La bande passante se mesure facilement sur Internet, mais ces données ne reflètent pas tous les paramètres à prendre compte et ils sont nombreux :
- la connectivité (vitesse de réponse entre le diffuseur et le réseau) à Internet ;
- le débit moyen (mégabits/seconde) ;
- le chemin que va utiliser votre vidéo entre le diffuseur et le récepteur ;
- la plate-forme de destination (YouTube, Vimeo; Daily Motion…) ;
- le public cible.
Ces différents paramètres permettent ainsi de choisir comment encoder votre flux et d’apprécier le niveau de qualité des images que vous voulez diffuser.
Comment mesurer et estimer cette bande passante ? Comment optimiser tous ces paramètres qui sont, de surcroît, variables dans le temps ? Comment adapter son streaming ? Peut-on faire plus avec moins ?
Comment mesurer efficacement une bande passante ?
Les fournisseurs d’accès proposent tous monts et merveilles. La réalité est plus complexe. Le langage marketing aura tendance à parler du débit de téléchargement, mais beaucoup moins du débit ascendant, le streaming vers Internet, notamment sur les box grand public. Dans les réseaux privés, c’est le service informatique qui a souvent la main. Pour des raisons de sécurité, celui-ci verrouille les ports, les protocoles et le débit sur les routeurs. D’où l’importance ici de se rapprocher des services informatiques ou de leurs prestataires bien en amont d’une diffusion programmée.
La mesure de bande passante se fait sur l’ordinateur de diffusion. Il s’agit de connaître le temps de réponse, la bande passante disponible vers Internet (upload) et accessoirement aussi la bande passante en provenance d’Internet (download) même si cette dernière ne revêt pas une importance particulière pour la diffusion, mais peut traduire une forte charge sur le réseau.
Premier paramètre à prendre en compte : le temps de réponse. Il doit être le plus petit possible afin que les échanges entre la plate-forme de diffusion et l’ordinateur se fassent le plus rapidement possible. Cela permet de limiter les erreurs possibles dans les trames, le moins de LAG (saut d’image) car la liaison entre l’ordinateur de diffusion et le serveur de réception passe par différents ponts ou points, dont certains risqueraient de devenir des goulots d’étranglement. Pour vérifier la vitesse de ce temps de réponse, il faut mettre en œuvre un « traceroute » qui permet de connaître tous les points de passage et leur temps de réponse. Généralement le temps de réponse lors de votre mesure initiale se situe entre quelques millisecondes (<10 ms) et quelques 100 ms, parfois beaucoup plus.
Le deuxième paramètre primordial est l’upload. Il indique la bande passante montante disponible. C’est celui que l’on scrute le plus. À l’heure de la fibre optique, celui-ci affiche souvent un extravagant >200 Mbs/s quand ce n’est pas beaucoup plus. Mais qu’en est-il lorsque ce chiffre descend dangereusement à 2 Mbs/s ? Quand le volume varie beaucoup ou est instable ? C’est notamment le cas avec l’ADSL ou avec la 4G quand la couverture de l’antenne 4G n’est pas optimale. Le problème s’accentue encore plus quand on est dans un grand événement et que toutes les personnes présentes se connectent à la même borne 4G ou wi-fi.
Troisième paramètre, le download (la voie descendante). Celui que les fournisseurs d’accès vantent à la télévision, a un impact limité sur la diffusion en streaming. Néanmoins, il joue aussi un rôle, notamment dans les visioconférences ou dans les productions en duplex pour ne citer que celles-là. Pour vous donner un exemple concret, il faut vous imaginer une régie finale dans un studio parisien et un plateau au fin fond de la Creuse pour retransmettre un match de foot en multicaméras dans un stade municipal.
La vraie mesure réside donc dans la prise en compte de ces trois paramètres : la latence (le ping), le download et l’upload.
De la bande passante idéale à la bande passante compliquée
Si les valeurs sont bonnes, avec une latence très faible (<10 ms) et que la bande passante stabilisée est supérieure à 200 Mb/s dans les deux sens, alors on peut diffuser tranquillement en FullHD voire du 4K. Selon l’importance de l’interaction avec les spectateurs, il est possible d’obtenir une latence ultra courte (quasi instantanée) entre le direct et ce que les spectateurs regardent. Cependant comme évoqué un peu plus haut, la bande passante reste fluctuante par nature.
En général les fluctuations sont peu perceptibles aussi bien dans l’ampleur que dans leur durée, surtout lorsque les chiffres sont très favorables au streaming. Il est cependant rare de trouver de bons chiffres dans l’événementiel, à la campagne ou dans les villes non équipées en fibre optique.
Que faire quand les chiffres ne sont pas bons ou limites ? Comment passer à l’agrégation de bande passante ? Rarement parfaite, elle dépend en partie des fournisseurs d’accès, du trafic sur votre réseau local, de votre routeur, du wi-fi éventuel, du trafic Internet en lui-même et aussi et surtout de votre encodage.
Un bon encodage pour optimiser le débit
L’encodage pour le streaming permet d’envoyer votre vidéo vers un serveur qui réceptionne le flux vidéo et le transcode pour que celui-ci soit visualisable par les spectateurs de la plate-forme et vos spectateurs en particulier.
Un spectateur peut regarder un flux vidéo sur son téléviseur, sur un ordinateur, une tablette et aussi beaucoup de smartphones. Les spectateurs regardent la vidéo en qualité HD, voire Full HD et parfois en 4K, mais cela reste anecdotique pour ce dernier cas. La moyenne se trouve donc entre un format HD720 et un FHD1080. Pour que l’image soit fluide, on doit raisonner 25 images par seconde à minima voire 50 images/s. Dans ce même flux, il faut passer également le son qui peut être encodé en différentes qualités également passant d’un 96 Kb/s à 196 Kb/s et dans le meilleur des cas à 392 Kb/s.
Donc, avant même de choisir les codecs dont on parlera plus loin, il faut ici faire des choix de diffusion à partir du sujet que l’on filme et que l’on va streamer (diffuser). Dans le sport, les images et la rapidité sont importantes, on aura donc tendance à proposer 50 à 60 images/secondes, alors que pour un sujet plus statique on pourra se contenter d’un 25/30 images par seconde.
Le tableau illustrant cet article vous donne des indications sur le débit en fonction de la résolution choisie et du nombre d’images par seconde.
En comparant les deux tableaux on peut donc estimer le besoin de bande passante par rapport à la diffusion souhaitée et trouver un compromis pour économiser la bande passante. La bande passante est souvent tributaire des capacités réseaux disponibles et du « medium » utilisés.
Bien que le wi-fi offre aujourd’hui des vitesses de transmission largement adaptées au streaming, il reste un point faible sur les produits grand public ou lorsque les utilisateurs sont nombreux pour un point d’accès wi-fi. Si vous êtes à deux ou trois ordinateurs connectés cela ne posera pas ou peu de problèmes, mais lorsque vous êtes nombreux le point d’accès risque de saturer au niveau des capacités et de la bande passante.
Dans une salle de concert avec 2 000 à 3 000 personnes ayant un smartphone allumé, il est fort probable que ces smartphones vont vouloir se connecter au wi-fi présent. Dans un stade de foot, la problématique se pose également avec les antennes 4G.
Pour optimiser le streaming et sa bande passante, il faut privilégier le filaire quand c’est possible. D’autres options comme les routeurs spécialisés (4G/5G) ou encore un bonding de réseaux (agrégation de plusieurs réseaux : wi-fi/4G/filaire) permettent d’obtenir une bande passante adaptée à vos besoins.
D’autres méthodes peuvent jouer un rôle important dans la préservation de la bande passante
Ainsi de nombreux codecs existent et peuvent être utilisés pour le streaming :
- H.265 (HEVC) ;
- VP9 ;
- AOMedia 1 (AV1) ;
- H.264 (AVCH) ;
- MPEG-4.
Un codec permet de compresser la vidéo et de réduire ainsi sa consommation de bande passante. Cela se fait en supprimant tout ce qui est inutile. Comment cela fonctionne-t-il ? L’encodeur compare image par image et « supprime » les informations qui ne changent pas par rapport à l’image précédente.
Les plus connus sont le H.264 et le H.265. Ce dernier permet de réduire considérablement la taille sans trop perdre de sa qualité. C’est cependant le H.264 qui est le plus répandu et le plus compatible avec toutes les plates-formes et la majorité des lecteurs vidéo.
Ce petit bout de programme existe depuis les années 2000 et dispose d’évolutions réalisées dans le temps. Cela génère des incompatibilités avec les appareils plus anciens avec les paramètres les plus récents et plus performants. Comme pour tout, il faut trouver des compromis entre la qualité et la compression. Des compromis entre la définition en pixels et le nombre d’images par seconde.
Le H.264 dispose de trois paramètres d’encodage principaux :
- Baseline ;
- MAIN ;
- High.
Ces trois profils influent sur la qualité et sur l’usage du processeur de l’encodeur et du processeur côté ordinateur d’encodage. La Baseline permet de rendre la vidéo accessible aux lecteurs plus anciens, cependant c’est vers le MAIN profile qu’il faut tendre pour équilibrer la qualité et la bande passante. Il faut adapter ces valeurs à sa propre configuration et aux paramètres de la plate-forme de diffusion (par exemple YouTube), c’est-à-dire à la capacité de l’ordinateur qui encode avec sa carte graphique et le processeur, à la bande passante disponible, et à la plate-forme finale.
S’il existe d’autres codecs, le H.264 reste cependant celui que l’on croise par défaut dans de nombreuses configurations de streaming. Il faut donc suivre les indications de la plate-forme de destination, et celles de votre outil de streaming. OBS (Open Broadcast Studio) ou plus encore vMix, donnent des préconfigurations qu’il suffit d’adapter à sa bande passante.
Pour un streaming en multidiffusion, on peut s’appuyer sur des solutions de multidiffusion au lieu d’envoyer votre flux directement sur chacune des plates-formes. Vimeo offre ce genre de solution qui permet d’envoyer un seul flux vers Vimeo ou Restream. Ces derniers renvoient ensuite le flux vers les autres plates-formes (YouTube, Twitch, Facebook, Linkedin, etc.), ce qui est économe au niveau bande passante, mais aussi au niveau de la charge de l’encodeur.
Quand la bande passante ne suffit pas
Quand elle est insuffisante, ce qui peut arriver, on rajoute des tuyaux. Il s’agit ici de faire de l’agrégation de bande passante, le bonding. Il permet d’agréger les bandes passantes de plusieurs réseaux, le wi-fi, le filaire, mais aussi la 4G, 5G, le satellite.
Comment marche le bonding ? Les flux streaming sont des trames binaires qui sont envoyées sur les réseaux en fonction de la disponibilité des routeurs. Par exemple, pour une trame X, qui prend le chemin satellitaire, la trame Y emprunte le chemin filaire et la trame Z passe par la 4G. Ces trois trames se réunissent dans un décodeur qu’on appellera A. Afin de conserver la chronologie des trames, le décodeur va les assembler dans le bon ordre (X, Y, Z) avant de les diffuser vers une plate-forme. Il s’agit donc ici d’une solution qui passe par un intermédiaire et permet de jongler avec plusieurs réseaux afin de contourner les insuffisances de réseau et de bande passante.
La gestion de bande passante dans l’audiovisuel et le streaming en particulier dépend donc de quatre facteurs : l’ordinateur de streaming, le réseau, la plate-forme de diffusion et le sujet que vous diffusez. Ces quatre facteurs vous permettent de décider de la qualité des images, de leur taille et du nombre par secondes. C’est à partir d’une bande passante inférieure à 10 Mbs/s pour le débit montant, qu’il faut réellement régler tous ces paramètres tout en gardant un peu de marge. Le réseau et sa connectivité à Internet est un facteur primordial dans toutes les productions de streaming. Afin de garantir une certaine qualité, la maîtrise, en interne, des réseaux informatiques est un atout qui fera la différence.
Extrait de l’article paru pour la première fois dans Mediakwest #52, pp. 80-82
