Возможности пакетных сетей отнюдь не ограничиваются передачей речевого изохронного сигнала. Немалый интерес представляет трансляция видеоизображения по таким сетям.
В последнее время наблюдается повышенный интерес к системам, позволяющим передавать разнородный трафик по единой сетевой инфраструктуре. В этой связи наиболее часто говорят о IP- или Internet-телефонии.
В отличие от телефонного сигнала, видеосигналы более требовательны и к пропускной способности, и к возможным вариациям задержки в сетях передачи данных. В то же время многое зависит от того, какое видеоизображение передается. Если это статические рисунки или фотографии, то о задержках и доступной пропускной способности можно особенно не беспокоиться — в конце концов на принимающей стороне из мозаики сложится изображение. Совсем другое дело, когда речь идет о передаче видео в реальном масштабе времени. В этом случае надо постараться, чтобы качество получаемой картинки не оттолкнуло разочарованного пользователя от данного вида связи.
Варианты передачи видеоизображения в реальном времени различны. В этой статье мы не будем останавливаться на проблемах организации видеоконференций по сетям IP, а обратим свое внимание на системы видеопередачи по пакетным сетям. Речь пойдет об односторонней трансляции видеоизображения и звука большому числу абонентов. По сути дела, она сродни традиционному телевизионному вещанию — один передатчик и практически безграничное число приемников. Системы такого вещания присутствуют на рынке уже несколько лет и смогли отвоевать себе определенную нишу. Они с успехом применяются в образовании, в корпоративных приложениях, в структурах государственного управления и т. д.
В этой статье мы хотим поделиться опытом организации видеотрансляций с помощью семейства оборудования IP/TV 3400 компании Cisco Systems и устройства NetGator корейской компании Darim Vision. В нашу задачу не входит проведение сравнительного анализа обоих решений, так как это было бы некорректно. Рассматриваемые продукты обладают различными функциональными возможностями, ориентированы на выполнение разных прикладных задач и существенно отличаются по цене. Их объединяет только одно — способность транслировать видеоизображение и звук по пакетным сетям.
РЕШЕНИЕ НА БАЗЕ IP/TV
Семейство оборудования IP/TV 3400 компании Cisco Systems весьма популярно в нашей стране. На его основе реализован целый ряд успешных проектов: например, создана сеть дистанционного обучения в Министерстве путей сообщений и система трансляций открытых заседаний Государственной думы для Министерства финансов. Это оборудование позволяет легко организовать видеотрансляции как для небольших компаний, так и транснациональных корпораций.
Под торговой маркой Cisco IP/TV 3400 скрывается целый ряд устройств для проектирования систем видеотрансляций различного назначения и масштаба. Данное оборудование представляет собой комплекс аппаратно-программных средств, обеспечивающих обработку, промежуточное хранение и трансляцию видео- и аудиосигналов на неограниченное число компьютеров по сети IP.
В семейство оборудования IP/TV входят четыре устройства. Для системного управления используется аппаратно-программный комплекс IP/TV Content Manager. С его помощью администратор задает параметры видео- и аудиопотоков, составляет расписание трансляций и выполняет другие управленческие функции с помощью обычного браузера Web с любого удаленного компьютера. Это удобно в тех случаях, когда источник видеосигнала и его получатели территориально разнесены. В такой ситуации администратор удаленной сети может сам, без посторонней помощи, управлять ходом и параметрами видеотрансляции.
IP/TV Broadcast Server по праву можно считать ядром данного семейства оборудования. Именно он осуществляет аппаратное кодирование видеосигнала, промежуточное хранение полученных данных и их передачу по сетям IP. В зависимости от модификации сервер может поддерживать до четырех прямых видеотрансляций одновременно, в соответствии с числом установленных аппаратных кодеков, и до 10 трансляций ранее записанных видеосюжетов по требованию или расписанию.
«Облегченный» вариант этого сервера, IP/TV Starter Kit, совмещает в себе также функции Content Manager. Он предназначен для создания сетей, где число одновременных видеопотоков невелико. Однако это оборудование не может обеспечить масштабирования системы. Для этого все равно потребуется установка Broadcast Server. В такой конфигурации аппаратная платформа устройства Starter Kit будет использоваться для поддержки Content Manager.
Оборудование Broadcast Server поддерживает три режима передачи видео- и аудиоинформации: прямую трансляцию, запланированную и по требованию. Благодаря групповой адресации требуемая пропускная способность остается неизменной как при трансляции для одного пользователя, так и для нескольких тысяч. Ширина занимаемой полосы пропускания во время видеотрансляции в локальных и глобальных сетях зависит от используемого кодека. Поэтому пользователям предлагается большой набор видеокодеков: H.261, MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, Vxtreme, Indeo 4.1, Apple QuickTime, что позволяет в достаточно широких пределах варьировать соотношение качества принимаемого сигнала и необходимой пропускной способности. Cisco Systems предлагает несколько моделей Broadcast Server с различным числом поддерживаемых кодеков. Такая дифференциация вполне оправдана, ведь стоимость моделей может отличаться в два раза.
От выбранного видеокодека зависит также объем сохраняемых видеофрагментов. Они могут записываться в форматах Advanced Streaming Format (ASF), AVI, MPEG, MP3. При использовании формата MPEG-1 на скорости 1 Мбит/с Broadcast Server способен сохранить до 80 ч, а Starter Kit — до 40 ч видеоинформации.
Если возникает необходимость увеличения объема сохраняемых видеофрагментов либо одновременной трансляции более 10 видеопотоков по расписанию или требованию, то в систему придется добавить IP/TV Archive Server. Это устройство способно поддерживать до 50 видеотрансляций по требованию или расписанию и обеспечивать запись в формате MPEG-1 на скорости 1 Мбит/с в течение 160 ч.
В основе функционирования оборудования семейства IP/TV лежат стандартные протоколы IETF. Это RTP и RTCP, описывающие процедуры передачи и управления передачей изохронных сигналов по пакетным сетям, и протокол RSVP, позволяющий резервировать сетевые ресурсы, что очень важно при трансляции видеосигналов по глобальным сетям.
Для просмотра транслируемых видеопотоков применяется программный продукт IP/TV Viewer, который работает в операционных системах Windows 95, Windows 98 и Windows 2000. Эта программа взаимодействует с Content Manager и предоставляет развитый инструментарий для выбора программ и настройки необходимых параметров приема. Простым выбором из списка на экране пользователь может просмотреть тот или иной канал вещания, а также выбрать записанный видеофрагмент или составить для себя расписание трансляций. Те, кому не нравится просматривать видеоизображение на экране компьютерного монитора, могут вывести видеосигналы на экран стандартного телевизора с помощью аппаратного декодера.
Оборудование IP/TV поддерживает режим трансляции для каналов связи с невысокой пропускной способностью: изображения можно передавать в стиле слайд-шоу с одновременной трансляцией звука. Это прекрасный способ удаленного проведения презентаций — пользователь рассматривает слайды и слушает пояснения к ним.
ЧТО И КАК ТЕСТИРОВАЛОСЬ
Подобно обычному телевидению, трансляция видеоизображения по пакетным сетям возможна при значительных расстояниях между источником и приемниками. Например, внутрифирменная программа повышения квалификации специалистов компании Cisco Systems полностью основана на применении системы IP/TV. Это позволяет существенно экономить время и деньги, избавляя от необходимости приезжать, например, из Москвы в Сан-Хосе для того, чтобы прослушать информацию о новом продукте. Сейчас в любое удобное время достаточно просто подключиться к серверу и воспроизвести нужную презентацию столько раз, сколько потребуется для полного понимания проблемы.
Трансляция видеоизображения на значительные расстояния предполагает задействование каналов связи глобальных сетей. К сожалению, их пропускная способность не столь велика, как у локальных сетей. Разумеется, можно арендовать поток STM-1 со скоростью 155 Мбит/с и больше ни о чем не беспокоиться. Но такие каналы стоят дорого, и вряд ли их использование оправдано для трансляции учебных лекций.
Чаще всего в распоряжении компаний имеются каналы связи с пропускной способностью от 64 Кбит/с до 2,048 Мбит/с. Они вполне доступны по цене и предлагаются всеми провайдерами глобальных сетей. Поэтому мы решили проверить работу системы IP/TV с использованием именно таких каналов. На Рисунке 1 приведена схема тестового стенда. В испытаниях была задействована модель IP/TV Starter Kit, в которую установили плату аппаратного кодека MPEG-1 с подключенными к ней видеокамерой и микрофоном.
В состав стенда входили два маршрутизатора Cisco серии 2600. Эти устройства достаточно известны в нашей стране и часто применяются в различных проектах. Их отличительной чертой является поддержка большого числа модулей. В зависимости от варианта программного обеспечения они могут не только обеспечивать маршрутизацию для различных сетевых протоколов, но и выполнять функции межсетевого экрана, трансляции адресов (NAT), резервирования сетевых ресурсов (RSVP) и шифрования по протоколу IPSec. В нашем случае маршрутизаторы серии 2600 были оснащены модулями VWIC c интерфейсом G.703. Это позволило подключить их напрямую к мультиплексору сети SDH уровня STM-4. Несмотря на широкие функциональные возможности, мы использовали их фактически как устройства согласования скоростей сети Ethernet и канала Е1.
На схеме для большей наглядности изображено два мультиплексора SDH. В действительности, в нашем распоряжении был только один мультиплексор с программно выполненным шлейфом между его двумя портами. Но такая «хитрость», благодаря особенностям сетей SDH, принципиально никак не сказалась на результатах тестирования.
В качестве приемника выступал персональный компьютер с обычными видео- и звуковой картами, разумеется, он был оснащен и сетевой платой. Особых требований к характеристикам компьютера компания Cisco Systems не предъявляет.
Клиентское программное обеспечение IP/TV Viewer в настоящее время поставляется в составе комплекса бесплатно и не требует никаких лицензий. Это означает, что пользователи вольны устанавливать программу просмотра на любое число компьютеров без ограничений. Пару лет назад, когда семейство IP/TV только появилось на российском рынке, за каждую копию необходимо было платить. Сейчас, если клиентское место оснащается программным декодером MPEG-2, за каждую копию тоже надо заплатить 99 долларов, поскольку лицензия на него была приобретена у третьих производителей. Но вряд ли данная оговорка станет значительным препятствием, так как протокол кодирования MPEG-2 хоть и дает великолепные результаты, однако генерирует цифровой поток со скоростью от 3 до 20 Мбит/с. Причем на нижнем пределе качество видеоизображения при кодировании с помощью MPEG-2 не имеет существенных преимуществ перед другими кодеками MPEG.
Дистрибутив клиентского ПО IP/TV Viewer находится на самом сервере. Для его установки на рабочее место достаточно получить права доступа и выполнить стандартные манипуляции, обычные при инсталляции любого приложения Windows.
В ходе тестирования прежде всего мы должны были получить видеоизображение на удаленном компьютере. Первая попытка окончилась неудачей, на экране наблюдалась картина, достойная кисти абстракционистов. Оказалось, что на компьютере, выбранном в качестве рабочего места клиента, уже был установлен программный декодер MPEG-1. При установке IP/TV, следуя своему алгоритму инсталляции, Viewer вместо «родного» декодера MPEG-1 оставил в операционной системе существующий. По данным специалистов компании Cisco Systems, список совместимых декодеров весьма обширен, но, увы, нам не повезло — нашего декодера там не оказалось. Впрочем, спустя некоторое время, мы получили на клиентском компьютере видеоизображение с довольно приличным качеством. С первого взгляда была заметна разница изображений в формате CIF между сеансами видеоконференц-связи на скорости 384 Кбит/с и трансляцией со скоростью 1,5 Мбит/с.
Кроме того, в задачу тестирования входила проверка влияния уменьшения пропускной способности в глобальных сетях на качество видеоизображения. Для этого в период трансляции «живого» видео мы включили передачу ранее записанного фрагмента при скорости 700 Кбит/с. Чуда не произошло, и обе трансляции прервались. Если по глобальной сети необходимо передавать несколько потоков, то скорости следует выбрать так, чтобы их сумма, по крайней мере, не превосходила пропускную способность канала связи. В системе IP/TV не предусмотрен механизм адаптации скорости, поскольку в случае реализации такого сервиса было бы невозможно одновременно подстраиваться под каждого пользователя. При многоадресной рассылке на сервере достаточно просто изменить скорость трансляции, но пользователю потребуется вновь подключиться к каналу трансляции с измененными характеристиками.
Когда используется кодек MPEG-1, задержка трансляции в связи с аппаратной обработкой сигналов и буферизацией на приемной стороне доходит до 2 с. При разнесении передающей и приемной частей системы это не влияет на восприятие изображения, а благодаря искусственной задержке в аудиоканале, рассогласования видео и звука не происходит.
По итогам тестов мы пришли к выводу, что Cisco IP/TV 3400 достаточно универсальное оборудование, способное решить любые задачи по трансляции видеоизображения через локальные и глобальные сети. Единственный недостаток, на наш взгляд, заключается в высокой цене решения.
РЕШЕНИЕ НА ОСНОВЕ NETGATOR
|
| Рисунок 1. Комплект оборудования Cisco IP/TV 3400. |
Несколько месяцев назад нам довелось ознакомиться и опробовать в деле другое оборудование, также предназначенное для передачи видеоизображения и звука по пакетным сетям. Это устройство NetGator компании Darim Vision, которая имеет свои представительства в ряде городов нашей страны, а продукт NetGator к тому же создавался при активном участии отечественных разработчиков. Поэтому мы решили включить в данный обзор информацию о тестировании данного устройства.
Появление на рынке оборудования класса NetGator свидетельствует о достаточно высоком спросе на недорогие системы передачи видеоинформации по пакетным сетям. Они способны обеспечить трансляцию «живого» видео по глобальным и корпоративным сетям и служить основой для создания видеосерверов в Internet. Их можно использовать для охранного видеонаблюдения или мониторинга опасных технологических процессов в промышленности. Самое главное преимущество этого класса устройств — небольшие размеры и невысокая стоимость.
ОПИСАНИЕ УСТРОЙСТВА И ЕГО ТЕСТИРОВАНИЯ
Устройство NetGator представляет собой небольшую коробочку размером с модем, но при этом обладающую немалыми возможностями. Оно обеспечивает передачу видео- и аудиосигналов по стандарту MPEG-1 в цифровом потоке от 192 до 2048 Кбит/с. Другие стандарты видеокодирования не поддерживаются. Вероятно, это сделано с целью удешевления устройства и с учетом того, что данный кодек является наиболее оптимальным для трансляции видео по сетям передачи данных. Для просмотра видеоизображения на компьютере пользователя должна быть установлена специальная программа MxTVPlayer.
Интересная особенность NetGator заключается в передаче статичных изображений в формате JPEG с периодом от 0,01 до 155 с. Это удобно в тех случаях, когда необходимо снизить нагрузку на сеть или когда пропускная способность не позволяет принимать «живое» видео, например при низкоскоростном доступе в Internet.
Для работы устройства необходимо лишь подключение к сети Ethernet и к внешним источникам видео- и аудиосигналов. На Рисунке 2 показана типовая схема включения NetGator в локальную сеть. Как видно, оно является полноправным хостом в сети и через встроенный порт 10/100BaseT может подключаться к активному сетевому оборудованию. Кроме того, NetGator имеет два порта COM для подключения персонального компьютера при первоначальной настройке. Учитывая, что устройство, как правило, применяется в локальной сети компании, мы не проверяли его работу по каналам глобальных сетей.
Администрирование NetGator не представляет никаких проблем. Достаточно подключить компьютер и через окно стандартной программы Windows HyperTerminal указать имя устройства в сети при наличии сервера DNS, его IP-адрес с маской и шлюзом по умолчанию. На этом процедуру конфигурирования можно считать законченной. Теперь NetGator следует установить в предназначенное для него место и дальнейшее управление осуществлять через интерфейс Web. Практика такого типа управления стала уже стандартом де-факто, для этого устройство содержит встроенный сервер Web. Администратор и пользователь, в рамках заданных прав, могут осуществлять управление, используя стандартный браузер.
Для качественного воспроизведения видео и звука компьютер пользователя должен отвечать ряду не очень обременительных условий: процессор не хуже Pentium MMX 200, объем оперативной памяти 32 Майт, звуковая карта и видеоплата VGA с разрешением 800х600. Из программного обеспечения обязательным условием является наличие браузера не хуже Explorer 5.0 либо Netscape 4.x. Программное обеспечение клиента MxTVPlayer устанавливается или с диска, поставляемого с устройством, или с сайта компании Darim в Internet. Как и в случае с Cisco IP/TV, клиентское программное обеспечение конфликтует с некоторыми программными декодерами MPEG-1.
В данном решении есть возможность архивации видеофрагментов, но только на компьютере пользователя. Эта функция окажется весьма кстати при использовании NetGator в системах охранного видеонаблюдения.
Устройство NetGator оставило хорошее впечатление, оно вполне способно решать анонсированные задачи. Его настройка не представляет больших сложностей, основные параметры видеоизображения и потока данных изменяются в широких пределах с помощью утилиты администрирования. К недостаткам можно отнести усложненную процедуру подключения абонента к каналу трансляции. Для этого в привилегированном режиме административной утилиты надо активизировать соединение с указанием конкретного IP-адреса компьютера. Кроме того, NetGator не поддерживает одновременную трансляцию «живого» видео и передачу статического изображения, слайд-шоу.
ДВА СЛОВА О ДВУХ ПОДХОДАХ
Мы рассмотрели две схемы организации трансляции видеоизображения по пакетным сетям на базе радикально отличающихся решений. Они весьма существенно разнятся по масштабам и функциональным возможностям, но, как гласит поговорка, «богу богово, а кесарю кесарево». Каждому из решений принадлежит своя рыночная ниша, где они в наибольшей степени раскрывают свои возможности.
Алексей Полунин — обозреватель журнала «Сети». С ним можно связаться по адресу: polunin@networld.ru.
Итог испытаний
IP/TV 3400
Cisco Systems http://www.cisco.ru
Назначение. Семейство оборудование IP/TV 3400 предназначено для создания масштабных корпоративных систем трансляции видеоизображения и звука.
Вопросы. Организация сети видеотрансляции с использованием каналов глобальных сетей.
Достоинства. Простота инсталляции, большие функциональные возможности, удобство администрирования и управления.
Недостатки. Высокая стоимость решения.
Цена. Комплект Cisco IP/TV Starter Kit — 20 тыс. долларов
NetGator
Darim Vision http://www.darvision.com
Назначение. Устройство NetGator предназначено для передачи по сети видео- и аудиосигналов одному или нескольким пользователям.
Вопросы. Проверка заявленных возможностей при создании офисной сети видеотрансляции.
Достоинства. Малые размеры и невысокая цена в сочетании с развитыми функциональными возможностями.
Недостатки. Только один канал трансляции, либо «живое» видео, либо слайд-шоу. Подключение пользователей к сеансу передачи выполняется сетевым администратором.
Цена. Устройство NetGator — 1200 долларов.