Dne 13. února 1998 se v rámci vědecké konference věnované 50. výročí Marshallova plánu uskutečnila videokonference mezi Prahou a New Yorkem. Pořádala ji New York University (NYU), účastníky měla být Univerzita Karlova v Praze (Petr Mareš a Petr Luňák z Fakulty sociálních věd UK) a Středoevropská univerzita v Budapešti.  Vzhledem k problémům, které jsme museli překonat, se můžeme domnívat, že šlo o první videokonferenci po veřejné datové síti ISDN mezi Českou republikou a USA. Tento článek se zabývá  technickou stránkou konference, stručně vysvětluje některé pojmy z oblasti ISDN videokonferencí, součástí jsou i příklady některých zařízení a odkazy na další informace o této problematice v Internetu.

Ing. Vladimír Horák,  Ústav výpočetní techniky UK, 17. dubna 1998

Z videokonference Univerzita Karlova - New York University
13. února 1998 - zahájení

Technické provedení videokonference

Úkol zajistit technicky účast Univerzity Karlovy ve videokonferenci dostal za úkol Ústav výpočetní techniky UK, který má mimo jiné na starosti provoz pražské akademické počítačové sítě PASNET. Předpokládalo se, že pro přenos konference se použije datové spojení přes Internet, případně se využije možnost přenosu po ATM síti TEN-34CZ. Po výměně dopisů s pořádající stranou - pracovníky NYU - se však ukázalo, že tak jednoduché to nebude.

Pro účast v konferenci bylo potřeba videokonferenční zařízení standardu H.320 a přípojka na veřejnou datovou síť ISDN. Pořádající považoval toto vybavení za "naprosto běžné" a poslal nám již jen telefonní ISDN číslo, na které se máme v určenou hodinu napojit. Na jeho straně nepřicházelo v úvahu použití jiného videokonferenčního systému a jiné datové sítě než ISDN - naše kvalitní spojení do Internetu a zařízení standardu H.323 jsme nemohli použít...

Ukázalo se, že pořádající měl k dispozici SONY Video Conferencing Systém standardu H.320 s třemi ISDN přípojkami. Zařízení umožňuje

• videokonferenci až čtyř účastníků (pořádající a až tři účastníci, kteří vlastní koncové videokonferenční zařízení a připojí se přes ISDN na jednu ze tří přípojek rychlostí 128kb/s) a tuto videokonferenci řídit.
• videokonferenci dvou účastníků, kdy se k přenosu dat použijí tři ISDN linky současně. Dosáhne se tak při rychlosti 384kb/s vyšší kvality obrazu a zvuku.

Byli jsme postaveni před tři základní problémy:

1. Univerzita Karlova nevlastní žádné videokonferenční zařízení standardu H.320 - bylo nutné ho zapůjčit. Videokonferenční zařízení standardu H.320 není v České republice běžně používané, především pro minimální rozšíření veřejné datové sítě ISDN. Například firma SONY měla v té době v republice jediné zařízení, které měl navíc vypůjčené na testování Telecom.
2. Univerzita nemá ISDN přípojku a za necelé dva týdny, které zbývaly do termínu konání videokonference, ji Telecom nedokáže zřídit  - bylo nutné najít někoho v Praze, kdo ISDN přípojku má a je ochotný poskytnout přípojku a své prostory k uspořádání konference.
3. Český Telecom v té době (únor 1998) neměl ještě vyřešené ISDN spojení do USA a nabízel ISDN spojení jen po republice a do některých evropských zemí. Tento problém vypadal zpočátku jako nepřekonatelný.

Z videokonference Praha - New York 13. února 1998
New York hovoří, naše strana má vypnutý mikrofon

Do videokonference se Univerzita Karlova mohla nakonec zapojit za pomoci firmy Siemens. Firma Siemens totiž vyrábí mimo jiné i telefonní ISDN ústředny a další ISDN zařízení včetně videokonferenčních systémů.

Konference se konala v prostorách Ministerstva vnitra (které má ISDN telefonní ústřednu značky Siemens) v Praze na Letné. Firma Siemens zapůjčila a instalovala své koncové videokonferenční zařízení SwiftSite a především vyřešila třetí, největší, problém - nemožnost přímého ISDN spojení mezu Českou republikou a USA. Ve své vídeňské pobočce zařídila přemostění ISDN spojení. Připojení našeho videoterminálu do konference pak probíhalo tak, že jsme vytočili číslo telefonní ústředny firmy Siemens ve Vídni, ústředna automaticky navázala ISDN spojení s New Yorkem a obě linky propojila.

Vlastní videokonferenci předcházelo několik dnů technické přípravy a testování a nakonec proběhla po technické stránce bez problémů. Bohužel maďarské straně se nepodařilo překonat technické problémy, takže konference byla nakonec jen dvoustranná.

Veřejná datová síť ISDN

Veřejnou datovou síť ISDN (Integrated Services Digital Netwok) je možné zjednodušeně charakterizovat jako "digitální telefonní síť", kdy digitální přenos je dotažen až ke koncovému účastníkovi. Tedy na rozdíl od dnešního stavu, kdy telefony jsou k "digitální telefonní ústředně" připojené analogově, probíhá digitalizace hlasu již v telefonním přístroji a  z něj už putuje signál digitálně. Do telefonní zásuvky ve zdi, do ústředny Telecomu a tak dál až k druhému účastníkovi hovoru. Tento systém má dvě výhody oproti analogovým linkám:

1. vysokou kvalita hovoru, protože celý přenost je digitální - odpadá veškerý šum a rušení, které se objevuje  v dnešní telefonní síti digitálních telefonních ústředen - digitální je totiž jen přenos mezi ústřednami, od telefonního přístroje až k ústředně je přenos analogový a právě na této cestě se nachytá nejvíce šumu a poruch.
2. protože je celý přenos digitální, je jedno, přenáší-li se digitalizovaný zvuk nebo jakákoliv jiná data. Systém ISDN je velmi výhodný (a byl pro tento účel i navržen) pro přenos dat a pro přenos multimediálních informací (zvuku, obrazu a dat současně).

Kapacita základní přípojky ISDN je 2 x 64kb/s (128 kb/s). Pro srovnání - na klasické analogové telefonní lince je možné pomocí modemu dosáhnout rychlosti přenosu dat 33kb/s a v určitých případech maximálně 55kb/s.

2 x 64kb/s znamená, že jde o dva kanály o kapacitě 64 kb/s. Je možné použít jeden z nich nebo oba dva současně, podle toho, co je třeba (pro telefonní hovor stačí jeden kanál). Za použití jednoho kanálu se platí stejně jako za jeden telefonní hovor (klasické impulsy, tarifní pásma, špička...). V případě potřeby je možné si pořídit ISDN přípojku s větší kapacitou (větším počtem kanálů).

Na rozdíl od klasické počítačové sítě (LAN, Internet) je ISDN služba spojová. Stejně jako telefonu je možné použít ISDN pro spojení bod - bod, tedy mezi dvěma účastníky. Například pokud bych chtěl uspořádat videokonferenci se třemi dalšími účastníky, musel bych mít videokonferenční zařízení připojené ke třem jednoduchým ISDN přípojkám. Na každou z nich by zavolal a připojil se jeden účastník videokonference.

Výhody ISDN

Oproti klasickým datovým sítím (LAN, Internet, založené na Ethernetu a TCP/IP) má ISDN jednu vlastnost, důležitou pro přenos multimedií:

Je možné zřídit spojení o libovolné kapacitě N x 64kb/s kanálů (pokud mají obě strany přípojku o dostatečné kapacitě a pokud si to zaplatí). Během existence spojení mají oba účastníci tuto kapacitu pouze pro sebe. Přenos dat je tedy plynulý, bez přerušení a zpoždění. To je důležité právě pro přenos obrazu a zvuku.
V klasické počítačové síti (mimo sítích postavených na ATM) toto není možné zajistit.

Poplatky za ISDN

Pro doplnění celkové informace uvádím ceny za zřízení a provoz ISDN přípojky - platné ceny Telecomu v únoru 1998:

• přípojka EURO ISDN2 (2 x 64kb/s):
  20.000 Kč zavedení, 2.000 Kč měsíční paušál. Pro zavedení postačí stávající telefonní přípojka, ovšem za předpokladu, že je kvalitní (nutný průzkum na místě). Poplatky za spojení: impulsy za každý kanál podle volání. 
• přípojka ISDN30 (30 x 64kb/s = 2Mb/s maximálně):
  200.000 Kč zavedení a 20.000 Kč měsíční paušál. Pro zavedení nutný optický kabel. Poplatky za spojení: impulsy za každý kanál podle volání.

Jak je vidět, není to v našich podmínkách ještě levná, běžně dostupná záležitost.

Další informace viz odkazy.

Videokonference

Videokonferenčních systémů byla vyvinuta celá řada a byly navzájem nekompatibilní. V posledních letech však bylo navrženo několik standardů, takže zařízení různých výrobců, které odpovídají stejnému standardu, mohou spolu komunikovat navzájem.

Videokonferenční standard zahrnuje:

• Způsob digitalizace a komprese obrazu
• Způsob digitalizace a komprese zvuku
• Způsob přenosu dat (dokumenty, virtuální tabule)
• Přenos dat určitém typu datové sítě (LAN, Internet, ISDN...)
• Vzájemnou komunikaci mezi koncovými zařízeními, řízení konference více než dvou účastníků

Videokonference je vždy kompromisem mezi kvalitou obrazu a zvuku (rozlišení obrazu, počet barev a počet snímků za vteřinu, rozsah přenášeného zvukového pásma, zpoždění) a našimi možnostmi (cenou zařízení a poplatky za datovou linku určité kapacity).

Z videokonference Praha - New York 13. února 1998
zkouška spojení den předem

Digitalizace a komprese obrazu zahrnuje rozlišení obrazu, počet barev a počet snímků za vteřinu (čím vyšší, tím je obraz dokonalejší a méně trhaný, ale je třeba přenést více dat). Pro komprimaci dat se používají různé algoritmy (většinou ztrátové) a triky (přenos jen změněných částí scény apod.).

Digitalizace a komprese zvuku zahrnuje šíři knitočtového pásma, které se přenáší (telefonní x "hifi" kvalita) a způsoby komprimace dat. Zajímavé je, že použití lepšího komprimačního algoritmu způsobuje větší zpoždění v přenosu zvuku, které může být někdy na závadu.

Datové sítě se od sebe liší v některých vlastnostech. Např. u ISDN je pro spojení vyhrazeno pásmo o pevné kapacitě (např. 128 kb/s) a přenos dat je plynulý - algoritmy pro kompresi obrazu a zvuku toho mohou využít. Naopak pokud se použije pro přenos Internet, není šířka volného pásma zaručená a kolísá v závislosti na tom, kolik uživatelů používá síť v tu samou dobu. Videokonferenční zařízení se musí tomuto stavu přizpůsobovat a kontrolovat, zda nedošlo ke ztrátě dat.

Videokonferenční zařízení se spolu také musí na začátku relace domluvit. Musí oznámit jedno druhému, jaké metody digitalizace obrazu, zvuku a dat umí, jaké by chtěla použít (např. jeden z uživatelů preferuje zvuk bez zpoždění před plynulostí obrazu) a dohodnout se mezi sebou co tedy použijí s přihlédnutím ke kapacitě a vlastnostem spojení. To vše pokud možno bez zásahu uživatele, který nemá hlubší technické znalosti.
Zařízení si vyměňují i další informace - například pokud jde o řízení konference, možnost pohybovat kamerou zařízení na straně druhé a rozhlížet se podle potřeby po sále...

Některé standardy

Tři hlavní standardy se liší právě podle typu datové sítě, pro kterou jsou určené:

• H.320 - pro ISDN = síť se zaručenou šířkou pásma  (veřejná datová síť ISDN)
• H.323 - pro datové sítě bez zaručené šířky pásma (LAN - lokání počítačová síť postavená na Ethernetu, Internet)
• H.324 - pro přenos dat modemy po klasických telefonních linkách

Hlavní standardy  zahrnují množinu dalších standardů - několik pro komprimaci obrazu (např. H.261, H.263) , několik pro komprimaci zvuku (např. H.711, G.711), standard pro výměnu dokumentů (T.120), standard pro počáteční navázání spojení,  komunikaci po určitém typu datové sítě.

Protože např. H.320 a H.323 používají stejné standardy pro kompresi obrazu, je možné za použití speciálního zařízení (gateway) převádět ISDN videokonferenci do LAN a naopak.

Více viz v odkazech.

Zařízení

Videokonferenční zařízení se dají rozdělit do tří skupin:

1. koncové zařízení - umožňuje zapojit se do konference, kterou pořádá a řídí někdo jiný, dvě taková zařízení mohou komunikovat mezi sebou navzájem
2. zařízení, které slouží pro uspořádání konference více než dvou stran, umožňuje takovou konferenci řídit
3. zařízení, které slouží jako brána (gateway) mezi dvěma videokonferenčními standardy

Příklady, jak může vypadat videokonferenční zařízení:

Koncové zařízení H.323 založené na PC

• osobní počítač s Windows 95, program Microsoft NetMeeting
• zvuková karta, reproduktory, mikrofon
• kamera s příslušnou kartou (hardware na kartě provádí digitalizaci a kompresi videosignálu)
• ethernetová síťová karta pro připojení k LAN
• výhoda - poměrně levné, pokud již máte dostatečně výkonný multimediální počítač

Koncové zařízení H.320 založené na PC

• osobní počítač s Windows 95
• karta, která obsahuje
  • ISDN síťové rozhraní, 2 x 64kb/s
  • vstup pro kameru, hardware pro digitalizaci a kompresi videosignálu
  • audio vstup/výstup
• software dodávaný s kartou, Microsoft NetMeeting
• příklad: Siemens I-View
• výhoda - poměrně levné rozšíření existujícího osobního počítače

Kompaktní videokonferenční koncové zařízení H.320:

• kompaktní zařízení  určené k položení na televizi - kamera (zoom), mikrofon, reproduktory, ISDN rozhraní, výstup na televizi, video, dálkové ovládání (pro vytáčení ISDN čísla, natáčení kamery, přepínání obrazu)
• výhoda - kompletní, jednoduché na instalaci a obsluhu
• příklad -  Siemens SwiftSite

Siemens SwiftSite

Videokonferenční systém H.320:

• integrované zařízení - velkoplošná obrazovka, reprodukční zařízení pro ozvučení větší místnosti, tři ISDN síťová rozhraní umožňující buď řídit konferenci čtyř účastníků (3 připojení rychlostí 128 kb/s) nebo "hifi" spojení rychlosti 384 kb/s (televizní kvalita, 30 snímků za vteřinu)

Odkazy

ISDN

• česká www stránka věnovaná ISDN

Videokonference

• Přehled videokonferenčních standardů (tabulka)
• Summary of ITU-T Recommendation H.320 - stručná charakteristika doporučení H.320
• H.320 overview
• The H.320 Video Conferencing Protocol  - přehled videokonferenčních standardů, popis použitých způsobů komprese obrazu a zvuku, odkazy na několik výrobců zařízení. Pěkně vypracovaný domácí úkol :-)
• Summary of ITU-T Recommendation H.323
• H.323: Multimedia Conferencing for Packet Switched Networks - charakteristika H.323, "slajdy" z přednášky

Zařízení a software pro H.320 a H.323

• Microsoft NetMeeting - H.323 software pro Windows, podporuje ISDN karty a karty pro vstup videa různých výrobců
• Cyber Tron - H.320/H.323 soft.
• Paradise Soft. - H.320 soft. pro pracovní stanice
• Siemens ISDN videokonferenční zařízení
• PictureTell NetConference - soft. pro řízení konference více než dvou účastníků, H.323
• RadVision - gateway mezi H.320 a H.323

Jiné systémy

• MBONE - rozšířený přenos obrazu a zvuku po Internetu s využitím multicastu
• CU-SeeMe (čti See You - See Me) - free videokonferenční software pro Macintosh a Windows

Fotografie zařízení jsou převzaté z materiálů firmy Siemens.