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CRIM ― Documentation/Communications Rapport technique État de l’art des technol

CRIM ― Documentation/Communications Rapport technique État de l’art des technologies et protocoles de diffusion de contenu vidéo sur Internet Première version CRIM-14/12-01/DETI Philippe Collard Agent de recherche senior Développement et technologies Internet 1er décembre 2014 Partenaire financier : Rapport technique État de l’art des technologies et protocoles de diffusion de contenu video sur Internet Tous droits réservés  2014 Le 1er décembre 2014 TABLE DES MATIÈRES INTRODUCTION....................................................................................................3 1. TECHNOLOGIES DE DIFFUSION DE CONTENU VIDÉO SUR INTERNET.................................3 1.1 Téléchargement progressif (progressive download)...........................................3 1.2 Lecture continue (streaming)......................................................................4 1.3 Lecture continue adaptative (adaptive streaming)............................................5 2. PROTOCOLES DE LECTURE CONTINUE ADAPTATIVE DE CONTENU VIDÉO SUR INTERNET.......6 2.1 RTMP (Real Time Messaging Protocol)...........................................................7 2.1.1 Port.............................................................................................7 2.1.2 DRM (Digital Rights Management)..........................................................7 2.1.3 Statistiques....................................................................................7 2.1.4 Plateformes et lecteurs.....................................................................7 2.1.5 Serveur.........................................................................................8 2.1.6 Avantages et inconvénients de RTMP......................................................8 2.2 HLS (HTTP Live Streaming).........................................................................8 2.2.1 Port...........................................................................................10 2.2.2 DRM...........................................................................................10 2.2.3 Statistiques..................................................................................11 2.2.4 Plateformes et lecteurs....................................................................11 2.2.5 Serveur.......................................................................................12 2.2.6 Avantages et inconvénients de HLS......................................................12 2.3 HDS (HTTP Dynamic Streaming)..................................................................13 2.4 HSS (HTTP Smooth Streaming)...................................................................13 2.5 Tableau résumé http (HLS, HDS’ HSS) vs RTMP.......................................................................14 2.6 Conclusions...........................................................................................14 LISTE DES FIGURES..............................................................................................15 Rapport technique État de l’art des technologies et protocoles de diffusion de contenu video sur Internet Tous droits réservés  2014 Le 1er décembre 2014 INTRODUCTION Ce rapport technique propose de faire un examen des technologies et protocoles de diffusion de contenu vidéo sur internet. Il propose d’abord un survol rapide des technologies historiques. Bien que certaines soient encore utilisées de nos jours, l’objectif de leur mention dans le contexte du présent rapport est surtout de mettre en évidence leurs limites et d’apprécier les progrès ayant mené aux technologies actuelles. Les technologies actuelles et les protocoles sous-jacents seront par contre examinés en détail, pour permettre au lecteur éventuel de guider son choix dans le cadre de son cas d’utilisation spécifique. 1. TECHNOLOGIES DE DIFFUSION DE CONTENU VIDÉO SUR INTERNET L’ensemble des technologies de diffusion de contenu vidéo sur internet fonctionne sur le modèle client-serveur : le client (typiquement un lecteur vidéo contenu dans une page d’un site internet) fait une requête à un serveur distant pour un contenu vidéo. Le serveur répond en envoyant un flux de données au client. Les données sont placées temporairement dans la mémoire tampon du navigateur et le lecteur vidéo commence la lecture dès que le volume de données reçues est suffisant pour jouer la vidéo sans interruption. 1.1 Téléchargement progressif (progressive download) Le téléchargement progressif ne nécessite pas de serveur spécialisé. Le fichier vidéo est placé dans le répertoire public d’un site internet comme le serait une image, et le lecteur vidéo lit le fichier sur le protocole HTTP. Le lecteur vidéo attend en réponse du serveur les en-têtes contenant les métadonnées du fichier ainsi qu’un volume de données suffisant pour commencer la lecture. Le téléchargement du fichier s’effectue en un seul bloc du début à la fin (top to bottom) et à l’aveugle sans communication du lecteur au serveur. Si la bande passante de l’usager diminue en cours de lecture, le lecteur se met en pause en attendant la reprise du téléchargement. Avantage :  Les vidéos peuvent être diffusées par un serveur conventionnel tel que’Apache dans son installation la plus simple. Rapport technique État de l’art des technologies et protocoles de diffusion de contenu video sur Internet Tous droits réservés  2014 Le 1er décembre 2014 Inconvénients :  Impossibilité pour l’usager de sauter d’un point à l’autre de la vidéo, à moins que celle-ci ait été téléchargée complètement.  Impossibilité de s’adapter à la qualité de la connexion côté client. Le diffuseur peut mettre à disposition plusieurs versions de son contenu, mais c’est l’usager qui doit choisir au départ la version qui lui convient.  Le fichier vidéo est téléchargé sur le disque dur de l’utilisateur dans le cache du navigateur, ce qui ouvre la porte à la diffusion de multiples copies illégales.  Aucune gestion de droits d’auteur n’est possible. 1.2 Lecture continue (streaming) En lecture continue, le contenu vidéo est diffusé en de multiples fragments de petite taille. Le lecteur vidéo peut commencer la lecture immédiatement sans avoir à attendre le remplissage d’une mémoire tampon importante. L’usager peut également avancer et reculer dans la vidéo, et le lecteur peut initier la lecture à l’endroit choisi presqu’immédiatement. La lecture continue propose également pour certains protocoles un ensemble de mesures visant à assurer une certaine qualité de service par une communication bidirectionnelle entre le serveur et le lecteur. Par exemple, si la mémoire tampon du lecteur ne se remplit pas suffisamment rapidement, le lecteur signale au serveur et se met en pause en attendant la réception du fragment suivant. Notons que l’on parle ici de lecture continue d’un seul et même fichier original, de taille unique, sans variante de débit binaire. La lecture de plusieurs variantes d’un même fichier fait l’objet du paragraphe sur la lecture continue adaptative ci-dessous. La lecture continue nécessitait jusqu’à récemment la mise en place d’une infrastructure côté serveur spécialisée, le plus souvent propriétaire et coûteuse; on pense par exemple à Flash Media Server. Cet état de fait a changé dernièrement avec l’introduction de protocoles de diffusion continue sur HTTP qui seront discutés plus loin dans ce document. Avantages :  La lecture peut se faire à partir de n’importe quel point de la vidéo choisi par l’usager sans attendre le téléchargement au complet.  Meilleure utilisation de la bande passante.  Meilleure protection des droits d’auteurs, puisque la vidéo n’est jamais téléchargée complètement sur le disque dur de l’usager. Rapport technique État de l’art des technologies et protocoles de diffusion de contenu video sur Internet Tous droits réservés  2014 Le 1er décembre 2014 Inconvénients :  Peut être plus coûteuse à implémenter en infrastructure et logiciels selon le protocole et la solution choisie.  La lecture continue peut être offerte sur les mêmes protocoles que la lecture continue adaptative. Pour plus de détails, lire le chapitre 2. Par contre, mentionnons la possibilité qu’offrent certains serveurs et lecteurs de diffuser du contenu vidéo en mode byte serving : le serveur ne livre alors qu’une partie du fichier vidéo, et ce, à partir de n’importe quel point de lecture spécifié par l’usager dans le lecteur. Cette solution permet une lecture continue de n’importe quel format et codec de vidéo supportés par un lecteur HTML5. 1.3 Lecture continue adaptative (adaptive streaming) Ici, un diffuseur met à disposition sous une URL unique plusieurs variantes d’un même original encodées à différentes résolutions et à différents débits binaires (bit rates). Un lecteur vidéo capable de faire usage de cette technique peut automatiquement passer d’un débit à l’autre en fonction des variations de la bande passante du client ou de l’utilisation du processeur sur le poste du client. Par exemple, un lecteur vidéo se connecte sur un flux de vidéo sur demande. Si après quelques secondes, le lecteur détecte une trop grande utilisation du processeur du poste client ou que sa mémoire tampon ne se remplit pas suffisamment rapidement pour assurer une lecture fluide, il va automatiquement effectuer une transition vers une variante à moindre débit, comme illustré ci-dessous (la ligne du bas côté serveur représente un faible débit, la ligne du haut un grand débit). Figure 1. Lecture continue adaptative (Source : Long Tail Video) Rapport technique État de l’art des technologies et protocoles de diffusion de contenu video sur Internet Tous droits réservés  2014 Le 1er décembre 2014 En proposant la lecture continue adaptative, un diffuseur peut garantir une expérience optimale, que le client visionne la vidéo sur un téléphone branché à un réseau cellulaire ou sur un poste fixe raccordé à une ligne sur fibre optique. La lecture continue adaptative est la technique la plus répandue de nos jours et facilement identifiable comme la plus pertinente pour la majorité des diffuseurs de contenu :  Elle permet de livrer du contenu vidéo à une majorité de clients, peu importe leur bande passante ou la capacité de leur processeur. On peut livrer la même vidéo (à des niveaux de qualité différents bien sûr) à un téléphone mobile connecté au réseau 3G ou à un ordinateur personnel disposant d’une connexion haute vitesse.  La qualité de visionnement sera toujours la meilleure possible quelles que soient les ressources disponibles au niveau du client.  Elle permet de diffuser des vidéos à la demande et des événements en direct.  Puisqu’il s’agit de lecture continue, donc sans conservation du flux ou des fragments de la vidéo dans le cache du navigateur, elle assure un minimum de protection de droits d’auteurs.  Elle est utilisable par la plupart des lecteurs vidéo commerciaux ou en logiciel libre présentement disponibles. La lecture continue adaptative est développée par plusieurs compagnies et peut opérer selon plusieurs protocoles dont les principaux sont RTMP (Adobe), HLS (Apple), HDS (Adobe) et HSS (Microsoft). Ces protocoles sont discutés au chapitre suivant. 2. PROTOCOLES DE LECTURE CONTINUE ADAPTATIVE DE CONTENU VIDÉO SUR INTERNET On peut faire une première distinction des protocoles de lecture continue adaptative en fonction du port sur lequel ils opèrent. Le protocole RTMP uploads/Litterature/ streaming.pdf