Видеоконференцсвязь - относительно молодая технология, в 90-х годах благодаря появлению IP-сетей получившая новый импульс развития. Быстрое распространение web-технологии превратило Интернет в экономичную среду передачи различных видов информации. В отличие от ISDN сети IP изначально не были приспособлены для транспортирования аудио- и видеопотоков. Стремление же использовать их сложившуюся структуру привело к появлению в 1996 году стандарта H.323 «Видеотелефоны и терминальное оборудование для локальных сетей с негарантированным качеством обслуживания». В 1998 году была одобрена версия стандарта H.323v.2 «Мультимедийные коммуникационные системы с пакетной коммутацией», а в последующем приняты версии H.323v.3 и H.323v.4.

К видеоконференциям все чаще обращаются компании, имеющие партнеров в западных странах -- там уже не принято по любому поводу совершать вояжи, большинство проблем стараются решать с помощью сети, и наличие таких систем стало одним из условий сотрудничества.

Интерес к этой технологии проявляют и организации, имеющие сеть территориально разнесенных филиалов и подразделений и стремящиеся уменьшить затраты на передвижение своих сотрудников.

В государственных учреждениях и в корпоративных системах с помощью средств видеоконференцсвязи организуется совместная работа менеджеров с документами и приложениями в составе группы, а также доступ в корпоративную сеть из удаленных офисов. Возможности общения в реальном времени и интерактивного обмена информацией, предоставляемые системами видеоконференций, позволяют рассматривать их как часть решения по автоматизации деятельности руководителей и предприятия в целом. Видеоконференции можно использовать для проведения диспетчерских совещаний, удаленного наблюдения за ходом работ, контроля и диагностики оборудования, врачебных консилиумов и дистанционного обучения.

Чтобы достичь высокого качества видеоконференции, необходимы средства преобразования с высокой скоростью обработки аудио- и видеопотока и достаточная пропускная способность линий. Нужную скорость обработки поддерживают специализированные платы видеоконференций с кодеками. Существуют и чисто программные реализации, но они требуют значительных ресурсов и быстродействия компьютера и замедляют работу других приложений. Связь между пользователями мо

жет осуществляться по каналам ISDN (стандарт Н.320) с полосой 64-512 Кбит/с и в IP-сетях (стандарт Н.323) - с гарантированным качеством и полосой 1-1,5 Мбит/с. Выпускаются многопротокольные системы видеоконференций (H.320/H.323), поддерживающие и IP, и ISDN. Однако более широкое распространение получают системы, использующие локальные и распределенные IP-сети. Приемлемое качество видео получается при скорости передачи около 200 Кбит/с, а для достижения высокого качества изображения нужна скорость свыше 300 Кбит/с.

Функционирование и свойства видеоконференций

Способность совместно работать с приложениями - неотъемлемая часть современных систем видеоконференцсвязи. Далеко не всегда нас может удовлетворить простая возможность видеть данные и слышать партнера. Гораздо больший эффект дает общение и работа с различными документами, в том числе информационными, видовыми и графическими. И это дает импульс для распространения компьютерных видеоконференций с мультимедийной обработкой и пакетной IP-связью, -- набирая популярность, такие средства становятся все более предпочтительными и массовыми.

Важным свойством систем видеоконференцсвязи является способность формировать и воспринимать видео- и аудиосигналы. Настольные компьютерные системы видеоконференций состоят из набора ПО и дополнительных аппаратных средств -- периферийной платы, видеокамеры, микрофона, колонок или наушников. Для коммуникаций применяется локальная или распределенная сеть, канал ISDN или же аналоговые линии с модемом. В локальных сетях используется передача IP-пакетов данных, в то время как в ISDN-системе данные пересылаются непрерывным потоком.

Стандарт Н.323 устанавливает два формата изображения - CIF (352x288 точек) и QCIF (176х144 точек) с частотой не ниже 24 кадров в секунду. Качество видеоизображения определяется объемом передаваемых данных в единицу времени или доступной для видеосигнала полосой пропускания и применяемым алгоритмом компрессии.

Оптимальное качество видео обеспечивается на канале E1 при передаче данных со скоростью 2 Мбит/с. Однако в этом случае из-за высокой стоимости каналов ISDN возрастают затраты на эксплуатацию системы. Пользователи, которым требуется оптимальное сочетание качества видео и стоимости, могут, несколько поступившись качеством, применять каналы ISDN со скоростью 768 Кбит/с, 384 Кбит/с или 128 Кбит/с. Отметим, что средства для видеоконференций, поддерживающие спецификации MPEG-2 стандарта Н.321, позволяют получить полноэкранное видеоизображение телевизионного качества.

Линии ISDN, поддерживающие скорость 128 Кбит/с, обеспечивают передачу видеофрагментов с разрешением 352х288 точек и частотой 10-30 кадров в секунду. Однако из-за высокой стоимости применение ISDN ограничено. На аналоговых линиях в настольных системах видеоконференциий можно применять модемы, скорость которых составляет 28,8-56 Кбит/с, но пользователь в этом случае получит лишь низкое качество видеокадра с разрешением в окне размером 176х144 точки и частотой смены кадров от 4 до 10 в секунду.

Качество видеоконференцсвязи зависит от количества поддерживаемых алгоритмов сжатия звука, а также от системы подавления посторонних шумов и автоматического усиления основного сигнала. Высококачественные системы располагают функцией подавления акустического эха. Поэтому важное место в системе видеоконференцсвязи занимает кодер-декодер или кодек. При прочих равных условиях именно кодек определяет качество звукового и видеосигнала. Его функции могут быть реализованы как на программном или аппаратном (с использованием DSP) уровне, так и в программно-аппаратном устройстве. Этот фактор влияет не только на возможности кодека, но и на стоимость системы в целом. Однако здесь нужно учитывать такое обстоятельство: хотя программный кодек иногда в несколько раз дешевле аппаратных, он требует более высокой производительности и более мощных ресурсов компьютера.

Для проведения многосторонних видеоконференций, помимо терминалов и других видов оконечного оборудования и ПО, необходимы устройство управления многоточечной конференцсвязи MCU или видеосервер, который обеспечит связь трех и более терминалов, а в некоторых случаях - еще и контроллер зоны (gatekeeper) и шлюз (gateway).

MCU управляет ресурсами конференции, согласует возможности терминалов по обработке звука и видео, обеспечивает многоадресную рассылку аудио- и видеопотоков. К его качественным характеристикам относят масштабируемость, поддержку стандартных кодеков и протокола дистанционного управления SNMP.

Контроллеры зоны и шлюзы в стандарте H.323 не являются обязательными компонентами видеоконференцсвязи, но в них возникает необходимость, если в конференции используются терминалы, поддерживающие различные стандарты и протоколы -- (H.320 (ISDN), Н.310/321 (ATM) или Frame Relay).

Чтобы сеанс видеоконференции мог проходить в сетях с негарантированным качеством обслуживания (QoS), оборудование стандарта Н.323 должно поддерживать протоколы передачи информации в режиме реального времени - RTP (Real Time Protocol) и RTCP (Real Time Transport Protocol), а также в режиме многоадресной рассылки (IP multicast). RTP служит для синхронизации видео- и аудиопотоков и для управления последовательностью передачи пакетов. Транспортный протокол управления в режиме реального времени RTCP контролирует реализацию функций RTP, отслеживает качество обслуживания и снабжает соответствующей информацией компоненты, задействованные в конференции.

Есть и другие протоколы, не включенные в стандарт Н.323, но обеспечивающие мультимедийную связь. К ним относится протокол RSVP (Resource Reservation Protocol): поддерживающие его маршрутизаторы могут резервировать на время сеанса связи необходимую полосу пропускания и передавать изохронную информацию в виде непрерывного потока. Кроме того, использование этого протокола позволяет расширить в корпоративной сети возможности аудио- и видеоконференцсвязи, например, подключать к ней мобильных пользователей. С его помощью конечные станции сообщают сети о своих потребностях в ресурсах для конкретных сервисных служб реального времени. RSVP - это один из инструментов, гарантирующих качество работы для мультимедийных приложений.

Интересен протокол SIP (Session Initiation Protocol). Принятый организацией IETF в качестве рекомендации RFC 2543, он служит для установления Интернет-телефонной и мультимедийной связи между двумя любыми сетевыми устройствами, позволяя соединяться по адресу электронной почты. Поскольку SIP использует IP-адреса, а не ISDN-номера, как определено стандартом H.323, он обеспечивает соединение по одному "номеру", независимо от того, в каком городе или какой стране находится в данный момент корреспондент.

В отличие от SIP, разрабатывавшегося как протокол Интернета, H.323 создавался для организации видеоконференций в сетях ISDN, и лишь позже его приспособили для связи в локальных и глобальных сетях. В него включены протоколы Q.931, RAS и H.245. H.323 Ориентированный на сети с коммутацией каналов, H.323 вместо IP-адресов использует телефонные номера стандарта I.164 и требует применения кодеков.

При работе приложений «один со многими» или «многие со многими», важным свойством видеоконференции становится многоадресная рассылка потока данных, позволяющая минимизировать полосу пропускания посредством передачи пакетов заинтересованным получателям. Станция-отправитель, известив маршрутизаторы об открытии сеанса многоадресной рассылки, посылает пакеты, которые тиражируются в маршрутизаторе, коммутаторе или на сервере и доставляются на узлы, входящие в группу рассылки. К протоколам многоадресной маршрутизации относятся Distance Vector Multicast Protocol, Multicast Open Shortest Path First и Protocol Independent Multicast. Всякий раз, когда получатель с помощью протокола управления группой IGMP (Internet Group Management Protocol) оповещает маршрутизатор о том, что хочет принять участие в сеансе, сеть «прокладывает к нему путь» от отправителя. Неиспользуемые пути «отрезаются».

Оборудование для видеоконференций устанавливается на обычном компьютере с подключением аудио-, видео- и коммуникационных устройств. Подключиться к сеансу с компьютера столь же просто, как позвонить по телефону. Компьютер нужно сконфигурировать для использования в сети, включив в него средства обработки аудио- и видеоинформации, кодер-декодер, видеокамеру, микрофон, а также быстродействующий модем, сетевое соединение или ISDN-линию.

Оборудование для видеоконференций

Различают студийные, групповые и настольные системы видеоконференций.

Наибольшее распространение благодаря невысокой стоимости и быстрой окупаемости затрат, получили настольные средства, однако групповые системы по параметрам и цене приближаются к ним. Поэтому при выборе необходимого оборудования нужно применять комплексный подход, учитывая будущие потребности в масштабировании -- расширении круга пользователей, функциональных возможностей и приложений.

Настольные системы Главное достоинство настольных систем состоит в их доступности, компактности и экономичности, но они, как правило, способны обеспечить лишь нерегламентированный диалог двух собеседников, в котором могут быть использованы узкополосные линии связи. Затраты определяются в основном стоимостью ПО и аппаратных средств, установленных на рабочем месте. Необходимое оборудование: персональный компьютер с аудио- и видеоплатой, микрофон, динамики или наушники, видеокамера, платы подключения к локальной сети и/или к ISDN-линии связи. Сферы применения подобных систем -- интерактивный обмен видеоинформацией, групповая работа с приложениями, а также быстрая пересылка файлов при малых финансовых затратах.

Персональные системы исполняются как приложения под Windows с видеоизображением в небольшом окне, помещенном на рабочем столе. При этом можно использовать одиночную ISDN-линию (один или два канала по 64 Кбит/с). Кроме двухсторонней звуковой и видеосвязи, эти системы оснащаются средствами, облегчающими совместную работу с данными, разделяемыми приложениями и документами (редактирование документа или электронной таблицы). Применение дешевой видеокамеры и звуковых компонентов приводит к искажению изображения -- эффекту "тени" при быстром движении, который возникает вследствие ограничений ширины частотной полосы, наличия компромиссов в реализации кодека. И хотя декларируется совместимость таких систем со стандартами Н.320 и G.261, в большинстве случаев они обеспечивают частоту кадров ниже 10 в секунду и CIF-разрешение для них недоступно.

К недостаткам настольных систем видеоконференцсвязи относят невысокое качество видеоизображения и невозможность общения большого числа участников.

Групповые системы Подобно настольным групповые системы видеоконференцсвязи компактны и экономичны при общении с широкой аудиторией, но уже в варианте «группа с группой». При этом стиль общения -- практически формальный, основанный на регламенте.

На их базе возможно эффективное взаимодействие больших и средних групп пользователей, причем высокое качество видеоизображения позволяет осуществлять обмен и просмотр документов, отображение которых в настольных системах весьма затруднено. Подходят такие системы и для проведения дискуссий и выступлений, где участник не может присутствовать лично. Групповые видеоконференции требуют использования широкополосных ISDN-линий, и из экономической целесообразности их устанавливают в среднем или верхнем руководящем звене предприятий.

Системы групповых конференций реализуют полноэкранное видео с частотой изображений 30 кадров в секунду и высокое качество звука. Для этого применяются сложные кодеки, мощные аудио- и видеокомпоненты и широкая полоса пропускания цифровых каналов и PRI-соединение ISDN со скоростью от 384 Кбит/с до 2 Мбит/с. Стоимость таких систем может в несколько раз превышать цену настольных.

Студийные системы Отличаясь высоким качеством, студийные системы требуют специализированного оборудования, высококачественных высокоскоростных линий связи. Естественно, что такие потребности влекут за собой значительные затраты. Эти системы позволяют организовать общение большого числа людей, например, жестко регламентированное взаимодействие аудитории и лектора. Необходимое оборудование: камера студийного качества (их может быть несколько), соответствующие звуковые и контрольные устройства и мониторы, видеосервер и специализированное телекоммуникационное оборудование, а также устройства доступа к каналам спутниковой связи или оптоволоконным линиям.

Стандарты мультимедийной связи - протоколы семейства H.32x

Для видеоконференцсвязи комитетом ITU разработаны спецификации семейства H.32x на системы, позволяющие проводить видеоконференции по телефонным линиям, посредством ISDN-соединений и в локальных сетях и обеспечивающие совместимость продуктов различных фирм. Стандарт H.320 определяет совместную работу аудио- и видеосистем в ISDN-линиях, Н.324 регламентирует видеоконференции по аналоговым телефонным линиям, а H.323 -- работу мультимедийных приложений и проведение сеансов ВКС в локальных и распределенных сетях с протоколами IP. Кроме того H.323 предусматривает управление полосой пропускания, возможность межсетевого взаимодействия, платформную независимость, поддержку многоточечных конференций, многоадресной передачи, групповой адресации и стандартов для кодеков.