le MBone : les applications

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le MBone les applications

• Journées Réseaux JRES 97
• La Rochelle
• 7 octobre 1997

Bernard Rapacchi, CNRS/UREC, CNRS/SHS Bernard.Rap
acchi_at_urec.cnrs.fr
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Techniques d'encodageet de compression
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Digitalisation
échantillonnage
signal analogique
quantification
signal digitalisé
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Pulse Code Modulation (PCM)

• Chaque échantillon est quantifié indépendamment
  des autres
• codage linéaire ou logarithmique

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Exemples de codages

• Codage PCM de la voix G.711
• Utilisation téléphonique
• Codage logarithmique ?-law
• moins perceptible vers haute fréquence
• Echantillonnage 125 ?s (8kHz)
• Amplitude 8 bits
• Codage qualité CD
• Utilisation musicale
• Codage linéaire respect de la musique
• oreille de 10 à 20 000 Hz
• Echantillonnage 23 ?s (44.1 kHz)
• Amplitude 16 bits

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Télévision analogique

• Red/Green/Blue RGB
• transformation en 3 autres signaux
• Luminance
• réponse de l'oeil à l'ensemble des longueurs
  d'ondes d'une source lumineuse
• transporte la "luminosité" (N/B) et la
   brillance 
• Y .30R .59G .14B
• Chrominance couleur
• oeil moins sensible à la couleur qu'à la
  luminance
• NTSC nuance (hue), saturation, Y/I/Q
• I 0.74 (R-Y) - 0.27 (B-Y) Q 0.48 (R-Y)
  0.41 (B-Y)
• PAL 2 signaux de chrominance, Y/U/V
• U 0.493 (B-Y) V 0.877 (R-Y)

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Nécessité de compression

• CD-Rom 640 Mo,
• soit 72 minutes de son non compressé
• mais 30 secondes de TV (90mn 120Go)
• Besoin de compression
• Compression sans perte
• Compression irréversible

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Techniques de compression RLE, statistiques

• Suppression des répétitions RLE (Run Length
  Encoding)
• n caractères successifs c sont remplacés par c
  suivi d'un caratère spécial et du nombre
  d'occurrence
• N A M E x x x x x x x x x x x x x
• N A M E x R 13
• Statistiques même parties qui reviennent
  souvent
• on utilise un dictionnaire
• on recode les ensembles en fonction de leur
  fréquence d'occurrence les plus grandes sont
  recodées par des codes plus petits

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Techniques de compression Huffman,
transformations

• Huffman
• généralisation pour les images des techniques
  "statistiques"
• On calcule les fréquences d'apparition de chaque
  octet.
• Même système de dictionnaire et de recodage
• utilisé pour des ensembles d'images ou des images
  animées
• Transformations
• On passe du domaine temporel ou spatial au
  domaine fréquentiel
• On élimine les coefficients les moins
  significatifs
• Fourier, Cosinus,...

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Techniques de compression différentiel

• Différentiel (ou prédictif) différence entre la
  valeur vraie et une prédiction
• DPCM différence avec la valeur précédente
• modulation Delta différence sur 1 bit (/-)
• ADPCM prédiction extrapolée à partir des
  valeurs précédentes

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Compression de l'audio

• G.721 ADPCM, 32 kbps, 4bits, 8kHz
• G.722 ADPCM, 48 à 64 kbps,
• G.723 ADPCM, 24 kbps, 3 bits, 8kHz
• G.728 16 Kbps, bande passante 3.4kHz
• GSM téléphone mobile, 13 kbps
• Linear Predictive Encoding (Xerox), 5 kbps
• Code Excited Linear Prediction
• Digital Video Interactive ADPCM, 4 à 8 bits

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Compression de l'audio MPEG

• Moving Picture Expert Group
• 3 schémas possibles
• Transformée de Fourier puis adaptation
• MPEG-1 192 ou 256 kbps/canal, simple
• MPEG-2 96 ou 128 kbps/canal, qualité CD
• MPEG-3 64 kbps/canal, qualité CD

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Compression de l'image JPEG

• Joint Photographic Expert Group
• Mélange de plusieurs techniques transformée
  cosinus discrète, quantification, run-length,
  Huffman
• Compression possible jusqu'à 251
• Pertes possibles mais pas visibles
• Mais problèmes si reconnaissance informatique

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Compression de l'image animée

• Corrélation spatiale
• Corrélation temporelle
• Réduction spatiale uniquement
• Motion-JPEG (M-JPEG),
• facile à décompresser
• Réduction spatiale et temporelle
• famille MPEG-vidéo

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MPEG principes

• Macroblocs de 16x16 pixels/lum., et 8x8/chrom.
• Images de référence Intracoded (I), JPEG
• Images prédites Predicted (P)
• Images interpolées Bidirectionnal (B)
• 2 paramètres intervalles entre deux P (m) et
  entre deux I (n)

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MPEG principes
F1
F3

• F1 Intracodé, pas construite à partir d'autres
• Certains blocs de F3 sont construit à partir de
  F1 par un vecteur de mouvement

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MPEG m3, n12
I
P
B
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14

• 1 et 13 (I) sont complètes
• 4 est prédite / à 1, 7 / à 4 par différence
• 2 est interpolée à partir de 1 et 4
• envoi 1 4 2 3 7 5 6 10 8 9 13 11 12 16 14 ...

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Famille MPEG

• MPEG-1 352x240(NTSC) ou 352x288(PAL)
• Qualité VCR, compression 251
• Pour stockage, 0.2 Mbps(audio) 1.2 Mbps(vidéo)
• MPEG-2
• Qualité "broadcast", voire HDTV
• Entre 4 et 6 Mbps
• MPEG-4
• Vidéo-conférence, moins de 64 kbps

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Standard H.320 famille pour RNIS

• Vidéo H.261
• Audio G.711, G.722, G.728
• Structure des blocs vidéo et audio H.221
• Multiplexage information de contrôle H.230
• Unités de Contrôle Multipoint H.231
• Prise de connexions H.242
• Encription H.233

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Standard H.261

• Format d'image
• 352x288/luminance, 176x144/chrominance
• CIF mais aussi 1/4 de CIF -gt QCIF
• Débit d'images max 30 im/s
• Compression
• ressemble à MPEG
• avec plus de pertes

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Nouveaux standards

• H.321 réseaux B-ISDN
• H.322 réseaux locaux avec qualité de service
  garantie
• H.323 QoS non garantie LAN, Internet
• H.324 RTC (ShareVision de CreativeLabs)

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Quels besoins de réseaux pour les applications
Multimédias
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Critères qualitatifs

• Ne dépend pas de la source mais de la nature du
  récepteur
• L'oreille est un différentiateur
• silence de 40 ms sont reconnus, "bruit habituel"
• L'oeil est un intégrateur
• L'homme est plus sensible aux altérations du son
  qu'à celles de l'image

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Audio bande passante
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Audio autres besoins

• Délai de transit pour l'interactivité
• Très sensible à la variation de délai
• Egalisation de la transmission
• ajout d'un délai supplémentaire
• nécessité de "bufferisation" suffisante
• synchronisation avec la vidéo
• Taux d'erreur relativement faible

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Réparer le signal audio

• Signal compressé mais il y a des pertes
• il faut remplacer les pertes par
• du silence mais le silence est interprété par
  l'oreille
• du bruit plus efficace
• répétition pour les paquets de petite taille
• interpolation le son est très autorégressif

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Réparer par redondance

• en cas de congestion, l'émetteur est averti par
  le destinataire (RTCP) et agit.
• Signal de base, paquet n, codé en ADPCM (32 kbps)
• le même signal est codé en LPC à 4.8 kbps
• la compression du paquet n est ajouté au paquet
  n1
• on peut ajouter aussi à n2

40ms de son à 32 kbps 160 o
n
40 ms à 4.8 kbps 24 o
n1
n'
n2
n'1
n'
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La redondance les limites

• La taille du buffer de synchro doit être
  augmentée
• Si le signal de base est déjà très compressé (8
  ou 4.8 kbps), la reconstitution est faible
• effet pervers le réseau est saturé et la
  réponse est qu'on augmente la taille des paquets

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Vidéo bande passante
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Vidéo autres critères

• Variation du délai (suivi des lèvres)
• HTDV 50 ms, TV 100 ms, Conférence 400 ms
• Erreurs de transmission
• exemple taux d'erreur 10-5
• Conférence 1 sec. entre 2 images erronées
• TV 2 erreurs par image
• HDTV (compressé) 4 erreurs par image !
• Mais une "trame" reste 40 ms sur l'écran en PAL
  et 17 ms en HDTV
• Intégration des erreurs
• paquets manquants extrapolation, interpolation

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Quelques applications du MBone
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Applications vat

• Visual Audio Tool
• Produit par le Lawrence Berkeley Laboratory
• Permet l'audio,
• Protocole ancêtre de RTP
• Plusieurs contrôles codage, compression,...
• Gestion de la concurrence
• numéro de version v4.0b(1 ou 2) mai 1996

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Robust Audio Tool

• Développé au University College of London dans le
  projet MICE et MERCI, en cours...
• A partir de vat
• Redondance
• Temporisation adaptée
• Collaboration avec vic sur synchronisation des
  lèvres
• numéro de version 3.0.23, juillet 1997
• A l INRIA FreePhone

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Applications nv

• Net Video
• Produit du Parc de Rank-Xerox
• Permet la vidéo
• Codage spécifique simplifié, possible CU-SeeMe
• Possibilité de renvoyer son écran
• Numéro de version 3.0, juillet 1994

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(No Transcript)
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(No Transcript)
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Applications vic

• Video Conference
• produit par Lawrence Berkeley Laboratory
• permet la vidéo avec concurrence par vat
• codage h.261, nv, jpeg,
• Numéro de version 2.8, juillet 1996

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(No Transcript)
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Applications ivs

• INRIA Videoconference System
• Dans le projet MICE
• Permet la vidéo et l'audio
• Codage h.261
• Nouveau Rendez-Vous mais en cours de
  développement

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Applications wb

• White Board
• Produit par Lawrence Berkeley Laboratory
• Permet le partage de tableau blanc
• Dessine ou importe des fichiers PostScript
• Meilleure interactivité
• Numéro de version 1.60, janvier 1996

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(No Transcript)
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Applications nt

• NetText
• Produit par Mark Handley (UCL)
• Permet le partage de textes
• Numéro de version 1.5a23, octobre 1996.

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Session Directory

• Ancienne version sd
• Maintenant Sdr (projet MICE, UCL)
• Permet le rendez-vous sur un évènement
  (advertised session) (SAP)
• Permet aussi l'invitation (quick call) (SIP)
• A la création définit les protocoles de transport
  et de codage de 4 types de média audio, vidéo,
  wb, text (SDP)
• ATTENTION ne pas oublier le script  xm .
• Numéros de versions
• 2.3a1, novembre 1996
• 2.4a6, juillet 1997, incompatible avec 2.2 et 2.3

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Les régions administratives du MBone
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Les régions administratives
oreste
m 1 t 32
m 1 t 16
m 1 t 16
sylvestre
melpomene
imag
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Les régions administratives
oreste
m 1 t 32 b NTCM
m 1 t 16 b NTCM
m 1 t 16
sylvestre
melpomene
imag
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Les régions administratives
oreste
lysithea
r-jusren
m 1 t 32
m 1 t 32
m 1 t 32 b NTCM
m 1 t 16 b NTCM
m 1 t 16
sylvestre
melpomene
imag
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Les régions administratives
oreste
lysithea
r-jusren
m 1 t 32
m 1 t 32
m 3 t 8 b NTCM
m 1 t 32 b NTCM b Urec
m 1 t 16 b Urec
m 1 t 16 b NTCM b Urec
sylvestre
melpomene
imag
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Les regions administratives

• /etc/mrouted.conf
• name Urec 239.51.0.0/16
• name NTCM 239.69.0.0/16
• tunnel "sylvestre" "oreste" m 1 t 32 boundary
  NTCM boundary Urec
• tunnel "sylvestre" "lysithea" m 3 t 8 boundary
  NTCM
• tunnel "sylvestre" "melpomene" m 1 t 16 boundary
  Urec
• /.sdr/sdr.tcl
• add_admin Urec 239.51.255.255 1234 239.51.0.0 16
  8
• add_admin NTCM 239.69.255.255 1234 239.51.0.0 16
  32

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Le matériel
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Stations Unix Multimédia

• Sun SunOS et Solaris kit à 15 KF
• Silicon Irix 5.1
• les Indys avec la caméra sont finies
• O2 kit caméra en plus
• HP kit Desktop Video Camera à 14 KF
• FreeBSD
• Linux

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PC Multimédia

• Windows 32 bits, carte Ethernet
• Carte son Full duplex
• Vidéo
• vic spécial
• plusieurs cartes d'acquisition
• Caméra QuickCam
• port parallèle
• 1700 F en couleur

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Et encore

• Micro UNIDIRECTIONEL
• Casque ?
• pas besoin d'une très bonne caméra
• On peut utiliser un caméscope si on a une entrée
  Composite ou S-Vidéo

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Quelques sites WWW

• http//www.cru.fr/CRU/Multimedia/annonce_multimedi
  a.html
• http//www-mice.cs.ucl.ac.uk/merci/
• http//www.merit.edu/mbone/index/titles.html
• http//mice.ed.ac.uk/mice/archive/
• http//vigor.jpl.nasa.gov/docs/TR-DSN-ISE-93-5/pap
  er.html
• http//usenet.umr.edu/faqs/dsp-faq/
• http//www-nrg.ee.lbl.gov/vat/
• http//www-nrg.ee.lbl.gov/vic/
  http//mice.ed.ac.uk/mice/archive/vic.html
• http//www-nrg.ee.lbl.gov/wb/
• http//www-mice.cs.ucl.ac.uk/mice/rat/
• http//mice.ed.ac.uk/mice/archive/sdr.html
• http//buttle.lcs.mit.edu/sdr/
• http//mice.ed.ac.uk/mice/archive/nt.html

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Sites WWW autres applications

• http//zenon.inria.fr/rodeo/fphone/
• http//zenon.inria.fr/rodeo/rv/
• http//www.lvn.com/multikit/
• http//www1.meshnet.or.jp/mms-eizo/nvat/
• http//ppewww.ph.gla.ac.uk/flavell/mbonevcr/descr
  ip.html/
• http//www.icsi.berkeley.edu/mbone-vcr/
• http//monet.inria.fr/ (WebCanal)
• http//sig.enst.fr/dauphin/mMosaic/index.html
• http//www-itg.lbl.gov/mbone/confcntlr/

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Les sites FTP

• vat ftp//ftp.cru.fr/pub/reseau/multimedia/vat/
• vic ftp//ftp.cru.fr/pub/reseau/multimedia/vic/
• vic spécial Windows 32bits http//www.cs.ucl.ac.
  uk/staff/I.Kouvelas/vic/
• nv ftp//ftp.cru.fr/pub/reseau/multimedia/nv/
• sdr ftp//ftp.cru.fr/pub/reseau/multimedia/sdr/
• wb ftp//ftp.cru.fr/pub/reseau/multimedia/wb/
• nt ftp//cs.ucl.ac.uk/mice/nt/
• rat ftp//cs.ucl.ac.uk/mice/sdr/rat

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Sites WWW spécifiques

• Windows 32 bits
• http//www.cs.ucl.ac.uk/staff/I.Kouvelas/vic/
• http//www.cc.gatech.edu/gvu/people/qiang.a.zhao/g
  roups/WinVic.html
• http//research.microsoft.com/barc/mbone/
• http//www.precep.com/
• Mac
• http//qttv.quicktime.apple.com/qttv/qttv.broadcas
  ting.html
• http//pita.cns.ucla.edu/mbone/
• Linux
• http//www.cs.virginia.edu/mke2e/multicast/

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Les Drafts

• draft-ietf-mmusic-confarch-00.txt Sep 18 1317
• draft-ietf-mmusic-sap-00.txt Jun 24 1941
• draft-ietf-mmusic-sap-sec-01.txt Jul 29 2116
• draft-ietf-mmusic-sdp-04.txt Sep 9 2051
• draft-ietf-mmusic-sip-03.txt Aug 2 2032
• draft-ietf-mboned-admin-ip-space-03.txt Jun 11
  1437
• draft-ietf-avt-rtp-redundancy-01.txt Sep 15
  2147

70
Quelques livres

• Understanding Networking Multimedia. F.
  Fluckiger. Prentice Hall, 1995.
• Téléphonie sur Internet. J-F. Susbielle.
  Eyrolles, 1996.
• La technologie multimédia. P. Boursier, P-A.
  Taufour. Hermès, 1993.
• MBone Multicasting tomorrow s Internet. K.
  Savetz, N. Randall, Y. Lepage. IDG Bokk Word Wide
  Inc, 1996.
• MBone Interactive Multimedia on the Internet.
  V. Kumar.

71
La conclusion
72
La conclusion