Архитектура программной системы видеоконфренцсвязи "Дельта-конференция" Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Секция математического обеспечения и применения

ЭВМ

УДК 681.3.01

ПЛ. Кравченко, Н.Ш. Хусаинов, АЛ. Шкурко

АРХИТЕКТУРА ПРОГРАММНОЙ СИСТЕМЫ ВИДЕОКОНФРЕНЦСВЯЗИ

"ДЕЛЬТА-КОНФЕРЕНЦИЯ"

Интенсивное развитие информационных технологий в области управления предприятием и производством, базирующееся на использовании локальных сетей, растущая потребность в оперативных аудиовидеокоммуникациях и обмене данными в реальном масштабе времени между несколькими сотрудниками обосновывает актуальность использования эффективных средств многосторонней связи, отличающихся простотой в использовании, набором необходимых функциональных возможностей, доступной ценой. По существу, сформировалась потребность в простой установке и использовании, дешевом и программно реализуемом "офисном компьютерном аудиовидеотелефоне".

Наиболее известные и популярные системы конференцсвязи для IP-сетей (NetMeeting фирмы Microsoft, CU-SeeMe фирмы WhitePine, LiveLAN фирмы PictureTel и др.) характеризуются следующими недостатками:

♦ организация многоточечной аудиовидео- и документконференции невозможна без использования выделенного специального модуля (устройства) многоточечной конференции (MCU);

♦ относительно высокая трудоемкость существующих алгоритмов ком-

- , , -кая эффективность при одновременной работе с несколькими медиапо-;

♦ ориентация аудио- и видеокодеров на поддержание постоянной скорости выходных потоков независимо от реальной текущей (динамически

) ;

♦ высокая стоимость существующих систем многоточечной конференцс-

.

Решение указанных проблем предлагается авторами в новой программной системе многоточечной конференцсвязи для локальных и корпоративных IP-сетей, разрабатываемой в рамках комплексного проекта № 2.37.04.02.19 "Высокоинформативные системы передачи аудиовизуальной информации. Аппаратнопрограммные и испытательные комплексы высокоинформативных систем передачи с цифровой компрессией" (ведущая организация - Всероссийский НИИ телеви-

( ),

№ 37.023.11.0037 от 01.02.2002г.).

При этом особое внимание уделяется вопросам аудиокомпрессии, видеоком-, , синхронизации и программной реализации модулей системы многоточечной кон-

ференцсвязи [1]. Ниже рассматриваются некоторые основные аспекты архитектуры и программной реализации разработанной системы ВКС "Дельтаконференция".

Обобщенная структура терминала системы ВКС

Одним из принципиальных отличий разработанной системы ВКС является

-

видеоконференцией MCU. Взаимодействие осуществляется между программными терминалами, имеющими одинаковый набор функциональных программных модулей, предназначенных для решения задач захвата, кодирования, синхронизации, буферизации, передачи, приема, декодирования и воспроизведения медиаданных, а также управления качеством кодирования видео- и аудиопотоков.

Для обмена сигнальной и управляющей информацией в реальном масштабе времени используются логические каналы управления и контроля, организуемые в виде полного графа на базе протокола TCP/IP (протокол с гарантированной доставкой пакетов). Обмен медиаданными выполняется с использованием широкове, -зования канала связи.

Терминал фактически представляет собой самостоятельный экземпляр при, , участвующего в конференции. Все терминалы идентичны друг другу и, как показано на рис.1, содержат модули контроля и управления, чтения информации об уста, , ( ), взаимодействия с пользователем. Идентичность всех модулей и наличие в каждом из них подсистемы контроля и управления конференцией позволяет отказаться от использования выделенного программного или аппаратно-программного устройства управления многоточечной конференции (MCU) и реализовать распределенное

.

Модули передающего и приемного терминала (трансмиттеры и ресиверы) реализуют функции терминала, связанные с обработкой, приемом и передачей медиаданных. Ресивер и трансмиттер обмениваются медиаданными с соответствующими модулями других терминалов только посредством ИБР-протокола. Для об-

работки медиапотока, получаемого от каждого подключенного терминала, существует собственный ресивер. Терминал может содержать единственный трансмиттер.

Модуль сетевого ТСР-интерфейса реализует алгоритмы взаимодействия с другими терминалами системы по логическим каналам ТСР для передачи и приема управляющей, контрольной и статусной информации, источником или получателем которой является модуль управления конференцией.

Модуль чтения информации об оборудовании позволяет получить сведения об установленных аппаратно-программных средствах ввода/вывода, кодирования и

- . -ния правильной генерации сообщений, предназначенных модулю управления конференцией, расширения возможностей по управлению конференцией, предостав-, -

.

Основным модулем, выполняющим функции управления конференцией, является модуль управления конференцией, управляющий функционированием всех остальных модулей. В его основные функции входит:

♦ иници ирование, завершение и распределенное управление конференцией;

♦ управление приемо м и передачей данных;

♦ поддержание (посредством ТСР-интерфейса) постоянного логического соединения со всеми подключенными терминалами и обмен с ними управляющими и информационными сообщениями;

♦ контроль состояния и управление параметрами функционирования подчиненных модулей терминала.

Модуль обработки событий пользовательского интерфейса организует взаимодействие между терминалом и пользователем и обеспечивает ввод данных с клавиатуры (установка параметров конференции, кодирование аудио- и видеопотоков и т.п.) и вывод статусной информации на экран.

Схемы взаимодействия терминалов ВКС

Функционирование системы ВКС основано на взаимодействии отдельных терминалов посредством 1Р-сети с коммутацией пакетов. Реализуемые сетевые протоколы поддерживают два способа обмена данными: с гарантированной дос-

(ТСР- )

и с негарантированной доставкой данных (ИБР-канал). Коммуникации между терминалами осуществляются в соответствии с принятыми в системе и поддерживаемыми всеми терминалами управляющими, информационными сигналами и форма.

В процессе работы многоточечной конференции между любыми двумя тер-

ТСР- ,

которому могут передаваться управляющие сообщения и служебная информация. Таким образом, число ТСР-соединений, установленных в процессе работы конференции, составляет N*(N-^/2, где N - число терминалов-участников конференции.

Несмотря на то, что каждый терминал принимает потоки медиаданных от всех терминалов-участников, число ИБР-каналов (по которым передаются медиаданные) равно N. Это объясняется тем, что медиаданные передаются широковещательными пакетами и каждый терминал передает только один медиапоток (и при-

- ).

позволяет значительно снизить нагрузку на сеть, поскольку объем передаваемых медиданных снижается в (N-1) раз. В случае организации однонаправленных ИБР-каналов между каждыми двумя участниками получалось бы N*(N-1) потоков, причем каждые N-1 потоков были бы идентичными.

Основными схемами взаимодействия между терминалами являются:

♦ схема инициирования м ногосторонней конференции;

♦ схема ограничен ия доступа участника(ов) к компрессированному потоку медиаданных, передаваемых терминалом;

♦ схема заверше ния конференции;

♦ схема авториз ации терминалов-участников конференции.

Рассмотрим в качестве примера схему инициирования многосторон-

.

при инициировании многоточечной конференции приведена на рис. 2.

Рис. 2. Инициирование многосторонней конференции

Функционирование схемы осуществляется в несколько этапов:

а) на первом этапе (шаги 1-3 на рис.2) инициирования конференции выделяется терминал-инициатор, пользователь которого определяет список участников конференции. После определения участников конференции в терминале-инициаторе создается модуль-трансмиттер и начинается широковещательная

. -каждым из участников управляющее ТСР-соединение, после чего производит рассылку по этим каналам управляющих сообщений с приглашением на конференцию. На каждом терминале-участнике система выдает запрос к пользователю на . , -шения отправляет инициатору соответствующее сообщение, после чего терминал-инициатор разрывает связь с отказавшим терминалом, который удаляется из списка участников конференции. В случае принятия терминалом приглашения инициатору отправляется соответствующее сообщение и происходит переход ко вто;

б) на втором этапе (шаг 4 на рис.2) каждый терминал-участник создает модуль-ресивер для приема медиаданных от терминала-инициатора и модуль-трансмиттер для передачи своих медиаданных;

в) на третьем этапе (шаг 5 на рис.2) терминал-инициатор создает несколько модулей-ресиверов для приема медиапотоков от каждого из терминалов-

( - -

- );

г) на четвертом этапе (шаги 6-8 на рис.2) терминал-инициатор выполняет рассылку каждому терминалу-участнику информации обо всех терминалах-участниках. Терминалы-участники устанавливают по одному ТСР-соединению между каждой парой терминалов и создают соответствующие модули-ресиверы. После этого конференция считается начатой.

Элементы программной реализации ВКС "Дельта-конференция"

Программная реализация аудио- и видеокодеков в системе ВКС выполнена на основе технологии Microsoft DirectShow, предназначенной для обработки потоков медиаданных в ОС Windows. Использование возможностей DirectShow в разрабатываемом программном обеспечении осуществляется путем доступа к стандартным библиотечным объектам и процедурам DirectShow для выполнения базовых операций над потоками медиаданных.

,

DirectShow, позволяющие сделать вывод о перспективности ее применения при разработке системы многосторонней аудиовидеоконференцсвязи: универсальность, высокая производительность, аппаратная независимость, переносимость, независимость приложения от используемых компонентов, многопоточность, автоматическое управление качеством воспроизведения.

В настоящее время ведутся работы по расширению функциональных возможностей программной системы ВКС "Дельта-конференция" за счет интегрирования в нее функций документ-конференции.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кравченко ПЛ., Хусаинов Н.Ш., Погорелое КВ., Хаджинов АЛ. Система организации многоточечной видеоконференции для локальных сетей с негарантированным качеством обслуживания // Известия высших учебных заведений. Северо-Кавказский регион.

. " -терные технологии в науке и производстве". - 2003. - С .18-21.

УДК 681.3.01

КВ. Погорелов

АЛГОРИТМЫ МЕЖКАДРОВОЙ И ВНУТРИ КАДРОВОЙ КОМПРЕССИИ ВИДЕОДАННЫХ НА ОСНОВЕ ОПТИМИЗИРОВАННЫХ

-

Одним из наиболее перспективных направлений развития современной компьютерной индустрии является организация высококачественной многоточечной видеоконференцсвязи без применения специализированного аппаратного обеспечения. Узким местом подобных систем являются алгоритмы видеокодирования, существующие реализации которых обладают высокой трудоемкостью, затрудняющей их применение в рассматриваемых системах. Особые затруднения при