France – Croatie : combien de satellites pour suivre la victoire des bleus en finale du Mondial ?

4-2 : Bravo les bleus !

Voici le stade Luzhniki vu par le satellite Pleiades depuis son orbite à environ 700 km au-dessus de Moscou. C’est ici que l’équipe de France a battu la Croatie et remporté un nouveau titre de champion de monde, vingt ans après l’exploit de 1998 (que Kylian Mbappe, le plus jeune, n’a pas vécu).

A Moscou, le stade Luzhniki où la France a battu la Croatie en finale du Mondial 2018.
Extrait d’une image acquise par le satellite Pléiades le 7 mai 2018.
Copyright : CNES 2018, Distribution Airbus DS

Ballon rond sur écran plat

Comme Emmanuel Macron, vous faites peut-être partie des privilégiés qui ont pu assister au match dans les gradins du stade : sa capacité est de 81000 places.

Mais, il y a de fortes chances que vous ayez suivi les buts de Antoine Griezmann, Paul Pogba and Kylian Mbappe et de Mario Mandzukic (un contre son camp et un contre la France, un match nul à lui tout seul) devant  votre écran de télévision, votre ordinateur ou votre smartphone…

Avec 19,3 millions de téléspectateurs regardant la finale sur TF1 (selon Médiamétrie), le match France-Croatie n’a pas atteint le record absolu en termes d'audience : plus de 22 millions de téléspectateurs pendant la demi-finale Portugal-France du Mondial 2006.

En 2014, plus d’un milliard de supporters avait regardé la finale opposant l’Allemagne et l’Argentine. Au total, selon la FIFA, la compétition  2018 FIFA World Cup et les 169 buts marqués ont attiré une audience mondiale de 3,2 milliards de téléspectateurs à domicile, soit presque la moitié de la population mondiale.

Russia 2018 : des satellites et des paraboles pour voir le ballon rond sur un écran plat

Je suis curieux… Je me suis demandé quel rôle jouaient les satellites depuis la prise de vue dans les stades jusqu’à la diffusion sur nos écrans, petits ou grands et voir comment avaient évolué la technologie et les usages des spectateurs depuis le mondial de 2014.

En quatre ans, le développement des smartphones, de la télévision sur internet, de Youtube et des réseaux sociaux mais aussi la banalisation de la TV en UHD (Ultra Haute Définition) a en effet fortement modifié la manière de regarder la télévision et les retransmissions sportives.

Qu’en est-il vraiment ?

Pour répondre à cette question, il faut s’intéresser à la production des images et à leur diffusion.

Une fois n’est pas coutume, cet article est assez technique, avec des sigles bizarres. Désolé…  J’espère que ce texte ne sera pas trop indigeste et qu’il vous donnera un petit éclairage sur le fonctionnement de la production TV au cours d’un grand évènement sportif.

La vidéo dans un grand évènement sportif international

Il est tentant de croire que les images des caméras filmant le match sont transmises directement aux téléspectateurs. Ce n’est ni aussi simple ni aussi direct.

Pour s’en convaincre, il suffit de remarquer le logo TF1 incrusté sur les images diffusées en France. La chaîne « habille » les images reçues de Russie avant de les diffuser à l’antenne. Si vous êtes anglais ou croate, vous ne verrez pas le même logo.

France Croatie : 3-1 à la 59^ème minute après le but marqué par Paul Pogba.
 L’habillage des images changent en fonction du pays de diffusion.

L’habillage des images va bien au-delà de l’incrustation du logo du diffuseur. A partir du signal international diffusé par la FIFA, les chaînes ayant acquis des droits ont la possibilité d’adapter la production en intégrant leurs propres caméras, par exemple pour mettre l’accent sur tel ou tel joueur ou leurs commentateurs. Les français parlent d’images privatives. En anglais, le terme consacré est « unilateral feed » par opposition au « multilateral feed » mis à disposition de tous les diffuseurs.

Au football aussi, des étapes de montag(n)e

En schématisant un peu, Il y a trois étapes et des responsabilités réparties entre différents acteurs :

• La production des images sur le site de l'évènement. C'est le travail du "Host Broadcaster". En Russie, comme au Brésil en 2014, c’est la société HBS (Host Broadcasting Services) qui a été choisi par le FIFA, l’organisateur de la compétition et le détenteur des droits TV, pour jouer ce rôle et produire les images « FIFA ». On parle de signal international avec plusieurs variantes
• La transmission des images aux chaînes qui ont acquis les droits de diffusion (comme TF1 ou Bein Sports pour la France) et l’ajout des images privatives. C'est ici que se fait ce que j'appelle l'habillage des images, par exemple l'ajout des images des commentateurs de TF1 assistant au match sur place ou les interviews de Didier Deschamps ou des joueurs de l'équipe de France juste après le coup de sifflet final.
• Enfin, la diffusion des images vers les téléspectateurs par la chaîne qui a acquis les droits de retransmission. Les possibilités pour voir les matchs sur votre écran plat ou votre smartphone sont variées : TNT, ADSL, câble ou fibre, satellite...

Des stades russes à votre salon : l’étonnant voyage des images

D’abord la production des images sur le terrain…

En 2018, les 64 matchs sont produits en UHD (Ultra Haute Définition, format 3840 x 2160) et en HD (Haute définition). Parmi les nouveautés, l’utilisation de la technology HDR (High Dynamic Range) et de l’immersion audio.

Sur chaque stade, 37 caméras filment les joueurs (trois de plus que pour le Mondial précédent au Brésil en 2014). Parmi ces caméras, 8 sont au format UHD/HDR avec sortie simultanée en Format 1080p/SDR et 11 autres avec deux sorties 1080p HDR et SDR. 12 caméras ont des capacités de ralenti amélioré : 8 en super slow-motion et 4 en ultra slow-motion.

L’illustration suivante montre l’implantation des caméras autour des stades, sans oublier la caméra héliportée et la caméra-câble (cable camera) qui produit les « vues de dessus ».

Plan d’implantation des caméras autour des stades pendant la coupe du monde de football.

Les deux caméras nommées “offside cameras” sont réservées à l’arbitrage vidéo.
 (Russia 2018). Source : FIFA / IBS

Pour fixer les idées, une caméra UHD produit plus de 200 millions de pixels par seconde, soit près de 7,5 gigabits par seconde avant compression !

Les producteurs (réalisateurs ou match directors) de la FIFA ont la responsabilité de choisir à chaque instant la meilleure caméra et le meilleur angle de vue pour fournir en temps réel le signal international (feed) et toutes ses variantes : Extended Stadium Feed (ESF), Clean Extended Stadium Feed (CSF) ou Extended Basic International Feed (EBIF) Show.

Au final, on estime qu’environ 75% des images d’un match (« live match cut) » sont produites au format  full UHD HDR, les 25% restants étant « upscalés », convertis à partir d’un format d’origine HD.

L’IBC : un treizième stade, sans joueurs et sans spectateurs mais avec des millions de téléspectateurs…

Douze stades accueillaient les 64 matchs de la compétition : Iekaterinbourg, Kaliningrad (Baltika Arena), Kazan, Moscou (Loujniki et Otkrytie Arena), Nijni Novogorod, Rostov-sur-le-Don, Saint-Pétersbourg (Krestovski), Samara (Cosmos Arena), Saransk (Stade de Mordovie), Sotchi (Stade Ficht) et Volgograd.

Mais il y a en fait treize sites officiels (« venues ») en Russie : le dernier est l’International Broadcast Centre (IBC) ou le centre de diffusion international. Il joue un rôle très important et assure le rôle de chef d’orchestre : C’est le quartier général pour tout ce qui concerne la vidéo et la radio.

Installé dans le Crocus Expo Centre au nord-ouest de Moscou, l’IBC  contient notamment le Centre de Contrôle Principal (MCR pour Master Control Room), la « satellite farm » pour les liaisons par satellite et les locaux et studios de productions mis à disposition des diffuseurs.

Quelques photographies montrant les installations de l’IBC à Moscou.

C’est aussi à l’IBC qu’on trouve les installations du VAR (Video Assistant Referee) : l’intérêt de l’assistance à l’arbitre par vidéo a été assez controversé pendant la compétition mais il a souri aux bleus et à Antoine Griezmann pendant la finale : c’est l’assistance vidéo qui a convaincu l’arbitre du match d’accorder un penalty à la France après la main de Perisic dans la surface de réparation. Dans la salle d’opération vidéo (VAR) spéciale, les arbitres assistants peuvent scruter les images de toutes les caméras des douze stades et communiquer oralement avec l’arbitre du match via une liaison à fibre optique.

Les douze stades sont à une distance moyenne de près de 900 km de l’IBC.

Des stades à l’IBC : les liaisons de contributions

Toutes les images des stades, le signal international et ses variantes, les images provenant des caméras de la FIFA et celles des caméras privatives sont transmises vers l'IBC.

L’essentiel de ces liaisons de contribution s’effectue par fibre optique terrestre redondée, avec 100Gbps de capacité déployée entre les stades et l’IBC.

Les liaisons entre les douze stades de la coupe du monde et
l’International Broadcast Centre à Moscou. Crédit image : FIFA / IBS

Les satellites fournissent une liaison de secours (backup) pour la sûreté de fonctionnement. C’est un dispositif utilisé sur les grandes retransmissions sportives depuis 2014 : chaque liaison de contribution par fibre optique est doublée par un bond satellite pour le signal international (EBIF). Ce n'est pas le cas pour les flux de chaque caméra.

L’IBC à Moscou est utilisé comme Hub central de redistribution mais il est lui-même sécurisé par un bond direct depuis les stades permettant de garantir les transmissions en cas de perte de l’IBC, les communications descendantes s’effectuant sur un second téléport.

La transmission des images aux diffuseurs se fait par le satellite Eutelsat 10A via un signal multiplexé permettant de combiner plusieurs matchs.

Afin de limiter les besoins en capacité de communication, la FIFA a utilisé une technique de codage innovante optimisant l'utilisation du spectre développée par la startup israélienne Novelsat,permettant de transmettre un débit de 84 Mbps (soit deux canaux HD) dans une bande de 36 MHz. La technologie de Novelsat embarque également une méthode cryptage limitant les risques de piratage.

Russia 2018 : production du signal international pour la FIFA.
Fibre optique et liaison satellite. Crédit image : FIFA / IBS

Les diffuseurs disent privilégier la reprise des images depuis l’IBC par fibre optique plutôt que par satellites. Compte tenu des débits nécessaires, les coûts des liaisons satellites sont plus élevés sur la durée de l’évènement.

Schéma détaillé des fonctions et des interfaces au niveau de l’IBC.
Crédit image : IBS

Cloud, Telco interface, digital content, serveur FIFAMAX et consultation à distance par Internet : la figure précédente montre que la production vidéo ressemble de plus en plus à un système d'information distribué avec des réseaux de communication performants.

De Moscou à Boulogne : la “remote production”

Pour une chaîne comme TF1, les images privatives demandent des moyens techniques assez lourds, des prestations facturées par le « host broadcaster » et du personnel sur place.

En 2018, TF1 a expérimenté avec succès la « Remote production » : lorsque TF1 diffuse un match de l’équipe de France, elle installe 3 ou 4 caméras et des micros au bord du stade, au niveau du bord de la touche, du poste commentateurs et dans ce qu’on appelle la zone mixte, le lieu de passage des joueurs entre les vestiaires et le terrain. Un petit studio est également réservé dans le stade pour les interviews privatives.
Grâce à la Remote production, les caméras et les micros sont désormais directement reliés à la régie de Boulogne où est supervisé l'ensemble de la production de la Coupe du monde pour TF1. Colorimétrie, diaphragme de la caméra, son, mixage… tout est désormais contrôlé depuis Boulogne…

Cette évolution destinée à limiter le nombre de personnes à déployer en Russie et les déplacements entre les différents stades est possible grâce à la très faible latence dans la transmission bidirectionnelle des images et des données.

En Russie, TF1 loue juste un véhicule de production qui contient les équipements nécessaires et assure l’interface entre les caméras et les micros du stade et les liaisons informatiques qui les relient à Boulogne. Lorsque c'est possible, pour certains reportages en dehors des matchs, TF1 ne passe pas par l'IBC, également pour éviter de mobiliser une équipe sur place quand ce n'est pas indispensable.

Avez-vous la fibre pour les satellites ? La diffusion aux téléspectateurs

Bien qu’on assiste depuis quelques années à une croissance exponentielle des technologies de streaming, l’usage du satellite ou de la TNT ou de l’IPTV restent encore largement majoritaires pour la diffusion vers le téléspectateur.

C’est d’autant plus vrai dans le cas du format UHD qui nécessite un débit d’environ 20Mbps, trop élevé pour du streaming.

Pour cette édition TF1 a diffusé les 28 matchs en UHD 4K (sans HDR) sur les réseaux des opérateurs IPTV. Canal+ (via BeIN SPORTS), Sky Deutschland, Canal Digitaal et Oi ont également choisi de diffuser la compétition au format 4K UHD.

L’équipe d’Angleterre a été éliminée en demi-finale mais la BBC reste une des chaînes les plus innovante avec une expérimentation de streaming au format UHD HDR (High Dynamic Range). Pour en profiter, les quelques dizaines de milliers d’accros devaient avoir un écran 4K compatible HDR et une connexion Internet à plus de 40 Mb/s… En Israel, IPBC (Israeli Public Broadcasting Corporation) a fait le même choix.

Cinq satellites, Eutelsat 7A, Eutelsat 10A, Eutelsat 16A, Eutelsat 33 E et Eutelsat 36B ont été mobilisés par la société Eutelsat pendant la durée de la compétition pour diffuser les matchs en Europe, en Russie et en Amérique. Une capacité équivalente à 5500 heures diffusion HD a été réservée par les diffuseurs et par la production.

L’UHD est distribué par satellite uniquement au format 4K sans HDR.

Pour diffuser en Europe, la société SES a utilisé quatre satellites en orbite géostationnaire sur la position 19,2°E : Astra 1KR (lancé le 20 avril 2006), Astra 1L (lancé le 4 mai 2007), Astra 1M (lancé le 5 novembre 2008) et Astra 1N (lancé le 6 août 2011). On y trouve des chaînes comme Orange,  Canal, etc.

Le satellite Eutelsat 5WA (sur la position orbitale à 5°O) est utilisé pour la diffusion du bouquet satellite HD Francesat.

Couverture européenne (bande Ku) du satellite Astra-1N pour la télévision directe.
 Astra-1N a été construit par Airbus Defence and Space pour SES. Crédit image : SES

En guise de résumé…

• La production et la diffusion vidéo d’un grand évènement sportif international est une très grosse opération mobilisant beaucoup de matériel et des milliers de personnes.
• La FIFA cherche à offrir un spectacle de plus en plus sophistiqué. Cela se traduit par exemple par l’augmentation du nombre de caméras autour des stades et par des exigences de qualité image de plus en plus élevées.
• Chaque nouvelle coupe du monde est l’occasion d’expérimenter puis de déployer des nouvelles techniques. 2018 a vu la généralisation du format UHD (y compris la version HDR), expérimenté en 2014 au Brésil, et l’arrivée de l’assistance vidéo pour l’arbitrage. Malgré l’utilisation de techniques de compression et de codage vidéo de plus en plus performantes (exemple : Novelsat), ces améliorations ainsi que la multiplication des images privatives (pour chaque chaîne) augmentent significativement le volume de données à transmettre entre les stades, l’International Broadcast Centre et les chaînes possédant des droits de diffusion.
• Pour la production, c’est la fibre optique qui reste la solution de référence. Les liaisons par satellite sont mises en place systématiquement comme solution de secours pour le signal international mais pas pour les flux de chaque caméra qui sont également transmis à l'IBC
• Pour la diffusion vers les téléspectateurs, la télévision directe par satellite reste un des moyens principaux, avec la TNT, la TV sur Internet et les téléphones mobiles. La part du satellite se maintient notamment grâce au développement important du format UHD (Ultra Haute Définition) qui n’est pas toujours compatible avec le débit accessible sur les réseaux de streaming.

Pour un évènement comme la coupe du monde de football, les chiffres d'audience montrent que l'évolution des pratiques des spectateurs (avec le développement de la TV sur mobile ou sur tablette) n'est pas encore très sensible : l'écran grand format et la qualité de l'image au format UHD (voire en UHD HDR pour quelques veinards) restent très attractifs.

Remerciements :

Je remercie vivement Yves Davot, responsable technique des évènements sportifs chez TF1, pour les informations techniques et les explications qu’il m’a fournies.

Je remercie également Nicolas Ruelle pour les informations sur la « Remote production ».

En savoir plus :

• Sur le blog Un autre regard sur la Terre, deux articles sur le rôle des satellites pendant les grands évènements sportifs internationaux :
  • La coupe du monde de rugby en Nouvelle-Zélande.
  • La coupe du monde de Football au Brésil.
• Le site de la FIFA.
• La liste des medias ayant acquis des droits de diffusion (TV, radio, web). En anglais, media rights licensees (MRL).
• Le site de HBS et le glossaire des termes techniques et des acronymes.
• Sur le site de Médiamétrie, les audiences de la finale de la coupe du monde de la FIFA 2018.
• Sur le site de SES, les moyens mis en oeuvre pour la coupe du monde.

Sigles, abréviations et jargon technique…

Un peu de technique et des sigles pour impressionner vos amis…

• BIF : Basic International Feed.
• CIF : Clean International Feed.
• CSF : Clean Extended Stadium Feed. Version « Clean” ou brute (sans les incrustations et les graphiques) du signal ESF.
• DVB : Digital Video Broadcasting (diffusion vidéo numérique)
• EBIF : Extended Basic International Feed. Une couverture vidéo étendue de chaque match incluant 40 minutes avant le coup d’envoi et 20 minutes après le coup de sifflet final.
• ENG : Electronic News Gathering.
• ERC : Equipment Room Containers.
• ESF : Extended Stadium Feed.
• FEC : Forward Error Coding.
• FIFA : Fédération Internationale de Football Association.
• FIFAMAX : FIFA Media Asset eXchange. Serveur enregistrant tous les flux vidéo pour les mettre à disposition de la production et, en partie, des détenteurs de droit.
• HBS : Host Broadcast Services.
• HD : Haute définition.
• HDR : High Dynamic Range (haute gamme dynamique). 10 à 12 bits par échantillon.
• HEVC : High Efficiency Video Coding. Norme de codage vidéo pour la compression des vidéos en très haute définition et la diminution du débit de transmission sur les réseaux pour les vidéos en définition standard.
• IBC : International Broadcast Centre.
• IPTV : Télévision sur IP.
• MCR : MCR Master Control Room. Le centre névralgique de  l’IBC, la salle à partir d’où les signaux sont distribuées.
• MRL : Media Right Licensees. En français, Les medias ayant acquis des droits de diffusion (TV, radio, web).
• OB : Outside Broadcasting.
• PQ : Perceptual Quantizer. Quantification de la perception humaine du contraste, en restituant plus d'informations dans les zones très sombres. Remplace le gamma des anciens téléviseurs à tube cathodique.
• SDI : Serial Digital Interface. Protocole de diffusion de formats de vidéo numérique. Entre autres, le HD-SI à 1,485 Gb/s, le 3G-SDI à 2,970 Gb/s, le 6G UHD-SDI à 6 Gb/s, etc.
• SDR : Standard Dynamic Range (gamme dynamique standard). 8 à 10 bits par échantillon.
• SMPTE : Society of Motion Picture and Television Engineers.
• UHD : Ultra Haute Définition. L’image compte 2160 lignes de 3840 pixels. 4 fois plus qu’une image full HD (1920 x 1080) sur un disque Blu-Ray. Si vous avez encore votre magnétoscope VHS, vous pouvez envisager de le remplacer…
• UHT : Ultra-High Temperature (Upérisation à Haute Température). Technique de stérilisation pour obtenir un lait de longue conservation. Le lait est la boisson préférée des supporters.
• TNT : Télévision Numérique Terrestre.
• TOC : Technical Operation Centre.
• VANDA : Video and Audio.
• VAR : Video Assistant Referee (Arbitrage assisté par vidéo).
• VOR : Video Operation Room.
• 1080i : format vidéo de 1080 lignes entrelacées.
• 1080p : format vidéo à haute définition. 1080 signifie 1 080 lignes de définition verticale et la lettre p balayage progressif : contrairement aux anciens formats avec deux trames entrelacées, un écran 1080p est capable d’afficher une image complète en pleine résolution.