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IPTV ─ Aperçu technologique
Le caractètre intrinsèque « en temps réel » de la télévision sur IP empêche dans la plupart des cas les réseaux de retransmettre l’information pour en corriger les erreurs. La qualité de l’expérience perçue par l'utilisateur final peut ainsi être affectée à plusieurs égards. Des études indépendantes ont révélé que, contrairement aux clients des services de voix, les abonnés IPTV ne sont aucunement disposés à faire des compromis sur la qualité de leur service. La qualité du signal sur le réseau IPTV doit donc être systématiquement testée et étroitement surveillée afin de minimiser et de résoudre rapidement les problèmes éventuels et d’assurer le revenu lié au service offert.
Figure 1. Il est essentiel d’éliminer les perturbations vidéo et la pixellisation pour retenir les abonnés.
Topologie des réseaux IPTV
La technologie IPTV fait partie d'une nouvelle vague de services conçus pour faciliter l'accès au divertissement vidéo. Elle donne accès à la télévision numérique au moyen d’un support IP qui permet au signal de passer d'un équipement en tête de réseau jusqu’au décodeur numérique de l'utilisateur final. La plupart des fournisseurs de services utilisent un réseau de transport dédié pour offrir la télé sur IP.
Un réseau IPTV typique inclut les composants fonctionnels suivants (voir figure ci-dessous) :
- Tête de réseau national : l’endroit où la plupart des chaînes IPTV s’insèrent dans le réseau des radiodiffuseurs nationaux
- Réseau central : normalement un réseau IP ou MPLS qui transporte le trafic vers le réseau d'accès
- Réseau d’accès : distribue les signaux IPTV aux multiplexeurs d'accès DSL (DSLAM)
- Tête de réseau régional : l’endroit où le contenu local est ajouté au réseau
- Installations du client : l’endroit où le signal IPTV est décodé et visualisé
Figure 2 : Architecture générale d’un réseau IPTV.
L'information provenant d'une antenne ou d’une antenne parabolique située à la tête de réseau national est principalement distribuée en utilisant le protocole de flux de transport MPEG-2 (ou MPTS) vers le nœud de service vidéo. Cependant, d'autres algorithmes de compression plus efficaces et moins gourmands en bande passante, comme le H.264 (MPEG-4 Part 10) ou le 421M (aussi connu sous le nom de VC-1) de l’association Society of Motion Picture and Television Engineers (SMPTE), percent rapidement le marché pour compléter cette première offre.
La diffusion du contenu réel de la chaîne SDTV ou HDTV se fait en utilisant différents dispositifs disponibles sur le réseau d'accès. Parmi ces dispositifs, les multiplexeurs d'accès aux lignes d’abonnés numériques (DSLAM) et les technologies comme la fibre jusqu'au domicile (FTTH) peuvent servir d’interface avec le décodeur numérique de l'utilisateur. Dans le cas de l'IPTV, chaque chaîne est distribuée en utilisant une adresse IP multidiffusion.
Facteurs pouvant influencer le service
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Encodage et compression
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La qualité de la vidéo distribuée sur le réseau peut être affectée directement à la source, c'est-à-dire en tête de réseau vidéo. Le processus d’encodage et de compression crée habituellement un compromis entre la qualité de la vidéo et le niveau de compression désiré.
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Gigue
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Définie comme une variation à court terme dans le temps d'arrivée des paquets, généralement causée par la congestion du réseau ou du serveur. Si les trames Ethernet parviennent au décodeur numérique à un débit plus lent ou plus rapide que celui que requièrent les conditions du réseau, la mise en mémoire tampon est nécessaire pour aider à éliminer les décalages. Selon la taille de la mémoire tampon, certaines conditions de livraison peuvent occasionner un dépassement positif ou négatif du tampon, ce qui entraîne une dégradation de la vidéo visualisée.
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Largeur de bande limitée
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Comme l'infrastructure IP de base est normalement axée sur les réseaux optiques ayant un faible niveau de congestion, la bande passante (et le volume total des flux de données vidéo envoyées) est principalement limitée par le réseau d'accès ou par le débit supporté par le réseau du client. Quand les niveaux de trafic atteignent la bande passante maximale disponible, les paquets sont écartés, ce qui entraîne la dégradation de la qualité vidéo.
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Perte de paquets
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La perte de paquets IP peut avoir de multiples sources : limitations de bande passante, congestion du réseau, liens en échec ou erreurs de transmission. La perte de paquets se traduit habituellement par une transmission en rafale et est souvent associée à des périodes de congestion du réseau.
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Qualité de l’expérience
En raison de la structure des réseaux Ethernet et IP, la qualité du trafic audio et vidéo est principalement influencée par la gigue du réseau et la perte de paquets. Avec le type d'encodage vidéo qui est utilisé par le standard MPEG et d'autres algorithmes de compression similaires, l'impact réel sur la perception de l'utilisateur dépend du type de paquets égarés dans le réseau. Au format MPEG-2, les paquets transportés pour former une image sont divisés en images I, images P et images B. En termes simples, les images I contiennent une image complète, tandis que les images P et B contiennent des images calculées (prédites) à partir des autres images.
Figure 3. Relation typique entre un groupe d’images au format MPEG.
La figure 3 présente les relations entre les différents types d’images inclus dans un groupe d'images (GOP). Tel qu’il est illustré, les images I sont indépendantes et contribuent à soutenir les autres images. Ainsi, une erreur dans les images I aura plus de répercussions sur l'image en cours de visualisation que la perte des images P ou B.
Paramètres clés de la qualité d’expérience
Plusieurs indicateurs permettent de quantifier l'impact du réseau sur la qualité de la chaîne télé visualisée par l'utilisateur final. Les paramètres les plus courants sont l'indice de transmission du signal (MDI) ainsi que la gigue de la référence d’horloge du programme (PCR) pour MPEG-2 TS. D'autres paramètres sont également utilisés dans le réseau IPTV, mais ils exigent habituellement une inspection additionnelle des paquets afin de réunir les renseignements nécessaires à une analyse approfondie.
La télévision sur IP est une technologie en évolution qui n'est pas entièrement régie par des normes de test et de surveillance. Toutefois, les paramètres mentionnés ci-dessus doivent être considérés comme des indicateurs de qualification de base. Ils peuvent aider à évaluer la qualité de l'expérience de l'utilisateur quant au service fourni par le réseau de transmission des services IPTV.
Mesure de l’indice de transmission du signal (MDI)
Le service IPTV comporte des caractéristiques inhérentes qui sont les principaux facteurs affectant la qualité de l'image reçue, en l’occurrence la disponibilité de la bande passante, la perte de paquets et la gigue. Utilisé en tant que paramètre de test, l'indice de transmission du signal offre les outils nécessaires pour mesurer et diagnostiquer les perturbations induites par le réseau dans la transmission continue de l’IPTV. L'indice de transmission du signal est la seule mesure de la qualité vidéo actuellement standardisée (norme RCF 4445) et endossée par l'association IP Video Quality Alliance (IPVQA).
Le MDI comprend deux mesures distinctes : le coefficient de délai (DF) et le taux de perte du signal (MLR). Ensemble, ces valeurs fournissent une mesure de la qualité du signal livré qui peut être directement corrélée avec la qualité de l’expérience des utilisateurs finaux.
Voici certains avantages des fonctions de l'indice de transmission du signal (MDI) :
- Le MDI n’effectue aucun type de décodage du flux pour obtenir ses mesures et par conséquent ne demande pas une puissance de traitement en temps réel très élevée.
- Le MDI peut être utilisé avec des charges cryptées.
- Le MDI ne dépend d’aucune technique d’encodage vidéo. Il peut donc être facilement adapté pour surveiller la qualité de la vidéo sur des centaines de canaux simultanément.
- Le MDI est généralement échantillonné à plusieurs points le long du trajet du flux. Les mesures servent à identifier les problèmes dans le réseau qui peuvent être corrigés de façon proactive avant qu'ils nuisent à la qualité du service.
- Comme le MDI est basé sur des mesures de la couche de transport (DF et MLR), il peut être utilisé pour définir les marges du réseau et il est directement corrélé avec les problèmes imminents du réseau à l'égard de la qualité vidéo.
- Comme le MDI utilise des mesures liées aux paquets, il aide à valider le rendement de l'équipement du réseau, tels que les commutateurs et les routeurs, qui jouent un rôle important pour déterminer si un paquet est retardé ou perdu.
Figure 4. Application de test IPTV typique, de l’architecture longue distance jusqu’à l’accès, avec mesure de l'indice de transmission du signal (MDI) dans l’ensemble du réseau.
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