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Videokonferenzsysteme
H.L.Cycon
FHTW Berlin
VideoKonferenzsysteme 2
Inhalt
• Überblick
• Desktop VC
• Kodierung Audio Video
• Standards
• Realisierungen
• Demonstration
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Was ist VC
• audio-visuelle Realzeitkommunikation (geringe Verzögerungen < 300ms)
• symmetrisch (Teilnehmer hören und sprechen, sehen und werden gesehen)
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Videokonferenzsystem Klassen
• Desktop Systeme (DVC) <1000 DM– PC+Audio/ Video Peripherie
• Set Top Systeme 3...8 TDM– TV Gerät + Kamera/ Mikrofon
• Rollabout Systeme 10...50TDM– A/V Equipment auf Rollen
• Room Systeme 50 T...1M DM– fest installierte VC Studios
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Verbindungstechnik
• Telefonnetze (garantierte Bandbreite,teuer)– digital ISDN, n*64kbit/s, ATM oder analog– 2 Punkt oder Mehrpunktsysteme (mit MCU)– nur Audio und Video
• Internet (stark schwankende Bandbreiten)– Computerbasiert HW oder SW Systeme– 2 Punkt oder Mehrpunktsysteme – Applicationsharing (PC Anwendungen)
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Anwendungen
• Generelles Business– virtuelle Meetings, Service, Teamwork, Interviews
• Distance Learning – Hochschulen, Firmentraining
• Telemedizin– Diagnosen (second opinion), Fernpflege,..
• Regierung/Rechtspflege– Ministerien (Bonn-Berlin)– Zeugenvernehmungen
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DVC über IP
+ billig (PC Technik)
+ leicht bedienbar,
+ PC Funktionalitäten
+ flexibel
- Zuverlässgkeit abhängig vom OS (MS,Linux..)
- A/V Qualität abhängig vom Internetverkehr
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Gütekriterien für ein DVC
• CPU Last der Konferenzmaschinerie– (SW Codec oder HW Unterstützung)
• Video & Audio Qualität
• Verzögerung
• Zuverlässigkeit
• Netzwerk Voraussetzungen (Netzlast, QoS)
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Netzstrukturen (Multipoint VC)
Sternnetz mit Server Maschennetz
MCU
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HW Voraussetzungen DVC
• PC (> 500 MHz CPU bei SW Codecs)
• Headset (Hörer/Mikrofon)
• Kamera
• Grabberkarte/USB Schnittstelle– alternat: Videokarte
• Netzanschluss (INet oder ISDN)
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DVC
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Grundproblem
• Video Daten sind extrem datenintensiv, z.B.:
– eine CIF (352*288) Sequenz erzeugt einen Datenstrom von ca. 36 Mbit/s (Bildrate 15 fps)
– für Schmalband ISDN oder Modemverbindungs-strecken haben 20...128 Kbit/s
=> man benötigt Datenkompressionsraten von 1:300...1:1500 oder höher
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VideoformateFormate Zeilen Spalten fps Grösse Bit Raten [Hz] [kB] [Mb/s] QCIF 176 144 5-15 38 1- 4 CIF 352 288 10-30 152 10 - 36 CCIR601 720 576 25 829 166 (TV)
Bandbreiten GSM 4 - 9.6 kb/s Modem 14.4 - 56 kb/s ISDN 64 - 128 kb/s UMTS (G3) bis 2 Mb/s (var) Ethernet bis 10 Mb/s (var) Fast Ethernet bis 100 Mb/s (var)
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Video Parameter
• benötigte Bandbreite (Datenmenge in der Zeit)– begrenzt durch Leitungskapazitäten/Speicherplatz– wird verringert durch höhere Kompression +
• Bildqualität (PSNR in dB)– wird verringert durch höhere Kompression -
(Unschärfe, Störungen)
• Bildfolge Frequenz (Fps)– begrenzt durch Rechengeschwindigkeit
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PSNR (dB)
Bildqualität
Rate-Distortion vs Complexity
20
25
30 10
15
20
(Komplexität)Rechenzeit
36
38
40
20
25
30
Rate
Kompressions
36
38
40
Optimimierungs Raum
Ziel
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Video Kompressions Konzepte (verlustbehaftet)
• Einzelbildkompression durch Entfernen redundanter und visuell irrelevanter Anteile (Transformations Kodierung)
• Verringerung der zeitlichen Redundanz (Prädiktions Kodierung: DPCM, Motion Compensation)
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Transformationsbasierte Codierung
• Transformation: Dekorrelation, Kompaktierung von Energie,
realisierbar durch schnelle Algorithmen, reversibel
• Quantisierung: Eliminierung psychovisuell irrelevanterInformation, irreversibel
• Prä-Coder: Vorverarbeitung zur weiteren Eliminierung statistischer Redundanz, reversibel
• Coder: Erzeugung Codes variabler Länge, reversibel
T Q PC/C
BitstromEingangsbild Kompressor
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Zeitliche Redundanz Reduktion Prädiktive Kodierung
tGOP
I = IntraP = Inter
I P P P P I P P P
Coding
Prediction
Dec
Encoder
Prediction
Decoder
Decoder
DPCM
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Videokompressionsstandards
H261 ITU-T (Telecommunications H263 community) H26L (to be released) MJPEG ISO (Computer community) MPEG1 MPEG2 MPEG4 Joint Video Standard MPEG4 & H26L geplant
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Kommunikationstandards
• H.320,H.323: ITU-T Umbrella-Standards für A/V & MM Konferenzen über ISDN bzw. “Paket vermittelte” Netze (dh. Intranet bzw. Internet)
• regelt: – Videocodierung (H261/H263)– Audiokodierung (G.722,...G.729)– point to point, Multipoint VC, – VoIP (Internet Telefonie)
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Realisierungen
• Netmeeting (SW)
• CuseeMe (SW)
• Picture Tel (HW)
• Lucent (HW, SW)
• VCON (HW)
• ...
• Davico (SW)
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Multipointkonferenzsystem Davico
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DNI daViCo Network Interface Empfängerseite
DNI daViCo Network Interface SendeseiteIP Net
z
Audio
VideoAudioApplication
Sharing
Video ApplicationSharing
DNI daViCo Network InterfaceFunktionsweise
- steuert die Audio und Videoqualitätentsprechend der Bandbreite
- sendet immer erst Audio,damit sich gegebenenfalls die Videound Application Sharing Datenverzögern,die Audiokommunikationaber gewährtleistet bleibt
- garantiert, dass Audio und VideoLippensynchron zueinander sind
- erkennt Netzverluste (Staus)
- ermöglicht Konferenzen auch überFirewalls und NATs hinweg
RTP Real Time Protokoll
RTP Real Time Protokoll TCP/IP
TCP/IP
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Technische Details Davico
• Software Lösung
• Waveletbasierter Video Codec
• MP3 Audio Codec
• multipointfähig ohne MCU
• Unicast/Multicastfähig
• Qualität skalierbar für verschiedene Banbreiten
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Unicast / symmetrische Verbindungen Multicast
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Vertriebs-leiter
Außendienst-mitarbeiter
Techniker Entwickler
Entwicklungs-leiter
Muticast Network
Chef
Muticast Network
DNI daViCo Network InterfaceGrundprinzip
- ermöglicht multipoint Konferenzen ohne zentralen Servermit Hilfe der Peer to Peer Technologie, d.h.:jeder Teilnehmer leitet Datenströme selbstständigzu den direkt mit ihm verbundenen Teilnehmern weiter,ohne die gesamte Netzwerkstrukur kennen zu müssen
- Mischbertieb von Uni- und Multicast,spart Bandbreite underlaubt hohe Teilnehmeranzahl Vertriebs-
mitarbeiter
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Ausblick
• Mehr Bandbreite!
• UMTS => mobile VCs
• 3D Konferenzen + VR
• „visuelle Vernetzung“
• Verkehr von der Strasse ins Netz