Brevet FR3042360A1 — publié le 20170414

Optimisation de la bande passante des contenus régionaux dans un contexte de multiplexage statistique Domaine technique L'invention se positionne dans le domaine de la diffusion de télévision. L'objectif est de diffuser un maximum de canaux (aussi appelés « flux » ou encore « chaînes de télévision ») pour une bande passante donnée afin de réduire les coûts de transmission mais en garantissant une bonne qualité vidéo. La diffusion peut se faire à travers différents moyen (diffusion terrestre, câble ou IPTV). Traditionnellement, les chaînes de télévision étaient diffusées à débit binaire constant (Constant Bit Rate) afin de garantir une bonne qualité vidéo. Cependant, par nature, chaque type de contenu nécessite un débit binaire différent. En effet, un contenu de sport nécessitera plus de débit binaire qu'une simple émission de télévision. Afin d'optimiser la bande passante, le multiplexage statistique a été introduit. Il permet d'allouer dynamiquement un débit binaire en fonction du contenu. Les flux au sein d'un système à multiplexage statistique sont donc encodés à un débit binaire variable (Variable Bit Rate). Le multiplexage statistique va permettre ainsi de réduire le débit binaire moyen utilisé par flux, et ainsi d'optimiser la bande passante en rajoutant des chaînes et sans dégrader la qualité. Le gain en bande passante est corrélé au nombre de flux dont il est composé. Cependant, au sein d'un tel système, certains flux nationaux (aussi appelées « chaînes nationales ») peuvent être remplacés par un contenu régional pour chaque région considérée pendant un certain temps, appelé la « fenêtre régionale ». Cette pratique s'appelle un décrochage régional. Objectifs L'objectif de l'invention, dans au moins un mode de réalisation particulier, est de : - permettre à chaque région d'opérer un décrochage régional indépendamment les unes des autres dans un contexte de multiplexage statistique, permettant ainsi d'adapter le contenu régional à une région (localité), sans perturber les autres régions. Une application étant par exemple de l'insertion de publicité ou contenu régional. - Simplifier la gestion opérationnelle : aucune intervention (au sens dynamique du terme) n'est nécessaire, que ce soit au niveau de la ferme d'encodage, ou des multiplexeurs. - Optimiser la qualité vidéo et expérience utilisateur (pas d'arrêt intempestif de la vidéo lors du passage du contenu national au contenu régional). Cette invention s'applique à des applications de diffusion terrestre, câble ou IPTV (Internet Protocol TeleVision). L'application au niveau Satellite DTH (Direct To Home) est limitée dans la mesure où les flux nationaux sont dupliqués pour chaque région. Solutions actuelles (état de la technique) 3042360 2 Afin de comprendre la solution actuellement mise en place dans certains marchés, il faut expliciter l'écosystème et le fonctionnement du multiplexage statistique. Le système est composé: - D'une ferme d'encodeurs destinés chacun à convertir un flux de télévision en flux binaire dans le cadre d'un encodage, ou de convertir un flux binaire vers un autre flux binaire dans le cas du transcodage. Dans la suite du document, on confondra les deux notions. Les encodeurs peuvent recevoir différents jeux de paramètres d'encodage. - D'un multiplexeur destiné à agréger les flux binaires issus de chaque encodeur afin de créer un MPTS (Multiple Program transport Stream). - D'un allocateur statistique qui a pour rôle de sélectionner dynamiquement les paramètres d'encodage de chaque encodeur afin d'optimiser la qualité vidéo tout en respectant la bande passante du MPTS. L'allocateur statistique peut être présent sous différentes formes, comme un composant indépendant ou être incorporé dans un encodeur ou un multiplexeur. Dans cet écosystème, chaque encodeur communique avec l'allocateur statistique afin d'envoyer des informations I (qui sont des données relatives à l'état de l'encodeur et de la complexité du flux à encoder) et de recevoir de nouveaux paramètres dynamiques d'encodage. Pour un flux donné, chaque jeu de paramètres d'encodage est défini non seulement en fonction des critères d'encodage du flux concerné mais également en fonction des critères des autres flux gérés par l'allocateur statistique. Dans le cadre de prise en compte de flux régionaux dans le multiplexage statistique, il nous faut expliciter les deux cas de figure suivants : - diffusion hors de la fenêtre régionale : les flux nationaux et régionaux sont encodés en temps réels par la ferme d'encodeurs. En dehors de la fenêtre régionale, les flux régionaux sont identiques, et correspondent à un contenu national. L'allocateur statistique gère l'ensemble de tous les flux nationaux, et un seul flux régional parmi ceux existants. Les débits binaires calculés par l'allocateur statistique sont variables. Chaque multiplexeur (un par région existant) génère un MPTS, contenant chacun tous les flux nationaux et un flux régional. Chaque MPTS a bien évidemment le même débit cumulé, et respecte les contraintes du multiplexage statistique (débit binaire constant). La figure 1 illustre ce cas d'utilisation, avec pour cas particulier, 6 flux nationaux et 4 flux régionaux. Seul le flux régional R1 et les flux nationaux (N1 à N6) sont utilisés pour constituer les MPTS. - diffusion pendant la fenêtre régionale : lorsqu'un décrochage régional est signalé (soit par un déclencheur de type SCTE-35 ou SCTE 104, ou quelconque déclencheur externe), une reconfiguration dynamique des multiplexeurs au niveau des PMTs (Program Map Table), de la ferme d'encodage au niveau des flux binaires (Elementary Stream) par région est effectué. Lors du décrochage, toutes les régions doivent décrocher de façon simultanée. Pour adresser ces deux cas, deux solutions ont été identifiées. Dans le cas de la diffusion hors de la fenêtre régionale, les deux solutions ont un comportement identique et génèrent autant de MPTS identiques que de régions existantes. Leurs comportements divergent lors d'un décrochement régional: - Pour la première solution, les flux régionaux sont encodés en mode CBR (Constant Bit Rate), c'est-à-dire à débit binaire constant. L'allocateur statistique affecte de nouveaux jeux de paramètres aux encodeurs traitant un flux national. Leur débit 3042360 3 binaire reste variable alors que le débit binaire des flux régionaux est constant quel que soit leur complexité. La situation est décrite dans la figure 2. - Pour la deuxième solution, l'ensemble des encodeurs et des allocateurs statistiques sont dupliqués autant de fois qu'il y a de régions existantes afin de permettre l'utilisation de débit variable pour tous les canaux (cf. figure 3). Inconvénients des solutions actuelles Pour la première solution (figure 2), les inconvénients identifiés lors du décrochage régional sont: - Le décrochage régional doit être simultané à travers toutes les régions. Cela implique un déclenchement très précis afin que le décrochage soit le plus transparent possible d'un point de vue expérience utilisateur. - La complexité opérationnelle : le décrochage tel qu'effectué actuellement, nécessite la reconfiguration dynamique des composants clés de l'écosystème, à savoir, la ferme d'encodage, l'allocateur statistique et le multiplexeur, et ce de façon simultanée. - L'efficacité de l'allocateur statistique est impactée, ceci étant dû à la réduction de la bande passante dont une partie est allouée aux chaines régionales (encodées à débit constant (CBR)). Cette contrainte est nécessaire afin de garantir un débit cumulé constant au niveau de chaque région. - La solution actuelle ne permet pas de gérer des scénarios de type insertion locale de programme ou publicité sans effectuer un décrochage global à travers toutes les régions. Pour la seconde solution (figure 3), l'inconvénient majeur est le cout exponentiel en infrastructure puisque l'opérateur doit dupliquer autant de fois les encodeurs et l'allocateur statistique que de régions existantes (une tête de réseau par région). Description détaillée L'invention se positionne dans l'optimisation des décrochages régionaux. Elle vise à utiliser un débit binaire variable pour tous les flux, en dehors et dans une fenêtre régionale. Cette méthode permet de garantir le même niveau de qualité dans le temps et de simplifier le mode opératoire des décrochages régionaux. Afin de mettre en oeuvre cette solution, il est nécessaire d'ajouter un nouveau composant appelé « groupe agrégateur ». Il est le pivot de l'invention. Comme illustré sur la figure 5, sa fonction est de substituer aux informations issues des encodeurs Ei traitant un groupe de flux g (voir définition plus loin), i E i9) , l'information afin de présenter le groupe de flux comme un flux unique à l'allocateur statistique. Dans le cas où plusieurs groupes sont traités, ils le sont soit par le même « groupe agrégateur », soit chacun par un « groupe agrégateur » distinct. Outres des informations de synchronisation avec les flux à encoder, les informations provenant des encodeurs sont des données relatives à l'état de l'encodeur et de la complexité du flux à encoder. Par exemple, peut-être un n-uplet composé des éléments suivants: - CPX : complexité de la séquence (par exemple la mesure définie dans le brevet français n° FR3002062 (A 1) ou tout autre mesure de complexité) 3042360 4 - Statistique débit-distorsion : état de l'encodeur, par exemple la qualité vidéo courante (PSNR, SSIM, MSE ou tout autre mesure de qualité vidéo), pas de quantification. - RB info : état du buffer de réception virtuel (VBV dans le cas MPEG2, HRD ou cpb dans les cas H.264 et HEVC) Dans une réalisation minimaliste, seul un des 3 éléments présentés est indispensable. Les critères de combinaison permettant de passer des informations contenues dans les à l'information contenue dans peuvent être de différentes natures, suivant les préférences définies par l'opérateur du système. En particulier, et pour chacune des composantes du n- uplet les critères tels que toute combinaison linéaire, ou de tri sélectif (Stack filter) peuvent être appliqués. Dans une réalisation minimaliste, ig peut-être défini comme la moyenne des On appelle un groupe de flux un ensemble de flux régionaux diffusant : - le même contenu national en dehors des périodes de décrochement ; - chacun un contenu régional (différent du contenu national) lors de leur décrochement régional (chaque flux régional peut faire l'objet d'un décrochement qui lui est propre). Par exemple, la figure 4 illustre l'écosystème d'un exemple de multiplexage statistique comprenant six flux nationaux (N1 à N6) et un groupe de quatre flux régionaux (R1 à R4) correspondant à quatre déclinaisons d'un même flux national. Par exemple, sur le marché français, les flux régionaux R1 à R4 pourraient correspondre à quatre chaînes régionales de « France 3 » (c'est-à-dire des chaînes qui diffusent un même contenu national, en dehors des décrochements régionaux, et qui diffusent chacune un contenu régional spécifique, lors d'un décrochement régional). REVENDICATIONS1. La solution proposée possède plusieurs avantages : Les décrochages régionaux n'ont plus à être synchronisés : - Toutes les régions sont indépendantes, ce qui permet une meilleure flexibilité de la gestion des grilles de programme par région, ainsi que la mise en place d'insertion publicitaire ciblée par région. - Le décrochage est complètement transparent : imperceptible d'un point de vue expérience utilisateur. 2. L'utilisation permanente du multiplexage statistique permet une meilleure distribution du débit global à travers les différents flux nationaux et régionaux, et par conséquent, une meilleure qualité vidéo. Simplification de la gestion opérationnelle : aucune intervention ou modification n'est nécessaire, tant au niveau de la ferme d'encodage (pas de commutation d'un mode débit binaire constant à un débit binaire variable), qu'au niveau du multiplexeur (pas de reconfiguration dynamique des PMTs), ainsi qu'au niveau de l'allocateur statistique (gestion des flux régionaux). L'architecture proposée est plus simple et moins couteuse et conserve un écosystème similaire aux solutions existantes. Elle ne nécessite qu'un nouvel élément, le groupe agrégateur qui peut être indépendant des autres composants, ou être incorporé dans un élément existant. 3042360 La figure 6 présente la structure simplifiée d'un dispositif (ou unité, module ou encore circuit) « groupe agrégateur ». Ce dispositif comprend une mémoire vive 61 (par exemple une mémoire RAM), une unité de traitement 62, équipée par exemple d'un processeur, et pilotée par un programme d'ordinateur stocké dans une mémoire morte 63 (par exemple une mémoire ROM ou un disque dur). A l'initialisation, les instructions de code du programme d'ordinateur sont par exemple chargées dans la mémoire vive 61 avant d'être exécutées par le processeur de l'unité de traitement 62. L'unité de traitement 62 reçoit en entrée 64 les informations (cf. définition plus haut) et délivre en sortie 65 l'information Cette figure 6 illustre seulement une manière particulière, parmi plusieurs possibles, de réaliser le « groupe agrégateur » dont le fonctionnement a été décrit plus haut. En effet, la technique de l'invention se réalise indifféremment : - sur une machine de calcul reprogrammable (un ordinateur PC, un processeur DSP ou un microcontrôleur) exécutant un programme comprenant une séquence d'instructions, ou - sur une machine de calcul dédiée (par exemple un ensemble de portes logiques comme un FPGA ou un ASIC, ou tout autre module matériel). Dans le cas d'une implémentation sur une machine de calcul reprogrammable, le programme correspondant (c'est-à-dire la séquence d'instructions) pourra être stocké dans un médium de stockage amovible (tel que par exemple une disquette, un CD-ROM ou un DVD-ROM) ou non, ce médium de stockage étant lisible partiellement ou totalement par un ordinateur ou un processeur.