Системы потоковых мультимедиа. Решения для видеоконференций и телеприсутствия

Потоковое мультимедиа (от англ, stream media) — это мультимедиа, которые непрерывно получаются пользователем от провайдера потокового вещания. Это понятие применимо как к информации, распространяемой через телекоммуникации, так и к информации, которая изначально распространялась посредством потокового вещания (например, радио, телевидение) или непотоковой (например, книги, видеокассеты, аудиоСЭ).

Потоковое вещание и хранение информации. Размер, необходимый для хранения потоковой мультимедиаинформации (в большинстве файловых систем выражается в мегабайтах, гигабайтах, терабайтах и т. д.) вычисляется в зависимости от скорости передаваемой информации и продолжительности информации по следующей формуле (для одного пользователя и файла):

размер хранилища (в Мбайтах) =

= продолжительность (в с) х битрейт (в кбит/с)/(8 х 1024), если считать, что 1 мегабайт = 8 х 1024 кбитов.

Пример. Один час видео, закодированного со скоростью 300 кбит/с (типичное видео по состоянию на 2005 г., имеющее размер 320 х 240 пикселей), будет занимать:

(3600 с х 300 кбит/с) / (8 х 1024) =

= порядка 130 МБ места на диске.

Если файл, хранимый на сервере с режимом передачи по запросу, будет просматриваться 1000 людей одновременно по протоколу Unicast (1 клиент — 1 соединение, рис. 2.5), то сервер должен иметь следующую пропускную способность:

300 кбит/с х 1000 = 300,000 кбит/с =

= 300 Мбит/с сетевого интерфейса.

Это эквивалент порядка 125 ГБ информации в час. Разумеется, при использовании протокола Multicast (рис. 2.6) нагрузка на сервер намного ниже, так как для передачи информации всем клиентам используется единственный поток. Следовательно, такой поток будет занимать всего 300 кбит/с сетевого интерфейса сервера. Далее приводится более подробная информация об этих протоколах.

Рис. 2.5. Использование Unicast

Рис. 2.6. Использование Multcast

Серверы:

• • Ampache;
• • Broadwave, позволяющий создавать собственное вещание на основе готовых или «живых» аудиозаписей;
• • Darwin Streaming Server;
• • dyne:bolic — готовый Linux live CD для радиовещания;
• • Firefly Media Server;
• • Adobe Flash Media Server;
• • Flumotion Streaming Server;
• • FreeJ — программа видеопотока для Icecast;
• • Helix Community;
• • Icecast — потоковый медиасервер с открытым исходным кодом;
• • PlayOn — дешевый медиасервер, работающий на ПК и поддерживающий вещание Netflix;
• • PS3 Media Server — медиасервер с открытым исходным кодом для вещания на Playstation 3;
• • QuickTime Broadcaster;

. Red5;

• • SHOUTcast — аудиовещание (HTTP и/или мультикастинг);
• • Sockso — бесплатный сервер потоковой музыки, транслирующий музыку через любой веб-браузер;
• • SqueezeCenter — сервер потоковой музыки с открытым исходным кодом, основывающийся на музыкальной базе данных (ранее известный как SlimServer);
• • Steamcast — условно-бесплатный сервер потокового медиа;
• • Subsonic — веб-ориентированный медиасервер с открытым исходным кодом;
• • TVersity — веб-ориентированный медиасервер с частично открытым исходным кодом;
• • UltraStream SoundBox — коммерческий медиасервер, основанный на IceCast;
• • Unreal Media Server — кодировка в MPEG4/MP3 «на лету»; поддерживаются файлы MPEG 1/2/4, WMV, MP3, AVI;

. VideoLAN;

• • Windows Media Encoder;
• • Windows Media Services;
• • GNUMP3d — потоковый сервер для MP3-записей, OGG vorbis-файлов, фильмов и прочих медиаформатов.

P2P и мультикастинг:

• • FreeCast — Java-приложение, позволяющее создавать потоковые вещания по принципу «peer-to-peer»;
• • IceShare — Р2Р-протокол Icecast;
• • MediaBlog;
• • PeerCast — инструмент организации вещания по принципу «peer-to-peer», не требующий широкого исходящего канала;
• • Peercasting — мультикастинг-вещание в Р2Р-сети;
• • Rawflow;
• • Red Swoosh;
• • Tribler;
• • Veoh.

Программное обеспечение как услуга:

• • broadManager — Интернет TB-платформа;
• • Deezer;
• • eMusic;
• • eSnips;
• • gogoyoko;
• • Grooveshark;
• • iLike;
• • Justin.tv — позволяет пользователям создавать и смотреть «живое» потоковое видео;
• • Last.fm — интернет-радио и веб-сайт сообщества любителей музыки;
• • Live365 — библиотека потокового медиа;
• • MeeMix;
• • mog;
• • Musicovery;
• • Му Space;
• • Pandora Radio;
• • Playlist.com;
• • Qik;
• • Radiolicious — интернет-радио;
• • RadioTime;
• • ShareThe Music;
• • Songza;
• • Spotify — программа для музыки, существующая как в бесплатном, так и в платном вариантах. На данный момент, распространяется только в Великобритании/Европе;
• • UStream;
• • we7;
• • Wuala — бесплатное хранилище с возможностью потокового вещания.

Клиенты:

• • Campeaster — программа с открытым исходным кодом для управления радиостанцией, трансляцией и удаленной автоматизацией;
• • Ffmpeg;
• • FORscene — просмотр, разметка, редактирование и публикация видео с Java-интерфейсом;
• • LastBASH;
• • Liquidsoap;
• • Makradio Streamer — профессиональная система автоматизации интернет-вещания;
• • Мобилет-Медиа — профессиональная система потокового корпоративного телевидения;
• • Mod4Win;
• • Mount;
• • Muziic;
• • Qtch;
• • QuickTime;
• • SAM Broadcaster — профессиональная система автоматизации интернет-вещания;
• • SomaPlayer;
• • Swarmcast;
• • Traction;
• • Xiph.org.

Решения для видеоконференций и телеприсутствия

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 видео-конференц-связи.

Видео-конференц-связь (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, 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:

• • снижает время на переезды и связанные с ними расходы;
• • ускоряет процессы принятия решений в чрезвычайных ситуациях;
• • сокращает время рассмотрения дел в судах общей юрисдикции;
• • увеличивает производительность труда;
• • решает кадровые вопросы и социально-экономические ситуации;
• • дает возможность принимать более обоснованные решения за счет привлечения при необходимости дополнительных экспертов;
• • быстро и эффективно распределяет ресурсы и т.д.

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

• • центральное устройство — кодек с видеокамерой и микрофоном, обеспечивающими кодирование/декодирование аудио- и видеоинформации, захват и отображение контента;
• • устройство отображения информации и воспроизведения звука.

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

Большую роль в видеоконференции играют каналы связи, т.е. транспортная сеть передачи данных. Для подключения к каналам связи используются сетевые протоколы 1Р или 18014.

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

Как правило, ВКС 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 ВКС. Для реализации данного режима требуется наличие активации многоточечной лицензии в кодеке при условии, что устройство поддерживает данную функцию, либо специального видеосервера MCU (Multipoint Control Unit) или программно-аппаратной системы управления.

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

• • гарантированная высокоскоростная услуга связи или выделенные каналы связи только для сеансов видеоконференций;
• • стабильное и надежное электропитание телекоммуникационного оборудования и ВКС;
• • оптимальные шумо- и эхопоглощающие особенности помещения в котором будет установлено оборудование ВКС;
• • правильное расположение оборудования ВКС по отношению к световому фону помещения;
• • корректная настройка телекоммуникационного оборудования и ВКС по обслуживанию качества услуги связи с при- оритетезацией передачи данных;
• • компетентный обслуживающий технический персонал;
• • техническое сопровождение и подписка на обновление оборудования через сертифицированного производителем поставщика.

Категории видео-конференц-связи

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 ВКС в переговорных (совещательных) комнатах. Групповая система способна превратить помещение любого размера в видеоконференц-студию для проведения интерактивных совещаний. К групповым системам относятся приставки В КС (set-top) стандартного разрешения и с поддержкой высокой четкости (High Definition). К этой же категории относятся и системы класса TelePresence (телеприсутствие), которые предоставляют собой комплекс средств, обеспечивающий максимальный эффект присутствия удаленных собеседников в одной комнате.

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

Мобильные системы — это компактные переносные системы В КС для использования в удаленных районах и экстремальных условиях. Мобильные системы позволяют за короткое время организовать сеанс ВКС 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 ВКС. К инфраструктуре сети ВКС относится совокупность аппаратно-программных средств админист- рирования/управления с использованием различного оконечного оборудования и программного обеспечения — серверы многоточечной ВКС (Multipoint Control Unit), системы управления видеоконференциями (учет, управление конфигурацией, безопасностью, производительностью и ошибками узлов, линий и оконечного оборудования ВКС), системы распределения нагрузки распределенных серверов, шлюзы для прохождения трафика через межсетевые экраны, шлюзы с мобильными сетями и абонентами Н.320.

Программное решение (Software solution) устанавливается на компьютер, оснащенный 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 ВКС различных производителей (благодаря использованию открытых стандартов SIP и Н.323).

Общие ограничения программных решений:

• • предназначены в основном для индивидуального использования (практически невозможно применять для проведения групповых сеансов ВКС, например в переговорных комнатах);
• • высокая нагрузка на центральный процессор персонального компьютера.

Видеоконференции стандартного качества. Видеоконференции стандартного качества (Standard Definition) подразумевают поддержку четырех стандартных видеоразрешений: SQCIF (128x96), QCIF (176x144), CIF (352x288) и 4CIF (704x576) на скоростях передачи данных от 64 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 четкости. Класс высокой четкости (High Definition, HD) появился в связи с выпуском на рынок систем ВКС с более высоким разрешением, чем 4CIF. Разрешение HD (1280x720) требует в несколько раз больше пикселей для построения изображения по сравнению со стандартной ВКС, и, соответственно, для ее передачи по ВКС необходима более высокая скорость.

Появлению видеоконференции высокой четкости способствовало несколько факторов:

• • в западных странах начался массовый переход на цифровое телевидение, в результате которого мониторы, фотоаппараты, камеры стали поддерживать технологии высокой четкости;
• • в дополнение к Н.323 был ратифицирован стандарт сжатия видео Н.264, обеспечивающий более эффективный алгоритм сжатия громоздких файлов для передачи видео по сети, в том числе беспроводной;
• • одновременно с этим на рынок были выпущены высокопроизводительные специализированные процессоры для обработки видео нового поколения.

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 и выше. При отсутствии необходимой полосы пропускания технология HD позволяет адаптироваться под существующий канал связи, т.е. если полосы пропускания недостаточно для поддержки качества HD, то система В КС не откажется работать, а просто автоматически подберет соответствующую скорость работы стандартного качества.

Телеприсутствие (Telepresence) — технология проведения сеансов В КС, обеспечивающая максимально возможный эффект присутствия и имеющая следующие отличия по сравнению с оборудованием ВКС высокой четкости:

• • простота использования;
• • позиция и размер изображения собеседника;
• • линия взгляда — «глаза в глаза»;
• • быстрое и эффективное распределение ресурсов;
• • инструменты для совместной работы;
• • акустическое окружение и улучшенное качество передачи звука;
• • освещение;
• • отделка помещения.

Благодаря технологии телеприсутствия стали доступными следующие возможности:

• • ощущение погружения в разговор на расстоянии так, как если бы собеседники присутствовали в одной переговорной комнате;
• • передача малейших эмоциональных проявлений собеседника — мимика, жесты, позы и зрительный контакт.

Ситуационные и диспетчерские центры

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

Ситуационные и диспетчерские центры предоставляют возможность:

• • экспресс-анализа текущего положения;
• • моделирования сценариев возможных событий;
• • экспертной оценки принимаемых решений и их оптимизации;
• • выбора наиболее эффективного управленческого воздействия на ту или иную ситуацию и т.д.