Médias en streaming, partie 6
Protocoles
Les flux vidéo et audio sont compressés pour réduire la taille du fichier. Les formats de codage audio incluent MP3, Vorbis, AAC et Opus. Les formats de codage vidéo incluent H.264, HEVC, VP8 et VP9. Les flux audio et vidéo codés sont assemblés dans un flux binaire de conteneur tel que MP4, FLV, WebM, ASF ou ISMA. Le flux binaire est transmis d'un serveur de streaming à un client de streaming (par exemple, l'utilisateur de l'ordinateur avec son ordinateur portable connecté à Internet) à l'aide d'un protocole de transport, tel que RTMP ou RTP d'Adobe.
Dans les années 2010, des technologies telles que HLS d'Apple, Smooth Streaming de Microsoft, HDS d'Adobe et des formats non propriétaires tels que MPEG-DASH ont émergé pour permettre le streaming à débit adaptatif sur HTTP comme alternative à l'utilisation de protocoles de transport propriétaires. Souvent, un protocole de transport en streaming est utilisé pour envoyer la vidéo d'un lieu d'événement vers un service de transcodage cloud et un réseau de diffusion de contenu, qui utilise ensuite des protocoles de transport basés sur HTTP pour distribuer la vidéo aux foyers et aux utilisateurs individuels. Le client de streaming (l'utilisateur final) peut interagir avec le serveur de streaming à l'aide d'un protocole de contrôle, tel que MMS ou RTSP.
La qualité de l'interaction entre les serveurs et les utilisateurs dépend de la charge de travail du service de streaming ; à mesure que davantage d'utilisateurs tentent d'accéder à un service, la qualité peut être affectée par les contraintes de ressources du service. Le déploiement de clusters de serveurs de streaming est l'une de ces méthodes où il existe des serveurs régionaux répartis sur le réseau, gérés par un serveur central unique contenant des copies de tous les fichiers multimédias ainsi que les adresses IP des serveurs régionaux. Ce serveur central utilise ensuite des algorithmes d'équilibrage de charge et de planification pour rediriger les utilisateurs vers des serveurs régionaux proches capables de les accueillir. Cette approche permet également au serveur central de fournir des données en streaming aux utilisateurs ainsi qu'aux serveurs régionaux utilisant les bibliothèques FFMpeg si nécessaire, exigeant ainsi que le serveur central dispose d'un traitement de données puissant et d'immenses capacités de stockage. En retour, les charges de travail sur le réseau fédérateur de streaming sont équilibrées et allégées, permettant une qualité de streaming optimale.
La conception d'un protocole réseau prenant en charge le streaming multimédia soulève de nombreux problèmes. Les protocoles de datagramme, tels que le protocole UDP (User Datagram Protocol), envoient le flux multimédia sous la forme d'une série de petits paquets. C'est simple et efficace ; cependant, il n'existe aucun mécanisme dans le protocole pour garantir la livraison. Il appartient à l'application réceptrice de détecter la perte ou la corruption et de récupérer les données à l'aide de techniques de correction d'erreurs. Si des données sont perdues, le flux peut subir une interruption. Le Real Time Streaming Protocol (RTSP), le Real-time Transport Protocol (RTP) et le Real-time Transport Control Protocol (RTCP) ont été spécialement conçus pour diffuser des médias sur les réseaux. RTSP fonctionne sur une variété de protocoles de transport, tandis que les deux derniers sont construits sur UDP.
Le streaming à débit adaptatif HTTP est basé sur le téléchargement progressif HTTP, mais contrairement à l'approche précédente, les fichiers sont ici très petits, de sorte qu'ils peuvent être comparés au streaming de paquets, un peu comme dans le cas de l'utilisation de RTSP et RTP. Des protocoles fiables, tels que le Transmission Control Protocol (TCP), garantissent la livraison correcte de chaque bit du flux multimédia. Cela signifie cependant qu'en cas de perte de données sur le réseau, le flux multimédia s'arrête pendant que les gestionnaires de protocole détectent la perte et retransmettent les données manquantes. Les clients peuvent minimiser cet effet en mettant les données en mémoire tampon pour les afficher. Bien que le retard dû à la mise en mémoire tampon soit acceptable dans les scénarios de vidéo à la demande, les utilisateurs d'applications interactives telles que la vidéoconférence subiront une perte de fidélité si le retard provoqué par la mise en mémoire tampon dépasse 200 ms.
Les protocoles Unicast envoient une copie distincte du flux multimédia du serveur à chaque destinataire. La monodiffusion est la norme pour la plupart des connexions Internet, mais elle ne s'adapte pas bien lorsque de nombreux utilisateurs souhaitent regarder simultanément le même programme télévisé. Les protocoles de multidiffusion ont été développés pour réduire les charges du serveur et du réseau résultant des flux de données en double qui se produisent lorsque de nombreux destinataires reçoivent indépendamment des flux de contenu en monodiffusion. Ces protocoles envoient un seul flux depuis la source vers un groupe de destinataires. Selon l'infrastructure et le type de réseau, la transmission multidiffusion peut être réalisable ou non. Un inconvénient potentiel de la multidiffusion est la perte de la fonctionnalité de vidéo à la demande. La diffusion continue de programmes radio ou télévisés empêche généralement le destinataire de contrôler la lecture. Cependant, ce problème peut être atténué par des éléments tels que les serveurs de mise en cache, les décodeurs numériques et les lecteurs multimédias mis en mémoire tampon.
La multidiffusion IP permet d'envoyer un seul flux multimédia à un groupe de destinataires sur un réseau informatique. Un protocole de gestion de connexion, généralement Internet Group Management Protocol, est utilisé pour gérer la livraison des flux de multidiffusion aux groupes de destinataires sur un réseau local. L'un des défis du déploiement de la multidiffusion IP est que les routeurs et les pare-feu entre les réseaux locaux doivent permettre le passage des paquets destinés aux groupes de multidiffusion. Si l'organisation qui diffuse le contenu contrôle le réseau entre le serveur et les destinataires (c'est-à-dire les intranets éducatifs, gouvernementaux et d'entreprise), alors des protocoles de routage tels que Protocol Independent Multicast peuvent être utilisés pour diffuser du contenu en flux vers plusieurs segments de réseau local. .
Les protocoles peer-to-peer (P2P) permettent l'envoi de flux préenregistrés entre ordinateurs. Cela évite que le serveur et ses connexions réseau ne deviennent un goulot d'étranglement. Cependant, cela soulève des problèmes techniques, de performances, de sécurité, de qualité et commerciaux.
Les réseaux de diffusion de contenu (CDN) utilisent des serveurs intermédiaires pour répartir la charge. La livraison unicast compatible Internet est utilisée entre les nœuds CDN et les destinations de streaming.
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