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La télévision connectée, nouvelle révolution télévisuelle : L’aspect technique

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REE N°1/2014 ◗ 67 LA TV connectée Muriel Sangouard1 , Jean-Pierre Lacotte2 , Frédéric Tapissier3 Consultante télévision connectée1 , Directeur affaires institutionnelles Europe Technicolor2 , Chef du département Innovation Technolo- gique TF13 Introduction Depuis la première démonstration de transmission d’une image et sa visualisation sur un écran, en 1924, avec une modeste résolution de 30 lignes, dans le laboratoire de l’anglais John Logie Baird et son adop- tion comme un véritable média après la deuxième guerre mondiale, les progrès en matière de télévision n’ont jamais cessé. L’évolution de la télévision en France aura été mar- quée dans le passé par les travaux de deux équipes concurrentes, l’une autour de René Barthélémy1 et l’autre autour d’Henri de France2 . Leurs travaux ont conduit au standard 819 lignes pour le N&B en 1948 et pour la couleur, au standard 625 lignes SECAM en 1967. Par la suite, les points les plus marquants ont été l’introduction du son stéréophonique, l’adjonction 1 Histoire de la télévision française - 819 Lignes. http://819lignes. free.fr/Histoire_de_la_television_francaise.html 2 http://radio-piffret.pagesperso-orange.fr/Histoire_de_la_Television. htm de données numériques dans un signal analogique vidéo pour fournir du télétexte, des essais de passage du format d’image classique 4/3 à un format plus large, plus proche du cinéma, le 16/9, unanimement retenu pour une télévision haute définition. A la fin des années 80, une véritable révolution technique commence, le studio se numérise complè- tement, tous les matériels de production mettent en œuvre les standards numériques adoptés internationa- lement3 en 1981-82, entraînant une réelle interopéra- bilité des équipements ainsi qu’une forte amélioration de la qualité des images et ouvrant la voie aux effets spéciaux4 de la génération post-Mélies. Durant cette même période, la partie diffusion a commencé à évo- luer. En plus de la transmission terrestre analogique, la télévision a pu être transmise via les satellites et le câble ; mais c’est vraiment début 1990 que, grâce aux progrès de la compression numérique des images et des sons, cette évolution s’est accélérée. Le signal de télévision numérique compressé est entièrement numérisé et diffusé avec une modulation elle-même numérique (DVB–T et T2 pour le terrestre, DVB-S et S2 pour le satellite, DVB-C et C2 pour le câble et enfin 3 Avis 601 et 656 du CCIR. 4 Le réalisateur et précurseur de l’art vidéo, Jean-Christophe Averty a été l’un de ceux dont l’imagination était très pénalisée par la dégradation rapide du signal analogique en multi-géné- rations ou effets spéciaux et pour qui le numérique a été une grande ouverture pour la création. La télévision connectée, nouvelle révolution télévisuelle : L’aspect technique Since the first demonstration of transmission and display of a television signal in 1924 by the British John Logie Baird and the last generation of connected TV in 2014, there have been many technical developments with some major steps, B&W, color evolving from analog to digital and high definition. The broadcast itself diversified its offering, terrestrial, cable, satellite and recently ADSL. In addition to these technological developments, content has also evolved, offering additional services such as teletext and more interactive services. Up till now, these additional services never reached a market success. The ultimate interactive standard HbbTV combining broadcast and broadband will be the solution that will convince the viewer, all technical ingredients are gathered to make it so. abstract 68 ◗ REE N°1/2014 LA TV connectée avec la généralisation du numérique sur les réseaux télépho- niques, et les progrès de l’ADSL avec DVB-IP5 pour l’IPTV). Enfin en France, c’est en novembre 2008, que la télévi- sion devient haute définition et arrive sur le réseau terrestre. Pour mémoire, les études sur le sujet avaient commencé au moins 30 ans plus tôt, puisque dès 1981, la NHK japonaise associée à tous les industriels nippons était capable de mon- trer une chaîne complète, certes analogique, mais quand même très impressionnante. Il a fallu toutes ces années pour que tous les éléments techniques mais aussi économiques [1] contribuant à la chaîne de l’image soient rassemblés, pro- duction, post-production, diffusion, compression, modula- tion, réception, décodage et affichage sur un écran de taille suffisante, pour que le marché de masse puisse enfin réel- lement décoller. Le passage à la télévision numérique puis à la télévision haute définition a été rendu possible par les progrès en matière de compression d’images et de sons : à l’heure actuelle avec la norme MPEG-4 utilisée entre autre en télévision numérique terrestre, un programme simple défini- tion (SD) ne nécessite que 2 Mbit/s de bande passante et un programme haute définition 5 à 8 Mbit/s : au début des années 2000 avec la norme MPEG-2 les débits requis étaient deux fois plus élevés L’accès aux programmes télévisuels a été profondément modifié avec, dans les années 1980, le développement de réseaux coaxiaux et de réseaux de diffusion directe par satel- lite qui viennent étendre le choix de programmes par rapport à la diffusion hertzienne terrestre. La perspective de services interactifs où le client peut agir sur le programme qui lui est proposé ou interagir avec le fournisseur de services com- mence à apparaître. Un point de blocage à lever est celui du canal de retour qui permet de véhiculer les actions requises par le client : la télévision analogique et en général la TV par satellite n’offrent pas directement cette possibilité. A partir du début des années 2000, la généralisation de l’accès per- manent à Internet (always on) avec l’ADSL chez le téléspec- tateur va changer beaucoup le paysage : l’utilisation de la connectivité Internet comme moyen d’interaction va rendre l’interaction beaucoup plus performante Le développement de l’accès DSL va également beau- coup faire évoluer le rôle des différents acteurs du monde de la télévision. En effet, la disponibilité d’un débit descendant supérieur à 6 Mbit/s sur plus de 60 % des lignes de cuivre de France a permis aux opérateurs de réseaux fixes de fournir à leurs clients l’accès à des bouquets de programme en TV dif- fusée ou l’accès à des services de vidéo à la demande (VoD). 5 IP Internet Protocol et IPTV Internet Protocole appliqué à la télévision à ne pas confondre avec TV over IP qui est l’utilisation de l’Internet pour diffuser des flux de télévision (cf. encadré 3). En France à la mi-2013 plus de 14 millions d’accès DSL dispo- saient d’un abonnement offrant la télévision SD ou HD. C’est ce que l’on appellera dans la suite l’IPTV. La possibilité de dis- poser d’un débit permanent de plus en plus élevé pour rac- corder les internautes a également stimulé les grands acteurs dits OTT6 de l’Internet et les éditeurs de chaîne qui mettent à disposition des contenus vidéos en téléchargement ou de plus en plus en streaming à partir de leurs sites Web. La consommation de programmes de télévision devient donc possible non seulement sur l’écran du téléviseur mais aussi sur l’écran du PC ou de la tablette ou du mobile. Par ailleurs la télévision interactive permet de visualiser des pages du Web sur l’écran du téléviseur. Se pose donc une probléma- tique nouvelle celle de la meilleure adaptation du contenu au type d’écran : c’est ce que l’on nomme la problématique du multi-écran. Les premières approches de l’interactivité L’absence de canal de retour dans la plupart des configu- rations fait que l’on doit se limiter à des interactions locales entre le téléspectateur et son téléviseur ce dernier recevant en temps réel les éléments sur lesquels il peut interagir, c’est le télétexte qui existe toujours chez un certain nombre de diffuseurs (voir encadré 1). Les services audiovisuels visés par les chaînes de télévision qui les diffusaient étaient des services purement graphiques sous la forme de pages pro- posant des guides des programmes, les cours de la bourse, la météo, des nouvelles sous la forme de flash, mais les pos- sibilités graphiques demeuraient très rustiques. Une alternative est de s’appuyer sur une voie remontante fournie par un autre réseau : on essaiera le réseau télépho- nique commuté. Mais la commutation de circuit télépho- nique n’est pas bien adaptée en termes de performance, délai d’établissement des circuits, mode de tarification,… pour rendre un service de ce type, même si l’on utilise de la transmission de données sur l’accès téléphonique. La géné- ralisation de l’accès permanent à Internet via ADSL va évi- demment changer la donne en offrant la disponibilité d’un canal de commande de retour accessible en permanence et beaucoup mieux adapté. L’existence de ce canal de retour ne suffit évidemment pas au développement de services de télévision interactive. L’interactivité impose de nouvelles fonctions à loger dans le téléviseur ou dans une boîte annexe (set top box) : • insertion et affichage des données reçues de l’Internet sur l’écran du téléviseur ; 6 OTT : Over The Top ; caractérise les acteurs de l’Internet qui fournissent des contenus sans l’intervention d’autres acteurs. Apple, Google, Net- flix… entrent dans cette catégorie. REE N°1/2014 ◗ 69 La télévision connectée, nouvelle révolution télévisuelle : L’aspect technique Antiope est l’acronyme d’Acquisition Numérique et Télévisualisation d’Images Organisées en Pages d’Ecriture, système français de télétexte et Vidéotex utilisé en télédiffusion dans les années 1980. Ce système a été conçu par le Centre Commun d’Études de Télévision (TDF) et Télécommunications (France Télécom), le CCETT de Rennes, à partir de 1972, et présenté pour la première fois en 1976 simultanément au Vidcom de Cannes et à l’exposition 76 à Moscou. Les données textuelles sont organisées en pages, numérotées sur trois chiffres allant de 100 à 999. Toutes les pages sont transmises en boucle. Lorsque l’utilisateur veut obtenir une page spécifique, il compose son numéro sur la télécom- mande du téléviseur. Le décodeur télétexte attend alors que la page soit transmise, ce qui peut prendre jusqu’à 1 minute environ. Pour cette raison, les décodeurs et les téléviseurs ont rapidement intégré une mémoire qui stocke en permanence toutes les pages diffusées, ce qui permet un accès immédiat aux pages déjà sauvegardées. La plupart des pages s’affichent en mode plein écran, remplacent ainsi les images du programme en cours mais elles peuvent aussi s’afficher en surimpression. Toutefois les textes dédiés au sous-titrage s’affichent en incrustation sur l’image de télévision. Dans sa version diffusée, Antiope a finalement été remplacé au début des années 90 par le système euro- péen de télétexte1 dérivé de UK Teletext2 . En télédiffusion analogique, l’image vidéo standard (ou de résolution SD) com- prend 625 lignes (525 lignes dans les pays 60 Hz). Les deux systèmes de transmission de données numériques ANTIOPE comme CEEFAX introduisent ces données sur les 25 lignes invisibles de l’image vidéo qui permettent le retour du faisceau d’électrons du bas de l’écran vers le haut dans chaque retour trame du signal de télévision retransmis en analogique. Figure 1: Exemple d’écrans ANTIOPE et CEEFAX (source Wikipedia). Chacune des lignes utilisées (2 généralement dans le cas de UK Teletext) transporte un paquet de taille fixe (40 octets pour les systèmes européens, 32 aux États-Unis). Dans le cas du système CEEFAX, chaque paquet de 40 octets représentait une ligne (dite rangée, row en anglais) de texte de 40 caractères, chaque octet représentant à la fois le caractère et sa place dans la rangée. Dans le cas d’Antiope, la structure du paquet était indépendante de la structure de visualisation : certains paquets pouvaient contenir plusieurs rangées courtes ou une fraction de certaines selon leur contenu. Les changements de couleur ou les passages en mode graphique (dit mosaïque) qui occupaient un emplacement d’espace sur l’écran dans le cas de UK Teletext se faisaient librement dans le cas d’Antiope ce qui permettait de construire des pages plus élaborées Dès l’origine, Antiope a été conçu pour des langues et des alphabets multiples ainsi que des systèmes utilisant des alphabets dynamiquement redéfinissables (DRCS) surtout mis en œuvre pour la version téléphonique (ou Vidéotex). 1 http://web.archive.org/web/20080202150711/http://www.france2.fr/teletexte/historique/7370325-fr.php 2 UK teletext est le nom générique des systèmes de teletexte adopté en Grande Bretagne, CEEFAX pour la BBC et Oracle pour l’IBA. Encadré 1 : Antiope et CEEFAX. 70 ◗ REE N°1/2014 LA TV connectée • interfonctionnement entre la télécommande et un canal de signalisation vers le fournisseur de programme , • accueil du logiciel propre au service interactif du fournisseur de programme. Par la suite, d’autres approches plus ambitieuses, cherchant à étendre le principe à des programmes exécutables au lieu des simples pages Teletex ont vu le jour, conduites par des groupes industriels pour aboutir à des solutions propriétaires, ou bien par des groupes de travail au sein du consortium DVB7 ou de l’ISO pour aboutir à des solutions dites ouvertes. Après le Télétexte, d’autres approches de l’interactivité ont été développées : • MediaHighway (1994) - MediaHighway s’appuie sur une technologie propriétaire acquise par Canal+ auprès de la petite société Cojyp. A l’origine, elle n’était pas destinée à être embarquée dans la set top box. Elle présentait l’attrait d’une solution de gestion graphique multicouche pouvant être exécutée sur tous les types d’OS8 alors sur le mar- ché grâce à une couche d’abstraction middleware et une machine virtuelle qui la rend indépendante du hardware. Lorsque ce choix a été fait, l’enjeu était économique : les composants, processeurs et mémoires, étaient coûteux. il fallait optimiser la consommation de puissance de traite- ment par les applications embarquées. Celles-ci utilisaient des données pré formatées sous forme de caractères et diffusées en mode carrousel sur le modèle des solutions de télétexte. Initialement développé par des équipes de Canal+Technologies, puis celles de Thomson Multimédia cette technologie est aujourd’hui propriété de NDS. La solu- tion a été utilisée par l’ensemble des sociétés du groupe Canal+ pour offrir la mosaïque interactive ou encore la pre- mière application de pari en ligne du PMU. • OpenTV (1994) – OpenTV est un système propriétaire, issu d’un travail commun entre Thomson SA et Sun Microsys- tems commencé en 19949 . Aujourd’hui propriété de NA- GRA (Kudelski group), il est utilisé en particulier pour les services interactifs de SKY en Grande Bretagne. A l’origine, OpenTV a été conçu sur une machine virtuelle sur des prin- cipes similaires à Java, mais pour des processeurs beaucoup moins puissants et sur un ensemble d’API spécialisé TV (DVB, zapping, gestion de l’affichage). Il s’agissait de rendre indépendant l’environnement d’exécution de l’architecture hardware, et de permettre à des environnements d’exécu- tion d’application (AEE) divers, de s’exécuter sur n’importe 7 DVB : Digital Video Broadcasting : Consortium qui a développé les normes de base de la télévision numérique. 8 OS : Operating System. 9 http://www.lesechos.fr/12/07/1994/LesEchos/16685-38-ECH_thomson- s-allie-a-l-americain-sun-microsystems-dans-le-multimedia.htm quel hardware et processeur. La machine virtuelle ‘C’ est un environnement d’exécution qui permet avec un kit logiciel de télévision (API ouvertes) aux fournisseurs de contenu de créer leurs applications. Il en est de même pour le code O, langage de développement d’applications centrées sur la télévision à l’aide des outils de développement Open TV ou ceux d’autres fournisseurs. Au fil des années, le moteur s’est enrichi en ajoutant par exemple les moyens pour gérer le câble, la TNT, les enregistreurs magnétique et numérique, la HD, l’IP, et des moteurs de rendu tiers comme HTML, Adobe Flash. Par ailleurs, l’entreprise a développé de nom- breux outils connexes pour les développeurs d’application mais aussi pour de la gestion de la publicité ou les systèmes de publication de magazines. Déjà visionnaire, du mouve- ment inéluctable vers l’IPTV, l’entreprise fit l’acquisition en 2000 de Spyglass, le moteur du browser Web d’Internet Explorer (Microsoft), malheureusement juste avant l’effon- drement de la bulle Internet. • DVB-MHP, DVB-GEM (MultiMedia Home Platform et Glo- bally Executable - MHP) : GEM est une technologie alterna- tive dont le développement est basé sur une plate-forme Java™ open middleware, coordonnée par les partenaires de DVB puis normalisée par l’ETSI [2] [3]. L’utilisation d’une plate-forme middleware ouverte pour des services de té- lévision interactive a créé une situation dans laquelle les fabricants de récepteurs peuvent cibler plusieurs marchés horizontaux, plutôt que de développer des produits répon- dant à la spécification d’un diffuseur ou d’un opérateur par- ticulier, tout en permettant aussi à des développeurs de services de proposer leurs offres. Il semble que le mon- tant des royalties demandées pour l’exploitation de MHP explique le très relatif succès de cette norme. Aujourd’hui seule l’Italie l’utilise encore. • MHEG-5 – Il s’agit d’une autre approche proposée par “the MultiMedia and Hypermédia Experts Group (MHEG)”, nor- malisée par l’ETSI [4]. C’est la 5ème version de cette approche et la plus aboutie. MHEG-5 est un standard ouvert, avec li- cence gratuite ; il intègre une plate-forme middleware et des API normalisées conçues pour permettre aux radiodiffuseurs de fournir des services interactifs. Les travaux plus récents du Digital Television Group (DTG) en Grande Bretagne ont conduit à la rédaction d’un complément, le MHEG-5 Inte- raction (MHEG-IC), qui permet une extension des services interactifs de diffusion via une connexion IP. Le MHEG-IC permet en particulier le téléchargement de contenus vidéo à la demande ainsi que des transactions sécurisées en plus du texte et des graphiques traditionnels. MHEG-5 et MHEG- IC sont utilisés principalement sur la télévision numérique terrestre Freeview et son homologue sur le satellite Freesat REE N°1/2014 ◗ 71 La télévision connectée, nouvelle révolution télévisuelle : L’aspect technique en Grande Bretagne et quelques autres pays anglophones : mais ils semblent aujourd’hui entrer en compétition sur ces mêmes plates-formes avec le système Youview développé et utilisé par la BBC et quelques-uns de ses partenaires de- puis les JO de 2012. MHEG-5 permet d’offrir aux téléspec- tateurs de nombreuses applications reposant sur l’usage du « bouton rouge » ou “Red Button”10 , et commence à prendre en compte la problématique multi-écrans. Dès l’introduction de ces services par les chaînes de télévision anglaises, le DTG s’est soucié des problèmes d’interopérabilité et a publié une suite de tests permettant aux fabricants de récepteurs, aux éditeurs-diffuseurs et aux créateurs de contenu de véri- fier l’interopérabilité de leur mise en œuvre de la spécifica- tion et de bénéficier du logo associé. • Une version beaucoup plus élaborée “TAK” a été pro- posée dans les années 2000 par Thomson Multimédia (aujourd’hui Technicolor) et Microsoft pour des services interactifs sur les chaînes de télévision analogiques. Les services fonctionnaient sur un téléviseur “TAK” interactif, c’est-à-dire un téléviseur traditionnel équipé d’un module de traitement complémentaire et disposant en plus d’un modem V90 à 56 kbit/s pour se connecter via la ligne télé- phonique standard à un fournisseur d’accès Internet (FAI). Le modem bidirectionnel assurait ainsi la voie de retour. Le téléspectateur interagissait au moyen de sa télécommande et/ou d’un clavier type alphanumérique à liaison infrarouge. Le module interne TAK devait assurer la connexion au ser- veur, le téléchargement de la page HTML, pouvait grossir les caractères et recomposer la page Web pour l’adapter et la synchroniser avec les images diffusées, et l’afficher sur l’écran de télévision (768 pixels par 576 lignes). TAK a sans doute été le premier système de télévision inte- ractive à protéger ses échanges sur Internet par l’utilisation d’un protocole SSL version 3 qui remplit les objectifs de sécurité suivants : • l’authentification du serveur ; • la confidentialité des données échangées (ou session chiffrée) ; • l’intégrité des données échangées ; • de manière optionnelle, l’authentification ou l’authentification forte du client avec l’utilisation d’un certificat numérique ; 10 “Red button”. Les constructeurs ne souhaitant pas remettre en cause les télécommandes existantes, les développeurs d’applications ont proposé d’utiliser une touche non affectée à une fonction pendant l’usage en cours. En faisant apparaître sur l’écran un gros point rouge qui signale l’existence du lancement sur le site web d’un service asso- cié à celui diffusé, les constructeurs ont accepté de modifier leur pro- gramme de télécommande pour que, quand le téléspectateur appuie sur le bouton rouge de sa télécommande ou celle de l’écran compa- gnon, le téléviseur commute automatiquement sur le site web de la chaîne donnant accès à l’information ou l’application recherchée • la spontanéité, c’est-à-dire qu’un client peut se connecter de façon transparente à un serveur auquel il se connecte pour la première fois ; et, • la transparence, qui a contribué certainement à sa popula- rité : les protocoles de la couche d’application n’ont pas à être modifiés pour utiliser une connexion sécurisée par TLS. Par exemple, le protocole HTTP est identique, que l’on se connecte à un schème http ou https. HbbTV, (Hybrid Broadcast Broadband TV) : une autre approche Toutes ces approches de l’interactivité avec les services de télévision ont été limitées par une certaine lourdeur des outils de création de ces services et par le coût et la complexité de leur mise en œuvre. Seul MHP est encore utilisé en Italie et MHEG- 5 en Angleterre. Les langages de développement pour l’édition des services, notamment java, nécessitaient des développeurs chevronnés et les temps de développement s’en ressentaient. D’autre part, la plus grande partie des services devaient être diffusée et la partie “online” des services était gérée par des protocoles qui, dès le milieu des années 2000, devenaient obsolètes (V90…). Malgré d’incontestables réussites sur le plan de l’innovation et de l’expérience utilisateur (jeux simples, occa- sionnels, publicités interactives, guide des programmes, météo interactive), l’offre de services est restée limitée. Devant l’imminence de l’intégration des technologies Web dans les TV (connectiques et logicielles), HbbTV est né du rapprochement de deux projets financés par la Com- mission européenne, et portés par deux consortiums dis- tincts, H4TV en France, et HTML Profil en Allemagne. Les Figure 2 : Naissance d’HbbTV. 72 ◗ REE N°1/2014 LA TV connectée deux consortiums proposaient de bénéficier des formidables développements des services Web et de la progression de la pénétration de l’ADSL dans les foyers pour appliquer ces technologies au monde de la télévision diffusée, tout en te- nant compte des contraintes spécifiques liées au mode de diffusion de la télévision. Quand ces deux initiatives prennent connaissance l’une de l’autre, elles décident rapidement de converger. MM. Bernard Fontaine de France Télévisions, et Klaus Illgner de l’IRT, responsables des deux consortiums en question, ont eu le courage de partager cette idée et de convaincre leurs divers partenaires de les suivre dans cette voie. Ce projet de fusion a été largement soutenu par les chaînes de la TNT française et par les principaux fabricants de matériels et de services travaillant au sein du HD-Forum. Les postulats partagés étaient les suivants : • utiliser HTML/javascript comme langage de développement afin de permettre de cibler une vaste communauté de dé- veloppeurs et réduire drastiquement les coûts de dévelop- pement des services ; • permettre la coexistence d’un mode diffusé et d’un mode connecté (les services peuvent être soit diffusés, soit ac- cessibles en ligne, soit être un mélange des deux) ; • utiliser DVB Data Carrousel11 pour le mode diffusé ; • utiliser les technologies IP pour le mode “online” ; • et privilégier le mode d‘accès au travers d’une chaîne TV à laquelle les services sont associés. Le consortium HbbTV a été créé en 2009, et très rapide- ment de nombreux partenaires se sont ralliés à cette initia- tive franco-allemande. Dans un temps finalement très court, moins de deux ans, les contributeurs au projet sont parvenus à faire adopter et publier en juin 2010, une première version du standard par l’ETSI [5], et à lancer les premières expéri- mentations de services en Allemagne (2009) puis en France (2011). Dans la continuité des premières expérimentations sur le territoire français, le HD Forum et le consortium HbbTV ont in- troduit une évolution du standard (connue sous le nom de Hb- bTV-1.5). Cette évolution intègre deux éléments importants : • pour voir un contenu, le streaming auto-adaptatif “DASH” (Dynamic Adaptative Streaming over HTTP), un standard ISO12 , non propriétaire par définition, s’adaptant automati- 11 Data carrousel : gros fichier cyclique découpés en blocs synchronisés et émis avec le flux des données, mis à jour en permanence et télé- chargé par le téléviseur progressivement. 12 ISO/IEC 23001-6. Figure 3 : Carte d’implantation d’HbbTV en Europe et profil utilisé. REE N°1/2014 ◗ 73 La télévision connectée, nouvelle révolution télévisuelle : L’aspect technique quement aux possibilités de la liaison ADSL du téléspec- tateur ; • le format de fichier commun de cryptage13 , pour le cas où la chaîne de télévision se trouve dans l’obligation légale de protéger le contenu diffusé qui permet de simplifier l’utili- sation des DRMs. Afin d’accélérer la mise sur le marché de produits compa- tibles avec ce nouveau standard, des flux de tests correspon- dant à cette évolution HbbTV 1.5 ont été développés par le HD-Forum, en collaboration avec les sociétés Farncombe et Digital TV Labs. Ils ont été repris par le consortium HbbTV et sont utilisés par les fabricants de terminaux pour vérifier la conformité de leurs développements aux spécifications du standard. En complément, le HD-Forum a défini plus particulière- ment pour la France un profil dénommé TNT 2.0 qui pré- cise que les fabricants de terminaux HbbTV 1.5 doivent implémenter au moins une solution de DRM parmi les deux sélectionnées pour le marché français, à savoir Play Ready de Microsoft ou Marlin d’Intertrust. Les éditeurs (chaînes TV) s’engagent de leur côté à rendre leurs services compatibles avec les terminaux mis en vente. Ce profil a, à ce jour, été repris par de nombreux pays européens comme le montre la figure 3. 13 Standard ISO 14496_12. Pour mieux comprendre le fonctionnement et les usages, il est utile de préciser un peu mieux l’architecture du récep- teur « connecté ». Définition et architecture du récepteur Dans toutes les solutions de télévision interactive qui ont précédé les travaux et la publication de la norme HbbTV, il s’agissait de fournir des compléments d’informations numé- riques insérées dans le signal vidéo du programme en cours de diffusion, que ce signal soit analogique ou numérique, afin de les présenter sur l’écran et provoquer une réaction du téléspectateur. Pour faire interagir ce téléspectateur, une voie de retour était indispensable. Comme nous l’avons vu précé- demment, les premières solutions pour cette voie de retour ne pouvaient s’appuyer que sur la liaison téléphonique, ana- logique ou numérique. La seule interface disponible était le clavier du téléphone. Les informations de retour ne pouvant être que très succinctes, les applications proposées se rédui- saient à des votes ou des choix à réponses multiples mais limitées. Plus récemment les SMS sur le mobile ont un peu élargi le champ des possibilités. Seule la proposition, très innovante pour l’époque, de TAK, qui était associée à un clavier alphanumérique prévoyait une vraie voie bidirectionnelle via la passerelle Internet du foyer. On pouvait afficher les informations d’un serveur Web sur l’écran du téléviseur grâce à la commande normalisée Figure 4 : Synoptique d’un système multi-écrans connecté. 74 ◗ REE N°1/2014 LA TV connectée dans la prise Péritel et envoyer des réponses vers le même site. Au moment du lancement des services TAK, les débits moyens des passerelles Internet du domicile étaient limités à un maximum de quelques dizaines de kbit/s, ce qui ne permettait pas un grand degré de sophistication dans les interactions. Néanmoins la direction était donnée. Aujourd’hui, avec le standard HbbTV tous les freins techno- logiques qui ont mis en échec les solutions précédentes sont levés puisque le téléviseur connecté intègre dans le même produit la réception du signal TV diffusé et une connexion Internet standard haut débit. Cela devrait enfin permettre à la vraie télévision interactive de décoller. Mais, comme les technologies, les usages ont beaucoup évolué, et aujourd’hui il faut aussi prendre en considération le cas des multi-écrans et proposer une définition plus large de la télévision connectée. Pour cela, pourquoi ne pas prendre celle proposée en 2012 par les groupes de travail du CSA et appréhender la télévision connectée de manière large comme « l’ensemble des services de télévision reçus sur tout type de terminaux et quel que soit le réseau ». Pour cela, rentrons maintenant au cœur du téléviseur « connecté ». Qu’il soit de définition standard ou haute défi- nition, son synoptique théorique peut se résumer à deux chaînes de traitement différentes comme le montre la figure 4. • La première chaîne de traitement du signal, traditionnelle dans un téléviseur porte sur le signal diffusé. Celui-ci arrive par l’un des quatre grands modes de diffusion. - en France, le premier et encore aujourd’hui le plus répan- du est la diffusion numérique hertzienne terrestre, qui est captée par l’antenne râteau installée sur le toit ou posée devant une fenêtre. Le signal entre par la prise d’antenne, le tuner et le décodeur traitent les différents signaux14  ; - le deuxième mode est le câble coaxial ou la fibre optique distribués par un câblo-opérateur qui, au moins pour les services payants, fournit aussi un décodeur spécifique. Le 14 Chacun de ces réseaux numériques utilise une modulation différente pour transmettre le signal complet (DVB-T ou T2, DVB-C, DVB-S ou S2 et enfin DVB-IP). Chacune de ces modulations transmet la vidéo image numérisée et compressée, le ou les sons mono, stéréo, mul- ticanal 5.1 eux aussi numérisés et compressés ainsi qu’une quantité d’informations numérique data stream ou services stream sous-titres, audio description pour les malvoyants et sous-titres particuliers pour les malentendants, guide électronique des programmes de la chaîne en cours de visualisation ceux en cours et suivant de toutes les chaînes d’un même multiplex mais aussi ceux en cours et suivants des diffé- rents autres multiplex ; enfin les données interactives HbbTV. A ces informations s’ajoutent des tables particulières qui permettent au décodeur de trouver le canal d’émission et une fois celui-ci trouvé de connaître pour chacun des signaux cités précédemment le bloc de données à considérer. Les données HbbTV transmises seront incrus- tées sur l’écran ou serviront à lancer des applications locales. signal analogique SD ou numérique SD/HD entre dans le téléviseur par la péritel ou la prise HDMI ; - le troisième mode de diffusion est délivré par un opéra- teur de satellite. L’antenne de réception parabolique (ou aujourd’hui de plus en plus souvent plane) et son déco- deur propre fournissent le signal analogique SD ou numé- rique SD/HD qui entre dans le téléviseur par la péritel ou la prise HDMI ; - enfin le quatrième mode d’accès est plus connu sous le nom d’IPTV. Le signal IP arrive par la passerelle ADSL de l’opérateur télécom. Il nécessite un décodeur spécifique car le réseau utilisé est dans un sous-ensemble privé et géré par l’opérateur indépendamment du flux Internet normal à destination du PC et autre tablette. Ce déco- deur délivre lui aussi au téléviseur le signal analogique SD ou numérique SD/HD qui entre dans le téléviseur par la prise péritel ou la prise HDMI. • La deuxième chaîne de traitement du signal porte sur la connexion broadband. Dans ce cas, le signal est un flux de données IP standard non géré par le FAI, sortant de la pas- serelle Internet du domicile (ce flux IP peut arriver soit par le réseau téléphonique au travers du boîtier ADSL, soit de la partie IP du réseau du câblo-opérateur ou bien encore de la partie Internet d’un opérateur satellite). Il transporte des ser- vices Web, de l’information, du contenu « en direct » ou télé- chargeable et des logiciels d’applications téléchargeables, Dans un document publié en novembre 2013 par le CSA sur les chiffres clés de l’audiovisuel français, on trouve la répartition entre les quatre modes de récep- tion. Les chiffres détaillés donnés dans l’article confir- ment que les foyers possèdent très souvent plus d’un téléviseur sans parler des écrans compagnons et aussi plusieurs modes de réception pour les raccorder. Encadré 2 : Répartition des modes de réception en France. REE N°1/2014 ◗ 75 La télévision connectée, nouvelle révolution télévisuelle : L’aspect technique etc. auxquels l’utilisateur peut avoir accès par l’usage de la télécommande habituelle de son téléviseur. Une interface homme-machine (IHM), le plus souvent une simple télécommande, permet de sélectionner soit le contenu diffusé, soit le contenu connecté via les onglets HbbTV visibles sur l’écran, c’est-à-dire de mettre en œuvre l’une ou l’autre des chaînes de traitement. Mais ce sélecteur offre plusieurs autres choix possibles. Dans le cas où les trai- tements dans le téléviseur sont élaborés, les deux sources peuvent être parfaitement synchrones et dans ce cas, il est possible de les mélanger, ou bien de les incruster l’une dans l’autre, ou encore de jouer sur la transparence pour les super- poser l’une sur l’autre. Mais ce sélecteur peut aussi orienter les contenus vers le même écran ou des écrans différents avec le développement des usages d’écrans tablettes com- pagnons, dont nous parlerons dans l’article qui suit. A ces deux grands types de chaînes de traitement, il faut ajouter des possibilités d’entrer des signaux provenant de CD, DVD, Blu-ray ou bien de consoles de jeux, de serveurs d’appareils photographiques etc. qui n’entrent a priori pas en jeu dans les usages de la télévision connectée actuelle. Cette architecture finalement très classique et la nature des signaux traités ouvrent la porte au développement d’ap- plications interactives et de nouveaux usages de la télévision, dont on parle depuis si longtemps. De l’architecture décrite dans les paragraphes précédents et illustrée par la figure 5, on peut imaginer la mise en œuvre du standard HbbTV telle qu’on la trouve sur le réseau ter- restre et satellite aujourd’hui. Un éditeur de chaîne de télé- vision diffuse un programme, par exemple, sur la visite d’un site archéologique en période de fouilles et sur l’écran appa- raissent des onglets, pages HTML, qui proposent au télés- pectateur d’approfondir ses connaissances sur des domaines particuliers. Cette information est par nature réduite pour ne pas envahir l’écran et le bouton rouge incite le téléspec- tateur à se connecter à Internet, s’il ne l’est pas déjà, pour accéder au site Web de la chaîne et poursuivre sa lecture. Ayant terminé, la touche OK le renvoie vers la chaîne qu’il regardait. Il peut associer sa tablette et c’est sur celle-ci qu’il appuie sur le bouton rouge pour avoir les informations qu’il demande et recevoir les deux informations en parallèle. De retour sur la chaîne, les données HbbTV diffusées ont pu charger une application, un jeu interactif, qui lui propose de découvrir à partir d’informations diffusées des objets plus ou moins cachés sur le site archéologique. Il peut sans doute jouer avec les seules images diffusées mais l’aventure sera vite limitée par la capacité du système de diffusion de don- nées à rafraîchir beaucoup de données à la fois. On imagine immédiatement mieux que s’il se connecte au site Web de la chaîne, les possibilités du jeu pourront-être décuplées. Il sera Figure 5 : Synoptique du téléviseur hybride dans le cas d’une réception satellite. Il est identique dans le cas de la réception terrestre en remplaçant le satellite par une tour hertzienne. Origine ETSI TS 102 796 V1.1.1 (2010-06). 76 ◗ REE N°1/2014 Le protocole IP à lui seul ne garantit pas que les paquets émis à travers le réseau soient reçus dans l’ordre où ils ont été émis ni qu’ils soient bien reçus : en effet, chaque paquet d’un flux de données IP est routé de façon indépendante des autres et IP ne fournit pas, à lui seul, de procédure de détection et de correction d’erreur. Or les réseaux IP peuvent perdre des paquets en cas de surcharge du réseau ou en cas de panne d’arc de transmission ou de nœud de routage. Pour assu- rer la bonne remise des paquets dans l’ordre où ils ont été émis, en général, on utilise au-dessus d’IP le protocole TCP[1] qui, de bout en bout, permet la détection et la correction des erreurs par retransmission. Quand une erreur survient, ce protocole provoque la retransmission des paquets erronés et ne délivre plus de paquets à l’application jusqu’à réception correcte du paquet reçu en erreur. TCP est bien adapté au transport de données qui tolèrent un retard à la délivrance des données : fichiers de données, images fixes etc… Par contre TCP n’est pas adapté aux flux audio et vidéo puisque les données correspondant à une image animée ou à un son transmises à l’instant t n’ont plus de sens à un instant postérieur à t où TCP le livrerait à l’application. L’IETF a donc développé des protocoles adaptés aux flux synchrones que sont l’audio et la vidéo : UDP[2] qui se substitue à TCP pour ces applications et RTP[3] qui au dessus de UDP permet d’horodater et numéroter les paquets de données transmis et de les remettre en ordre à la réception. Les trafics audio et vidéo sont en concurrence au niveau du réseau IP avec les autres flux de données alors même qu’ils sont seuls à ne pas disposer de protection face au risque de perte de paquets. Des mécanismes ont été développés dans les réseaux IP, priorité, réservation de ressources… pour limiter l’occurrence de pertes de paquets de certains flux traver- sant le réseau, par exemple les flux audio et vidéo. Ces mécanismes touchent à leurs limites quand le volume de trafic auquel il faut donner priorité est excessif. Par ailleurs des erreurs de transmission peuvent apparaître altérant les données reçues : pour les flux de données asynchrones TCP permet de les corriger par retransmission et pour les flux synchrones seuls des codes correcteurs d’erreurs au niveau applicatif peuvent les corriger. La correction d’erreur est d’autant plus essentielle que l’image est compressée et qu’une erreur avant décompression peut être multipliée par un facteur impor- tant comme le montre le tableau de l’encadré 4. Les fournisseurs d’accès à Internet offrant des services de télévision (IPTV) ou de voix sur IP (VoIP) mettent en œuvre en général les protocoles RTP et UDP et s’efforcent de donner priorité aux flux sensibles à la perte de paquets en appli- quant des mécanismes de priorisation variés priorités par application de classes de service, surdimensionnement, alloca- tion permanente de ressources dédiées… dans les segments du réseau où les risques de surcharge en trafic sont les plus grands c’est-à-dire, notamment, la liaison de raccordement du client au réseau. Ils ajoutent également parfois des codes correcteurs d’erreur, notamment sur les segments de réseau les plus sensibles aux erreurs, l’accès ADSL par exemple. L’image IPTV même en haute définition est en général de très bonne qualité dans le cas de débit théoriquement dispo- nible sur l’ADSL entre 5 et 8 Mbit/s. Dans le cas de la TV sur IP, la problématique est différente : beaucoup de sites proposent des contenus composés entre autres d’images animées avec du son et quelquefois des données auxiliaires comme des sous-titrages. Ils sont accessibles par la navigation sur le Web. Les opérateurs de ces sites dits OTT ont développé des infrastructures adaptées au proto- cole http utilisé sur le Web : des plates-formes de service, des CDN (Content Delivery Network)… Ces infrastructures sont opérationnellement éprouvées. C’est pourquoi leurs opérateurs ont développé des procédures de transport de flux audiovisuels sur le protocole http : ces flux sont segmentés en fichiers téléchargés par http. Le transport de signaux audio- visuels peut ainsi s’appuyer sur les infrastructures Internet existantes. Pour faire face aux contraintes de débit du réseau, le même segment peut être compressé avec différents algorithmes et le récepteur du flux peut adapter le débit du flux aux ressources disponibles. Ces procédés dits de streaming adaptatif ont été d’abord développés de façon propriétaire par chaque acteur. L’ISO a normalisé un protocole de streaming adaptatif appelé DASH[4] en 2012. 1 Transport Control Protocol. 2 User Datagram Protocol. 3 Real-time Transport Protocol. 4 Dynamic Adaptative Streaming over http. Encadré 3 : Différents modes de transport des signaux audiovisuels sur IP. LA TV connectée REE N°1/2014 ◗ 77 Dans les paragraphes précédents on a évoqué la compression des images, sans entrer dans les détails car cela a été lar- gement publié [1] [6], il faut savoir qu’actuellement les algorithmes les plus utilisés pour traiter l’image sont en en télévision terrestre normalisés comme le MPEG-2 et le MPEG-4 ou propriétaires comme DIVIX ou MAV. Mais, très vite maintenant, vers 2016, 2017, on va voir arriver une nouvelle génération d’algorithme pour l’image appelée H.265, (HEVC) qui va, à qualité d’image restituée identique, apporter encore un gain d’efficacité de 30 à 50 % diminuant le débit nécessaire à la transmission. Il en est de même pour les sons mais avec une efficacité plus faible : MPEG-1 layer 2, Dolby digital+, MP3, HE-AAC etc… Le tableau ci-dessous donne une idée des taux de compression obtenus avec un niveau de dégradation imperceptible selon les tests faits par un panel d’experts représentatif utilisant les méthodes standardisées et estimant la qualité à 4,5 sur une échelle de 5. La télévision connectée, nouvelle révolution télévisuelle : L’aspect technique Efficacité typique de l’algorithme de compression Format original Débit normal en studio sans compression Standard de reference Débit après compression pour un niveau de qualité avec défauts imperceptible typiquement de 4,5/5 Gain ou efficacité de l’algorithme Vidéo 4K 50 images/s 12 Gbit/s HEVC à terme # 12 Mbit/s # 1000   HD 1080P/50 3 Gbit/s HEVC à terme # 4 Mbit/s # 750   HD 1080P/50 3 Gbit/s MPEG-4 # 7,5 Mbit/s # 400   HD1080 i/ 50 1,5 Gbit/s MPEG-4 # 6 Mbit/s # 250   SD 270 Mbit/s MPEG-4 # 2 Mbit/s # 135   SD 270 Mbit/s MPEG-2 4 Mbit/s # 65   Mobile 12 Mbit/s MPEG-4 160 kbit/s # 75 Sons 5.1 6,5 Mbit/s AC3+ 224 kbit/s # 30   mono/stereo 2,4 Mbit/s MPEG-1 Layer2 256 kbit/s # 10   mobile 240 kbit/s HE-AAC v2 32 kbit/s # 7,5 photo 12 mpixels 400 Mbits JPEG 2000 5 Mbits # 80   12 mpixels 400 Mbits JPEG 30 Mbits # 13   1mpixels 30 Mbits jPEG 1,8 Mbits # 16 Encadré 4 : Quelques ordres de grandeurs des possibilités de la compression. le découvreur immergé dans un site à réalité augmentée 3D, mélange synchrone des données diffusées et des remontées du site Web, dans lequel il navigue avec les possibilités de sa tablette, pour trouver les trésors, l’application via le Web pou- vant télécharger des compléments sans beaucoup de limite autre que les matériels eux-mêmes. HbbTV prévoit aussi la possibilité d’utiliser un moteur de recherche, browser intégré associé ou non aux applications et aux pages HTML. Ceci n’est plus un rêve, HbbTV offre cette capacité de passer du diffusé vers Internet et vice versa en combinant sans couture les images et les sons des deux sources. Grâce à HbbTV le téléviseur s’est transformé en une plate- forme d’application ouverte totalement indépendante d’un agrégateur de services particuliers ou d’un opérateur spéci- fique. C’est le téléspectateur lui-même qui décide de res- ter dans l’espace de la chaîne ou d’aller surfer ailleurs. En revanche toutes les fonctions du terminal sont utilisables par les applications mais il est prévu que les fonctions considé- rées par le constructeur comme sensibles ne seront acces- sibles que si l’application a été homologuée par lui. Dans tous les cas, services, applications et contenus pourront être pro- tégés. Cette demande des diffuseurs français a finalement été adoptée par la grande majorité des autres pays et les constructeurs ont mis sur le marché des matériels conformes à ces spécifications. L’ensemble de ces services sont indé- pendants du portail du constructeur qui dans la majorité des cas offre ses propres services. Conclusion La lente progression technique qui a permis d’aboutir au standard de la télévision connectée HbbTV peut paraître très longue mais elle a été nécessaire pour trouver des solutions aux nombreux problèmes techniques et technologiques ren- contrés. Les tentatives successives d’introduction de services par les radiodiffuseurs et les constructeurs a bien montré que la technique n’était pas suffisante, elle ne pouvait à elle seule produire des succès, surtout dans le domaine du contenu. Il fallait proposer des services vraiment innovants. Les services 78 ◗ REE N°1/2014 LA TV connectée proposés sont essentiels et c’est la conjonction des deux qui laisse espérer un succès commercial. L’article suivant va se concentrer sur les efforts nombreux et progressifs qu’il a aussi fallu faire pour aboutir à la proposition actuelle. Du coup les solutions trouvées ont ouvert la porte du téléviseur à de nombreux autres acteurs qui arrivent avec des services tout à fait innovants et du coup la compétition va s’accélérer. Il faut espérer que cette bataille sera à la fois au bénéfice de la culture et de celle du téléspectateur. Remerciements Les auteurs remercient P. Collet pour ses conseils et sa contribution à la mise au point de cet article. Références [1] J. Lacotte et al., « La Télévision Haute Définition », REE N° Hors série, 2005. [2] ETSI, « Radiodiffusion vidéonumérique (DVB) - spécifications de la plate-forme multimédia domestique (MHP) », 2003. [3] ETSI, “Digital Vidéo Broadcasting (DVB) Globale Exécu- table MHP (GEM)”, 2004. [4] ETSI, “ETSI ES 202 184 V1.1.1 (2004-11) MHEG-5 Broadcast Profile”, 2004. [5] ETSI, “TS 102 796 V1.1.1”, 2010. [6] B. Felts, G. Lozelle, N. Nouvel & E. Le Bars, « L’optimisation actuelle de la compression vidéo: le standard MPEG4 », REE, N° Hors série TV HD, pp. 22-29, 2005. Muriel Sangouard est experte en télévision connectée. Elle a été directrice du développement TV de TDF de 2008 à 2014. Elle s’est consacrée plus particulièrement depuis 4 ans au développement des services à destination des terminaux connectés, pilotant le groupe TNT 2.0 du HD Forum, et offrant aux chaînes TV une solu- tion de plate-forme multi-écrans clé en main, leur permettant de distribuer leurs contenus sur les TV connectées, les smartphones, les tablettes et le Web. Auparavant, Muriel Sangouard était direc- trice déléguée à l’innovation de la division multimédia de TDF. Jean-Pierre Lacotte a passé la majeure partie de sa carrière dans le Groupe Thomson aujourd’hui Technicolor, commençant par le Laboratoire central de recherche de Thomson CSF chargé des travaux sur le stockage d’images et de sons, projet qui s’est trans- formé en projet Vidéodisque. Il a ensuite été détaché pendant quelques années au Parc de la Villette à Paris pour créer la partie audiovisuelle des présentations du futur Musée des Sciences et de l’Industrie et de la géode. Après l’ouverture en 1986, il est retourné dans la division Télévision professionnelle dans laquelle il a occupé diverses fonctions dont celle de directeur général. En 2003 il est nommé vice-président du cluster d’Eureka chargé des recherches européennes dans le domaine des logiciels embar- qués et distribués. Depuis 2006, directeur des affaires institution- nelles de Thomson pour l’Europe, président du HD-Forum depuis 2004 et président de l’Agora Réseau Domiciliaire, co-président du groupe technique HD de l’Arab States Broadcasting Union. Frédéric Tapissier, responsable de l’innovation technologique à TF1 et président de la commission technique du HD Forum a plus de 15 ans d’expérience dans l’industrie de la TV numérique, que ce soit dans des sociétés qui fournissent la technologie (comme NDS-CISCO ou le groupe Kudelski) ou dans des sociétés qui la mettent en œuvre comme RTL Group ou le groupe TF1. Respon- sable de l’innovation technologique pour TF1, qu’il a rejoint en 2007, Frédéric Tapissier a été à l’origine du la création du standard HbbTV et de sa rapide adoption en France et dans le monde. les auteurs