Le streaming à débit adaptatif (ABS) est une technique de streaming multimédia dans laquelle le débit binaire du flux vidéo est ajusté dynamiquement pour correspondre à la bande passante disponible. Cela peut offrir une meilleure expérience visuelle à l'utilisateur en éliminant la mise en mémoire tampon. La qualité vidéo sera meilleure lorsque la bande passante disponible est élevée et inférieure lorsque la bande passante disponible est inférieure.
Mais attendez! De nombreux termes lourds sont utilisés ici. Si tout cela vous dépasse, ne vous inquiétez pas. Après avoir lu ce blog, vous aurez non seulement une compréhension claire de ce qu'est le streaming à débit adaptatif, mais vous saurez également pourquoi il a vu le jour, comment il fonctionne et ses avantages. Nous couvrirons toutes les nuances qui surviennent entre les deux.
Avant de nous lancer dans le streaming à débit adaptatif, il est important de comprendre pourquoi il a été créé en premier lieu. Le streaming à débit adaptatif est apparu comme une solution à un problème qui afflige Internet depuis sa création : la mise en mémoire tampon vidéo.
Si vous avez déjà regardé une vidéo sur YouTube, il y a de fortes chances que vous en ayez fait l'expérience. La mise en mémoire tampon se produit lorsque la vidéo s'arrête un instant pour charger plus de données avant de continuer la lecture. Cela se produit généralement lorsqu'il n'y a pas assez de « bande passante » pour diffuser la vidéo au « débit binaire » actuel.
Maintenant, qu’est-ce que la bande passante ? Et qu’est-ce que le débit binaire ? En termes simples, la bande passante est la quantité de données qui peuvent être transférées entre deux nœuds de réseau (votre appareil et Internet) au cours d'une période de temps donnée (généralement mesurée en bits par seconde). Vous pouvez considérer la bande passante comme un canal transportant les données vidéo d’Internet vers votre appareil. Plus le canal est large, plus il peut transporter de données et plus la lecture vidéo est fluide. De même, le débit de ce flux est le débit (ou « bit rate »).
Aux débuts d’Internet, le streaming à débit adaptatif n’existait pas. Il n’y a même pas eu de tampon – du moins dans le sens où nous le connaissons. Une vidéo devait être entièrement téléchargée avant de pouvoir être lue.
À titre de perspective, la bande passante moyenne en 1994, il était de 28.8 kbps. Il aurait fallu au moins 92 heures pour télécharger un film 720p (ou 1.2 Go). Pourquoi au moins ? Parce que si le téléchargement s'interrompait ou s'arrêtait à mi-chemin (ou s'il y avait une perte de paquets importante ; un phénomène courant sur Internet), vous devrez tout recommencer. Ce n'est donc guère une surprise que Netflix a commencé comme service de location de DVD!
En 1995, Macromedia a publié son Shockwave Player pour Netscape Navigator. Il s'agissait du premier lecteur multimédia capable de diffuser des vidéos sur un navigateur Web. Le streaming basé sur un navigateur signifiait que les utilisateurs pouvaient commencer à regarder des vidéos sans les télécharger séparément. Mais les latences étaient fréquentes pour des raisons très diverses. Cela a incité les acteurs de l’industrie à rechercher d’autres options, et le téléchargement progressif était précisément ce dont ils avaient besoin. Bien qu'il ne soit pas clair quand le téléchargement progressif a été mis en œuvre pour la première fois, l'une de ses premières implémentations inclut le démarrage rapide d'Apple dans le lecteur QuickTime en 1999.
Téléchargement progressif autorisé pour une lecture plus fluide. Il a été largement adopté et des solutions propriétaires ont commencé à émerger autour de lui. Cependant, quelques problèmes persistaient.
Le téléchargement progressif a permis de restituer les images vidéo au fur et à mesure de leur arrivée. En conséquence, la lecture pouvait commencer sans télécharger la totalité de la vidéo, ce qui résolvait le problème des longs temps d'attente. Sur les réseaux lents, les utilisateurs peuvent démarrer la lecture, la mettre en pause et la laisser se charger complètement pour profiter d'une expérience visuelle de haute qualité. Tant qu'il y avait suffisamment de données pour lire la vidéo sans aucune pause, une baisse de bande passante n'affecterait pas la qualité.
Mais le téléchargement progressif présentait son lot de défis. L’un des défis majeurs était qu’il consommait beaucoup de bande passante. Il téléchargerait la vidéo entière même si la majorité de la vidéo n’est pas visionnée. De plus, le téléchargement progressif ne pouvait pas faire grand-chose contre les changements soudains de bande passante, la perte de paquets ou même les spécifications des appareils. Ces facteurs entraîneraient des problèmes de lecture tels que la mise en mémoire tampon, le bégaiement et la pause. Enfin, si la vidéo est diffusée à un débit binaire particulier, vous ne pouvez pas passer à un autre débit binaire et vous attendre à ce que la vidéo commence là où vous l'avez laissée.
Comment aligner tous ces canards et leur faire d'une pierre deux coups ? La réponse de l'industrie a été le streaming à débit adaptatif.
Le streaming à débit adaptatif a changé la donne ! Cela a ouvert la voie au monde de diffusion fluide de vidéos dans lequel nous vivons aujourd’hui. Pour comprendre le fonctionnement du streaming à débit adaptatif, il est important de connaître deux concepts clés : les fichiers manifestes et les encodeurs.
Un fichier manifeste est un fichier texte qui contient des informations sur tous les flux vidéo (ou variantes) qui font partie d'un flux à débit adaptatif. Il comprend également d'autres métadonnées telles que la résolution, le codec, la langue, la fréquence d'images, etc., ainsi que des horodatages indiquant quand chaque segment doit être lu. En bref, un fichier manifeste agit comme une playlist pour vos flux vidéo. Voici un exemple de ce à quoi cela pourrait ressembler :
Comme vous pouvez le constater, chaque variante est représentée par un fichier multimédia avec un certain débit. La balise EXT-X-STREAM-INF contient des informations sur ce flux, telles que la bande passante et les codecs utilisés. Vous remarquerez également la balise "#EXTM3U" au début du fichier. Ceci est connu sous le nom de liste de lecture M3U8 et constitue un format populaire pour les fichiers manifestes. Il convient de noter que les fichiers M3U8 utilisent le codage de caractères UTF-8, qui prend en charge les caractères internationaux.
Si un fichier manifeste est la liste de lecture, les encodeurs sont les instruments qui créent la musique (ou dans ce cas, les flux vidéo). Les encodeurs prennent une vidéo source et l'encodent en un ou plusieurs flux de sortie à différents débits et résolutions, généralement compris entre 144p et 1080p. Ces fichiers vidéo codés sont ensuite segmentés en petits morceaux de deux à huit secondes chacun et stockés sur un serveur Web d'où ils peuvent être récupérés selon les besoins des clients.
Il est important de noter que chaque variante aura un débit binaire différent, mais elles utiliseront toutes le même codec. En effet, les différents codecs ne sont pas compatibles entre eux. Tout comme vous ne pouvez pas ouvrir une bouteille de soda à l'aide d'un ouvre-bouteille, vous ne pouvez pas utiliser le codec H.264 pour un segment de variante et VP9 (un autre codec populaire) pour un autre sous-segment.
Maintenant que nous savons ce que sont les fichiers manifestes et les encodeurs, voyons comment fonctionne le streaming à débit adaptatif. Nous utiliserons un exemple pour rendre les choses plus claires. Disons que vous regardez une vidéo sur votre téléphone via LTE avec une bande passante moyenne de 10 Mbps. Vous commencez à lire une vidéo 1080p codée à 5 Mbps à l'aide du codec H.264. Le joueur récupère ensuite le fichier manifeste correspondant sur le serveur, qui pourrait ressembler à ceci :
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Comme vous pouvez le voir, il existe trois variantes de la vidéo – chacune encodée à un débit binaire différent mais utilisant le même codec (H.264). Le lecteur télécharge et lit ensuite le premier segment de la variante qui correspond le mieux à ses conditions de bande passante actuelles (dans ce cas, 5 Mbps). Il continuera à le faire pour tous les segments suivants jusqu'à ce qu'il détecte un changement dans les conditions du réseau ou que l'utilisateur passe à une résolution différente.
Par exemple, si votre téléphone se déplace dans une zone avec une couverture LTE plus faible, par exemple 3G avec une bande passante moyenne de 2 Mbps, le lecteur passera automatiquement à la récupération des segments de l'une des variantes de débit binaire inférieur pour éviter les problèmes de mise en mémoire tampon. De même, si vous passez manuellement à la résolution 720p ou 480p depuis l'interface du lecteur, il commencera à récupérer les segments de ces variantes. Si vous revenez dans une zone avec une meilleure couverture LTE, il reviendra automatiquement à la récupération de segments à partir d'une variante à débit binaire plus élevé.
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Il existe deux protocoles populaires utilisés pour le streaming à débit adaptatif : HTTP Live Streaming (HLS) ainsi que Streaming adaptatif dynamique sur HTTP (DASH). Alors que HLS est plus largement adopté, DASH gagne en popularité car il s’agit d’une norme internationale open source. Examinons chacun d'eux en détail.
HLS a été développé par Apple dans le cadre de son application QuickTime X pour Mac OS X Snow Leopard en 2009. Il a depuis été adopté par de nombreuses autres sociétés telles que Google, HP et Microsoft pour n'en nommer que quelques-unes. Le protocole utilise des serveurs Web classiques au lieu de serveurs de streaming comme Wowza, Teyutoou Serveur multimédia Adobe, qui sont essentiels pour d'autres protocoles de streaming tels que RTMP ou RTSP. Notez que l’ajout de tels serveurs peut améliorer considérablement les performances. Cependant, si vous souhaitez les ignorer, la configuration d'un flux HLS devient : n'importe quel serveur Web standard et CDN feront l'affaire pour vous !
Le plus grand avantage de l’utilisation de HLS est qu’il fonctionne sur toutes les principales plates-formes, notamment iOS, Android, Windows Phone, tvOS, macOS, Microsoft Silverlight, etc. Apple maintient également l'hégémonie de HLS en ne prenant pas en charge les autres protocoles de streaming majeurs sur les appareils Apple. Cependant, HLS utilise le format de conteneur MPEG-2 Transport Stream (M2TS), bien pris en charge par la plupart des lecteurs multimédias.
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DASH est un protocole de streaming à débit adaptatif développé par le Motion Picture Experts Group (MPEG) et normalisé selon la norme ISO/IEC 23009. Il utilise le même format de conteneur que HLS – M2TS – mais avec une structure de fichier différente. Cela rend difficile pour certains lecteurs multimédias de prendre en charge les deux protocoles. Mais il existe des solutions de contournement, comme l'utilisation de lecteurs compatibles DASH ou l'installation de plugins appropriés.
DASH a été conçu pour fonctionner sur plusieurs appareils et réseaux en utilisant un format de fichier manifeste commun appelé MPD (Media Présentation Description). Cela permet aux clients d'adapter dynamiquement le débit binaire de la vidéo en fonction des conditions du réseau et des capacités de l'appareil. Il prend également en charge la protection du contenu en ligne à l'aide de systèmes de cryptage tels que MPEG Common Encryption (CENC).
Vous pouvez contactez les experts de Teyuto pour mieux comprendre les fonctionnalités dont vous avez besoin en fonction de votre cas d'utilisation unique. Cela vous aidera à prendre une décision éclairée quant à savoir si vous avez ou non besoin de la compatibilité DASH pour votre mix vidéo numérique.
Il existe plusieurs algorithmes ABS utilisés aujourd'hui, car chaque lecteur a ses propres critères pour déterminer le débit binaire à diffuser ensuite. Cependant, tous ont principalement deux caractéristiques majeures, à savoir le débit binaire et l'occupation de la mémoire tampon. Voici quelques exemples d’algorithmes ABS :
L'idée principale de BOLA est d'utiliser l'occupation actuelle du tampon pour prédire la fluidité future de la lecture. Le débit binaire est ensuite sélectionné pour minimiser une fonction de coût qui est la somme pondérée d'un terme de régularité et d'un terme de pénalité. Nous devons noter ici que, contrairement à d’autres algorithmes, BOLA ne prédit généralement pas la bande passante du réseau. Au lieu de cela, il utilise l'occupation actuelle de la mémoire tampon comme proxy pour décider quel débit binaire diffuser ensuite.
GDSF est un algorithme d'adaptation de débit qui utilise à la fois l'occupation actuelle de la mémoire tampon et l'historique récent de la bande passante du réseau pour décider quel débit binaire diffuser ensuite. L'idée principale est de maintenir l'occupation du tampon à un certain niveau cible tout en maximisant la bande passante moyenne récente du réseau.
Il existe plusieurs algorithmes basés sur l'apprentissage automatique proposés dans la littérature pour l'ABS. Ces algorithmes apprennent un modèle à partir des données (bande passante du réseau, occupation de la mémoire tampon, etc.) et utilisent ce modèle pour prédire la fluidité de la lecture future. Sur la base de cette prédiction, le débit binaire est automatiquement sélectionné pour garantir une lecture fluide avec une qualité d'expérience (QoE) élevée.
Le streaming à débit adaptatif présente plusieurs avantages, tant pour les utilisateurs que pour les fournisseurs de contenu :
L’un des plus grands avantages du streaming à débit adaptatif est qu’il élimine globalement la mise en mémoire tampon. Cela conduit à une expérience visuelle beaucoup plus fluide pour l'utilisateur, en particulier sur les appareils mobiles, car leurs vitesses Internet peuvent varier considérablement.
Un autre avantage est que les utilisateurs peuvent toujours regarder la vidéo de la meilleure qualité que leur connexion Internet peut gérer. Ainsi, même s’ils utilisent une connexion lente, ils n’auront pas à se contenter d’une vidéo de qualité inférieure. L'ABS ajustera automatiquement le débit binaire chaque fois qu'il y aura de la place.
Étant donné que le streaming à débit adaptatif ne diffuse que la quantité de données nécessaire en fonction de la bande passante disponible, il peut entraîner des économies significatives dans l'utilisation des données.
Parce que l’ABS offre globalement une meilleure expérience visuelle, il peut conduire à un engagement et à une fidélisation accrus des téléspectateurs. Cela est particulièrement vrai pour le streaming en direct, où l'ABS peut constituer un différenciateur majeur en évitant les retards de lecture.
Étant donné que le streaming à débit adaptatif ne diffuse que la quantité de données nécessaire, il peut entraîner une réduction des coûts d'infrastructure pour les fournisseurs de contenu. Ils peuvent réduire leurs dépenses en serveurs périphériques et peuvent s’adapter plus facilement aux périodes de pointe.
Grâce au streaming à débit adaptatif, les fournisseurs de contenu ont davantage de contrôle sur la qualité de leurs flux vidéo. Cela leur permet de trouver un équilibre entre la qualité et la taille des fichiers, ce qui peut également conduire à des économies significatives en termes de coûts de stockage et de bande passante.
ABS permet aux fournisseurs de contenu d'atteindre un public plus large en rendant leurs vidéos accessibles même sur des connexions à faible bande passante. Un lecteur vidéo peut sélectionner un flux approprié en fonction des conditions réseau existantes.
Alors voilà ! Le streaming à débit adaptatif est un excellent moyen d'améliorer la qualité de votre streaming vidéo, sans avoir à vous soucier de la mise en mémoire tampon ou des interruptions. Avec lui, vous pouvez vous assurer que vous êtes toujours au top de votre forme.
Pour en savoir plus sur le streaming à débit adaptatif et sa mise en œuvre optimale en fonction de votre cas d'utilisation, contactez les experts de Teyuto dès aujourd'hui.
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