Разработка системы многоточечной видеоконференцсвязи для IP-сетей Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

VTB на основе системы Paragon, использующей усовершенствованную версию МТ в качестве инструментальной среды генерации XML-описаний моделей. В целом, интеграция инструментальной подсистемы с МТ и ВМС позволит объединять разрозненные инструменты разработки моделей в единый гибкий и функционально полный комплекс программно-инструментальных средств виртуальных модели.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Гузик В.Ф., Чернухин Ю.В., Поленов ММ., Фадеев Р.В. Интерактивная среда трансляции программ, написанных на различных алгоритмических языках (Мультитранслятор). Свидетельство Роспатента о регистрации программ для ЭВМ, № 2002610826 от 27.05.2002.

2. Чернухин Ю.В., Поленов ММ., Фадеев Р.В. Интерактивная среда мультиязыковой трансляции сложных программных моделей // Анализ и моделирование развивающихся интеллектуальных систем: Межвуз. сб. науч. трудов. Вып.4 - Ростов на Дону: Изд-во СКНЦ ВШ, 2003. - С.10-20.

3. Gokdere L., Brice C., Dougal R. A Virtual Test Bed for Power Electronic Circuits and Electric Drive Systems // Proceedings of 7th IEEE Workshop on Computers in Power Electronics (COMPEL 2000). Blacksburg, VA, USA, 2000.

4. McKay W., Monti A., Santi E. Dougal R. A Co-Simulation Approach for Acsl-Based Models // Proceedings of the Huntsville Simulation Conference, Huntsville, AL, USA, 2001.

5. . ., . ., . ., . . -

структурного моделирования // Информационная математика. - М.: Физматлит, 2003, № 1. - С.87-102.

6. Chaudhary V., Francis M., Huang X., Mantooth H. A. PARAGON - A Mixed-Signal Behavioral Modeling Environment // Proceedings of IEEE International Conference on Communications, Circuits and Systems (ICCCAS 2002), Chengdu, China, 2002.

7. Solodovnik E., Beker B., Cokkinides G., Meliopoulos A. Symbolically-Aided Simulation of Nonlinear Passive Components // Proceedings of 7th Workshop on Computers in Power Electronics (COMPEL 2000). Blacksburg, VA, USA, 2000.

УДК 681.3.01

П.П. Кравченко, Н.Ш. Хусаинов, КВ. Погорелов, АЛ. Шкурко,

А.А. Хаджинов

РАЗРАБОТКА СИСТЕМЫ МНОГОТОЧЕЧНОЙ ВИДЕОКОНФЕРЕНЦСВЯЗИ ДЛЯ 1Р-СЕТЕЙ

Введение. Современное развитие информационных и корпоративных технологий расширяет спектр задач для разработчиков систем взаимодействия пользователей. В рамках данного направления ежегодно инженерами, учеными, программистами предлагаются принципиально новые идеи для упрощения и одновременного повышения эффективности работы абонентов и терминалов сетей малых предприятий и больших организаций. В то же время, программные приложения и аппаратные решения усложняются по мере повышения сложности решаемых за, .

Системы многоточечной видеоконференцсвязи представляют собой комплексные решения с использованием как программных приложений, так и слож-

ных аппаратных средств для преобразования потоков передаваемых аудиовидео. , -, ,

- , -кими сообщениями (чат).

, -

, ( , , ), -ределяемой во многом сложными алгоритмами компрессии звуковых и видеодан-, -

(Multipoint

Control Unit, MCU). -

программные решения в чистом виде (без применения аппаратных преобразователей потоков медиаданных) существенно ограничивают число одновременных участников сеанса конференцсвязи. В то же время, применение специальных аппаратных модулей значительно (на порядок) увеличивает стоимость подобных систем. Решение данных проблем предлагается авторами в новой программной сис-

IP-

"ВКС "Дельта-конференция". При разработке системы особое внимание было уделено вопросам высокопроизводительной аудио и видеокомпрессии, автоматического адаптивного управления скоростью выходного потока аудиовидеокодеров в соответствии с динамически изменяющейся пропускной способностью канала свя-, -MCU, .

Архнтектура системы ВКС “Дельта-конференция”. Основной особенностью предлагаемой авторами системы ВКС “Дельта-конференция” является отсутствие в архитектуре отдельного модуля управления многосторонней видеоконфе-

(MCU). , ,

со держит эквивалентные модули, решающие следующие задачи: захват медиаданных с устройств; компрессия оцифрованных медиаданных; синхронизация компрессированных аудио и видеоданных; буферизацию данных; передача данных по сети участникам конференции; прием конференцданных других участников; декомпрессия полученных медиаданных; воспроизведение аудио и видеоданных.

Программные модули функционируют в режиме управления качеством кодирования звуковых и видеопотоков с возможностью подстройки скорости выходного потока в зависимости от состояния канала связи.

Обмен управляющей информацией осуществляется в реальном масштабе времени с использованием логических каналов контроля, организованных в виде

TCP/IP (

). , эффективно использовать канал связи.

.

основе разработанных в ТРТУ оптимизированных дельта-преобразований второго порядка [Кравченко, 1997]. Исходный аудиосигнал разбивается во времени на не-( ),

параметры кодирования. Далее выполняется обработка сигнала с использованием разностного алгоритма оптимизированного дельта-преобразования второго порядка с вычисленными параметрами. Для устранения искажений звукового сигнала на границах интервалов применяется метод "стыковки" кадров.

Трудоемкость операции декодирования одного отсчета оценивается двумя операциями целочисленного сложения, а кодирование отсчета звукового сигнала . -второго порядка осуществляется путем замены многоразрядного представления исходных отсчетов звукового сигнала однобитными значениями величин дельтабитов. Особенностью кодека аудиоинформации на основе алгоритма дельтапреобразования второго порядка являются возможности адаптивной подстройки скорости выходного потока к текущей пропускной способности канала связи, а также кодирования звуковых сигналов различной природы (речь, пение, музыка) на основе единого алгоритмического подхода.

. -ных и временных избыточностей, присутствующих в любом видеосигнале, современные стандартизованные подходы к видеокомпрессии предполагают использование как внутрикадровой, так и межкадровой компрессии. При этом высокая трудоемкость стандартизованных видеокодеков обусловлена, в основном, низкой производительностью методов межкадрового кодирования, которые, хотя и позволяют обеспечить межкадровую компрессию в 2-8 раз выше по сравнению с внутрикадровой, но занимают порядка 70-80% от общей трудоемкости видеокодека. Применение разработанных в ТРТУ алгоритмов компрессии видеоинформации характеризуется сравнительно низкой трудоемкостью, что позволяет осуществлять кодирование и декодирование видеопотоков в реальном времени без применения дополнительных аппаратных средств.

При внутрикадровом кодировании с использованием разработанных алгоритмов из кадра выделяется пространственная составляющая с пониженной дискретизацией. Полученное "прореженное" изображение обрабатывается стандартным алгоритмом оптимизированных дельта-преобразований второго порядка с дополнительной компенсацией (при необходимости) резких скачкообразных изменений сигнала с использованием дифференциальной импульсно-кодовой моду-( ). -жду исходным изображением и его закодированной "прореженной" составляющей, которые квантуются с использованием логарифмической шкалы квантования и затем могут быть дополнительно сжаты, например, арифметическим кодером.

Сущность предложенного авторами метода межкадровой компрессии состоит в том, что при сжатии формируется разностный кадр из непересекающихся блоков размером 4x4 пиксела. Затем к каждому блоку (по необходимости) применяется алгоритм кодирования на основе корректирующих матриц, отражающих (путем чередования знаков единичных коэффициентов) наиболее вероятные структуры блоков разностных кадров. Для кодирования блока выполняется поиск ( 64 128 -

)

разностного блока и коэффициентов матрицы. В случае необходимости обеспечения требуемого качества кодирования возможно итерационное (от 1 до 3 итера) . скорости выходного потока кодера.

Теоретические оценки и приведенные ниже результаты экспериментальных исследований подтвердили существенный выигрыш по быстродействию данного подхода по сравнению со стандартными методами видеокомпрессии.

Особенности программной реализации. Алгоритмы аудио и видеоком-, , , и адаптации скоростей аудио и видеокодеров положены в основу программных компонент ВКС “Дельта-конференция”. Вместе с тем, аудио и видеокодеки представляют собой динамические библиотеки со стандартными интерфейсами сис-, -работки мультимедийных данных в семействе операционных систем Windows. По желанию пользователя для обработки аудио или видеоинформации в системе видеоконференцсвязи имеется возможность использования других зарегистрированных в операционной системе кодеков.

Организация стандартизованного интерфейса аудио и видеокодеков с при-Windows

Microsoft SDK DirectX 8.0 и интерфейсом мультимедиа приложений DirectShow, что позволяет добиться высокой эффективности системы конференцсвязи при одновременной обработке нескольких потоков медиаданных с сохранением аппаратной независимости.

Тестирование и экспериментальные исследования. Основной целью проведения экспериментальных исследований системы передачи информации является интегрированная оценка параметров качества обслуживания (QoS) систе-, , полной задержки передачи видеопотока, предельной разрешающей способности

, , изображения и звука, объем трафика, генерируемого системой ВКС.

На основании результатов проведенных экспериментальных исследований можно сделать вывод о работоспособности и эффективности разработанной про-

IP- .

оценки систем коллективной работы Международного союза производителей мультимедийных системы (MMCF) разработанный программный продукт соответствует требованиям категории 2 (бизнес-качество), а по некоторым (частота кад-

, ) - 3 ( - ). , -

рующейся на алгоритмической простоте методов сжатия аудио и видеоинформации, является возможность одновременного программного (без аппарат) 8 -

( - 44

КГц, видеопоток - до 25 кадров/сек) и программное (без аппаратной поддержки) кодирование собственного видеопотока при общей загруженности сетевого канала

10 / .

Пример, иллюстрирующий одновременный прием, декодирование и воспроизведение видеопотоков от нескольких источников одним клиентом конференцсвязи, приведен на рис.1.

Рис.1

Полученные результаты позволяют говорить о перспективности разработанных методик кодирования и передачи данных по сети, возможности их использования при разработке систем видеоконференцсвязи, видеонаблюдения, систем с передачей и хранением аудиовизуальной информации общего и специального назначения (в том числе с защитой от несанкционированного доступа), разработки аппаратных средств аудиовидеокомпрессии на основе отечественной и зарубежной элементной базы. Отдельные программные модули (в частности, аудио и видео компрессии/декомпрессии) могут рассматриваться как готовые функциональные блоки компрессии при проектировании техническим систем различного на.

БИБЛИОГРЛФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Кравченко П.П. Основы теории оптимизированных дельта-преобразований второго порядка. Цифровое управление, сжатие и параллельная обработка информации. - Таганрог: Изд-во ТРТУ, 1997.

УДК 519.68 С.С. Макаров, В.И. Финаев, М.В. Зиборов

ЗАДАЧИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МЕДИЦИНСКОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ

СИСТЕМЫ

Одним из вариантов связи конечных пользователей с ядром медицинской информационной системы может быть обращение их к сайту, который разработан

,

медицины. Положительным является, что не требуется думать о создании корпо-