Видеоконференция

Что такое видеоконференции?

Видеоконференция – это сеанс связи между двумя пользователями или группой пользователей, независимо от их месторасположения, при этом, участники видят и слышат друг друга согласно правилам, определяемым видом видеоконференции.

Видеоконференции проводятся при условии использования специальных средств, которые могут быть реализованы как на основе аппаратных решений и систем, так и в виде программного обеспечения для ПК, мобильных устройств или браузеров.

Для обеспечения участников звуком и картинкой используется различное периферийное оборудование: камеры, экраны, микрофоны, спикерфоны, гарнитуры, конгресс-системы и проекторы. В качестве среды передачи данных может использоваться как сеть предприятия, построенная по различным принципам, так и глобальная сеть интернет.

Современные видео- и аудио кодеки, специализированные сетевые протоколы, различные алгоритмы обработки сигналов позволяют добиться качественной связи практически на любых каналах связи.

Зачастую во время сеанса видеоконференции необходима демонстрация различных медиа данных, для этого системы видеоконференций позволяют захватывать и передавать удалённым участникам презентации, изображение рабочего стола или отдельных его окон, а так же различные по форматам документы. Достигается это за счёт использования специального программного обеспечения, дополнительных камер (например, документальных камер), захвата сигнала с видеовыходов ноутбуков, ПК и прочих систем, включая медицинские комплексы.

Подытожим. Видеоконференция - это высокотехнологичный современный инструмент общения, предназначенный для повышения эффективности ведения бизнеса, оптимизации бизнес-процессов, ускорения принятия решений и экономии средств на командировках.

Виды видеоконференций

Существует два основных типа видеоконференций - персональная и групповая. Персональная видеоконференция подразумевает сеанс видеосвязи, в котором участвует всего два абонента. Под групповыми же видеоконференциями подразумеваются все остальные виды видеоконференций. Различные устоявшиеся правила отображения участников видеоконференции для каждой из сторон называются видами видеоконференций. Предлагаем разобраться в этом вопросе подробнее!

Видеоконференции 1-на-1

Здесь всё просто: участвуют два абонента, оба видят и слышат друг друга одновременно. Сразу оговоримся, что во время любого сеанса видеоконференции могут использоваться различные инструменты для совместной работы, такие, как обмен текстовыми сообщениями, файлами, презентациями и прочими медиа данными.

Схема работы видеозвонка 1-на-1

Симметричные видеоконференции

Они же видеоконференции с постоянным присутствием, от англ. Continuous Presence. Так называют сеанс видеоконференции, в котором участвуют более 2 человек и все участники видят и слышат друг друга одновременно. Естественно, видеоконференция подразумевает полнодуплексное общение. Другими словами, это аналог круглого стола, где у всех равные права. Групповая видеоконференция подходит для встреч, где требуется максимальная вовлеченность каждого участника.

Схема работы симметричной групповой видеоконференции

Видеоконференции с активацией по голосу

Название такого режима пошло от английского обозначения Voice Activated Switching (VAS). Эта видеоконференция предполагает следующий формат общения: все участники сеанса слышат и видят на своих экранах только выступающего докладчика, в то время, как он сам видит себя, либо предыдущего оратора. Возможны небольшие вариации данного механизма, но суть остаётся следующей: сервер ВКС отслеживает голосовую активность абонентов и переключает транслируемое всем участникам, изображение, на говорящего. У данного режима есть существенные недостатки, например, ложные срабатывания на шум, кашель или звонок мобильного телефона.

Видеоконференция с активацией по голосу - схема работы

Селекторные видеоконференции

Режим, в котором участники делятся на два вида: докладчики и слушатели, где каждый из слушателей может стать докладчиком (с разрешения организатора конференции). Ведущий такой конференции сам назначает докладчиков и может удалить их с видео-трибуны в любой момент.

Этот режим может так же называться ролевой видеоконференцией. Селекторная видеоконференция используется чаще всего при проведении веб-конференций (вебинаров).

Схема работы селекторной видеоконференции

Видеоконференции для дистанционного образования

Cпециальный режим, в котором все участники (ученики) видят и слышат только одного вещающего пользователя (преподавателя), а он видит и слышит всех учеников. Ученики не отвлекаются друг на друга, а преподаватель их контролирует.

Схема работы режима видеоконференций для образования

Видеотрансляция

Вид видеоконференции, в котором докладчик вещает на широкую аудиторию слушателей, при этом, он не видит и не слышит их. Остальные участники видят и слышат только докладчика. Обратная связь возможна только через текстовый чат. Зачастую, для сглаживания изменения сетевых условий, в ходе трансляции вносится значительная задержка до нескольких секунд между вещающим и слушателями.

Схема работы видеотрансляции

Оборудование для видеоконференций

В зависимости от места и способа подключения к сеансу видеоконференции, может потребоваться различное периферийное оборудование.

Видеоконференции в переговорной комнате или конгресс-зале

Чтобы качественно оборудовать переговорную комнату, необходимо соблюсти множество нюансов. Естественно, чем их больше, тем выше стоимость подготовки. В первую очередь, необходимо правильно рассчитать и установить систему звукоусиления, на эту тему на одной из Видео+Конференций был хороший доклад. Если зал небольшой, то будет достаточно установить один или несколько спикерфонов (это специальные устройства, совмещающие в себе один или несколько микрофонов и динамиков, и предназначенные для устранения эхо и шумов).

Далее потребуется PTZ видеокамера, от обычной её отличает возможность поворачиваться, наклоняться вверх и вниз, а также приближать и удалять. Такая камера может как в ручном, так и автоматическом режимах (для этого потребуется спец. оборудование) переключаться между лицами докладчиков и залом. В качестве системы отображение рекомендуется использование двух ЖК экранов большой диагонали: один для видео участников, второй для презентаций и прочего контента.

Ну и не последнее место занимает интерьер помещения: хорошая освещенность, контрастный, но не яркий фон на стенах, шумопоглощающие панели и прочее. Как видно, стоимость оборудования переговорной комнаты в зависимости от выбранного решения видеоконференций, периферийного оборудования и отделки, может отличаться на порядок.

Видеоконференции на рабочем месте

Существует уже множество готовых наборов и комплексов, включающих в себя всё необходимое, но занимающее лишнее место на столе. Поэтому зачастую, а также в целях экономии, в качестве терминала видеоконференции используют обычный рабочий ПК, благо разницы в качестве, при правильном выборе периферии, между ним и специализированными аппаратными системами, нет.

Для подготовки ПК к сеансу видеоконференции потребуется хорошая веб-камера (см. список рекомендуемого нами оборудования), к сожалению, большинство встроенных в моноблоки и ноутбуки камер не пригодны для видеоконференций. Гарнитура (желательно USB-гарнитура) либо портативный спикерфон, подключаемый к ПК через USB интерфейс.

Мобильные видеоконференции

Одно из преимуществ видеоконференций - это их мобильность. Их можно использовать, даже находясь в поездке или на ходу. Устройство, которое может выступать в качестве терминала видеоконференций - смартфон, планшетный компьютер или даже часы. На них достаточно установить специальное приложение. Обо всё остальном уже позаботились производители этих устройств: фронтальная камера, мощный центральный процессор, аппаратная поддержка видеокодеков (которая в том числе нужна и для просмотра фильмов или YouTube), ну а хороший динамик и микрофон - это само собой разумеющееся. Такой способ проведения видеоконференций позволит вам быть всегда на связи со своими коллегами, партнерами по бизнесу, друзьями или родственниками вне зависимости от обстоятельств.

С другой стороны, существует ряд сложностей, связанных с мобильными видеоконференциями, некоторые отрасли ещё предстоит решить, чтобы сделать их по-настоящему удобными и популярными, как на ПК.

Что влияет на качество видеоконференций?

В отличие от привычных нам электронных коммуникаций, таких, как электронная почта или обмен сообщениями, видеоконференции относят к так называемым коммуникациям в реальном времени (от англ. Real Time Communications), которые накладывают более серьёзные требования, как на терминалы видеоконференций, так и на каналы связи, их связывающие.

Все мы привыкли судить о качестве соединения по его скорости, что в контексте видеоконференции будет не совсем верно. Заявленная скорость может быстро изменяться во времени, может снижаться под нагрузкой, может кардинально отличаться от направления передачи. В то время, как всё это критически важно для видеоконференций, где равномерность и предсказуемость потока данных наиболее важны. Системе видеоконференций не сложно подстроить видеопоток под широкий диапазон значений от 64 кб/с до, скажем, 4 Мб/с, в зависимости от вида конференции и качества сигнала участников. Гораздо сложнее в реальном времени адаптировать ширину канала под изменяющиеся условия каждого из участников сеанса связи.

В реальных условиях на первое место при оценке качества видеоконференций выходит тип архитектуры, используемой для организации видеоконференций, и способность этой архитектуры работать в постоянно изменяющихся условиях:

  • Мощность ЦП оконечных терминалов. Параллельно сеансу связи пользователь может начать выполнять ресурсоёмкие задачи.
  • Возможности захвата видео на камере терминала. Камера может иметь отличное разрешение, но давать “зашумленную” картинку низкого качества при недостатке освещения.
  • Возможности отображения видеоконференции на экране терминала. Например, пользователь вышел из полноэкранного режима и теперь ему не надо пересылать видео в высоком качестве.
  • Ширина канала между сервером видеоконференций и между участниками. Это наиболее частая ситуация. Вариаций у неё может быть много: кто-то в организации начал закачивать из сети большой объём данных и резко сократил ресурсы сети на видеоконференцию. Или же вы, общаясь по видео со смартфона, попали в многолюдное место, и ближайшая базовая станция вашего оператора связи уже не может гарантировать вам прежнюю скорость и качество соединения.

Самым простым решением данной проблемы является жёсткое резервирование, как аппаратных, так и сетевых ресурсов системы видеоконференций. Но при этом, такое решение самое дорогое. К счастью, наука и технологии не стоят на месте, и современные системы видеоконференций могут гарантировать отличное качество связи в любых условиях за счёт применения современных программных архитектур. Давайте остановимся на этом вопросе подробнее.

Типы архитектур систем видеоконференций

Проведение любой групповой видеоконференции, очевидно, требует наличие механизма и способа организации передачи данных между её участниками. В виду того, что передача между участниками напрямую по принципу полносвязного графа (каждый к каждому) мало применима на практике (см. реальные условия из пред. раздела), то рассмотрим варианты с использованием некоторого медиума, назовём его "сервер ВКС", т.е. системы, работающей по топологии “звезда” (от центра к каждому).

В традиционных аппаратных ВКС системах такой сервер называется MCU, в программных устоявшегося названия нет. Задача сервера - коммутация и обработка потоков во время групповой видеоконференции. Сервер ВКС является ядром ВКС инфраструктуры, ресурсами которой пользуются ВКС терминалы.

Традиционно было принято делить по типу архитектуры все решения на программные и аппаратные, но в 2014 такое деление по ряду причин стало не актуальным. В первую очередь потому, что есть как аппаратные решения, использующие архитектуру, присущую программным решениям (на основе переключения и SVC), так и программные, копирующие принцип работы MCU. А, во-вторых, все ведущие производители стараются свою ВКС инфраструктуру переложить на виртуализированные среды и поставлять как программное обеспечение.

Архитектура видеоконференций на основе микширования (MCU)

Во время видеоконференции сервер ВКС принимает видеопотоки от каждого из участников, декодирует их, уменьшает, склеивает в новую картинку требуемого качества и разрешения для каждого из участников (не забывайте про реальные условия, описанные выше), заново кодирует и отправляет. Всё это требует огромной вычислительной мощности, вносит задержки на обработку на сервере, а также может ухудшать качество в результате пересжатия данных.

Масштабируемость такой архитектуры крайне низкая, даже с учётом возможности её виртуализации, поэтому цена на подобную инфраструктуру крайне высокая, и в современных реалиях такие расходы просто не оправданы.

Архитектура видеоконференций на основе мультиплексирования (Switching)

Это классический подход к построению программных систем ВКС, по такому принципу, например, работает Skype. В отличие от MCU, сервер ВКС в данном случае не утруждает себя перекодированием, создает копии входящих потоков и пересылает их другим участникам “как есть”. Выходит, что каждый из терминалов получает сразу несколько видеопотоков в полном качестве, которые он просто не может отобразить одновременно. Терминалу приходится уменьшать разрешение каждого входящего видео от каждого из участников на своей стороне, либо просить уменьшать его перед отправкой, что ухудшает качество видео для всех остальных участников.

Плюс у этой схемы один: инфраструктура не требовательна к ресурсам и даже рядовой ПК может выдержать сотни таких конференций одновременно. Но вот минусов значительно больше: терминалу (обычно это простой ПК) приходится декодировать не один, а сразу несколько потоков, а серверу ВКС требуется в несколько раз большая исходящая ширина канала, чтобы вместить в себя все созданные им копии потоков.

Добавим к этому реальные условия, и получим систему, с трудом "переваривающую" кол-во участников больше, чем 3, и резко ухудшающую качество видео для всех, при присоединении к ней мобильного абонента, не способного “переварить” исходное качество картинки, отправляемое другими абонентами.

Архитектура видеоконференций на основе масштабируемого видео кодирования (SVC)

Данная архитектура совмещает в себе все преимущества микширующего подхода и при этом лишена недостатков систем на основе мультиплексирования. Она дешевая, мгновенно масштабируется и работает на любых платформах. Это стало возможным благодаря развитию технологий обработки сигналов и сжатия данных.

Суть заключается в том, что терминал сжимает свой видеопоток слоями: каждый дополнительный слой повышает разрешение видео, его качество и кол-во кадров в секунду. Если канал между терминалом и сервером ВКС хороший, то терминал отправляет максимально возможное кол-во слоёв. Стоит заметить, что слой - это не отдельный видеопоток меньшего качества, а полноценная разница между ним и предыдущим слоем. Тем самым, SVC поток всего на 15-20% отличается по ширине канала от не SVC-потока, и значительно меньше требуемой суммы полосы пропускания независимых потоков.

Сервер ВКС, получив SVC-поток со слоями, просто отсекает лишние без перекодирования, только лишь за счёт выкидывания из него пакетов с данными по определенным правилам. Тем самым, позволяя на лету создавать индивидуальные наборы видеопотоков (“раскладки” окон) для каждого из участников групповой видеоконференции в зависимости от его реальных условий связи.

Использование современных протоколов и кодеков

Для организации видеоконференцсвязи между различным программным обеспечением и оборудованием сторонних производителей используются стандартные протоколы передачи данных.

  • H.239 - коммуникационный протокол поддержки двух медиапотоков от разных источников. Подходит для видеоконференций, в которых изображение выводится на два разных экрана (к примеру, в видеопереговорной, когда на одном экране - изображение докладчика, на втором - сопровождающая презентация).
  • H.323 - протокол передачи данных по сетям с негарантированной пропускной способностью. Применяется и в персональных, и в многоточечных видеоконференциях.
  • SIP - сетевой протокол установки соединения между клиентскими приложениями различных производителей, пришедший на смену стандарту H.323. Используется в видеоконференцсвязи и IP-телефонии.

Сжатие и воспроизведение звука и видео во время сеанса конференцсвязи осуществляется посредством использования аудио и видеокодеков.

  • H.264 - стандарт сжатия видео, обеспечивающий высокий уровень сжатия видеопотока с сохранением первоначального качества.
  • H.264 Scalable Video Coding (SVC) - кодек с компенасацией недостающих данных, который передает видео с использованием нескольких слоев. Устойчив к ошибкам в сети, например таким, как потеря пакетов.
  • H.265 - стандарт сжатия видео, в котором применяются более эффективные алгоритмы кодирования, чем в H.264. Среди особенностей данного видеокодека можно выделить повышенную устойчивость к потере пакетов при передаче медиаданных и минимальную задержку сигнала во время видеоконференций. Этот стандарт поддерживает форматы UltraHD: 4К и 8K.
  • Opus - аудиокодек для сжатия звука, отличающийся высокой производительностью и масштабируемостью.
  • G.722.1 Annex C - стандарт сжатия широкополосного аудио сигнала.
  • VP8 - видеокодек с повышенной устойчивостью к потере кадров и высокой скоростью декодирования видеопотоков.
  • VP9 - открытый стандарт сжатия видео, изначальная цель которого состояла в улучшении характеристик кодеков VP8 и H.265. В первом случае (по сравнению с VP8) основной задачей разработчиков стало уменьшение битрейта на 50% с сохранением изначального качества видео, во втором (по сравнению с H.265) - значительное улучшение эффективности сжатия видеопотоков.

Выводы

Мы рекомендуем при выборе ВКС системы внимательно ознакомиться с принципами её работы и выбрать ту, которая позволит свести к минимуму расходы на её внедрение, масштабирование и поддержку. На данный момент такие требования удовлетворяют все программные сервера видеоконференций на основе масштабируемого видеокодирования.

Новости из мира видеоконференций

Автор:
Источник: trueconf.ru

Поделиться: