Exposés des élèves du cours de
deuxième année de l'Ecole des Mines de Nancy RESEAUX
1996/1997
La compression vidéo MPEG, par GERBER
Jacques-Alexandre et GIGNOUX Sébastien
Applications : DVB et HDTV
La prochaine génération de standards pour la radiodifusion du signal TV est basée sur la compression et la transmission de données numériques. Ceci permet d'obtenir une meilleure qualité d'image et une meilleur utilisation de la bande passante qu'avec les standards analogiques actuels (PAL, NTSC et SECAM). Ces standards sont publiés depuis janvier 1995 par l'Union Européenne de Radiodiffusion et stipule les techniques de base pour l'implémentation de la transmission TV numérique en Europe, Asie, Australie et de nombreux autre pays pour 1996. DVB semble être en mesure de s'imposer comme unique standard global de radiodiffusion TV numérique. Seul le standard Américain HDTV est en position de concurrence, étant également basé sur la norme MPEG-2 mais en utilisant un modem, un encodeur audio et un guide de programme électronique incompatible avec les standards DVB.
Les standards DVB actuels s'appliquent à la transmission du signal par satellite ou par le cable. Les standards de modulation pour la radiodiffusion terrestre sont en cours de préparation. Ces standards désignent tant la structure du système et les modems à haut débit qu'un certain nombre de fonctions auxiliaires comme le télétexte, les guides de programmes éléctroniques et des accès conditionnels. La technique de compression choisie est l'algorithme MPEG-2.
Le système défini par la norme DVB se présente de la manière suivante :
La première génération de boitiers DVB sera constituée uniquement d'un récepteur pour le cable et/ou le satellite et d'un décodeur MPEG. Ces récepteurs disposeront des interfaces usuelles RF et SCART pour l'antenne, le cable et l'ensemble TV/magnétoscope. Ils seront en plus munis d'interfaces de transmission de données pour les PCs et autres systèmes mutlimédia, ainsi que d'un ou plusieurs slots pour des cartes à puces ISO 7216 et des connecteurs PCMCIA type II pour le module de contrôle d'accès au télépaiement. D'autres interfaces pourront inclure l'audio numérique. Dans le futur, ces récepteurs DVB seront directement intégrés dans les télévisions et les magnétoscopes.
Les standards suivants ont été définis selon les normes ETSI (European Telecommunication Standards Institute) :
DVB-C
Norme équivalente pour le cable. Les modems devront
être conçus pour différents débits,
largeurs de bande et protection contre les niveaux de bruit.
DVB-CS
Decription des différentes méthodes
d'installation d'antennes paraboliques collectives.
DVB-SI
Guide de programme éléctronique,
syntonisation de chaine automatique et contrôle du
magnétoscope dans le flot de données.
DVB-TXT
Encapsulation MPEG-2 pour les
données télétexte analogiques
européennes.
DVB-CI
Spécification de l'Interface Commune pour
l'accès conditionnel et autre applications. Slots PCMCIA
pour la mise en oeuvre hardware.
Les propriétés de la transmission satellite sont :
Le standard DVB-S définit un certain nombre de paramètres de codage pour pouvoir choisir un ensemble aproprié de paramètres de transmission selon les caractéristiques du satellite :
Les propriétés de la transmission par cable sont :
Les paramètres de réception des récepteurs DVB-C doivent répondre à des exigences concernant :
Système B
Solution la moins chère : le signal reçu est
converti à une fréquence intermédaire
supérieure à 950 MHz sans toucher à la
modulation. Une solution légérement plus couteuse
pour une installation plus importante : le signal est d'abord
converti à une fréquence intermédiaire puis
à une fréquence de la bande VHF/UHF du type S
(230-470 MHz) sans toucher à la modulation.
DVB définit un standard d'information système qui utilise un canal de données MPEG pour transmettre des paramètres techniques concernant la transmission ainsi que des informations relatives au guide de programme électronique pour l'utilisateur.
Ces paramètres incluent les paramètres de radiodiffusion (fréquence, polarisation, correction d'erreur, débits, type QAM, identificateur MPEG, ...) et l'identification des services exploitables à partir des canaux multiplexés. Ceci permet au logiciel récepteur de s'auto-configurer automatiquement, même lorsque les paramètres de radiodiffusion changent. Il n'y a pour cela qu'à configurer correctement le recepteur satellite une fois pour toutes. Au bout de quelques minutes, le récepteur disposera de tous les paramètres nécessaires.
Les informations sur le guide de programme électronique concernent :
Toutes ces informations ne concernent pas uniquement l'émission en cours, mais aussi les émissions suivantes, les autres chaines et le programme des semaines à venir. Les horaires du guide de programme électronique sont transmis en temps universel (UTC) et c'est au logiciel du récepteur de la convertir en heure locale.
Le guide de programme électronique contient également les informations nécessaires pour lancer/arrêter un magnétoscope précisément au moment opportun, et ce indépendamment des retards imprévus ou des 8 pauses publicitaires inévitables, ainsi que des informations pour permettre aux parents qui ont voté Bill Clinton de restreindre l'accès à leurs enfants de certains programmes pornographiques, violents, ou à caractère psycho-dramatico-romantiques type AB Production.
Comme pour l'ancien système de télépaiement (EuroCrypt, VideoCrypt), le controle d'accès DVB sera séparé en deux parties : décryptage et décodage.
Le décodage opère directement sur le flux de données MPEG ou sur des canaux individuels localisés dans le flux. Le projet DVB a standardisé un algorithme de codage commun (Common Scrambling Algorithm). Il s'agit de la combinaison d'un bloc chiffré sur 64 bits suivi d'un algorithme de déchiffrage à la volée. Les détails techniques sur le CSA (Common Scrambling Algorithm !) sont secrets et exploitables uniquement par les fabricants sous la clause du secret.
Le décryptage est la partie du système de contrôle d'accès qui reçoit les messages du flux MPEG, les décrypte et les exploite, met en oeuvre le statut d'activation de la souscription et envoie finalement le mot de passe nécessaire au décodage des quelques secondes suivantes du programme à la partie décodage. Malheureusement le consortium DVB n'a pas été en mesure de standardiser un algorithme de cryptage commun. La première raison en est la peur du piratage du télépaiement.
Deux solutions alternatives sont discutées et permettraient toujours l'utilisation d'un unique récepteur indépendemment des fournisseurs de télépaiement : l'interface commune (DVB-CI) et SimulCrypt.
L'interface commune est un slot pour une ou plusieurs cartes PCMCIA de type I ou II. Le récepteur peut envoyer le flot de données MPEG-2 entier dès sa sortie du démodulateur et des unités de correction d'erreur par l'intermédiaire de la carte insérée dans l'interface commune, avant qu'il ne soit exploité par le démultiplexeur MPEG dans le récepteur DVB. Si plusieurs cartes sont présentes, le flot de données MPEG passera au travers de chacune d'elles de façon séquentielle.
Une carte CI (Common Interface) peut demander le contrôle de fonctions du décodeur. Elle peut communiquer avec une carte SmartCard ISO 7816 (authentique !) dont peut également disposer le récepteur pour l'algorithme de décryptage, elle peut générer des messages à l'écran et recevoir des commandes de contrôle à distance, et elle peut communiquer avec un module dont peut être également équipé le récepteur pour des fonctions de paiement en ligne et proche de la vidéo à la demande.
Une carte CI contiendra typiquement une implémentation hardware du CSA ( Common Scrambling Algorithm !!) ainsi qu'un processeur de sécurité avec le programme de décryptage. Des parties du programme de décryptage pourraient être également implantées dans une SmartCard ISO 7816 qui peut être échangée à bien moindre coût en cas de piratage.
Après la mise sous tension, une carte CI se comporte comme une carte mémoire PCMCIA. Certaines adresses mémoire agissent comme des registres de transmission de données qui permettent la communication avec le processeur de la carte CI. Ainsi, une carte CI peut aussi être insérée dans un slot PCMCIA traditionel et certaines fonctions pourraient être accessibles par ce biais.
Bien que l'interface commune est comme premier objectif d'aboutir à des modules de décryptage à insérer, elle ne se limite pas à cette application. Il se peut en effet que cette interface soit un jour utilisée pour connecter d'autres modules d'extension au module DVB comme des navigateurs Internet, la télévision interactive, des systèmes d'acquisition de données par satellite à haute vitesse pour PC,...
Le problème de l'inexistence d'un standard de décryptage commun peut être résolu en insérant des cartes CI pour chaque standard de décryptage dans le récepteur.
Cependant, l'existence du standard pour le CSA ( Common Scrambling Algorithm !!!) permet d'envisager une autre approche : un diffuseur de média pourrait fournir les données de décryptage pour sa propre chaine dans les formats nécessaires à différents décryptages dans le flot de donnée.
L'idée de SimulCrypt n'est pas nouvelle : BSkyB l'utilise depuis des années sur des chaines comme MTV ou ASTRA qui peuvent être reçues simultanément par des récepteurs VideoCrypt-1 et -2.
SimulCrypt est un bon moyen d'éviter de devoir posséder plusieurs cartes CI dans son récepteur. Cela offre de ce fait une solution moins onéreuse et plus conviviale. Cependant, SimulCrypt marche à la condition que le fournisseur de service auquel vous avez acheté votre système de décryptage collabore avec le fournisseur de télépaiement dont vous souhaitez regarder la chaine.
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