Архитектура систем видеотелефонии в узкополосных ISDN

В 1990 году Международный союз электросвязи разработал рекомендацию Н.320, принятую впоследствии всеми ведущими производителями оборудования в качестве стандарта для реализации систем видеоконференций в узкополосных ISDN.

Система видеоконференций Н.320 включает в себя две основные группы компонентов - терминалы и устройства управления конференциями (Multipoint Control Units - MCU). Терминал представляет собой оборудование конечного пользователя, в то время как устройство управления конференциями является сетевым оборудованием, позволяющим организовывать видеоконференции с участием множества пользователей. Разрешается каскадное подключение друг к другу нескольких устройств MCU в рамках одной конференции. На рис. 5.1 показана архитектура системы видеоконференций, функционирующей в узкополосной ISDN.

Рис. 5.1 Система видеоконференций в узкополосной ISDN

Терминал Н.320 состоит из следующих функциональных модулей.

Блок видеоаппаратуры включает в себя видеокамеру, монитор и блок обработки видеоинформации, необходимый для реализации такой функции как разделение изображения в мониторе на несколько частей.

Блок аудиоаппаратуры содержит микрофон, громкоговоритель и блок обработки речевой информации, реализующий функции компенсации эха.

Телематические приложения обеспечивают передачу неподвижных изображений, коллективное редактирование растровых изображений, передачу файлов и др. Услуги передачи данных в системах видеотелефонии Н.320 реализуются на базе набора протоколов 1120.

Модуль управления системой отвечает за выполнение таких функций, как организация доступа к сетевым ресурсам при помощи абонентской сигнализации и управление соединением - организация общего режима функционирования на основе сквозной (end-to-end) сигнализации.

Для установления, поддержания и разрушения соединений системы Н.320 используют протокол сигнализации Q.931 [7]. Обмен сигнальными сообщениями между терминалом и опорной АТС производится по D-каналу. Следует отметить также, что сигнальные сообщения не мультиплексируются с пользовательской и управляющей информацией.

Управление соединением производится на основе протоколов Н.242 и Н.243. Протокол Н.242 используется для обмена информацией о функциональных возможностях терминалов, выбора режима передачи речи, видео и данных в соединении между двумя пользователями и для изменения режима. Протокол Н.243 используется для организации конференций, в которых несколько участников соединяются через устройство управления конференциями.

Аудиокодеки кодируют и декодируют речевую информацию. Рекомендация Н.320 определила в качестве основного алгоритма кодирования речевой информации алгоритм G.711, рассмотренный в главе 3, но на практике, чаще всего, при скорости передачи информации 128 Кбит/с в конференциях используется алгоритм кодирования G.728, а при скорости 384 Кбит/с - алгоритм G.722.

Видеокодеки сжимают видеоинформацию и выполняют обратное преобразование. Рекомендация Н.320 определяет видеокодек Н.261 как обязательный; может также использоваться кодек Н.263.

Блок синхронизации обеспечивает задержку речевых сигналов при передаче для синхронизации движения губ говорящего с его речью. Необходимость задержки связана с тем, что обработка видеоинформации занимает значительно больше времени, чем кодирование речи. Внесение задержки при передаче речевой информации не является обязательным требованием рекомендации Н.320, но большинство производителей оборудования реализуют эту возможность, поскольку покупатели предпочитают видеть изображения, согласованные со звуком. Можно отметить, что в системах мультимедийной связи Н.324, функционирующих в ТфОП, передающая сторона вместо задержки речевых сигналов информирует приемную сторону о средней разности фаз между звуковым и видеосигналом, благодаря чему приемная сторона может внести требуемую задержку при воспроизведении речи и изображения.

Система мультиплексирования, специфицированная в рекомендации Н.221, обеспечивает возможность совместной передачи сигналов управления, речи, видео и данных. В-каналы разделяются на октеты, каждый бит которых в действительности представляет отдельный подканал. Например, в одном октете могут находиться биты управляющей информации, речи, видеоинформации и данных.

Сетевой интерфейс выполняет функции адаптации терминала, необходимые для его подключения к сети в соответствии с требованиями рекомендации 1.400, рассмотренными в главе 3 [7].

Следующим элементом систем видеотелефонии Н.320 является устройство управления конференциями (MCU).

Рекомендация Н.320 определяет устройство управления конференциями как сетевое устройство, обеспечивающее участие пользователя в соединении одновременно с несколькими другими пользователями. Это устройство выполняет такие функции, как согласование скоростей передачи информации, смешивание речевых сигналов, переключение и смешивание видеосигналов, передача данных от одного пользователя ко многим другим пользователям и управление конференциями. В части управления конференциями MCU реализует функцию согласования функциональных возможностей терминалов для того, чтобы выбрать общий для всех терминалов режим работы.

Таким образом, функции MCU можно разделить на две основные части: управление конференциями и обработка сигналов информационных каналов.

Управление конференциями включает в себя согласование алгоритмов, используемых каждым из участников конференции для кодирования речи, видеоинформации и данных, причем MCU может транскодировать информацию любого вида, если терминалы, участвующие в конференции, используют разные алгоритмы ее кодирования. В процессе согласования функциональных возможностей терминалов устройство управления конференциями выбирает режим конференции (selected communication mode).

Обработка сигналов информационных каналов является неотъемлемой функцией устройства управления конференциями. От каждого терминала, участвующего в конференции, MCU принимает речь, видеоинформацию и данные. Речевую информацию, получаемую от всех участников конференции, устройство управления конференциями смешивает и направляет суммарный речевой сигнал к каждому из участников. Для предотвращения эха MCU может не включать в суммарный речевой сигнал голос того участника, которому этот сигнал передается.

Видеосигналы обычно коммутируются устройством управления конференциями на основе анализа уровня речевого сигнала. Ко всем терминалам, участвующим в конференции, направляется видеосигнал, связанный с речевым сигналом, имеющим самый высокий уровень. Проще говоря, всем участникам конференции передается изображение участника, который в данный момент времени говорит наиболее громко. Помимо этого, устройство управления конференциями может работать в режиме смешивания видеосигналов для получения видеоизображения, содержащего информацию сразу от нескольких источников.

Кроме обработки речи и видеоинформации MCU может выполнять обработку данных в соответствии с рекомендацией Т. 120.