Stratégies Télécoms & Multimédia

I – Les choix offerts

La télévision numérique peut être diffusée selon des formats (HDTV, SDTV, voir DT N° 27) et des critères de qualité différents. Elle peut être diffusée à tous, ou de façon sélective ou unitaire (Vidéo sur demande). Cette diffusion peut employer des supports dédiés (canaux de satellite, TNT, xDSL, G-PON, Câble DOCSIS) ou employer le réseau public de téléphonie mobile 3G ou des supports radioélectriques du réseau d’accès. Réciproquement, des abonnés souhaitent diffuser occasionnellement des images ou échanger des applications vidéo multimédia en utilisant ces mêmes supports d’accès.
Le problème posé aujourd’hui consiste à définir les meilleurs réseaux et les meilleures normes capables d’assurer ces services de façon économique au plus grand nombre de clients intéressés avec la meilleure qualité possible, tout en économisant les ressources des supports. Les options et les variables liées à l’usage de ces applications (nombre de transactions par cellules ou nombre simultané de programmes par cellules de réception, etc.) se multiplient sans que l’on puisse déterminer encore un modèle économique. La problématique de la mobilité étant évoquée dans le DT N°39, un tour d’horizon des différentes techniques actuellement développées est présenté ici.

II – Descriptions techniques

2.1 - Télévision numérique terrestre (TNT)

La diffusion des programmes télévisuels numériques s’effectue en OFDM et permet la libéralisation de gammes de fréquences pour d’autres usages. Les programmes télévisuels sont numérisés et compressés en MPEG-2 (ou en MPEG-4) dans un rapport de fréquence voisin de six, de sorte qu’un plus grand nombre de programmes (près de 49) peuvent être offerts, avec ou sans droit d’accès et avec possibilité d’interactivité (norme DVB-RCT, Digital Video Broadcasting - Return Channel Terrestrial) à 1,2 kbit/s. Ce canal additionnel peut être utilisé pour le téléchargement d’accès, le sous-titrage, le télépaiement et d’autres services à faible interactivité.

2.2 – Télévision numérique par satellite

La version DVB pour le satellite a été l’occasion de définir la norme DVB-S utilisable pour les liaisons vers le satellite et les liaisons terrestres dans le cadre du projet "Unlimited Mobile TV" dans la bande S (de 2 à 2,2 GHz). Un canal de 15 MHz de cette bande peut porter 45 canaux terrestres. Eutelsat devrait mettre en place le satellite W2A construit par Alcatel au début de 2009. Samsung et Sagem devraient fournir les terminaux correspondants, lesquels devraient compatibles DVB-H et DVB-S.

La norme DVB-S2 (amélioration de la modulation DVB-S) a été conçue pour la diffusion télévisuelle numérique en qualité normale et en haute définition, pour les services interactifs vers internet, pour les applications professionnelles et la transmission de contenus (télévisuels et vers Internet). Elle offre un gain de près de 30 % par rapport à DVB-S en utilisation de canal de fréquences et elle s’adapte à l’ATM comme à IP. Quatre modes de modulation peuvent être utilisés (MDPQ, 8-PSK, 16-APSK, 32-APSK) et LDCP (Low Density Parity Check) est mis en œuvre comme code de correction d’erreur. Pour les applications professionnelles, une qualité supérieure peut ainsi être offertes en jouant sur les paramètres disponibles pour la transmission. Ainsi 40 Mbit/s pourraient suffire pour deux programmes en HDTV et 12 Mbit/s pour 3 programmes en SDTV. On s’orienterait aujourd’hui vers la solution ETSI du DVB-SH, compromis entre les normes DVB-T et DVB-H, qui offrirait un choix de 27 chaînes de télévision.

L’ETSI a lancé l’étude en 2006 d’un DVB-T2 pour la diffusion terrestre à trois programmes en TVHD par multiplex, qui disposerait d’une plus grande couverture en espace domestique et dans les véhicules. Le DVB-T2 disposerait d’une modulation en OFDM à 256 QAM à 1K, 2K, 4K, 8K, 16K et 32K porteuses, avec codage correcteurs d’erreurs LDCP, constellations "tournées", avec modulation codée à bits entrelacés (BICM) et codage spatio temporel MISO (Multiple Input Single Output). Le multiplex pourrait être décomposé en sous multiplex codés, afin de rendre l’exploitation plus facile.

2.3 - DAB (Digital Audio Broadcasting)

Le DAB est devenu une norme internationale de radiodiffusion numérique. Dès 2005, les programmes radiophoniques, les services mobiles de télévision et les programmes multimédia sont transportés en DMB (Digital Multimedia Broadcasting) et en DAB-IP. Quarante pays, dont le Royaume-Uni, l’Allemagne, la Chine, la Corée, le Danemark, la Suisse et les Pays-Bas disposent d’une forte audience en DAB. Les essais de diffusion mobile en DAB pour la télévision et les programmes multimédia (DAB-IP) ont été concluants et le lancement des services commerciaux est imminent.

2.4 - Le DVB-H

Le DVB-H (pour Handheld), conçu pour un usage personnel, est dérivé du système DVB-T de diffusion de vidéo numérique terrestre (TNT). Ce système pour terminaux portables doit résoudre plusieurs contraintes : la durée limitée de l’autonomie de la batterie du récepteur, l’effet Doppler en cas de déplacement à vitesse variable et la possibilité de changer de cellules de réception. A cet effet, le DVB-H ajoute aux mêmes couches 1 et 2 utilisées par le DVB-T des spécificités propres. Sur la couche liaison, sont mis en œuvre un entrelacement des bits dans le temps (time-slicing) pour l’envoi des informations utiles en rafales afin d’épargner la batterie et de faciliter le changement de cellules, ainsi qu’un code correcteur d’erreur MPE-FEC (forward error correction for multiprotocol encapsulated data). Sur la couche physique, sont aménagées des fonctions propres à assurer l’immunité relative aux bruits impulsifs et à l’effet Doppler (entrelacements des symboles en mode 2K et 4K) avec le protocole IPDC (data casting). Cette norme est soutenue par l’ETSI et l’EBU. Le service devrait ouvrir en France en 2011.

2.5 - T-DMB

Le T-DMB (Terrestrial Digital Multimédia Broadcasting) est fondé sur les bases de la norme européenne DAB Eureka 147, retenue pour la radio numérique. Cette adaptation de normes permet de transmettre des données de tout type, y compris la vidéo, quel que soit le protocole de codage retenu (MPEG-4 par exemple), et de converser en même temps avec son correspondant en diffusion numérique terrestre. Le T-DMB est normalisé à l’ETSI depuis 2005. Les profils utilisés doivent être définis dans la couche de transport de façon à faciliter l’interopérabilité entre systèmes. Le système est utilisable sur ordinateurs portables, téléphones mobiles, assistants numériques ou terminaux embarqués dans les véhicules. Les terminaux DMB de LG sont capables de mettre en œuvre H.264 à 30 trames par seconde et de fonctionner dans la bande des 200 MHz. La faible consommation des récepteurs et la faible bande de fréquence exigée par le système autorisent son emploi pour la diffusion de cinq programmes télévisuels à destination des récepteurs portables sur un seul multiplex. Bien entendu, le T-DMB présente un avantage écrasant sur le DVB-H lorsque des infrastructures de réseau existent, ce qui est le cas en Corée et en Allemagne. Le coût d’un réseau à édifier en T-DMB est un facteur bloquant.

Selon le "Comité spécial T-DMB", les ventes de terminaux T-DMB avaient dépassé les 13 millions d’unités en Corée du Sud à la fin de 2008. Ces terminaux permettent de recevoir les services de télévision mobile et de radio numérique. Le marché se partage entre les téléphones cellulaires T-DMB (32,4% des ventes), les terminaux embarqués (28,7 %, avec ou sans systèmes d’aide à la navigation), les clés USB en T-DMB (22,7 %) et les ordinateurs portables, assistants numériques et divers (16,2 %). Les terminaux disposant d’un écran de 3 pouces ou moins ont connu un succès notable. Quatorze pays, dont l’Allemagne, la Chine, la Corée et l’Inde fournissent des services sur la base de la norme T-DMB.

2.6 - S-DMB

Le S-DMB utilise la bande de fréquences S (2170-2200 MHz) de l’IMT-2000 et fournit 18 canaux à 128 kbit/s dans 15 MHz. La version TiMi, en cours de développement pour des satellites chinois, serait très prometteuse. L’Inde (ISRO) devrait lancer un système mobile d’applications multimédia par satellite basé sur S-DMB à l’intention des véhicules. En Corée, TU-Media a déjà séduit un demi million d’utilisateurs du système S-DMB qui bénéficient de 25 services orientés vers la clientèle mobile.

2.7 - Le MBMS (Multimedia Broadband and Multicast Services)

Cette technologie n’est possible en 3G qu’avec la mise en œuvre du HSDPA (prévu dans les versions 6 et 7 de la norme 3G W-CDMA rédigée par le 3GPP) pour des raisons d’économie de fréquence. L’algorithme du MBMS permet des transmissions de diffusion et de multidiffusion sur les réseaux GSM et W-CDMA par une simple extension technique, donc de faible investissement. Plus flexible que le DVB-H, MBMS peut diffuser différents contenus en différents points du réseau à la condition que l’audience se concentre sur un nombre réduit de programmes au sein de la même cellule. Les terminaux 3G sont capables d’utiliser le MBMS puisque la norme 3G contient cette option. Plusieurs essais positifs laissent à penser que cette offre pourrait se matérialiser en 2009.

2.8 - Media FLO

La technologie Qualcomm (Media FLO, Forward Link Only), vise à distribuer des flux vidéo ou multimédia de haute qualité sur des terminaux mobiles (de 5 à 200 km/h), en utilisant la modulation OFDM et la technique de compression H.264 et AAC+. Le flux des données est divisé en 4 096 sous flux transmis en parallèle sur des porteurs en OFDM (mode en 4K) sur des canaux de 8 MHz. Les sous porteurs peuvent être modulés en QPSK ou en 16 QAM. Les écrans des terminaux sont au format QVGA et Q2VGA. Selon les disponibilités en fréquence, FLO utilise une porteuse comprise entre 1 et 2 GHz de 60 km de portée, ce qui réduit les opportunités de changement de cellules. Les contenus reçus d’internet en temps non réel peuvent être reformatés en paquets FLO et diffusés par le système MDS (Media Distribution System), par satellite ou sur fibre optique, etc. Un réseau cellulaire 3G CDMA (entre 1 et 2 GHz) facilite la distribution du contenu, en multidiffusion, grâce aux procédures de multiplexage, d’interactivité et d’autorisation d’accès au service. Le système de distribution de média (MDS) de Qualcomm est un système de bout en bout qui permet la distribution vidéo en MPEG-4 sous une bonne qualité en utilisant les ressources de programmation de l’annuaire (Media Program Guide, MPG) et le pré enregistrement sur le portable des séquences des programmes désirés (sélection des contenus par "clipcasting", par sélection de 10 bouquets et de liens vers des sites de la Toile – 40 "clip channels" possibles). Ainsi, la capacité de la batterie est ménagée et la qualité de réception de type temps réel est préservée. L’exploitant optimise, par des serveurs spécialisés, le nombre d’abonnés utilisateurs, le nombre de programmes et de contenus, ainsi que le débit supplémentaire de mise à jour que le réseau peut accepter. Ces informations de gestion de trafic sont utilisées pour la facturation et les paiements des droits (DRM). Dans les réseaux cellulaires, MDS utilise des liaisons dédiées entre les terminaux afin d’assurer la qualité de service la meilleure. Verizon offre la télévision mobile sur système MediaFlo, réalisé par Qualcomm, sur son réseau EV-DO.

2.9 - Flash - OFDM

Le système Flash-OFDM, de la société Flarion, propose une solution de communication mobile en IP en débit descendant entre 1 Mbit/s en débit moyen (et 3,2 Mbit/s, débit crête rafale) et en débits montants compris entre 300 et 500 kbit/s (900 kbit/s en rafales) dans des canaux appairés en FDD de largeur inférieure à 2 MHz. La faible latence des signaux (inférieure à 50 ms) permet l’application PTT, les jeux en ligne, VoIP, ainsi que des applications professionnelles de bureautique, la visioconférence et la télésurveillance. La modulation OFDM réduit les difficultés de propagation liées aux échos et aux interférences. La modulation OFDM peut être combinée avec la technique d’étalement de spectre par saut de fréquence de façon à profiter des avantages de la diversité de fréquences et de la réduction des interférences du CDMA. En changeant de fréquence après l’envoi d’un symbole, les pertes dues au fading sont réduites.

Le système Flash-OFDM nécessite une mise en œuvre des couches 1 et 2 de la troisième génération cellulaire mobile. La couche physique doit résoudre les problèmes posés par les parcours multiples, les écarts de temps de propagation et l’effet Doppler. Les systèmes de données qui utilisent l’OFDM divisent le spectre disponible en espaces fréquentiels égaux sur la base de la modulation utilisée (QSPK, QAM, etc.). L’information est déposée sous forme de symboles sur chacun des espaces fréquentiels. Le saut rapide de fréquences de la technique de l’espacement de spectre (FHSS) est effectué selon une méthode prédéterminée de type pseudo aléatoire. La répartition des symboles et des fréquences est effectuée de façon à minimiser les interférences entre stations et entre communications de la même cellule, de sorte que l’ensemble des fréquences disponibles soit le mieux utilisé. Flash-OFDM possède, dans la couche physique, une efficacité trois fois supérieure à celle du CDMA ordinaire. Les couches MAC et la couche liaison présentent également des avantages particuliers.

Habituellement, en CDMA et en TDMA, les informations sont contenues dans une trame et l’émission d’une station est effectuée à un moment précis. En OFDM, il est possible de transmettre un bit seul (ou plusieurs) sans le faire précéder d’un en-tête, la couche MAC se chargeant de gérer la qualité de service. La couche Liaison effectue le contrôle localement, ce qui gagne du temps et permet d’offrir un service temps réel et des services interactifs. A la différence des réseaux 3G, ici, TCP/IP peut être utilisé et fournir les acquittements que les applications à haut débit demandent sans craindre de congestion. Ce système est soutenu par des exploitants de réseau américains et européens et des industriels comme Siemens et Netgear, lequel propose un système compatible avec le Wi-Fi.

3 - Protection des contenus

La protection des services contre le piratage est assurée soit par l’accès conditionnel (CAS) des abonnés dans le temps, soit par le profil enregistré des abonnés (3GPP : Smart Card Profile). La protection des contenus pour ce qui concerne les droits d’usage et de reproduction des œuvres (DRM) est liée à différentes techniques. L’OMA (Open Mobile Alliance) a développé le DVB IPDC et l’OMA B-Cast, et le 3GPP le SmartCard Profile (OMA-BCast, etc.).

4 - Les marchés envisageables

Trois marchés sont visés par ces systèmes : le marché du transfert simple en point à point, celui de la multidiffusion (multicast) et celui de la diffusion générale. Les aspects relatifs à la spécialisation des terminaux mobiles et les habitudes du public renforcent ce point de vue. Le fonctionnement des services suppose une compatibilité technique des transferts de messages entre les réseaux à grande distance, les réseaux mobiles (GPRS/UMTS) et les réseaux domestiques (UWB, Bluetooth, etc.). La définition des interfaces des réseaux est essentielle. Des associations de normes peuvent être suscitées par des industriels astucieux (avec Wi-Fi, WiMAX, Flash OFDM, Home Networking, association fixe/mobile, etc.). Les normes de communication évoluent et l’on envisage des systèmes UWB à faible portée, un système Bluetooth de nouvelle génération, des associations de systèmes, etc. Trois familles de réception apparaissent.

Chaque région du monde défend sa norme.

5 – En conclusion

De nombreux usages sont possibles avec l’ensemble de ces systèmes, à l’extérieur des bâtiments seulement ou y compris à l’intérieur de ceux-ci (voix, données, images, jeux, enseignement, alertes, etc.). Il existe plusieurs moyens pour offrir la télévision mobile personnelle (TMP), soit en diffusion totale, soit à la demande. Il ne s’agit pas des mêmes réseaux, bien entendu et l’amortissement est à chaque fois un cas spécifique. D’autre part, la chaîne de valeurs est vaste (éditeur de contenus, intégrateur de programmes, intégrateur de bouquets, exploitant de service, exploitant de réseau, fabricant d’équipements). Leur mise en place, avec la valorisation des droits (DRM), est susceptible de déstabiliser la gestion et la rentabilité des systèmes de diffusion télévisuelle existants.
Des développements récents ont démontré l’intérêt de la clientèle pour des services mobiles associés aux services fixes (convergence fixe mobile) dont les débits et les formats d’image ne sont pas toujours les mêmes. Or, les débits sont liés aux formats d’image. La 3G demande 100 kbits pour un rythme de 15 images par seconde en QCIF sur des écrans de deux pouces, alors que le DVB-H demanderait 350 kbit/s pour 25 images par seconde en CIF sur des écrans de sept pouces, et le DVB-T entre 4 à 8 Mbit/s. Les programmes télévisuels sur terminaux mobiles (TMP) implique de sélectionner des cadrages rapprochés, de réduire le nombre de personnages, de renoncer à la publicité et de sélectionner des thèmes à présentation courte (les nouvelles, le résumé des sports, etc.). La réutilisation de ces séquences sur d’autres supports nécessite un accord avec les partenaires impliqués. Le retraitement d’images (cropping) ou le zoom sur des images télévisuelles entraînera des frais supplémentaires et une gestion plus complexe des droits DRM. Les terminaux mobiles peuvent être conçus pour un usage en temps réel ou en vue d’une restitution au domicile des contenus reçus à la condition d’être équipés de mémoire à forte capacité de stockage (Disque dur HDD ou Stick Memory Flash). La couverture en DVB-H ne sera pas acquise en France avant 2011.

Les solutions DVB-H, DVB-T et DVB-SH peuvent coexister. L’Italie, les Pays-Bas et la Suisse développent les deux premiers systèmes cités. L’Allemagne, pour des raisons d’infrastructures existantes, a choisi le DVB-T en 16 QAM, à 10 Mbit/s par multiplex, pour des services gratuits. Le DVB-H est mis en œuvre en France en modulation à 64QAM, à 20 Mbit/s par multiplex, plus robuste par rapport au bruit, d’un rayon de couverture plus large et de meilleure qualité en réception intérieure et pour des services payants.

L’ergonomie des connexions compte pour beaucoup pour le taux de fréquentation. Il reste à savoir si le succès est-il lié à la norme, aux facilités de service ou à la variété des contenus offerts ? Le marché fixera les choix.

Sources : IEEE Communications Review, Rapports Arcep. La presse quotidienne.