Что такое видеоконференция в информатике

Видеоконференция

Видеоконференция (англ. videoconference ) — область информационной технологии, обеспечивающая одновременно двустороннюю передачу, обработку, преобразование и представление интерактивной информации на расстояние в режиме реального времени с помощью аппаратно-программных средств вычислительной техники.

Взаимодействие в режиме видеоконференций также называют сеансом видеоконференцсвязи.

Видеоконференцсвязь [1] (сокращенное название ВКС) — это телекоммуникационная технология интерактивного взаимодействия двух и более удаленных абонентов, при которой между ними возможен обмен аудио- и видеоинформацией в реальном масштабе времени с учётом передачи управляющих данных.

Содержание

Цели внедрения видеоконференцсвязи

Во многих государственных и коммерческих организациях видеоконференция приносит большие результаты и максимальную эффективность, а именно:

Для общения в режиме видеоконференции абонент должен иметь терминальное устройство (кодек) видеоконференцсвязи, видеотелефон или иное средство вычислительной техники. Как правило, в комплекс устройств для видеоконференцсвязи входит:

В качестве кодека может использоваться персональный компьютер с программным обеспечением для видеоконференций.

Большую роль в видеоконференции играют каналы связи, то есть транспортная сеть передачи данных. Для подключения к каналам связи используются сетевые протоколы IP или ISDN.

Существует два режима работы ВКС, которые позволяют проводить двусторонние (режим «точка-точка») и многосторонние (режим «многоточка») видеоконференции.

Как правило, видеоконференцсвязь в режиме «точка-точка» удовлетворяет потребности только на начальном этапе внедрения технологии, и довольно скоро возникает необходимость одновременного взаимодействия между несколькими абонентами. Такой режим работы называется «многоточечный» или многоточечной видеоконференцсвязью. Для реализации данного режима требуется наличие активации многоточечной лицензии в кодеке при условии, если устройство поддерживает данную функцию, либо специального видеосервера MCU (англ. Multipoint Control Unit ), или программно-аппаратной системы управления.

Задачи внедрения видеоконференцсвязи

Для внедрения видеоконференцсвязи руководителю (лицу, принимающему решения) организации необходимо определить главную цель применения [10] : проведение совещаний, подбор персонала, оперативность при принятии решений, осуществление контроля, дистанционное обучение, консультация врачей, проведение судебных заседаний, допрос свидетелей и так далее. При этом необходимо учитывать основные правила видеоконференцсвязи:

Основные категории и классы видеоконференцсвязи

Категории видеоконференцсвязи

Персональные системы

Персональные системы обеспечивают возможность индивидуального видеообщения пользователя в режиме реального времени, не покидая своего рабочего места. Конструктивно индивидуальные системы обычно выполняются в виде настольных терминалов либо в виде программных решений.

Групповые системы

Групповые системы предназначены для проведения групповых сеансов видеоконференцсвязи в переговорных (совещательных) комнатах. Групповая система способна превратить помещение любого размера в видеоконференц-студию для проведения интерактивных совещаний. К групповым системам относятся приставки видеоконференцсвязи (set-top) стандартного разрешения и с поддержкой высокой чёткости (High Definition). К этой же категории относятся и системы класса TelePresence [12] (телеприсутствие), которые предоставляют собой комплекс средств, обеспечивающий максимальный эффект присутствия удалённых собеседников в одной комнате.

Отраслевые системы

Отраслевые системы — это системы, которые применяются непосредственно в определенной отрасли. Например, в медицинской отрасли очень часто применяют системы для проведения операций (телемедицина), в судебной системе — для проведения дистанционных кассационных и надзорных судебных процессов, в нефтегазовой, энергетической, строительной области для оперативности представления информации.

Мобильные системы

Мобильные системы [13] — это компактные переносные системы видеоконференцсвязи для использования в удалённых районах и экстремальных условиях. Мобильные системы позволяют за короткое время организовать сеанс видеоконференцсвязи в нестандартных условиях. Данные системы обычно используются государственными органами, принимающими оперативные решения (военные, спасатели, врачи, службы экстренного реагирования). Типичный пример использования мобильных систем — организация ситуационного центра.

Инфраструктура сети видеоконференцсвязи

К инфраструктуре сети видеоконференцсвязи относится совокупность аппаратно-программных средств администрирования/управления с использованием различного оконечного оборудования и программного обеспечения — сервера многоточечной видеоконференцсвязи (Multipoint Control Unit), интеграция с Унифицированные коммуникации, системы управления видеоконференциями (учёт, управления конфигурацией, безопасностью, производительностью и ошибками узлов, линий и оконечного оборудования видеоконференцсвязи), системы распределения нагрузки распределенных серверов, шлюзы для прохождения трафика через межсетевые экраны, шлюзы с мобильными сетями и абонентами H.320.

Классы видеоконференцсвязи

Категории подразделяются на классы, которые включают в себя пять различных классов.

Программное решение

Программные решения (англ. Software solution ) устанавливаются на персональный компьютер, ноутбук или мобильное устройство. В качестве периферии для захвата и воспроизведения видео и звука могут использоваться, как встроенные в устройство камера, микрофон или динамик, так и внешние устройства, такие как веб-камера, головная гарнитура или спикерфон.

Платные решения, в отличие от бесплатных, обычно обеспечивают более широкие функциональные возможности при проведении конференций (например, поддерживается большое число участников) и совместимость с аппаратными решениями видеоконференцсвязи различных производителей (благодаря использованию открытых стандартов SIP и H.323).

Программные решения, как и аппаратные, имеют отдельные клиентскую часть (аналог аппаратного терминала) и серверную (аналог MCU). Серверная часть, как и клиентская, работает на ПК. Серверные части программных решений не осуществляют перекодирование видеопотоков, а только перенаправляют их на клиентские приложения, что значительно снижает системные требования к аппаратной части ПК, используемых в роли сервера и удешевляет решение в целом. Построение «картинки» из нескольких видеоокон во время групповых видеоконференций, а также кодирование и декодирование данных в программных решениях осуществляется только на клиентской стороне. Использование технологии SVC на серверной части программных решений позволяет в реальном времени изменять качество потоков для каждого из участников, не создавая вычислительную нагрузку на сервер.

Преимущества программных решений:

Общие ограничения программных решений:

Видеоконференции стандартного качества

Видеоконференции стандартного качества (англ. Standard Definition ) подразумевают поддержку четырёх стандартных видеоразрешений: SQCIF (128×96), QCIF (176×144), CIF (352х288) и 4CIF (704×576) на скоростях передачи данных от 64 Кбит/с до 768 Кбит/с.

Разрешения SQCIF и QCIF изначально были введены для медленных каналов связи (от 64 Кбит/с) и в настоящее время практически не используются. Разрешение CIF поддерживается на скоростях от 256 Кбит/с. Самое высокое стандартное разрешение 4CIF доступно на скоростях от 384 Кбит/с.

Минимальные значения скоростей передачи данных для того или иного разрешения могут варьироваться в зависимости от производителя оборудования.

Видеоконференции высокой чёткости

Класс высокой четкости (англ. High Definition или англ. HD ) появился в связи с выпуском на рынок систем ВКС с более высоким разрешением, чем 4CIF, то есть разрешение HD (1280х720), которое требует в несколько раз больше пикселей для построения изображения по сравнению со стандартной видеоконференцсвязью, и, соответственно, для её передачи необходима более высокая скорость.

Появлению видеоконференции высокой чёткости способствовало несколько факторов:

Термин «High Definition» никаким стандартом не определяется. Он появился как маркетинговое понятие, подразумевающее передачу видеоизображения с разрешением выше 4CIF и его сопровождение более качественным звуком. Качество изображения уровня HD может быть получено при ширине канала от 512 Кбит/с [14] [15] и выше. При отсутствии необходимой полосы пропускания системы видеоконференцсвязи, работающие с разрешением HD, обычно адаптируются под существующий канал связи, уменьшая, соответственно, качество видеоизображения. То есть, если полосы пропускания недостаточно для поддержки качества HD, то система видеоконференцсвязи не откажется работать, а автоматически снизит разрешение изображения. Такая функция уже реализована на базе видеодвижков компаний: Skype, SPIRIT DSP, Google, Microsoft и др.

Телеприсутствие

Телеприсутствие (англ. TelePresence ) — технология проведения сеансов видеоконференцсвязи с использованием нескольких кодеков (аппаратных вычислительных блоков терминала видеоконферецсвязи), обеспечивающая максимально возможный эффект присутствия за счет специальным образом установленных экранов, мебели, отделки помещения и т.п.

Отличия от оборудования видеоконференцсвязи высокой чёткости:

Ситуационные и диспетчерские центры

Ситуационные/диспетчерские центры (англ. Situation and Control Centers ) или комнаты предназначены для лиц, принимающих решения и могут быть использованы в различных областях деятельности. В общем случае ситуационный центр состоит из ситуационной комнаты, оснащенной всеми коммуникациями, включая средства видеоконференцсвязи или телеприсутствия и диспетчерского центра, осуществляющего сбор, анализ и подготовку информации для передачи в ситуационную комнату для принятия решения. Также диспетчерская ситуационной комнаты обеспечивает связь ситуационной комнаты с внешним миром.

Ситуационные и диспетчерские центры предоставляют возможность:

Организация каналов связи

Основную роль в видеоконференции играют каналы связи между абонентами. Рассмотрим несколько методов организации каналов связи для видеоконференций.

В сети Интернет

Самый простой и дешёвый метод организации видеоконференцсвязи — через Интернет. Однако качество сеанса связи в данном случае может быть низким, так как интернет не является гарантированным каналом передачи аудио- и видеоданных. К этому добавляется проблема безопасности видеоконференции, то есть она может стать «общественным достоянием». Для организации видеоконференцсвязи через Интернет требуется иметь статические IP-адреса и каналы связи с пропускной способностью не менее 384 кБит/с в обе стороны (для исходящего и входящего трафика). [источник не указан 511 дней]

Немного сложнее настраивается связь по протоколу инкапсуляции видовой маршрутизации GRE (англ. Generic Routing Encapsulation ). Протокол принадлежит к сетевому уровню. Он может инкапсулировать другие протоколы, а затем осуществлять маршрутизацию всего набора до места назначения. В данном случае обеспечивается минимальная защита видеотрафика в сети интернет, что позволяет предотвратить основное число «неопытных» вторжений в информационное облако видеоконференцсвязи. Тот же принцип, хоть и намного более высокого уровня безопасности, заложен и в протоколе IPsec.

По протоколу ISDN

Аббревиатура ISDN (англ. Integrated Services Digital Network ) расшифровывается как цифровая сеть с интеграцией услуг. Цифровые сети с интегральными услугами относятся к сетям, в которых основным режимом связи является режим коммутации каналов, а данные обрабатываются в цифровой форме. Данная услуга не очень распространена в России. Один из самых крупных реализованных проектов развития сети ISDN является сеть ОАО «Ростелеком», которая объединяет более 500 городов в РФ и СНГ.

ISDN имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными аналоговыми сетями, однако, по сравнению с новыми телекоммуникационными технологиями передачи данных, имеет ряд критичных недостатков [источник не указан 511 дней] :

По технологии IP VPN MPLS

Услуга связи по технологии IP VPN MPLS в настоящее время является одной из самых надежных и дешевых для организации видеоконференций. Этому способствует:

Технология IP VPN MPLS по степени защищенности используемой среды относится к доверительной зоне. Она используется в случаях, когда передающую среду можно считать надёжной и необходимо решить лишь задачу создания виртуальной подсети в рамках большей сети.

Протоколы организации видеоконференцсвязи

Стандартные протоколы передачи данных призваны сделать видеоконференции столь же распространенными, как телефонная и факсимильная связь. Благодаря протоколам системы поддержки видеоконференций разных производителей могут без проблем устанавливать связь между собой, как связываются между собой другие телекоммуникационные устройства. Но прежде, чем начать повествовать про специализированные протоколы видеоконференции, кратко дадим определение протокола.

Протокол для видеоконференции — это набор соглашений, который определяет обмен данными между различным программным обеспечением. Протоколы задают способы передачи данных и обработки ошибок в сети, а также позволяют разрабатывать стандарты, не привязанные к конкретной аппаратной платформе.

Основные стандарты видеоконференцсвязи (Коммуникационные протоколы)

Стандарт мультимедийных приложений H.323 С целью проведения аудио- и видеоконференций по телекоммуникационным сетям ITU-T разработала серию рекомендаций H.32x. Эта серия включает в себя ряд стандартов по обеспечению проведения видеоконференций.

2. H.321 — по сетям Ш-ЦСИО и ATM;

3. H.322 — по сетям с коммутацией пакетов с гарантированной пропускной способностью;

4. H.323 — по сетям с коммутацией пакетов с негарантированной пропускной способностью;

5. H.324 — по телефонным сетям общего пользования;

6. H.324/C — по сетям мобильной связи;

7. H.239 — поддержка двух потоков от разных источников, изображение участника и данных (вторая камера или презентация) выводятся на два разных дисплея или в режиме PIP на один дисплей.

8. H.460.17/.18/.19 — поддержка прохождения аудио- и видеотрафика видеоконференцсвязи через NAT и Firewall

Рекомендации ITU-T, входящие в стандарт H.323, определяют порядок функционирования абонентских терминалов в сетях передачи данных с разделяемым ресурсом, в основном не гарантирующих качества обслуживания.

Рекомендации H.323 предусматривают:

Управление полосой пропускания — передача аудио- и видеоинформации, например, в видеоконференциях, весьма интенсивно нагружает каналы связи, и, если не следить за ростом этой нагрузки, работоспособность критически важных сетевых сервисов может быть нарушена. Поэтому рекомендации H.323 предусматривают управление полосой пропускания. Можно ограничить как число одновременных соединений, так и суммарную полосу пропускания для всех приложений H.323. Эти ограничения помогают сохранить необходимые ресурсы для работы других сетевых приложений. Каждый терминал H.323 может управлять своей полосой пропускания в конкретной сессии конференции.

Стандарты сжатия видеоизображения

1. Стандарт H.261 — разработан организацией по стандартам телекоммуникаций ITU. На практике первый кадр в стандарте H.261 всегда представляет собой изображение стандарта JPEG, компрессированное с потерями и с высокой степенью сжатия.

2. Стандарт H.263 — это стандарт сжатия видео, предназначенный для передачи видео по каналам с довольно низкой пропускной способностью (обычно ниже 128 кбит/с). Применяется в программном обеспечении для видеоконференций.

3. Стандарт H.264 — это новый расширенный кодек, также известный как AVC и MPEG-4, часть 10.

4. Стандарт H.264 High Profile — это самый производительный профайл H.264 с алгоритмом сжатия видео Context Adaptive Binary Arithmetic Coding (CABAC), впервые внедрен на оборудовании Polycom, позволяет устраивать HD-видеоконференции на канале от 512 Kbps

Для видеоконференций на сегодняшний день чаще всего используется стандарт H.263 и H.264.

Стандарты сжатия звука

Некоторые стандарты компрессии аудиосигнала основаны на технологии оцифровки звука, называемой импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ.

1. Стандарт G.711 — это стандарт для аудиокомпандирования, который в основном используется в телефонии.

2. Стандарт G.722 — широкополосный голосовой кодек стандарта ITU-T со скоростью 32-64 Кбит/сек.

3. Стандарт G.723 — это стандарт кодирования речи, принятый организацией ITU-T в 1988 году.

4. Стандарт G.726 — кодек является стандартом ITU-T адаптивной импульсно-кодовой модуляции — ADPCM и описывает передачу голоса полосой в 16, 24, 32, и 40 Кбит/сек.

5. Стандарт G.729 — это узкополосный речевой кодек, который применяется для эффективного цифрового представления узкополосной телефонной речи (сигнала телефонного качества).

Для всех типов кодеков справедливо правило: чем меньше плотность цифрового потока, тем больше восстановленный сигнал отличается от оригинала. Однако восстановленный сигнал гибридных кодеков обладает вполне высокими характеристиками, восстанавливается тембр речевого сигнала, его динамические характеристики, другими словами, его «узнаваемость» и «распознаваемость».

Системы видеоконференций базируются на достижениях технологий средств телекоммуникаций и мультимедиа. Изображение и звук с помощью средств вычислительной техники передаются по каналам связи локальных и глобальных вычислительных сетей. Ограничивающими факторами для таких систем будет пропускная способность канала связи и алгоритмы компрессии/декомпрессии цифрового изображения и звука.

Системы управления видеоконференцсвязью

Существует общемировое правило — чем больше сеть, тем сложнее сетью становится управлять. Для обеспечения надежности и повышения отказоустойчивости и безопасности сетей видеоконференции используются технологии, получившие название «системы управления сетями».

Источник

Видеоконференция

Видеоконференция — это сеанс связи между двумя пользователями или группой пользователей, независимо от их месторасположения. Количество участников, которые выводятся на экран, напрямую зависит от режима конференции и от роли пользователя в текущей конференции.

Выделяют четыре режима видеоконференций:

Видеоконференции — это не только видеосвязь, но и инструменты совместной работы, незаменимые для корпоративных коммуникаций. Отечественная ВКС-платформа TrueConf Server дает пользователям массу возможностей для удаленной работы над проектами:

Что нужно для проведения видеоконференции?

Для обеспечения участников звуком и картинкой используется различное периферийное оборудование: камеры, экраны, микрофоны, спикерфоны, гарнитуры, конгресс-системы и проекторы. В качестве среды передачи данных может использоваться как сеть предприятия, построенная по различным принципам, так и глобальная сеть интернет. Современные видео- и аудио кодеки, специализированные сетевые протоколы, различные алгоритмы обработки сигналов позволяют добиться качественной связи практически на любых каналах связи.

Зачастую во время видеоконференции необходима демонстрация различных медиа данных, для этого системы видеоконференций позволяют захватывать и передавать удалённым участникам презентации, изображение рабочего стола или отдельных его окон, а также различные по форматам документы. Достигается это за счёт использования специального программного обеспечения, дополнительных камер (например, документальных камер), захвата сигнала с видеовыходов ноутбуков, ПК и прочих систем, включая медицинские комплексы.

Виды видеоконференций

Существует два основных типа видеоконференций — персональная и групповая. Персональная видеоконференция подразумевает сеанс видеосвязи, в котором участвует всего два абонента. Под групповыми же видеоконференциями подразумеваются все остальные виды видеоконференций. Различные устоявшиеся правила отображения участников видеоконференции для каждой из сторон называются видами видеоконференций. Предлагаем разобраться в этом вопросе подробнее!

Видеоконференции 1-на-1

Здесь всё просто: участвуют два абонента, оба видят и слышат друг друга одновременно. Сразу оговоримся, что во время любого сеанса видеоконференции могут использоваться различные инструменты для совместной работы, такие, как обмен текстовыми сообщениями, файлами, презентациями и прочими медиа данными.

Симметричные видеоконференции

Они же видеоконференции с постоянным присутствием, от англ. Continuous Presence. Так называют сеанс видеоконференции, в котором участвуют более 2 человек и все участники видят и слышат друг друга одновременно. Естественно, видеоконференция подразумевает полнодуплексное общение. Другими словами, это аналог круглого стола, где у всех равные права. Групповая видеоконференция подходит для встреч, где требуется максимальная вовлеченность каждого участника.

Видеоконференции с активацией по голосу

Название такого режима пошло от английского обозначения Voice Activated Switching (VAS). Эта видеоконференция предполагает следующий формат общения: все участники сеанса слышат и видят на своих экранах только выступающего докладчика, в то время, как он сам видит себя, либо предыдущего оратора. Возможны небольшие вариации данного механизма, но суть остаётся следующей: сервер ВКС отслеживает голосовую активность абонентов и переключает транслируемое всем участникам, изображение, на говорящего. У данного режима есть существенные недостатки, например, ложные срабатывания на шум, кашель или звонок мобильного телефона.

Селекторные видеоконференции

Режим, в котором участники делятся на два вида: докладчики и слушатели, где каждый из слушателей может стать докладчиком (с разрешения организатора конференции). Ведущий такой конференции сам назначает докладчиков и может удалить их с видео-трибуны в любой момент.

Этот режим может так же называться ролевой видеоконференцией. Селекторная видеоконференция используется чаще всего при проведении веб-конференций (вебинаров).

Видеоконференции для дистанционного образования

Cпециальный режим, в котором все участники (ученики) видят и слышат только одного вещающего пользователя (преподавателя), а он видит и слышит всех учеников. Ученики не отвлекаются друг на друга, а преподаватель их контролирует.

Видеотрансляция

Вид видеоконференции, в котором докладчик вещает на широкую аудиторию слушателей, при этом, он не видит и не слышит их. Остальные участники видят и слышат только докладчика. Обратная связь возможна только через текстовый чат. Зачастую, для сглаживания изменения сетевых условий, в ходе трансляции вносится значительная задержка до нескольких секунд между вещающим и слушателями.

Оборудование для видеоконференций

В зависимости от места и способа подключения к сеансу видеоконференции, может потребоваться различное периферийное оборудование.

Видеоконференции в переговорной комнате или конгресс-зале

Чтобы качественно оборудовать переговорную комнату, необходимо соблюсти множество нюансов. Естественно, чем их больше, тем выше стоимость подготовки. В первую очередь, необходимо правильно рассчитать и установить систему звукоусиления, на эту тему на одной из Видео+Конференций был хороший доклад. Если зал небольшой, то будет достаточно установить один или несколько спикерфонов (это специальные устройства, совмещающие в себе один или несколько микрофонов и динамиков, и предназначенные для устранения эхо и шумов).

Далее потребуется PTZ видеокамера, от обычной её отличает возможность поворачиваться, наклоняться вверх и вниз, а также приближать и удалять. Такая камера может как в ручном, так и автоматическом режимах (для этого потребуется спец. оборудование) переключаться между лицами докладчиков и залом. В качестве системы отображение рекомендуется использование двух ЖК экранов большой диагонали: один для видео участников, второй для презентаций и прочего контента.

Ну и не последнее место занимает интерьер помещения: хорошая освещенность, контрастный, но не яркий фон на стенах, шумопоглощающие панели и прочее. Как видно, стоимость оборудования переговорной комнаты в зависимости от выбранного решения видеоконференций, периферийного оборудования и отделки, может отличаться на порядок.

Видеоконференции на рабочем месте

Существует уже множество готовых наборов и комплексов, включающих в себя всё необходимое, но занимающее лишнее место на столе. Поэтому зачастую, а также в целях экономии, в качестве терминала видеоконференции используют обычный рабочий ПК, благо разницы в качестве, при правильном выборе периферии, между ним и специализированными аппаратными системами, нет.

Для подготовки ПК к сеансу видеоконференции потребуется хорошая веб-камера (см. список рекомендуемого нами оборудования), к сожалению, большинство встроенных в моноблоки и ноутбуки камер не пригодны для видеоконференций. Гарнитура (желательно USB-гарнитура) либо портативный спикерфон, подключаемый к ПК через USB интерфейс.

Мобильные видеоконференции

Одно из преимуществ видеоконференций — это их мобильность. Их можно использовать, даже находясь в поездке или на ходу. Устройство, которое может выступать в качестве терминала видеоконференций — смартфон, планшетный компьютер или даже часы. На них достаточно установить специальное приложение. Обо всё остальном уже позаботились производители этих устройств: фронтальная камера, мощный центральный процессор, аппаратная поддержка видеокодеков (которая в том числе нужна и для просмотра фильмов или YouTube), ну а хороший динамик и микрофон — это само собой разумеющееся. Такой способ проведения видеоконференций позволит вам быть всегда на связи со своими коллегами, партнерами по бизнесу, друзьями или родственниками вне зависимости от обстоятельств.

С другой стороны, существует ряд сложностей, связанных с мобильными видеоконференциями, некоторые отрасли ещё предстоит решить, чтобы сделать их по-настоящему удобными и популярными, как на ПК.

Что влияет на качество видеоконференций?

В отличие от привычных нам электронных коммуникаций, таких, как электронная почта или обмен сообщениями, видеоконференции относят к так называемым коммуникациям в реальном времени (от англ. Real Time Communications), которые накладывают более серьёзные требования, как на терминалы видеоконференций, так и на каналы связи, их связывающие.

Все мы привыкли судить о качестве соединения по его скорости, что в контексте видеоконференции будет не совсем верно. Заявленная скорость может быстро изменяться во времени, может снижаться под нагрузкой, может кардинально отличаться от направления передачи. В то время, как всё это критически важно для видеоконференций, где равномерность и предсказуемость потока данных наиболее важны. Системе видеоконференций не сложно подстроить видеопоток под широкий диапазон значений от 64 кб/с до, скажем, 4 Мб/с, в зависимости от вида конференции и качества сигнала участников. Гораздо сложнее в реальном времени адаптировать ширину канала под изменяющиеся условия каждого из участников сеанса связи.

В реальных условиях на первое место при оценке качества видеоконференций выходит тип архитектуры, используемой для организации видеоконференций, и способность этой архитектуры работать в постоянно изменяющихся условиях:

Самым простым решением данной проблемы является жёсткое резервирование, как аппаратных, так и сетевых ресурсов системы видеоконференций. Но при этом, такое решение самое дорогое. К счастью, наука и технологии не стоят на месте, и современные системы видеоконференций могут гарантировать отличное качество связи в любых условиях за счёт применения современных программных архитектур. Давайте остановимся на этом вопросе подробнее.

Типы (архитектуры) систем видеоконференций

Чтобы сгладить технические ограничения со стороны терминалов, обмен данными всегда осуществляется через некоего медиума — сервер ВКС.

Очевидно, эффективность такой системы зависит от:

Именно эти параметры мы имеем в виду, говоря о различных архитектурах системы видеоконференций.

Раньше было принято делить их на программные и аппаратные, но примерно с 2014 года это стало не актуально, поскольку появились и программные, и аппаратные решения с нетипичной для таковых архитектурой. Кроме того, все ведущие производители стараются переложить свою ВКС инфраструктуру на виртуализированные среды чтобы поставлять как программное обеспечение.

Мы разберём четыре архитектуры в порядке появления и улучшения друг друга. Краткое описание различий между ними приведено в таблице.

Архитектура видеоконференций на основе микширования (MCU)

Вся обработка данных происходит на стороне сервера. После сбора исходных видеопоток со всех терминалов сервер отдельно для каждого терминала:

Такая архитектура называется микширующей или MCU (от англ. Multipoint Control Unit). Системы на основе MCU требуют большой вычислительной мощности и плохо масштабируются, даже с учётом возможной виртуализации. К тому же стоимость подключения нового абонента в подобной инфраструктурах крайне высока.

Архитектура видеоконференций на основе мультиплексирования (SFU, Switching)

Это классический подход к построению программных систем ВКС, по такому принципу, например, работает Skype. В отличие от MCU, сервер ВКС в данном случае не утруждает себя перекодированием, создает копии входящих потоков и пересылает их другим участникам “как есть”. Выходит, что каждый из терминалов получает сразу несколько видеопотоков в полном качестве, которые он просто не может отобразить одновременно. Терминалу приходится уменьшать разрешение каждого входящего видео от каждого из участников на своей стороне, либо просить уменьшать его перед отправкой, что ухудшает качество видео для всех остальных участников.

Плюс у этой схемы один: инфраструктура не требовательна к ресурсам и даже рядовой ПК может выдержать сотни таких конференций одновременно. Но вот минусов значительно больше: терминалу (обычно это простой ПК) приходится декодировать не один, а сразу несколько потоков, а серверу ВКС требуется в несколько раз большая исходящая ширина канала, чтобы вместить в себя все созданные им копии потоков.

Добавим к этому реальные условия, и получим систему, с трудом “переваривающую” кол-во участников больше, чем 3, и резко ухудшающую качество видео для всех, при присоединении к ней мобильного абонента, не способного “переварить” исходное качество картинки, отправляемое другими абонентами.

Архитектура видеоконференций на основе параллельной передачи (Simulcast)

Simulcast объединяет в себе преимущества MCU и SFU, частично адаптируя сетевую нагрузку под возможности терминалов, но не утруждая сервер обработкой видео.

В этой архитектуре сервер получает от каждого терминала не один, а несколько видеопотоков, копирующих изображение камеры в разном разрешении и качестве для разных полос пропускания. Далее, как и в SFU, каждый терминал получает набор отдельных видеопотоков участников, но качество снижается уже без дополнительного перекодирования, а просто за счёт выбора нужной копии.

Но нагрузка, связанная с одновременной поддержкой нескольких уровней качества видео, от этого никуда не исчезает – она перемещается в самое начало процесса и ложится на ВКС-терминал пользователя.

На практике кодирование терминалом трёх исходящих видеопотоков различного качества требует много ресурсов, а по логике вещей оно и вовсе избыточно – ведь информация (изображение) во всех потоках передаётся одна и та же, просто с разной степенью детализации.

К сожалению, разнообразие сетевых условий гораздо шире, чем три варианта ширины потока, которые использует Simulcast медиасервер, так что в реальных условиях ему редко удаётся эффективно использовать каналы и ресурсы терминалов.

Поэтому Simulcast был быстро отправлен на покой новой архитектурной концепцией, позволяющей варьировать качество видео без создания его явных копий.

Архитектура видеоконференций на основе масштабируемого видеокодирования (SVC)

Данная архитектура совмещает в себе все преимущества микширующего подхода и при этом лишена недостатков систем на основе мультиплексирования. Она дешевая, мгновенно масштабируется и работает на любых платформах. Это стало возможным благодаря развитию технологий обработки сигналов и сжатия данных.

Суть заключается в том, что терминал сжимает свой видеопоток слоями: каждый дополнительный слой повышает разрешение видео, его качество и кол-во кадров в секунду. Если канал между терминалом и сервером ВКС хороший, то терминал отправляет максимально возможное кол-во слоёв. Стоит заметить, что слой — это не отдельный видеопоток меньшего качества, а полноценная разница между ним и предыдущим слоем. Тем самым, SVC поток всего на 15-20% отличается по ширине канала от не SVC-потока, и значительно меньше требуемой суммы полосы пропускания независимых потоков.

Сервер ВКС, получив SVC-поток со слоями, просто отсекает лишние без перекодирования, только лишь за счёт выкидывания из него пакетов с данными по определенным правилам. Тем самым, позволяя на лету создавать индивидуальные наборы видеопотоков (“раскладки” окон) для каждого из участников групповой видеоконференции в зависимости от его реальных условий связи.

Сравнение архитектур

В таблице ниже приведены приблизительные показатели нагрузки на сеть и машины в конференции для четырёх человек.

Использование современных протоколов и кодеков

Для организации видеоконференцсвязи между различным программным обеспечением и оборудованием сторонних производителей используются стандартные протоколы передачи данных.

Сжатие и воспроизведение звука и видео во время сеанса конференцсвязи осуществляется посредством использования аудио и видеокодеков.

Выводы

Мы рекомендуем при выборе ВКС системы внимательно ознакомиться с принципами её работы и выбрать ту, которая позволит свести к минимуму расходы на её внедрение, масштабирование и поддержку. TrueConf Server соответствует всем указанным требованиям. Подробнее читайте здесь.

Источник