Что такое видеоконференции?

Видеоконференция — это не просто видеотелефон на персональном компьютере. Видеоконференция — это компьютерная технология, которая позволяет людям видеть и слышать друг друга, обмениваться данными и совместно их обрабатывать в интерактивном режиме; и всё это — используя возможности привычного всем PC либо специализированных устройств.

Как организовать видеоконференцию?

Чтобы организовать видеоконференцию, нужно: (а) в Вашем компьютере должно быть установлено соответствующее программное обеспечение, и, возможно, специализированная плата видеоконференции; Вместо обычного компьютера вы можете иметь и специализированное законченное устройство для видеоконференций с видеокамерой, микрофоном и возможностью подключения к телекоммуникационым сетям. (б) Вы должны иметь возможность соединиться с коллегой либо через компьютерные сети (кстати, включая системы радиодоступа), либо по каналам цифровой телефонной связи. Этого достаточно для проведения конференции между двумя участниками. Это видеоконференция точка-точка.

Зачем нужны видеоконференции?

Лучше один раз увидеть, чем 100 раз услышать своего собеседника. Большинство предпочитает даже новости смотреть по телевизору, нежели слушать их по радио. А применение видеоконференций в управлении, телемедицине, системах безопасности и многих других областях приносит огромную пользу. Конечно, даже видеоконференции никогда не заменят личного общения, но они позволяют добиться принципиально нового уровня общения людей, подчас разделённых многими тысячами километров. Ведь согласно известным исследованиям, при телефонном разговоре можно передать только десятую часть транслируемой информации. А в случае, когда есть возможность следить за жестикуляцией и мимикой собеседника, КПД передачи информации достигает 60%. Менеджеры компаний, уже использующих видеоконференции, считают, что системы видеоконференций резко сокращают временные и финансовые затраты на командировки их сотрудников и делают проводимые совещания более продуктивными.

В чем основные проблемы передачи аудио- и видеоинформации?

Их две. Первая проблема состоит в том, что канал связи, по которому передаётся 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 (здесь правда существуют обходные пути — системы уплотнения каналов, но они применимы далеко не всегда). Эта проблема медленно, постепенно (у нас в России — очень постепенно!), но решается. Вспомним хотя бы, какой экзотикой были локальные вычислительные сети лет десять назад. Сейчас же в редком офисе машины не объединяются в сеть. А такая сеть уже вполне пригодна для организации высококачественной видеоконференции.

Вторая проблема — это 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 приёмном конце с приемлемым качеством. Если компьютер не успевает обрабатывать поток, то появляются пропущенные кадры, сбои в речевом канале, и т.п.

Для чего нужны специализированные платы видеоконференций?

Алгоритмы обработки сигнала весьма требовательны к вычислительным ресурсам. Хотя и существуют их чисто программные реализации, однако они требуют значительных ресурсов от базовой платформы персонального компьютера. В результате, даже для самых современных персональных компьютеров сильно замедляется работа других приложений, да и приемлемое качество видеосвязи получить не удаётся. Общепринятая мировая практика состоит в использовании аппаратных решений, в том числе специализированных плат — кодеков, которые вставляются в свободные слоты PC. Кодеки сжимают сигнал и кодируют его для канала связи (соответственно, разжимают и декодируют на принимающей стороне).

Какие каналы связи я могу использовать для проведения видеоконференции?

Классическая схема проведения видеоконференции подразумевает связь между терминалами по линиям ISDN (цифровая сеть с интеграцией услуг). Использование каналов ISDN, а также других сетей и линий с гарантированным качеством связи — V.35, E1/T1, и др. регламентируется серией рекомендаций H.320, разработанных Сектором по стандартизации телекоммуникаций Международного союза электросвязи (ITU-Т). Однако время не стоит на месте, и в последние годы всё более широкое распространение получают видеоконференции, использующие IP — сети, как локальные, так и территориально распределённые и глобальные. Соответствующие рекомендации (стандарт H.323) для видеоконференций по IP сетям, были приняты ITU-Т в конце 1996г. В целом можно сказать, что сегодня для видеоконференций можно использовать практически любые цифровые каналы связи с достаточно широкой полосой пропускания.

Каковы требования к полосе пропускания канала для видеоконференции?

Обычно для проведения видеоконференций используются линии с полосой пропускания от 64 кбит/с до 512 кбит/с для каналов ISDN и до 1 — 1.5 мбит/с для IP — сетей. Но надо иметь в виду, что приемлемое качество видео получается при скорости порядка 200 кбит/с, а высококачественное изображение в хороших системах достигается при скорости около 300 кбит/с и выше.

Всё-таки, какие системы лучше использовать для видеоконференцсвязи — IP или ISDN?

Этот часто задаваемый вопрос нам представляется надуманным. Никакого антагонизма между этими двумя классами систем видеоконференций нет. Дело в том, что системы видеоконференций имеют уже более, чем пятнадцатилетнюю историю. С самого начала в качестве транспортной среды для неё использовались цифровые коммутируемые сети с интеграцией услуг, т.е. ISDN. На создание и совершенствование таких систем были затрачены большие деньги. Оборудование и ПО для видеоконференций по IP сетям (стандарт Н.323) вышли на рынок значительно позже, около десяти лет назад. Сначала системы Н.320 преобладали, но с развитием IP-сетей число устанавливаемых H.323-систем увеличивается. Существует мнение, что IP-системы требуют более широкую полосу пропускания. Действительно, из-за особенностей передачи информации в сетях с коммутацией пакетов (добавление заголовков, служебные пакеты протоколов RTCP и др.) необходимая полоса пропускания увеличивается на 20-30%.Практика показывает, что качество видеоконференции приблизительно одинаково при использовании трёх BRI-каналов (384 кбит/с) или IP-канала с шириной около 500 кбит/с. Естественно, речь идёт о корпоративной сети. Общедоступные каналы Internet — это отдельный разговор. Здесь может случиться всё, что угодно. Ведущие производители систем видеоконференцсвязи, такие, как VCON и Polycom, уже давно стали выпускать мультипротокольные (H.320/H.323) системы, прекрасно работающие в IP и ISDN сетях одновременно. Каковы же могут быть критерии выбора транспортной среды для систем видеоконференций? Обычно решение определяется не ценой оборудования, а стоимостью эксплуатации. Ясно, что фирма, не имеющая собственной сети ISDN и партнёрских отношений с одной из телекоммуникационных компаний, для создания собственной сети видеоконференцсвязи скорее предпочтёт оборудование стандарта H.323. Она постарается максимально использовать инвестиции, ранее вложенные в создание своей IP- или интрасети.

Какие ещё устройства используются для проведения видеоконференций?

Есть целый ряд специализированных устройств, использование которых значительно расширяет возможности проведения видеоконференций. Во-первых, это Устройства Многоточечной Видеоконференции (MCU, Multi Conference Unit), которые часто называют видеосерверами . 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 растёт 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 принимает все потоки данных на себя, и посылает Вам и Вашим коллегам только один, уже сформированный поток. Вычислительные затраты вашего компьютера упали в 9 раз. Другим типом специализированных устройств видеоконференций являются шлюзы (Gateways), которые обеспечивают передачу информации на стыке разнородных сетей. Вспомним, что помимо компьютерных IP сетей существуют ещё 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.

Gatekeeper — сервисная программа, контролирующая доступ к видеоконференции, основанной на стандарте H.323 в сетях с пакетной коммутацией. Она требует, чтобы терминалы зарегистрировались на Привратнике, сообщив ему своё имя. Привратник (Gatekeeper) осуществляет трансляцию сетевых адресов и алиасов для установления соединения. Gatekeeper может отказать в доступе или ограничить число одновременных соединений в зависимости от загруженности сети. Множество терминалов, шлюзов и MCU, управляемых одним Привратником, составляют зону.

Могу ли я связываться с абонентом, у которого терминал другого производителя?

- Да, конечно, если оба терминала соответствуют принятым стандартам и рекомендациям. Существуют общие рекомендации (H.320 и H.323) для видеоконференций по линиям ISDN и в IP — сетях. Эти рекомендации стандартизуют процедуры кодирования видеопотоков, сжатие звука и т.д. Обмен данными и совместная работа с приложениями выполняются в соответствии со стандартом T.120. Соблюдение этих рекомендаций обеспечивает совместимость оконечного оборудования ведущих мировых производителей.

Какое решение выбрать: программное и аппаратное

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 (подключённая видеокамера и драйвер Video for Windows). Возможно применение и дешёвой USB-видеокамеры. 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 удаётся. 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 определённые ограничения для процесса кодирования: использовать низкую частоту кадров, упрощённые алгоритмы преобразования видео, ведущие к уменьшению размера изображения, снижению чёткости и ухудшению цветопередачи. Пытаясь выйти за пределы жёстких рамок международных стандартов и упростить процесс кодирования, создатели программ предлагают передавать изображение чёрно-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, объём 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 упрощёнными 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, например, Polycom VSX или VCON HD X000. Данные устройства, обладая, как правило, высокими качественными характеристиками, всё же имеют два серьёзных изъяна. Это недостаточная гибкость системы, необходимая, например, при использовании её для специальных приложений, и высокая стоимость (4-6 тыс. дол. США и выше).

Как подготовиться к сеансу видеоконференции

При проведении сеансов видеоконференции участникам следует соблюдать ряд несложных правил «хорошего тона».

Эти рекомендации позволят Вам почувствовать себя более комфортно во время сеанса видеоконференции. Пожалуйста, придерживайтесь наших советов и Вы сразу почувствуете все преимущества, которые предоставляет этот вид связи.

• Заранее подготовьте необходимые бумажные и электронные документы и иллюстративные материалы, учитывайте при этом технические возможности их отображения на экранах телевизионных и компьютерных мониторов. Если вы имеете возможность управлять локальной и/или удалённой видеокамерами, то согласуйте с участниками видеоконференции порядок управления — кто из вас будет управлять (один или оба — каждый своей или чужой).
• Заранее настройте уровень звука с таким расчётом, чтобы все участники видеоконференции хорошо слышали каждого из выступающих.
• Заранее настройте предустановленные положения (4-6 для каждой видеокамеры — общий план, председатель, место для выступающего, группы участников на средних планах и т.д.). Эти положения нужно переключать по ходу видеоконференции, так чтобы в каждый момент времени говорящий был в поле зрения видеокамеры.

Что такое многоточечные видеоконференции?

Желание проводить сеансы видеосвязи с участием нескольких пользователей одновременно (по типу видеоселекторных совещаний) заставляет включить в состав используемого оборудования устройства управления многоточечной конференцией (MCU). Общим принципом работы этих устройств является такой способ организации многоточечной связи, при котором аудиопотоки смешиваются, что позволяет всем участникам видеоконференции слышать друг друга, а видеопотоки переключаются таким образом, что все видят только одного участника связи, причём выбор может быть сделан председателем видеоконференции, оператором или произведён автоматически по голосовой активности. Некоторые MCU способны комбинировать в отдаваемом видеопотоке изображения нескольких участников, обычно от 4 до 16. Такая функция называется CP (Continuous Presence). 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 Meeting Point). Для организации связи требуется выделенный сервер с ОС Windows NT 4.0 или Sun Solaris. Одна из самых трудоёмких 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 видеконференции ведёт к ухудшению качества получаемого видео- и аудиопотоков. Лучшими производителями на рынке аппаратных MCU для высококачественных видеоконференций являются компании RADVision и Polycom. Конечно, если речь идёт 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 ввёл функцию автоматического переключения активного терминала по запросу, оставив председателю возможность при необходимости вмешиваться в этот процесс.