Przyszło komunikacji wideo w społeczestwie informacyjnym. Systemy wideokonferencji HD w sieci PIONIER. Mcisław Nakonieczny Dariusz Klimowicz Trójmiejska Akademicka Sie Komputerowa
Systemy wideokonferencyjne w NRENach europejskich systemy H.323, SIP (IP) i H.320 (ISDN) centralne mostki wideokonferencyjne MCU (Codian, Polycom, Radvision) wideoterminale rónych producentów HD i SD obecnie brak standardów integracji i współpracy pomidzy systemami wideokonferencyjnymi Educonf projekt europejski GÉANT2 w ramach aktywnoci SA6 hierarchiczna struktura gatekeeperów zarzdzajcych strefami numeracyjnymi systemu GDS (Global Dialing Scheme), numery postaci E.164 planowane wdroenie modularnego systemu zarzdzajcego wideokonferencjami Pionier dostosowanego do współpracy pomidzy NRENami
Usługa wideokonferencji w sieci Pionier obsługa rozdzielczoci Full HD 1080p (1920x1080) 2 wzły serwerowe (MCU, gatekeeper, serwer archiwizacji i strumieniowania) Szczecin Koszalin Pozna wzeł serwerowy Gdask główny Bydgoszcz Toru wzeł serwerowy zapasowy/równoległy Olsztyn Warszawa Białystok 22 wideoterminale (kodek, kamera, mikrofon, głoniki, monitor, projektor) Zielona Góra Wrocław Łód Czstochowa Puławy Radom Lublin mieszane konferencje wideoaudio H.323/SIP i audio VoIP SIP Opole Gliwice Kielce Kraków Rzeszów system planowania i rezerwacji wideokonferencji terminal wideokonferencyjny mostek wideokonferencyjny MCU
Schemat połcze wideokonferencyjnych mostek wideokonferencyjny MCU (40 jednoczesnych połcze Full HD) gatekeeper serwer archiwizacji i strumieniowania sprztowe wideoterminale Full HD oprogramowanie wideokonferencyjne PC PIONIER połczenia głosowe VoIP wideoterminal H.323/SIP wideoterminal PC H.323/SIP SIP telefon/bramka VoIP MCU gatekeeper H.323 SIP Proxy/Registrar serwer archiwizacji i strumieniowania (na ywo i z pliku) H.323/SIP wideokonferencja w trybie stałej obecnoci (continuous presence) HTTP,RTP,RTSP przegldarka WWW Windows Media Player Quick Time, Real Player MAN wideoterminal H.323/SIP
Struktura hierarchiczna systemu wideokonferencyjnego rozproszona i redundantna architektura optymalizacja dołczania wideoterminali przez system zarzdzajcy do wolnych mostków dostpnych w ramach systemu wideokonferencyjnego kaskadowe połczenia PIONIER pomidzy mostkami w Gdask celu łczenia MCU główne wideokonferencji H.323/SIP MAN Pozna MCU zapasowe/ równoległe MCU lokalne
Przepływ strumieni audiowideo w systemie wideokonferencyjnym protokoły nawizywania i kontroli połcze wideokonferencyjnych H.323, SIP protokoły wideo H.261, H.263, H.263, H.263, H.264 protokoły audio G.711, G.723.1, G.728, G.729 (3,4 KHz), G.722, G.722.1 (7 KHz), G.722.1C (14 khz), MPEG4 AACLC, MPEG4 AACLD (20 khz), G.719 (22 khz) obsługa drugiego strumienia H.239, BFCP szyfrowanie H.235, AES sterowanie zdaln kamer H.281 dodatkowy monitor serwer archiwizacji i strumieniowania dodatkowy monitor ekran i kamera wideoterminala kodek H.261, H.263, H.264 AACLC, AACLD, G.722.1C H.239, BFCP H.235, AES H.281 kodek ekran i kamera wideoterminala H.323, SIP MCU pilot mikrofon mikrofon pilot dodatkowa kamera komputer do prezentacji projektor ekran projektora kolumny głonikowe
Klasyfikacja urzdze wideokonferencyjnych wideoterminale H.323/SIP aplikacje na komputer osobisty dedykowany osobisty wideoterminal sprztowy kodek grupowy (1 lub 2 ekrany) systemy teleobecnoci (13 ekrany) mostki wideokonferencyjne MCU wbudowane w wideoterminal dedykowane urzdzenia serwery archiwizacji i strumieniowania dedykowane urzdzenia wbudowane w mostek lub wideoterminal
Pokój wideokonferencyjny prezentacja z komputera lub innego ródła wideo na dodatkowym ekranie H.239/BFCP wideoterminal Full HD z jednym ekranem o przektnej ~52 i kamer w stojaku umoliwiajcym łatwe przemieszczanie stół i krzesła dla kilku osób
Przygotowanie pokoju wideokonferencyjnego pokój dedykowany lub współdzielony z innymi spotkaniami harmonogram wykorzystania pokoju i system rezerwacji wygłuszenie pokoju odpowiednie materiały cian, sufitu, podłogi szczelne okna z moliwoci dokładnego zasłonicia owietlenie równomierne, jasne i rozproszone, brak cieni i nadmiernych kontrastów tło stanowice dobry kontrast dla osób biorcych udział w konferencji (np. szare, błkitne), brak wyranej faktury brak niepotrzebnego ruchu w polu widzenia kamery umeblowanie stół, krzesła właciwe rozmieszczenie i wygodny dostp do sprztu wideokonferencyjnego i innego wyposaenia wentylacja i klimatyzacja przyłcza sieci komputerowej i energetycznej
Przykładowa aranacja pokoju wideokonferencyjnego dodatkowy monitor lub ekran projektora wideoterminal kamera Ethernet 100 Mb/s 1000 W 70 mikrofon tablica
Wideokonferencja na sali wykładowej wideoterminal Full HD z kamer w stojaku umoliwiajcym łatwe przemieszczanie prezentacja z komputera lub innego ródła wideo na ekranie projektora Full HD moliwo zamiany obrazu pomidzy monitorem i projektorem dołczenie do systemu nagłonienia sali wykładowej dodatkowa kamera i mikrofon dla osób na sali
Testy urzdze wideokonferencyjnych wideoterminale, mostki, serwery archiwizacji i strumieniowania obsługa standardowych protokołów obsługa rozdzielczoci Full HD 1080p (strumie podstawowy i dodatkowy) zajmowane pasmo transmisji w sieci opónienia kodowania, transmisji i dekodowania jako obrazu (rozdzielczo, balans bieli, nasycenie kolorów, kontrast) zniekształcenia obrazu podczas ruchu kamera (zakresy ruchu w poziomie i pionie, obrót, zoom, kt widzenia) funkcjonalno (porty wideo i audio, wejciowe i wyjciowe)
Pomiary opónie urzdze wideokonferencyjnych dwa wideoterminale stojce obok siebie połczone wydzielon sieci lokaln (opónienie poniej 1 ms) aplikacja stopera mierzca czas z dokładnoci 10 ms zdjcie z krótkim czasem nawietlenia (~1/500 s) dodatkowe opónienie wnoszone przy połczeniu poprzez MCU kamera pierwszego wideoterminala stoper aparat fotograficzny ekran pierwszego wideoterminala (podgld lokalnej kamery) kodek MCU ekran drugiego wideoterminala (widok zdalnej kamery) kodek
Wyniki pomiarów opónie urzdze wideokonferencyjnych łczne opónienie kodowania, transmisji i dekodowania wideo (czas w ms) połczenia punktpunkt pomidzy takimi samymi wideoterminalami 8Mbps 6Mbps 4Mbps 2Mbps 1,5Mbp s 1080p30 LifeSize Room 200 470 340 Polycom HDX 8006 490 520 Sony PCSXG80 1Mbps Tandberg C90/C60 360 360 340 400 720p60 LifeSize Room 200 310 310 310 Polycom HDX 8006 370 410 340 Sony PCSXG80 420 410 410 Tandberg C90/C60 310 310 720p30 LifeSize Room 200 280 Polycom HDX 8006 400 380 Sony PCSXG80 530 510 520 510 540 Tandberg C90/C60 310 310
Pomiar rozdzielczoci obrazu urzdze wideokonferencyjnych transmisja i rejestracja obrazu specjalnej tablicy testowej mały wzrost rozrónialnoci szczegółów odbieranego obrazu pomidzy trybami 720p i 1080p zauwaalny na ekranie o przektnej powyej 50 cali kamera pierwszego wideoterminala tablica testowa ekran pierwszego wideoterminala kodek aparat fotograficzny ekran drugiego wideoterminala (widok zdalnej kamery) kodek
Porównanie kluczowych parametrów wideoterminali Parametr Wymagania Aethra Xtreme 300 EmblazeVCON HD7000pro LifeSize Room 200 Polycom HDX 8006 Sony PCSXG80 Tandberg C20 / C60 / C90 1 H.323 SIP H.264 H.239 BFCP / 2 1080p30 3 720p60 / 4 720p30 5 1080p301080p30 / 6 1080p30720p30 (1080p30720p5) (1080p30720p5) (1080p30720p5) (1080p30720p5) 7 720p30720p30? (720p30720p5) 8 audio szerokopasmowe MPEG4 AACLC MPEG4 AACLD Siren14/G.722.1 An.C Siren 22/G.719 9 stereo mikrofon / 10 stereo line in 11 maks. pasmo trans. 6 Mbps 6 / 12(MCU) 4 6 6 10 6 / 10(MCU) 12 rednie opónienie (ms) 1080p30 400 720p60 400 720p30 350?????? 470 310 280 490 370 400 410 510 360 310 310 13 kamera PTZ kt widzenia poziomy 90 15 10x 70 100 25 10.5x 74 100 25 10x 70 45? 4x 70 100 25 10x 70 100 25 10x 70 90 15 / 25 12x 72 14 wejcia wideo HD (oprócz kamery głównej) DVI HDMI Component 1 1 1 2 1 1 2 1 / 2 / 2 / 1 / 3 / / 2 15 wyjcia wideo HD DVI HDMI Component 2 2 1 1 2 2 (opc. z DVI) 1 / 1 / 2 2 / 1 / 2 / /
Porównanie kluczowych parametrów mostków Parametr Wymagania Aethra AMS 400 EmblazeVCON VCBpro Polycom RMX 2000 Radvision SCOPIA Elite 5000 Tandberg Codian 4500 1 liczba portów 40x1080p30 CP 720p30 CP 48 36 (720p15?) 20 40 15 30 40 40 2 maks. podział ekranu 4x4 4x4 5x5 4x4 4x7 4x5 4 maks. pasmo trans. 4 Mbps 4 4 6 612 4 5 H.323 SIP / 6 H.264 H.263 H.263 H.263 H.261 / / / 7 H.239 BFCP / 8 1080p30 (IN 720p) (IN 720p?) 9 720p60 / 10 720p30 11 1080p301080p30 /? 12 1080p30720p30 (1080p30720p5)? (1080p30XGAp10) 13 720p30720p30? (720p30XGAp?) (720p30720p5)? (720p30XGAp10) 14 audio szerokopasmowe MPEG4 AACLC MPEG4 AACLD Siren14/G.722.1 An.C Siren 22/G.719 15 Audio G.729 G.728 G.723.1 G.722.1 G.722 G.711 16 stereo /
Inne zastosowania systemu wideokonferencyjnego zdalne nauczanie telewizja edukacyjna H.323/SIP MCU rozproszone studio TV identyfikacja wyspecyfikowanych obiektów lub niebezpiecznych MAYDAY EURO 2012 zdarze Superkomputerowa platforma konekstowej analizy strumieni danych multimedialnych
Cezary Mazurek, Piotr Pawałowski Poznaskie Centrum SuperkomputerowoSieciowe
HDVIPER High Definition Videoconferencing over Internet Protocol EnviRonment CELTIC EUREKA Pocztek 09.2007 Koniec 10.2009
Partnerzy Operatorzy telekomunikacyjni: Borderlight (Szwecja), Telefónica ID (Hiszpania) Producenci sprztu: AlcatelLucent (Hiszpania) Producenci oprogramowania: Androme Ibérica (Hiszpania), Alkit (Szwecja) R&D: i2cat (Hiszpania), KTH (Szwecja), PCSS (Polska) Szpitale: Karolinska Institutet (Szwecja)
Załoenia (1) Potrzeba zdalnej współpracy przy uyciu wideo Niewystarczajca jako obrazu SD Obszary zastosowa Edukacja Medycyna Biznes Uytkownicy domowi Przekaz wideo wzbogacony o dodatkowe usługi
Załoenia (2) Niski koszt Konsumencki sprzt wideo Architektura PC Internetowo bez dedykowanych sieci Zgodno ze standardami Otwarto platformy Open Source Łatwe dostosowywanie funkcjonalnoci Interoperacyjno pomidzy oprogramowaniem rónych producentów
Architektura
Media Trzy aplikacje klienckie Confero, MiniSIP, Intellivic Kodek wideo H.264 Zmodyfikowany x264 Implementacja Intela Obsługiwane rozdzielczoci 1920x1080 610 Mb/s 1280x720 46 Mb/s Kodek audio Speex
Transmisja Kontrola sesji wideokonferencji Session Initiation Protocol (SIP) Przesyłanie strumieni audiowideo Realtime Transport Protocol (RTP) Wymiana kluczy szyfrujcych Multimedia Internet KEYing (MIKEY) Multipoint Control Unit (MCU) Reflektor pakietów RTP
Usługi dodatkowe Implementacja zgodna z paradygmatem Service Oriented Architecture (SOA) Szyna danych Enterprise Service Bus (ESB) JBoss ESB uyty do referencyjnej implementacji Komunikacja poprzez Web Services Zaimplementowane usługi Services Manger Presence Agent Callback Service Bandwidth on Demand Service
Interoperacyjno
Quality of Service (QoS)
Pokazy CELTIC Event, marzec 2009, Pary Nauka dla Gospodarki, czerwiec 2009, Pozna IBC, wrzesie 2009, Amsterdam Noc Naukowców, wrzesie 2009, Pozna HDVIPER workshop, padziernik 2009, Barcelona
Co dalej? Rozwinici prototypu Firmy stworz produkty Operatorzy wdro usługi Kontynuacja prac rozwojowych i wdroeniowych Regionalna Sie Edukacyjna Kapitał Ludzki HIPERMED CELTIC HD3D EUROSTARS Komplementarno z systemem wideokonferencji HD w sieci PIONIER
Dzikuj za uwag http://www.hdviper.org