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Le Dynamique Adaptative Streaming
Gabriel Melki - INA-EXPERT
•   Contexte et définitions
•   Les protocoles utilisés
•   Le pseudo streaming
•   Le streaming adaptatif
•   Vers le MPEG DASH
Etat des lieux




Selon Laurent Blanchard (DG de Cisco France)
dans une interview accordée au magazine
Challenge(s): « les vidéos, qui représentent
aujourd’hui entre 30 et 40% des données véhiculées
sur le Net », vont être responsables d’une explosion
du trafic généré dans un futur très proche puisque
« d’ici à 2015, ce sera 90% ».
Les premières solutions proposées

• Evolution de l’internet et du Web..

• D’abord du texte (HTML via HTTP)..
   – Puis de l’incorporation d’images (mime)
   – Puis des images animées (gif animés)

• la vraie vidéo apparait quelques années plus tard..
• Naissance du streaming
Téléchargement de fichier ou
   Téléchargement de flux


                    Ex: http://www.load.com




                   Ex: mms://serveur.load.asf
Qu’est ce que le streaming:
                 l’aspect juridique
• Il y a un grand débat quant à savoir si ces techniques doivent être
  appelées « streaming » ou téléchargement.
• En général les diffuseurs sont autorisés à diffuser des contenus
  (streaming), mais ils ne sont pas autorisés à rendre disponible le
  contenu en téléchargement.
• En streaming: seule, la partie demandée est transférée. En ce sens
  les diffusions adaptatives sont appelées streaming.
• Téléchargement: dés qu’un fichier multimédia est copié sur le
  client, c’est du téléchargement. Les techniques décrites pourraient
  être appelées « téléchargement adaptatif ».
• En streaming, il devrait être impossible à un utilisateur de stocker
  une copie du média. Mais c’est techniquement impossible et il reste
  toujours possible de stocker une copie.
• Il serait utile dans ce cas, en streaming de préciser combien il est
  difficile de stocker une copie.
Qu’est ce que le streaming:
                  l’aspect juridique
• En streaming, les médias ne doivent jamais être stockés (en cache) sur le
  client.
• Pour certains algorithmes d’encodage des parties du fichier doivent être
  réutilisées et doivent donc être stockées pour un temps limité (ex: GOP
  long)
• D’un point de vue technique, « Streaming » correspond à une
  terminologie souvent en désaccord avec le point de vue juridique.
Le retour d’expérience
•   Aujourd’hui la diffusion de vidéos est monnaie courante..
•   Mais la fluidité n’est pas garantie (longs temps d’attentes, interruptions, blocage
    partiel ou total).
•   Problèmes de compatibilité des navigateurs et des players
Les contraintes de diffusion
•   Contexte et définitions
•   Les protocoles utilisés
•   Le pseudo streaming
•   Le streaming adaptatif
•   Vers le MPEG DASH
Les protocoles TCP/IP
• Pour communiquer sur internet, le protocole de base c’est IP, en général
  en association avec TCP (70% des échanges).

• L’objectif, c’est de transmettre les paquets de données à travers le réseau.

• L’avantage de TCP, c’est qu’il garantit que tous les paquets arrivent dans
  l’ordre et sans dommage, quitte à réinitialiser une transmission complète
  du fichier
Les problèmes de TCP

Mais cette puissante possibilité de correction d’erreurs de
TCP a un côut:
– TCP refuse la release d’un paquet défectueux ou bloquant et refuse
  de traiter le paquet suivant tant que ce paquet n’est pas passé –
  même si tous les autres paquets sont sans problème et en attente
  dans les buffers.
– TCP attendra que le paquet manquant arrive.
– D’autre part, les procédures de transmission TCP sont très longues..
Le streaming dynamique

• Transfert de données audiovisuelles sous forme d’un flux
  régulier et continu sans téléchargement



         Avantages                        Inconvénients                           Usages
Lecture Temps réel              Serveur spécifique                       Diffusion de fichiers longs
Pas de stockage local           Diminution qualité vidéo (Risque de      Diffusion Live
Adaptation à la BP du client    perte de paquets)                        Réseaux managés
Adaptation dynamique de débit   Nombre de connections unicast UDP        Ex.: E-learning, webTV, VOD
Seeking                         Rebuffering et lags lors du switch MBR   locative (DRM, CAS)
Live                            Prévoir les débits à l’encodage
Support Multicast (LAN)         Blocage possible NAT et firewall (sauf
                                tunneling HTTP)
Transport Temps réel

• Objectif: utiliser d’autres protocoles pour le transport des flux
  audiovisuels. Besoin de protocoles « légers »
• Les protocoles RTP/RTCP complètent l’offre « tout ou rien » du
  niveau 4. Ils fournissent des mécanismes TCP-Friendly absent
  dans UDP
    Protocole                        RTP                           RTCP
 Fournit          L’identification de charge utile   Rend compte de la qualité de
                  (PAYLOAD)                          distribution
                  La numérotation des paquets        L’identification des participants
                  L’horodatage                       Contrôle la fréquence d’émission
                                                     des paquets RTP
                                                     Un contrôle min. des échanges
 Ne fournit pas   La réservation de ressources
                  Ne garantit pas la QoS
Streaming RTSP
• Real Time Streaming Protocol
  – RFC 2326
  – Port réservé: TCP 554 (UDP possible)
  – Live et VOD

• Rôles:
  – Signalisation: mise en place des ressources serveur, détection automatique de
    la bande passante du client, versions de players, statistiques,… etc
  – Interactivité: Fonctions de type VCR

• Transport des données audiovisuelles
  – UDP + RTP/RTCP
  – TCP
  – HTTP
Débits vidéo et Bande passante

• En streaming, la bande passante du client doit être supérieure
  au débit vidéo
• Régulation du débit en fonction des CR RTCP
   – Diminution / augmentation du volume d’informations à transmettre
Compensation de la gigue (coté client)

• Utilisation de buffer de gigue pour amortir les variations de délai
• Ajustement dynamique du délai de présentation par détection des pics de
  trafic
Streaming Dynamique RTMP (Adobe)

• Real Time Messaging Protocol
   –   TCP 1935
   –   Mode Tunnel: RTMPT
   –   Mode sécurisé: RTMPE
   –   Couche Transport: TCP (donc pas de Multicast)
• Live et VOD pour applications Adobe Flash
• L’adaptation s’effectue dans les extrémités (serveur et client)
   – Détection initiale de la bande passante et du terminal (RTMP)
   – Optimisation à postériori de la qualité vidéo pour chaque terminal
        • Détecter un changement de bande passante
        • Détecter une modification de la résolution d’affichage
MMS (Microsoft)

•   mms://serveur_video/ma_video.wmv
•   Windows Media Server
•   Recherche automatique de la couche transport idéale
•   MSBD (Media Stream Broadcast Distribution) pour la liaison
    encodeur/serveur
                              MMS         Applications streaming et transport

                                  HTTP



                               TCP          UDP        Transport

                                           IP                    Réseaux
•   Contexte et définitions
•   Les protocoles utilisés
•   Le pseudo streaming
•   Le streaming adaptatif
•   Vers le MPEG DASH
HTTP downloading
• Très répandu, HTTP permet de délivrer de la vidéo sur le WEB .
• Il est autorisé par la plupart des firewalls, même en cas d’accès à Internet
  via un proxy.
• Le moyen le plus simple pour délivrer de la vidéo sur HTTP est nommé:
  « http downloading » (téléchargement).
• Le fichier multimédia sera alors, traité et transmis vers internet via le
  protocole TCP.
• Une fois téléchargé, il peut être lu par un player en « stand alone » ou
  avec un plugin du navigateur HTTP.
• cette technique garantit une lecture à qualité optimale, mais les
  utilisateurs devront attendre que le fichier soit totalement téléchargé
  avant de le lire.
HTTP:Progressive Downloading
• La solution consiste à déplacer les informations nécessaires au démarrage
  de la lecture vers le début du fichier.
• Ainsi, le client pourra démarrer la lecture du fichier alors que celui-ci est
  toujours en téléchargement.


                      Le pseudo streaming
• On va intégrer au serveur un outil capable d’analyser la structure du fichier
multimédia de manière à l’indexer dans le temps.
• Les clients peuvent alors demander le téléchargement d’un intervalle de
temps spécifique, sans avoir à télécharger tout le fichier.
HTTP Pseudo streaming

• Transfert par téléchargement du fichier AV
   – La lecture s’effectue progressivement pendant le téléchargement
   – Transport classique HTTP/TCP
   – Serveur web (Apache, IIS + Media Pack, Lighthttpd…)

            Avantages                              Inconvénients                           Usages
  Pas d’infrastructure spécifique   Accessibilité pour les fichiers longs          Diffusion de fichiers courts
  Pas de perte de paquets           Pas de Live                                    (max. 6 à 10 minutes)
  Qualité                           Pas de seeking en natif sur les paquets non    Ex.: Clips, BA en FOD
  « friendly » firewall             téléchargés (sauf mécanismes ad-hoc)
                                    Pas de détection BP utilisateur
                                    Pas d’adaptation dynamique de débit
                                    Pas de multicast
                                    Nombre de connections unicast TCP
                                    Copie du media en local (temporaire)
                                    Signalisation asymétrique
                                    Téléchargement inutile si lecture incomplète
                                    Pas de statistiques (modification player)
Seeking en pseudo streaming

• Lecture d’une partie non téléchargée d’un fichier FLV ou MP4
   – Nécessite HTTP 1.1
   – Les métadonnées du fichier doivent contenir une liste de seekpoints.
   – Le player recherche le point le plus proche de la demande utilisateur et construit sa
     requête:
        •   http://www.monsite.fr/mavideo.flv?start=219476905
        •   http://www.monsite.fr/mavideo.mp4?startime=30.4
   – Un module coté serveur permet de renvoyer la vidéo à l’offset correspondant
     (Keyframe)
•   Contexte et définitions
•   Les protocoles utilisés
•   Le pseudo streaming
•   Le streaming adaptatif
•   Vers le MPEG DASH
Principe du streaming adaptatif
• Bien qu’utilisable avec d’autres protocoles, c’est en général en
  HTTP que nous retrouverons cette technologie. Ce qui permet
  de passer la plupart des firewalls.
• Fichiers contigus pour le stockage (multi-fichiers ou MBR)
• Fragmentation en objets plus petits (chunks) pour la
  distribution (en fonction du GOP par ex.)
• Une application cliente adaptive
• Signalisation par fichiers spécifiques
   – Ex. *.ism et *.ismc chez Microsoft
HTTP dynamique streaming

•   Téléchargement Adaptatif
    –   Fragmentation des fichiers en segments de 2 à 4 sec.
    –   Compatible avec les caches HTTP existants
    –   Encodages multi-fichiers, MBR ou scalable
    –   Player intelligent (surveillance de la bande passante, CPU, batterie)

                   Avantages                        Inconvénients                      Usages
     Utilisation des caches HTTP existants   Peu d’encodeur compatible pour      VoD et Live
     Préservation de la BP réseau            l’instant (Mai 2010)
     Adaptation Bande Passante utilisateur   Pas d’implémentation standard
     Adaptation dynamique de débit           Pas de statistiques (modification
     Démarrage rapide                        player)
     Aucun buffering et déconnection
     Seeking
     Bonne montée en charge
     Parc de terminaux hétérogène
L’adaptative streaming: coté serveur
• Coté serveur, le streaming adaptatif, c’est:
    – Fournir aux clients une table d’adresses (URL).
    – Chaque adresse (URL) pointe vers un intervalle de temps précis (colonne),
      d’une qualité spécifique (lignes), d’un même contenu.
    – Tous ces renseignements sont mis en œuvre dans le client.
    – Le serveur peut être n’importe quel serveur HTTP compatible.
L’adaptative streaming: coté client
• Après avoir téléchargé la table d’URL:
    – Le client analyse son propre système et ses connexions pour sélectionner
      l’URL appropriée de la prochaine séquence.
    – Auparavant, il doit démarrer la lecture du 1er intervalle de temps avec le
      niveau de qualité le plus bas, afin d’obtenir le meilleur temps d’accès.
    – Durant ce 1er téléchargement, la bande passante disponible va être estimée
      (ex: 1er bloc de 325 ko téléchargé en 1.3 sec, la BP sera estimée à 2 Mb/sec).
    – Le client passe alors à la qualité disponible la plus élevée pour son cas.
L’adaptative streaming: le switching
• Pour arriver à un switching fluide entre les différentes
  séquences, il y a certaines exigences.
   – Chaque séquence (chunk) doit être totalement autonome.
   – Les algorithmes d’encodage utilisant la compression inter trames, réutilisent
     des morceaux d’images précédentes pour construire l’image actuelle, en
     transmettant seulement les différences. Le client aura donc besoin d’accéder à
     l’image de référence précédente. Ainsi, chaque séquence doit commencer par
     une image I (début d’un GOP) et se terminer par la dernière image d’un GOP.
   – La longueur du GOP doit donc être équilibrée. Plus long est le GOP, plus la
     compression sera élevée et plus lent sera le switching

• C’est pareil pour l’audio
    - Encodage par échantillonnage (AAC= 2048 ech/bloc)
    - la coupure doit se produire sur un multiple entier de cette taille de bloc
L’adaptation

• L’adaptation définit seulement le format du fichier sur le
  réseau
• Par exemple, Microsoft, pour sa mise en œuvre utilise un seul
  fichier préparé pour la durée complète. Un module serveur
  définit la densité d’octets correcte pour chaque séquence
  (chunk) en fonction des demandes clients. Les protocoles
  utilisés s’assurent que tous les chunks soient individuellement
  décodable
Implémentations courantes
• 3 grands acteurs: Microsoft, Apple et Adobe.

• Microsoft  Smooth Streaming + client Silverlight.
• Apple      HTTP Adaptative Streaming (HAS).
• Adobe      HTTP Dynamic Streaming (lect Flash
      vers 10.1)
• Autres acteurs:
• 3GPP       en liaison avec l’OIPF, ils ont défini le
              DASH, (avec fichier XML).
• MPEG       travaille sur la normalisation du Mpeg DASH
              avec la collaboration du 3GPP et de Microsoft.
Implémentation Microsoft
• Utilise un fichier XML (*.ism) afin de communiquer le tableau des URL au
  client et permettant d’identifier quels codecs, quels débits et quelles
  résolutions seront utilisés pour chaque fragment.
• Chaque chunk contient de l’audio et de la vidéo dans un conteneur MP4
  fragmenté.
• Audio et vidéo sont ainsi demandés séparément et le client peut accéder
  par système commuté vers différentes qualités.
• Le player silverlight ne supporte que les formats H264 et VC-1 en vidéo,
  ainsi que AAC et WMA en audio
Microsoft Smooth Streaming Architecture




34
Format de fichier MP4 fragmenté
 Metadata describes file contents                      Index information provides random
                                                       access to individual fragments




                       Individual Media Fragments (of equal duration and starting and
                       ending on GOP boundaries)

35
Les composants du « Smooth Streaming »
• Expression encodeur 2 sp 1 version Pro
• Serveur IIS 7 + Smooth Streaming
• Client Silverlight (en HTTP uniquement)
Implémentation Apple
• La table des URL est fournie à partir d’un fichier texte appelé « playlist ».
• Le niveau supérieur de la playlist contient la liste des qualités disponibles
  avec pour chacune d’elles une sous-playlist.
• La sous-playlist énumère les URL de chaque chunk.
• Ces chunks contiennent à la fois audio et vidéo dans un format Mpeg-2 TS.
• La spec permet n’importe quel codec vidéo ou audio, mais actuellement
  uniquement H264, AAC et MP3.
Apple Live Streaming Basic Architecture




38
Implémentation Adobe

• Adobe utilise aussi un fichier XML afin de communiquer au client le
  tableau des URL (*.f4m).
• Il a sa variante MP4 (F4F)
• Les métadatas sont aussi fragmentées
• Le flash player (client) ne supporte que H264, VP6, AAC et MP3
Adobe Flash Dynamic Streaming
              Architecture




40
Les technologies de l’ Adaptive Streaming
                      Microsoft                               Adobe                             Apple
                      Smooth Streaming                        Flash Dynamic Streaming           HTTP Live Streaming

Streaming Protocol    HTTP                                    HTTP & RTMP                       HTTP

                      Silverlight, Xbox 360, other
Supported                                                                                       iOS, devices running
                      Smooth Streaming-compatible             Flash Player 10, AIR
Platforms                                                                                       QuickTime X
                      players and iOS

                                                              MPEG 4 – Part 12
                      MPEG 4 – Part 12
Media Container                                               (Fragmented MP4 - HTTP            MPEG-2 TS
                      (Fragmented MP4)
                                                              Only), FLV

                      Currently supports VC-1
Supported Video                                               H.264 Baseline, Main, and         Currently Supports H.264
                      Advanced Profile & H.264
Codecs                                                        High; VP6                         Baseline Level 3.0
                      Baseline, Main, and High

Supported Audio                                                                                 Currently Supports MP3,
                      Currently supports WMA & AAC            AAC, MP3
Codecs                                                                                          HE-AAC, AAC-LC

Default Fragment
                      2 seconds                               n/a                               10 seconds
Length
                      Contiguous single file for each         Contiguous single file for each
File Type on Server                                                                             Segmented Multi-file
                      bitrate or single multi bit-rate file   bitrate



 41
•   Contexte et définitions
•   Les protocoles utilisés
•   Le pseudo streaming
•   Le streaming adaptatif
•   Vers le MPEG DASH
Vers un streaming unifié

Outre les différences, dans les implémentations actuelles, il y
a aussi des similitudes:
– Tous les acteurs supportent H264 et AAC
– Le conteneur peut être MP4, F4V, Mpeg-2 TS
– On peut imaginer un format de stockage disque unique

– On peut aussi imaginer une évolution future vers le VBR
Dynamic Adaptative Streaming over HTTP
Principe du DASH
Media Presentation Description




Content Segmentation for HTTP Adaptive Streaming
Merci de votre attention

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Adaptative streaming : enjeux, panorama, principes et difficultés

  • 1. Le Dynamique Adaptative Streaming Gabriel Melki - INA-EXPERT
  • 2. Contexte et définitions • Les protocoles utilisés • Le pseudo streaming • Le streaming adaptatif • Vers le MPEG DASH
  • 3. Etat des lieux Selon Laurent Blanchard (DG de Cisco France) dans une interview accordée au magazine Challenge(s): « les vidéos, qui représentent aujourd’hui entre 30 et 40% des données véhiculées sur le Net », vont être responsables d’une explosion du trafic généré dans un futur très proche puisque « d’ici à 2015, ce sera 90% ».
  • 4. Les premières solutions proposées • Evolution de l’internet et du Web.. • D’abord du texte (HTML via HTTP).. – Puis de l’incorporation d’images (mime) – Puis des images animées (gif animés) • la vraie vidéo apparait quelques années plus tard.. • Naissance du streaming
  • 5. Téléchargement de fichier ou Téléchargement de flux Ex: http://www.load.com Ex: mms://serveur.load.asf
  • 6. Qu’est ce que le streaming: l’aspect juridique • Il y a un grand débat quant à savoir si ces techniques doivent être appelées « streaming » ou téléchargement. • En général les diffuseurs sont autorisés à diffuser des contenus (streaming), mais ils ne sont pas autorisés à rendre disponible le contenu en téléchargement. • En streaming: seule, la partie demandée est transférée. En ce sens les diffusions adaptatives sont appelées streaming. • Téléchargement: dés qu’un fichier multimédia est copié sur le client, c’est du téléchargement. Les techniques décrites pourraient être appelées « téléchargement adaptatif ». • En streaming, il devrait être impossible à un utilisateur de stocker une copie du média. Mais c’est techniquement impossible et il reste toujours possible de stocker une copie. • Il serait utile dans ce cas, en streaming de préciser combien il est difficile de stocker une copie.
  • 7. Qu’est ce que le streaming: l’aspect juridique • En streaming, les médias ne doivent jamais être stockés (en cache) sur le client. • Pour certains algorithmes d’encodage des parties du fichier doivent être réutilisées et doivent donc être stockées pour un temps limité (ex: GOP long) • D’un point de vue technique, « Streaming » correspond à une terminologie souvent en désaccord avec le point de vue juridique.
  • 8. Le retour d’expérience • Aujourd’hui la diffusion de vidéos est monnaie courante.. • Mais la fluidité n’est pas garantie (longs temps d’attentes, interruptions, blocage partiel ou total). • Problèmes de compatibilité des navigateurs et des players
  • 9. Les contraintes de diffusion
  • 10. Contexte et définitions • Les protocoles utilisés • Le pseudo streaming • Le streaming adaptatif • Vers le MPEG DASH
  • 11. Les protocoles TCP/IP • Pour communiquer sur internet, le protocole de base c’est IP, en général en association avec TCP (70% des échanges). • L’objectif, c’est de transmettre les paquets de données à travers le réseau. • L’avantage de TCP, c’est qu’il garantit que tous les paquets arrivent dans l’ordre et sans dommage, quitte à réinitialiser une transmission complète du fichier
  • 12. Les problèmes de TCP Mais cette puissante possibilité de correction d’erreurs de TCP a un côut: – TCP refuse la release d’un paquet défectueux ou bloquant et refuse de traiter le paquet suivant tant que ce paquet n’est pas passé – même si tous les autres paquets sont sans problème et en attente dans les buffers. – TCP attendra que le paquet manquant arrive. – D’autre part, les procédures de transmission TCP sont très longues..
  • 13. Le streaming dynamique • Transfert de données audiovisuelles sous forme d’un flux régulier et continu sans téléchargement Avantages Inconvénients Usages Lecture Temps réel Serveur spécifique Diffusion de fichiers longs Pas de stockage local Diminution qualité vidéo (Risque de Diffusion Live Adaptation à la BP du client perte de paquets) Réseaux managés Adaptation dynamique de débit Nombre de connections unicast UDP Ex.: E-learning, webTV, VOD Seeking Rebuffering et lags lors du switch MBR locative (DRM, CAS) Live Prévoir les débits à l’encodage Support Multicast (LAN) Blocage possible NAT et firewall (sauf tunneling HTTP)
  • 14. Transport Temps réel • Objectif: utiliser d’autres protocoles pour le transport des flux audiovisuels. Besoin de protocoles « légers » • Les protocoles RTP/RTCP complètent l’offre « tout ou rien » du niveau 4. Ils fournissent des mécanismes TCP-Friendly absent dans UDP Protocole RTP RTCP Fournit L’identification de charge utile Rend compte de la qualité de (PAYLOAD) distribution La numérotation des paquets L’identification des participants L’horodatage Contrôle la fréquence d’émission des paquets RTP Un contrôle min. des échanges Ne fournit pas La réservation de ressources Ne garantit pas la QoS
  • 15. Streaming RTSP • Real Time Streaming Protocol – RFC 2326 – Port réservé: TCP 554 (UDP possible) – Live et VOD • Rôles: – Signalisation: mise en place des ressources serveur, détection automatique de la bande passante du client, versions de players, statistiques,… etc – Interactivité: Fonctions de type VCR • Transport des données audiovisuelles – UDP + RTP/RTCP – TCP – HTTP
  • 16. Débits vidéo et Bande passante • En streaming, la bande passante du client doit être supérieure au débit vidéo • Régulation du débit en fonction des CR RTCP – Diminution / augmentation du volume d’informations à transmettre
  • 17. Compensation de la gigue (coté client) • Utilisation de buffer de gigue pour amortir les variations de délai • Ajustement dynamique du délai de présentation par détection des pics de trafic
  • 18. Streaming Dynamique RTMP (Adobe) • Real Time Messaging Protocol – TCP 1935 – Mode Tunnel: RTMPT – Mode sécurisé: RTMPE – Couche Transport: TCP (donc pas de Multicast) • Live et VOD pour applications Adobe Flash • L’adaptation s’effectue dans les extrémités (serveur et client) – Détection initiale de la bande passante et du terminal (RTMP) – Optimisation à postériori de la qualité vidéo pour chaque terminal • Détecter un changement de bande passante • Détecter une modification de la résolution d’affichage
  • 19. MMS (Microsoft) • mms://serveur_video/ma_video.wmv • Windows Media Server • Recherche automatique de la couche transport idéale • MSBD (Media Stream Broadcast Distribution) pour la liaison encodeur/serveur MMS Applications streaming et transport HTTP TCP UDP Transport IP Réseaux
  • 20. Contexte et définitions • Les protocoles utilisés • Le pseudo streaming • Le streaming adaptatif • Vers le MPEG DASH
  • 21. HTTP downloading • Très répandu, HTTP permet de délivrer de la vidéo sur le WEB . • Il est autorisé par la plupart des firewalls, même en cas d’accès à Internet via un proxy. • Le moyen le plus simple pour délivrer de la vidéo sur HTTP est nommé: « http downloading » (téléchargement). • Le fichier multimédia sera alors, traité et transmis vers internet via le protocole TCP. • Une fois téléchargé, il peut être lu par un player en « stand alone » ou avec un plugin du navigateur HTTP. • cette technique garantit une lecture à qualité optimale, mais les utilisateurs devront attendre que le fichier soit totalement téléchargé avant de le lire.
  • 22. HTTP:Progressive Downloading • La solution consiste à déplacer les informations nécessaires au démarrage de la lecture vers le début du fichier. • Ainsi, le client pourra démarrer la lecture du fichier alors que celui-ci est toujours en téléchargement. Le pseudo streaming • On va intégrer au serveur un outil capable d’analyser la structure du fichier multimédia de manière à l’indexer dans le temps. • Les clients peuvent alors demander le téléchargement d’un intervalle de temps spécifique, sans avoir à télécharger tout le fichier.
  • 23. HTTP Pseudo streaming • Transfert par téléchargement du fichier AV – La lecture s’effectue progressivement pendant le téléchargement – Transport classique HTTP/TCP – Serveur web (Apache, IIS + Media Pack, Lighthttpd…) Avantages Inconvénients Usages Pas d’infrastructure spécifique Accessibilité pour les fichiers longs Diffusion de fichiers courts Pas de perte de paquets Pas de Live (max. 6 à 10 minutes) Qualité Pas de seeking en natif sur les paquets non Ex.: Clips, BA en FOD « friendly » firewall téléchargés (sauf mécanismes ad-hoc) Pas de détection BP utilisateur Pas d’adaptation dynamique de débit Pas de multicast Nombre de connections unicast TCP Copie du media en local (temporaire) Signalisation asymétrique Téléchargement inutile si lecture incomplète Pas de statistiques (modification player)
  • 24. Seeking en pseudo streaming • Lecture d’une partie non téléchargée d’un fichier FLV ou MP4 – Nécessite HTTP 1.1 – Les métadonnées du fichier doivent contenir une liste de seekpoints. – Le player recherche le point le plus proche de la demande utilisateur et construit sa requête: • http://www.monsite.fr/mavideo.flv?start=219476905 • http://www.monsite.fr/mavideo.mp4?startime=30.4 – Un module coté serveur permet de renvoyer la vidéo à l’offset correspondant (Keyframe)
  • 25. Contexte et définitions • Les protocoles utilisés • Le pseudo streaming • Le streaming adaptatif • Vers le MPEG DASH
  • 26. Principe du streaming adaptatif • Bien qu’utilisable avec d’autres protocoles, c’est en général en HTTP que nous retrouverons cette technologie. Ce qui permet de passer la plupart des firewalls. • Fichiers contigus pour le stockage (multi-fichiers ou MBR) • Fragmentation en objets plus petits (chunks) pour la distribution (en fonction du GOP par ex.) • Une application cliente adaptive • Signalisation par fichiers spécifiques – Ex. *.ism et *.ismc chez Microsoft
  • 27. HTTP dynamique streaming • Téléchargement Adaptatif – Fragmentation des fichiers en segments de 2 à 4 sec. – Compatible avec les caches HTTP existants – Encodages multi-fichiers, MBR ou scalable – Player intelligent (surveillance de la bande passante, CPU, batterie) Avantages Inconvénients Usages Utilisation des caches HTTP existants Peu d’encodeur compatible pour VoD et Live Préservation de la BP réseau l’instant (Mai 2010) Adaptation Bande Passante utilisateur Pas d’implémentation standard Adaptation dynamique de débit Pas de statistiques (modification Démarrage rapide player) Aucun buffering et déconnection Seeking Bonne montée en charge Parc de terminaux hétérogène
  • 28. L’adaptative streaming: coté serveur • Coté serveur, le streaming adaptatif, c’est: – Fournir aux clients une table d’adresses (URL). – Chaque adresse (URL) pointe vers un intervalle de temps précis (colonne), d’une qualité spécifique (lignes), d’un même contenu. – Tous ces renseignements sont mis en œuvre dans le client. – Le serveur peut être n’importe quel serveur HTTP compatible.
  • 29. L’adaptative streaming: coté client • Après avoir téléchargé la table d’URL: – Le client analyse son propre système et ses connexions pour sélectionner l’URL appropriée de la prochaine séquence. – Auparavant, il doit démarrer la lecture du 1er intervalle de temps avec le niveau de qualité le plus bas, afin d’obtenir le meilleur temps d’accès. – Durant ce 1er téléchargement, la bande passante disponible va être estimée (ex: 1er bloc de 325 ko téléchargé en 1.3 sec, la BP sera estimée à 2 Mb/sec). – Le client passe alors à la qualité disponible la plus élevée pour son cas.
  • 30. L’adaptative streaming: le switching • Pour arriver à un switching fluide entre les différentes séquences, il y a certaines exigences. – Chaque séquence (chunk) doit être totalement autonome. – Les algorithmes d’encodage utilisant la compression inter trames, réutilisent des morceaux d’images précédentes pour construire l’image actuelle, en transmettant seulement les différences. Le client aura donc besoin d’accéder à l’image de référence précédente. Ainsi, chaque séquence doit commencer par une image I (début d’un GOP) et se terminer par la dernière image d’un GOP. – La longueur du GOP doit donc être équilibrée. Plus long est le GOP, plus la compression sera élevée et plus lent sera le switching • C’est pareil pour l’audio - Encodage par échantillonnage (AAC= 2048 ech/bloc) - la coupure doit se produire sur un multiple entier de cette taille de bloc
  • 31. L’adaptation • L’adaptation définit seulement le format du fichier sur le réseau • Par exemple, Microsoft, pour sa mise en œuvre utilise un seul fichier préparé pour la durée complète. Un module serveur définit la densité d’octets correcte pour chaque séquence (chunk) en fonction des demandes clients. Les protocoles utilisés s’assurent que tous les chunks soient individuellement décodable
  • 32. Implémentations courantes • 3 grands acteurs: Microsoft, Apple et Adobe. • Microsoft  Smooth Streaming + client Silverlight. • Apple  HTTP Adaptative Streaming (HAS). • Adobe  HTTP Dynamic Streaming (lect Flash vers 10.1) • Autres acteurs: • 3GPP  en liaison avec l’OIPF, ils ont défini le DASH, (avec fichier XML). • MPEG  travaille sur la normalisation du Mpeg DASH avec la collaboration du 3GPP et de Microsoft.
  • 33. Implémentation Microsoft • Utilise un fichier XML (*.ism) afin de communiquer le tableau des URL au client et permettant d’identifier quels codecs, quels débits et quelles résolutions seront utilisés pour chaque fragment. • Chaque chunk contient de l’audio et de la vidéo dans un conteneur MP4 fragmenté. • Audio et vidéo sont ainsi demandés séparément et le client peut accéder par système commuté vers différentes qualités. • Le player silverlight ne supporte que les formats H264 et VC-1 en vidéo, ainsi que AAC et WMA en audio
  • 34. Microsoft Smooth Streaming Architecture 34
  • 35. Format de fichier MP4 fragmenté Metadata describes file contents Index information provides random access to individual fragments Individual Media Fragments (of equal duration and starting and ending on GOP boundaries) 35
  • 36. Les composants du « Smooth Streaming » • Expression encodeur 2 sp 1 version Pro • Serveur IIS 7 + Smooth Streaming • Client Silverlight (en HTTP uniquement)
  • 37. Implémentation Apple • La table des URL est fournie à partir d’un fichier texte appelé « playlist ». • Le niveau supérieur de la playlist contient la liste des qualités disponibles avec pour chacune d’elles une sous-playlist. • La sous-playlist énumère les URL de chaque chunk. • Ces chunks contiennent à la fois audio et vidéo dans un format Mpeg-2 TS. • La spec permet n’importe quel codec vidéo ou audio, mais actuellement uniquement H264, AAC et MP3.
  • 38. Apple Live Streaming Basic Architecture 38
  • 39. Implémentation Adobe • Adobe utilise aussi un fichier XML afin de communiquer au client le tableau des URL (*.f4m). • Il a sa variante MP4 (F4F) • Les métadatas sont aussi fragmentées • Le flash player (client) ne supporte que H264, VP6, AAC et MP3
  • 40. Adobe Flash Dynamic Streaming Architecture 40
  • 41. Les technologies de l’ Adaptive Streaming Microsoft Adobe Apple Smooth Streaming Flash Dynamic Streaming HTTP Live Streaming Streaming Protocol HTTP HTTP & RTMP HTTP Silverlight, Xbox 360, other Supported iOS, devices running Smooth Streaming-compatible Flash Player 10, AIR Platforms QuickTime X players and iOS MPEG 4 – Part 12 MPEG 4 – Part 12 Media Container (Fragmented MP4 - HTTP MPEG-2 TS (Fragmented MP4) Only), FLV Currently supports VC-1 Supported Video H.264 Baseline, Main, and Currently Supports H.264 Advanced Profile & H.264 Codecs High; VP6 Baseline Level 3.0 Baseline, Main, and High Supported Audio Currently Supports MP3, Currently supports WMA & AAC AAC, MP3 Codecs HE-AAC, AAC-LC Default Fragment 2 seconds n/a 10 seconds Length Contiguous single file for each Contiguous single file for each File Type on Server Segmented Multi-file bitrate or single multi bit-rate file bitrate 41
  • 42. Contexte et définitions • Les protocoles utilisés • Le pseudo streaming • Le streaming adaptatif • Vers le MPEG DASH
  • 43. Vers un streaming unifié Outre les différences, dans les implémentations actuelles, il y a aussi des similitudes: – Tous les acteurs supportent H264 et AAC – Le conteneur peut être MP4, F4V, Mpeg-2 TS – On peut imaginer un format de stockage disque unique – On peut aussi imaginer une évolution future vers le VBR
  • 45.
  • 47. Media Presentation Description Content Segmentation for HTTP Adaptive Streaming
  • 48.
  • 49. Merci de votre attention