Ce mode de transmission est retenu par un nombre sans cesse croissant de constructeurs ou d’éditeurs de logiciels. Facile à mettre en œuvre, il devient une réelle alternative au câblage traditionnel en SDI, d’autant qu’il offre une large palette de passerelles vers les autres modes récents de transport de la vidéo.

À l’automne 2015, NewTek a surpris l’ensemble des acteurs de l’audiovisuel en dévoilant une nouvelle architecture de câblage vidéo basée sur le transport par réseau IP, le NDI (ou Network device interface). Le constructeur était surtout connu pour sa gamme de mélangeurs TriCaster qui, comme leurs concurrents, recevaient les images des sources sous forme de signaux vidéo analogiques ou numériques en SDI.

Le transport vidéo sur réseau IP était déjà disponible grâce aux techniques de streaming, mais au prix d’une forte compression et d’une latence importante rendant ce mode de transport inexploitable en production live.

Avec le NDI, l’objectif de NewTek est de proposer une solution alternative aux standards ST 2022 et ST 2110 en cours d’élaboration, avec quelques compromis techniques, tout en préservant la qualité des images, dans un environnement réseau facile à mettre en œuvre.

Un protocole ouvert

Pour lui donner toutes les chances de se développer largement, NewTek a fait un choix ambitieux : rendre son protocole ouvert aux autres industriels et le diffuser largement grâce à un SDK (Software development kit) disponible pour tous les acteurs intéressés. Cinq ans après son lancement, le NDI est devenu une technologie incontournable au cœur d’un véritable écosystème qui ne cesse de s’élargir.

L’architecture NDI a pour objectif de remplacer à terme le câblage SDI en s’appuyant sur les infrastructures des réseaux IP largement déployées et en facilitant son intégration dans tous les équipements disposant d’une interface réseau.

Le protocole et l’architecture NDI reposent sur trois piliers astucieusement combinés : un algorithme de compression, un protocole réseau avec reconnaissance automatique des équipements et un SDK pour l’intégrer dans les outils informatiques.

L’algorithme de compression choisi au lancement du NDI (depuis il a été décliné en plusieurs versions) a été conçu pour transporter les images de résolution HD entrelacées avec un débit de l’ordre de 100 Mb/s pour pouvoir transporter jusqu’à huit sources sur un simple lien Gigabit Ethernet. Il a également été adapté pour limiter la latence à une durée inférieure à une image tout en préservant la qualité des images de manière à ce que la différence avec une source SDI soit peu perceptible.

Pour faciliter la mise en réseau des équipements et éliminer les difficultés liées à leur adressage, NewTek a intégré dans son protocole NDI le service mDNS (multicast Domain Name System), un outil de reconnaissance automatique des périphériques et de mémorisation des tables d’adressage. Le mDNS est basé sur les protocoles Bonjour et Zeroconf, déjà largement déployés dans l’informatique classique.

Ainsi, lorsqu’une source de flux NDI démarre l’envoi d’un contenu, tous les périphériques susceptibles de le recevoir sont automatiquement avertis. Pour des configurations qui restent modestes en taille (jusqu’à une vingtaine de machines ou de flux gérés) et à condition que toutes les machines fassent partie du même sous-réseau (adresses IP avec leurs trois premiers octets identiques), dès le raccordement des machines sur le switch, les sources apparaissent immédiatement dans les panneaux de configuration de chaque destination. La présence du service mDNS constitue un avantage indéniable pour les équipes techniques sans compétences pointues en administration réseau.

Troisième pilier essentiel de l’architecture NDI : l’ouverture du protocole à des partenaires extérieurs et la fourniture d’un outil SDK. Ce dernier permet à des éditeurs de logiciels ou à des constructeurs d’équipements basés sur un hardware de type PC dotés de ports réseau, d’ajouter des interfaces d’échanges avec le protocole NDI, que ce soient ceux de la marque NewTek ou d’autres constructeurs compatibles NDI.

Deux versions de NDI

Deux ans après son lancement initial, NewTek a proposé la version 3.0 du protocole NDI, en le complétant avec un second mode de compression, le NDI HX. Basé sur le codec H.264, il offre un débit vidéo plus faible de l’ordre de 20 Mb/s au lieu des 100 Mb/s initiaux. Si les différences entre les deux modes de transport sont clairement établies, l’absence de suffixe dans la dénomination du mode initial engendre une confusion malencontreuse dans les spécifications des matériels.

Des constructeurs entretiennent cette ambiguïté et il faut aller dépouiller la documentation technique de matériels annoncés comme NDI, jusqu’aux dernières lignes pour découvrir que le signal fourni est de type NDI HX.

Pour sa récente caméra AW-UE100, Panasonic l’a bien compris et signale d’entrée de jeu que la sortie réseau transmet les images en mode NDI High Bandwith (à bande passante élevée). Il serait très opportun que NewTek décide de renommer la version initiale du codage NDI en NDI HQ ou un sigle similaire.

Le codage initial NDI, que nous appellerons NDI HQ dans la suite de l’article, est basé sur un algorithme de compression vidéo sur lequel NewTek reste très discret. Il fonctionne en mode intra-image, rendant chaque image indépendante de ses voisines, pour faciliter la commutation des sources en temps réel.

D’après plusieurs recoupements, il semble que le traitement appliqué à l’intérieur de chaque image soit de type DCT et assez proche de l’un des multiples Moving Jpeg propriétaires développés par de nombreux autres constructeurs. L’encodage final est de type VBR (variable bit rate), donc avec un débit variable selon le contenu des images et leur complexité. Pour des images HD entrelacées, le débit est de l’ordre de 100 à 120 Mb/s. Pour d’autres résolutions, voir notre tableau.

Le codec a été optimisé pour préserver un haut niveau de qualité aux images (les écarts entre un signal SDI non compressé et le NDI sont souvent difficiles à détecter), mais surtout limiter le temps de traitement (ou la latence) à une durée inférieure à une image.

Dans leur version initiale, les liaisons NDI entre sources et destinations fonctionnent en mode unicast. En conséquence lorsqu’une source doit alimenter plusieurs équipements, une liaison NDI est lancée pour chaque destination, ce qui multiplie d’autant la charge du réseau. Avec un switch Gigabit, au total sept ou huit transports NDI en HD pourront être lancés. NewTek recommande de ne pas dépasser au total 75 % du débit nominal du port.

Outre l’introduction du codage NDI HX, la version 3.0 du NDI apporte le mode de distribution en multicast, l’usage d’un protocole de correction de type FEC, des commandes de pilotage de caméras et la gestion du tally.

Avec le NDI HX, le codec de compression est de type H.264, donc avec un traitement inter-image associé à la notion de GOP. Le débit est alors ramené à 20 Mb/s environ pour une source HD entrelacée, ce qui augmente le nombre de flux transitant par un switch Gigabit.

Mais cela se fait au détriment de deux éléments : une légère baisse de qualité et une augmentation de la latence qui passe à une durée comprise entre deux et quatre images. La perte de qualité reste tout à fait acceptable, mais en comparant une image transmise en NDI HX et l’original, on constate néanmoins un écart visible.

Depuis le lancement du NDI, NewTek a régulièrement enrichi son protocole, ce qui a permis d’en améliorer les performances, mais aussi d’enrichir les fonctionnalités des logiciels associés à ce mode de transport par réseau.

La version actuelle du NDI est la 4.5. Il est à noter que les anciens équipements restent compatibles avec les évolutions en termes d’interopérabilité, mais pas de fonctionnalités, ce qui est logique. Le NDI HX est, de son côté, passé à la version 2, avec l’intégration dans cette dernière du codec de compression H.265, ce qui lui ouvre la possibilité d’encoder les images en UHD.

Grâce à leur port réseau, de multiples équipements s’ouvrent au NDI

Il ne faut pas considérer le NDI juste comme un remplacement câble pour câble des liaisons SDI. En transitant via les réseaux Ethernet les signaux NDI fonctionnent dans les deux sens et peuvent être associés à plusieurs sur une liaison unique, et surtout entrent ou sortent des équipements via les ports réseaux des machines. Ils donc sont susceptibles d’être échangés avec des ordinateurs via leurs ports RJ-45.

Avec le SDK associé au NDI, il devient facile de créer des entrées/sorties NDI sur les ordinateurs sans devoir passer par des cartes d’acquisition ou des sorties vidéo dédiées. Pour y répondre, NewTek propose une série de logiciels, les NDI Tools, facilitant l’intégration des ordinateurs dans une architecture NDI.

Parmi les NDI Tools, on trouve NDI Studio Monitor un outil d’affichage sur l’écran de l’ordinateur d’un signal NDI récupéré via son port réseau, NDI Test Patterns un générateur de mire, NDI Scan Converter qui convertit l’affichage écran d’un ordinateur en signal NDI (idéal pour envoyer vers un mélangeur une présentation PowerPoint ou un autre contenu informatique), un plug-in pour VLC et un second pour transférer les contenus gérés par les applications d’Adobe CC.

Tous ces logiciels sont disponibles gratuitement en version Windows. L’éditeur de solutions vidéo Sienna a développé des versions payantes pour Macintosh. À noter aussi le module NDI Virtual Input qui récupère un flux NDI et le convertit en signal compatible avec les modules de webcam des logiciels de visioconférence.

La disponibilité du SDK a permis à de nombreux éditeurs de rendre compatibles leurs logiciels vidéo avec le protocole NDI. Parmi ceux-ci, les logiciels de mélange vidéo comme OBS, vMix, Wirecast ou encore Livestream, les outils graphiques de Vizrt, le play out de Softron, les outils de réalité virtuelle ou augmentée d’Unreal, quelques exemples relevés dans la longue liste des logiciels ouverts au NDI.

Parfois la mise en place des liens vers le NDI exige une procédure un peu complexe et la compatibilité n’est pas assurée avec toutes les versions du NDI. Il est prudent de se renseigner avant de démarrer une production en se basant sur quelques annonces parfois peu documentées.

Même tendance concernant le hardware où un véritable écosystème s’est mis en place autour du protocole NDI. Les deux secteurs les plus prolifiques sont ceux des caméras PTZ et des boîtiers de conversion. Une rapide recherche sur Internet recense une quinzaine de constructeurs (dont Sony, Panasonic, Lumens, PTZOptics… et même NewTek), proposant des caméras PTZ (avec plus de 50 références) offrant une sortie NDI. Mais pour la très grande majorité, il s’agit de NDI HX, ce qui est logique car équipées d’une interface réseau, elles offrent déjà toutes des sorties en streaming codées en H.264.

Dans la majorité des cas, la sortie NDI HX devient opérationnelle après acquisition d’une mise à jour de firmware auprès de NewTek. Seul le très récent modèle AW-UE100 de Panasonic fournit une sortie NDI HQ ainsi que quelques autres modèles de BirdDog. Toujours dans le domaine de la prise de vues, NewTek a développé un logiciel pour l’iPhone, NDI Camera, qui le transforme en caméra avec transport en direct des images en NDI HX via une connexion wi-fi, vers des équipements compatibles raccordés au même réseau.

Une multitude de convertisseurs

L’autre domaine où l’on constate une effervescence autour du NDI concerne les outils de conversion de signaux ou les interfaces de raccordement. NewTek pour sa part propose à son catalogue les convertisseurs Spark Plus qui assure la conversion SDI ou HDMI vers NDI HQ (les modèles IO étant bidirectionnels).

Pour accompagner ses mélangeurs haut de gamme, NewTek a conçu les modules NC1, un premier modèle pour convertir huit signaux 3G-SDI ou 2 Quad-UHD, le second pour assurer l’interface vers le monde ST 2110. Les deux modules sont également compatibles AES67 et Dante.

Toujours avec le même objectif, mais des ambitions plus limitées, NewTek a développé les logiciels NewTek Connect et Connect Pro qui établissent sur ordinateur un pont bidirectionnel entre le NDI et d’autres protocoles réseaux (le SMPTE-2022 et l’ASPEN), les flux de streaming HTTP, RTSP et RTMP, les cartes audio et une multitude de boîtiers de conversion raccordés à l’ordinateur (Blackmagic, Deltacast, Matrox, Teradek, AJA…).

Capables de traiter deux ou quatre signaux selon la version, ils offrent divers outils de lecture de médias et d’affichage, des moyens de mesure avec moniteur de profil, vumètres, de télécommande de caméras.

Cette offre déjà fort large de NewTek s’est enrichie au fil des ans d’une multitude d’outils de conversion ou d’assistance à la réalisation développés par des acteurs déjà connus ou des constructeurs innovants. Parmi cette longue liste, on peut citer Magewell, Kiloview, BirdDog, Exterity, Deltacast.

Impossible de tous les citer et surtout de détailler leurs gammes respectives de produits. Le site de NewTek dédié au NDI en présente un large aperçu dans la zone NDI Store, ainsi que le site de 3D Storm.

Déployer le NDI au-delà du sous-réseau IP

Comme indiqué plus haut, au moment de son lancement, l’échange de signaux via le protocole NDI exigeait un fonctionnement en mode unicast et l’appartenance de toutes les machines au même sous-réseau. Avec ces deux prérequis, et grâce aux fonctions de découverte du mDNS, la mise en place d’une régie fonctionnant en NDI reste extrêmement simple et rapide.

Avec la sortie de la version 3.0, NewTek a ajouté le mode d’échange multicast, ce qui réduit la charge du réseau en cas de diffusion vers plusieurs directions, et a également permis l’échange de contenu entre plusieurs sous-réseaux distincts, condition essentielle pour déployer le NDI dans des architectures étendues avec des réseaux segmentés comme dans une chaîne TV ou un centre de production.

L’exploitation et la configuration de tels réseaux élargis exigent des compétences réseaux plus pointues et d’y consacrer plus de temps. NewTek a donc renforcé la gamme des outils logiciels mis à la disposition de ses clients en particulier le logiciel Access Manager qui entre autres permet la création de groupes de machines, de gérer plus finement les droits d’accès selon les utilisateurs et de donner l’accès à des machines appartenant à d’autres plages d’adresse. Sienna TV, déjà cité, a lui aussi développé une série d’outils d’administration des architectures NDI.

Si on souhaite encore élargir l’usage du NDI au-delà d’un site de production et aborder la « remote production », il faut pouvoir transporter les signaux NDI sur des réseaux de transmission publics non managés sur lesquels on n’a plus une maîtrise directe.

Pour répondre à ces besoins, des prestataires proposent des services de transport NDI dans le cloud. Parmi ceux-ci, toujours Sienna avec son service NDI Cloud ou encore Medialooks, qui a développé plusieurs SDK destinés à la transmission de signaux live dont le NDI à travers Internet.

Article paru pour la première fois dans Mediakwest #38, p. 106-110. Abonnez-vous à Mediakwest (5 numéros/an + 1 Hors série « Guide du tournage) pour accéder, dès leur sortie, à nos articles dans leur intégralité.

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