Образование видеоконференции в сетях IP

Еще не так  давно видеоконференцсвязь была имиджевым атрибутом крупных  компаний или игрушкой для самых  увлеченных. Теперь же развитие технологий привело к появлению решений, которые не только окупаются, но и  помогают экономить время и деньги. Как видеоконференцсвязь проделала  путь от статьи расходов до средства, позволяющего эти расходы снизить, чем принципиально  различаются инструменты для  организации видеоконференций, а  также какое будущее ждет видеоконференцсвязь - обо всем этом мы расскажем далее.

Сегодня видеоконференцсвязь  представляет собой эффективное  средство для построения и поддержания  контактов. Современные системы  позволяют участникам не только видеть и слышать друг друга, но и обмениваться данными и вместе их обрабатывать - вне зависимости от того, где  находятся участники конференции. Обстановка видеоконференций максимально  приближена к личному общению, при  этом технология позволяет применять  видеосвязь тогда, когда встреча  по той или иной причине невозможна либо требует больших финансовых и временных затрат.

Применение видеоконференций

Уже сейчас видеоконференции достаточно широко применяются в  следующих областях:

Бизнес

Пожалуй, в  бизнесе этот вид связи используется наиболее часто. Видеоконференция часто  может заменить командировку в том  случае, когда общения по телефону и электронной почте недостаточно. Кроме того, технология позволяет  оперативно проводить совещания  и общаться с партнерами во всем мире, не тратя время и деньги на дальние поездки.

Образоваие

Видеоконференции  выводят дистанционное образование  на новый уровень, максимально приближенный к очному обучению. Преподаватель  может не только читать лекции, но и  показывать дополнительные материалы, иллюстрирующие ее. Студенты же, в свою очередь, получат возможность задавать вопросы по пройденному материалу. Помимо этого, видеоконференцсвязь  очень удобна для дистанционного обучения персонала, так как специалисту  не приходится каждый раз выезжать к новой группе обучаемых.

Техническая поддержка

Работникам  техподдержки видеоконференции также  могут существенно облегчить  работу: в тех случаях, когда приходится ехать в офис на другом конце города только за тем, чтобы нажать пару кнопок, видеоконференция может оказаться  просто незаменимой для того, чтобы  избавить работника от ненужной поездки. Этот способ связи также хорош, если нужно быстро диагностировать проблему, а устранить ее поможет механизм показа и контроля над удаленным  рабочим столом.

Телемедицина

Формат видеоконференции позволяет проводить интерактивные  консультации между медицинскими центрами, обсуждать клинические случаи и  оказывать помощь в диагностике  больных. Особенно ценна такая возможность  для удаленных медицинских пунктов.

Неформальное общение

Видеозвонки оценили и люди, по той или иной причине не имеющие возможности  встретиться лично с друзьями или родственниками. Хотя видеоконференцию не назовешь заменой реальной встрече, такое общение приносит гораздо  большее удовлетворение, чем обычный  разговор по телефону. Немаловажную роль играет также и то, что сейчас видеоконференцсвязь стала доступна рядовым пользователям: существуют программы, которые предоставляют  возможность проведения видеоконференции бесплатно при условии, что участников не больше двух. А еще 30 лет назад  ее можно было назвать непозволительной роскошью.

История развития видеоконференцсвязи

Видеоконференции  впервые шагнули на рынок в 1964 году, когда компания AT&T представила  свою систему видеотелефонии. Идея вызвала интерес, однако отсутствие эффективных методов сжатия видеоданных  сделало свое дело - качество изображения  было низким. Кроме того, видеофон требовал специальных дорогостоящих каналов  связи, поскольку коммутируемые  каналы, которые использовались повсеместно, не обладали достаточной полосой  пропускания.

В начале 1980-х  сетевые стандарты ISDN позволили  снизить стоимость эксплуатации видеосвязи, и в 1982-м компания Compression Labs представила свою систему видеоконференцсвязи, которую, тем не менее, трудно было назвать  доступной по цене. Система стоила 250 тысяч долларов и использовала каналы связи, аренда которых обходилась в 1000 долларов за час. Кроме того, участники  такой видеоконференции должны были находиться в специально оборудованных  конференц-залах. В течение 1980-х компании работали над тем, чтобы предложить менее затратные решения, однако прорыв в этой области случился лишь с наступлением следующего десятилетия.

Действительно общедоступной видеоконференцсвязь  стала в 1990-х благодаря развитию и территориальному расширению сетей  передачи данных. К значительному  снижению стоимости привело также  принятие рекомендаций H.320 в 1990 году, которое  позволило перейти от проприетарного программного обеспечения и оборудования к стандартизированному. Позже была принята еще серия рекомендаций, часто называемая H.32x: помимо уже  упомянутого стандарта H.320 она включала в себя стандарты H.321-H.324, предназначенные  для проведения видеоконференций с  учетом различных типов сетей.

H.320: первая ступень к стандартизации 

Пакет стандартов H.320, описывающий сжатие звука и  видеоданных и механизмы их передачи по каналам с гарантированной  полосой пропускания, включает в  себя аудиокодеки, среди которых - G.711, G.722, G.728, G.729 и видеокодеки, такие  как H.261, H.263 и H.264. Ранние реализации протокола H.320 для негарантированных каналов  были непригодны, так как не было механизмов изменения полосы вещания  в зависимости от изменений сетевой  среды.

Видеокодеки 

Работа любых  систем видеоконференцсвязи, соответствующих  принятым рекомендациям, требует поддержки  всего двух стандартов кодирования  видео: H.263 и H.264. H.263 разработан для передачи видео по каналам с низкой пропускной способностью. В настоящее время  он необходим, в основном, для совместимости  с более ранним оборудованием. Однако, несмотря на появление более совершенных  стандартов видеокодирования, некоторые  современные системы видеоконференцсвязи  используют для групповых видеоконференций именно H.263. Это обусловлено тем, что стандарт компрессии H.263 менее  требователен к аппаратным ресурсам и, соответственно, более эффективен при увеличении нагрузки.

В 2003 году был  представлен более совершенный  стандарт H.264, представляющий собой  новую ступень развития сжатия видео, следующую после формата H.263. H.264 требователен к ресурсам, но обеспечивает высокую степень сжатия видеопотока, при этом позволяя добиться гораздо  лучшего качества изображения.

Аудиокодеки 

Чтобы обеспечить совместимость систем видеоконференцсвязи  разных производителей, терминалы H.323 должны быть способны работать со стандартом аудиокомпрессии G.711, подразумевающим  передачу звука со скоростью 64 кбит/с  в полосе стандартного телефонного  канала (до 3,4 кГц). Использование прочих стандартов опционально. Алгоритм кодирования G.711 позволяет добиться высокого качества звука, однако при этом требует высокой  пропускной способности канала.

Прочие аудиокодеки  используют алгоритмы сжатия информации с потерями, однако на качестве звука  это практически не отражается и, к тому же, позволяет снизить требования к пропускной способности канала в разы. Недостаток таких аудиокодеков заключается в том, что они, во-первых, требовательны к аппаратным ресурсам, а во-вторых, неустойчивы к потерям  пакетов.

Другие стандарты видеоконференцсвязи

Среди других стандартов, использующихся для видеоконференцсвязи, можно назвать SIP и XMPP(Jabber). Первый из них - протокол инициирования и контроля сеансов связи, предназначенный  для передачи мультимедийных данных, в том числе и для организации  видеоконференций. В протоколе SIP изначально не заложены форматы сессий передачи данных - эти параметры описываются  уже в самом запросе SIP, причем в текстовом режиме, что делает протокол очень удобным с точки  зрения разработки. Кроме того, в  отличие от H.323, который для работы требует открытия от 3 до 100 портов, SIP в некоторых режимах может  работать всего через один сетевой  порт.

Jabber, известный  и как XMPP, изначально ориентирован  на передачу текстовых сообщений.  Однако благодаря тому, что протокол  был спроектирован легко расширяемым,  он теперь также поддерживает  передачу голоса, видео и файлов, а значит - может использоваться  для проведения видеоконференций. Большое преимущество заключается  в том, что XMPP является расширяемой  и открытой системой, что особенно  удобно для проектов, соединяющих  в себе функции видеосвязи и мгновенного обмена сообщениями - как, например, GoogleTalk - так как появляется возможность общаться с пользователями других XMPP-серверов.

Коммутация видеозвонков 

В настоящее  время коммутация видеозвонков осуществляется двумя способами. Первый способ - прямая адресация по IP-адресу; в этом случае между абонентами устанавливается  прямое соединение. Такой подход удобен тем, что не требует дополнительных сервисов, однако у него имеется  и ряд недостатков. Предположим, к примеру, что у интернет-провайдера произошли изменения, и он назначает  клиентам новые IP-адреса; при этом пользователь зачастую даже не догадывается о произошедших переменах, и причина, по которой  прекратились видеозвонки от знакомых и партнеров, остается ему неясной. Аналогичная ситуация может возникнуть и при переезде. Кроме того, запомнить IP-адрес достаточно тяжело.

Гораздо удобнее  в этом отношении коммутация звонков  с помощью специального сервера  или нескольких серверов. Для идентификации  в этом случае можно использовать, например, адрес электронной почты, что позволяет избавиться от привязки к IP-адресу и облегчает запоминание  контактной информации. Сервер хранит аккаунты пользователей, осуществляет соединение абонентов друг с другом, определяет характеристики канала и  регулирует параметры соединения таким  образом, чтобы добиться оптимального результата в заданных условиях. Такой  сервер может быть как публичным, так и локальным. Публичный сервер доступен через Интернет и позволяет  совершать видеозвонки в любую  точку мира. Локальный же сервер обеспечивает видеосвязь в пределах корпоративной сети.

Программные и аппаратные системы 

Системы, обеспечивающие видеосвязь, можно условно разделить  на программные и аппаратные. Программные  системы основаны на использовании  программного обеспечения, которое, как  правило, состоит из двух основных модулей - персонального, устанавливаемого, соответственно, на персональный компьютер, и серверного. Такие системы не требует дополнительных вложений в дорогостоящее серверное  и пользовательское оборудование. Зачастую для проведения сеанса видеосвязи пользователю достаточно иметь персональный компьютер  с подключенными к нему недорогой  камерой и аудиоустройствами. Северная часть программного обеспечения  системы может быть установлена  практически на любой современный  сервер, а некоторые системы - например, VZOchat - не требуют и этого, поскольку  используют собственную инфраструктуру.

Аппаратные  системы, в свою очередь, используют специальное оборудование: терминальные устройства видеоконференцсвязи (как  аппаратные, так и программные) и  серверы видеоконференции. В составе  аппаратного комплекса поставляется все необходимое для видеоконференцсвязи  оборудование. Такой подход обеспечивает высокое качество изображения и  звука, но при этом требует и соответствующих  затрат: стоимость одной точки  доступа может составлять от 1,5 до 6 тысяч долларов в зависимости  от ее класса, цена же на серверы видеоконференцсвязи  исчисляется уже десятками и  сотнями тысяч долларов.

Технические проблемы, и как их обойти   

Как известно, в любой технической системе  есть несколько главных узких  мест. В случае с видеоконференцсвязью это пропускная способность сетевого канала (битрейт) и кодирование видеопотока. Дело в том, что в отличие, например, от потокового вещания, для которого активно используется буферизация  на клиентской стороне, специфика видеоконференцсвязи  не позволяет делать ставку на буферизацию - иначе в разговоре возникали  бы огромные паузы. Из этого следует, что для организации качественного  сеанса видеосвязи потребуется кодек, позволяющий сжать видеоданные, по возможности сохранив качество, и канал, по которому эти данные можно  будет передать с адекватной скоростью. Эти узкие места программные  и аппаратные системы обходят  по-разному. Рассмотрим, как с этой задачей справляются современные  системы обоих типов в тех  случаях, когда проводится групповая  видеоконференция.

В ходе видеоконференции аудио и видео с камеры кодируется с понижением битрейта, после чего данные отправляются в сеть. Для  групповой видеоконференции обязательным требованием является наличие в  сети агента, который распределяет потоки от разных участников. В основном, аппаратные решения - такие, как, например, системы Polycom - используют транскодирование видеопотоков. Система принимает  потоки от участников, декодирует и  микширует их в один поток. После  этого система пытается анализировать  данные о пропускной способности  канала до абонента и в соответствии с этими данными кодирует аудио  и видео для каждого из участников конференции. Таким образом, каждый получает индивидуальный поток, битрейт  которого зависит от пропускной способности  его канала связи. Это, с одной  стороны, позволяет сэкономить сетевой  трафик, однако с другой - требует  мощного оборудования и, как следствие, оборачивается дороговизной системы. К тому же каждый поток подвергается перекодированию с потерями.

Ведущие программные  системы - к примеру, VideoPort - идут другим путем: после того как установлена  пропускная способность канала принимающей  стороны, они не микшируют видео, а отдают команду отсылающей стороне  на соответственное понижение или  повышение битрейта по ходу конференции. Меняется качество, fps и, как следствие, выходной сигнал на ходу подстраивается под пропускную способность канала. При таком подходе наличие  хорошего сетевого канала и "продвинутого" видеокодека позволяет обойтись без дорогого оборудования. Однако такой подход предполагает приблизительно одинаковые условия приема и передачи сигнала. Если у одного из участников канал существенно хуже, чем у  остальных, то для него нужно отключать  видео или кодировать сигнал отдельно. В отличие от аппаратных, в программные  системы просто встроить такие средства совместной работы, как показ экрана компьютера параллельно видео (например, показ презентации), чат, "электронную  доску".