ЭКОНОМИЧНЫЕ решения видеоконференций 

ЭКОНОМИЧНЫЕ решения видеоконференций для локальных сетей

Михаил Андреев, Михаил Виноградов, Вадим Метлицкий, Сергей Зайцев
"Стэл - Компьютерные Системы" (Москва). "Мир связи - Connect!" 7, 2000.

Видеоконференции экономят время
Стандарты ITU-T в области видеоконференций
Сравнение программных и аппаратных решений для видеоконференций
Золотая середина
Выбор оборудования для многоточечных видеоконференций
Видеоконференции и сетевая трансляция

Видеоконференции экономят время

Время является, вероятно, наиболее ценным ресурсом в современном обществе. 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. Было также установлено, что участие в четырехчасовом мероприятии требует примерно 16 часов планирования, подготовки, передвижения и т.д. При этом львиную долю общих затрат составляют транспортные расходы.
Чтобы уменьшить транспортные издержки, увеличить оперативность и расширить сферу услуг, многие компании в России используют сегодня видеоприложения. Для ряда предприятий и учреждений видеоконференции стали обыденным явлением.

Стандарты ITU-T в области видеоконференций

В настоящее время принято несколько стандартов (называемых рекомендациями ITU-T (Сектор стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи) серии H "Аудиовизуальные и мультимедийные системы") для различных сред связи. Наиболее широкое распространение из них получили рекомендации H.320 "Узкополосные видеотелефонные системы и терминальное оборудование" - для сетей ISDN и других сетей с гарантированным качеством обслуживания, и H.323 версия 2, "Мультимедийные системы связи для сетей с коммутацией пакетов" - для IP-сетей и им подобных с негарантированным качеством обслуживания.
Следует отметить, что системы стандарта H.320 появились значительно раньше, и долгое время безраздельно доминировали на рынке оборудования видеоконференций. Однако в последнее время приоритет все чаще отдается значительно более экономичным системам стандарта H.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.
Основой для построения сети видеоконференций служат терминалы - рабочие станции, главной задачей которых является кодирование и декодирование видео- и аудиосигналов и их передача и прием в соответствии с правилами, принятыми для данного стандарта видеоконференции и связной среды.

Сравнение программных и аппаратных решений для видеоконференций

Сейчас на рынке систем видеоконференций для ЛВС имеется большое количество как чисто программных решений, так и программно-аппаратных комплексов для реализации терминалов видеоконференций. Под программным решением понимается реализация процессов видео- и аудиокодирования и декодирования с помощью программного обеспечения, использующего только центральный процессор компьютера. Программно-аппаратные решения основываются на использовании мощных специализированных процессоров кодирования/декодирования. Стоимость программных реализаций меньше, чем аппаратных и они могут быть установлены практически на любом современном персональном компьютере, имеющем звуковую плату и обладающем возможностью видеозахвата (подключенная видеокамера и драйвер Video for Windows). Типичными представителями таких программ являются Microsoft NetMeeting и White Pine CU-SeeMe.
Несмотря на внешнюю привлекательность такого решения, необходимого качества видео в них достигнуть не удается. Дело в том, что кодирование видеопотока предъявляет высокие требования к вычислительным ресурсам терминала. Напомним, что в соответствии с принятым в рамках рекомендаций H.320 и H.323 стандартом кодирования видео H.261 необходимо обеспечить сжатие в реальном времени исходного сигнала с коэффициентом от 100 до 1000. И даже стремительное увеличение мощностей процессоров общего назначения не в состоянии обеспечить качественное кодирование и декодирование сигнала видеоконференции.
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 кем 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.
В целом, чисто программные реализации видеотерминалов из-за ограниченности их функциональности и невысокого качества не в состоянии обеспечить профессиональные решения в области видеоконференций.
На другом конце этого своеобразного ряда терминальных устройств видеоконференций находятся так называемые "законченные решения", представляющие собой полностью замкнутые системы с аппаратной реализацией процесса кодирования - декодирования и заводской установкой программного обеспечения. Данные устройства, обладая, как правило, высокими качественными характеристиками, все же имеют два серьезных изъяна. Это недостаточная гибкость системы, необходимая, например, при использовании ее для специальных приложений, и высокая стоимость (10 тыс. дол. США и выше).

Золотая середина

Если выбирать золотую середину, то следует остановиться на устройствах, основу которых составляет платформа персонального компьютера с установленной специальной платой кодирования - декодирования (кодеком). Типичным примером реализации такого решения являются устройства производства компании VCON Ltd. Системы, выпускаемые этой фирмой, в широком диапазоне представлены на рынке и обеспечивают практически любые запросы пользователей - от персональных терминалов, предназначенных для работы только в IP сетях, до групповых систем, обеспечивающих комфортное участие в видеоконференции достаточно большой аудитории и использующих практически любую среду связи.

Наиболее экономичной в этом ряду 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). С учетом цены на платформу персонального компьютера (около 1 тыс. долл. США) это дает реальную возможность построить законченный терминал с высоким качеством видео и стоимостью менее 2 тыс. долл. США (здесь и далее цены приводятся по состоянию на I квартал 2000 года).

Оборудование для многоточечных видеоконференций

Желание проводить сеансы видеосвязи с участием нескольких пользователей одновременно (по типу видеоселекторных совещаний) заставляет включить в состав используемого оборудования устройства управления многоточечной конференцсвязью (MCU). Общим принципом работы этих устройств является такой способ организации многоточечной связи, при котором аудиопотоки смешиваются, что позволяет участникам слышать друг друга, а видеопотоки переключаются таким образом, что все видят только одного участника связи, причем выбор может быть сделан председателем видеоконференции, оператором или произведен автоматически по голосовой активности.
MCU, как и видеотерминал, возможно реализовать программно или аппаратно. Например, фирма White Pine предлагает программную реализацию конференцсервера MeetingPoint (не путать с ПО для терминалов видеоконференций VCON MeetingPoint). 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. Для сетей видеоконференций, насчитывающих сравнительно небольшое число пользователей, наиболее экономичным решением будет использование MCU RADVision MCU-323 или Ezenia! Encounter NetServer стоимостью от 3 до 4 тыс. долл. США на каждого из участвующих в сеансе видеоконференции пользователя при скорости связи 384 - 768 Кбит/с. Подключение - стандартный интерфейс Ethernet 10/100 Mbps.
Конечно, если речь идет о небольшой сети видеоконференций с десятком пользователей, 50-80% затрат будут приходиться на MCU. Поэтому, для снижения расходов на организацию такой сети ведущие производители терминалов видеоконференций предлагают новую технологию - Interactive Multicast. Она основана на групповой адресации информационного потока. Используя кодеки, поддерживающие эту технологию, можно организовать многоточечную видеоконференцию без помощи MCU. Реализация данной технологии подразумевает возможность для одного из участников, занимающего пост председателя, по своей инициативе или по запросу других участников выбирать активный терминал для трансляции аудио- и видеопотока на все остальные. Достоинством такого способа является его дешевизна при высоком качестве видео, недостатками - невозможность микширования звука и существенная, зависящая от навыков председателя, задержка в переключении видео. Улучшая эту технологию, VCON ввел функцию автоматического переключения активного терминала по запросу, оставив председателю возможность при необходимости вмешиваться в этот процесс.

Видеоконференции и сетевая трансляция

Широкое распространение в настоящее время приобретает сетевое вещание, то есть трансляция в сети с помощью групповой адресации записанных заранее или "живых" видеопрограмм. Для организации полноценного сервера вещания необходимо иметь достаточно дорогой комплекс оборудования, зато принимающая сторона может обойтись (без больших претензий на качество) лишь программой просмотра. Общепризнанный лидер в этой области - проект Cisco IP/TV. Однако во многих случаях можно обойтись без дорогого сервера вещания, заменив его обычным аппаратным кодеком, совместимым с Cisco IP/TV. Например, даже используя самый экономичный кодек VCON Escort 25 и Cisco IP/TV Viewer, можно устроить мини-студию для сетевого вещания изображения, получаемого через видеокамеру или с видеомагнитофона. При совместном использовании этих продуктов терминалы могут служить источником видеоизображения, передаваемый на любой персональный компьютер, где установлена программа просмотра Cisco IPTV Viewer. Условно бесплатное распространение этого программного продукта делает такое сочетание чрезвычайно привлекательным в тех случаях, когда требуется трансляция сеанса видеоконференции неограниченному кругу пользователей, например, в процессе наблюдения и обучения.
Таким образом, совокупность предлагаемых сегодня на рынке терминальных и специализированных сетевых устройств и технологий передачи мультимедийной информации дает возможность сделать вполне доступным внедрение систем видеоконференций в практику работы компаний и организаций, располагающих вычислительными сетями.