui permet un dbit thorique de 100Mb/s symtrique !Toutes ces technologies ne sont pas encore proposes au grand public.

Les autres technologies d'accs :Le cble est une alternative lADSL, mais qui reste limite aux agglomrations

cbles. Initialement destins la diffusion des programmes de tlvision, en analogique dans

un premier temps puis en numrique aujourdhui, les rseaux cbls urbains permettent aussi

la transmission bilatrale de donnes haut dbit. Les offres commerciales des cblo-

oprateurs sont du mme ordre que pour lADSL (jusqu' environ 20 Mb/s dans le sens

descendant). Le dbit peut tre trs variable selon le nombre dutilisateurs simultans. Tout

comme pour l'ADSL, la connexion Internet est permanente.

Ces deux technologies phares ne permettent pas de couvrir la totalit du territoire

franais. Des solutions alternatives existent pour les zones plus dsertiques , hors

agglomrations cbles ou situes trop loin dun rpartiteur pour lADSL. Elles sappuient sur

le satellite, les ondes radio ou sur le rseau de distribution de llectricit mais elles restent

encore marginales par rapport lADSL ou le cble.

Largement utilis pour la tlvision, le satellite apporte une rponse pour la

transmission de donnes ou pour laccs individuel Internet avec des dbits qui pourraient

tre importants, mais qui sont gnralement limits commercialement quelques Mb/s pour

ce qui concerne les particuliers. Un quipement spcifique (carte de rception la norme

DVB) doit tre intgr au micro-ordinateur et tre reli une antenne parabolique extrieure.

Deux mthodes sont proposes pour la voie montante (requtes des utilisateurs). La premire

sappuie sur la ligne tlphonique classique par lintermdiaire dun modem. La seconde,

rserve aux professionnels (collectivits territoriales, entreprises) est plus onreuse et



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sappuie exclusivement sur le satellite : les liaisons sont alors bi-directionnelles, la parabole

est galement utilise en mission.

Le Wimax apportera galement une rponse, hertzienne en loccurrence (bande de 3,5

Ghz), pour saffranchir des derniers kilomtres en direction des utilisateurs. Cette technologie

radio, pas encore totalement stabilise sur le plan de la normalisation, prsente de nombreux

avantages : des liaisons de quelques dizaines de kilomtres, des dbits levs et

bidirectionnels, une installation facile, une antenne de dimension rduite... Les conseils

gnraux de l'Orne, du Calcados et de la Vende ont dj adopt cette technologie travers les

quipements qui sont proposs par l'oprateur franais Altitude Telecom (tarif pour le grand

public : 39 /mois pour un dbit de 1 Mb/s).

La troisime solution alternative sappuie sur le rseau lectrique. Lide de

superposer des signaux numriques au courant lectrique nest pas rcente mais elle trouve ici

une application nouvelle avec le dveloppement de lInternet. Si elle reste encore

exprimentale pour le cblage des agglomrations, elle est par contre totalement

oprationnelle lintrieur, en remplacement des rseaux filaires dtablissements. Plusieurs

dizaines de collges dans le dpartement de la Manche, 18 coles Nice ont t quips en

interne selon ce principe. En extrieur, la boucle locale lectrique autorise des dbits levs

(thoriquement plusieurs dizaines de Mb/s, pratiquement beaucoup moins) mais prsente

aussi des contraintes, notamment, en terme de distance utile puisque quelles ne peuvent pas

excder quelques centaines de mtres (300m) sauf installer des rpteurs (voir la note

technique Internet sur les fils lectriques ? consacr ce sujet sur ce mme site).

Ce tableau ne serait pas complet sans mentionner ces nouveaux oprateurs (Erenis

notamment) qui dploient de la fibre optique jusqu'au pied mme des immeubles de Paris

(technologie dite FTH pourFiber To The Home). La distribution au sein des btiments est

ensuite assure en utilisant la technologie VDSL. Cet oprateur propose des forfaits pour

l'accs Internet et la tlphonie illimite avec des dbits compris entre 15 Mb/s (29,90 (pourles particuliers) et 60 Mb/s (70). Ces offres sont aujourd'hui disponible sur 25 000 logements

dans la capitale et Asnires.



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A.2- Diffuser de la vido sur Internet : les deux solutions

Pour diffuser de la vido sur Internet, deux solutions sont possibles. Compte tenu des

capacits encore limites d'Internet qui ne permet pas des diffusions avec une qualit

suffisante, il faut, soit rduire le dbit (et donc la qualit) des squences vido en conservant

le temps rel, soit saffranchir de la diffusion en temps rel.

La premire solution, radicale, consiste rduire la quantit d'information

transmise - c'est dire diminuer la qualit des images et/ou leur frquence - proportion du

dbit numrique maximum permis par le ou les rseaux d'accs qui seront utiliss. On parle de

streaming (lecture vido en continu). La seconde, plus riche de possibilits, consiste

s'affranchir du temps rel et met en uvre des techniques de tlchargement. En fait, on trichesoit sur la qualit, soit sur le temps.

Dans le premier cas, la rduction de dbit va seffectuer en diminuant le "poids" des

images : taux de compression plus importants, rduction des dimensions des fentres. La

cadence des images pourra tre infrieure celle qui permet d'assurer une restitution fluide du

mouvement (25 images par seconde traditionnellement pour la tlvision). Dans ce scnario,

l'image s'affiche au fur et mesure de la rception et sa qualit est directement tributaire de la

plus ou moins bonne rception (l'tat d'encombrement du rseau) et assujettie la remise en

ordre des paquets d'information. Dans les cas les moins favorables, lorsque les conditions de

transmission sur le rseau se dtriorent et sont telles que le dbit devient insuffisant, l'image

peut mme se "geler". La qualit est certes dgrade par rapport une image de tlvision,

mais elle seffectue en temps rel. Les dimensions des images sont rduites (et ne sont en

aucun cas en plein cran).

La deuxime famille de solutions part dune approche inverse par rapport la

prcdente, et joue du temps au lieu de tricher sur la qualit. Elle repose sur le principe du

tlchargement pralable et se droule en deux tapes. Pralablement au visionnement, la

totalit des donnes vido sont dabord rapatries sur le disque dur du terminal utilisateur.

Une fois les donnes stockes, l'ordinateur peut alors lire la squence vido tout en conservant

la cadence requise garantissant de ce fait une qualit constante et bien suprieure la mthode

prcdente. Dans certains cas, il est possible de commencer lire le fichier avant quil ne soit

compltement tlcharg (Progressive Streaming) du moins pour ce qui concerne les donnes

dj tlcharges et la condition bien sr, que l'opration de tlchargement ne soit pas



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moins rapide que la lecture. La qualit des images reste optimale car contrairement la

mthode prcdente, elle nest pas altre par les conditions de transfert sur le rseau. La

qualit finale ne dpend plus du rseau, mais de la machine lectrice. La dure du

tlchargement peut par contre tre trs variable et mme parfois trs longue car elle dpend

du mode daccs utilis, de la taille du fichier (plus la qualit sera grande, plus le fichier sera

volumineux) et des conditions de trafic sur Internet. On peut, bien entendu, jouer sur la taille

des fichiers et donc sur la qualit des vidos en utilisant les encodeurs propres au streaming et

en adaptant les paramtres dencodage (taille des images, choix du dbit, choix des codecs).

Des images en plein cran sont tout fait possibles et c'est d'ailleurs ce qui est propos sur

les sites offrant des services de vido la demande.

Chacune des deux mthodes a ses avantages et ses inconvnients : transmission en temps rel

mais qualit rduite des images pour l'un, dure plus importante du transfert mais bonne

qualit pour l'autre. Les diffrences entre streaming et tlchargement s'valuent galement en

terme de dimensionnement des flux, de serveurs spcifiques ou non, et de type de fichiers. Si

le streaming s'appuie sur des formats particuliers (voir chapitre A5), il n'en n'est pas de mme

pour le tlchargement qui peut tre ralis pour tout type de fichier (pour la vido, AVI,

Divx, MPEG-2, MPEG-4... et d'autres).

Par ailleurs, le streaming soulve des difficults sur les rseaux internes d'tablissements

quips de firewalls.

Comparatif entre les deux solutions

Tlchargement Streaming

Diffusion en diffr oui oui

Diffusion en direct non oui

Lecture simultane oui oui

Protocoles de transfert Sans pertes Pertes possibles mais plus rapide

Passage des fire-walls oui Adaptation ncessaire

Serveur Classique Spcifique

Si le tlchargement de fichiers (qu'ils contiennent ou non des donnes vido) est une

opration courante en informatique, le streaming, en revanche a ncessit le dveloppement de

technologies particulires : protocoles de transmission des donnes, algorithmes de

compression des images vido... Ces points sont dvelopps dans les chapitres suivants.



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A.3- S'affranchir des dfauts d'Internet

A.3.1- les protocoles

Conu lorigine pour des applications qui ntaient pas multimdia, Internet repose la base sur deux protocoles IP et TCP. Le protocole IP assure lacheminement des paquets de

point en point, jusquau terminal final mais sans se proccuper du contenu. Il ne gre pas les

pertes et les retards. Ce protocole simple mais peu fiable est complt par le protocole TCP

qui assure la fiabilit de la transmission en demandant la r-mission des paquets perdus ou

dtruits. Du fait de cette procdure de r-mission, TCP est un protocole lent. Cette fiabilit

qui est un atout pour la transmission de fichiers informatiques devient, du fait de cette

relative lenteur, un handicap pour la transmission de la vido et de laudio : lors d'une

diffusion en temps rel, il est difficile d'attendre que tous les paquets perdus ou dtruits soient

rexpdis !

a- Des protocoles spcifiques :

Pour compenser la lenteur de TCP, on a ainsi cr le protocole UDP (User Datagram

Protocol). C'est un protocole simplifi lextrme, qui fonctionne au fil de leau sans

contrle des erreurs, sans remise en ordre des paquets l'arrive, sans r-mission des donnes

perdues et sans procdure dacquittement. Il ne garantit donc pas la bonne transmission des

flux, et constitue donc un service de transport non fiable, expos des altrations, des pertes

ou des squencements incorrects mais prsente lavantage dtre beaucoup plus rapide que

TCP permettant des processus temps rel de multidiffusion ou de streaming

Au cours dune mme session, les deux protocoles TCP et UDP peuvent tre

simultanment utiliss conjointement avec IP en fonction des caractristiques des donnes

transmettre : TCP pour les donnes ne souffrant aucune perte (textes, tableaux) et UDP

pour la transmission des signaux audios et vidos pour lesquels une transmission en temps

rel est exige mais o des pertes peuvent tre tolres.

Ces protocoles majeurs ont t complts par des protocoles spcifiques et par des

mcanismes particuliers destins optimiser la transmission des donnes audiovisuelles.

Le protocole RTP (Real-time Transport Protocol) contrle les flux vido et audio dans

les applications en temps rel. Il assure la numrotation des squences, ajoute une rfrence



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temporelle (timestamp) qui indique linstant exact dmission du paquet la source

permettant ainsi larrive de replacer les paquets dans le bon ordre, et de rtablir la rgularit

temporelle (RTP permet ainsi dassurer un jitter infrieur 40 ms). Les en-ttes RTP

indiquent galement la nature du codage audio ou vido.

Loptimisation de la qualit des transmissions passe galement par limplmentation

de mcanismes spcifiques au niveau des applications terminales et des lments

intermdiaires du rseau (les routeurs).

Une premire tape est dadapter en temps rel le dbit de la vido en fonction des

capacits instantanes du rseau (et donc dassurer une qualit des images aussi optimale que

possible). Cette adaptation repose sur les changes qui sont tablis intervalles rguliers entre

les organes terminaux et qui sappuient sur les protocoles RTP et RTCP (Real-time Transport

Control Protocol). En fonction des compte-rendus de rception mis par le terminal, la

station mettrice modifie les paramtres de diffusion des donnes vido et /ou audio. La

qualit de la restitution va ainsi diminuer lgrement lorsque le dbit sur le rseau devient

plus faible (pour les images vido, la dfinition sera un peu moins bonne, la fluidit moins

soutenue, pour laudio, la bande passante sera plus rduite) et vice-versa. Dans un rseau

provisoirement congestionn, il est sans doute prfrable dafficher des images avec une

qualit amoindrie (plus fortement compresses, elles ncessitent un dbit plus faible) mais

partiellement exemptes de dfauts de transmission (peu de pertes de paquets, jitter faible) que

des images de meilleure facture (moins compresses, donc avec un dbit plus lev) mais qui

prsenteraient, compte tenu de la saturation du rseau, des taux de pertes et de jitter

importants, de nombreux artefacts, voire un gel complet.

Les deux protocoles RTP et RTCP nont donc pas pour mission dagir sur les

quipements constitutifs du rseau. Dans cette qute pour loptimisation des transmissions,une deuxime tape est dintervenir sur tous les lments intermdiaires. Le transfert des

paquets de donnes sur le rseau peut tre amlior :

soit en balisant le chemin et en rservant de la bande passante : la rservation de

ressources stablit via le protocole de rservation RSVP (Ressource reSerVation

Protocol). Ces rservations sont demandes par le rcepteur et adresses

priodiquement aux diffrents routeurs.



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soit en affectant des priorits aux paquets contenant des donnes sensibles : les

donnes audio et vido sont rendues prioritaires par rapport aux autres donnes lorsque

des congestions se produisent sur des routeurs.

Ce panorama ne serait pas complet sans mentionner galement le protocole RTSP,

sorte de tlcommande rseau des serveurs multimdia, qui permet de disposer de

fonctionnalits analogues celles dun magntoscope virtuel.


Quelques protocoles utiliss pour diffuser de la vido sur Internet. Onutilise parfois les termes de piles de protocoles (protocol stack) pourqualifier cet arrangement vertical des fonctions.

Exemple d'utilisation des protocoles pour une diffusion vido


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b- Hirarchie et encapsulation :

On l'a dj mentionn, sur un rseau IP, les donnes utiles ne circulent pas en un flot

continu sur le rseau mais sont dcoupes en paquets. A chacun dentre eux est affect une

entte (header en anglais) qui contient des informations pour le service.

Le traitement de linformation est hirarchis sous la forme de couches fonctionnelles,

chacun dentre elles correspondant une fonctionnalit prcise (couche application, couche

transport, couche rseau) et donc un ou plusieurs protocoles spcifiques. Le modle OSI

adopt pour l'informatique comporte 7 couches. Lintrt de cette modlisation est, du fait de

la cration dinterfaces clairement dfinies entre chaque couche, de permettre de changer des

fonctions ou des protocoles dans une couche sans influer sur les autres.

Dans le cadre d'Internet, ce dcoupage a t rduit 4 couches seulement : applicatif,

transport, passerelle inter-rseau, accs rseau physique.

Concrtement, le flux dinformations transform en paquets est transmis de couche en

couche. Chacune dentre elles ajoute cependant ses propres informations de service aux

donnes utilisateurs correspondant aux divers protocoles utiliss. A la manire de poupes

russes sembotant les unes dans les autres, chaque paquet avec sa charge utile et son entte

devient la charge utile de la couche suivante et est complt par une entte (et aussi, le cas

chant, par des octets de fin). On utilise le terme dencapsulation.

La succession de nombreux protocoles, si elle rpond la ncessit damliorer la

transmission des donnes, a aussi pour consquence ngative un accroissement important des

donnes de service comparativement au volume des informations utiles et donc une

augmentation du volume total transmettre. Ces enttes successives contiennent des

informations qui sont, pour certaines, identiques dune entte lautre. Des techniques de



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compression ont t aussi labores pour allger le volume de ces enttes et permettre la

suppression de ces redondances lmission.

Encapsulations successives : ici dans le cadre d'une visioconfrence. Les donnes vido gnrespar un encodeur la norme H261, H263 ou H264 sont successivement portes par diffrentsprotocoles.

A.3.2- le bufferingA l'image du barrage de montagne qui se remplit plus ou moins rapidement en

fonction des priodes de l'anne mais qui se vide toujours rgulirement garantissant un dbit

constant dans la conduite qui mne aux turbines, le buffer est une mmoire tampon qui se

remplit un rythme trs variable en fonction des fluctuations de dbit sur le rseau mais qui

est simultanment lisible un rythme fixe. Son rle est donc de lisser les irrgularits de dbit

sur le rseau : les variations, les ralentissements, les pertes de paquets... ne seront pas perus

s'ils ne sont pas importants. Qu'une interruption de trop longue dure survienne, et le buffer a

le temps de se vider compltement. Dans ce cas, l'image se gle et la visualisation de la

squence vido cesse. La suite de la lecture est alors assujettie la reprise du trafic et

l'attente lie la re-buffrisation .

Cette notion de buffer, si elle prsente l'norme avantage de fluidifier l'affichage des

images, prsente toutefois l'inconvnient d'introduire un retard au dmarrage du

visionnement : toujours l'image du barrage, il faut attendre quelques secondes que le buffer

se remplisse avant de pouvoir commencer visualiser un flux vido (ceci est galement

visible lorsqu'on effectue un retour en arrire). Cet inconvnient est aujourd'hui minimis avec



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le dveloppement des accs internet haut dbit qui permettent d'utiliser l'excdent de

capacit du rseau par rapport au dbit rellement ncessaire au mdia diffuser pour

remplir ce buffer plus rapidement que le temps rel et donc de diminuer ce temps d'attente

(technologie Skip Protection de Apple pour Quick Time, Fast Start de Microsoft pour

Windows Media Player).

A.3.3- Sure stream , Intelligent stream

Comparativement toutes les autres techniques de diffusion audiovisuelles qui

s'appuient sur des canaux ddis, la plus grande difficult du streaming est de pouvoir dlivrer

un mdia audiovisuel dans un univers qui est particulirement instable et variable travers des

accs qui sont eux aussi htrognes. Afin de minimiser l'impact des variations de dbits et

optimiser autant que ce peut la qualit des images vido dlivres, des technologies

spcifiques ont t dveloppes, notamment par deux des acteurs principaux de ce march

(Real Networks avec SureStream . Microsoft avec Intelligent Streaming ).

Ces technologies sont sensiblement quivalentes et permettent un ajustement

priodique des caractristiques des flux vido mis en fonction de la bande passante

rellement disponible sur les rseaux. Elles s'appuient sur des communications bi-

directionnelles entre le serveur et le logiciel de lecture pour dterminer, lors de l'tablissement

de la communication puis priodiquement ensuite, l'tat exact des conditions de transfert en

terme de bande passante et de pertes de paquets. Si ces conditions changent, le serveur est

capable de modifier le dbit l'mission de faon offrir chaque internaute la meilleure

image possible compte tenu des caractristiques de son accs et de la bande passante

disponible l'instant donn. Ces oprations sont totalement transparentes pour l'utilisateur.


"Buffering" : une mmoire tampon pour lisser les irrgularits.


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C'est donc bien d'un suivi en temps rel des conditions de transit qu'il s'agit. L'ide

commune est l'intgration dans un unique fichier de toutes les donnes ncessaires aux

diffrentes gammes de dbits choisies (6 flux pour Real et 5 pour Microsoft technologie non

propose pour QuickTime). Les flux proposent le mme contenu mais l'encodage a t ralis

pour diffrents dbits. L'optimisation de la qualit des images en fonction des dbits pourra

tre ralise sur trois niveaux : spatial (la dimension des images), temporel (leur frquence) et

qualitatif (le taux de compression utilis, plus il sera important, plus l'image sera dgrade

mais plus le dbit sera faible). La bande passante alloue l'audio fera galement l'objet

d'oprations similaires. L'quilibre entre les deux composantes pourra tre variable en

fonction des dbits : par exemple, dans les conditions de dbits les plus dfavorables, on

diminuera fortement le rythme des images tout en veillant conserver le temps rel pour

l'audio.

A.3.4- unicast ou multicastAtteindre le maximum dusagers tout en vitant tout gchis de bande passante et par

l mme un encombrement des rseaux est un souci permanent pour tous les gestionnaires de

rseaux. Sur Internet, la diffusion en temps rel dune squence vido (streaming) peut tre

ralise suivant deux mthodes.

a- Unicast :

La diffusion unicast correspond au concept de la vido la demande : chaque

requte dun utilisateur unique correspond un flux vido spcifique qui est dlivr par le

serveur. Cest une technique de liaison de type point point. Au niveau du serveur et des axes

principaux de diffusion, il y aura sur le rseau autant de flux que de stations ayant envoy une

requte. Il est vident que si tous les utilisateurs visionnent simultanment le mme contenu


Distribution en unicast


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audiovisuel (transmission d'un vnement en direct), tous les flux sont identiques. Il y a dans

ce cas un gchis manifeste de bande passante. La bande passante totale disponible sur le

rseau est partage entre tous les utilisateurs. La majorit du trafic Internet aujourdhui est de

ce type. Avantage pour linternaute, il peut visualiser le contenu de son choix au moment de

son choix. A la manire dun magntoscope, toutes les formes dinteractivit sont possibles

(retour arrire, pause).

b- Multicast

Une autre approche appele multicast est de transmettre simultanment le mme

fichier tous les internautes qui le souhaitent. A loppos de la mthode prcdente o pour

1000 connects il fallait envoyer 1000 fois le mme fichier, avec le multicast, on nassure

quune seule mission du fichier vido. Le multicast sapparente plus la diffusion

tlvisuelle classique telle que nous la connaissons par ailleurs (hertzienne, par satellite). La

diffusion est ralise un instant donn, le mme pour tous, sans aucune interactivit

possible. Pour visualiser la squence, il suffit de se connecter au moment ad hoc une adresse

IP spcifique. Ce procd permet doptimiser la bande passante du rseau, puisque le serveur

ne gnre quun seul flux, qui est ensuite dupliqu si ncessaire au niveau de chacun des

nuds du rseau. La technologie multicast offre une optimisation maximum : un seul flux au

dpart du serveur, un seul flux par banche jusquaux terminaux utilisateurs. L'avantage est

vident : on conomise de la bande passante sur toutes les artres principales du rseau mme

si des milliers d'utilisateurs sont connects puisque lon ne rediffuse pas chaque fois toutes

les donnes. Le nombre de connects est indiffrent pour le serveur : il nmet quune seule

copie.

Cette mthode convient parfaitement lorsquil sagit de transmettre rgulirement des

informations un grand nombre dabonns (bourse, mto...), ou pour la diffusion


Distribution en multicast


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d'vnements en direct Les utilisateurs finaux nont pas le choix du moment o ils veulent

visionner la squence puisque le flux est unique et quil sera de toute faon mis l'horaire

prvu. Cette mthode ncessite des quipements spcifiques sur le rseau : tous les routeurs

doivent permettre le multicast, ce qui n'est pas le cas actuellement.

A.3.5- Stocker plus prs :Pour pallier les problmes de bande passante sur Internet, il a t aussi envisag de rapprocher

les donnes des utilisateurs, c' est dire de dporter et de dupliquer les informations sur des

serveurs cache rpartis dans la zone gographique couvrir. Plus il y aura de serveurs et

moins les risques de congestion seront grands. Ces quipements pourront tre aliments

par des rseaux ddis, indpendant d' Internet. Des technologies spcifiques doivent tre

mises en oeuvre pour assurer leur gestion : mise jour des documents stocks, aiguillage vers

dautres serveurs lorsque le serveur ne peut pas satisfaire une demande ou en fonction de

lencombrement du rseau Dans la littrature spcialise, on utilisera les termes de

Content Delivery Network (CDN) pour caractriser ce type d'infrastructure. La socit

AKAMAI, leader sur ce march, dispose de 18 000 serveurs rpartis dans 70 pays.


Stocker les donnes au plus prs des utilisateurs avec des serveurs cache.


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A.4- Rduire les dbits de la vidoOn l'a vu, de nombreuses technologies ont t dveloppes pour adapter Internet la

diffusion de la vido. Mais cela ne suffit encore pas. Dans l'tat actuel des techniques, il n'est

pas encore possible de proposer des programmes de tlvision avec la qualit et le format que

nous leurs connaissons par ailleurs. Les dbits ncessaires seraient bien trop importants pour

cela. En attendant le temps o cela deviendra possible, il est ncessaire, une fois de plus, de

s'adapter, et d'ajuster les flux vido et audio aux possibilits qui sont celles d''Internet

d'aujourd'hui. Plus concrtement, cela va donc signifier une rduction des dbits et par voie de

consquence une forte diminution de la qualit et des dimensions des images vido.

Nous n'voquerons ici que les principes gnraux de la compression, des textes plus

techniques sur ces technologies et plus prcisment sur MPEG tant proposs sur ce mme

site.

A.4.1- Les principes gnraux :Toutes les technologies de compression des images reposent sur le mme concept

gnral : pour compresser : il faut liminer !

Rduire le dbit signifie comprimer fortement le poids des images. Cela signifie diminuer la

taille des fentres de visualisation, abaisser la frquence des images. Cela signifie galement

rduire la qualit des images en exploitant :


Schma gnral d'une requte vers un serveur Web et de la diffusion de lasquence vido demande depuis un serveur de streaming.


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les redondances spatiales (intra-images) : une image seule contient beaucoup de

redondances, a fortiori si elle prsente des zones uniformes plus ou moins grandes,

c'est dire o il existe de fortes corrlations entre des pixels voisins. Inutile dans ces

cas de coder intgralement chacun de ces points.

les redondances temporelles (inter-images) : dans une squence vido, les images

successives sont pratiquement identiques, si ce n'est les points qui sont en mouvement.

On ne codera que ces dplacements.

les redondances subjectives (vision des dtails fins) : compresser, cest pondrer ce qui

est plus ou moins visible par lil et ne pas coder ce qui n'est pas visible.

Toutes ces techniques peuvent sajouter les unes aux autres pour parvenir au rsultat

attendu, rduire le dbit, et conserver autant que ce peut la qualit des images originales. Plus

les taux de compression sont importants, plus les dgradations sont perceptibles.

A.4.2- Quelques technologies :

Les technologies employes pour le traitement des redondances spatiales peuvent tre

diverses et varies, et leurs paramtres sont souvent tenus secrets de la part des industriels.Citons simplement pour information quelques unes des voies suivies.

a- La DCT (Discrete Cosine Transform)

Le traitement repose sur un dcoupage pralable de limage en blocs de 8 sur 8 pixels

puis une rduction des donnes en trois tapes successives :

- Une opration mathmatique : la transformation en cosinus discrte DCT (discrete

cosinus transform)

Pour permettre un codage plus efficace, cette opration mathmatique va raliser une

rorganisation de linformation au sein de chacun de ces blocs de 8 x 8, savoir une

transposition de limage depuis le domaine spatial vers le domaine frquentiel transformant

ainsi des chantillons damplitude en coefficients. Ces coefficients sont reprsentatifs de la

frquence des signaux vido et reprsentent donc la quantit de dtails. Ils sont classs en

ordre croissant dans la matrice de 8 colonnes sur 8 lignes, les valeurs situes en haut gauche

reprsentant les basses frquences de la transforme, les valeurs reprsentant les dtails fins



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(et donc les frquences les plus leves) tant placs lautre extrmit. Si limage comporte

peu de dtails (un ciel bleu par exemple) beaucoup de ces coefficients seront faibles voire

nuls.

- La quantification :

Ces coefficients sont ensuite quantifis, mais avec une prcision qui sera pondre en

fonction de la position des coefficients dans les blocs et donc de la finesse des

dtails (prcision dcroissante quand la frquence augmente). Pour la quantification des

grandes plages presque uniformes, on adoptera un codage avec une prcision maximum (on

affectera un plus grand nombre de bits) ce qui vitera lapparition de mplats ou deffets

de pixlisation dans les zones de limage originale qui comportaient de subtils dgrads pour

lesquels lil est particulirement sensible. Pour les dtails fins (les hautes frquences

spatiales), lil est beaucoup plus tolrant et il ny peroit pas les diffrences dintensit. Les

coefficients correspondant ces dtails pourront tre cods avec peu de bits. De nombreux

coefficients non significatifs verront aussi leur valeur ramene zro. Cela correspond

llimination pure et simple des dtails les plus fins de limage. Sur limage dcompresse, la

structure en forme de blocs peut redevenir visible lorsque les taux de compression sont

importants (ce dfaut est dailleurs appel effet de blocs).


La DCT repose sur un dcoupage de l'image en blocs (de 8 sur 8 pixels dansMPEG) sur lesquels on applique une opration mathmatique et unequantification slective.


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La quantification est une phase primordiale. A ce niveau, la rduction des donnes est

importante mais dfinitive : les informations supprimes sont irrmdiablement perdues.

- La lecture des donnes :

Les donnes sont ensuite lues et srialises. Des techniques de rduction des donnes,

directement issues du monde informatique sont ensuite appliques. Parmi elles, le codage

entropique qui exploite les frquences dapparition des coefficients. On repre les frquences

d'apparition de chaque caractre et on le recode en fonction de sa frquence d'occurrence. Un

caractre qui est souvent prsent sera reprsent par un code court, un caractre plus rare

pourra tre reprsent par un mot plus long.

La DCT est au centre des normes de compression MPEG-1, MPEG-2 et MPEG-4

Deux notes techniques dtailles sont consacres ces normes sur ce mme site.

b- La transformation par ondelettes

La compression par ondelettes nest pas nouvelle : elle a dj eu des applications

industrielles2 mais ses qualits ont t occultes jusqu' prsent par le succs de la DCT.

La technologie consiste dcomposer limage en sous-bandes, cest dire crer des

sries dimages de rsolutions infrieures. Elle repose sur une dcomposition frquentielle et

tablit une sparation entre les frquences les plus basses (les fonds continus) et les

frquences les plus hautes (les dtails fins, les contours) qui sont contenus dans limage. Cette

opration est ralise dans le sens vertical et dans le sens horizontal. Aprs un

sous-chantillonnage par deux, le rsultat est la cration de quatre sous-espaces : une

sous-image principale qui a une rsolution rduite (divise par deux par rapport limage

originale) et trois sous-espaces qui contiennent respectivement les diffrences hautes

frquences entre limage originale et la sous-image principale dans les trois directions

(horizontale, verticale et oblique). Cette sous-image principale reprsente donc une

approximation de limage dorigine (elle contient quatre fois moins dinformations). La

transformation par ondelettes peut de nouveau tre applique sur cette image et rpte autant

de fois que ncessaire. Si on applique toutes ces transformations dans le sens inverse, on

retrouvera limage dorigine. A ce stade, il ny a pas de pertes. Par contre, cela ne sera pas le

2 Analog Device avait prsent ds 1996 un circuit assurant la compression /dcompression dimages detlvision. En 1998, le franais VisioWave proposait galement une carte de compression de qualit broadcast en

temps rel.



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cas si on supprime les sous-images contenant les dtails les plus fins : plus on supprimera de

couches et plus limage finale verra sa dfinition rduite (mais galement, plus le poids du

fichier sera faible).

Les ondelettes excellent dans la compression dimages comportant des contours trs

marqus. Cette technologie a par exemple t employe par le FBI pour le traitement et

larchivage des empreintes digitales (taux de compression 15 : 1). Les ondelettes est applique

dans de nombreux produits, notamment pour les images fixes, dans les normes MPEG4 et

JPEG 2000.

c- Les fractales

Lalgorithme consiste reprer dans limage un nombre rduit dlments

significatifs qui une fois associs, rpts, agrandis, rduits ou orients permettront de

dcrire limage dans sa totalit. En effet une image contient gnralement un nombre

important dlments redondants quil nest pas utile de dcrire et de stocker plusieurs fois

do la diminution notable du poids du fichier correspondant. Les manipulations opres sur

ces lments de base sont ralises par des fonctions mathmatiques. Lopration est


Compression par ondelettes : chaque phase de lacompression produit une sous-image principale (dersolution rduite) et 3 sous-images ne contenant que lesdtails.


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symtrique, lassociation de ces lments de base et des oprations mathmatiques devant

permettre de reconstruire une image conforme celle dorigine. Certains objets naturels

prsentent des caractristiques de fractales. Un flocon de neige peut en tre un exemple car il

peut tre dcrit comme la multiple juxtaposition dune infinit de triangles. Il en est de mme

de la feuille de fougre qui prsente diffrents niveaux une homothtie interne.

Les ondelettes permettent des taux de compression trs importants et offrent pour un

dbit donn une meilleure qualit dimage que les deux autres technologies. Dans la mesure

o le codage concerne la globalit de limage et non pas des blocs de 8 sur 8 pixels, les

ondelettes sont moins sensibles aux erreurs de transmission. Les dfauts qui peuvent

apparatre provoquent une sensation de flou qui est moins visible et moins dsagrable lil

que lapparition des effets de blocs inhrents la DCT.

La technologie des ondelettes permet une dcompression progressive des images :

leur rsolution augmente au fur et mesure de la lecture du fichier dcompress, cest dire

au fur et mesure de la lecture par ordre dimportance de toutes les sous-images contenant les

dtails les plus fins. Cest galement lun des aspects intressants des ondelettes. Une mme

compression peut crer diffrentes couches de dtails avec diffrentes qualits. Ainsi lorsque

la bande passante disponible le permet, la qualit peut augmenter en utilisant de plus en plus

de couches dans limage.

La technologie des fractales prsente aussi des avantages. Citons notamment

labsence deffets de mosaque (pixlisation) lorsquon agrandit une image, cette opration ne

seffectuant pas par agrandissement des pixels, mais par calcul mathmatique.

A.5- Les formats de lecture

Pour lire de la vido en streaming sur Internet, il est ncessaire de disposer d'un

logiciel de lecture spcifique. Trois produits sont aujourd'hui disponibles gratuitement sur le

march : RealVideo (RealNetworks), Windows Media (Microsoft) et QuickTime (Apple). Ces

trois logiciels ont en commun de pouvoir lire des fichiers vido aussi bien aprs

tlchargement qu'en streaming (chacun avec ses propres restrictions, notamment en terme de

type de fichier).

Ces trois systmes concurrents se partagent le march, sont voisins dans leurs

fonctionnalits et dans leur fonctionnement, mais sont plus ou moins incompatibles entre eux.



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En terme de qualit d'images, les trois systmes sont proches, mme si des observateurs

mticuleux peuvent y trouver des diffrences notables. Chacun d'entre eux propose un pack

complet de logiciels couvrant toutes les phases de la chane : la production (l'encodage), la

distribution (serveurs) et la lecture finale sur l'ordinateur de l'usager. Pour cette dernire tape,

deux types de lecteurs sont gnralement disponibles : l'un basique mais gratuit, le second

payant mais plus complet. Tous les logiciels de lecture sont multi-plate-formes ce qui n'est pas

le cas pour les autres produits, serveurs et encodeurs. Ils peuvent fonctionner en totale

autonomie (en offrant la totalit de leurs fonctionnalits), ou tre directement intgrs dans

une page Web (leur interface peut se trouver parfois rduite au minimum, c'est dire la

fentre de visualisation seule ! ). Les autres logiciels (encodage, serveurs...) sont, suivant les

cas, gratuits ou payants, avec parfois des tarifs variables en fonction du nombre d'utilisateurs

(serveurs).

Pour lire de la vido en streaming sur Internet, il est ncessaire dedisposer d'un logiciel spcifique. Mais il ne faut pas confondre lelogiciel de lecture qui assure la gestion fonctionnelle de l'opration etle codec (contraction de COmpression DECompression) lentitlogicielle qui va assurer, dune part la compression ct productionsur lencodeur, et dautre part la dcompression ct utilisateur sur lelogiciel de lecture. A l'encodage, les compressions des donnes vidoset audios sont effectues sparment, avec des codecs diffrents.Pour un logiciel de lecture donn, il peut exister diffrents codecs. Ilssont optimiss pour telle ou telle caractristique, telle source coderou tel dbit, ou tel usage. Ils ont leurs dfauts et leurs avantages en

fonctions des technologies et des algorithmes sur lesquels ilssappuient. Ils ont t dvelopps par diffrentes socits : Intel,Radius, Iterated, Sorenson, Microsoft, ou RealLe mme codec doittre prsent aux deux extrmits de la chane (pour la compressiondans le logiciel encodeur, la restitution dans le logiciel de lecture)faute de quoi la lecture ne pourra pas seffectuer.

Chaque systme a dvelopp ses propres formats de fichiers (WMV est le format

vido de Microsoft; MOV celui de QuickTime...). Jusqu' il y a peu de temps, ces produits

avaient la particularit d'tre totalement incompatibles entre eux, chacun des lecteurs ne lisant

que son propre format. Aujourd'hui, mme si cette incompatibilit n'est plus aussi totale (le

lecteur de RealNetworks sait aujourd'hui reconnatre les fichiers concurrents QuickTime ou

Windows Media), elle impose encore aux diteurs de sites Web qui souhaite communiquer

vers un maximum de clients, de proposer leurs vidos sous au moins deux formats.

Ces logiciels sont en volution permanente : de nouvelles fonctionnalits mais surtout

de nouveaux codecs sont rgulirement proposs en tlchargement permettant chaque fois

des sauts qualitatifs consquents. A titre d'exemple, avec le passage de la version 9 la



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version 10 de ces produits, la socit RealNetworks a annonc, qualit d'image gale, une

rduction de 30 % du dbit ncessaire. Selon Microsoft, Windows Media Video 9 a apport,

en fonction de la vitesse de transmission, de 15 50 % d'amlioration par rapport Windows

Media Video 8. Ces chiffres sont fournis par les industriels eux mmes et doivent tre

nuancs, les effets de la compression dpendant largement de la nature mme des images

vido (elles sont gnralement choisies avec un soin tout particulier dans les dmonstrations

pour bien mettre en valeur des technologies qui sont par ailleurs jalousement gardes

secrtes !). Quoiqu'il en soit, cette escalade technologique est gnrale et prsente chez tous

les acteurs de ce secteur, y compris ceux oeuvrant pour des formats standardiss (groupe

MPEG). Les images haute dfinition et les sons multicanaux sont proposs par tous les

protagonistes.

Aujourd'hui, ces logiciels de lecture ne sont plus uniquement prsents sur les

matriels informatiques, mais ils sont galement intgrs sur de nombreux quipements

audiovisuels ou multimdias : camescopes, lecteurs MP3, organiseurs, lecteurs DVD de

salon... Pour exemple, Microsoft annonce ainsi que son format Windows Media existe sur

plus de 80 priphriques.

a- Windows Media de Microsoft

C'est certainement le systme le plus connu et le plus rpandu dans le monde entier. Il

est prsent sur la majorit des micro-ordinateurs de type PC puisqu'il est fourni d'office avec

les systmes d'exploitation Windows. Il se veut tre la plaque tournante de tous les mdias

audiovisuels sur PC : il est donc non seulement le lecteur par dfaut de tous les fichiers audios

et vidos prsents sur l'ordinateur mais est galement pourvu de nombreuses autres

fonctionnalits : gravure des CD, compression CD audio en WMA (le format audio

propritaire) ou MP3, lecture des DVD, VCD et SVCD, gestion des bibliothques des mdias

audiovisuels prsents sur le disque dur, gestion des listes de lecture, export vers des baladeursnumriques... Ce lecteur est galement disponible pour les matriels Apple et pour les

systmes d'exploitation Linux.

Pour la diffusion, de nombreux codecs audio et vido ont t dveloppes par

Microsoft. En ne citant que les derniers, pour la vido, le codec Windows Media Video 9

(WMV9) pour des dbits variables jusqu'au format standard 720 x 576 pixels, le codec

Windows Media Video 9 HD (WMV HD) pour la haute dfinition, le codec Windows Media

Video Advanced Profile (WMV AD) optimis pour le mode progressif... Dans un cadre



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audiovisuel plus large, Microsoft a propos la normalisation ses technologies de codecs

vido. Ils ont t retenus par le SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)

sous lappellation VC-1. Ces codecs seront donc intgrs dans diffrents quipements

audiovisuels qui seront proposs sur le march (lecteurs de DVD en haute dfinition par

exemple).

Le systme propos par Microsoft dispose galement d'un dispositif de gestion des

droits et de protection des contenus notamment contre la copie (DRM ou Digital Rights

Management). Ce dispositif a notamment t adopt, on le verra dans un autre chapitre, par la

majorit des sites qui proposent des films en ligne.

b- Real System

Le lecteur Real est trs certainement tout aussi complet que son homologue de

Microsoft (lecture de trs nombreux formats de fichiers audios et vido, diffusion des CD et

DVD, gravure CD, prise en charge de plus de 100 priphriques portables scuriss, gestion

de bibliothques...) mme s'il n'occupe pas la mme position dominante sur le march. La

plate-forme de lecture runit en une seule interface l'environnement traditionnel du surfer ,

le player et le navigateur.

Pour la production et l'encodage en live ou en diffr des diffrents mdias dans ses

formats propritaires RealAudio 10 et RealVideo 10, RealNetworks propose deux versions de

son encodeur : RealProducer Plus (payant) et RealProducer (gratuit). Diffrents modles de

serveurs sont galement proposs. Ils ont t runis sous l'appellation gnrique de Hlix

Server. Ils peuvent diffuser les principaux formats vido et audio prsents sur Internet (une

cinquantaine) : les formats RealAudio et RealVideo bien videmment, Mpeg-4 et H264, mais

aussi les formats de ses concurrents directs QuickTime de Apple et Windows Media de

Microsoft.

c- Quick Time :

Il est sans aucun doute le prcurseur de la vido sur les micro-ordinateurs personnels.

QuickTime1 a t introduit en 1991 (en local d'abord). Le streaming est apparu avec la version

4 en 1999. Les dernires versions ont apport de nombreuses fonctionnalits et innovations :

avec notamment la prise en charge des derniers formats numriques : MPEG-4, DV,

DVCPro... et surtout H264, le format de compression avanc adopt dans le cadre de

MPEG-4 ; le son multicanal (jusqu' 24 canaux).



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QuickTime est un format container. Pour une unique squence (et donc un mme

fichier), il peut englober de nombreux types de mdias : audio, vido, images fixes, textes,

animations flash, chapitres et mme diffrentes langues, chacun d'entre eux tant enregistr

sur une piste spare ( track ).

Le lecteur est disponible en deux versions : le lecteur basique qui est gratuit et la

version Pro, vritable outil de cration et d'dition, payant, mais qui dispose de fonctionnalits

plus avances : encodage en H264, enregistrement et exportation des fichiers dans de

nombreux formats, lecture en plein cran...

QuickTime Streaming Server est un serveur de diffusion multimdia (diffusion

live ou VOD) : il prend en charge nativement les formats MPEG-4, H264 et 3GPP (pour

diffuser de la vido sur les tlphones portables et les assistants personnels). QuickTime

Broadcaster apporte une solution gratuite pour la diffusion en direct sur Internet. Il assure

la capture et l'encodage des fichiers dans diffrents formats et autorise leur prvisualisation en

direct. La combinaison QuickTime Broadcaster, QuickTime Streaming Server et QuickTime

Player permet la ralisation d'une chane complte de diffusion en MPEG-4.

d- La vido avec Flash

Dvelopp depuis 1996 par la socit Macromedia, puis rachet en 2005 par Adobe,

la technologie logicielle Flash permet la ralisation d'animations interactives et la publication

de contenus intgrant des textes, images, graphiques, photographies ou vido... Elle est

aujourd'hui utilise sur de trs nombreux sites Web.

L'interface de lecture, Macromedia Flash Player, est disponible sous la forme d'un

plug-in qui doit tre install dans le navigateur de l'internaute. Il est propos pour une grande

varit de plate-formes (PC, Mac, Pocket PC...), diffrents systmes d'exploitation (Windows,

OSX, Linux...) et fonctionne avec la majorit des navigateurs (Internet Explorer, Mozilla,

Nescape, Safari, Opra). Selon la socit, Macromedia Flash Player serait aujourd'huidisponible sur plus de 96% des ordinateurs connects Internet. Cette large prsence est

videmment un atout pour la diffusion de contenus multiples y compris audiovisuels.

Les squences vido mises en ligne suivant cette technologie doivent tre encodes

dans un format spcifique (les fichiers ont pour extension .flv). Diffrents codecs sont

possibles, notamment le tout nouveau codec On2VP6. Ce travail d'encodage peut tre

directement ralis par exportation partir de certains logiciels de traitement ou de montage

vido (Adobe After Effect, Apple Final Cut Pro, Quick Time Pro...) ou par l'utilisation



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d' outils spcifiques avec des fichiers vido de type AVI, MPEG, DV ou MOV par exemple.

Les fichiers crs peuvent tre diffuss en streaming ou en tlchargement progressif. Ils sont

alors stocks sparment des pages flash. Les donnes peuvent tre aussi tre totalement

intgres dans le fichier Flash.

Flash possde un autre atout : outre sa large diffusion, il dispose de fonctionnalits

avances lies l'interactivit de la vido avec les autres lments qui composent la page

Web : dclenchement automatique d'vnements en cours de lecture (synchronisation avec des

textes, des graphiques, des images...), intgration de la vido dans des compositions

interactives (utilisation d'un canal alpha pour le contrle des transparences)...

e- DivX

Le DivX (http://www.divx.com/) est un cas un peu part. S'il ne permet pas la lecture

en streaming (et donc de ce fait, il n'est pas directement concurrent des systmes prcdents),

il se doit quand mme d'tre mentionn pour deux raisons : en premier lieu parce qu'il est

devenu en quelques annes l'un des systmes phares de la vido sur Internet (notamment

travers les systmes Peer to Peer) ; en second lieu, parce qu'il permet la lecture simultanment

pendant l'opration de tlchargement (tlchargement progressif).

Le DivX a t conu l'origine par un franais partir des premires travaux sur

MPEG-4, mais la socit est dsormais installe aux USA.. Sa renomme est aujourd'hui lie

la qualit de son codec qui, qualit sensiblement gale, offre des taux de compression plus

importants (10 fois selon les indications de la socit) que le format MPEG-2 utilis par les

DVD, permettant de ce fait un film complet d'tre grav sur un simple CD ou d'tre diffus

sur un rseau haut dbit. Deux packs de logiciels sont aujourd'hui proposs : DivX Create

pour la cration et la lecture des fichiers DivX (il contient DivX converter et DivX Pro Codec,

existe pour Mac et est payant), et DivX 6 Play, ddi la lecture y compris en haute dfinition

et est gratuit. Le DivX, c'est aussi un systme implant dans plus de 50 millions d'appareilsdans le monde entier (principalement des lecteurs de salon).

Les tous derniers dveloppements concernent donc la lecture de vidos travers un

navigateur Internet. A la diffrence du streaming, le tlchargement progressif permet la fois

le visionnement pendant la phase du tlchargement et l'enregistrement sur le disque dur. La

visualisation peut s'oprer, soit dans une fentre du navigateur, soit dans une fentre

autonome , soit en plein cran. Nul besoin d'un serveur spcifique pour la mise

disposition des vidos : un serveur Web classique et quelques lignes de codes HTML suffisent

http://www.divx.com/http://www.divx.com/


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pour intgrer une vido dans une page existante. DivX Web Player est compatible avec

Internet Explorer, Firefox, Mozilla, Nescape et Opra.

A.6- La VOD :Si les sites offrant des vidos en ligne sont aujourd'hui nombreux, il n'en n'est pas de

mme pour la tlvision sur Internet (WebTV), du moins si on se rfre au concept que nous

connaissons pas ailleurs avec les autres modes de diffusion. La tlvision sur Internet est une

notion qui est rapidement apparue avec les premiers dveloppements dInternet, mais qui,

compte tenu des technologies de lpoque (absence de connexions haut dbit) et de

labsence de viabilit conomique et commerciale na pas survcue. Quelques tentatives ont

marqu le paysage : on retiendra par exemple le site www.alatele.com. qui fut cr en mai

2000.

Les exemples de tlvision sur Internet restent minoritaires aujourdhui, malgr les

volutions technologiques. On peut cependant citer le fournisseur d'accs Club Internet qui

propose en streaming la reprise de programmes dj diffuss par ailleurs (voie hertzienne,

satellite...) et donc conomiquement amortis ( la diffrence de alatele.com qui ne

proposait que des programmes labors spcialement pour le Web).

On assiste par contre, aujourd'hui, au dveloppement de diffrents services de vido

la demande (VOD pour Video on demand). Assimilables dans leur principe aux magasins de

locations de DVD, ces sites mettent dispositions de leurs clients des vidos pour une dure

dtermine. Les catalogues peuvent offrir plus d'un millier de titres, pour la plupart des films

ou des documentaires, mais aussi parfois la retransmission d'missions de tlvision. En



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s'appuyant sur les mmes technologies, certains de ces sites proposent galement la vente en

ligne. Le tableau plac la fin de ce chapitre prsente les caractristiques de quelques uns de

ces sites.

Le mode de mise disposition des documents slectionns est variable suivant les

cas : streaming (dans ce cas, il n'y a pas d'enregistrement sur le disque dur et on visionne le

document au fur et mesure de sa transmission), tlchargement simple (donc avec stockage

sur le disque dur avant lecture) ou tlchargement en mode progressif (ce qui permet de

commencer visualiser le film avant qu'il ne soit compltement tlcharg). Certaines offres

peuvent simultanment proposer le streaming et le tlchargement en fonction du dbit

possible ou de considrations commerciales. Quelle que soit la technique de transfert, elle est

presque toujours associe des technologies de protection (majoritairement, le dispositif

DRM - Digital Rights Management - de Microsoft), limitant d'une part la dure d'utilisation

du mdia dans le temps, et d'autre part interdisant toute copie. Pour le premier point,

diffrentes formules sont proposes : pour le streaming, aprs paiement en ligne, possibilit de

voir et revoir le mdia pendant un laps de temps dtermin pouvant atteindre 48 heures (pass

ce dlai le film n'est plus accessible), pour le tlchargement; s'il s'agit d'une location ,

validit limite un ou deux jours. Avec le DRM de Microsoft, le mdia tlcharg n'est

gnralement lisible que sur l'ordinateur qui a t utilis pour le tlchargement (ou

ventuellement sur un ou deux autres si l'achat de licences multiples a t propos). Il en est

de mme pour les copies sur DVD (ou tout autre support), qui ne fonctionneront donc, ni sur

un autre ordinateur ni sur un lecteur de salon. Des restrictions de fonctionnement peuvent

galement exister en terme de systme d'exploitation, de navigateur. L'INA (Institut National

de l'Audiovisuels) met la disposition du public et des professionnels une partie des archives

de la tlvision franaise (100 000 missions). Suivant les cas, les documents vido peuvent

tre visualiss en ligne gratuitement, lous ou achets. Deux systmes de protection des

fichiers sont utiliss : un cryptage (DRM) conu par la socit DivX qui ne permet levisionnage que par l'acheteur du document, un tatouage (watermarking) plac dans l'image

mais invisible pour le spectateur qui permet d'identifier l'origine de l'achat du document (la

finalit tant de dissuader tout acheteur de mettre en ligne les documents qu'il a tlcharg).

Les logiciels de lecture utiliss offrent des fonctionnalits sensiblement identiques

celles des lecteurs de DVD : lecture, pause, avance et retour rapide, accs par chapitres... Les

logiciels spcifiques, quand ils sont proposs, peuvent assurer de surcrot le suivi des



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tlchargements en cours, la gestion de la bibliothque des films tlchargs ou l'effacement

automatique des fichiers dont la date de validit est dpasse.

Dans la majorit des cas, la visualisation des vidos n'est possible que sur l'cran de

l'ordinateur. Il est cependant possible de visionner galement ces documents sur un tlviseur

condition de disposer d'un adaptateur assurant le transfert entre la sortie VGA de la carte

graphique de l'ordinateur et la prise pritel du tlviseur. Pour l'INA, la gravure sur DVD des

fichiers tlchargs est possible, mais la lecture ne sera possible que sur les lecteurs certifis

DivX, c'est dire enregistrs auprs du site officiel https://vod.divx.com.



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Quelques exemples de sites de VOD ou de vente en ligne.

Sites pour le grandpublic

Sites pour le grandpublic et les

professionnels

Site pourl'ducation

(coles, collges etlyces)

Canalplay(groupe Canal +)

TF1Vision TPSVOD Vodeo TV Arte VOD FNAC INA Lesite.tv

Mode de transfert Tlchargement enmode progressif

streaming streaming Streaming outlchargement

Tlchargementsimple outlchargement

progressif

Tlchargement Streami ng outlchargement

Prvisualisation(extrait ou totalit) enstreaming,Document final partlchargement

Validit de lalocation Validit dutlchargement : 30jours. Validit duvisionnement : 24hune fois le premiervisionnement effectu

Films dispositionpendant une dure de3 24 heures

Films dispositionpendant une dure de 3 24 heures

En streaming ,visionnementsmultiples pendant 48hEn tlchargement :

pas de limitetemporelle (achat)

val id it 48 heure s Pas de limi tetemporelle (achat) 48 heures

Systme deprotectionnumrique

DRM Microsoft DRM Microsoft DRM Microsoft DRM Microsoft DRM Microsoft DRM Microsoft DivXplus tatouage invisible(watermarking)

Copie autorise dans lecadre del'tablissement scolaire

Logiciel de lecture Spcifique (assureaussi le suivi destlchargements encours et la gestion dela bibliothque desfilms tlchargsdepuis moins de 30

jours)

lecteur WindowsMedia (version 9 min)

Lecteur Windowsmedia player (version9 min)

Lecteur Windowsmedia player (version9 min)

Lecteur Windowsmedia player pluslogiciel spcifiqueVideoManager(gestion dutlchargement et de la

bibliothque des filmstlchargs)

QuickTime ou DivXplayer pour l

Documents

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