Le cas de l'ouverture

Faut-il éviter les solutions propriétaires pour AVoIP ?

S'il y a une chose pour laquelle l'industrie Pro AV est connue, c'est notre adoption continue et notre confiance dans les systèmes propriétaires pour les produits de gestion du signal. Considérez que les industries connexes (télécom, diffusion, cinéma, streaming et imagerie numérique) travaillent dans des groupes industriels mondiaux collaboratifs pour développer, tester et adopter des normes d'interfaçage et de compression audio et vidéo. Pendant ce temps, nous sélectionnons souvent simplement les «gagnants» parmi des groupes de systèmes propriétaires concurrents et nous nous en tenons à ceux-ci, en basant nos choix sur des arguments de marketing et de vente solides.

Pensez à tous les commutateurs et prolongateurs HDMI proposés au cours des deux dernières décennies : alors que la plupart d'entre eux fonctionnaient assez bien, les produits dominants l'ont été simplement parce que leurs fabricants étaient assez grands pour vendre plus tôt que leurs concurrents, établissant une poigne de fer qui a fini par chassé tout nouveau venu.

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Aujourd'hui, nous assistons à une situation similaire avec la transition vers la commutation et la distribution de signaux vidéo basées sur l'IT/IP. En dehors de l'industrie audiovisuelle, les codecs utilisés pour compresser la vidéo sont basés sur des formats open source issus de groupes d'utilisateurs, ont été largement testés et améliorés, et ont finalement été normalisés. Les exemples les plus connus sont ceux développés par le Moving Picture Experts Group (MPEG, fondé en 1988) et le Joint Photographic Experts Group (JPEG, fondé en 1992).

Les professionnels et les consommateurs croisent régulièrement ces codecs. La diffusion, le câble et la vidéo à la vapeur utilisent tous des codecs MPEG (MPEG-2, MPEG-4 H.264, HEVC H.265), tandis que les photographes (et votre smartphone) s'appuient sur des variantes JPEG. Le cinéma numérique utilise également un codec basé sur JPEG, JPEG2000.

Les avantages de la standardisation sur ces codecs open source sont évidents : n'importe qui dans le monde, utilisant un téléviseur, un ordinateur, une tablette, un téléphone ou un autre lecteur compatible, peut regarder des flux vidéo MPEG et des photos compressées au format JPEG via des connexions sans fil ou filaires.

Les codecs dérivés de MPEG ont généralement des taux de compression élevés et une latence élevée en conséquence. Ils sont avant tout conçus pour être efficaces, en minimisant les débits binaires et la taille des fichiers. Ils ne conviennent donc pas à la distribution et à la lecture de signaux en temps réel.

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D'autre part, les codecs dérivés de JPEG ont une latence très faible et utilisent beaucoup moins de compression, mais les flux vidéo résultants ont des débits de données plus élevés et des fichiers de grande taille. Logiquement, si nous voulons remplacer les systèmes de gestion de signal basés sur HDMI par un équivalent AV sur IP pour fournir une vidéo de haute qualité à faible latence, alors un codec basé sur JPEG - ou un système propriétaire similaire qui utilise une compression légère - est le seul chemin à parcourir. Mais quel est le meilleur choix ?

Il existe de nombreuses façons de compresser les signaux vidéo. Pour ce faire, les codecs JPEG effectuent une légère compression sur une série d'images fixes de vidéo, qui sont ensuite lues à des fréquences d'images standard. (Pensez à ces films flip que vous avez faits quand vous étiez enfant.)

N'importe qui dans le monde, utilisant un téléviseur, un ordinateur, une tablette, un téléphone ou un autre lecteur compatible, peut regarder des flux vidéo MPEG et des photos compressées au format JPEG via des connexions sans fil ou filaires.

Contrairement à la compression MPEG, qui utilise une méthode "copier et répéter" pour minimiser les informations d'image redondantes d'une image à l'autre, combinée à des images qui regardent vers l'avant et vers l'arrière pour prédire les changements spatiaux et temporels (d'où toute cette latence), JPEG n'utilise aucune interpolation d'image et la prédiction du tout. Toutes les informations de luminance et de couleur dans chaque image JPEG de la vidéo sont complètes et peuvent être séparées des images vidéo précédentes et suivantes.

Display Stream Compression (DSC), une autre méthode de compression légère qui a été initialement développée en 2014 pour les signaux d'affichage, fonctionne de manière similaire et est à la base d'un codec vidéo propriétaire actuellement commercialisé pour la gestion du signal AV, en utilisant l'ancienne version HDMI 2.0. La différence entre les codecs DSC et JPEG est que DSC est limité à une compression 2:1, juste assez pour transmettre un signal vidéo Ultra HD (4K) avec une couleur RVB 8 bits via un commutateur réseau 10 Gbit/s.

Alors que DSC a été démontré dans le passé avec une compression allant jusqu'à 3: 1, une version de JPEG connue sous le nom de JPEG XS (ISO / IEC 21122) a atteint des taux de compression beaucoup plus élevés et s'est avérée présenter une détérioration minimale du signal. Étant donné que JPEG XS utilise moins de compression que les codecs MPEG, mais plus que les autres codecs dérivés de JPEG, il est parfois appelé codec de "niveau mezzanine".

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Au salon NAB 2018, le réseau de diffusion japonais NHK a présenté une vidéo 8K (7680x4320 pixels) avec une couleur 4: 2: 2 10 bits, compressée 6: 1, passant par un commutateur réseau 10 Gbps. (Pour ceux qui s'intéressent aux calculs, le débit de données non compressées était de 47,7 Gbps et le signal compressé résultant était juste en dessous de 8 Gbps).

Et NHK n'a pas triché sur la démo. Ils ont utilisé la vidéo d'un match de water-polo et ont montré le signal compressé sur un téléviseur LCD 8K de 70 pouces. Comme toute personne connaissant bien la compression vidéo le sait, l'eau en mouvement et les éclaboussures sont très difficiles à compresser sans introduire d'artefacts. Mais il était difficile de voir la moindre preuve d'aliasing ou d'autres artefacts dans le signal décodé.

JPEG XS en tant que codec existe depuis plus d'une décennie. La marque One Pro AV l'a utilisé pour compresser les signaux Full HD et les faire passer par un commutateur réseau 1 Gbps. Et, pendant longtemps, alors que la sagesse conventionnelle avec les systèmes de compression basés sur JPEG ne devait pas dépasser la compression 4: 1, JPEG XS a levé un poids beaucoup plus lourd que cela, allant jusqu'à 10: 1 avec des résultats acceptables tout en conservant une faible latence.

JPEG XS s'intègre facilement à une grande variété d'applications. Sur le site Web JPEG XS : "JPEG XS fonctionne avec… des liaisons vidéo professionnelles (3G/6G/12G-SDI), le transport IP (SMPTE 2022-5/6 et SMPTE 2110), le stockage vidéo en temps réel, les mémoires tampons, l'omni- systèmes de capture vidéo directionnels, écrans montés sur la tête pour la réalité virtuelle ou augmentée et compression de capteur d'image. »

Bien que JPEG XS soit strictement un codec vidéo, il se déplace facilement sur les réseaux IP standard avec les en-têtes appropriés via des commutateurs configurés pour transmettre des trames Ethernet "jumbo" supérieures à 1 536 octets. (La vidéo MPEG peut voyager dans des trames Ethernet standard.) Et JPEG XS se déplace facilement avec les codecs audio et les paquets de signaux de contrôle standard, ainsi que les données auxiliaires (sous-titres, classements et même langues auxiliaires). Également sur le site Web JPEG XS : "Sa conception offre différents degrés de parallélisme permettant une implémentation efficace sur diverses plates-formes telles que les FPGA, les ASIC, les CPU et les GPU."

Si vous avez assisté à de grands salons professionnels tels que NAB, ISE, InfoComm et IBC ces dernières années, vous avez certainement remarqué que les lignes se brouillent entre la diffusion, le cinéma et Pro AV, et même l'électronique grand public. Quelles que soient les différences qui subsistent, elles disparaissent essentiellement une fois que tous ces segments de l'industrie migrent vers les réseaux AV sur IP.

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Aujourd'hui, les mêmes interfaces vidéo se trouvent sur les caméras vidéo professionnelles (HDMI) que sur les téléviseurs et les écrans d'ordinateur (encore une fois, HDMI), aux côtés des interfaces de données série (3G et 12G-SDI). Des commutateurs réseau 10 Go avec ports HDMI intégrés sont désormais disponibles, ce qui brouille encore les lignes.

La conclusion ici est que les codecs MPEG et JPEG sont continuellement améliorés. Tout comme H.264 est remplacé par H.265, la prochaine génération de codecs à haut rendement (Versatile Video Codec ou VVC) prétend être 50 % plus efficace, ce qui est pratique si vous diffusez des vidéos 4K ou même 8K.

Et il en va de même avec les codecs basés sur JPEG : JPEG XS a été testé avec succès avec des taux de compression aussi élevés que 16:1, et il continuera sans aucun doute à s'améliorer. Mieux encore, il fonctionnera avec n'importe quelle source vidéo (bande de base ou affichage) en utilisant un logiciel d'encodage et de décodage sur n'importe quelle plate-forme de visualisation via n'importe quel réseau informatique.

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Pete Putman, CTS, KT2B, est le président de ROAM Consulting.

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