Le codage vidéo HEVC à la sauce 4K a joué les

ANALYSE
Audio/vidéo
L'édition 2013 du salon
IBC qui s'est tenue
mi-septembre au RAI
Convention Center
d'Amsterdam a accueilli
un nombre record
de 52 974 visiteurs.
Le codage vidéo HEVC
à la sauce 4K a joué les vedettes
sur le salon IBC
Indubitablement, le tout récent standard de compression vidéo HEVC,
successeur annoncé du MPEG-4 AVC, suscite un engouement non feint
chez de nombreux industriels de l’industrie du broadcast (et des réseaux
de diffusion IP), comme ont pu s’en rendre compte les très nombreux
visiteurs de la manifestation IBC, qui s’est tenue mi-septembre à Amsterdam.
A
msterdam – L’édition 2012 du
salon IBC, rendez-vous
annuel de l’industrie de la
production, de la transmission et de
la diffusion de contenus audiovisuels
et multimédias, avait donné le ton.
On y avait détecté l’arrivée à quasi-maturité de ce qui n’était qu’alors
le « futur » standard de codage vidéo
HEVC (High Efficiency Video
Coding). L’édition 2013 a enfoncé le
clou de façon spectaculaire. Recommandation UIT-T H.265 et spécification ISO/IEC 23008-2 depuis le début
de l’année, la nouvelle norme a largement fait le buzz dans les travées
du salon néerlandais. Pour se rendre
compte du phénomène, il suffisait de
repérer les grappes de visiteurs qui
s’agglutinaient devant les multiples
démonstrations de transmission et
d’affichage d’images UltraHD de
résolution 4K (3 840 x 2 160 pixels)
compressées HEVC.
16 / L’EMBARQUÉ / N°3 / 2013
son Video Networks…), fabricants de
décodeurs et de passerelles résidentielles (Humax, Sagemcom, Samsung, Technicolor, etc.), concepteurs
de circuits, tous s’étaient donné le
mot pour vanter l’avantage principal
attendu avec le successeur de l’actuel MPEG-4 AVC : une division par
deux du débit après compression, et
ce pour une perception psychovisuelle des images équivalente.
Des images 4K codées
HEVC diffusées par satellite
Les visiteurs ont pu admirer de multiples
démonstrations de transmission live d’images UltraHD
de résolution 4K (3 840 x 2 160 pixels) compressées
HEVC.
●
Opérateurs de satellites (Eutelsat,
SES), fournisseurs d’encodeurs professionnels (Allegro DVT, Ateme,
Envivio, Ericsson, Harmonic, Thom-
Il serait fastidieux de lister toutes les
sociétés qui mettaient HEVC en
œuvre sur leurs stands, d’une façon
ou d’une autre. On citera néanmoins
Eutelsat qui a profité d’IBC pour
annoncer le lancement d’un canal
HEVC UltraHD de démonstration sur
le satellite Eutelsat 10A en partenariat avec le fabricant français d’encodeurs Ateme. Les programmes (dont
Audio/vidéo
ceux de Fox International et de de
National Geographic) y sont pour le
moment diffusés à raison de
30 images par seconde. L’opérateur
luxembourgeois SES avait toutefois
précédé Eutelsat en effectuant au
mois d’avril 2013, avec le concours
d’Harmonic, la première transmission UltraHD à la norme HEVC
depuis un satellite Astra à la position
19° Est. Toujours actif, ce canal qui,
lui aussi, transporte des flux à
30 images/s a permis à des sociétés
comme Humax et Technicolor de
présenter sur IBC 2013 des prototypes en fonctionnement de récepteurs compatibles UltraHD/HEVC.
SES avait par ailleurs mis en place un
second canal avec l’Institut Fraunhofer afin d’émettre du contenu
UltraHD avec une fréquence
d’images plus élevée. « Nous pourrons fournir en live à nos partenaires
industriels les signaux satellitaires
nécessaires aux démonstrations de
récepteurs capables de décoder les
flux HEVC 50/60p pris en charge par
la toute nouvelle interface HDMI
2.0 », a précisé Thomas Wrede,
vice-président en charge des systèmes de réception chez l’opérateur
luxembourgeois. Publiée en septembre par le Forum HDMI, la version 2.0 de la « péritel numérique » a
en effet dopé la bande passante à
18 Gbit/s, suffisante pour supporter
les transmissions de flux vidéo
4K@50/60p, soit des flux de résolution 3 840 x 2 160 pixels au format
progressif de 50 ou 60 images/s. Les
capacités du HDMI 1.4, de fait, ne
lui permettent pas de dépasser les 24
ou 30 images par seconde pour le
format 2160p !
Sur le stand
DVB, c'était
la diffusion
d'images
UltraHD 4K
par voie
terrestre via
le standard
DVB-T2
qui était mise
en avant.
●
Toute cette effervescence semble
donner raison à l’UER (Union européenne de radio-télévision). Garante
des intérêts des diffuseurs, l’organisme genevois prédit l’arrivée sur la
période 2014-2015 de récepteurs
grand public compatibles UltraHD/
HEVC (et dénommés UHD-1C)
capables de décoder des flux vidéo
à 60 images par seconde avec une
profondeur de couleurs de 10 bits et,
donc, une compatibilité avec le profil Main 10 de la norme HEVC. En
attendant ultérieurement une deuxième génération (UHD-1H), apte,
elle, à traiter des flux à 120 Hz (voire
150 Hz), cadence de rafraîchissement d’images considérée comme
idéale pour les programmes tels que
les retransmissions de compétitions
sportives.
Les fabricants de circuits
de décodage HEVC
en embuscade
Les fabricants de circuits de décodage vidéo se sont mis au diapason
des prévisions de l’UER. A l’occasion
du salon IBC, plusieurs d’entre eux
ANALYSE
ont mis l’accent sur leur toute récente
offre HEVC. Broadcom a ainsi
dévoilé une gamme de circuits SoC
de décodage vidéo HEVC pour
décodeurs TV IP, câble et satellite,
capables de décompresser des flux
UltraHD 4K. Et ce jusqu’au profil
Main 10 et jusqu’à des vitesses de
rafraîchissement de 60 images par
seconde. Selon la société, ces circuits ont aussi été conçus pour pouvoir rapidement intégrer le standard
d’interface HDMI 2.0. La gamme de
SoC compatibles HEVC de
Broadcom englobe en particulier le
BCM7251, qui cible plus spécifiquement les décodeurs IPTV Multi-HD/
UltraHD, et le BCM7366, qui vise les
équipements de réception directe
par satellite. Ils rejoignent dans la
famille HEVC de Broadcom le
BCM7445 annoncé en janvier 2013
et conçu pour les passerelles résidentielles pour diffusion multi-écran
(dont les écrans 4K). A noter que, sur
IBC, les circuits de l’Américain
étaient à l’œuvre dans le prototype
de décodeur satellite 4K du constructeur coréen Humax, ainsi que dans
la démonstration de transmission live
de contenus HEVC effectuée par le
consortium DVB sur son stand. Une
démonstration particulièrement originale puisqu’il ne s’agissait pas ici
d’une diffusion par satellite, mais
d’une diffusion par voie… terrestre !
Dans ce cadre, l’opérateur Arqiva
émettait sur le salon un signal hertzien DVB-T2 de 8 MHz de bande
passante intégrant à la fois un service
UltraHD codé HEVC et un service
mobile T2-Lite codé H.264. Affichant
un débit de 25,24 Mbit/s (pour des
porteuses OFDM modulées en 256-
LE LNB, OBJET DE TOUTES LES ATTENTIONS DES OPÉRATEURS DE SATELLITES
Eutelsat et SES, les deux
grands opérateurs européens
de satellites, ont profité du salon
IBC pour effectuer des démonstrations live de LNB de prochaine
génération. Destiné à être
adapté sur une antenne satellite,
le Smart LNB (ou tête de réception
satellite intelligente) d’Eutelsat
doit permettre aux télédiffuseurs
d’associer à leurs bouquets TV
des services de télévision interactifs (services HbbTV, télévision
payante à la carte, télévision
sociale, activation d’abonnements,
participation en direct
aux programmes télédiffusés)…
sans qu’ils aient à se subordonner,
n
pour la voie de retour, à l’existence
préalable d’un réseau terrestre,
filaire ou mobile. Entré en phase
d’industrialisation pour une commercialisation prévue en 2014,
le Smart LNB intègre un émetteur
destiné à assurer la fonction
de voie de retour par satellite
et s’appuie sur une série de
standards ouverts (comprenant
le DVB-S2 et l’IP) conjugués à
des protocoles développés
par Eutelsat. Fonctionnant sur IP,
le smart LNB autorise également
la distribution des contenus,
à l’intérieur du domicile, sur
une large gamme d’appareils
mobiles tels que les smartphones,
les tablettes et les ordinateurs
portables.
n La compatibilité IP, c’est aussi la
caractéristique fondamentale de
l’IP-LNB de SES dont un prototype
était exposé sur le stand de la
société luxembourgeoise. Basé sur
la technologie SAT-IP qui vise à
distribuer les signaux satellite dans
toute la maison vers n’importe
quel terminal compatible IP (PC,
tablette, smartphone, baladeur
multimédia, etc.), l’IP-LNB réunit
les fonctions de réception satellite
et de conversion IP directement au
niveau de l’antenne. La distribution des programmes TV satellite
dans les foyers peut alors se
faire au moyen d’un simple câble
Ethernet et, du coup, le LNB peut
être alimenté par ce même câble
via une technologie PoE (Power
over Ethernet). Caractéristique qui
devrait contribuer à réduire à la
fois le coût et la consommation du
système global. Enfin, le signal satellite étant échantillonné numériquement au niveau de l’antenne, il
est possible d’accéder directement
à travers Ethernet aux données
spectrales du signal satellite et
à d’autres mesures de la qualité
de la liaison. Conçu par SES et
assemblé par la société Inverto,
l’IP-LNB devrait être disponible
commercialement en 2014.
L’EMBARQUÉ / N°3 / 2013 /
17
ANALYSE
Audio/vidéo
QAM), le premier était donc récupéré par un décodeur prototype
fourni par Broadcom avant d’être
affiché sur un téléviseur Sony de
140 cm de diagonale. Se contentant
d’un débit de 1,02 Mbit/s (et d’une
modulation QPSK), le service
mobile, quant à lui, était décodé par
un dongle USB fourni par Sony et
diffusé sur une tablette.
Autre fabricant très présent sur le
marché du décodage vidéo, STMicroelectronics a abattu ses cartes lors
de la manifestation en annonçant, lui
aussi, des circuits SoC qui prennent
en charge le standard HEVC. Dédiée
aux décodeurs TV, la famille Cannes
(STiH312, STiH310 et STiH305) se
caractérise par l’intégration d’un
double cœur ARM Cortex-A9, d’un
cœur de traitement graphique 2D/3D
ARM Mali, d’encodeurs vidéo matériels avec prétraitement (H.264 ou
VP8), et de capacités de traitement
vidéo Faroudja. Ces circuits
embarquent par ailleurs une interface PCI Express pour la connectivité
Wi-Fi, des interfaces pour cartes à
puce, deux interfaces eSATA à
6 Gbit/s et un port USB 2.0/3.0. Le
modèle STiH312 peut, en outre,
décoder des contenus affichant une
résolution UltraHD de 2160p/30. La
famille de circuits SoC Monaco
s’adresse, quant à elle, aux applications de type serveur telles que les
passerelles résidentielles. Le moteur
Faroudja qui y est intégré dispose de
fonctions de transcodage adaptées
aux utilisations multi-écrans sur des
produits grand public et portables. La
famille Monaco inclut la référence
STiH412 UltraHD et des dérivés au
ner le XCode 6400 au cours du quatrième trimestre 2013 pour une
entrée en production de volume prévue pour le second trimestre 2014.
HEVC : d’abord pour
les réseaux OTT et TV sur IP
Les circuits
de décodage
HEVC
de l'américain
Broadcom
étaient à
l’oeuvre dans
le prototype
de décodeur
satellite 4K
du constructeur
coréen Humax.
●
coût optimisé (STiH407 et STiH410)
destinés au marché HD. Selon STMicroelectronics, toutes les références
seront échantillonnées dans le courant du quatrième trimestre 2013.
Le canadien ViXS Systems, pour sa
part, a annoncé sur IBC un circuit
SoC capable de décoder des flux
vidéo UltraHD 2160p/60 compressés selon le profil Main 10 de la
norme HEVC (une offre similaire
donc à ce que peut proposer
Broadcom). Fabriqué avec une
finesse de gravure de 40 nm, le SoC
XCode 6400 embarque un double
cœur Cortex-A9 MPCore affichant
une performance de 7 000 DMips, un
cœur de traitement des flux multimédias propre au Canadien et apte à
prendre en charge toutes les fonctions temps réel (transcodage, streaming vidéo, traitement audio…),
ainsi qu’un moteur graphique 3D
compatible OpenGL ES 2.0 et un
accélérateur matériel de mécanismes
de sécurité et de protection des
contenus. ViXS compte échantillon-
LES MODULES D’ACCÈS CONDITIONNEL S’ADAPTENT
À LA TÉLÉVISION CONNECTÉE
Les visiteurs du salon IBC
intéressés par les évolutions
des modules d’accès conditionnel (CAM) ont pu assister sur
le stand du suisse SmarDTV
à des démonstrations des
fonctionnalités apportées par la
spécification DVB-CI+ 1.4, dont
la publication est imminente.
On rappellera que le standard
d’interface DVB-CI+, qui impose
toujours un format PC Card pour
les CAM, est applicable depuis
2009 à tous les modules d’accès
conditionnels aux programmes
TV à péage (et aux téléviseurs).
Le DVB-CI+ 1.4 offre notamment aux CAM la possibilité
n
18 / L’EMBARQUÉ / N°3 / 2013
de décrypter plusieurs programmes simultanément,
une fonction rendue nécessaire
par l’arrivée de téléviseurs
dotés d’au moins deux tuners
différents. Pour répondre au
déploiement des téléviseurs
hybrides ou connectés, la
nouvelle version va par ailleurs
permettre aux modules de gérer
et de décrypter des contenus
payants venant de l’Internet
(et non plus uniquement de
réseaux de diffusion traditionnels terrestres, câblés ou
satellite). L’une des démonstrations à l’œuvre sur le stand
de SmarDTV explicitait un cas
d’usage de cette fonctionnalité.
On y voyait un convertisseur
satellite compatible SAT-IP (voir
encadré page 17) transférer sur
un lien IP/Ethernet plusieurs
programmes TV dont certains
cryptés. Un décodeur Android
dans lequel était inséré un CAM
compatible CI+ 1.4 développé
par la firme suisse était alors capable de déchiffrer les contenus
cryptés. La commercialisation
des premiers modules CAM
CI+1.4 est attendue courant
2014, en parallèle avec l’arrivée
sur le marché des téléviseurs
implémentant le nouveau
standard.
En attendant l’arrivée effective de la
4K dans tous les foyers, ce qui n’est
quand même pas pour demain
matin, le codage HEVC devrait s’inviter d’abord dans les services vidéo
multi-écrans OTT (Over The Top), la
vidéo à la demande, la TV de rattrapage et la diffusion TV sur IP. Les
opérateurs ADSL, par exemple,
voient d’un bon œil la mise à disponibilité d’encodeurs HEVC par les
industriels, la technologie leur permettant de diffuser des programmes
TVHD à des débits moins importants… et donc à un nombre d’abonnés plus grand ! C’est sur ces marchés
que se positionne le français Ateme
qui a d’ores et déjà introduit la technologie HEVC au sein de son encodeur/transcodeur multicanal et multiformat Titan Live. Selon la société,
l’équipement peut aujourd’hui transcoder en temps réel des programmes
vidéo en flux HEVC jusqu’à une
résolution HD. Dédié à la diffusion
multi-écran de vidéo à la demande,
le transcodeur logiciel Titan File,
quant à lui, peut produire en sortie
des flux HEVC à diverses résolutions
adaptées à la réception aussi bien sur
un mobile que sur un afficheur 4K.
Autre société française positionnée
sur le créneau de l’encodage vidéo,
le grenoblois Allegro DVT a profité du
salon IBC pour lancer le transcodeur
AL3200, conçu notamment pour les
besoins des fournisseurs de services
ADSL et des opérateurs mobiles qui
souhaitent compresser des contenus
à la norme HEVC pour des applications de vidéo à la demande. Au format rackable 19 pouces 1U, l’équipement peut encoder jusqu’à la
résolution 4K à 60 images par
seconde. Le Français a par ailleurs
mis à jour ses encodeurs HEVC en
temps réel AL1200/AL2200. Désormais aptes à compresser des flux
1080p/30, ceux-ci étaient d’ailleurs à
l’œuvre dans une démonstration
HEVC live sur le stand d’Allegro DVT,
avec un flux en sortie d’encodeur à
2,5 Mbit/s et un décodage sur tablette
Sony via un logiciel de la société
Ittiam. Sur une autre démonstration,
la firme grenobloise présentait une
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Audio/vidéo
implémentation sur FPGA de son IP
de décodage vidéo HEVC compatible
avec les profils Main et Main 10 et
capable de traiter les flux 4K à
60 images par seconde. « Nous avons
déjà vendu les jeux de tests de validation HEVC que nous avons lancés il y
a un an à plus de vingt-cinq fournisseurs de circuits intégrés dans le
monde, ajoute Pierre Marty, président
d’Allegro DVT. C’est un signe indubitable de l’adoption massive de cette
nouvelle norme. » Cette autre spécialité du Français permet aux développeurs de circuits de pousser leurs
décodeurs dans leurs derniers retranchements et de vérifier leur conformité à la norme. « A titre de comparaison, nous avons vendu nos jeux de
test H.264 à quatre-vingts entreprises
à ce jour », précise M. Marty.
Enfin, signalons qu’à l’occasion de
la manifestation, plusieurs sociétés
ont également mis l’accent sur leurs
logiciels de décodage HEVC pour
smartphones, tablettes et autres terminaux mobiles. Cela fut le cas d’Ittiam Systems (déjà cité), de VisualOn
(qui a porté son offre sur les smartphones G2 de LG), de Vanguard
Video et de Squid Systems. En général, ces sociétés proposent en parallèle des blocs d’IP de décodage
(voire de codage) pour FPGA.
Tico : une compression
visuellement sans pertes
En matière de codage vidéo, la technologie HEVC n’a pas, toutefois, été
la seule à mettre en avant ses avantages sur IBC. Spécialiste reconnu de
la technologie JPEG 2000 et bien
implantée sur le marché du cinéma
numérique, la société belge intoPIX
a profité du salon IBC pour présenter
aux yeux d’un large public Tico (Tiny
Codec), son tout nouveau format de
codage visuellement sans pertes,
adapté aussi bien aux images naturelles que composites. Un format
caractérisé à la fois par un rapport de
compression compris entre 2 et 4 et
par son faible impact au niveau matériel. La technologie développée par
intoPIX a en effet été conçue pour
s’intégrer au sein de FPGA ou d’Asic
en consommant un nombre réduit de
portes, tout en restant temps réel dans
des implémentations purement logicielles. Selon la firme belge, les principaux atouts de Tico, adapté à la HD
mais aussi à la 4K, voire à la 8K, ainsi
qu’aux formats vidéo 4:2:2 et 4:4:4,
TV CONNECTÉE : TOUR DE CHAUFFE
POUR LA SPÉCIFICATION HBBTV 1.5
Edictée par l’association
du même nom, la spécification HbbTV (Hybrid Broadcast
Broadband TV) vise à harmoniser la diffusion de programmes
interactifs, d’actualités et
d’informations sur les récepteurs
TV classiques (décodeurs TV
câble, satellite ou terrestre ou
téléviseurs avec décodeurs TNT
intégrés), dès lors qu’ils sont
équipés d’une connexion Internet. Reprenant des éléments
des standards DVB, OIPF, CEA
et W3C existants, HbbTV permet
d’offrir aux téléspectateurs
l’accès à des services connectés
au travers d’une interface de
type Web, sans que l’expérience
utilisateur ne soit réellement
modifiée (même écran, même
n
télécommande). Sa version la
plus récente, la mouture 1.5,
commence tout juste à être implémentée dans des récepteurs
et des services et le salon IBC a
été l’occasion d’en voir quelques
démonstrations concrètes sur
plusieurs stands, et notamment
sur celui de l’éditeur français httv.
n Ce dernier propose, sous le
nom de httvLink, un middleware
pour décodeurs et récepteurs
TV connectés, compatible à
la fois HbbTV et HTML5. « La
version HbbTV 1.5 améliore la
qualité de service en intégrant le support du standard
MPEG-Dash et son mécanisme
d’ajustement dynamique des flux
multimédias aux fluctuations du
réseau IP large bande, précise
résident dans son empreinte énergétique limitée, son faible coût d’implémentation et sa latence minimale.
Cette dernière pourrait ainsi être
réduite à l’équivalent d’une ligne de
pixels affichée, soit une microseconde environ, là où JPEG 2000 en
est encore à la milliseconde.
« La généralisation attendue des
images 4K à 60 images par seconde
va imposer l’usage de la compression
vidéo dans les connexions inter ou
intra-systèmes là où, aujourd’hui, on
s’en passe encore, explique
Jean-Baptiste Lorent, directeur marketing d’intoPIX. Tico est le fruit de
Spécialiste
reconnu de
la technologie
JPEG 2000,
la société belge
intoPIX a profité
du salon IBC
pour présenter
aux yeux d’un
large public
Tico,un format
de codage
visuellement
sans pertes.
●
Régis Saint-Girons, PDG de
httv. Elle garantit aussi la sécurisation des contenus en proposant des interfaces avec les
logiciels de gestion numérique
des droits DRM ». La version
HbbTV 2.0, actuellement en
cours de spécification, devrait,
quant à elle, voir le jour l’année
prochaine. « Cette future édition
devrait avaliser la migration vers
HTML5 et, surtout, intégrer des
fonctions de gestion du second
écran, pour une interaction
plus étroite entre, d’un côté, la
smartphone ou la tablette, et,
de l’autre, le récepteur HbbTV »,
ajoute Régis Saint-Girons qui
est également président du HD
Forum et responsable marketing
de l’association HbbTV.
ces réflexions et d’un an de R&D,
intégralement autofinancée par intoPIX. Les applications de cette technologie vont de la vidéo professionnelle, avec possibilité de transporter
sans problème des flux 4K/60p sur
de l’Ethernet à 10 Gbit/s, aux interconnexions d’équipements grand
public ou embarqués du type HDMI
ou DisplayPort. » A cet égard, la
société belge participe activement
aux travaux du comité Vesa (Video
Electronics Standards Association)
qui, depuis le début 2013, planche
sur des schémas de compression de
données dédiés aux fonctions d’affichage. Histoire de réduire les débits
de transmission sur les connexions
vers les écrans tout en offrant une
compression des flux visuellement
sans pertes. « Pour ce type de marché, la compression vidéo doit être
quasi invisible dans son implémentation, ajoute Jean-Baptiste Lorent. A
l’heure actuelle, la taille du codec
Tico est équivalente à celle d’un
contrôleur mémoire dans un FPGA
Xilinx ou Altera, et dix fois moins
importante que celle d’une IP JPEG
2000. Et ce, tout en n’exigeant
aucune capacité mémoire externe. »
Sur IBC, intoPIX faisait la démonstration d’une implémentation logicielle
sur PC du codec Tico avec compression de flux HD à 80 images par
seconde. Basée sur le procédé de
codage par ondelettes (comme JPEG
2000), la technologie d’intoPIX a fait
l’objet de plusieurs brevets.
PIERRICK ARLOT
L’EMBARQUÉ / N°3 / 2013 /
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