Видеоконференции – это просто

pic

В современном мире время является, вероятно, наиболее ценным ресурсом. По результатам исследований, проведенных Национальным советом по статистике США, в Америке ежедневно проходит около 11 миллионов деловых встреч и до 37% рабочего времени служащих тратится на такие встречи и совещания. Кроме того, было установлено, что участие в четырехчасовом мероприятии требует примерно 16 часов планирования, подготовки, передвижения и т.п. При этом львиную долю общих затрат составляют транспортные расходы. Чтобы уменьшить транспортные издержки, увеличить оперативность и расширить сферу услуг, многие компании и организации не только в Америке, но и во всем мире используют видеоконференции.

Менеджеры компаний, уже имеющие опыт их проведения, считают, что системы видеоконференций резко сокращают временные и финансовые затраты на командировки их сотрудников и делают проводимые совещания более продуктивными. Не остается в этом плане исключением и Узбекистан. Ряд организаций, и в первую очередь высшие учебные заведения республики, проявляют интерес к внедрению новых информационных технологий, коими являются видеоконференции.
В чем же успех видеоконференций? Или это просто дань моде? Скорее всего, причина кроется в самой человеческой натуре, следующей принципу: лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Не секрет, что, помимо речи, жестикуляция и мимика также участвуют в передаче информационного потока и за счет этого КПД достигает 60%.
Несмотря на очевидные достоинства от использования видеоконференций в управлении, медицине, образовании, системах безопасности и других областях, существуют заблуждения по их организации и массовому внедрению. Целью данной статьи является попытка развенчать некоторые из этих мифов.
Так что же такое видеоконференция? Было бы ошибкой считать, что видеоконференция это обычная Web-камера, подключенная к персональному компьютеру. Видеоконференция это компьютерная технология, совмещающая в себе набор программных и аппаратных решений, которые позволяют пользователям видеть и слышать друг друга, обмениваться данными в интерактивном режиме.

Немного истории…
В 1990 году Международным союзом электросвязи (ITU) был одобрен первый стандарт в области видеоконференцсвязи — рекомендации H.320 для организации видеоконференций по ISDN. Затем ITU одобрил еще серию рекомендаций, относящихся к видеоконференцсвязи. Во второй половине 90-х годов интенсивное развитие получили IP-сети. Они превратились в экономичную среду передачи данных и стали практически повсеместными. Стремление использовать сложившуюся структуру IP-сетей привело к появлению в 1996 году стандарта H.323 (Visual Telephone Systems and Terminal Equipment for Local Area Networks which Provide a Non-Guaranteed Quality of Service, видеотелефоны и терминальное оборудование для локальных сетей с негарантированным качеством обслуживания). В 1998 году была одобрена вторая версия этого стандарта H.323 v.2 (Packet-based multimedia communication systems, Мультимедийные системы связи для сетей с коммутаций пакетов), в 1999 — третья, а примерно год назад — четвертая.
Смысл последних изменений стандарта — повышение надежности, мобильности и гибкости систем видеоконференцсвязи. Введена функция ускорения вызова, добавлена возможность аутентификации пользователя, теснее стала интеграция между протоколами передачи аудио- и видео и протоколом передачи данных. Новые версии стандарта предусматривают расширенные возможности мультимедиа шлюзов и устройств многоточечной конференции, направленные на повышение качества организации и проведения конференции с большим и очень большим числом участников.

pic

Однако следует отметить, что производство оборудования не всегда успевает за обновлениями версий стандарта H.323. На сегодняшний день почти все имеющееся на рынке оборудование видеоконференцсвязи этого стандарта поддерживает вторую его версию. Ряд производителей анонсируют поддержку третьей версии в ближайшем будущем.
В настоящее время Н.323 включает в себя рекомендации ITU-T для мультимедийных приложений в вычислительных сетях, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (QoS). Такие сети включают в себя сети пакетной коммутации IP и IPX на базе Ethernet, Fast Ethernet и Token Ring.

Рекомендации Н.323 предусматривают:

  • управление полосой пропускания;
  • возможность взаимодействия сетей;
  • платформенную независимость;
  • поддержку многоточечных конференций;
  • поддержку многоадресной передачи;
  • стандарты кодеков;
  • поддержку групповой адресации.

Управление полосой пропускания
Передача аудио-, видеоконференции весьма интенсивно нагружает каналы связи, и если не следить за ростом этой нагрузки, работоспособность критически важных сетевых сервисов может быть нарушена. Поэтому рекомендации Н.323 предусматривают управление полосой пропускания.

Возможность взаимодействия сетей
Рекомендации Н.323 предлагают средство соединения участников видеоконференции в разнородных сетях (IP, ISDN, PSTN).

Платформенная независимость
Н.323 не привязана ни к каким технологическим решениям, связанным с оборудованием или программным обеспечением. Взаимодействующие между собой приложения могут создаваться на основе разных платформ, с разными операционными системами.

Поддержка многоточечных конференций
Рекомендации Н.323 позволяют организовывать конференцию с тремя и более участниками. При этом требуется устройство для многоточечной конференции (MCU).

Поддержка многоадресной передачи
Н.323 поддерживает многоадресную передачу в многоточечной конференции, если сеть поддерживает протокол управления групповой адресацией. При многоадресной передаче один пакет информации отправляется всем необходимым адресатам без лишнего дублирования. Многоадресная передача использует полосу пропускания гораздо более эффективно, поскольку всем адресатам участникам списка рассылки отправляется один поток.

Стандарты кодеков
Н.323 устанавливает стандарты для кодирования и декодирования аудио- и видеопотоков с целью обеспечения совместимости оборудования разных производителей. Вместе с тем стандарт достаточно гибок. Существуют требования, выполнение которых обязательно, и существуют опциональные возможности, в случае использования которых также необходимо строго следовать стандарту.
Несмотря на почти десятилетнее господство стандарта Н.320 на рынке видеоконференций, в последние годы все чаще отдается предпочтение более экономичным системам стандарта Н.323. Это связано как с интенсивным развитием локальных, корпоративных и глобальных вычислительных сетей и применением в них технологий, обеспечивающих необходимое качество обслуживания, так и со снижением затрат на дополнительное коммуникационное оборудование.
Вместе с тем применение стандарта Н.323 поднимает две основные проблемы передачи аудио- и видеоинформации. Первое, канал связи, по которому передается информация, должен быть достаточно скоростным, т.е. обладать высокой пропускной способностью. Обычные телефонные каналы вполне подходят для передачи аудиосигнала, но качественную передачу видеопотока они не обеспечивают (правда, существуют обходные пути — системы уплотнения каналов, но они применимы далеко не всегда). Эта проблема медленно, но решается. (reference to the Uzpak’s Big Project and Local Video conferencing among the local educational institutions). Вторая проблема — скорости обработки аудио- и видеопотока, т.е. кодирования передаваемых и декодирования получаемых данных. Дело в том, что в видеоконференциях используются специальные и весьма эффективные алгоритмы сжатия потока в десятки (а подчас и сотни!) раз. Можно сказать, что передаются не сами аудио- и видеосигналы, а только их важнейшие параметры, которые позволяют восстанавливать сигнал на приемном конце с приемлемым качеством. Если компьютер не успевает обрабатывать поток, то появляются пропущенные кадры, сбои в речевом канале и т.п.

pic

В реальных IP-сетях картина прохождения пакетов далека от идеала. Поэтому ведущие производители оконечного оборудования предлагают свои решения для обеспечения качества передачи аудио и видео. Вот некоторые из них.
Восстановление порядка следования IP-пакетов. При передаче мультимедийного трафика в IP-сети может нарушиться естественный порядок следования пакетов. Пропущенный или поздно пришедший пакет может вызвать «замораживание» видеокартинки или паузы в аудиосопровождении.
Контроль повтора пакетов. В IP-сети может возникнуть ситуация, когда будет принято нескольких копий одного и того же пакета. Это так же, как и пропуск пакета, может вызвать «замораживание» видеокартинки или паузы в аудиосопровождении.
Коррекция сбоев синхронизации. При передаче аудио- и видеопакетов от видеотерминала они равномерно распределены по времени. Однако при их прохождении через сеть эта равномерность может нарушаться. Временные интервалы между пакетами могут сокращаться или увеличиваться. Это приводит к сбоям как в аудио- так и в видеопотоках на приемном конце. Для обеспечения равномерности поступления видео- и аудиопотоков нужно автоматически изменять длительность задержки между пакетами при возникновении в этом необходимости.
Синхронизация пакетов, относящихся к аудио и видео. При формировании сигнала, передающего терминала аудио- и видеопакеты синхронизированы по времени. После прохождения через сеть такая синхронизация не должна нарушиться. Исправить это рассогласование можно, используя временные метки протокола RTP, присутствующие в заголовках каждого пакета.
Перечисленные выше искажения мультимедиапотока, вызванные несовершенством организации IP-сети, можно скорректировать только на конечном терминале, поэтому очень важно не ошибиться в выборе решения и производителя.
Основой для построения сети видеоконференции являются терминалы, которые выполняют кодирование и декодирование видео- и аудиосигналов, их прием и передачу. Существует большое количество решений для терминалов как на базе программного обеспечения, так и на базе аппаратно-программных комплексов.
Несмотря на очевидную простоту и доступность программных решений (MS NetMeeting), необходимое качество видео на них невозможно, так как алгоритмы обработки сигнала весьма требовательны к вычислительным ресурсам. Требования настолько высоки, что даже для самых современных персональных компьютеров сильно замедляется работа других приложений, да и приемлемое качество видеосвязи получить не удается.
Чтобы как-то реализовать эти функции в своих программных продуктах, фирмы-разработчики программ вынуждены устанавливать определенные ограничения для процесса кодирования: использовать низкую частоту кадров, упрощенные алгоритмы преобразования видео, ведущие к уменьшению размера изображения, снижению четкости и ухудшению цветопередачи.
Пытаясь выйти за пределы жестких рамок международных стандартов и упростить процесс кодирования, создатели программ предлагают передавать изображение черно-белым и использовать свои, ни с чем не совместимые алгоритмы. Если следующий кадр поступает на программный декодер до окончания обработки текущего, он игнорируется. Видеоинформация теряется, изображение распадается на части, и картинка становится неудовлетворительной. Поэтому при кодировании необходимо учитывать не только собственные вычислительные возможности, но и производительность декодера на противоположной стороне. В результате приемлемого качества можно достичь лишь при маленьком размере видеокадра (QCIF) и сравнительно низкой частоте кадров (около 10).
Преимущество программных решений проявляется при использовании узкополосных каналов. Например, при модемной связи со скоростью до 56 Кбит/с., поскольку полоса канала маленькая, объем информации, обрабатываемый кодеком, тоже невелик и программный терминал с ним успешно справляется. Но о качестве видеоконференции здесь говорить не приходится: звук глухой, скорость передачи от нескольких видеокадров в секунду до одного в несколько секунд, что скорее напоминает показ слайдов.
Следует также отметить, что программные решения являются очень упрощенными аналогами полноценных аппаратных решений и по функциональным возможностям. Как правило, в них отсутствуют такие функции, как использование управляемой камеры и контроль за ней с противоположной стороны, дополнительные аудио- и видеовходы и выходы, микширование различных сигналов, вывод видео на TV-монитор, многоадресная передача, настройка синхронизации видео и аудио, буферизации и т.п.


pic

В целом чисто программные реализации видеотерминалов из-за ограниченности их функциональности и невысокого качества не в состоянии обеспечить профессиональные решения в области видеоконференций.
Для обеспечения высоких требований профессиональных видеоконференций в последнее время все больше применяются либо аппаратно-программные, либо аппаратные решения.
Если пару лет назад наблюдалась значительная разница в стоимости аппаратно-программных и аппаратных решений, то сейчас разница практически сведена на нет.
Ведущими мировыми производителями оконечного оборудования видеоконференцсвязи в течение нескольких последних лет были и остаются шесть производителей: Polycom, PictureTel, Tandberg, Sony, VCON, VTEL. Причем в октябре 2001 года Polycom поглотил PictureTel. Почти все выпускаемое сейчас оборудование позволяет работать и в ISDN, и в IP-сетях.
Наиболее экономичным решением является система VCON Escort 25, в состав поставки которой входят специализированная плата (кодек), устанавливаемая в PCI слот персонального компьютера, высококачественная видеокамера со встроенным микрофоном, телефонная трубка, программное обеспечение и документация. Благодаря аппаратному кодированию к платформе предъявляются весьма умеренные требования (Pentium 200 МГц, оперативная память — в соответствии с требованиями на установку операционной системы).
Другим решением является терминал видеоконференцсвязи ViewStation H.323 производства компании Polycom/Polyspan. Подготовка системы к работе заключается в подключении кодека с помощью стандартных интерфейсов к телевизионному приемнику и к IP-сети. Кодеки ViewStation H.323 обеспечивают:

  • работу на скоростях передачи до 768 Кбит/с;
  • высокое качество видеосигнала при частоте кадровой развертки до 25 кадров в секунду с
  • разрешением CIF (352×288) или QCIF (176×144);
  • высококачественное аудио с автоматическим шумо- и эхоподавлением;
  • подключение разнообразного периферийного оборудования.

Данная система допускает подключение двух мониторов, оснащена камерой самонаведения по голосу, имеет встроенные возможности для показа слайдов презентаций Microsoft PowerPoint и позволяет осуществлять дистанционное управление всеми своими функциями в удобном для пользователей режиме.
Встроенный WEB-сервер позволяет контролировать работу, настраивать и обновлять программное обеспечение терминала с любого сетевого компьютера с помощью web-браузера. Через web-интерфейс также можно получать отдельные кадры с удаленного терминала с возможностью их сохранения.
Использование стандартов видеокомпрессии H.263 позволяет добиться передачи качественного изображения по узкополосным каналам. Акустическое эхоподавление, автоматическая регулировка уровня сигнала и система шумоподавления гарантируют качество передаваемой речи.

Основные характеристики:
Поддерживаемые стандарты ITU-T
H.320, H.323
Видео
H.261, Annex D
H.263+, Annex L,F,T,I,J,U
Аудио
G.711, G.722, G.728
Polyspan Acoustic Plus 716
Коммуникации
H.221
Интерфейс пользователя
Наглядный графический интерфейс пользователя
Пульт ДУ
Web-браузер — Microsoft Internet Explorer, Netscape Navigator
Видеоразрешение
352 x 288 (FCIF)
176 x 144 (QCIF)
Графическое разрешение
704 pixel x 576 lines x 24 bits (JPEG via Web browser)
H.261 Mode: 4xFCIF/ Annex-D
Скорость передачи (Кбит/с) 64-768
Частота кадров
15кадр/с при 56-336Кбит/с
30кадр/с при 384-768Кбит/с
Видеовходы
Главная камера: S-Video или композит
Документ-камера: S-Video
VCR (воспроизведение): S-Video
Видеовыходы
Главный монитор: S-Video или композит
Второй монитор: S-Video
VCR (запись): композит
Picture in Picture
Auto-ON
Auto-Swap
Auto-OFF
Встроенная камера
1/3 в IT CCD
Автофокус
Автоматический баланс белого
Трансфокация: 12x
Фокусное расстояние: 6-64 mm
Апертура: f/1.8-2.7
Углы поворота: по горизонтали: ±100°, по вертикали: ±25°
Автоматическое наведение по голосу
10 предустановок локальной камеры
10 предустановок удаленной камеры
Аудиоконференция
Автоматическое шумоподавление: -20дБ
Автоматическая регулировка усиле-ния: максимально 12дБ
Аудиокодирование:- ITU-T G.722: 48/56/ 64 Кбит/с, 50 Гц7 кГц — ITU — T G.728: 16Кбит/с, 50 Гц3.4 кГц — ITU-T G.711: 64Кбит/с, 50 Гц3.4 кГц (µLaw/ALaw)
Нейтрализация мгновенной адаптации к повторному (отраженному) сигналу менее 100 мс
Аудиовходы/выходы
Гиперкардиоидный всенаправленный микрофон
Аудиовход несимметричный (RCA)
Стереовыход на монитор (2RCA)
Аудиовыход (RCA phone)
Встроенный спикерфон
Для третьей стороны — разъем RJ 11 (только аудио)
Удаленное управление
Расширенная диагностика и модернизация ПО через PC, LAN или сессию ВКС
Поддержка Polyspan Global Management System и Global Address Book
Ethernet/Internet/Intranet
Поддержка TCP/IP, DNS, WINS, SNMP, DHCP, ARP, WWW, FTP, Telnet
10/100Mbps Ethernet Hub
T.120 интерфейс с ShowStation IP, Web-Station and NetMeeting
Web-конференция
Microsoft NetMeeting
Microsoft PowerPoint
Требования к питанию
Напряжение: 90-260 Вольт, 47-63 Гц
Потребляемая мощность: 40 Вт номинально
Физические характеристики
Размеры (WxHxD): 33 x 15 x 20 см
Вес: — 2.7кг
Климатические условия
Температура: 0 — 35°C
Влажность: 15 — 80%, без конденсата
Optional Equipment
Data Camera
Beam projector

Оборудования для многоточечных
видеоконференций

Желание проводить видеоконференцию с несколькими пользователями требует применения специальных устройств управления многоточечной конференцсвязью (MCU) или по-простому видеосервера. Они используются для организации сеансов видеоконференций, когда в них участвуют сразу несколько (три и более) человек. Дело в том, что в случае многоточечной связи, если не использовать специальных решений, нагрузка на каждое рабочее место растет пропорционально числу участников видеоконференции, а в целом на сеть — пропорционально его квадрату. Именно для того, чтобы справиться с огромными потоками информации, циркулирующими в сети, и используют видеосерверы. Представьте себе, что вы проводите видеоконференцию с 10 участниками одновременно. Ваш компьютер должен обработать 9 поступающих потоков данных от ваших собеседников. Если же в сети стоит видеосервер, то он смешивает аудиопотоки, что позволяет участникам слышать друг друга, а видеопотоки переключает таким образом, что все видят только одного участника связи, причем выбор может быть сделан председателем видеоконференции, оператором или произведен автоматически по голосовой активности. Т.е. все участники видеоконференции принимают только один, уже сформированный поток.
MCU, как и видеотерминал, можно реализовать программно или аппаратно. Например, фирма White Pine предлагает программную реализацию конференцсервера MeetingPoint (не путать с ПО для терминалов видеоконференций VCON Meeting Point). Для организации связи требуется выделенный сервер с ОС Windows NT 4.0 или Sun Solaris. Одна из самых трудоемких задач сервера — перекодирование видео- и аудиосигналов. Как и в случае с программной реализаций видеотерминалов, мощности процессора общего назначения для качественного решения поставленной задачи недостаточно. И поэтому неизбежны все те ограничения, о которых упоминалось при обсуждении программных реализаций видеокодеков. Более того, поскольку задействуются все вычислительные ресурсы системы, подключение нового участника к многоточечной конференции ведет к ухудшению качества получаемого видео- и аудиопотоков.
Лучшими производителями на рынке аппаратных MCU для высококачественных видеоконференций являются компании RADVision, Ezenia! (ранее называвшаяся VideoServer), Lucent Technology, Accord. Для сетей видеоконференций, насчитывающих сравнительно небольшое число пользователей, наиболее экономичным решением будет использование MCU RADVision MCU-323 или Ezenia! Encounter NetServer, если же конференция объединяет большое количество участников, которым требуется функция «постоянного присутствия» с одновременным отображением участников в разных областях экрана, то оптимальным выбором будет MCU компании Accord.
Другим типом специализированных устройств видеоконференций являются шлюзы (Gateways), которые обеспечивают передачу информации на стыке разнородных сетей. Вспомним, что помимо компьютерных IP-сетей — существуют еще и другие, например, высокоскоростные телефонные сети (ISDN). Передача аудио- и видеоинформации по ним проводится в своих форматах. IP-сети — это сети с коммутацией пакетов, а телефонные сети — сети с коммутацией каналов. Для решения задачи совместимости и перекодирования аудио- и видеопотоков на стыке сетей ставят специализированный Gateway.
Для обеспечения поиска станций, шлюзов и подключения к многоточечным конференциям используется программа привратник (Gatekeeper) — ключевое устройство для организации видеоконференции в IP-сети.

Области применения

В первую очередь явный всплеск интереса к видеоконференциям заметен со стороны компаний, имеющих иностранных партнеров. Оказывается, наличие систем видеоконференций стало одним из необходимых условий успешного сотрудничества с иностранными партнерами. В развитых странах уже давно не принято по любому поводу совершать вояжи в другие страны. Большинство вопросов можно решить с помощью видеоконференций.
К системам видеоконференций проявляют повышенный интерес и те фирмы, которые имеют сеть территориально разнесенных филиалов и подразделений. Они стремятся уменьшить затраты, связанные с передвижением своих сотрудников. Такие компании исследуют возможности организации видеоселекторных совещаний. Как правило, это структуры, которые насчитывают более 2 тыс. сотрудников, действуют, по крайней мере, на региональном уровне и имеют 10 филиалов, разбросанных по региону или стране.
Есть еще одна интересная и очень перспективная область применения видеоконференций. Обычно о видеоконференцсвязи говорят как о способе интерактивного общения, однако системы видеоконференций могут служить и для односторонней передачи видео- и аудиосигналов, к примеру, телевизионного сигнала.

pic

Не надо забывать и о весьма успешно развивающихся за рубежом отраслях телемедицины и дистанционного обучения. У нас также отмечено значительное увеличение интереса к этой сфере применения видеоконференций. (Ташкентский государственный технический университет, Каршинский государственный университет, Каршинский инженерно-экономический институт, Андижанский инженерно-экономический институт, Ташкентский юридический институт, Гулистанский государственный университет).

Orphus system