Видеоконференции в сети INTERNET

привести к цифровой революции в области видео, которую давно ожидают и

которая будет сравнима с цифровой революцией в области аудио, свершившейся

в последнее десятилетие.

Хорошие рыночные перспективы имеются у всех описанных выше стандартов:

JPEG, H.261 и MPEG.

Так, формат JPEG лучше всего применять для неподвижных изображений, а также

для видеомонтажа, если требуется высокая точность монтажа отдельных кадров.

Стандарт MPEG годится для видеопродукции, потребитель которой ждет качества

изображения, сравнимого с качеством изображения на бытовой аналоговой

видеокассете: компьютерных обучающих материалов, игр, кинофильмов на CD, а

также видео по требованию (video on demand). Для на сегодняшний день чаще

всего используется стандарт H.261, так как для них не требуется

видеоизображения очень высокого качества.

Стандарт Cell

Компания Sun Microsystems предложила свой стандарт компрессии

видеоизображения -- Cell. Существуют два метода компрессии по этому

стандарту: CellA и CellB. Метод CellA требует большей вычислительной

мощности для компрессии/декомпрессии сигнала, чем метод CellB. Поэтому в

системах видеоконференций, требующих работы видео в реальном времени,

используется метод CellB. В этом методе изображение делится на 4х4 группы

пикселов, называемых ячейками (cell). В основу алгоритма компрессии положен

метод BTC (Block Truncation Coding). 16 пикселов в каждой ячейке

преобразуются в 16-битовую маску цветности и две 8-битовых маски

интенсивности, поэтому для кодировки 384 битов требуются всего 32 бита. Это

означает степень сжатия 12:1. Преимущество метода Cell заключается в том,

что в процессе декомпрессии можно использовать графические примитивы

Windows-подобных систем. Такие примитивы выполняются аппаратно стандартными

графическими акселераторами, что позволяет пользоваться аппаратной

декомпрессией, используя стандартное оборудование, уже установленное в

компьютере.

Стандарт NV

Подразделение PARC компании Xerox предложило метод компресии NV (Network

Video). Метод используется чаще всего в системах телеконференций,

работающих в Internet. На первом шаге алгоритма текущее изображение

сравнивается с предыдущим и выделяются области, в которых произошли

значимые изменения. Компрессии и последующей пересылке подвергаются только

эти области. В зависимости от того, что является лимитирующим фактором --

полоса пропускания канала связи или вычислительная мощность оборудования,

для компрессии используются либо преобразование Фурье, либо преобразование

Гаара. После квантования преобразованного изображения достигается степень

сжатия до 20:1.

Стандарт CU-SeeMe

В экспериментальной системе видеоконференций CU-SeeMe, разработанной в

Корнуэлльском университете, входное изображение представляется 16

градациями серого цвета с 4 битами на пиксел. Изображение разбивается на

блоки пикселов общим количеством 8х8. Кадр сравнивается с предыдущим, и

пересылаются только блоки, в которых произошли значимые изменения.

Компрессия этих блоков происходит по алгоритму сжатия без потерь,

разработанному специально для системы CU-SeeMe. С учетом возможных потерь

данных в канале связи периодически пересылаются и неизменившиеся блоки.

Степень сжатия изображения составляет 1,7:1. Алгоритм компрессии изначально

был разработан для аппаратно-программной платформы Macintosh. Он работает с

восемью 4-битными пикселами как 32-битными словами. Для системы CU-SeeMe

минимальная пропускная способность канала связи должна быть не ниже 80

Кбит/с.

Стандарт Indeo

Фирма Intel разработала метод компрессии/декомпрессии Indeo. В основе

метода лежит расчет изображения текущего кадра по данным предыдущего.

Передача кадра происходит только в том случае, если расчетные значения

значимо отличаются от реальных. Компрессия осуществляется по методу 8х8 FST

(Fast Slant Transform), в котором используются только алгебраические

операции сложения и вычитания. Степень сжатия в методе Indeo составляет

1,7:1.

Стандарты компрессии/декомпрессии аудиосигнала

Методы ИКМ

Некоторые стандарты компрессии аудиосигнала основаны на технологии

оцифровки звука, называемой импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ [4](PCM,

pulse code modulation). Аналоговый звуковой сигнал дискретизируется по

времени и квантуется по амплитуде. Чем большее количество бит используется

для квантования по амплитуде, тем более высококачественным будет

воспроизведение звука. Если использовать логарифмический шаг квантования,

то звук, квантованный 8 битами, будет соответствовать по качеству звуку,

квантованному 14 битами с равномерным шагом. При этом степень сжатия

сигнала составит 1,75:1. Известны два метода логарифмического квантования:

A-law PCM и mu-law PCM. Mu-law PCM используется в США и Японии на цифровых

линиях связи ISDN. В других странах на линиях ISDN используется метод A-law

PCM. Оба метода вошли в рекомендацию стандарта G.711 ITU-TSS и требуют

минимальной пропускной способности канала не ниже 64 Кбит/с.

В методе импульсно-кодовой модуляции при временной дискретизации

аудиосигнала соседние по времени аудиоимпульсы кодируются независимо друг

от друга. Но, как правило, амплитуду каждого импульса можно предсказать с

большой долей вероятности, используя значение амплитуды предыдущего

импульса. В методе адаптивной дифференциальной импульсно-кодовой модуляции

ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation) рассчитывается разница

между амплитудой каждого импульса и его рассчитанным по предыдущему

импульсу значением. Для кодировки такой разницы требуется всего 4 бита,

поэтому в методе ADPCM степень компрессии аудиосигнала составляет 2:1. ITU-

TSS рекомендует несколько стандартов, основанных на методе ADPCM -- G.721,

G.722, G.723, G.726, G.727. В методе G.722 используется "двухуровневый"

ADPCM (Sub-Band ADPCM) со степенью дискретизации 16 КГц, 14 бит на

кодировку разницы сигналов. Метод предназначен для пропускной способности

канала не ниже 64 Кбит/с.

Компрессия/декомпрессия голоса

Для кодировки только человеческого голоса могут использоваться некоторые

специальные методы. При кодировании методом линейного предсказания LPC

(Linear Predictive Coding) реальная речь накладывается на аналитическую

модель голосового тракта. По каналу связи передаются только "параметры

наилучшего совпадения", которые при декодировании используются для

генерации синтетического голоса, близкого по звучанию к оригиналу. Для LPC-

кодировки требуется полоса пропускания не ниже 2,4 Кбит/с. Развитие метода

LPC, метод линейного предсказания с возбуждением кодов CELP (Code Excited

Linear Prediction), использует такую же аналитическую модель голосового

тракта, как и в методе LPC. Но в методе CELP рассчитываются отклонения

между исходной речью и аналитической моделью. По каналам связи передаются

параметры модели и отклонения. Отклонения представлены как индикаторы.

Индикаторы заносятся в общую книгу кодов, которая доступна кодировщику и

декодировщику. Дополнительные данные в виде индикаторов позволяют добиться

декодированного сигнала более высокого качества, чем при простой кодировке

LPC. CELP требует пропускной способности канала не ниже 4,8 Кбит/с. В

качестве стандарта G.728 ITU-SS предложен метод LD-CELP (Low Delay CELP),

для которого требуется полоса пропускания не менее 16 Кбит/с. Метод LD-CELP

требует большой вычислительной мощности и специальных аппаратных средств.

Глава 2. Технические требования на абонентское устройство конференц связи

п. 2.1. Выбор структуры и форматов данных в системе видеоконференций

Идея создания Internet была предложения в связи с необходимостью

построения коммуникационной отказоустойчивой сети, которая могла бы

продолжить операции, если даже большая часть ее стала не доступной для

работы . Решение состояло с том, чтобы создать сеть , где информационные

пакеты могли бы передаваться от одного узла к другому без какого-либо

централизованного контроля. Если основная часть сети не работает, пакеты

самостоятельно передвигалась бы по доступным узлам до тех пор, пока не

попадут в точку своего назначения. Кроме того сеть должна быть устойчива к

возможным ошибкам при передаче пакетов.

В начале 80-х были подключены первые локальные сети и для использования в

построенной сети ( Internet) был выбран, адаптирован и затем повсеместно

принят для работы набор протоколов Transmission Control Protocol/Internet

Protocol (TCP/IP)[9]. (TCP/IP) вполне удовлетворял всем требованиям,

которые на него возлагались.

Существует много причин, почему протоколы семейства TCP/IP были выбраны за

основу Internet. Это прежде всего возможность работы с этими протоколами

как локальных (LAN), так и в глобальных (WAN) сетях, способность протоколов

управлять большим количеством стационарных и мобильных пользователей.

К данному протоколу больше подходит название "Комплекс протокол Internet".

В его состав входят протоколы UDP,ARP, ICMP, TELNET, FTP и многие и другие,

но часто используют только термин TCP/IP.

Часть из семейства протоколов TCP/IP обеспечивает выполнение

"низкоуровленых" сетевых функций для множества приложений, таких, как

работа с аппаратными протоколами, поддержка механизма доставки пакета по

адресу, назначения через множества сетей и хостов, обеспечение

достоверности и надежности соединения и др..

Другая часть протоколов предназначена для выполнения прикладных задач,

таких, как передача файлов между компьютерами, отправка электронной почты

или чтение гипертекстовой страницы WWW-сервера.

Задачей ТСР является доставка всей информации компьютеру получателя,

контроль последовательности передаваемой информации, повторная отправка не

доставленных пакетов в случае сбоя работы сети. Кроме того, если сообщение

достаточно большое, чтобы отправить его в данном пакете , ТСР делит и

отправляет его несколькими блоками . ТСР также осуществляет контроль за

составление первоначального сообщения из этих блоков на компьютере

получателя.

Подобно тому, как почтовый протокол использует ТСР, сам ТСР использует

протокол IP, который обеспечивает доставку пакета по адресу , т.е.

адресацию и маршрутизацию. Функции, которые представляет ТСР, необходимы

для работы множества приложений, однако существуют приложения, для работы

которых эти функции не требуются . Эти приложения используют вместо ТСР

свой протокол, обеспечивающий взаимодействие приложений, например UDP,

которому для работы также необходимы механизм, который бы осуществлял

доставку пакета по адресу ( т.е. уровня IP).

Схему использования проколов легче всего представить в виде дерева. На этом

дереве листьями будут пользовательские приложения, которые работают с

протоколами самого верхнего уровня ( например почтовым протоколом). В свою

очередь, протоколы верхнего уровня представляют собой ветви кроны. Уровень

ТСР можно представить как толстые сучья, которые растут из ствола и держат

крону. А сам ствол - это уровень IP.

Подобная модель построения нескольких уровней протоколов называется

"многоуровневым передаванием сетевых протоколов". Под этим подразумеваем,

что протокол на более высоком уровне при своей работе использует сервисы,

передавленные протоколами более низкого уровня. Семейство протоколов TCP/IP

имеет 4 ярко выраженных уровня:

уровень приложений ( прикладной уровень)

уровень, реализующий транспортные функции ( транспортный уровень)

уровень , обеспечивающий доставку и маршрутизацию пакета ( сетевой уровень)

уровень сопряжения с физической средой ( канальный уровень)

Опишем состав и основные функции протоколов каждого уровня семейства

TCP/IP:

Уровень сопряжения с физической средой ( канальный) обеспечивает надежный

транзит данных через физический канал. Этот уровень решает задачи

физической адресации, уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки

блоков данных и управления потоком информации.

Ниже этого уровня расположен только аппаратный уровень, который определяет

электротехнические, механические, процедурные и функциональные

характеристики активизации, поддержания и деактивизации физического канала

между конечными системами ( уровни напряжений, синхронизации изменений

напряжений, скорость передачи физической информации , максимальные

расстояния передачи информации, физические соединения и др.)

Сетевой уровень - это комплексный уровень. Он обеспечивает возможность

соединение и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными

к разным "подсетям", которые могут находится разных географических пунктах.

К этому уровню в TCP/IP относится межсетевой протокол IP, который является

базовым в структуре TCP/IP и обеспечивает доставку пакету по месту

назначения - маршрутизацию , фрагментацию и сборку поступивших пакетов на

хосте получателя. Этому уровню принадлежит протокол ICMP, в функции

которого входят, в основном, сообщения об ошибках и сбор информации о

работе сети.

Транспортный уровень представляет услуги по транспортировке данных. Эти

услуги избавляют механизмы передачи данных прикладного уровня от

необходимости вникать в детали транспортировки данных. В частности, заботой

транспортного уровня является решение таких вопросов, как надежная и

достоверная транспортировка данных через сеть. Транспортный уровень

реализует механизмы установки, поддержания и упорядоченного закрытия

каналов соединение, механизмы систем обнаружения и устранения неисправности

транспортировки, управления информационным потоком.

Транспортный уровень семейства TCP/IP представлен протоколами ТСР и UDP.

ТСР обеспечивает транспортировку данных с установлением соединения, в то

время как UDP работает без установления соединения. Оба эти протокола имеют

дело с конкретными процессами ( приложениями ) на компьютере и могут

обеспечивать связь процессов на различных компьютерах сети, хоть в их

компетенцию не входит управлением сеансом работы. Если ТСР обеспечивает

полный сервис транспортного уровня - надежность, достоверность и контроль

соединения, то UDP может отправлять пакеты от одного процесса к другому

без какого либо дополнительного сервиса, за исключением, разве что,

проверки контрольной суммы переданных данных.

Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых

партнеров для связи , синхронизирует совместно работающие прикладные

программы , устанавливает соглашения по процедурам устранения ошибок и

управления целостности информации. Кроме того протоколы прикладного уровня

определяют , имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой

связи. Прикладной уровень также отвечает за то, чтобы информация,

посылаемая из прикладного уровня одной системы была читаемой на прикладном

уровне другой системы. При необходимости он осуществят трансляцию между

множеством форматов представлений путем использования общего формата и

структур данных, а также согласует синтаксис передачи данных для

прикладного уровня. Прикладной уровень устанавливает и завершает сеансы

связи взаимодействия между прикладными задачами , управляет этими

сеансами, синхронизирует диалог между объектами и управляет обменом

информации между ними. Кроме того прикладной уровень предоставляет средства

для отправки информации и уведомления об исключительных ситуациях передачи

данных.

Комплект протоколов Internet включает в себя большое число протоколов

высших уровней, имеющих самые разнообразные применения, в том числе

управление сети, передача файлов, распределенные услуги пользования

файлами, эмуляция терминалов и электронная почта.

Стремительный рост Internet предъявляет новые требования к скорости и

объемам передачи данных. И для того , чтобы удовлетворить все эти запросы,

одного уведомления емкости сети недостаточно , необходимы разумные и

эффективные методы управления трафиком и контролем загруженности линий

передач.

Наиболее широко используемый протокол транспортного уровня - это, как было

описано выше, ТСР. Несмотря на то, что ТСР позволяет поддерживать

множество разнообразных распределенных приложений, он не подходит для

приложения реального времени. Использование ТСР в качестве транспортного

протокола ТСР для этих приложений невозможно по нескольким причинам:

1. Этот протокол позволяет установить соединение только между двумя

конечными точками, следовательно, он не подходит для многоадресной

передачи.

2. ТСР предусматривает повторную передачу потерянных сегментов,

прибывающих, когда приложение реального времени уже их не ждет.

3. ТСР не имеет удобного механизма привязки информации о синхронизации к

сегментам = дополнительное требование приложений реального времени.

Другой широко используемый протокол транспортного уровня - UDP не имеет

части ограничений ТСР, но и он не представляет критической информации о

синхронизации.

Эту задачу и призван решить новый транспортный протокол реального времени -

RTP ( Real-Time Transport Protocol), который гарантирует доставку данных

одному или более адресатам с задержкой в заданных пределах, т.е. данные

могут быть воспроизведены в реальном времени.

Пакеты RTP содержат следующие поля: идентификатор отправителя, указывающий,

кто из участников генерирует данные, отметки о времени генерирования

Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9