Manuel de connexion vidéo

Transcription

Panasonic
Manuel
de connexion
vidéo
INTRODUCTION
Les systèmes et leurs applications sont basés sur la connexion d’appareils individuels.
Le standard le plus connu d’interconnexion d’appareils de télévision est le format SDI (Serial
Digital Interface), qui fut défini il y a plus de 10 ans pour transporter le signal numérique non
compressé en composantes.
Avec l’introduction des systèmes de compression vidéo, de nouvelles méthodes de transport
de ces signaux de vidéo compressée ont été introduites basés sur le format SDTI (Serial Data
Transport Interface).
Ce signal SDTI forme une passerelle vers les technologies de transports de données du monde
informatique et des télécommunications.
Ce manuel de Connexion Vidéo n’est pas écrit pour les ingénieurs de développement ou de
planification mais pour les réalisateurs, les chefs de services, les monteurs. Son but est de
fournir une information de base sur les techniques de connexions, leurs différences et leurs
applications. On a bien entendu simplifié l’aspect technique. Les ingénieurs concernés se
référeront aux standards de l’UER/ SMPTE et des autres organismes pour plus d’information.
Panasonic - Connexion vidéo
1
CHAPITRE 1
La philosophie de la Télévision et des Télécommunications
Principes des couches dans les standards de télécommunication.
Le mérite des standards de codage NTSC et PAL n’était pas seulement de rester dans une
bande passante donnée à l’émetteur mais aussi de limiter les connexions à 1 câble au lieu de 3.
Ceci permit au moment du passage de la télévision noir/blanc à la couleur d’utiliser la même
infrastructure de câbles coaxiaux, ce qui représenta une énorme économie pour les
télédiffuseurs.
On peut y distinguer trois niveaux ou « couches » :
La couche supérieure : le capteur CCD est la source primaire pour le signal couleur,
nécessaire pour restituer l’information au niveau du récepteur. La couche supérieur détermine
ces paramètres.
La(les) couche(s) intermédiaire(s) : Ces couches précisent le système d’encodage et celui du
formatage de la chroma et de la luminance en un seul signal composite. Les autres parties de
ces couches définissent les règles de transport de ce signal composite dans le processus de
modulation de l’émetteur.
La couche inférieure : Elle spécifie tous les paramètres physiques (électriques et
mécaniques), les niveaux, les câbles, les impédances, les connecteurs. Elle est appelée la
« Couche Physique ».
Figure 1 : Le standard TV
couleur représenté en structure
moderne par couche.
RÉSUMÉ
Les standards modernes de télécommunications ont une structure par niveaux ou « couches ».
Les applications sont définies dans les couches supérieures et les interconnexions physiques
(câbles…) dans la couche inférieure.
Les couches intermédiaires définissent les règles de transport des informations et de
communications entre le matériel et les logiciels.
Pour faciliter la convergence entre les technologies de la diffusion et celles des
télécommunications, la SMPTE a adopté cette approche par couches pour son travail de
normalisation.
2
CHAPITRE 2
Le passage de l’Analogique au Numérique.
Au cours des dernières décades, les progrès technologiques ont profondément modifié les
méthodes de transport et de stockage des informations en vidéo.
Il y a 20 ans, l’industrie d’enregistrement sur support 1/2 pouce a évolué des NTSC et PAL en
composite vers les composantes analogiques. Ces cha ngements ont modifié les couches
intermédiaires comme on peut le constater sur la figure 2.
La couche inférieure avec son câblage à 75 ohms est restée la même.
Figure 2 : Modélisation par
couches pour les signaux
analogiques en composantes
Le milieu des années 80 vit l’introduction du premier magnétoscope numérique (D1) .
Pour enregistrer le signal TV sur cette machine, les composantes analogiques étaient
numérisées.
Une autre couche, qui spécifiait la numérisation des signaux composantes, fut ajoutée aux
couches intermédiaires.
La couche inférieure, elle aussi, fut modifiée. En effet le signal ainsi numérisé nécessitait 11
paires torsadées pour un transport en parallèle (Figure 3).
couches de la forme
parallèle des signaux en
composantes numériques.
3
Ce signal numérique parallèle était très compliqué à manipuler.
Il n’était plus possible d’utiliser l’infrastructure existante de câbles coaxiaux car ce signal
numérique nécessitait un câblage spécial.
A cause des 10 paires nécessaires au transport des 10 bits du signal, les câble étaient très
volumineux. Les connecteurs étaient très volumineux et les distances d’interconnexion trop
réduites.
Tous ces problèmes furent résolus avec l’introduction du signal sériel numérique (SDI pour
Serial Digital Interface ), qui transportait les bits individuels sous forme sérielle au lieu du
mode en parallèle (Figure 4).
couches du signal
numérique série (SDI).
La couche intermédiaire est maintenant formée de trois sous-couches.
Si l’on compare les figures 1 et 4, on constate que la couche supérieure et la couche inférieure
n’ont pas changé.
Seule la couche intermédiaire a été remplacée dans ce passage de l’analogique au numérique.
Ceci met en évidence le fait que le signal SDI peut être acheminé via le même câble coaxial
que le signal TV analogique.
Figure 5 : remplacement
de la couche médiane au
passage de l’analogique
au numérique
RÉSUMÉ
Le passage à la TV numérique fut rendu possible par l’utilisation de la même couche physique que le signal
classique TV analogique.
4
CHAPITRE 3
L’interface numérique série et les signaux vidéo compressés
Les codecs de compression en cascade
Au cours de la dernière décade, la majorité des prestataires de service est passée de
l’analogique au numériq ue. La technologie numérique a permis la création d’une variété de
nouveaux outils de production, des effets numériques (DVE) au montage non linéaire (NLE).
L’interconnexion entre les différents studios TV – comme montré à la figure 6 – se fait via le
signal série numérique (SDI) qui est standardisé par la norme ANSI/SMPTE 259M.
Le succès de la technique SDI était dû au fait que ce signal pouvait être transporté sur les
câbles déjà installés qui étaient utilisés pour transporter les signaux analogiques NTSC et
PAL.
Figure 6 : Le SDI, l’épine
dorsale du routage entre
unités de production en
numérique aujourd’hui.
A l’introduction du SDI, la technique de compression était au stade du laboratoire de
recherche. Par conséquent, le SDI fut conçu pour transporter un signal vidéo non compressé.
La brochure « La Compression Vidéo »1) traite des différents formats de compression et de
leurs applications. Elle explique que, tant la compression DV (utilisée aussi en DVCPRO)
que la compression MPEG-2, sont basées sur une quantification des coefficients DCT. Cette
quantification est la source principale des pertes de qualité inévitables avec des codecs de
compression basés sur la DCT (Figure 7)
Figure 7 : Compression – Codec = Compression – Encodeur + Compression - Decodeur
1)La brochure « La Compression Vidéo » a été publiée par Panasonic en 1999 et peut être téléchargée du site Panasonic à l’adresse
http://www.panasonic-broadcast.com(disponible en Anglais, Espagnol et Allemand)
5
Aujourd’hui, dans le processus de production journalière il est inévitable de devoir
interconnecter des équipements utilisant de façon interne un format de compression.
Ceci peut être réalisé – voir figure 8 – via le SDI, mais cela conduit à une multiplication des
codecs en cascade.
Cette utilisation de codecs de compression en cascade affecte légèrement la qualité de l’image
car la quantification des coefficients DCT est répétée quelques fois. Légèrement signifie que
la différence peut ne pas être visible. Cependant, si on effectue une copie de bande via le
SDI, on n’obtient pas une copie conforme de l’original. Avec des signaux non compressés, la
copie est conforme. La figure 9 montre la différence de performance entre des signaux non
compressés et compressés.
Figure 8 : Mise en cascade de codeurs de compression via la connexion SDI.
RÉSUMÉ
Les connexions SDI représentent aujourd’hui le cœur des unités de production numériques
broadcast. L’utilisation de cette technique pour interconnecter des équipements utilisant la
compression affecte légèrement la qualité de l’image.
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CHAPITRE 4
Le besoin impératif d’un vrai signal de données.
Le souci d’éviter la légère détérioration possible de la qualité de l’image par l’interconnexion
via le SDI de différents équipements utilisant la compression, a créé le besoin d’un nouveau
type de connexion. Celui-ci devait être basé sur un vrai signal de données.
Mais que signifie « un véritable signal de données » ? Y a-t-il une différence entre un « signal
de données » et le signal numérique TV (SDI) ? Répondre à cette question exige un détour
dans le monde moderne des télécommunications.
Toutes les communications entre équipements exigent que ceux-ci soient adaptés à un format
de données. Le jeu des règles régissant un format s’appelle « Protocole ». L’éthernet est un
tel protocole pour les applications de réseaux locaux (LAN). Un « réseau » est composé
d’une série d’ordinateurs indépendants qui communiquent entre eux via une ressource réseau
partagée.
Les réseaux LAN sont normalement confinés dans un espace géographique défini, tel qu’un
bâtiment. L’éthernet est la couche physique la plus populaire en technologie LAN à ce jour.
Le cœur du système éthernet est l’enveloppe Ethernet, utilisée pour délivrer les données entre
ordinateurs. Cette enveloppe est un ensemble de taille variable constitué d’un paquet et d’une
étiquette.
L’enveloppe Ethernet est une structure orientée bit contenant :
•
•
•
•
•
•
Préambule – 64 bits (ensembles de 1 et de 0) utilisés pour la synchronisation
Adresse de destination – 48 bits
Adresse d’expédition – 48 bits
Longueur/Type – 16 bits (indication du nombre et du type des données)
Les données utiles – 46 à 1.500 bytes
CRC – 32 bits - un test de redondance (Cyclical Redundancy Check) utilisé pour la
détection d’erreurs.
Figure 10 :l’enveloppe Ethernet composée d’un paquet et d’une étiquette (adresse, etc…).
7
L’Ethernet décrit la couche physique du réseau. Le TCP/IP est la couche de transport la plus
souvent utilisée au dessus de la couche physique. Le protocole de contrôle de transmission
(TCP Transmission Control Protocol) et le protocole Internet (IP) fournissent les
fonctionnalités de base au transport des données.
Le TCP/IP découpe l’information en une séquence de plus petits « Datagrammes ». Un
Datagramme représente l’expédition d’une séquence de données composant un message
déterminé. Chacun de ces datagrammes est envoyé individuellement via le réseau à l’autre
extrémité où ils sont réassemblés. Cependant, pendant le transit de ces datagrammes, le
réseau fait abstraction des liens éventuels existant entre eux.
Il est parfaitement possible que le datagramme 14 arrive avant le 13. Il est également possible
que quelque part dans le réseau une erreur survienne et que quelques datagrammes n’arrivent
pas à destination. Dans ce cas, il doivent être renvoyés à nouveau. Dans le cadre de cette
brochure un datagramme équivaut à un paquet de données plus son étiquette (En-tête IP).
Le TCP (Transmission Control Protocol) assure la découpe des données en datagrammes,
l’adressage au destinataire, le réassemblage des datagrammes à l’arrivée, la réexpédition des
datagrammes perdus et la remise du tout dans le bon ordre.
L’IP (Internet Protocol) est responsable de l’acheminement de chaque datagramme
individuelement.
Au dessus du TCP/IP, le protocole de transfert de fichiers (FTP pour File Transfer Protocol)
procure le jeu de commandes nécessaires au transport des fichiers de données d’un ordinateur
à l’autre. On a vu qu’un signal numérique est caractérisé par des données groupées par
paquets. Chacun de ces paquets a son étiquette pour identifier sa source, sa destination et le
type de son contenu.
RÉSUMÉ
La mise en paquets des données décrite ci-dessus aboutit à ce qu’on appelle un véritable
signal de données. Cela signifie la combinaison d’une charge utile de données avec une
étiquette (ou en-tête) qui informe sur le type des données, leur dimension, leur source et leur
destination.
8
CHAPITRE 5
Les différences entre le monde Vidéo du SDI et le monde des données.
Le SDI est uniquement une représentation numérique des signaux analogiques Y,CR et CB de
la vidéo.
Pendant la conversion de l’analogique vers le numérique, les signaux vidéo sont
échantillonnés en 720 pixels de luminance et 720 pixels de chrominance par ligne (360 pour
CR et 360 pour CB). On assigne 10 bits à chaque pixel. Dans la séquence représentée à la
figure 11, le signal sériel SDI transporte les bits d’échantillonnage d’une ligne TV active.
Figure 11 : séquence des bits
dans le signal SDI pour une
période d’une ligne.
L’information de synchronisation horizontale du signal vidéo analogique est transformée en
deux marqueurs spéciaux de 40 bits chacun. Le « début de vidéo active » (SAV pour Start of
Active Video) précède le premier groupe de chaque ligne et la « fin de vidéo active » (EAV
pour End of Active Video) suit chaque dernier groupe. Ces signaux ne constituent pas une
étiquette car il ne procurent aucune information sur la source, la destination et la longueur ou
type de données, c- à-d le nombre de lignes TV. Des informations additionnelles inclues dans
l’EAV et le SAV indiquent la suppression de trame et la séquence de trame.
On ne peut interpréter correctement la charge utile de 14.400 bits d’une ligne active que
lorsque le récepteur s’est synchronisé sur le signal SDI entrant, à l’aide du signal de
synchronisation horizontale EAV et SAV. Le récepteur compte alors les signaux SAV et
assigne le numéro correct de ligne aux données correspondantes de la charge utile. Dans le
pire des cas, le temps de synchronisation est égal à une trame vidéo. Toutes les données utiles
reçues entre-temps peuvent être perdues. Dans le monde des données, l’étiquette attachée aux
données évite une telle perte.
La version SDI décrite ci-dessus est basée sur une fréquence d’échantillonnage de 13.5 MHz
pour la luminance. Il existe une autre fréquence d’échantillonnage à 18 MHz. Cette version
donne lieu à un nombre de bits de 19.200 par ligne active.
La figure 12 montre la structure de base du signal SDI pour une période d’une ligne.
9
La communication par paquets peut être synchrone ou asynchrone. Les signaux synchrones
sont asservis à une fréquence d’horloge, de telle sorte que chaque paquet commence par
exemple précisément à 0.0 ms, ensuite à 7.5 ms, ensuite à 15.0 ms et ainsi de suite.
Les signaux asynchrones ne sont pas liés étroitement à une fréquence d’horloge. Leurs
paquets de données suivent en général une sorte de canevas unique pour en identifier le début
et la fin.
Figure 12 : structure de base du signal
SDI pour la période d’une ligne
La majorité des communications sérielles et plus particulièrement les réseaux LAN sont
asynchrones. La synchronisation entre émetteur et récepteur est assurée par le transport d’une
cadence de référence dans le flux. Un prérequis pour la transmission synchrone d’un signal
TV via une ligne asynchrone est la présence de que l’on appelle les paramètres de « Qualité
du Service », qui seront expliqués plus loin.
La connexion de deux équipements via SDI permet une transmission non seulement
synchrone mais également en temps réel. Une communication synchrone de données peut
avoir lieu en temps réel ou non.
RÉSUMÉ
Le signal SDI est une représentation numérique d’un signal vidéo analogique mais n’est pas
un signal de données. Les données vidéo ne se présentent pas par paquets et aucune étiquette
n’identifie leur contenu, leur source et leur destination.
10
CHAPITRE 6
Les signaux audio dans le flux SDI
Tous les espaces dans le signal SDI ne sont pas occupés par la vidéo.
La figure 13 montre qu’un espace est disponible entre le EAV et le SAV qui équivaut à la
période de suppression ligne de la vidéo analogique. Cet espace peut être utilisé pour
transmettre les signaux audio numériques.
Figure 13 : Espace disponible
dans le signal SDI pour une
période d’une image TV,
espace qui peut être utilisé
pour inclure l’audio dans le
flux SDI.
Bien que les données vidéo ne se présentent pas par paquets (comme expliqué plus haut), la
mise en paquets des signaux audio est devenue, elle, obligatoire pour deux raisons :
•
•
Toutes les lignes ne sont pas disponibles pour transporter de l’audio
La fréquence d’échantillonnage audio conduit à une distribution non uniforme des
échantillons audio sur les lignes disponibles. Un exemple : certaines lignes TV
transportent 3 échantillons et d’autres 4. D’autres valeurs sont également possibles.
11
Le « flux AES 3 » numérique contient – en plus des échantillons audio numériques – des
données auxiliaires AES et quelques données concernant chaque échantillon du son. Les
échantillons et données audio sont inscrites (mapped) dans ce que l’on appelle le « paquet
son auxiliaire » (Ancillary Data Packet).
Figure 14 : paquet de données contenant l’échantillonnage audio du flux AES 3.
Les « bits ID » identifient les données utiles en tant qu’échantillons audio et l’indicateur
« longueur » spécifie le nombre variable d’échantillons audio dans le paquet comme montré à
la figure 14. Le « test de vérification de somme » (CS pour Checksum) est utilisé pour
confirmer la validité du paquet de données. Les paquets sont placés dans l’espace décrit à la
figure 13. La même structure de paquet est utilisée pour transporter les données auxiliaires
AES ou n’importe quel type de données. L’ID est utilisé pour décrire le type des données de
la charge utile.
RÉSUMÉ
Tandis que la partie vidéo du signal SDI ne représente pas un véritable signal de données, le
signal audio est inclus dans le signal SDI sous la forme de paquets de données représentant
une charge utile étiquetée.
12
CHAPITRE 7
Du SDI au SDTI
L’Interface de Transport de Données Série.
L’inclusion de l’audio démontre que le signal SDI peut être utilisé comme type de conteneur
pour des paquets de données. On pourrait le comparer à un camion transportant un conteneur
comme montré à la figure 15. Le camion a deux compartiments de fret, un petit à l’avant
(utilisé normalement pour la cabine du chauffeur) et un grand conteneur.
Figure 15 : le signal SDI
comme conteneur pour le
transport des paquets de
données.
L’Interface de Transport de Données Série (SDTI)
•
•
•
Place les données d’en-tête dans l’espace Auxiliaire
Place les données utilisateurs dans la charge utile, et
Ajoute un code de correction d’erreur (ou CRC) dans les données utilisateurs.
SI on utilise cet exemple, on peut dire que les documents relatifs au fret sont placés dans le
petit compartiment avant tandis que le fret lui- même est placé dans le conteneur de la
remorque.
Figure 16 : structure de base
de l’interface de transport
série numérique (SDTI).
13
Figure 17 : données d’en-tête dans l’interface de transport numérique série (SDTI)
Les données d’en-tête sont placées dans un paquet des données Auxiliaires comme le montre
la figure 17. La structure du paquet est identique à celle utilisée pour incruster l’audio dans
le signal SDI ainsi qu’expliqué au chapitre 6.
Les données d’en-tête contiennent les informations suivantes :
•
•
•
•
•
Le numéro de ligne
La longueur du paquet de données
L’adresse du destinataire
L’adresse expéditeur , et
L’identification de blocs a dimension fixe ou variable dans les données du SDI
Les données d’en-tête contiennent les informations d’une étiquette qui appartient aux données
utilisateurs dans l’espace « charge utile » du conteneur. On a placé les données d’étiquetage
dans la charge utile d’un paquet (voir figure 17). Ce paquet de données d’en-tête se voit
attribuer ensuite sa propre étiquette (différente).
L’organisation des données utilisateurs et leur position dans le flux n’est pas défini dans le
standard SDTI. Ceci est défini dans des documents séparés concernant les différents types de
données à transmettre.
Les données de la charge utile sont structurées en blocs qui ont des longueurs fixes ou
variables. Chaque ensemble de 10 bits d’un bloc de données peut contenir 8 ou 9 bits de
données utilisateurs.
14
Figure 18 :
A. structure d’un bloc de données de longueur fixe.
B. structure d’un bloc de données de longueur variable.
La figure 18A montre la structure d’un bloc de données de longueur fixe et la figure 18B
montre la structure d’un bloc de longueur variable.
Un bloc d’en-tête précède chaque bloc de données. La structure du bloc d’en-tête est décrite
dans la figure 18.
L’en-tête contient les informations suivantes :
•
•
Type, qui identifie le type de flux de données (par exemple DVCPRO), et
Nombre de mots, qui informe sur la longueur du bloc variable.
Dans la structure d’un bloc à longueur variable, deux mots consécutifs peuvent avoir
n’importe quelle longueur. Le paquet de données suivant peut être placé directement après le
précédent ou sur la ligne suivante.
Un séparateur et un « code de fin » assurent la synchronisation des mots.
RÉSUMÉ
Le SDI est utilisé comme un conteneur pour les signaux groupés par paquets.
Le conteneur SDI a deux compartiments.
Le premier (qui équivaut à la suppression de ligne) est utilisé pour transporter les données
d’en-tête qui ne diffèrent en rien de l’habituelle étiquette décrite au chapitre 4.
Le second compartiment, plus grand, (équivalant à la partie active de la ligne vidéo) est
utilisé pour transporter les données utilisateurs (User Data).
Les détails de l’organisation de la charge utile (par ex. DVCPRO) sont définis dans des
documents d’application distincts.
15
CHAPITRE 8
La signification de « INTEROPÉRABILITÉ »
pour les prestataires de service broadcast.
L’interopérabilité des équipements des différents fabricants intéresse fortement l’Union
Européenne de Radio-Télévision, le plus grand groupe mondial d’utilisateurs.
Sous peu les experts de l’UER devraient publier un rapport concernant leur analyse de la
situation.
•
•
•
•
•
Différents Types de signaux (DV et ses dérivés, ainsi que les multiples interprétations
du MPEG-2)
Différentes interfaces qui permettent le transfert de ces signaux ;
Différents formats de fichiers pour transférer les contenus sous forme de fichiers ;
Différents types de flux permettant le transfert en temps réel ou plus rapidement ;
Et par conséquent, trop de possibilités différentes pour transférer ces signaux.
Les experts de l’UER suggèrent les étapes suivantes pour arriver à une solution :
•
•
•
Limiter le nombre des options
S’accorder sur l’adoption d’un mécanisme commun de transfert, de formats standards
de conteneurs et de fichiers pour les contenus en DV et ses dérivés, ainsi qu’en
MPEG-2
Obtenir un consensus sur la signification de « interopérabilité » en TV et sur internet
Avec cette proposition, les experts de l’UER ont défini des niveaux d’interopérabilité :
•
•
•
Niveau 0 : la capacité d’échanger des données
Niveau 1 : la capacité d’interpréter et de traiter ces données
Niveau 2 : fiabilité et maintien de la qualité du contenu tout au long de la chaîne de
production TV, nécessitant par exemple que les différents codeurs et décodeurs
MPEG-2 délivrent la même qualité.
L’UER résume son opinion dans la recommandation officielle D89 de la façon suivante :
L’UER estime que l’interopérabilité n’est effective que si :
•
•
•
•
•
L’essence (audio, vidéo) générée à la source traverse la chaîne de production sans
altération ;
Les métadonnées traversent la chaîne sans erreur ;
Les différentes composantes utilisées pour construire le système peuvent être
interconnectées de façon simple
L’interconnexion des différents composants du système est indépendante du fabricant
Lorsque nécessaire, on peut opérer un transfert en temps réel ou même à vitesse
accélérée.
Des interconnexions bien définies et standardisées entre les différents équipements
représentent l’un des multiples moyens necessaires pour rencontrer ces demandes et assurer
“l’interopérabilité” des différents équipement et de leurs applications.
16
CHAPITRE 9
La signification de « Technologie des Réseaux »
pour les moyens de diffusion
Un réseau rassemble les éléments destinés à traiter, organiser, transporter et stocker des
informations, permettant ainsi la connexion et la surveillance des équipements de
communication dans un même établissement (LAN – Local Area Networks) ou même entre
différents lieux distants (WAN – Wide Area Networks).
Les raisons principales qui justifient la connexion en réseau des différents équipements et
logiciels chez un diffuseur ou des prestataires de services sont :
•
•
Le partage des ressources (équipement de stockage et de production, montages
virtuels, effets spéciaux et gestion d’archives)
Le partage des contenus (audio, vidéo, métadonnées) entre les différents utilisateurs.
On attend de l’implémentation de cette technologie des réseaux un accroissement de la
productivité.
Les rapports d’experts de l’UER s’attendent à :
• Un fonctionnement des échanges d’informations soit en temps réel, soit plus
rapidement ou aussi moins rapidement que le déroulement de l’événement capté
• Un usage accru des transferts par fichiers ;
• Un accroissement aussi du nombre d’utilisateurs de ces informations ;
• L’application de la « technologie client/serveur » pour donner accès à la même
ressource à plusieurs utilisateurs simultanément ;
• Le développement d’une connectique plus sophistiquée, et plus seulement point à
point ;
• La capacité de transférer différents types de signaux via un médium commun ;
• La fin de la dégradation de la qualité d’image par le seul fait de sa transmission.
Les différents types de réseaux sont caractérisés par:
Leur structure : l’arrangement géométrique du système de réseau.
Les plus communs sont le «mode bus », le «raccordement en étoile » et la
« structure en boucle »
Les protocoles : Le protocole définit un jeu commun d’instructions et de signaux utilisés par
les différents équipements du réseau pour communiquer. Un des protocoles
les plus populaires pour les réseaux LAN est l’Ethernet (voir chapitre 4)
Les ordinateurs raccordés en réseau sont parfois appelés « nodes » ou centres de traitement.
Chaque node possède son adresse unique. Les ordinateurs et équipements qui distribuent les
ressources d’un réseau sont appelés « serveurs ».
RÉSUMÉ
La technologie des réseaux en vidéo devrait fournir aux centres de diffusion ou aux
prestataires de services, des outils leur permettant d’accroître leur efficacité de traitement
des transactions. Cela sera rendu possible grâce à une augmentation du nombre
d’utilisateurs des informations et par le partage simultané des mêmes ressources par
plusieurs utilisateurs.
17
CHAPITRE 10
Le DVCPRO, le paquet DIF et le monde des « signaux de données » .
Le SDI, on l’a vu, n’est qu’une représentation numérique d’un signal TV analogique.
Les éléments d’un signal de données sont le paquet et l’étiquette.
Bien que les magnétoscopes numériques – DVCPRO par exemple – communiquent très bien
via le signal SDI, en interne ils utilisent la technique des paquets et étiquettes.
Le DVCPRO utilise une méthode spéciale de mise en paquets appelée « DIF» (pour Digital
Interface c- à-d interface numérique). Le paquet DIF (parfois appelé « bloc DIF ») doit son
origine à la piste même d’enregistrement du DVCPRO comme montré à la figure 19.
Figure 19 : paquets DIF dans les pistse magnétiques d’un enregistrement DVCPRO.
Chaque bloc DIF consiste en 3 octets d’identification (ID) et 77 octets de données comme
montré à la figure 20.
L’identifiant (ID) indique le type de données dans le bloc DIF et lui donne un numéro d’ordre.
Figure 20 : paquet de
l’interface numérique (DIF)
comme utilisé en DVCPRO.
Chaque piste magnétique (figure 19) contient 135 blocs DIF de données vidéo, 9 blocs DIF de
données audio, 3 blocs DIF de données auxiliaires vidéo et un ensemble de 16 blocs DIF qui
comprennent les codes de correction d’erreurs pour la vidéo et l’audio. Dans l’interface
numérique les blocs audio et vidéo sont mélangés en une seule section audio & vidéo de 144
blocs DIF. Une séquence DIF est complétée par 6 blocs DIF additionnels qui comportent des
informations concernant les données vidéo auxiliaires (VAUX) et de temps codé. En 525/60,
une image comporte 10 séquences DIF.
RÉSUMÉ
Le DVCPRO est bien adapté au monde des données. Il enregistre déjà des paquets de
données appelés DIF. Grâce à la nature même de ces paquets DIF, on peut les placer
aisément dans un conteneur SDTI, comme expliqué au chapitre 7. On peut les extraire du
conteneur SDTI et les réenregistrer en DVCPRO sans aucune perte de qualité.
18
CHAPITRE 11
Le transport des paquets DIF du DVCPRO par SDTI.
Le SDI – comme expliqué au chapitre 7 – peut être considéré comme un conteneur,
permettant le transport de données. Le SDTI définit les règles générales pour charger les
données utilisateurs dans le conteneur. Le SDTI ne spécifie pas exactement comment placer
les paquets DIF du DVCPRO dans le conteneur. Ceci est défini par un protocole spécifique
(SMPTE 321M).
La première étape est la restructuration des paquets DIF. Le monde des télécommunications
appelle cela le « Mapping ».
Cette restructuration peut être :
•
•
Le regroupement de plusieurs petits paquets dans un emballage plus grand, avec une
nouvelle étiquette créant ainsi un plus grand paquet.
La distribution du contenu d’un grand paquet en un nombre de plus petits paquets.
Cette procédure exige que l’on donne un numéro unique à chaque nouveau petit
paquet et qu’on y ajoute un algorithme permettant au récepteur de reconstituer le
contenu original du grand paquet.
Des conteneurs sont donc utilisés pour transporter des paquets de données. Ces conteneurs
peuvent avoir une taille adaptée à la dimension des paq uets ou être trop petits ou trop grands.
S’il sont trop petits, il faut restructurer les paquets de données, comme décrit ci dessus. Si le
conteneur peut transporter plus d’un paquet, il peut transporter différents types de paquets.
Les « documents du fret », c- à-d l’étiquette, doivent contenir suffisamment d’informations
pour permettre l’identification individuelle de chaque paquet. Pour simplifier, on peut
considérer le conteneur comme un nouveau type de paquet qui transporte plusieurs autres
paquets.
Revenons à notre paquet ou « bloc DIF ». Sa structure et ses dimension ont été expliquées au
chapitre 10. La Figure 21 montre comment deux blocs DIF sont combinés en un seul bloc
SDTI de dimension fixe.
Figure 21.
19
Un identifiant spécifique (ID) – appelé « type SDTI » – informe quant à l’usage des blocs DIF
de dimension fixe. Le format SDTI accepte des blocs de dimension fixe ou variable comme
charge dans le conteneur. Le DVCPRO utilise une version à bloc de longueur fixe comme
montré à la figure 21B. Ce bloc contient deux paquets DIF originaux comme montré à la
figure 21A.
Une étiquette spécifique « Type de Signal » fournit des informations telles que :
•
•
•
Le type spécifique de l’image vidéo (nombre de lignes, entrelacé ou progressif,
fréque nce trame ou image).
Le format de la structure DIF (DVCPRO ou DVCPRO 50)
L’indicateur de débit de transmission (normale, 2 fois, 4 fois)
La figure 21C montre comment le conteneur SDTI est chargé des blocs SDTI.
Un bloc de données SDTI de longueur fixe (comme utilisé en DVCPRO) inclut deux blocs
DIF avec les mots associés.
Dans le système 525/60, le flux des données vidéo comprimée est composé de 750 blocs de
data SDTI (1500 blocs DIF) pour le 25 Mb/s ou 1500 blocs de données SDTI (3000 blocs
DIF) pour le 50 Mb/s. Dans le système 625/50 les chiffres sont de 20% plus élevés.
Le débit des données d’une connexion SDI (= couche physique) utilisé pour le SDTI est de
270 ou 360 Mb/s. Cette bande passante est utilisée complètement quand on transporte un
signal non compressé mais en partie seulement quand on transporte un seul signal compressé
comme celui du DVCPRO. L’espace occupé par un signal DVCPRO est appelé une « unité
de canal » (Channel Unit). Une connexion SDTI à 270 Mb/s peut transporter jusqu’à quatre
signaux DVCPRO comme montré à la figure 22.
Figure 22 : la bande passante disponible du canal SDTI à 270 Mb/s peut
être utilisée pour transporter 4 signaux DVCPRO.
20
Une unité de canal est un canevas de lignes sur lesquelles sont inscrits les blocs de données
SDTI. Chaque unité de canal peut transporter un signal DVCPRO compressé. Dans le cas
d’un canal DVCPRO à 25 Mb/s, celui -ci est composé de blocs données SDTI d’une image
compressée vidéo et occupe l’espace de 94 lignes SDI comme montré à la figure 23.
Une zone image vidéo en SDI peut contenir 4 canaux dans l’interface 270 Mb/s (figure 22) ou
6 canaux dans l’interface 360 Mb/s.
Figure 23 : gabarit des lignes d’une image SDTI contenant des unites de canal utilisées
pour l’inscription de signaux DVCPRO distincts.
21
Le DVCPRO 50 utilise l’espace de deux canaux adjacents.
Un signal DVCPRO à 25 Mb/s, transporté à 4 fois sa vitesse nominale, utiliserait l’espace
disponible des 4 canaux de l’interface 270 Mb/s.
Un signal DVCPRO 50 à 50 Mb/s, transporté à 2 fois sa vitesse nominale, utiliserait
également l’espace des 4 canaux.
RÉSUMÉ
Le DVCPRO utilise approximativement le quart de la bande passante supportée par le SDTI.
Ceci permet a un câble SDTI de transporter 4 signaux différents DVCPRO ou de transférer
une séquence vidéo d’un magnétoscope vers une unité de montage virtuelle à 4 fois sa vitesse
nominale.
22
CHAPITRE 12
Le transport du MPEG-2 par SDTI.
Figure 25 :
nombre d’octets par images (A)
- en B. pour un signal MPEG-2
- en C. pour un signal DVCPRO.
La brochure « Compression Vidéo » explique en détail les différences entre la compression
DV et le MPEG-2. La compression DV – comme utilisée par le DVCPRO – a pour résultat
un nombre fixe d’octets par image (Figure 25C) tandis qu’en MPEG-2 le nombre d’octets par
image peut être variable (Figure 25B).
Ces différences sont répercutées dans la procédure d’inscription (mapping) de la vidéo
compressée dans le SDTI. La chapitre précédent a expliqué que le signal DVCPRO est inclus
dans des blocs SDTI de longueur fixe prédéterminée. Le signal DVCPRO à 25 Mb/s occupe
toujours un nombre fixe prédétermine de 94 lignes dans la structure de transport SDI. On ne
peut appliquer cette procédure au signal MPEG-2 car le nombre d’octets par image est
variable (Voir Figure 25).
Le SDTI ne spécifie pas comment les données DVCPRO ou MPEG-2 sont placées dans le
conteneur SDTI. C’est le rôle de leurs protocoles spécifiques. Le protocole DVCPRO est le
SMPTE 321M . À cause de la différence inhérente au MPEG-2, le protocole utilisé est ici
complètement différent. Il est appelé SDT-CP et défini dans le document SMPTE 326M.
CP veut dire «paquets de contenu » (Content Packages). Le SDTI-CP est une structure de
groupement par paquets où :
•
•
•
•
Un élément « système » comporte une information de contrôle et toute métadonnée en
relation avec l’image, l’audio et les données auxiliaires
Un élément image
Un élément audio
Un élément auxiliaire, qui transporte les lignes de données de service, le télétexte ou
d’autres données.
23
La Figure 26 montre la structure de base du « paquet de contenu » (Content Package).
Il est constitué des quatre éléments décrits plus haut.
Figure 26 : stucture de base du
« paquet de contenu ».
Les éléments du système, de l’image, de l’audio et des données auxiliaires sont, chacun,
formatés en blocs SDTI variables. La structure des données d’un bloc à longueur variable est
décrite à la figure 18 du chapitre 7.
Les données de chaque bloc variable SDTI se prolongent du nombre de lignes nécessaires.
Figure 27 : gabarit des lignes d’une une image SDTI comprenant un paquet
de contenu composé de : système, image, audio et données auxiliaires.
24
Le remplissage de la colonne de charge utile représentée à la figure 27 varie dans le temps en
fonction du nombre variable d’octets par image, ce qui est typique de la compression MPEG-2.
Cette variation est décrite à la figure 28 sur un s ignal MPEG-2 avec un GOP de 12 images.
Figure 28 : remplissage variable du gabarit de lignes d’image SDTI avec les paquets de
contenu transportant un élément vidéo MPEG-2 sur un GOP de 12 images..
Si, d’une part le SDTI-CP offre un moyen très flexible de transférer du contenu via le SDTI, il
exige par contre un récepteur/décodeur d’une complexité inutile si toutes les possibilités
doivent être rencontrées. Afin de limiter ces exigences et de créer un équipement pratique, on
a conçu des modèles de décodeurs permettant l’encodage de SDTI-CP au départ de flux
d’image encodés en MPEG (Document SMPTE RP204). Cet aspect du MPEG est bien
connu. Théoriquement, il offre une extrême flexibilité mais, dans la pratique, cela entraîne
des problèmes complexes à résoudre. C’est pourquoi la soi-disant flexibilité du MPEG-2 a
d’abord été restreinte par la définition de régistres opératoires (Recommandation SMPTE
213) et finalement limitée à une seule implémentation (La norme SMPTE 356M).
RÉSUMÉ
La différence entre les compressions DV et MPEG-2 peut être observée dans les procédures
d’inscription de la vidéo compressée dans la structure SDTI. La vidéo MPEG-2 est
incorporée dans un « paquet de contenu » (Content Package), qui comporte un système, de la
vidéo, de l’audio et des données auxiliaires. La compression MPEG-2 induit un nombre
variable d’octets par image, avec pour résultat un paquet de contenu de longueur variable.
À l’opposé, le signal DVCPRO produit un flux de données constant par image.
L’utilisation du SDTI pour les signaux MPEG-2 est par conséquent beaucoup plus complexe
que pour les signaux DVCPRO.
25
CHAPITRE 13
Les flux de transfert de données
Un flux est une série de données envoyées dans un canal de manière séquentielle, comme un
flot continu de données (vidéo, audio, etc…) Les octets sont habituellement envoyés par
petits paquets qui sont ensuite rassemblés en un flux continu. Dans le contexte de la diffusion
TV, la transformation en flux d’un programme TV implique les caractéristiques suivantes :
•
•
•
•
•
•
•
Un processus continu par lequel l’émetteur “pousse” les éléments du programme vers
le récepteur qui peut capter ce flux ou s’en déconnecter.
Le récepteur peut mettre un certain temps à se synchroniser sur le signal du flux par
exemple en TV le récepteur doit au minimum attendre le début de l’image suivante.
Il n’y a habituellement pas de voie de retour du récepteur vers l’émetteur.
L’émetteur transmet son signal sans retour d’information du récepteur.
Il n’y a donc aucune possibilité de contrôler le flux de données ou de retransmettre les
données perdues ou corrompues.
Les opérations critiques du studio telles que transmission, contrôle de sortie, montage
vidéo, etc… exigent des flux à taux d’erreur très réduit.
Les opérations moins critiques telles que la consultation vidéo peuvent faire appel à
des flux de bande passante plus réduite et à taux d’erreur plus élevé.
Le débit moyen de réception des images est dicté par le débit image de la
transmission.
La fréquence d’image de la transmission n’est pas nécessairement égale à celle
d’origine, autorisant donc une transmission plus lente ou plus rapide qu’en temps réel
entre deux équipements adéquats.
Le transfert entre un émetteur et un ou plusieurs récepteurs.
La qualité du signal TV ainsi reçu est directement fonction de la qualité du service (QoS pour
Quality of Service) de la ligne de transmission. La performance de la qualité du service d’un
réseau est mesurée en fonction de paramètres tels que
Bande passante
Taux d’erreur
Instabilité et temps de réponse (latency)
Délai d’établissement de l’accès
En transmission par flux il n’y a habituellement pas de voie de retour pour demander un
rappel de données, de sorte que le récepteur fait au mieux avec les données reçues. Il n’y a
pas de qualité garantie, juste ce que l’on appelle « faire tout son possible ». Il y a d’évidentes
similitudes entre la transmission par flux de données et le transfert (pushing) de vidéo
numérique via SDI ou d’un signal analogique PAL/NTSC via une transmission en analogique.
RÉSUMÉ
Un récepteur de flux peut se connecter et se déconnecter à tout moment sans perte
d’information. L’absence de voie de retour ne permet aucun moyen de demander la
retransmission de données perdues ou corrompues. La qualité reçue est directement liée à la
Qualité du Service de la ligne de transmission. Un transfert par flux est similaire à un
transfert de vidéo numérique via SDI ou d’un signal analogique PAL/NTSC sur une ligne
analogique.
Il est par conséquent particulièrement bien adapté aux caractéristiques du signal TV.
26
CHAPITRE 14
LE TRANSFERT DE DONNÉES SOUS LA FORME DE FICHIERS
Un fichier est un groupe de données ou d’informations auquel on attribue un nom, que l’on
appelle « nom de fichier ». Toute information résidant dans un ordinateur doit être logée dans
un fichier. Il existe un grand nombre de types différents de fichiers, souvent dédiés à une
application spécifique (programme informatique).
Dans le domaine de la diffusion TV, le transfert par fichiers d’éléments de programmes
requiert chacune des caractéristiques suivantes :
• un chemin de retour doit exister entre diffuseur et récepteur;
• un fichier doit être à la fois de forme fixe et de longueur limitée;
• le déplacement ou la copie d’un fichier exige impérativement que ce qui est livré à
destination soit, au bit près, la réplique exacte de l’original.
La garantie d’une livraison de qualité est assurée par la rediffusion des paquets
de données perdus ou défectueux.
Contrairement aux possibilités de la transmission par flux, le récepteur ne peut
pas se connecter ou quitter un transfert par fichier à n’importe quel moment. Si
le début ou la fin d’un fichier ne figure pas dans les données reçues, le fichier
entier sera perdu.
•
Le taux de transmission peut ne pas avoir une valeur fixe et la transmission peut
même être interrompue.
Bien que le transfert soit souvent requis à une vitesse élevée, il n’y a aucu ne
exigence quant à un débit constant ou synchronisé par une intervention ou un
procédé externe.
Un exemple est le transfert d’un fichier de données entre serveurs sur disques. Le passage
d’une transmission par flux à un transfert par fichier s’effectue souvent automatiquement en
tâche de fond. Lorsqu’une séquence ou un clip vidéo déterminés doivent être déplacés d’un
magnétoscope DVCPRO vers un serveur, l’opérateur définit les points d’entrée et de sortie
par rapport au code temporel correspondant à la première et la dernière des images de l’extrait
sélectionné. Après que l’opérateur ou le système de contrôle a démarré la machine, un flux
vidéo et audio quitte le magnétoscope via la sortie SDTI. Au passage du point d’entrée, le
serveur commence à enregistrer l’extrait sur son ou ses disque(s) dur(s).
A ce moment, le serveur attribue à l’extrait un nom de fichier et la table interne d’allocation
des fichiers FAT (pour File Allocation Table) note l’endroit du disque où il débute et celui où
il se termine. Sur le disque dur, la FAT établit un lien entre le nom du fichier et sa
localisation physique (c- à-d. son adresse) sur le disque. A partir de ce moment, il devient
possible de déplacer cette séquence via un transfert de fichier, comme décrit ci-dessus, entre
disques ou serveurs. Il est également possible de transférer par flux les données utiles de ce
fichier vers une machine de vision (de contrôle) ou de le réexpédier vers un autre
magnétoscope via une sortie SDTI ou SDI du serveur.
27
A ce moment, le fichier est débarrassé de son nom de fichier et transféré sous forme de flux à
l’autre machine, conformément aux règles décrites au chapitre 13.
Le taux de transmission d’un transfert de fichiers pouvant ne pas avoir une valeur fixe et la
transmission pouvant même être discontinue, il ne correspond pas au mieux au modèle du
signal TV. Bien qu’il présente certains avantages - l’utilisation possible de liaisons IT par
exemple - on ne doit pas s’attendre à ce qu’il remplace, d’une manière générale, le transfert
par flux dans les installations des diffuseurs.
Sans doute doit-on considérer le transfert par fichier davantage comme un substitut du
transport manuel de bandes vidéo puisqu’une vision de contrôle ou un traitement du contenu
est également impossible au cours de ces deux méthodes de transport. Les deux opérations
peuvent être effectuées en tâche de fond, par le déplacement d’un contenu d’un endroit à un
autre.
RÉSUMÉ
Il y a cinq différences capitales entre un flux et un transfert de fichiers :
• un transfert de fichiers exige un chemin de retour entre récepteur et diffuseur, ce
qui n’est pas le cas pour un flux;
• un transfert de fichiers n’exige pas une qualité spécifique (QoS) de la transmission
comme c’est le cas pour un flux.
• un transfert de fichiers garantit que la qualité du contenu expédié sera aussi celle
du contenu reçu, alors qu’un flux aura simplement la meilleure qualité possible.
• un transfert de fichiers ne garantit pas un envoi en temps réel car celui-ci
dépendra d’une qualité (QoS) choisie en fonction.
• un récepteur de flux peut se brancher et quitter à n’importe quel moment sans
perte d’informations, ce que ne peut pas faire un récepteur de fichiers.
Le transfert de fichiers continuera à être utilisé en plus du tran sfert par flux mais ne le
remplacera pas de manière générale en matière de diffusion.
28
CHAPITRE 15
LE « FIBER CHANNEL »
Le « Fiber Channel » est une formule de réseau acceptée comme interconnexion à haute
performance entre périphériques en informatique. Il s’adapte très bien à une utilisation pour
des applications de studios de diffusion. Dans ce domaine, le Fiber Channel est utilisé par les
fabricants d’enregistreurs sur disques en vidéo et d’unités auxiliaires de stockage partagé. Les
liaisons Fiber Channel actuellement disponibles acceptent des taux de transfert de données
utiles d’environ 100Mb/s.
Une norme spéciale de Fibre Channel Audio/Vidéo (FC-AV) a récemment été édictée.
Les connexions Fibre Channel peuvent être basées sur une variété de protocoles dont SCSI,
TCP/IP et ATM.
En dépit de son nom, le Fibre Channel peut être utilisé autant sur câble de cuivre que sur fibre
optique. Sur le plan de la rentabilité, la principale différence est que la fibre, bien qu’ayant
une portée plus grande, est cependant plus chère. Des vitesses jusqu’à 100Mb/s peuvent être
atteintes aussi bien sur cuivre que sur fibre, au delà elles sont uniquement accessibles sur
fibre.
Le Fiber Channel présente trois modèles : le point à point, le « Fabric » et le circuit fermé
arbitré
• La formule point à point - telle que présentée à la figure 29A - est la plus simple
des trois. Elle est constituée de deux unités Fibre Channel directement connectées
l’une à l’autre. La fibre de transmission de l’une est directement c onnectée à la
fibre réceptrice de l’autre, et vice- versa. Il n’y a aucun partage des circuits, ce qui
permet à chaque unité de profiter de la bande passante totale de la connexion.
Figure 29 :
A : Fiber channel en point à point;
B : Fiber Channel Fabric;
C : Fiber channel
en circuit fermé arbitré.
29
•
La formule Fabric - figure 29B - se présente sous la forme d’un réseau basé sur la
commutation de circuits croisés permettant d’interconnecter jusqu’à 224 unités.
L’avantage de cette formule est que plusieurs unités peuvent communiquer
simultanément; les circuits n’y sont pas partagés.
•
Le circuit fermé arbitré - figure 29C - est devenu le plus répandu mais est aussi le
plus complexe. C’est un moyen à bon marché de relier jusqu’à 127 ports en un
réseau simple sans la nécessité d’utiliser un commutateur à circuit croisé.
Figure 30 :
L’interopérabilité du DVCPRO
maintient la qualité DVCPRO
via un réseau Fiber Channel.
La structure des données du Fiber Channel est constituée de « cadres », « séquences » et
« conteneurs AV »:
•
Fiber Channel présente un « cadre » à longueur variable, constitué d’une étiquette
(label) suivie d’un paquet de données pouvant aller jusqu’à 2.112 octets. Ce ca dre
est simplement un nom différend donné à notre paquet bien connu et constitue
l’unité de base de la communication entre deux unités. Sa structure est similaire à
celle d’une enveloppe Ethernet, telle qu’elle apparaissait à la figure 10 du
chapitre 4.
•
Une « séquence » Fiber Channel est composée d’un cadre ou de plusieurs ayant
entre eux une relation, transmis de façon unidirectionnelle d’une unité à une autre.
A chaque cadre transmis séquentiellement, l’information de décompte de séquence
dans l’étique tte est incrémentée de un. Cela constitue, pour le destinataire, un
moyen lui permettant de ranger les cadres dans l’ordre correspondant à celui où ils
ont été transmis et de vérifier que tous les cadres attendus ont bien été reçus.
•
Un seul conteneur A/V s’inscrit exactement dans une seule séquence Fiber
Channel. La norme à paraître « Fiber Channel Audio-Vidéo » (FC-AV) définit
l’inscription de divers formats vidéo numériques dans le Fiber Channel. Cette
inscription est basée sur un système de conteneur AV. Chaque conteneur est prévu
pour recevoir les informations d’une image TV. Les données de chaque conteneur
sont subdivisées en « Objets » comme le montre la figure 31B. Un objet est une
série de données traitées sous la forme d’une entité discrète. Les types d’objets
sont, par exemple, la vidéo, l’audio ou les données de service.
30
Figure 31 : Le conteneur Fiber Channel et son contenu DVCPRO
Un des types d’objets possibles est un flux A/V compressé délivré, via SDTI, par un
magnétoscope DVCPRO. Le format d’un flux A/V compressé est basé sur celui d’un sousconteneur FC-AV décrit par la figure 31C. Le sous-conteneur est composé d’un entête de
flux, suivi de paquets de flux de données compressées ou CDS (Compressed Data Stream).
Les figures 31C à 31E montrent comment le contenu d’ un paquet CDS est prélevé du flux
SDTI pour la compression DVCPRO. L’information correspondant à l’objet 0 (information
SDTI) est relayée au départ de l’entête SDTI du flux SDTI, comme expliqué au chapitre 7.
Dans le système 525/60, un objet de flux A/V compressé, correspondant à une image vidéo,
est composée de 750 paquets CDS pour la compression DVCPRO à 25 Mb/s; Ce nombre de
paquets CDS équivaut au nombre de blocs d’informations SDTI sur la période d’une image
SDI vidéo.
RÉSUMÉ
Les performances élevées d’un réseau Fiber Channel le rendent particulièrement adapté à la
connexion de serveurs vidéo et de périphériques de stockage partagé.
Une norme spéciale « Fiber Channel Audio/Vidéo » (FC-AV) a récemment été adoptée. La
structure en circuit fermé arbitré est devenue la forme la plus courante de la technologie
Fiber Channel.
31
CHAPITRE 16
LE RÉSEAU ATM À LARGE SUPERFICIE
ATM, le mode de transfert asynchrone, qui est une technologie de réseau basée sur un
multiplexage à division temporelle a synchrone, fait usage d’un paquet de petite taille à
dimension fixe. Cette taille, petite et constante, permet à l’équipement ATM de transmettre
des signaux vidéo et audio ainsi que des données informatiques sur un même réseau. La
connexion établie par ATM est habituellement unidirectionnelle. Les implémentations ATM
actuelles acceptent des taux de transfert de 25 à 622 Mb/sec.
La composante la plus importante et la plus remarquable du système ATM est son paquet.
Puisque la dimension de celui-ci est spécifique, on lui a donné le nouveau nom de « cellule ».
La raison de cette nouvelle dénomination était d’éviter toute confusion. Mais, pour vous,
lecteur, il est plus important de comprendre que cette cellule est simplement une autre forme
de paquet. La cellule ATM est composée de 53 octets dont 5 sont attribués à l’information
d’en-tête et 48 aux données utiles. La partie «données utiles » réelle de la cellule ATM ne
comporte aucune détection/correction d’erreurs. Chaque cellule comprend une adresse de
destination et peut être multiplexée asynchroniquement sur une liaison.
L’ATM utilise une structure en étoile. Toutes les unités sont connectées à un seul
commutateur ATM.
Ce commutateur dirige les cellules entrantes vers la sortie adéquate. L’ATM crée un conduit
fixe, ou routage, entre deux points à chaque départ de transfert de données. A l’achat d’un
service ATM, on peut en général choisir entre quatre différents types de services :
•
Un taux de débit constant ou CBR (pour Constant Bit Rate) détermine un taux de
transfert fixe faisant en sorte que les données s’inscrivent dans un flux régulier. Un
service qui s’apparente à une location de ligne.
•
Un taux de débit variable ou VBR (pour Variable Bit Rate) propose une capacité
de passage déterminée mais les données ne sont pas envoyées de manière
régulière. Ce choix est souvent le préféré en matière de voix et de vidéoconférences.
•
Un taux de débit non spécifié ou UBR (pour Unspecified Bit Rate) ne garantit
aucun niveau de transit.
•
Un taux de débit disponible ou ABR (pour Available Bit Rate) propose un
minimum de capacité garanti mais permet un accroissement de capacité de
circulation des données en cas de baisse de charge du réseau.
32
La synchronisation entre unités de transmission et de réception est réalisée par l’insertion de
références temporelles dans le flux. Dans le but d’obtenir un transfert de contenu entre
studios de TV répartis sur une vaste étendue, l’ATM est utilisé conformément à des
spécifications qualifiées de « AAL 1 » (ATM Application Layer 1). Cette qualité de service
procure un taux de débit constant (CBR) et des mécanismes de rattrapage de temps. Ces deux
caractéristiques sont requises pour la transmission synchrone d’un signal de TV via une ligne
asynchrone. Les spécifications AAL 1 comprennent une correction d’erreurs anticipée ou
FEC (pour Forward Error Correction) et un mécanisme d’interfoliage des octets capable de
récupérer jusqu’à quatre cellules perdues dans un groupe de 128. Le FEC améliore de façon
significative la qualité du flux à la réception.
Un grand nombre de fournisseurs proposent des procédés d’accès au réseau ATM à interfaces
SDTI.
Tous les formats de compression du DVCPRO, couvrant aussi bien la SDTV que la HDTV,
peuvent maintenant être transmis efficacement sur ATM. Pour rendre la chose possible,
Panasonic a développé, au départ d’éléments de programmation DV, un format d’inscription
(mapping) sur ATM.
Ce format d’inscription - appelé « enveloppeur ATM » (ATM wrapper) - permet, soit une
émission plus rapide qu’en temps réel, soit une multiprogrammation. La transmission
simultanée de quatre programmes distincts en DVCPRO, la diffusion quatre fois plus rapide
qu’en temps réel d’un seul programme à 25 Mb/s, et la diffusion en temps réel de DVCPRO
HD peuvent toutes être réalisées sur une liaison ATM à 155,52 Mb/s.
La structure multicouche du système de réseau DVCPRO est décrite à la figure 32. Le niveau
supérieur d’application est constitué du DVCPRO. Le niveau intermédiaire est celui de
l’adaptation qui place le flux compressé A/V dans le conteneur FC-AV ainsi que décrit au
chapitre 15. Le nouveau niveau d’enveloppement procure un mécanisme générique pour tous
les types de vidéo, audio, données et métadonnées et est donc appelé « niveau commun »
(Common Layer).
Figure 32 : La structure en couches d’un réseau DVCPRO
33
Puisque le procédé AAL 1 mentionné ci-dessus fonctionne de manière asynchrone, il est
nécessaire d’assurer la synchronisation de l’image vidéo à ce ‘niveau commun’ qui lui est
immédiatement supérieur.
Pour ce faire on définit un « bloc de synchro du flux » ou SSB (pour SYNC Stream Block)
qui est inséré dans le flux à la cadence d’image de la vidéo. La figure 33 montre que ce SSB
consiste en un « entête SSB » suivi de un, ou plusieurs, conteneurs FC-AV (tels que décrits au
chapitre 15). On utilise plus d’un conteneur pour les transmissions plus rapides qu’en temps
réel ou en multiprogrammation.
Figure 33 : Bloc de synchro du flux (SSB) utilisé comme enveloppeur ATM
pour le conteneur FC-AV
L’entête SSB contient des informations telles que :
•
•
•
•
•
l’étiquette (label) universelle SMPTE ;
la longueur des informations;
le nombre de conteneurs;
le nombre de programmes; et
les informations relatives au contenu du conteneur, comme :
un numéro de programme, et
la dimension du conteneur.
Figure 34 : Diffusion en direct et transfert de contenu sur un réseau ATM à large s uperficie.
34
Grâce à l’utilisation d’un enveloppeur ATM générique, basé s ur le modèle du conteneur FCAV, des signaux TV de différents formats de compression peuvent être acheminés via un
réseau ATM à vaste superficie. La figure 34 en montre une application.
RÉSUMÉ
Panasonic a développé, au départ d’éléments de programmation DV, un format d’inscription
sur ATM. Ce format d’inscription - appelé enveloppeur ATM - permet, soit une émission plus
rapide qu’en temps réel, soit une multiprogrammation.
Un grand nombre de fournisseurs proposent des procédés d’accès au réseau ATM à interface
SDTI. Tous les formats de compression du DVCPRO, couvrant aussi bien la SDTV que la
HDTV, peuvent maintenant être transmis efficacement sur ATM, en conformité avec le modèle
spécifique AAL 1.
35
CHAPITRE 17
IEEE 1394 - PLUS QU’UN SIMPLE RÉSEAU POUR LE MARCHÉ
GRAND PUBLIC.
Le bus IEEE 1394 a été conçu comme support à une variété d’applications audio/vidéo
numériques. Certaines sont taillées sur mesure pour le marché industriel ou consommateurs.
La version utilisée dans ces environnements se rapporte à un type spécifique de câble et
connecteur et est limitée à des longueurs de câble d’environ 4,5 m / 14.9 pouces. Certaines
compagnies ont annoncé des câbles d’une portée de 100 m (109 yds).
La structure utilisée par la norme IEEE 1394 se présente sous la forme d’une arborescence ou
d’un réseau fermé en chaîne pouvant comprendre jusqu’à 63 appareils. Chacun d’eux ou
« node », relié au bus série 1394, accepte une configuration automatique. De la sorte, chaque
fois qu’une unité est, soit ajoutée, soit retranchée de l’ensemble, le bus série 1394 se
reconfigure de lui- même. Ceci permet le branchement « à chaud » des appareils et la
possibilité pour les unités IEE 1394 de communiquer entre elles sans qu’un système hôte ou
un gestionnaire de bus soit nécessaire. La connexion physique entre nodes est réalisée à
l’aide d’un câble simple acheminant à la fois l’alimentation (électrique) et les flux de données
balancés dans les deux sens. Le bus série 1394 rencontre différentes exigences grâce à
l’acceptation de taux de transmissions de 100, 200 et 400 mégabits/seconde.
Contrairement à la plupart des autres protocoles, IEEE 1394 offre des possibilités de
transmissions aussi bien « isochrones » qu’asynchrones. Par isochrone on entend une
transmission de données où un taux minimum de données est garanti en un temps déterminé,
comme requis pour des données dépendant de valeurs temporelles, ce qui est le cas pour la
vidéo ou l’audio.
Isochrone peut être opposé à asynchrone qui qualifie un processus où les flux de données
peuvent être interrompus à intervalles quelconques et synchrone où les flux de données ne
peuvent être acheminés qu’à intervalles spécifiques. Un service isochrone n’est pas aussi
rigoureux qu’un service synchrone, mais pas aussi permissif qu’un asynchrone.
Pour la transmission de données, une unité 1394 requiert d’abord le contrôle de la couche
physique. Pour un transport asynchrone, les adresses de l’expéditeur et du destinataire
doivent précéder chaque paquet des données proprement dites. Pour chaque paquet accepté,
le destinataire renverra un accusé de réception à l’expéditeur.
Pour un transport isochrone, l’expéditeur doit disposer d’un conduit (canal) isochrone à
largeur de bande spécifique. Les caractéristiques du conduit isochrone sont transmises
préalablement au paquet de données. Le destinataire identifie les caractéristiques du conduit
isochrone et n’accepte ensuite que les données qui correspondent à ces caractéristiques.
36
Le bus envoie un indicateur de départ sous la forme d’un intervalle temporel. Celui-ci est
suivi de deux créneaux temporels destinés aux conduits isochrones, comme représenté à la
figure 35. Le temps restant, quelle qu’en soit la durée, peut être utilisé pour toute transmission
asynchrone en cours. Puisque les créneaux de chacun des conduits ont été déterminés, le bus
peut garantir leur largeur de bande et donc la réussite de leur livraison.
Figure 35
La norme IEEE 1394 définit une mécanique de base pour le transport de données en temps
réel, mais n’établit pas les protocoles nécessaires pour satisfaire aux exigences d’applications
spécifiques telles que l’acheminement de flux DVCPRO, DV ou MPEG. Cette information
est apportée par le protocole IEC-61883. Celui-ci comporte trois champs :
1. le format de « Paquet Isochrone Commun » (ICP ou CIP) .
2. les procédures de gestion de connexion nécessaires à l’établissement d’une
transmission isochrone entre machines, et
3. un encadrement des commandes et signaux de contrôle pour leur envoi d’une machine
à l’autre.
Un « Paquet Isochrone Commun » (CIP), comme décrit à la figure 36, est utilisé pour le
transport de données A/V. « Commun » fait ici référence au fait que ce CIP est utilisé pour
toutes sortes de données A/V (DV, DVCPRO, MPEG). Dans la section suivante nous ferons
référence à l’implémentation du DVCPRO. Un bloc DIF - ainsi qu’expliqué au chapitre 10 est l’unité de base pour toutes les transmissions sous IEEE 1394. Chaque paquet du flux
isochrone IEEE 1394 est composé de six blocs DIF, assemblés sans tenir compte des limites
respectives des séquences DIF.
Figure 36 : Paquet isochrone commun (CIP) destiné à une diffusion sur IEEE 1394.
37
L’entête IEEE 1394 contient des informations telles que la longueur des données, le code
temporel et le nombre de conduits (channels). Les paquets isochrones ne comportent pas
d’adressage à l’envoi mais sont identifiés par un numéro de conduit.
Les deux premiers groupes de quatre ou « quartets » (quadlets) de la charge utile isochrone
- de 32 octets chacun - constituent l’entête CIP. Les bits clés sont :
•
•
•
•
l’information d’identification (ID) de la source , indiquant d’où les données sont
issues;
la description de la taille du bloc - c’est la seule information que la partie
réceptrice a besoin de connaître pour pouvoir reconstituer le paquet issu de la
source originelle;
le format de compression, et
l’information du format de gabarit du balayage.
Bien que l’interface IEEE 7394 ait été conçu dans un premier temps à destination des
machines du niveau grande consommation qui comportait les caméscopes et magnétoscopes
DV, Panasonic s’appuie sur l’IEEE 1394 pour son format professionnel DVCPRO. Ceci
permet aux unités de montage non- linéaire d’avoir accès à la vidéo compressée au format
DVCPRO et d’en monter le contenu. L’interface IEEE 1394 a été développée à l’origine par
Apple Computer sous le nom de « FireWire™ » . Des noms comme « i-Link » et d’autres
marques encore sont également utilisés, mais ces noms sont, à la base, interchangeables
comme interfaces IEEE 1394 à usage du consommateur privé.
Quoi qu’il en soit, l’implémentation DVCPRO du 1394 connu sous le nom de « Terminal
DVCPRO » diffère des autres sur trois points importants :
•
•
•
Le flux de données DVCPRO comporte un signal audio verrouillé là où la vidéo à
usage privé peut aussi utiliser une composante audio déverrouillée;
la partie de l’en-tête CIP qui identifie les données DV est différente pour le flux de
données DVCPRO, et
Les flux de données DVCPRO et DV cadencés à 60Hz suivent la structure
d’échantillonnage 4:1:1. Cadencés à 50Hz le DVCPRO est structuré en 4:1:1
alors que le format DV à usage privé, lui, l’est en 4:2:0.
RÉSUMÉ
Les systèmes IEEE 1394 permettent le branchement « à chaud » et peuvent communiquer
entre eux sans nécessiter un gestionnaire de bus. IEEE 1394 offre la possibilité d’une
transmission isochrone, garantissant une largeur de bande réservée pour l’acheminement des
données. Panasonic s’appuie sur le 1394 pour son format vidéo professionnel DVCPRO.
ceci permet aux unités de montage non-linéaires de bureau d’accéder au format DVCPRO
dans le domaine de la vidéo compressée et d’en effectuer le montage du contenu.
38
CHAPITRE 18
LE FORMAT UNIVERSEL D’ÉCHANGE DE FICHIERS
Les chapitres 13 et 14 traitaient des différences entre les transferts de flux et de fichiers.
Pour pouvoir profiter des avantages d’un transfert de fichiers - la garantie de livraison des bits
et octets - il est indispensable, soit de normaliser un format unique d’échange de fichiers, soit
d’en décrire plusieur s mais en nombre limité.
Un format d’échange de fichiers est transférable entre machines de fabrication différente et
opérant sur différents types de transports. Il est plus complexe qu’un format de fichier créé à
l’intérieur d’un ordinateur dans le but d’entreposer des éléments de flux vidéo entrant sur ses
propres unités de stockage intégrées.
On peut considérer qu’un fichier se situe au sommet d’une pyramide des programmes telle
que décrite à la figure 37.
Figure 37 :
la pyramide des programmes.
La base de la pyramide repose sur l’unité centrale (CPU) à utiliser. Si l’on change d’unité on
doit également changer de système d’exploitation (OS).
Les programmes exécutables - les fichiers .exe - se situent, eux, au dessus du système
d’exploitation. Ils constituent les applications et définissent chacun leurs propres formats,
dépendant de ces applications.
39
Ceci veut dire qu’on ne peut en général remplacer l’un des blocs du dessous sans aussi
affecter le format de fichier lui- même (Figure 38).
Figure 38 : Un retrait à un niveau inférieur peut affecter le format d e fichier
Les cycles d’innovation deviennent de plus en plus courts. Ceci a des effets sur le matériel
(les CPU), les systèmes d’exploitation, les programmes d’application et, bien entendu, les
formats de fichiers. Essayez donc de relire un fichier-docume nt, écrit 10 ans auparavant, avec
la dernière version de votre traitement de texte et vous comprendrez. Celui-ci vous dira
probablement qu’il ne peut lire ce fichier. Ceci n’est pas acceptable dans le contexte
d’applications « broadcast » devant traiter des fichiers de contenu-programmes.
Par ailleurs, la technologie basée sur l’informatique a déjà prouvé son utilité dans bien des
applications de diffusion professionnelle. Des exemples marquants existent à l’échelle
mondiale dans le domaine des systèmes-serveurs en production, postproduction, restitution et
archivage.
Le commun dénominateur de ces applications est l’acheminement de données-programmes et
leur stockage, sur des médias non- linéaires, sur base de formats de fichiers propriétaires.
L’UER a déjà fermement exprimé la nécessité de pouvoir exploiter des fichiers
indifféremment des systèmes de chacun des fabricants, ceci aussi bien à l’intérieur d’un studio
qu’entre les différents sites des diffuseurs.
40
Le bénéfice, tant économique qu’opérationnel, attendu de l’adoption d’échanges sous la forme
de fichiers peut brièvement être résumé comme suit :
•
l’échange de fichiers évite la dégradation possible de la qualité d’image due au
transfert des données, grâce à la Garantie de Livraison de tous les bits et octets (cfr
chapitre 14) ;
•
les métadonnées, l’audio, la vidéo et les données peuvent être acheminées dans un
conteneur commun unique ;
•
les systèmes peuvent être construits à base d’équipements informatiques usuels, un
avantage économique sur le plan des coûts généraux d’investissements etc. ;
•
le taux de vitesse du transfert peut ne pas être fixe et la transmission peut même
être discontinue ;
ceci rend possible un transfert économique, en tâche de fond, par l’emploi de la
largeur de bande inutilisée sur des réseaux disponibles, ce qui ne comporte en
effet aucune obligation en matière de régularité du taux de transfert ou d’autre
synchronisation avec un quelconque processus ou événement externe.
Des organismes tels que l’UER sont particulièrement concernés par l’échange de programmes
entre leurs membres. Dans le passé cela avait lieu par échange de bandes vidéo enregistrées.
C’est la raison pour laquelle les normes d’enregistrement avaient une telle importance. Dans
le futur, les échanges de programmes pourront avoir lieu par transfert de fichiers sur base du
coût de réseaux de services à large superficie.
Les experts de l’UER ont exigé qu’un futur format commun de fichiers ne soit lié à aucun
matériel (CPU) ou système d’exploitation spécifiques. Il ne devrait pas être dédié à un type
spécifique de charge utile et devrait accepter l’inscription des principaux procédés de
compression dans le corps du fichier.
Figure 39 : La structure générale d’un fichier A/V
Tout format d’échange de fichier devrait être clairement défini et être disponible dans le
domaine public. Panasonic soutient pleinement cette manière de voir. Des travaux sont en
cours dans divers organismes professionnels et de normalisation pour rencontrer ces
impératifs.
41
La structure générale de tout fichier audiovisuel, ainsi qu’elle apparaît à la figure 39, consiste
en :
•
•
•
un préambule :
étiquette (label),
table de contenu du fichier, et
données générales d’accompagnement décrivant les informations situées dans le
corps;
le corps même du fichier, dans lequel les données de charge utile telles que vidéo
compressée ou non, audio, données et métadonnées additionnelles sont inscrites, et
un élément de terminaison comportant un marquage de fin de fichier
Bien que le transfert de fichiers offre des avantages, on ne devrait pas s’attendre à ce qu’il
remplace le transfert par flux. Un récepteur peut se brancher sur un flux ou le quitter à
n’importe quel moment, ce qui lui permet de sélectionner seulement une partie du contenu
acheminé dans ce flux. La structure de fichier telle qu’elle apparaît à la figure 39 ne permet
pas cet accès partiel au fichier. Si cela doit être le cas, l’information d’en-tête doit alors être
répétée dans le flux, à intervalles adéquats, afin de permettre aux récepteurs de se
synchroniser sur les transferts en cours. Ceci rend la structure de fichier beaucoup plus
complexe.
La structure de base telle qu’exposée ci-dessus n’est pas idéale non plus pour l’archivage des
programmes sur bande. La recherche d’un programme déterminé exige la récupération
préalable des métadonnées. C’est pourquoi il est préférable de stocker ces métadonnées sur
un support distinct ce qui permet un temps d’accès plus court que sur la bande. Les
métadonnées assurent un lien avec le contenu sur bande et vice-versa.
RÉSUMÉ
Des travaux sont en cours pour définir un format d’échange de fichiers indépendant de
toute spécificité de matériel ou de fabricant.
On ne connaîtra peut-être pas de format universel compatible avec toutes les
applications. Des applications différentes ont chacune leurs exigences différentes.
Bien que le transfert de fichiers offre certains avantages, on ne devrait pas s’attendre à
ce qu’il remplace le transfert par flux.
42
CHAPITRE 19
CONCLUSION
L’utilisation d’infrastructures IT modernes accroît l’efficacité des moyens de diffusion.
Le pré-requis pour y arriver passait par la transformation du signal TV numérique au départ
de l’interface sériel numérique (SDI) en un véritable signal de données.
L’interface de transfert série numérique (SDTI) a servi de base à cette transformation.
A présent, les technologies de réseaux peuvent être appliquées et permettent l’échange et
l’acheminement de contenu entre des matériels déterminés et les utilisateurs.
Grâce au fait que le DVCPRO enregistre déjà de véritables paquets de données, il est bien
préparé à ce « monde des données », ainsi que le montre la figure 40.
Figure 40 : Réseau DVCPRO de contributions sans pertes
43
Le tableau 1 récapitule les particularités techniques des différents types d’interfaces de réseau
et les conteneurs-réseau dont il a été question dans le présent livret.
Tableau 1
Types d’interface de réseau et conteneurs de réseau
Traduction :
Jean-Marie NOKIN : [email protected]
et
Christian DUMONT : [email protected]
Panasonic Broadcast Europe
Belgium Operation
26, stationsstraat
B-1702 GROOT-BIJGAARDEN
Tél : +32 2 481 0457
Fax : + 32 2 481 0453
Rév 2 du 10 avril 2002
44

Manuel de connexion vidéo

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