Université Pierre et Marie Curie
Master Informatique
UE CONT 2016-17
O. Fourmaux
Projet 1.3
Anal codecs/param utilisés sur...
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PCONT2016-Projet1.3-Fourmaux-AnalCodecParamVideo-RapFinal

  1. 1. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli Analyse des codecs et des paramètres utilisés sur les principaux sites vidéo Encadrant : O. Fourmaux, Etudiants : B. Kaid, H. Mhira, K. Aidli, Table des matières 1 Introduction 1 2 Les codecs 1 2.1 Rôle du codec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2.2 Codecs Web . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.2.1 En vidéo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.2.2 En Audio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 2.3 Technique d’analyse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3 Paramètres vidéos 4 3.1 Streaming TV . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 3.2 VoD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 3.3 Streaming video Dailymotion et autre . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 4 Annexe A 6 5 Annexe B 7 6 Annexe C 8 7 Annexe D 8 8 Annexe E 9 9 Références 9 0/9 Rapport final
  2. 2. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 1 Introduction Le monde audio visuel a conquis le quotidien de l’utilisateur. Les technologies de l’in- formation ont engendré un enchaînement de développement des techniques et méthodes pour offrir le meilleur service et pour se mettre en avant plan dans la vie du monde actuel. Les besoins en ressources résumés généralement en capacité matérielle et en bande pas- sante ont été pris en considération par le développement parallèle des contenus qui envoie de plus en plus le virtuel vers le réel, en tenant compte de la précision de l’oeil humain et l’intelligence des systèmes nerveux liés au sens de la vision et de l’ouïe. Les restrictions vis-à-vis des ressources offertes aux clients en rapport avec la QoS et la bande passante offerte par les FAI ont poussé l’idée d’offrir le meilleur de la technologie multimédia au meilleur prix, et cela en exploitant les faiblesses de l’oeil humain, ainsi que l’intelligence des technologies actuelles ; En effet, l’oeil humain a du mal à se rendre compte de quelques erreurs ou négligences passées sur une très bonne qualité vidéo se basant sur une compression des couleurs et des images, qui se répètent pendant une scène donnée. Ces idées ont poussé la curiosité des chercheurs et des ingénieurs experts en la matière à implémenter au mieux ces concepts et dès que cela est possible dans une suite de paquets audio-vidéo. Cette méthode de compression prodigieuse en développement continu suivant l’avance- ment des technologies de l’image est utilisée par les codecs audio-vidéo, offrant ainsi des standards communs, pour le plaisir de l’utilisateur et dans le but de se mettre au rythme du monde qui change dans la mesure d’offrir la qualité promise par l’époque à la quelle la technologie suit. 2 Les codecs 2.1 Rôle du codec Le codage de la source vidéo est standardisé par un groupe d’expert MPEG (Moving Picture Experts Group) dont le MPEG-1 qui standardise le codage et compression audio vidéo, MPEG-2 pour la télévision numérique, et le MPEG-4 pour les applications multi- média et au contenu WEB interactif. La compression est un moyen qui permet de réduire les besoins en bande passante, car les flux Audio-Vidéo sont importants et gourmands. A la réception du flux audiovisuel, ce dernier est décompressé pour être visualisé. Exemples de bande passante nécessaire aux différents flux audiovisuels com- pressés et non compressés : — Flux SDTV (720x576) (PAL/SECAM) en transmission ligne par ligne (SDI) non compressé : 270 Mbps ; — Flux HDTV (1920x1080) en transmission ligne par ligne non compressé : 1-3 Gbps ; — Flux SDTV (PAL/SECAM) MPEG-2 en transmission broadcast : 4-6 Mbps ; — Flux HDTV MPEG-2 en transmission broadcast : 12-20 Mbps ; — Flux HDTV MPEG-4 en transmission broadcast : 8-16 Mbps. 1/9 Rapport final
  3. 3. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 2.2 Codecs Web Les navigateurs web ont incité et poussé la technologie à trouver des solutions pou- vant offrir un service de qualité aux utilisateurs, tout en garantissant une compatibilité optimale avec les moyens et outils utilisés par ces derniers, Les codecs de bases ont été étendus, afin de garantir la facilité et l’optimalité au niveau des applications web implé- mentées par les technologies actuelles. MPEG-4 est une norme devenue standard pour compression audio-vidéo numérique. Le MPEG-4 reprend beaucoup de particularités du MPEG-1 et MPEG-2 et ajoute des ex- tensions dont le rendu 3D par le VRML, l’intégration d’objets composites (audio, vidéo, 3D), la gestion des DRM et plusieurs interactivités. 2.2.1 En vidéo Le principal format est le WebM ; Les navigateurs supportent H.264, Ogg Theora, vp8, vp9 principalement comme codecs vidéos, le H.265 ou MPEG-4 HEVC n’est pas vraiment utilisé à cause de ses modules brevetés. Les vidéos HTML5 ne sont pas actuellement aussi étendues que celles de Flash, mais de récents déploiements de lecteurs de vidéo expérimentaux à base de HTML5 de DailyMotion (utilisation des formats Ogg Theora et Vorbis), YouTube (utilisation des formats H.264/AVC et WebM) et Vimeo (utilisation du format H.264) suggèrent que l’intérêt pour HTML5 est en hausse. Les formats multimédia tel que WebM étendent principalement le codec MPEG-4. 2.2.2 En Audio Un fichier audio-vidéo, ou fichier film, comprend trois principaux éléments : Le conte- neur, le codec et le signal audio-vidéo. Le format audio AAC compressé a été un complément du MPEG-2 en partie 7 avant d’être le format audio MPEG-4. Pour les codecs audio, on retrouve des Codecs audio destructifs (avec perte) et des codecs audio non destructifs (sans perte). Parmi les codecs audio les plus répandus sur le web on trouve principalement des codecs destructifs tel que : — Le codec audio Advanced Audio Coding (AAC) est également connu sous le nom de MPEG-2 Layer 7 et de Mpeg-4 Layer 3. AAC est prévu pour être le successeur du MP3 pour les codages audio à moyen et très haut débit, il a été conçu comme une amélioration des performances du codec MP3 (MPEG-1 layer 3) et du MPEG-2 Audio (MPEG-2 Layer 3 ou ISO / IEC 13818-3). — Le codec audio MP3 représente un encodage du format non compressé pulse-code modulation (PCM) dont le poids exprimé en octet est fortement réduit. Ce for- mat ampute les informations sonores originelles qui sont considérées comme moins importantes pour la compréhension humaine. — Le codec Vorbis est une compression audio avec perte. Il est fréquemment utilisé en conjonction avec le conteneur Ogg. Vorbis supporte les méta données « tag » du standard ID3. 2/9 Rapport final
  4. 4. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 2.3 Technique d’analyse Pour analyser les paramètres vidéos, plusieurs méthodes sont possibles, et ont été utilisées dans l’élaboration de ce travail. L’analyse du trafic HTTP grâce à l’analyseur de paquets Wireshark nous a permis d’avoir une vision sur l’échange d’information lors de l’établissement de la connexion au streaming, et lors de la diffusion. Ce faisant, nous avons analysé les échanges HTTP/XML, qui se présentaient sous forme de requêtes demandant des uri utiles aux sous liens en relation avec les informations de streaming, ainsi que l’envoi des Manifest du serveur vers le client ; Nous avons d’autre part, suivi le chemin des paquets durant leur parcours dans le réseau ; Notre curiosité nous a poussé à regarder au delà du théorique et de ce que nous offre notre machine locale, et avons poussé l’investigation au niveau des sondes utilisées en entreprise. L’analyse avancée des statistique donne une idée sur les codecs utilisés par youtube, ainsi que son débit d’encodage, et l’utilisation de DASH. Youtube donne également une vision sur les codecs utilisés et qui sont activés ou pas selon la compatibilité du navigateur grâce à leur page relative aux compatibilités HTML5. En regardant en profondeur au niveau des testeurs dash tel que DASH media source demo de Youtube, ou des fichiers Manifest proposés par Telecom ParisTech contenant les informations communiqués lors de la négociation de l’ouverture du flux lors du streaming vidéo nous avons trouvé des informations relatives aux formats vidéos adaptable au réseau/infrastructure du client. 3/9 Rapport final
  5. 5. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 3 Paramètres vidéos 3.1 Streaming TV L’analyse de certaines chaînes tel que France 5, arte, France 3, à travers le logiciel de diffusion IPTV (CAPTVTY) nous a permis d’obtenir un streaming IPTV sur notre machine, Nous avons utilisé wireshark en parallèle pour capturer l’échange en temps réel, le résultat obtenu se présentait sous forme de paquets HTTP et HTTP/XML principalement, ces derniers contenaient les informations relatives aux enveloppes de la vidéo ainsi que les informations relatives aux codecs qui étaient principalement du H.264, Une analyse de traces de streaming VoD proposées par SFR et récupérées à partir de leurs sondes nous ont permis de voir en profondeur, les échanges entre clients et serveurs, et ces échanges se résumaient à des informations sur les débits d’encodage, et réception, à fin d’adapter à bien le débit d’émission (Adaptive Bitrate), d’autre part, nous avons aussi enregistré une partie d’un streaming direct d’une chaine de télévision française, et avons analysé le fichier Mpeg Transport Stream dans MediaInfo et avons obtenu les informations relatives à la vidéo et au son, ainsi nous avons constaté que le codec utilisé pour la vidéo était (MPEG-4 AVC :H.264) et AAC pour le son. Les paquets vidéo streaming en destination des BTS et applications mobiles ont des traitements plus ou moins différents (Cf Figure 1). Figure 1 – 4/9 Rapport final
  6. 6. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 3.2 VoD Notre investigation sur les codecs nous a amené à regarder les aspects relatifs à la VOD, nous avons été servi en informations, d’abord en regardant une émission TV (France5) en différé et puis en confirmant nos traces récupérées avec les équipes de nos entreprises. Le studio de production audiovisuelle, commence par encoder son fichier de sorti en H.264+AAC et le met dans un conteneur MPEG2-TS ou parfois avec sa propre so- lution, les paquets passent ensuite au chiffrement Vérimatrix, et les flux de streaming RTSP/MPEG-DASH sont ensuite ingérés pour la génération du fichier MPD. Une répar- tition de charge est par ailleurs opérée au niveau des serveurs de streaming qui renvoient les flux vers les STB à la demande du client qui lui est connécté à la boutique ou à l’in- terface VOD. D’autre part, pour des soucis d’optimisation, les contenus vidéos sont encodés avec les mêmes Codecs selon l’équipe TV de SFR, et les format vidéos sont formatés en MPD (MPEG-DASH) pour assurer un standard commun dans le coeur du réseau. La distribu- tions des contenus suit le model Anycast, prenant en considération l’adresse ip du client pour le réorienter vers le serveur le plus proche de lui, lorsqu’il demande une vidéo popu- laire dans le cas d’une connexion ADSL/Fibre, la géolocalisation est parfois utilisée dans le cas des applications VOD mobiles (Cf Figure 2). Figure 2 – 5/9 Rapport final
  7. 7. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 3.3 Streaming video Dailymotion et autre L’analyse du trafic vidéo sur Dailymotion est possible sur Wireshark car le site en question utilise HTTP contrairement à Youtube qui utilise HTTPS et qui remonte des paquets SSL TLS. Les paquets remontés par Dailymotion que nous avons regardé présen- taient des Manifest qui proposaient plusieurs formats de la vidéo demandée par le client afin d’adapter les débits d’encodage à la demande de l’utilisateur grâce à l’daptive bitrate. Le manifest souvent formaté en MPD (MPEG-DASH),en HLS (Apple) ou encore en f4m (Adobe), garanti un standard utilisable par les différents serveurs dans le réseau. Les co- decs généralement utilisés sont H.264, VP9, WEBM (Non utilisé par Safari d’Apple) pour les flux vidéos basés sur VP8 et flux audios basés sur Vorbis. 4 Annexe A Nous avons analysé le flux vidéo VoD et Streaming direct sur nos machines locales à travers wireshark suivant le schéma indiqué (Cf Figure 3). Figure 3 – 6/9 Rapport final
  8. 8. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 5 Annexe B Exemple de résultats obtenu par MediaInfo sur un fichier MPEG-TS VoD (Cf Figure 4). Figure 4 – 7/9 Rapport final
  9. 9. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 6 Annexe C Youtube propose un outil appelé statistiques avancées permettant d’avoir une idée sur la bufferisation, la résolution utilisées, des informations liées aux configurations locales, l’utilisation ou pas de DASH, ainsi que les codecs utilisés lors de la lecture (Cf Figure 5). Figure 5 – 7 Annexe D Les fichiers m3u8 sont des fichiers listant les adresses relatives à la vidéo selon la résolution et bande passante (Cf Figure 6). Figure 6 – 8/9 Rapport final
  10. 10. Université Pierre et Marie Curie Master Informatique UE CONT 2016-17 O. Fourmaux Projet 1.3 Anal codecs/param utilisés sur sites vidéo B. Kaid H. Mhira K. Aidli 8 Annexe E Les fichiers MPD contiennent des informations sur les formats de la vidéo et les bandes passantes nécessaires à chaque format, ainsi que le codec et les conteneur (Cf Figure 7). Figure 7 – 9 Références http://www.awt.be/web/img/index.aspx?page=img,fr,tel,040,015 http://www.codecsdb.com/codecs/video?page=1 https://www.kalyzee.com/quel-meilleur-format-video-web/ http://download.tsi.telecom-paristech.fr/gpac/dataset/dash/uhd/ http://dash-mse-test.appspot.com/dash-player.html https://bitmovin.com/mpeg-dash-hls-examples-sample-streams/ 9/9 Rapport final

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