Хотя системы видеоконференц-связи (ВКС) поставляются на отечественный рынок уже не первый год, в определенном смысле они до сих пор остаются экзотикой. Причин достаточно, но основные из них — высокая стоимость данных систем и сложность их эксплуатации.

Как ни странно, в нашей стране наибольший опыт использования ВКС накоплен в государственных органах. Яркие тому примеры — организация видеотрансляций при установке подлодки «Курск» в доке и во время судебных слушаний. Коммерческие структуры не спешат тратить деньги на развитие собственной инфраструктуры ВКС, предпочитая арендовать ее для проведения разовых мероприятий. Производители оборудования и их отечественные дистрибьюторы твердят об огромных преимуществах, которые обеспечивают заказчикам такие системы, однако в России практически не осталось компаний, вкладывающих средства в амбициозные «имиджевые» проекты. Вероятно, в нашей стране пока не сложилась модель деловых отношений, подразумевающая применение систем ВКС и при этом вписывающаяся в традиции российского бизнеса.

Как бы то ни было, видеоконференц-связь применялась, применяется и будет применяться в различных сферах. Она необходима при проведении бизнес-встреч, организации дистанционного обучения и курсов повышения квалификации. В России широкое распространение получила телемедицина, в которой практически невозможно обойтись без видеосвязи.

В литературе вместо термина «видеоконференц-связь» часто используется понятие «мультимедиа-связь», которое, на мой взгляд, точнее соответствует сути дела. Именно этот термин фигурирует в описании федеральной сети ВКС, созданной ОАО «Ростелеком» и эксплуатируемой компанией «Открытый Мир». Хотя в таких системах связи обмен видеоинформацией является наиболее значимым, передача данных с их помощью также широко практикуется. Стоит отметить, что к видеоинформации относится не только передача живого видео, но и статические изображения.

Организация передачи данных, например обычного обмена файлами, вполне возможна в системах ВКС, однако такое использование ресурсов вряд ли можно считать эффективным. Наибольшее применение получили средства совместной работы с компьютерными приложениями. Они позволяют участникам сеанса видеоконференц-связи, находящимся на расстоянии многих сотен и даже тысяч километров друг от друга, одновременно редактировать текстовые документы, рисунки, чертежи и т. п. Видеосвязь достаточно активно входит в практику общения через Internet, хотя для ее обеспечения требуются высокая скорость подключения к провайдеру и наличие соглашений о качестве обслуживания (SLA).

Еще несколько лет назад на рынке систем ВКС шла серьезная борьба между производителями. Сегодня ситуация кардинально изменилась: многие компании сошли с арены, а другие начали уделять этому направлению гораздо меньше внимания. Реальным лидером рынка стала американская корпорация Polycom (в европейских странах ее продукция поставляется под торговой маркой Polyspan), которая не так давно поглотила легендарную PictureTel и производителя видеосерверов Accord. Кроме того, в Россию поставляется оборудование норвежской фирмы Tandberg, американской VTEL, израильской VCON, итальянской Aethra. Аналогичное оборудование выпускают Intel и Sony, причем последняя особенно славится своими видеокамерами, используемыми многими другими производителями систем ВКС.

Стеки протоколов

Видеоконференц-связь представляет собой сложный в техническом отношении сегмент телекоммуникаций, что подтверждается обширным списком стандартов и протоколов, определяющих ее функционирование. Они разбиты на несколько групп — в соответствии с используемой транспортной средой.

Самой первой (в 1990 году) появилась серия стандартов Н.320, описывающих организацию ВКС в сетях ISDN. В 1995 году ITU-T приняла сразу три стека протоколов: Н.310 для сетей АТМ, Н.321 для сетей B-ISDN и Н.322 для обеспечения видеоконференц-связи в локальных сетях с гарантированным качеством обслуживания.

Год спустя были разработаны рекомендации Н.324 (для организации ВКС в аналоговых телефонных сетях общего пользования) и Н.323 (для пакетных сетей, в которых качество обслуживания не гарантируется). Последний стек протоколов сегодня стал невероятно популярным, но это связано уже с другим телекоммуникационным направлением, известным как IP-телефония. Рекомендации H.323 широко используются и в системах ВКС, работающих поверх пакетных сетей. Недавно была принята четвертая версия данного стека протоколов, но наибольшее распространение получила вторая версия, утвержденная в 1998 году.

Каждое семейство рекомендаций включает в себя протоколы нижнего уровня, описывающие принципы формирования оцифрованных видео- и аудиопотоков, алгоритмы сигнализации и управления сеансами ВКС, проведение многосторонних конференций, форматы пакетов и синхронизации, а также сетевой интерфейс. Полный перечень этих протоколов достаточно велик, поэтому упомянем лишь те из них, которые входят в состав наиболее важных рекомендаций (Н.320 и Н.323).

Видео и аудио

Качественные показатели сеанса ВКС во многом определяются используемыми видеокодеками. Сейчас широкое применение получили кодеки, описываемые протоколами Н.261 и Н.263, которые входят в состав всех без исключения рекомендаций. Иногда в системах ВКС используются фирменные разработки и кодеки MPEG.

Стандарты Н.261 и Н.263 практически идентичны и обеспечивают одинаковое качество изображения, но последний позволяет более экономно расходовать полосу пропускания канала связи. В этих рекомендациях применяется специальный формат видеоизображения, называемый обобщенным промежуточным форматом (Common Intermediate Format, CIF). В различных системах телевидения (PAL, SECAM, NTSC) используется разное число линий в кадре; чтобы добиться совместимости такого оборудования (а также не обидеть кого-либо из производителей), разработчики ITU-T и предложили CIF. Данный формат характеризуется разрешающей способностью 352х288 пикселов и частотой обновления до 30 кадров в секунду. В отличие от традиционного телевидения, в CIF отсутствует чересстрочная развертка.

В кодеках могут применяться производные форматы от CIF: это QCIF, являющийся «четвертинкой» CIF (разрешение 176х144 пикселов), sub-QCIF (128x96), 4CIF (704x576) и 16CIF (1408x1152). Важно отметить, что в действующих системах ВКС особенно активно задействуются форматы CIF и QCIF, тогда как форматы с более высоким разрешением применяются только для передачи статических изображений.

Согласно стандарту, для передачи оцифрованного видеосигнала требуется полоса пропускания от 40 Кбит/с до 2 Мбит/с. Выбор той или иной скорости зависит от имеющихся каналов связи и в свою очередь определяет параметры работы кодека. Кроме уменьшения кратности формата снижению суммарной скорости цифрового потока способствуют изменение числа обновляемых кадров в секунду (30, 15, 10 и 7,5) и использование методов предсказания.

Алгоритм предсказания работает особенно эффективно при передаче движущихся изображений, когда по ряду предыдущих кадров формируется следующая вероятная точка нахождения каждого элемента изображения. При обработке видеосигнала выделяют так называемые опорные кадры (I-кадры), которые полностью передаются в исходном виде. Частота их появления регулируется протоколами управления сеансом ВКС и зависит от величины ошибок предсказаний. Между I-кадрами передаются Р-кадры и В-кадры, формируемые с помощью разных методов предсказания. Данный способ передачи видеопотоков позволяет значительно снизить требования к полосе пропускания, но для него характерна критичность возникновения ошибок. Каждый, кто имел практический опыт использования ВКС, может вспомнить, как изображение порой рассыпалось на квадратики, а затем вновь собиралось воедино. На неподготовленного зрителя это производит такое же впечатление, как фрагмент из фильма ужасов.

Важную роль в сеансах видеоконференц-связи играет передача звука, которая должна обеспечивать естественное ведение разговора собеседниками, находящимися на значительном расстоянии друг от друга. Функции обработки звука в современных системах ВКС достаточно развиты. Стандартной возможностью «де-факто» стала автоматическая регулировка усиления и подавления шумов, применяются и средства эхозаграждения. В состав оборудования ВКС могут входить микрофоны с круговой диаграммой направленности, которые позволяют легко организовывать сеансы связи в любых помещениях.

Системы ВКС разрабатываются таким образом, чтобы оцифрованный звук занимал лишь небольшую часть полосы пропускания. Данный подход вполне понятен, так как основная информационная нагрузка ложится на видеосигнал, который даже в сжатом виде весьма требователен к скорости передачи. Это подразумевает использование в оборудовании видеоконференц-связи голосовых кодеков и алгоритмов сжатия речи.

В стеках рекомендаций ITU-T предусматривается поддержка целого ряда аудиокодеков, которые находят свое применение и в других областях телекоммуникаций. Среди них — G.711, стандартный протокол кодирования речи в системах связи, обеспечивающий максимальное качество передачи голоса. Кроме того, в системах ВКС используется протокол G.722, обеспечивающий кодирование широкополосного звукового сигнала на скорости до 64 Кбит/с. При наличии небольшой полосы пропускания оптимальным выбором могут стать кодеки G.728 и G.723.1 и G.729, поддерживающие различные степени сжатия исходного речевого сигнала.

При проведении сеанса ВКС серьезное значение имеет синхронизация видеоизображения и звука. Если в звуковой канал не ввести некоторую временную задержку, то может возникнуть бросающееся в глаза несоответствие между речью и движением губ собеседника на экране.

Сигнализация и управление

В зависимости от используемого стека рекомендаций применяются различные наборы служебных протоколов. На их долю приходятся процедуры установления и разрыва соединения, причем эти задачи во многом определяются типом среды передачи. Например, в пакетных сетях (поддержка Н.323) используются протоколы RAS (Registration, Admission, Status) и Q.931. Разбиение на пакеты и синхронизация битового потока для пакетных сетей производится согласно протоколу Н.225, а шифрование информации — по протоколу Н.233. Многоточечная конференц-связь поддерживается протоколами Н.243 и Н.245. Управление удаленной видеокамерой описывает протокол Н.281.

В стеке Н.320 оцифрованные видео- и аудиосигналы мультиплексируются с управляющей информацией согласно рекомендации Н.221. Она описывает структуру данных в установленном соединении от 64 до 1920 Кбит/с.

Существует целый ряд других протоколов, определяющих дополнительные возможности систем ВКС. Это стандарты Т.120, которые описывают подходы к обработке информации и совместной работе над различными видами информации во время сеанса видеоконференц-связи. В семейство Т.120 входят рекомендации Т.123 (передача сопутствующих данных через различные транспортные системы), Т.122 и Т.125 (многоточечная пересылка данных), Т.124 (правила установления и управления конференцией данных), Т.121 (шаблон для компьютерных приложений). С помощью этого шаблона осуществляется взаимодействие приложения, запущенного на компьютерах разных пользователей. Для обмена неподвижными изображениями и поддержки «белой доски» служит рекомендация Т.126, а для передачи двоичных файлов — протокол Т.127.

Что же касается сетевой инфраструктуры, на которой базируется ВКС, необходимая полоса пропускания варьируется от 64 до 512 Кбит/с. Такие значения характерны для каналов ISDN, однако в сетях IP полоса пропускания, отводимая под сеанс ВКС, доходит до 1,5 Мбит/с (при тех же качественных показателях сеанса связи). Объясняется это достаточно просто. Во-первых, за счет служебной информации размер IP-пакетов увеличивается на 15 — 30%. Во-вторых, в сети IP каналы приема и передачи информации находятся в единой среде, в отличие от ISDN.

Типы оборудования

По функциональному назначению все оборудование видеоконференц-связи можно с определенной долей условности разделить на несколько категорий. Для организации сеансов ВКС, в которых участвует большое число пользователей, используются групповые, или кабинетные, системы. Обычно они выполнены в виде стационарного устройства с одним либо c двумя мониторами. Их отличает высокое качество передачи видео- и аудиосигналов. В состав таких систем могут входить документальная камера, видеомагнитофон и персональный компьютер, на котором установлено дополнительное программное обеспечение, поддерживающее протокол Т.120.

Сейчас в качестве кабинетных систем часто выступают компактные системы, которые представляют собой приставки, устанавливаемые на любые телевизионные мониторы (set-top). С их помощью можно в считанные минуты оборудовать абонентскую точку видеоконференции в любом помещении. Существуют также компактные модели, выполненные в виде кейса. Они содержат камеру, монитор, аудиосистемы и имеют интерфейсы для подключения к различным сетям.

Если сеансом ВКС пользуется один человек, то для его организации практичнее устанавливать настольные, или персональные, системы. Между собой эти две категории оборудования отличаются только вариантом исполнения: персональное выполняется в виде отдельного специализированного устройства (видеотелефон), а настольное чаще всего является компьютером, оснащенным системой ВКС.

Многоточечные сеансы видеоконференц-связи обеспечиваются специализированными устройствами MCU (Multipoint Conference Unit). Фактически они выполняют функции микширования аудиосигналов и преобразования видеопотоков. MCU позволяет создавать разнообразные стратегии проведения конференций и получать на экране разные варианты видеоизображений. В одном сеансе связи могут участвовать пользователи, подключаемые с разными скоростями, — MCU выполняет их согласование.

В системах ВКС, построенных на основе стека пртоколов Н.323, важное значение имеют устройства gatekeeper, название которых почему-то переводится на русский язык как «контроллер зоны». Они отслеживают подключение к сетям новых абонентских установок и контролируют использование полосы пропускания.

Для стыковки систем Н.320 и Н.323, в настоящее время получивших наибольшее распространение, служат шлюзы. Они часто интегрируются с оборудованием MCU или контроллеров зоны.

Поделитесь материалом с коллегами и друзьями