|
RU | DE
Автореферат магистерской работы
"Исследование передачи видеопотока по сетям передачи данных".
Вступление.
На сегодняшний день развитие технологий достигло такого уровня, что становится актуальным вопрос повседневного применения передачи информации в режиме реального времени. До недавнего времени сети передачи данных играли только ограниченную роль в передаче изобразительной информации, оставаясь в основном в рамках переноса файлов целиком. Отсутствовала возможность просмотра информации "на лету". Была возможна только закачка файла целиком и последующий просмотр. Технология IP, разработанная для передачи данных, на сегодняшний день достигла такого уровня развития, и повсеместного распространения, что можно свободно вести речь о передаче видеосигнала поверх IP.
По сути дела, передача видеопотока по сетям передачи данных похожее на традиционное телевизионное вещание - один передатчик и практически безграничное число приемников. Такие системы с успехом смогут применяться в образовании, в корпоративных приложениях, в структурах государственного управления и так далее.
Сегодня потоковое вещание - это идеальное решение предоставления информации образовательного характера для учебных учреждений, организации дистанционного обучения и тренингов. Для охранных структур потоковое вещание позволяет обеспечить круглосуточное наблюдение путем удаленного видеомониторинга. Наиболее широкого распространения потоковая передача видео приобрела в практике организаций видеоконференций, одновременных трансляций официальных церемоний в телеэфир и в сеть Интернет.
Аналитической обзор существующих решений.
В зависимости, от вида информации, которая вещается, сильно отличаются требования к качеству получаемой картинки. Как следствие к полосе пропускания канала и к возможным задержкам. Некоторые виды практического применения видеовещания:
- Видеонаблюдение.
- Видеоконференции.
- Организация дистанционного обучения и тренингов.
- Вещания телепередач.
Мною будет рассматриваться случай передачи видеопотока качеством не ниже телевизионного. Т.е. это может быть и телевизионный эфир, и какая либо заранее подготовленная, записанная, информация. Например, тематическая передача, лекция, развернутое пояснение по теме, видеофильм при изучении иностранного языка и другое.
При передаче видеопотока возможно два пути. Вещания с помощью компьютера или специализированным аппаратным решением. Оба варианта имеют свои плюсы и минусы.
В любом случае получается следующее. Если вещаемая информация - это видеофайл, то необходимо выполнить перекодирование исходного материала в вещаемый формат с заданными характеристиками. В этом случае нужны не малые процессорные ресурсы. В случае вещания видеоинформации с DVD-диска все аналогично вещанию видеофайла. При вещании низкочастотного видеосигнала, поступающего на плату видеозахвата возможны два варианта. Если плата видеозахвата с аппаратным кодированием, то для вещания потребуются значительно меньшие процессорные ресурсы. В случае с платой с программным кодированием потока получаем вариант схожий с вещанием видефайлов. При передаче по сетям передачи данных эфирного телевещания потребуется ТВ-тюнер для приема и захвата высокочастотного телевизионного сигнала. Дальше опять же нужно выполнить кодирование захваченного видеопотока с заданными характеристиками. Вещание ведется на определенный порт видеосервера. Это как частота телевизионного сигнала. При просмотре потокового видео клиент должен обратиться к видеосерверу с указанием адреса или имени сервера и порта.
 Были рассмотрены сети передачи данных ATM и Fiber Channel. Обе сети обеспечивают большие скорости передачи данных около 1 Гбит в секунду и обе поддерживают "качество услуг" (QoS - Quality of Service). QoS означает передачу в гарантированной полосе; влияние QoS заключается в том, что сеть передачи данных начинает вести себя скорее как обычная система распространения видеосигналов. Технология ATM предлагает единое решение как для локальных (LAN - Local Area Networks), так и глобальных (WAN - Wide Area Network), сетей. Обе сети, ATM и Fibre Channel, обладают преимуществами в определенных приложениях, хотя и не представляют ведущего направления в LAN-технологиях.
Межоперативность, межстыкуемость и соотношение цена/характеристики - ключевые требования, которые во многих приложениях информационного производства могут быть обеспечены недорогими системами с гигабитными скоростями передачи данных. 85% мирового рынка передачи информации - это доминирование Ethernet. Гигабитный Ethernet, доступный на базе оптических и медных кабелей, дополняет существующее семейство 10- и 100- Мегабитного Ethernet вариантом на скорость в 1 Гбит/c, с сохранением стандарта кадра Ethernet.
Хотя сети Gigabit Ethernet могут быть построены с использованием распределенных информационных ресурсов (вещательная архитектура), первые реализации представляют собой полностью дуплексные коммутируемые схемы (архитектура "точка к точке"). В коммутируемой сети на каждом устройстве реализуется полная производительность.
Коммутаторы Gigabit Ethernet характеризуются двумя показателями: "агрегатной" производительностью (полной пропускной способностью) и производительностью по числу кадров в секунду. В наилучших условиях с большими кадрами показатели в целом определяются "агрегатной" производительностью. При наихудших условиях с малыми кадрами ограничивающим фактором является кадровая пропускная способность. Коммутаторы рассчитаны на достижение "проводной скорости" одновременно на всех портах. Например, 8-портовый коммутатор будет иметь агрегатную мощность 8 Гбит/c. Многие коммутаторы обеспечивают обратную совместимость с соединениями 100 Мбит/с и 10 Мбит/с.
Даже при наихудших условиях, кадры в коммутируемой Gigabit-сети отстоят друг от друга только на 12 микросекунд. В этом интервале устройство должно определить, адресуется ли ему пакет, проверить контрольную сумму и передать содержание кадра в память - необходимость выполнения всех этих операций может стать узким местом.
Современные сетевые интерфейсы используют специализированные аппаратные средства, которые принимают на себя эту достаточно существенную нагрузку, снимая тем самым ее с процессора, и прерывая его только на обработку значимых кадров. Кроме того, само управление прерываниями осуществляется в динамическом режиме, так что при интенсивном траффике на несколько кадров будет приходиться только одно прерывание, а при низком траффике процессор будет прерываться на каждом кадре с целью уменьшения скрытого периода.
Такие меры действительно позволяют обеспечить высокие скорости - так, сообщалось о передаче по Gigabit Ethernet 960 Мбит/c. Для систем, связанных с центральным процессором, увеличение размера Ethernet-кадра может повысить пропускную способность за счет уменьшения дополнительной нагрузки на процессор. Рассматривается предложение увеличить максимальный размер кадра с 1500 до 9000 Байт. В настоящее время уже имеется оборудование, поддерживающее такие "джамбо-кадры" (jumbo frames) с сохранением совместимости с существующим оборудованием.
Сам по себе Ethernet не является полным сетевым решением, а представляет собой два нижних уровня модели "Взаимосоединений открытых систем" (OSI - Open Systems Interconnect).
Наиболее часто используемые протоколы для Сетевого (Network) и Транспортного (Transport) уровня - это протокол Интернет (IP - Internet Protocol) и протокол управления передачей (TCP - Transmission Control Protocol). Протоколы TCP/IP обеспечивают надежную передачу сообщений и настолько популярны в среде Ethernet, что аппаратные сетевые средства часто имеют встроенную поддержку проверки контрольных сумм IP.
Более высокие уровни OSI обеспечивают интерфейс к пользовательским приложениям. Среди различных вариантов на выбор - сетевая файловая система (NFS - Network File System), обеспечивающая мультиплатформенную поддержку. В этой системе сетевые устройства трактуются как локальные дисководы с возможностью работы в знакомом стиле "drag and drop".
Ключевой вопрос - характеристики сетевых устройств. Многие из них имеют как интерфейсы видео, так и сетевые интерфейсы QoS; выделение полосы устройства под эти интерфейсы требует тщательного продумывания.
Традиционные сети без QoS имеют преимущество тогда, когда видеопортам всегда предоставляется приоритет в отношении полосы устройства, и когда сетевые передачи используют любую остающуюся полосу для более медленных передач. Если поток видео останавливается, то сетевая передача идет быстрее. Если видеопоток возобновляется, то сетевая передача замедляется. Никакого другого управления шириной полосы не требуется, однако при этом становится возможным гарантировать время сетевой передачи. На практике, для 50 Мбит/с видео и гигабитной сети "точка к точке" узкое место находится не в сети, а в устройствах, подключенных к ней.
Современная среда медийного производства нуждается в сетях передачи данных, которые бы придали ей гибкость и эффективность в удовлетворении требований относительно новых форматов изображения, метаданных и еще более стимулировали бы ее дальнейшее совершенствование. В настоящее время имеются высококачественные сети общего назначения, обеспечивающие экономическую выгоду за счет масштабности использования компьютерных технологий.
Вещание с помощью компьютера.
Универсальным решением для передачи видеопотока по сети является компьютер. При вещании аналогового низкочастотного или телевизионного сигнала потребуется плата видеозахвата или ТВ-тюнер соответственно.
Транслировать видео по сети можно, с помощью различного программного обеспечения на наиболее распространенных операционных системах.
Программные средства для потокового вещания под управлением операционной системы Windows.
- Технология Windows Media компании Microsoft.
- QuickTime компании Apple.
- Helix компании RealNetworks
- VIDEOLAN
- PYSoft Broadcaster
Как всегда, наиболее доступное для простого пользователя решение находится в сфере продуктов компании Microsoft. Технология имеет название Microsoft Windows Media. Сервисы Windows Media (WMS) встроены в ОС Windows 2000/2003 сервер.
В комплект входят Windows Media Server и Windows Media Encoder. Кодировщик кодирует живые или сохраненные звуки и видеосигналы, создавая поток формата ASF, asf-файл или то и другое одновременно. Кодировщик может предоставлять поток пользователям, но лучше это делает сервер. Windows Media Server может предоставлять ASF-поток по запросу пользователя и режиме живого вещания, используя одноадресную или многоадресную рассылку. Есть возможность перенаправлять поток с одного сервера на другой.
Для вещания минимально необходимый Windows Media Encoder, который можно бесплатно выкачать с сайта Microsoft. Этот продукт простой в управлении и быстро осваивается.
Список использованной литературы.
- Ресурсы сервера компании SYRUS SYSTEMS
- Ресурсы сервера Microsoft - Кодировщик Windows Media
- Михаил Бровко "Потоковое видео в сети".
- Олег Желдаков, Роман Клен "Пример практической реализации технического решения по передаче высококачественного цифрового видеоизображения по сети транснационального оператора "Транстелеком".
- Боб Ранк "Практическая передача видео по сети".
- Майкл Ебен, Брайан Таймен "FreeBSD. Энциклопедия пользователя" - К.:ТОВ"ТВД "ДС", 2002. - 736с.
- Скотт Мюллер "Модернизация и ремонт ПК", 13-е издание, М.: Издательский дом "Вильямс", 2002 - 1184 с.
|
