Архитектуры систем видеоконференцсвязи

Алина Крюкова
04.03.2014
Алина Крюкова
Категории: Обзоры

Любая система видеоконференцсвязи состоит из:

    • Терминалов ВКС – это могут быть абсолютно любые устройства, поддерживающие передачу видео и аудио: аппаратные, мобильные, программные, сложные системы телеприсутствия или даже оборудование, встроенное в холодильник;

Терминалы видеоконференцсвязи

  • Сервера ВКС, который необходим для проведения групповых видеоконференций;
  • Инфраструктуры – каналы связи, устройства для передачи данных, вспомогательное оборудование, например для трансляции и записи видеоконференции;
  • Периферийного оборудования – спикерфоны, микшеры, микрофоны, PTZ-камеры.

Какие типы видеоконференций существуют?

  • Видеозвонок – данный тип конференцсвязи предусматривает соединение между двумя (не более) абонентами, при этом наличие ВКС-сервера необязательно.
  • Групповая видеоконференция – сеанс многоточечной видеоконференцсвязи при участии трех и более абонентов. Для того, чтобы создать групповую видеоконференцию, необходимо наличие сервера, который будет коммутировать звонки, а также передачу видео и аудио данных. Такие групповые видеоконференции можно разделить на симметричные и асимметричные (видеовещание, селекторное совещание).

Архитектура сервера ВКС

Все решения делятся на две группы:

    • Аппаратные решения — обычно перекодируют видеопотоки для каждого из участников конференции, что требует много процессорных ресурсов.
    • Программные решения — не перекодируют видеопотоки, ресурсы процессора расходуются только на передачу данных.

Аппаратные решения — для реализации большого количества вычислений их часто строят на основе модулей с DSP-процессорами, причем решения позволяют наращивать мощность за счет увеличения количества модулей. Такие решения более дорогостоящие.

Программные ВКС-решения — не требуют перекодирования видео, поэтому могут быть построены на базе процессоров общего назначения, устроены намного проще и, следовательно, более доступны.

Модели внедрения ВКС системы

      1. Выделенное решение. Вся инфраструктура принадлежит и обслуживается заказчиком самостоятельно.
      2. Облачное решение. Сервер ВКС где-то в интернете. Терминалы ВКС в сети заказчика.
      3. Удаленное управление. Сервера и терминалы заказчика находятся под контролем сервис-провайдера

Принципы работы классической системы аппаратного сервера ВКС

MCU (сервер ВКС) принимает видеопотоки от каждого терминала, декодирует, микширует в один поток, затем каждому терминалу кодирует этот поток и отсылает.

Классическая аппаратная система ВКС

Плюсы и минусы аппаратных решений

Плюсы Минусы
Экономия каналов связи Требует квалифицированной поддержки, так как все современные аппаратные решения достаточно сложны и нуждаются в обслуживании высококвалифицированных и сертифицированных специалистов.
Отсутствие проблемы «слабого оборудования» за счет использования MCU и технологии масштабируемого видеокодирования (SVC). Сложности с масштабированием. Они возникают при обслуживании аппаратной системы, когда появляется потребность в увеличении количества серверов и пользователей.
Стандартизированные протоколы. Все аппаратные решения создавались по общим стандартам и спецификациям – за счет этого они глубоко совместимы между собой. Как минимум – аудио и видео между различными устройствами всегда совместимы. Сложности с расширением функционала – инструменты совместной работы, запись видеоконференций. Для этого также необходимы дополнительные модули (“железо”), что сказывается на стоимости системы ВКС.
Централизованное управление.

Архитектура программных решений ВКС

Программные решения бывают различных типов:

      • Клиент-серверные: связь между терминалами осуществляется через единый сервер. Это централизованная система, обладает хорошей управляемостью, высокая надежность достигается дублированием серверов. Недостатки — все данные идут через единую точку (сервер) и качество связи зависит от того, где расположен сервер.
      • P2P решения (peer-to-peer, P2P — равный к равному). Децентрализованная система, обладает высокой надежностью, но низкой управляемостью. Трафик проходит по различным узлам сети и различные точки связи (обычно терминалы). Недостаток — качество связи может меняться от пути прохождения данных и зависит также от мощности узлов.
      • Гибридные — объединяет достоинства обоих систем. Трафик между терминалами идет либо напрямую между терминалами, либо через сервер, в зависимости от анализа каналов связи.

Классическая архитектура ВКС на основе ПО

Программная платформа коммутирует входящие потоки от участников, размножает их согласно количеству принимающих участников и отсылает каждому пользователю.

Классическая архитектура ВКС на основе ПО

То есть, в симметричной групповой конференции с 4 участниками пользователь, который отправляет видео c разрешением 640х360 (SD — стандартное разрешение), получит в итоге видео с разрешением 4* (640х360) = 1280х720 (HD — высокой четкости).

Пользователь получает максимальное значение – сумму всех разрешений участников групповой ВКС.

Улучшенная архитектура ВКС без перекодирования на основе ПО

За счет использования технологии масштабируемого видеокодирования (SVC), каждый участник сможет получить картинку, адаптированную под его терминал. Так например, если терминал — это телефон с разрешением экрана 800х480, то разрешение 1280х720 уже избытычно для него и сервер уменьшает разрешения отсылаемых потоков видео.

Улучшенная архитектура ВКС на основе ПО

Такие решения выпускают уже сегодня, принцип их работы заключается в том, что терминалы ВКС кодируют видео специальным образом, так, что сжатый поток можно разделить на несколько подпотоков различного разрешения или различной частоты кадров без декодирования видео. ВКС сервер выступает в роли распределителя качества — “прореживает” потоки под изменяющиеся условия канала или мощности терминала выбирая оптимальный на данный момент подпоток таким образом, чтобы ни у вас, ни у ваших собеседников не возникало проблем в общении. В идеале, все это позволяет на основе программного решения построить полную эмуляцию аппаратного MCU, только здесь вместо перекодирования используется прорежение пакетов, что гораздо эффективнее с точки зрения процессорных ресурсов.

Какие клиентские приложения бывают?

        1. Десктопные
        2. Мобильные
        3. Браузерные (WebRTC)
        4. Smart TV (домашние телевизоры)

Плюсы и минусы программных решений

Плюсы Минусы
Возможно построение сервера на базе процессоров общего назначения и стандартных серверов
  • Быстрота внедрения.
  • Возможность тестирования.
  • Легкая расширяемость.
  • Возможность модернизации интерфейса/функционала.
  • Возможность использования модели SaaS (внешний сервер).
  • Использование уже имеющихся устройств
В качестве терминалов ВКС используются обычные ПК.
Отсутствие проблемы «слабого оборудования» — за счет использования SVC. Периферийное оборудование нужно приобретать отдельно.
Легко масштабируется – все зависит от ширины канала на сервере.
Весь функционал уже на борту.

Подписка на новости