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