Wideokonferencje

Sieci cyfrowe z integracją usług (ISDN) nie stanowią konkurencji dla nowocześniejszych rozwiązań z przełączaniem pakietów (sieci ATM, sieci IP). Ich sztandarową aplikacją są usługi wideokonferencyjne, oparte na tradycyjnych systemach komutacji PSTN bądś na szybkich sieciach pakietowych. Szacuje się, że nadal ok… 80 proc. Wszystkich połączeń wideokonferencyjnych instaluje się z użyciem ISDN, trochę mniej niż 5 proc. Z wykorzystaniem sieci ATM, a pozostałe to sieci z protokołem IP. W ostatnich latach pojawiło się wiele aplikacji i rozwiązań wideokomunikacyjnych, przeznaczonych zarówno dla komutowanych sieci PSTN, jak i rozległych sieci z protokołem IP. Jednak tylko niektóre z nich zasługują na miano prawdziwie wideokonferencyjnych.

Wideokonferencja oznacza audiowizualne połączenie telekomunikacyjne, umożliwiające zsynchronizowany i jednoczesny przekaz w czasie rzeczywistym ruchomego obrazu (z pełnym, dynamicznym ruchem treści obrazowej), głosu i danych między użytkownikami lub grupami użytkowników znajdujących się w różnych miejscach. Bardziej odpowiednim kryterium przynależności do tej grupy usług jest zgodność ze standardami transmisji typu H.320 lub H.323, co oznacza możliwość współpracy różnych urządzeń, pochodzących od wielu producentów. Charakterystyczną cechą usług wideokonferencyjnych jest transmisja multimedialnych sygnałów w czasie rzeczywistym, co narzuca potrzebę dysponowania odpowiednio szerokim pasmem oraz właściwą szybkością reagowania na zmiany, także niezbędną w przekazach wideokonferencyjnych przez sieci z protokołem IP (Internet).

Od strony funkcjonalnej aplikacje wideokomunikacyjne (głos i obraz) można podzielić na działające w trybie dwupunktowym point-to-point (np… Wideotelefonia), point-to-multipoint (zdalne prezentacje i szkolenia) oraz multipoint-to-multipoint do transmitowania wideokonferencji. W tego typu aplikacjach można stosować trzy sposoby transmisji danych: w trybie dwupunktowym typu unicast – z transmisją do jednego konkretnego odbiorcy, w trybie broadcast (rozsiewczym, mniej poprawnie: rozgłoszeniowym) – do wszystkich odbiorców w danej sieci logicznej oraz w trybie grupowym multicast – z przeznaczeniem wyłącznie do niektórych upoważnionych odbiorców sieci (dokładniej: więcej niż jednego, ale mniej niż wszystkich). Liczba czynnych terminali w jednej sesji wideokonferencyjnej najczęściej wynosi 3–4 stacje, zwykle nie przekracza 8 stanowisk.

Korzystając z multicastowego sposobu adresowania pakietów w aplikacjach typu point-to-multipoint – najczęściej obecnie użytkowanego w rozwiązaniach wideokonferencyjnych – oszczędza się na szerokości zajmowanego pasma w sieci w stosunku do najprostszych transmisji unicastowych. Jednak technologia ta musi być wtedy zaimplementowana nie tylko we wszystkich ruterach i przełącznikach sieciowych, ale również w poszczególnych stacjach końcowych sieci (terminale końcowe, komputery PC, stanowiska specjalizowane), na których uruchamiane są aplikacje wideokonferencyjne.

Sesje wideokonferencyjne realizuje się głównie przez sieci cyfrowe z integracją usług ISDN, a także za pośrednictwem szerokopasmowych sieci LAN, ATM i WAN. Powszechnie akceptowaną jakość przekazów audiowizualnych uzyskuje się obecnie przez kanały cyfrowe o przepływności minimum 384 kb/s (6 kanałów B) lub 768 kb/s (12 kanałów B) – uzyskiwanych w łączach stałych dostępu podstawowego ISDN PRA (Primary Rate Access) – co wymaga uprzedniego zamawiania i zestawiania takich traktów połączeniowych. W celu uzyskania wysokiej rozdzielczości obrazu, niezbędnej do zastosowań specjalnych, korzysta się z kanałów cyfrowych o przepływności 2 Mb/s (1920 kb/s dla ISDN), a niekiedy nawet wyższej.

Preferowaną i tanią technologią przekazu audiowizualnego jest sieć cyfrowa dostępu podstawowego ISDN BRA (Basic Rate Interface) z wykorzystaniem tradycyjnych systemów komutacji PSTN – czyli łączy dowolnie komutowanych niezależnie od odległości między użytkownikami. Takie trakty o przepływności 128 kb/s (dwa kanały B), zrealizowane za pośrednictwem zwykłej linii telefonicznej i tradycyjnego systemu komutacji, wkrótce będą umożliwiać dwupunktowy przekaz audiowizualny z pełnym ruchem obrazu, a więc bez potrzeby zestawiania trwałego połączenia komunikacyjnego. Nadal pieśnią przyszłości jest pełna łączność wideokonferencyjna z przepływnością kanałową jedynie 64 kb/s – czyli przez jeden tradycyjny kanał komutowanej linii telefonicznej. Obecnie tak małe przepływności kanału jeszcze nie dają zadowalającego przekazu multimedialnego, chociaż transmisja prostych obrazów wideofonicznych jest możliwa.

Podobnych ograniczeń szerokości pasma nie ma w jednej lokalnej lub kampusowej organizacji połączonej siecią komputerową LAN z protokołem IP (intranety), której przepływność łatwo daje się adaptować na potrzeby wideokonferencji. W komunikacji między odległymi lokalizacjami zakładowych sieci komputerowych LAN prawie wyłącznie stosuje się łącza cyfrowe ISDN. Prace nad szerszą ofertą usług wideokonferencyjnych przez globalną sieć Internet (protokół IP) trwają.

Standardy wideokonferencji

Standardy te powstały na potrzeby sieci ISDN, jednak z punktu widzenia użytkownika obowiązują one podczas transmisji przez dowolne środki transportowe (ISDN, ATM, IP, Internet). Istotnym elementem stabilizującym dalszy rozwój systemów wideokonferencyjnych jest grupa zaakceptowanych powszechnie standardów, pozwalających na bezproblemowe łączenie urządzeń pochodzących od różnych producentów, bez ograniczania dostępnych usług w sieciach LAN, WAN oraz IP. Istotnym czynnikiem rozwoju systemów wideokonferencyjnych, które początkowo wykorzystywały jedynie łącza dzierżawione lub łącza ISDN, stało się zastosowanie technologii IP. Pozwoliło to na zestawianie połączeń wideokonferencyjnych również wewnątrz firmy (intranety), wykorzystując do tego komputerową sieć lokalną LAN.

Dla systemów wideokonferencyjnych wyróżnia się kilka rekomendacji standaryzujących transmisję i współpracujące ze sobą terminale audiowizualne. Do najważniejszych zaleceń standaryzujących należą:

• zalecenia T.120 (Data protocols for multimedia conferencing) – seria rekomendacji T.120, które definiują wielopunktową usługę wymiany danych w systemach multimedialnych;
• zalecenie H.320 (Narrow-band visual telephone system and terminal equipment), określające techniczne wymagania dla usług i systemów wideokonferencyjnych w wąskopasmowych sieciach ISDN, łącznie z opisem sesji audio/wideo w tych sieciach;
• standard H.323 (Packed-based multimedia communication systems) – rekomendacja opisująca terminale i jednostki do usług multimedialnych w sieciach pakietowych z protokołem IP. Chociaż w zasadzie nie gwarantuje ona odpowiedniej jakości usług (QoS) dla strumieni uwarunkowanych czasowo, dobrze nadaje się do tworzenia sesji wideokonferencyjnych w sieciach LAN i rozległych WAN. Zalecenie opisuje sterowanie połączeniami, zarządzanie w połączeniach punkt–punkt i w wielopunktowych oraz definiuje kodeki dla sygnałów audio i wideo;
• protokół H.324 – definiujący sposób realizacji multimedialnych połączeń konferencyjnych w klasycznych sieciach analogowych;
• protokół H.263 – kolejna rekomendacja przesyłania obrazu, zapewniająca poprawę jego jakości, zwłaszcza w transmisjach o niewielkiej przepływności (128 kb/s);
• protokół H.281 – do zdalnego sterowania kamerą wideo.

Do najbardziej dojrzałych technicznie standardów komunikacji audiowizualnej należą zalecenia z serii T.120, H.320 i H.323. W sieciach ISDN stosuje się rekomendację H.320, a w sieciach zbudowanych na protokole IP rekomendację H.323 (LAN) – stosowaną powszechnie w systemach telefonii internetowej standardu VoIP. W obydwu sieciach (ISDN i IP/LAN) ma zastosowanie podstawowe zalecenie dla systemów wideokonferencyjnych – z serii T.120 (T.120–T.128). Oprogramowanie zgodne z serią T.120 pozwala współdzielić aplikacje między rozmówcami, co odpowiada sytuacji wspólnej pracy nad jednym tekstem, a także przy wielopunktowym przekazywaniu plików czy przesyłaniu zeskanowanych fotografii.

W grupach przekazu i kompresji sygnału głosu oraz dświęku obowiązują następujące standardy: G.711 (64 kb/s), G.728 (16 i 12,5 kb/s), G.729 (8 kb/s), G.723 (6,3 i 5,3 kb/s) oraz kompresja dświęku G.722 w pasmie 7 kHz (64, 56 lub 48 kb/s).

W aplikacjach czasu rzeczywistego dla wideokonferencji sieć transmisyjna musi spełniać szereg wymagań, do których należą przede wszystkim:

• odpowiednia przepustowość kanału (bandwidth) – określająca minimalną przepływność bitową medium, uzależnioną od ilości przesyłanej informacji, typu stosowanej kompresji i wymaganej jakości obrazu;
• małe opóśnienia pakietów (latency) – istotne w sesjach wideokonferencyjnych wymagających natychmiastowej wzajemnej wymiany informacji;
• mała fluktuacja opóśnień pakietów (jitter) – aby uniknąć nadmiernej wartości jitter należy stosować bufory danych w poszczególnych węzłach sieci komunikacyjnej, zapewniające właściwy poziom jakości sygnału QoS.

Wideokonferencyjne aplikacje

Wśród licznych zastosowań wideokonferencji do najczęściej używanych aplikacji można zaliczyć:

• telemedycynę – dającą możliwość zdalnej diagnostyki bądś szybkie uzyskanie konsultacji online od najlepszych specjalistów;
• zdalne nauczanie – za pomocą którego pracownicy, nauczyciele i studenci mogą pracować i uczyć się niezależnie od ich miejsca pobytu;
• systemy obsługi klientów – pozwalające na obsługę klientów na odległość za pośrednictwem transakcji (operacji bankowych, doradztwa finansowego, informacji bieżących) prowadzonych z multimedialnych kiosków. Możliwe jest wtedy np… Uzyskanie bezpośredniego kontaktu z obsługą banku przy wykorzystaniu wysokiej jakości transmisji obrazu i dświęku;
• zastosowania przemysłowo-korporacyjne – umożliwiające organizowanie i prowadzenie spotkań osób z różnych miejsc, bez potrzeby podróżowania, z jednoczesną pracą nad wspólnymi dokumentami;
• bezpośrednią kontrolę – w systemach służących do zdalnego nadzoru nad obiektami, z możliwością sterowania kamerą i rejestracją obrazów.

Przytoczone przykłady nie wyczerpują wszystkich możliwych zastosowań jednoczesnego przesyłania obrazu i głosu (spotkania, konferencje, wywiady). Prowadzenie wideokonferencji między kilkoma lokali­zacjami jednocześnie jest największą zaletą tej usługi. Większość oferowanych na rynku rozwiązań daje możliwość podglądu obrazu lokalnego w trybie „obraz w obrazie” lub z zastosowaniem odrębnego monitora kontrolnego. Umożliwiają one prowadzenie wielostanowiskowych wideokonferencji w następujących trybach:

• lektorski – w którym wszyscy uczestnicy wideokonferencji widzą lektora, a na jego monitorze pojawia się słuchacz zabierający w danej chwili głos. W najprostszym rozwiązaniu połączenie umożliwia jedynie oglądanie i słuchanie lektora;
• konferencyjny – za pośrednictwem którego na monitorach z podzielonym ekranem eksponowane są obrazy (zwykle cztery) pochodzące z różnych lokalizacji. Taki system pozwala na wymianę opinii i wspólną analizę projektu czy specjalistyczną konsultację;
• dyskusyjny – gdzie wszyscy uczestnicy wideokonferencji widzą na swoich monitorach osobę zabierającą głos;
• zarządzania bezpośredniego – podczas którego prowadzący spotkanie (operator mostka wideo) decyduje o tym, co pozostali uczestnicy widzą na swych monitorach. Lektor prowadzący może przekazać czasowo swoje uprawnienia dowolnej osobie, dysponującej wideoterminalem wyposażonym w taką funkcję.

Architektura systemów wideo

Istnieje duża różnorodność konkretnych rozwiązań systemów wideokonferencyjnych, wśród których daje się wyróżnić 4 podstawowe zespoły funkcjonalne: terminale wideokonferencyjne, bramy (gateways), nadzorcę (gatekeeper) realizowanych połączeń oraz opcjonalnie mostki wideokonferencyjne – MCU (Multipoint Conference Unit), niezbędne do zestawiania wideokonferencji wielostanowiskowych. Wykorzystanie wspomnianych elementów nie zawsze jest konieczne, lecz pozwala na budowę dowolnych konfiguracji sesji wideokonferencyjnych z wykorzystaniem sieci LAN, WAN, ISDN oraz ATM. ­Bardziej nowoczesne rozwiązania wielostanowiskowej wideokonferencji, działającej w multicastowym trybie IP i wyposażone w terminale z inteligencją klienta (w układzie klient–serwer), mogą już wydajnie współpracować bez instalacji mostków MCU w sieci.

W takiej koncepcji architektury funkcje poszczególnych komponentów systemu wideokonferencyjnego są następujące:

• Terminale wideokonferencyjne – podstawowy składnik systemu wideokonferencyjnego. Są one wykonywane w różnorodnej postaci jako: pojedyncze karty instalowane w komputerach PC, wideotelefony ISDN (przystosowane do współpracy ze zwykłymi odbiornikami TV) bądź kompletne, zintegrowane systemy do pracy grupowej. Poszczególne produkty systemu mogą być wyposażone w różne interfejsy sieciowe: ISDN, Ethernet, ATM i inne. W zależności od zastosowanego interfejsu przepływności zestawianych połączeń wideokonferencyjnych zmieniają się w zakresie 64–1920 kb/s. Do najczęściej stosowanych należą 128 kb/s (2 kanały B sieci ISDN) lub 384 kb/s (6 kanałów B).

Wideokonferencej działające w sieci IP LAN potrzebują bramy spełniającej funkcję administratora/nadzorcy (gatekeeper) do współpracy z wyposażeniem ISDN: 1. Użytkownicy końcowi łączą się z sesją wideokonferencyjną za pomocą terminali sieci LAN wyposażonych w protokół IP (H.323); 2. Mostek MCU koordynuje współpracą kilku terminali końcowych IP; 3. W połączeniach IP LAN - IP LAN, mostek kieruje trafik do odpowiedniego rutera, który przekazuje informacje (dane) za pomocą protokołu IP dp pdległego środowiska IP LAN; 4. W połączeniach z ISDN brama nadzorcy (administratora) prowadzi konwersję trafiku między sicią IP a siecią ISDN (format pakietowy).

Terminale te winny posiadać jedną lub więcej kamer i umożliwiać podłączenie dodatkowych urządzeń, takich jak inteligentne tablice czy urządzenia do sterowania. Do wyświetlania obrazu stosuje się wbudowane wyświetlacze, monitory komputerowe, projektory LCD (Liquid Crystal Display), monitory telewizyjne lub ekrany plazmowe. Grupa terminali audiowizualnych standardu H.323 winna ponadto zapewniać sygnalizację i zestawianie połączeń zgodnie z zaleceniami H.245 i Q.931 oraz komunikację z nadzorcą zgodnie z protokołem RAS (Registration/Admission Status).

• Brama – pomocniczy element służący do tworzenia połączeń wideokonferencyjnych między sieciami informatycznymi lub telekomunikacyjnymi, wykorzystującymi różne standardy (np… Połączenie sieci LAN z siecią ISDN). Zapewniając odpowiednią konwersję protokołów, brama umożliwia zestawianie połączeń między dwoma różnymi sieciami, wymianę komunikatów sterujących, przekodowanie sygnałów audio i wideo oraz łączenie terminali o różnych charakterystykach (H.323, H.320, telefony). Bramy winny mieć wiele interfejsów, zapewniając w ten sposób komutację kilku kanałów wideokonferencyjnych jednocześnie. Są one zwykle zbędne do audiowizualnej komunikacji w sieci jednorodnej.

• Nadzorca – jest urządzeniem zarządzającym połączeniami wideokonferencyjnymi w sieciach IP, co zapewnia obsługę kilku użytkowników oraz wielu połączeń jednocześnie. Pozwala na translację nazw użytkowników oraz ich adresów sieciowych, konfigurację, zarządzanie i ustalanie praw dostępu do sieci użytkownikom wideokonferencji oraz kontrolę wykorzystania pasma. Dodatkowo jest możliwe wyposażenie urządzenia nadzorującego w funkcję rozpoznawania głosu. Zadania nadzorcy coraz częściej integruje się z funkcjami bramy w jednym urządzeniu sieciowym.

• Mostek wideokonferencyjny (MCU – Multipoint Conference Unit) – stanowi pomocnicze urządzenie do zestawiania wideokonferencji w przypadku, gdy w sesji bierze udział więcej niż dwóch uczestników. Mostki MCU są wyposażone w szereg interfejsów: LAN, ISDN lub innych, co pozwala na zestawiania wideokonferencji między różnymi interfejsami i dla wielu przepływności. Pozwala również na współdzielenie transmitowanych dokumentów przez wiele zainteresowanych osób. Do zaawansowanych funkcji MCU należą:

– przełączenie aktywowane głosem (VAS), z możliwością dynamicznego przełączania aktualnie wyświetlanego obrazu po zmianie mówcy. Na wizji automatycznie znajduje się obiekt najgłośniejszy;

– kontrola mówcy (CC), dająca wybór osoby, która w danym momencie ma zabrać głos;

– tryb prezentacji (PM), zezwalający na oglądanie przez wszystkich uczestników wybranej osoby. Wybrana osoba widzi w danym momencie tylko osobę zadającą pytanie;

– dopasowanie przepływności (SM), umożliwiające zestawianie połączeń wideokonferencji wielopunktowej między użytkownikami systemów działającymi z różnymi przepływnościami;

– kaskadowanie, zapewniające łączenie wielu mostków MCU, w celu zwiększenia maksymalnej liczby jednoczesnych użytkowników systemu.

Istotne funkcje mostka MCU związane z nadzorowaniem wideokonferencji wielopunktowej (według zalecenia H.245), obejmują: rezerwowanie odpowiednich zasobów transmisji dla zapewnienia właściwego QoS, sterowanie ruchem oraz dołączanie lub odłączanie użytkowników do trwających sesji wideokonferencyjnych.