La vidéo sur Internet (part 1)

La diffusion de programmes de radio et de télévision sur Internet est très certainement l’un des enjeux majeurs de ce début de siècle. Le concept est né aux USA dans la première moitié des années 90.

Internet n’a pourtant pas été conçu à l’origine pour la vidéo. De prime abord, ses caractéristiques pourraient même paraître inconciliables avec les exigences de ce média : les accès et les réseaux sont divers et hétérogènes, les débits y sont essentiellement variables et pas toujours suffisamment élevés, alors que la vidéo exige par nature un flux important, continu et régulier. Il n’en est rien.

La vidéo sur Internet n’a pas encore acquis ses lettres de noblesse, loin s’en faut, mais des progrès significatifs ont été atteints ces dernières années. Des technologies spécifiques ont été développées et aujourd’hui ce marché est en pleine explosion même si de nombreux progrès restent encore à faire pour améliorer la qualité des images. Le temps où l’on comparait les images vidéo à des vignettes ou à des timbres postes animés pour caractériser les dimensions réduites et la qualité très appauvrie des images est aujourd’hui révolu. Les progrès technologiques réalisés au niveau du traitement des données (les micro-ordinateurs sont plus rapides et plus puissants, les algorithmes d’encodage et les logiciels de lecture sont plus performants), le développement à plus grande échelle des accès à hauts débits... sont les éléments déterminants de cette évolution.

Les exigences de la vidéo

Comparativement aux fichiers textes, les fichiers vidéo sont volumineux et exigent des débits importants. Si on se réfère à la télévision numérique « classique » (TPS ou Canal Satellite) qui utilise la norme de compression MPEG-2, on estimait il y a encore quelques années qu’il fallait en moyenne un débit constant de 5 ou 6 Mb/s pour obtenir une image numérique comparable à une image analogique composite en Pal ou en Secam, et 9 à 10 Mb/s pour atteindre la qualité studio CCIR 601. Les techniques de compression et d’encodage évoluant, on estime aujourd’hui qu’à qualité d’image égale, le débit nécessaire à été divisé par trois entre 1996 et aujourd’hui. Des progrès sont assurés. MPEG-4 est une technologie toute récente et prometteuse et sera donc sujette, à l’instar de ce qui c’est déroulé pour MPEG-2, à de nombreuses améliorations au fil du temps. On dit souvent que MPEG-4 AVC peut apporter (dans certains cas) un gain de 50 % en terme de débit par rapport à MPEG-2 [1]. Les codecs utilisés pour la vidéo sont en évolution permanente et les algorithmes d’encodage toujours plus performants. Compte tenu de ces évolutions, MPEG 4 AVC apparaît aujourd’hui comme l’une des solutions du futur pour la diffusion de la télévision sur les réseaux IP avec des débits qui pourraient bien être de l’ordre de 1,5 Mb/s d’ici quelques années, chiffre tout à fait compatible avec les accès hauts débits (réseaux câblés, ADSL) proposés par les fournisseurs d’accès à Internet. Mais nous n’en sommes pas encore là ! Les débits nécessaires aujourd’hui sont encore trop importants pour permettre à Internet d’assurer la diffusion de programmes de télévision avec une qualité suffisante.

le rappel des spécificités d’internet

Ces notions de débits, indissociables du concept de qualité, sont la première pierre d’achoppement de la télévision sur Internet. La seconde se situe au niveau même des caractéristiques d’Internet.

« tous les chemins mènent à Rome »

Aujourd’hui, Internet est un vaste réseau né du regroupement à l’échelle mondiale d’une multitudes de réseaux aux caractéristiques très variables, mais la philosophie générale qui prévalait à l’origine a été conservé. Du fait de ce maillage important, ce réseau offre une grande souplesse de fonctionnement.

un découpage en paquets

Les données numériques sur un réseau IP sont découpées en paquets. Ces paquets circulent sur Internet totalement indépendamment les uns des autres. Ils peuvent, en toute autonomie, prendre des itinéraires différents (en plus des données « utiles », chacun d’entre eux intègre une entête contenant différentes informations, notamment l’adresse IP d’arrivée).

Ces paquets peuvent parvenir à destination avec des écarts variables, être en retard (bloqués dans un routeur) et pas nécessairement dans le bon ordre, voire être purement et simplement éliminés, leur durée de vie ayant expirée. Sur le plan qualitatif, les problèmes de transit évoqués peuvent se matérialiser à l’écran par une dégradation des images (apparition d’artefacts) voire leur gel ou leur disparition complète. Des technologies particulières et des protocoles spécifiques ont été développées pour adapter les réseaux IP au contraintes du transport des données vidéo et audio en temps réel.

des débits fluctuants et parfois réduits

Les lignes utilisées pour les transferts liés à Internet sont parcourues par des flux divers et variés, leurs capacités en terme de bande passante doivent être partagées en permanence entre de nombreuses applications... Le débit possible (et donc la qualité de la transmission) dépend directement de la charge du réseau à un moment donné et peut donc être très variable. D’un instant à l’autre, en fonction des conditions de trafic, du moment de la journée ou de l’encombrement des serveurs visités, le débit peut instantanément varier entre minimum et maximum et provoquer un ralentissement des performances.

Ces problèmes de congestion ou de surcharge du trafic vont provoquer des retards et les délais dans l’acheminement des données. A l’arrivée, les écarts temporels entre paquets ne sont pas identiques à ce qu’ils étaient au départ (on appelle cela la gigue). On utilise souvent le terme de "qualité de service" (QoS) pour caractériser l’aptitude d’un réseau à assurer la transmission des données. La qualité de service "best effort" est celle qui est fournie traditionnellement par l’Internet et correspond en fait à une absence de qualité de service. Basiquement, la notion de priorité n’existe pas, le réseau traite de façon identique tous les flux qui circulent à chaque instant, quel qu’en soit le contenu. Les dégradations (ralentissements, pertes) dues aux éventuelles surcharges sont réparties à égalité entre tous. Le réseau "fait de son mieux" (best effort) pour acheminer le plus efficacement possible la totalité des données, sans s’inquiéter des besoins spécifiques correspondant à chacun des flux, et donc sans établir de différenciation entre les données audiovisuelles et les données « informatiques ».

des accès hétérogènes :

L’ADSL est aujourd’hui en France la principale technologie pour l’accès à Internet à haut débit. Les années 2004 et 2005 ont connu une hausse spectaculaire (+180%) du nombre des abonnés. Au 31 décembre 2005, on comptait 9,5 millions d’abonnés au haut débit (soit plus de 80% du nombre des connectés à Internet) dont 8,9 millions par l’ADSL (chiffre à comparer aux 560 000 abonnés au haut débit par le câble et aux 5600 divers (satellite, fibre, BLR...). En quelques années, l’ADSL est donc devenue, du moins en France, la solution leader pour les accès Internet à haut débit. Cela est du à l’excellente qualité des réseaux téléphoniques jusqu’à l’usager et aux faibles distances entre celui-ci et le central, une situation radicalement différente des USA. Compte tenu de son importance, nous accorderons une place spécifique à sa description et à ses déclinaisons possibles.

ADSL (Asymetric Digital Suscriber Line) : L’ADSL est une technologie qui s ’appuie sur le réseau téléphonique traditionnel. Elle n’est que l’un des membres de la grande famille de normes DSL (Digital Suscriber Line ou Ligne d’abonné numérique). Ces technologies ne s’appliquent pas sur tout le réseau de transmission téléphonique, mais uniquement sur ce que l’on appelle dans le jargon spécialisé la boucle locale, c’est-à-dire « le dernier kilomètre » du réseau téléphonique qui relie chaque abonné au central téléphonique. Ces liaisons sont constituées par les simples paires de fils de cuivre du téléphone. Contrairement aux communications téléphoniques gérées traditionnellement par France Telecom et qui restent analogiques, c’est bien de transfert de données numériques dont il s’agit ici. L’ADSL permet une connexion Internet permanente et indépendante de l’utilisation du téléphone analogique classique.

La bande passante d’une ligne téléphonique constituée de deux fils en cuivre est de plusieurs Mhz mais elle est très variable en fonction de la distance. Jusqu’à l’avènement de l’ADSL, les services de téléphonie de France Telecom n’utilisaient que les fréquences les plus basses, inférieures à 4 KHz. Les technologies ADSL exploitent les fréquences supérieures, jusqu’à 1,1MHz pour l’ADSL puis ensuite jusqu’à 2,2 MHz pour la norme ADSL2+ . Elles sont réparties (hormis la bande réservée à la téléphonie classique) en deux bandes distinctes : la bande inférieure pour la voie montante (pour les données numériques émises par le client) et la bande supérieure descendante beaucoup plus étendue et donc offrant un débit plus important.

Les débits proposés par l’ADSL ne sont pas donc identiques dans les deux sens de circulation d’où la lettre A signifiant Asymétrique dans l’acronyme ADSL. Ils ne dépassent pas 1 Mb/s dans le sens montant. Dans le sens descendant (c’est-à-dire vers l’usager), ils sont aux maximum de 8 Mb/s avec l’ADSL mais peuvent atteindre 25 Mb/s avec l’ADSL2+ qui a été normalisé il y a deux ans.

Une grande famille
L’ADSL n’est que l’un des membres de la grande famille de normes DSL dont les acronymes ne diffèrent que par la première lettre (d’où l’appellation de xDSL qui est parfois employé pour désigner cette famille). Ces normes se différencient par les technologies de modulation utilisées, par leurs performances en matière de débit (et donc de distance utile) dans un sens et dans l’autre... Hormis l’ADSL, on distingue :

le HDSL (High bit rate DSL) avec des débits symétriques de 2 Mb/s environ sur deux paires de cuivre pour des distance ne dépassant pas 4 km,

le SDSL (Symmetric DSL) avec des débits symétriques sensiblement identiques mais sur une seule paire de cuivre,

le READSL (Reach Extended DSL) qui permet d’augmenter les distances utiles mais avec des débits ne dépassant pas 512 kb/s,

le RADSL (Rate adaptative DSL)

le VDSL (Very high rate DSL) orienté très hauts débits (plusieurs dizaines de Mb/s dans le sens descendant), mais avec des distances dépassant à peine le kilomètre. Aujourd’hui France Telecom teste le VDSL2 qui permet un débit théorique de 100 Mb/s symétrique !

Toutes ces technologies ne sont pas encore proposées au grand public.

Les autres technologies d’accès : Le câble est une alternative à l’ADSL, mais qui reste limitée aux agglomérations câblées. Initialement destinés à la diffusion des programmes de télévision, en analogique dans un premier temps puis en numérique aujourd’hui, les réseaux câblés urbains permettent aussi la transmission bilatérale de données à haut débit. Les offres commerciales des câblo-opérateurs sont du même ordre que pour l’ADSL (jusqu’à environ 20 Mb/s dans le sens descendant). Le débit peut être très variable selon le nombre d’utilisateurs simultanés. Tout comme pour l’ADSL, la connexion à Internet est permanente.

Ces deux technologies phares ne permettent pas de couvrir la totalité du territoire français. Des solutions alternatives existent pour les zones plus « désertiques », hors agglomérations câblées ou situées trop loin d’un répartiteur pour l’ADSL. Elles s’appuient sur le satellite, les ondes radio ou sur le réseau de distribution de l’électricité mais elles restent encore marginales par rapport à l’ADSL ou le câble.

Largement utilisé pour la télévision, le satellite apporte une réponse pour la transmission de données ou pour l’accès individuel à Internet avec des débits qui pourraient être importants, mais qui sont généralement limités commercialement à quelques Mb/s pour ce qui concerne les particuliers. Un équipement spécifique (carte de réception à la norme DVB) doit être intégré au micro-ordinateur et être relié à une antenne parabolique extérieure. Deux méthodes sont proposées pour la voie montante (requêtes des utilisateurs). La première s’appuie sur la ligne téléphonique classique par l’intermédiaire d’un modem. La seconde, réservée aux professionnels (collectivités territoriales, entreprises...) est plus onéreuse et s’appuie exclusivement sur le satellite : les liaisons sont alors bi-directionnelles, la parabole est également utilisée en émission.

Le Wimax apportera également une réponse, hertzienne en l’occurrence (bande de 3,5 Ghz), pour s’affranchir des derniers kilomètres en direction des utilisateurs. Cette technologie radio, pas encore totalement stabilisée sur le plan de la normalisation, présente de nombreux avantages : des liaisons de quelques dizaines de kilomètres, des débits élevés et bidirectionnels, une installation facile, une antenne de dimension réduite... Les conseils généraux de l’Orne, du Calcados et de la Vendée ont déjà adopté cette technologie à travers les équipements qui sont proposés par l’opérateur français Altitude Telecom (tarif pour le grand public : 39 €/mois pour un débit de 1 Mb/s).

La troisième solution alternative s’appuie sur le réseau électrique. L’idée de superposer des signaux numériques au courant électrique n’est pas récente mais elle trouve ici une application nouvelle avec le développement de l’Internet. Si elle reste encore expérimentale pour le câblage des agglomérations, elle est par contre totalement opérationnelle à l’intérieur, en remplacement des réseaux filaires d’établissements. Plusieurs dizaines de collèges dans le département de la Manche, 18 écoles à Nice... ont été équipés en interne selon ce principe. En extérieur, la boucle locale électrique autorise des débits élevés (théoriquement plusieurs dizaines de Mb/s, pratiquement beaucoup moins) mais présente aussi des contraintes, notamment, en terme de distance utile puisque qu‘elles ne peuvent pas excéder quelques centaines de mètres (300m) sauf à installer des répéteurs (voir la note technique « Internet sur les fils électriques ? » consacré à ce sujet sur ce même site).

Ce tableau ne serait pas complet sans mentionner ces nouveaux opérateurs (Erenis notamment) qui déploient de la fibre optique jusqu’au pied même des immeubles de Paris (technologie dite FTH pour Fiber To The Home). La distribution au sein des bâtiments est ensuite assurée en utilisant la technologie VDSL. Cet opérateur propose des forfaits pour l’accès Internet et la téléphonie illimitée avec des débits compris entre 15 Mb/s (29,90 € (pour les particuliers) et 60 Mb/s (70€). Ces offres sont aujourd’hui disponible sur 25 000 logements dans la capitale et Asnières.

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