06-05-2023
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 учетом передачи управляющих данных.
Видеоконференция применяется как средство оперативного принятия решения в той или иной ситуации; при чрезвычайных ситуациях; для сокращения командировочных расходов в территориально распределенных организациях; повышения эффективности; проведения судебных процессов с дистанционным участием осужденных[2], а также как один из элементов технологий телемедицины и дистанционного обучения.
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.
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:
Учитывая функции и цели применения, оборудование видеоконференцсвязи систематизируется на категории и классы[11].
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 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 — 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[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.
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.
Категории подразделяются на классы, которые включают в себя пять различных классов.
Программные решения (англ. Software solution) устанавливаются на компьютер, оснащённый веб-камерой и головной гарнитурой.
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).
Общие ограничения программных решений:
Видеоконференции стандартного качества (англ. Standard Definition) подразумевают поддержку четырёх стандартных видеоразрешений: SQCIF (128x96), QCIF (176x144), CIF (352х288) и 4CIF (704x576) 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.
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 технология HD позволяет адаптироваться под существующий канал связи, то есть если полосы пропускания недостаточно для поддержки качества HD, то система видеоконференцсвязи не откажется работать, а просто автоматически подберёт соответствующую скорость работы стандартного качества.
Телеприсутствие (англ. TelePresence) — технология проведения сеансов видеоконференцсвязи, обеспечивающая максимально возможный эффект присутствия.
Отличия от оборудования видеоконференцсвязи высокой чёткости:
Благодаря технологии телеприсутствия стали доступными следующие возможности:
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:
Основную роль в видеоконференции играют каналы связи между абонентами. Рассмотрим несколько методов организации каналов связи для видеоконференций.
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).
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 заложен и в протоколе IPsec.
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:
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.
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.
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.
Основные видеостандарты:
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.
Некоторые стандарты компрессии аудиосигнала основаны на технологии оцифровки звука, называемой импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ.
Основные аудиостандарты:
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.
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».
В понятие «системы управления сетями видеоконференций» должны входить [18]
Видеосвязь.
