Бокс

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

Взаимодействие в режиме видеоконференций также называют сеансом видеоконференцсвязи.

Видеоконференцсвязь (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.

Направления применения видеоконференцсвязи

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;
решает кадровые вопросы и социально-экономические ситуации⁸;
предотвращает усталость и стресс;
позволяет следить за состоянием рынка и быстро реагировать на его изменения;
дает возможность принимать более обоснованные решения за счёт привлечения при необходимости дополнительных экспертов;
быстро и эффективно распределяет ресурсы, и так далее.

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:

центральное устройство кодек с видеокамерой и микрофоном, обеспечивающего кодирование/декодирование аудио- и видео- информации, 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, 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. ), или программно-аппаратной системы управления.

Цель внедрения видеоконференцсвязи

Для внедрения видеоконференцсвязи 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 так далее. При этом необходимо учитывать основные правила видеоконференцсвязи:

оборудование со стороны приёма/передачи должно быть одного производителя;
гарантированная высокоскоростная услуга связи или выделенные каналы связи только для сеансов видеоконференций;
стабильное и надёжное электропитание телекоммуникационного оборудования и видеоконференцсвязи;
оптимальные шумо- и эхо- поглощающие особенности помещения в котором будет установлено оборудование видеоконференцсвязи;
правильное расположение оборудования видеоконференцсвязи по отношению к световому фону помещения;
корректная настройка телекоммуникационного оборудования и видеоконференцсвязи по обслуживанию качества услуги связи с приоритезацией передачи данных;
компетентный обслуживающий технический персонал.

Основные категории и классы видеоконференцсвязи

Учитывая функции и цели применения, оборудование видеоконференцсвязи систематизируется на категории и классы.

Индивидуальные 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 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(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 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.

Административные системы представляют собой совокупность аппаратно-программных средств администрирования/управления многоточечными сеансами видеоконференцсвязи с использованием различного оконечного оборудования. К этой категории относятся сервера многоточечной видеоконференцсвязи (Multipoint Control Unit), а также программно-аппаратные системы управления (совокупность систем учёта, управления конфигурацией, безопасностью, производительностью и ошибками узлов, линий и оконечного оборудования видеоконференцсвязи).

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

Программные решения (англ. ) устанавливаются на компьютер, оснащённый web-камерой и головной гарнитурой.

К данному классу относятся:

Платные решения: Tandberg Movi, Polycom PVX, Meeting point 4.0, VideoPort SBS Plus, Tandberg See&Share и так далее.
Бесплатные решения: Sype, NetMeeting, VC software, Eiga, Earthlin beta, CU-SeeMe, Visital, Ivisit, HoneyQ, ICUII, ISPQ, VLVC, ooVoo, SightSpeedrvers, OpenH323 и другие.

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:

предназначены только для индивидуального использования (невозможно использовать в переговорных комнатах для проведения групповых сеансов видеоконференцсвязи);
высокая нагрузка на центральный процессор ПК.

Видеоконференции стандартного качества (англ. ) 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.

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

Класс высокой четкости (англ. или англ. ) 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:

в западных странах начался массовый переход на цифровое телевидение, в результате которого мониторы, фотоаппараты, камеры стали поддерживать технологии высокой четкости;
в дополнение к H.323 был ратифицирован стандарт сжатия видео H.264, обеспечивающий более эффективный алгоритм сжатия громоздких файлов для передачи видео по сети, в том числе беспроводной;
одновременно с этим на рынок было выпущено новое поколение высокопроизводительных специализированных процессоров для обработки видео.

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 не менее 1 Мбит/с. 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. ) технология проведения сеансов видеоконференцсвязи, обеспечивающая максимально возможный эффект присутствия. Практически это и есть совокупность класса видеоконференции высокой чёткости в комплексе с другим оборудованием.

Небольшие отличия от оборудования видеоконференцсвязи высокой чёткости:

повышенная четкость изображения;
улучшенное качество передачи звука, достигаемое благодаря высокой частоте дискретизации (до 22 кГц) и объёмному звучанию;
увеличенная пропускная способность канала связи.

Благодаря технологии телеприсутствия стали доступными следующие возможности:

воспроизведение малейших эмоциональных проявлений собеседника;
масштабирование изображения до размеров реального человека;
маскировка технологических деталей (видеокамер, микрофонов, рамок телевизионных матриц) и так далее.

Ситуационные/диспетчерские центры (англ. ) или комнаты предназначены для лиц, принимающих решения и могут быть использованы в различных областях деятельности.

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 так далее.

Организация каналов связи

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

Самый простой и дешевый метод организации видеоконференцсвязи через Интернет. Однако о качестве сеанса связи в данном случае говорить не приходится, так как интернет не является гарантированным каналом передачи аудио- и видео- данных. Плюс к этому добавляется и 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 512 кБит/с в обе стороны (для исходящего и входящего трафика).

Для проведения сеанса ВКС потребуется задать в оборудовании следующие параметры:

статический IP-адрес вашей системы ВКС;
шлюз сети провайдера;
маску подсети;
статический IP-адрес системы ВКС, с которой осуществляется соединение.

Немного сложнее настраивается связь по протоколу инкапсуляции видовой маршрутизации GRE (англ. ). 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. ) 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 проектов развития сети является сеть делового обслуживания Искра-2, которая основывается на существующей аналоговой телефонной сети общего пользования.

Необходимо отметить, что ISDN имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными аналоговыми сетями, но вот по сравнению с новыми телекоммуникационными технологиями передачи данных имеет ряд критичных недостатков:

тяжело отследить, на каком участке произошел сбой связи;
низкая оперативность восстановления каналов связи;
небольшая распространенность на территории РФ;
всего несколько операторов связи поддерживают данную технологию;
сравнительно высокая стоимость применения услуги связи при межрегиональном соединении.

Услуга связи по технологии IP VPN MPLS сегодня является одной из самых надежных и дешевых для организации видеоконференций через Интернет. Этому способствует:

VPN (англ. ) виртуальная частная сеть, то есть обобщённое название технологий, позволяющих обеспечить одно или несколько сетевых соединений (логическую сеть) поверх другой сети.
MPLS (англ. ) мультипротокольная коммутация по меткам, то есть механизм передачи данных, который эмулирует различные свойства сетей с коммутацией каналов поверх сетей с коммутацией пакетов.

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 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.

В 1990 году был одобрен первый международный стандарт в области технологий видеоконференций спецификация H.320 для поддержки видеоконференций по ISDN. Затем ITU одобрил еще целую серию рекомендаций, относящихся к видеоконференциям. Эта серия рекомендаций, часто называемая H.32x, помимо H.320, включает в себя стандарты H.321-H.324, которые предназначены для различных типов сетей передачи данных.
Во второй половине 90-х годов интенсивное развитие получили IP сети и Интернет. Они превратились в экономичную среду передачи данных и стали практически повсеместными. Однако, в отличие от ISDN, IP сети были плохо приспособлены для передачи аудио- и видео- потоков. Стремление использовать сложившуюся структуру IP сетей привело к появлению в 1996 году стандарта H.323 видеотелефоны и терминальное оборудование для локальных сетей с негарантированным качеством обслуживания (англ. ).
В 1998 году была одобрена вторая версия этого стандарта H.323 v.2 Мультимедийные системы связи для сетей с коммутаций пакетов (англ. ).
В сентябре 1999 года была одобрена третья версия рекомендаций.
17 ноября 2001 года была одобрена четвертая версия стандарта H.323. Сейчас H.323 один из важнейших стандартов из этой серии. H.323 это рекомендации ITU-T для мультимедийных приложений в вычислительных сетях, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (QoS). Такие сети включают в себя сети пакетной коммутации IP и IPX на базе Ethernet, Fast Ethernet и Toen Ring.

Основные стандарты видеоконференцсвязи:

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

1. H.320 по сетям ISDN;

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.

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;
возможность взаимодействия сетей;
платформенную независимость;
поддержку многоточечных конференций;
поддержку многоадресной передачи;
стандарты для кодеков;
поддержку групповой адресации.

Управление полосой пропускания передача аудио- и видео- информации, 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 видео- стандарты:

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.

Для видеоконференций на сегодняшний день чаще всего используется стандарт H.263 и H.264, так как для них не требуется видеоизображения очень высокого качества.

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

Основные аудио- стандарты:

1. Стандарт G.711 это стандарт для аудио- компандирования, который в основном используется в телефонии.

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

G.722.1 (1999 г.) стандарт аудиосжатия G.722.1 Annex C базируется на стандарте Polycom Siren 14.
G.722.2 (2002 г.) более используемый вариант кодека, также известный как Adaptive Multi Rate WideBand (AMR-WB) Адаптивный, с Переменной Скоростью Широкополосный.

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.

В понятие системы управления сетями видеоконференций должны входить

Обработка и анализ ошибок обеспечение необходимыми инструментами для обнаружения сбоев и отказов сетевых и терминальных устройств, определения их причин и принятия действий по восстановлению работоспособности.
Управление конфигурацией отслеживание и настройка конфигурации сетевого аппаратно-программного обеспечения.
Учет измерение использования и доступности сетевых ресурсов.
Управление производительностью измерение производительности сети, сбор и анализ статистической информации о поведении сети для ее поддержания на приемлемом уровне как для оперативного управления сетью, так и для планирования ее развития.
Управление безопасностью контроль доступа к оборудованию и сетевым ресурсам с ведением журналов доступа для обнаружения, предотвращения и пресечения несанкционированного доступа.

К основным системам управления видеоконференции относят:

Tandberg: Tandberg Management Suite (TMS).
Polycom: Polycom Converged Management Application (CMA); Distributed Media Application (DMA); Global Management System (GMS); PathNavigator.
Emblaze-VCON: Media eXchange Manager (MXM).
Codian: Codian Management Platform (CMP); Codian Director; Codian Scheduller.

Производители аппаратных и программных решений для видеоконференций

Polycom (США), аппаратные и программные решения
Tandberg (Норвегия), аппаратные и программные решения
Sony (Япония), аппаратные решения
Aethra (Италия), аппаратные решения
Codian (Англия), аппаратные и программные решения
LifeSize (США), аппаратные решения
Vidyo (США), программные решения
RadVision (Израиль), аппаратные и программные решения
Emblaze-VCON (Израиль), аппаратные и программные решения
AddPac (Корея), аппаратные решения
Huawei Technologies (Китай), аппаратные решения
Cisco Systems (США), аппаратные решения
Scotty (Англия), аппаратные решения
e-wors (Италия), программные решения

VideoPort, программные решения
ВидеоМост, программные решения
DiViSy, программные решения
Vidicor, аппаратно-программные решения
Mototelecom Videomeeting System, программные решения