Un groupe de travail du forum VSF s’est donné pour mission d’enrichir les protocoles de transmission vidéo pour offrir des liaisons de qualité professionnelle sur les réseaux publics IP avec un nouveau jeu de recommandations, le RIST.
Le forum RIST pour « Reliable Internet Stream Transport » est un groupe d’experts mis en place à l’initiative du VSF (Video Services Forum) avec pour objectif de créer les outils et les protocoles offrant un transport vidéo de qualité sur des réseaux IP publics non managés.
Le VSF réunit depuis plus de douze ans à la fois des constructeurs de matériels broadcast (Sony, Panasonic, EVS, Evertz, Riedel, Ross…), des spécialistes du codage vidéo (Ateme, Nevion, Imagine…), des industriels des réseaux (Cisco, Netgear…) mais aussi des diffuseurs (BBC, PBS, NBC Universal, Walt Disney…) dans le but de favoriser la transition des industries audiovisuelles vers les réseaux numériques.
Dans le monde de la télévision, les liaisons de contribution servent à rapatrier de manière temporaire vers la chaîne TV, les signaux vidéo et audio des événements filmés en direct lors d’événements sportifs ou culturels. Au siècle dernier, ces liaisons étaient assurées d’abord par des faisceaux hertziens, puis des liaisons satellites dédiées avec des véhicules SNG et enfin des fibres optiques dédiées, exploitées en mode point à point. Les images et les sons circulent sur des cheminements affectés exclusivement à cet usage sans aucun partage avec autrui. Il en résulte un coût d’exploitation fort élevé puisqu’entièrement facturé à l’utilisateur et exige aussi une planification préalable auprès des opérateurs des réseaux, et dans le temps l’envoi d’équipements spécifiques sur place avec une équipe technique. Les liaisons dédiées et privatives restent encore d’actualité pour les événements d’importance mondiale comme les JO ou la coupe du monde de football.
Des liaisons vidéo sur réseau IP de plus en plus habituelles
La généralisation d’Internet avec la 4G et la fibre optique à domicile et surtout la montée en débit des points d’accès ont totalement modifié la donne à la fois au niveau économique puisque les coûts d’infrastructure du réseau sont répartis entre une multitude d’utilisateurs et l’aspect pratique du raccordement quasiment disponible partout, au moins dans les zones urbaines. La généralisation des dos 4G comme le LiveU ou l’Aviwest pour assurer la couverture de l’actualité et alimenter les chaînes d’infos en continu en est l’une des illustrations concrètes.
La généralisation des duplex avec des experts munis simplement de leur smartphone, constatée lors de l’épidémie de Covid, vient encore renforcer cette tendance, déjà lancée par les outils légers de streaming disponibles pour alimenter les plates-formes comme YouTube, Facebook ou Twitch. Par ailleurs l’essor de la remote production pousse aussi à l’utilisation de liaisons IP de qualité mais avec un coût maîtrisé.
Hélas, la situation n’est pas aussi idéale. D’une part, chaque constructeur ou éditeur de logiciel a mis au point son propre système de transport sur IP. Si les codecs de compression sont tous assez similaires (H.265 ou H.264), pour les protocoles de transport il y a une grande diversité et le fonctionnement de l’encodeur côté émission doit être compatible avec le décodeur à l’arrivée dans la chaîne. Ensuite comme la liaison Internet sur réseau public transite par des équipements réseau non managés, le flux vidéo est soumis aux aléas de la charge du réseau et aux erreurs de transmission. Même en prévoyant des mémoires tampon de taille importante (ce qui va augmenter la latence), la liaison risque de se dégrader et même parfois de se bloquer.
Tout le monde aura pu le constater lors des duplex via smartphone largement utilisés dans les journaux TV au cours du confinement, la transmission des images et des sons se dégrade subitement sans raison apparente. Pour des liaisons de contribution en vue de programme de production hors actualité chaude, cela est intolérable et il est indispensable de trouver les parades au côté aléatoire des liaisons via Internet. Les dos 4G évoqués plus haut offrent des résultats beaucoup plus satisfaisants mais en employant des techniques de codage propriétaires ce qui élimine toute possibilité d’interopérabilité entre les marques ou des outils tiers.
S’appuyer sur des protocoles ouverts pour garantir l’interopérabilité
Lors de la création du forum RIST, ses responsables ont édicté plusieurs principes essentiels qui devaient les guider dans leurs travaux. D’abord un souci de qualité pour être au niveau des performances habituelles de la production broadcast en compensant tous les aléas des transmissions IP, grâce à des outils de correction d’erreur performants. Ensuite, réduire la latence à des valeurs très faibles car très perturbante lors des duplex (cette bataille est par ailleurs engagée sur tous les fronts du streaming). Enfin établir des propositions intégralement basées sur des standards ouverts et ayant fait leurs preuves. Les systèmes propriétaires, au-delà des contraintes financières qu’ils induisent, compliquent souvent les évolutions techniques et les améliorations car gérées par les initiateurs de la version initiale dans une architecture technique que seuls eux maîtrisent.
Reprenant les principes des travaux de normalisation autour d’Internet et du ST2110, basées sur des RFC (Request For Comments), documents dont n’importe quel acteur spécialisé peut entreprendre la rédaction et ensuite soumis à des échanges ouverts pour l’améliorer et le valider, les fondateurs du Forum RIST affirment haut et fort que c’est la condition indispensable pour offrir la garantie d’apporter des progrès réguliers et surtout faciliter l’interopérabilité entre tous les constructeurs et opérateurs. Le formidable succès d’Internet est sans aucun doute dû à ce choix de standards ouverts basés sur de multiples RFC. Un site Web est accessible à tout le monde quel que soit l’ordinateur utilisé, l’OS sous lequel il tourne et le navigateur utilisé.
Les membres du RIST espèrent qu’à terme l’établissement d’une liaison de contribution avec une chaîne TV soit presque aussi simple que de se connecter sur un site Web avec une URL. Le projet reste quand même complexe et recouvre de multiples aspects : gestion de la connexion, dialogue entre émetteur et récepteur pour en fixer ses caractéristiques, adapter le débit aux contraintes du réseau, sécuriser la connexion entre autres. Comme dans des projets d’envergure similaires, comme la compression MPEG ou le ST2110, les participants au forum ont décidé d’avancer par étapes, qui prennent ici la forme de profils.
Des fonctions réparties sur cinq profils
Le premier profil, sobrement dénommé « simple » définit le contrôle d’erreur utilisé de type ARQ (Automatic Repeat reQuest), sachant que le transport est basé sur le protocole RTP. Lorsqu’un paquet de données est reçu par le récepteur, il indique à l’émetteur si celui-ci est complet ou au contraire corrompu. À charge pour l’émetteur de le renvoyer car il l’avait conservé temporairement dans une mémoire tampon, et au récepteur de le remettre à la bonne place dans le flux. Grâce à des marqueurs temporels, il réduit également le jitter induit par la liaison. Pour des liaisons point à point il reprend les services décrits dans la norme SMPTE 2022-2 et définit les modes d’agrégation de flux transmis sur des réseaux séparés (ou bonding) largement exploité par les dos de transmission 4G. Enfin, ce premier profil permet d’utiliser en option les techniques de correction d’erreur FEC proposées dans la SMPTE ST2022-1. Ce premier profil a été publié dans la recommandation technique TR-06-1 du VSF en 2018 et mise à jour en 2020.
La seconde partie des recommandations RIST, regroupées sous le titre « Main Profile », complète largement le premier profil avec des aspects centrés sur les besoins de contribution. Il offre d’abord la multidiffusion pour desservir plusieurs sites de réception depuis un point unique d’émission, fonction essentielle dans le monde de la retransmission d’événements à portée internationale. Il ajoute aussi la gestion de tunnels VPN pour sécuriser les liaisons et offre par ailleurs des outils de cryptage des flux pour mieux protéger les contenus contre des tentatives de piratage, là aussi une fonction indispensable pour les broadcasters détenteurs de droits de diffusion. Pour faciliter l’établissement des liaisons, des outils de type NAT pour la translation des adresses au niveau des routeurs sont également prévus ainsi que des outils de configuration automatique. Pour optimiser la gestion de la bande passante, les paquets vides sont supprimés et pour préserver la qualité de la transmission, la bande passante pourra aller au-delà des 100 Mb/s. pour des codages sans compression ou avec une compression légère. Les recommandations « Main Profile » ont été publiées en août 2020 dans le document TR-06-2 des recommandations VSF.
Le troisième niveau ou « Enhanced Profile » pour profil amélioré est en cours d’élaboration avec l’ajout d’outils de type ABR (Adaptative Bit Rate) pour ajuster le débit vidéo et audio à la bande passante disponible sur le réseau. Pour faciliter la mise en œuvre des liaisons RIST, ce troisième niveau de recommandations définira des profils d’utilisation qui pourront être échangés entre les terminaux pour rendre l’usage de ces protocoles encore plus automatiques et transparents.
Le dernier échelon est constitué par le « scalable profile » ou profil évolutif, pour l’instant inscrit uniquement dans un planning plus lointain. L’objectif est d’intégrer les fonctions de codage adaptatif décrites dans l’annexe G du H.264 de manière à adapter le taux de compression et donc la qualité de la vidéo à la bande passante disponible sur le réseau, pour éviter son engorgement et des défauts non maîtrisables.
Le RIST déjà disponible sur des outils et des services
Le forum RIST, qui réunit maintenant plus de cent membres, a publié en collaboration avec SipRadius, libRist une librairie pour faciliter l’implantation des protocoles RIST dans des services ou des équipements de communication. Plusieurs fabricants de codeurs/décodeurs vidéo comme Cobalt ou Evertz, ou comme Grass Valley avec sa plate-forme AMPP, ont implanté les outils du protocole RIST sur leurs produits. Des services cloud comme AWS Elemental, ou de réseaux de streaming comme Zixi ou le britannique M2A Media, ont aussi mis en place des services de contribution et d’échanges de contenus basés sur RIST. Récemment le forum RIST en collaboration avec SipRadius a mis en place un serveur de test pour permettre aux industriels ou aux prestataires de tester leur implantation du protocole dans leurs produits.
Sur le front des liaisons de contribution ou destinées à relier des sites de production, il règne une émulation certaine entre les constructeurs, les organismes de normalisation, les services cloud et les opérateurs. Face à la place prépondérante que prennent les réseaux IP qu’ils soient fermés ou publics, pour assurer les liaisons indispensables à la production, mais aussi l’émergence de la remote production ou l’éclatement des équipes entre de nombreux sites, tout le monde fourbit ses armes. Le protocole SRT conçu par Haivision, mais partagé avec les autres acteurs (voir Mediakwest n°42), la sortie du protocole NDI en version 5.0 (voir l’article dans ce numéro) qui étend son champ d’action à l’échelle du monde grâce à NDI Bridge sont des solutions alternatives au protocole RIST. Les promoteurs de ce dernier insistent sur le caractère ouvert du protocole et espèrent ainsi qu’il deviendra la pierre angulaire du transport vidéo et audio sur les liaisons IP grande distance.
Mais dans l’univers impitoyable des normes et standards, il y va comme dans le monde du showbiz où le nouveau titre annoncé comme le tube de l’été fait un flop retentissant face à un chanteur inconnu qui prend la tête du top 50. L’avenir nous dira quel outil deviendra le protocole incontournable pour assurer des liaisons vidéo de production fiables et de qualité et surtout faciles à mettre en œuvre sur les réseaux publics d’Internet.
Article paru pour la première fois dans Mediakwest #43, p. 142-144.
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