hledat:

8   Multimediální přenosy

8.1   Cíle, strategie a struktura projektu

Projekt Multimediální přenosy po dva roky sdružoval aktivity v oblasti zpracování a přenosu multimediálních dat. Sdružení CESNET si je vědomo významu podpory pokročilých aplikací, proto je tento projekt přirozeně jedním ze strategických projektů výzkumného záměru

Naším cílem je vytváření systému pro podporu spolupráce na dálku pomocí bezprostředního využívání multimediálních aplikací v oblasti různě náročných audio a videopřenosů. Záměrem bylo pomocí dalšího rozvoje videokonferenčních systémů, videonástrojů a nástrojů pro sdílení pracovní plochy pokrýt různé oblasti kooperací od spolupracujících jednotlivců až po propojování specializovaných center.

Během dvouleté práce se řešitelé soustředili na tvorbu systémů pro podporu rutinního využívání videokonferenčních nástrojů, systémů pro realizaci audio a videopřenosů na vyžádání a specifických aplikací v oblasti asynchronní komunikace jednotlivců i skupin. Nedílnou součástí naší práce byl i výzkum v oblasti síťové podpory multimediálních přenosů.

Naší snahou bylo především námi vyvíjené technologie dostat až k potenciálním uživatelům. K tomu slouží provozované informační portály obsahující základní údaje umožňující orientaci uživatele na nejvhodnější technologii, ale také doporučení a detailní návody pro konkrétní produkty a možné scénáře použití. Průběžná podpora pilotních skupin a konzultace v oblasti multimediálních přenosů se stala důležitou součástí našich aktivit.

Multimediální přenosy jsou dynamicky se vyvíjející oblastí a po dvou letech nevnímáme tento projekt jako uzavřený. Přes řadu úspěšně vyřešených problémů stále zbývá mnoho úkolů k řešení a nové se průběžně objevují. Jako správná se nám jeví cesta zapojení se do mezinárodních aktivit a navázání kontaktů s obdobnými projekty v zahraničí. Úzká spolupráce s řešiteli pracujícími v souvisejících oblastech v jiných projektech výzkumného záměru je samozřejmostí.

Projekt prošel v minulém roce rozsáhlou restrukturalizací. Došlo ke změně vnitřní organizace a také byl výrazným způsobem snížen počet řešitelů. Výsledky dosažené v letošním roce bezpochyby potvrdily oprávněnost tohoto kroku. Řešitelé tohoto projektu publikovali své výsledky v 6 technických zprávách a 7 časopiseckých a sborníkových publikacích. Dále pak prezentovali své výsledky na několika významných konferencích, celkem 2 postery a 3 přednáškami.

8.2   Podpora prostředí pro spolupráci

Vznik velkých projektů a práce na nich vyžaduje koordinaci a komunikaci lidí nacházejících se v akademických centrech celé republiky, Evropy a stále častěji i mezi kontinenty. Cestování se svými časovými a finančními nároky není v dostatečné míře reálné, poštovní a telefonické spojení nestačí. Řešením mohou být videokonferenční služby s přenosem obrazu, zvuku a sdíleného pracovního prostředí (editor, kreslicí plocha, ...) v reálném čase.

8.2.1   Zrcadlo

Ve velkých projektech se často jedná o komunikaci větší skupiny, než je jeden komunikující pár, což vyžaduje vícesměrové vysílání (od každého účastníka ke všem ostatním).

Jednou z možných realizací vícesměrového vysílání je multicast. Lze ho přiblížit jako rodinu protokolů schopných zajistit administrativu komunikující skupiny (založení skupiny, přihlašování a odhlašování členů skupiny, apod.) a směrování datových paketů tak, že všichni členové skupiny dočasně získávají stejnou speciální IP adresu a protokoly multicastu je řešena replikace dat a jejich rozeslání všem členům skupiny. K replikaci dat u multicastu dochází uvnitř sítě tak, aby data byla po jedné lince posílána pouze v jedné kopii.

Toto komunikační schéma vnáší do počítačových sítí zvýšené požadavky na aktivní síťové prvky. Implementace směrovacích protokolů pro multicast jsou zatím často nedokonalé a důsledkem bývá značná provozní nestabilita multicastu v heterogenních sítích. Proto není vždy možné používat řešení založené na multicastových síťových službách a je třeba mít k dispozici i jiné prostředky.

Komunikující pracovní skupina má omezený počet členů (zejména aktivních) už z podstaty pracovní schůzky či porady. Současné kapacity síťových linek mohou přenést jistý omezený počet kopií přenášených dat bez větších problémů a je proto možné využít k distribuci dat jednodušší postupy. Jedním z možných přístupů je rozesílání dat účastníkům prostřednictvím jednoho centrálního aktivního prvku (serveru). Podle funkce "odrazu" dat se pro prvky tohoto typu vžil termín zrcadlo nebo reflektor. Pokud komunikující skupina zrcadlo použije, stačí aby jednotliví členové měli běžné síťové připojení a není potřeba žádných speciálních služeb sítě. Negativem může být přenos většího množství dat než v případě multicastu a také škálovatelnost (rozšiřitelnost vzhledem k počtu účastníků).

Návrh architektury reflektoru musí být tak flexibilní, aby bylo možné implementovat veškeré požadované funkce a bylo snadné doplnit schopnosti dosud nespecifikované. Při návrhu jsme vycházeli z těchto teoretických základů:

• aktivní sítě s přímo i nepřímo programovatelnými uzly
• překryvné sítě pro zavedení specifických služeb do nespojovaných sítí
• přístup uživatele k vytvoření a řízení služby.

Výsledkem je plně uživatelsky řízený UDP reflektor. Základní funkce reflektoru - přijímání dat a jejich replikace pro skupinu příjemců - je rozšířena jak o přímé řízení uživatelem, tak o možnost připojení dalších uživatelských modulů pro zajištění specifických úloh.

Reflektor se skládá z částí odpovídajících za správu a odbavení dat. Odbavení dat je dále strukturováno do části pro příjem dat, sdílené paměti, klasifikace dat, plánovače zpracování, modulů pro zpracování a modulu pro odesílání dat. Moduly pro příjem dat jsou svázány s konkrétním portem. Přijatá data jsou umístěna do příchozí fronty, klasifikována a ověřena (AAA). Modul řízení relace zpracovává seznam cílových adres. Dle tohoto seznamu se rozhoduje o zasílaní kopií dat. Na konci zpracování jsou připravené pakety umístěny do odchozí fronty a podle pokynů plánovače odeslány do sítě. Plánovač procesů zodpovídá za běh procesorů pro zpracování dat s možností uživatelského zásahu, kontroluje limity přidělených prostředků a poskytuje statistická data. Administrativní část reflektoru zajišťuje komunikaci uživatele s reflektorem pomocí modulů pro příjem zpráv, řídícího modulu a AAA modulu. Komunikace probíhá prostřednictvím specifického jazyka RAP.

Základní vlastností reflektoru je přeposílání dat z jednoho zdroje více cílům. Pro zajištění lepší škálovatelnosti je možné vzájemně propojit více reflektorů pomocí sítě tunelů. Správa reflektoru je podpořena možností zaznamenávání význačných událostí. Vlastní zpracování dat procházejících reflektorem závisí na použitých modulech. Příkladem mohou být moduly pro záznam, překódování či synchronizaci proudů nebo skládání více proudů do jednoho z důvodů šetření přenosového pásma.

Vzhledem k existenci vlastní kopie dat pro každý z cílů je toto prostředí vhodné pro tzv. silnou bezpečnost. Ta je zajištěna vytvořením zabezpečeného spojení pro výměnu šifrovacích klíčů mezi reflektorem a každým z příjemců. Reflektory je rovněž možno využít v omezeném síťovém prostředí (např. sítě za firewallem), kdy lze mezi reflektory přenášet data zapouzdřená do protokolu, který není omezován (např. HTTP), a na zrcadlech provádět kódování a dekódování. Výhodou tohoto řešení je, že není nutné jakkoliv zasahovat do konfigurace dané sítě.

8.2.2   AGP, PIG a Sitola

V letošním roce byla na Fakultě informatiky Masarykovy univerzity v Brně ustavena Laboratoř pokročilých síťových technologií. Laboratoř je výsledkem společných aktivit Fakulty informatiky, Ústavu výpočetní techniky MU a sdružení CESNET. Jde o výzkumnou laboratoř specializující se na pokročilé síťové protokoly a aplikace, vyžadující vysokorychlostní sítě. Laboratoř poskytuje prostor a vybavení studentům pracujícím na projektech v uvedených oblastech, ať již jako součást jejich povinností vyplývajících z návštěv přednášek, nebo jako základ bakalářských či diplomních prací. V laboratoři též působí doktorští studenti, věnující se výzkumu vedoucímu k udělení titulu Ph.D.

Laboratoř je v současné době vybavena špičkovou vizualizační technikou, včetně jednoho 3D a několika 2D projekčních systémů a zvukovým vybavením. To vše je propojeno programovatelným přepínačem přímo připojeným na síť. Díky tomuto vybavení se laboratoř stala prvním českým Access Grid uzlem. Standardní i bezdrátová počítačová síť v celé laboratoři je samozřejmostí. Laboratoř rovněž poskytuje dostatek prostoru pro další vybavení a pracovní místa pro studenty, včetně plochy pokryté kubikly.

V Laboratoři byl postaven první AccessGridový uzel na území ČR. Má-li být naplněn základní smysl AccessGridového uzlu, tj. zabezpečení kvalitní komunikace s obdobnými instalacemi ve světě, musí být splněna celá řada podmínek. Doporučená architektura, včetně požadovaného technického vybavení, je k dispozici na webových stránkách www.accessgrid.org. S ohledem na rychlý vývoj v oblasti jak výpočetní techniky, tak i multimédií a počítačových sítí jsme se rozhodli doporučenou architekturu modifikovat tak, aby lépe využívala dnes dostupný výkon a možnosti výkonných výpočetních serverů.

Výslednou architekturu je možno vidět na obrázku. Přitom hlavní změnou proti standardnímu schématu je redukce v počtu počítačů, kompenzovaná výrazným vzrůstem jejich výkonu:

• sloučení počítačů pro snímání a kódování audia a videa do jediného dvouprocesorového stroje a nahrazení operačního systému Linux systémem FreeBSD 5.0;
• sloučení zobrazovacího a řídícího počítače do druhého dvouprocesorového počítače

Naopak rozšířením schématu AG byla instalace pasivní 3D projekce nepovinné pro standardní AG uzel. Vzhledem k orientaci na aplikace z oblasti výpočetní chemie a zejména na výzkum přenosových protokolů pro synchronní vícepásmové přenosy (stereofonní zvuk či 3D pohyblivý obraz) se jedná o nezbytné vybavení Laboratoře.

Zařízení pro AG uzel jsou dálkově ovladatelná. V další etapě počítáme s rozšířením současného firemního řešení s dotykovým panelem o vlastní programovatelný systém s webovým rozhraním, které umožní specifikovat a následně programovat i složité scénáře práce s obrazem, zvukem, daty přicházejícími sítí a vnějšími podmínkami (osvětlení). Vývoj software pro ovládání místnosti s možností flexibilního přidávání a odebírání ovládaných zařízení, autentizace a systému rolí pro uživatele a systému předdefinovaných scénářů pro jednotlivé typy videokonferencí je prvním úkolem. Software by se měl integrovat se současnou vývojovou verzí AG 2.0, která je založena na technologii OGSA. Další již probíhající aktivitou je práce se synchronizačními protokoly pro 3D projekci a návrh systému pro ukládání a sdílení 3D dat.

8.2.3   3D videopřenosy

Výzkum v oblasti přenosů 3D videa v "best-effort" sítích se soustředil na využití technologie DV, jež se jeví jako perspektivní s ohledem na velké množství dostupných zařízení a možnosti implementace takového řešení bez plateb licenčních poplatků.

Implementace softwarového řešení byla náplní projektu DVTS, z něhož vzešly také dvě RFC specifikující posílání DV po IP sítích (RFC 3189 a RFC 3190). Implementace pro platformy Linux a *BSD zahrnuje nástroje pro čtení DV proudu z rozhraní IEEE-1394 a jejich posílání do IP sítě. Samostatně byl udržován software xdvshow pro zobrazování přijímaných dat v X-windows. Zobrazovací nástroj byl také implementován pro Windows 2000/XP.

Projekt DVTS v současnosti ustrnul ve vývoji v důsledku odchodu hlavního vývojáře. Rozhodli jsme se proto pokračovat ve vývoji nástroje xdvshow, který trpěl největšími nedostatky z celé sady DVTS nástrojů. Implementovali jsme jak přímé zobrazování pomocí rozhraní X11, tak i zobrazování prostřednictvím knihovny SDL, díky čemuž je je nyní možné zobrazování také v celoobrazovkovém režimu. Aplikace v současnosti využívá vícevláknovou architekturu zajišťující jak robustnější příjem dat ze sítě, tak i vyšší výkon umožňující zobrazovat dva DV proudy současně na jednom běžném PC bez jakékoli hardwarové akcelerace. To je výhodné pro čistě softwarové zobrazování prostorového obrazu za využití dvou nezávislých DV zdrojů.

3D snímání je realizováno pomocí dvou DV kamer usazených na stereoskopické stativové hlavě. Data jsou přenášena do počítače pomocí rozhraní IEEE-1394 a odesílána do sítě s agregovaným datovým tokem 50 Mb/s. Na zobrazovacím počítači jsou data ze sítě přijímána a zobrazována na dvou projektorech s nasazenými polarizačními filtry s vzájemně kolmými rovinami polarizace. Projekce využívá speciální plátno, které má nedepolarizující charakteristiku, tj. polarizované světlo odražené od plátna si prakticky úplně zachová svou polarizovanou charakteristiku. Pozorovatel pak má nasazeny brýle s kolmo orientovanými polarizačními filtry, čímž se zajistí, že každé oko vidí obraz pro ně určený.

8.2.4   Distribuované prostředí pro střih videa

Vzhledem ke zvyšování četnosti požadavků na videoarchivy v akademické komunitě jsme na FI MU vybudovali modelovou střižnu a začali vyvíjet distribuované prostředí pro kódování videa. Samotné střihové pracoviště vybudované v prostorách Síťové laboratoře na Fakultě informatiky MU je založeno na technologiích firem AVID a Adobe. K disposici je střižna AVID Xpress Pro a v případě potřeby také Adobe Premiere Pro a Adobe AfterEffects.

Výstupy ze střihových systémů jsou následně zpracovávány distribuovaným kódovacím prostředím, typicky do formátu RealMedia určeného pro streamování. Vzhledem k dostupnosti velké výpočetní a úložné kapacity v podobě prostředků projektu MetaCentrum padla volba na využití této infrastruktury pro distribuované kódování videomateriálu. V současnosti jsme vyvinuli prototyp distribuovaného kódovacího prostředí, který umožňuje paralelní kódování až na několika stech procesorů současně. Materiál určený k zakódování je nejdříve uložen do distribuovaného úložiště dat na bázi protokolu IBP, poté je automaticky rozdělen na menší části, které jsou zpracovány paralelně a nakonec spojeny do výsledného souboru. Při distribuovaném zpracování je možné provádět i složité transformace obrazu (např. vysoce kvalitní odstranění prokládání nebo zmenšování velikosti obrazu) a celé zpracování je rychlejší než v reálném čase

8.2.5   Videokonferenční infrastruktura H.323

I v letošním roce jsme se věnovali stabilizaci a rozvoji videokonferenční infrastruktury H.323. Zaměřili jsme se především na větší integraci doposud zakoupených a provozovaných koncových stanic do současné infrastruktury. Distribuovali jsme několik plánovaných videokonferenčních stanic Polycom ViewStation a ViaVideo. Klíčová místa jsou vybavena stanicemi s podporou konferencí v rozlišení 4CIF (plný PAL) a funkcí malého MCU.

S dodavatelskou firmou spolupracujeme na řešení chyb v současném programovém vybavení stanic a snažíme se jejím prostřednictvím prosazovat nové funkce do dalších verzí. Na většině instalovaných zařízení jsou k dispozici aktuální verze vnitřního programového vybavení, které oproti stavu v minulém roce zajišťují zvýšenou míru zabezpečení proti různým síťovým útokům.

Aktuálně ověřujeme kvalitu implementace video kodeku H.264 a podporu šifrování (AES) v našich stanicích. S plným nasazením těchto nových funkcí na uzlových MCU (Praha a Brno) počítáme začátkem roku 2004.

Pokračujeme ve spolupráci s řešiteli strategického projektu Hlasové služby v síti CESNET2. Výsledkem spolupráce je variantní číslovací plán zahrnující i videokonferenční stanice. Přijatý číslovací plán umožňuje stanicím přístup do prostředí VideNet, JTS i systému IP telefonie. Průběžně také realizujeme testy interoperability videokonferenčních stanic, IP telefonů a audio a videokonferenčních softwarových aplikací. Působíme také v meziprojektové pracovní skupině s cílem implementovat rozšíření adresářových služeb definovaných standardem H.350.

8.2.6   Malé multimediání platformy

V tomto roce jsme se začali intenzívně zabývat vývojem vlastní multimediální platformy. Naším cílem je vytvořit mobilní a univerzální systémy pro oblast multimediálních přenosů, především se zaměřením na videokonference, akvizici a prezentaci. Výhodou bude jednoduché a jednotné ovládání, mobilita, nízký provozní odběr a snížená hlučnost. V souladu s vývojem nových akceleračních modulů lze s těmito systémy počítat i v oblasti speciálních AV přenosů.

V této chvíli jsme po hardwarové stránce dokončili práce na dvou prototypech těchto zařízení pro videokonference a streaming. Ve vývoji je pak další sada podporující přenos MPEG4@IP s využitím akcelerátoru na bázi programovatelného hardware (FPGA).

8.2.7   Podpora pilotních skupin

I v tomto roce jsme se věnovali podpoře vybraných pilotních skupin v oblasti videokonferencí (již tradičně např. projekty Datagrid a IPv6). Práce v této oblasti se soustředily především na zajištění úzké spolupráce a podporu uživatelů využívajících intenzívně videokonferenční nástroje a na zajištění dostatečně účinné zpětné vazby indikující problematická místa v námi poskytovaných službách. Tento úkol jsme plnili průběžně během celé doby trvání projektu.

Vytvořili jsme několik nových typů videokonferenčních sad a předali jsme je do užívání.

8.3   Oborové projekty a podpora speciálních akcí

8.3.1   Spolupráce s AVC SH ČVUT

V průběhu tohoto roku jsme navázali spolupráci se studentskou skupinou AVC SH, Audiovizuální centrum Silicon Hill. Cílem této skupiny je vybudovat komplexní poloprofesionální videostudio, schopné ve vysoké kvalitě pracovat s digitálním videozáznamem a dále vytvářet kvalitní živě vysílaný program a zpracovávat jeho záznam. Primárním cílem jejich aktivit jsou akce pořádané Silicon Hill a Studentskou unií ČVUT, např. OpenWeekend, InstallFest, CryptoFest a přednášky pořádané SU ČVUT. Dlouhodobým záměrem této skupiny bude pokus o zajištění webcastingu přednášek na ČVUT. Z již realizovaných jsou to např. Fyzikální čtvrtky, unikátní cyklus přednášek a seminářů, který pořádá katedra fyziky FEL ČVUT a Programátorské večery, taktéž FEL ČVUT. Vše podstatné o těchto aktivitách lze nalézt na stránkách skupiny avc.sh.cvut.cz.

Náš přínos k této spolupráci spočívá v oblasti konzultací, pomoci při přípravě některých scénářů a akcí a zápůjček AV techniky.

8.3.2   Záznam přednášek a další aktivity na FI MU

Při přednášce je třeba zaznamenat zvuk, obraz a prezentované materiály. Obraz je snímán běžnou ruční kamerou (např. některou ze třídy Sony Handycam). Kamera je připojena k S-video vstupu počítače. Jedná se o PC s kartou Ati TV Wonder a operačním systémem Linux. K jádru OS byl přidán virtuální ovladač, tzv. video loopback. Záznam je v počítači vytvářen programem RealProducer 8.51 Basic společnosti Real Networks. Zvuk je získáván připojením zvukové aparatury místnosti ke zvukové kartě v PC. Je možné využít i zvukový vstup kamery, jeho kvalita je však nižší.

Prezentované materiály lze rovněž snímat kamerou a pokud vyučující píše křídou na tabuli, nelze ani jinak. Jsou-li prezentované materiály dostupné v digitální podobě, lze je do záznamu vkládat přímo a kvalita obrazu je potom podstatně vyšší. Ke vkládání prezentovaných materiálů slouží program multiplexor.

Záznamy jsou vystaveny prostřednictvím webového portálu video.fi.muni.cz a jsou přístupné odkudkoliv z domény muni.cz a studentům FI autorizovaně z celého Internetu. Kliknutím na patřičný odkaz je možné si záznam přímo spustit, nebo jej stáhnout na lokální disk pro pozdější přehrání. Velikost zaznamenané přednášky je při datovém toku 512 kb/s přibližně 300 MB. Studenti tedy mají v prostředí akademické sítě možnost bez problémů sledovat přednášky online nebo si je zaznamenat na CD.

V rámci aktivit kolem pořizování a zpracování záznamů jsme využili i studentského divadelního představení a vyzkoušeli si i metodiku záznamu divadelního představení a střih videa ze záběrů více kamer. Celé představení bylo snímáno třemi různými DV kamerami Canon XM-2, Canon XM-1 a Sony TRV-30E, což se později ukázalo jako mírná komplikace, protože i u kamer v třídě prosumer může docházet k nepatrnému rozcházení rychlosti záznamu, kterou je třeba korigovat při střihu materiálu z více souběžných záznamů.

Záznam byl prováděn na 80min. kazety, aby byla s rezervou eliminována potřeba měnit kazety během záznamu. Obsah kazet byl převeden přes rozhraní FireWire (IEEE-1394) na disk počítače do souboru ve formátu AVI, v němž je video uloženo přímo kompresí DV, stejně jako na kazetě. Tento převod je možno provést snadno na jakémkoli počítači, který je vybaven dostatečně rychlým diskem a jednoduchým FireWire rozhraním (např. OHCI čip od Texas Instruments, který dnes bývá integrován přímo na základních deskách) za použití programu Adobe Premiere 6.0 a vyšší. Při tomto způsobu práce je pouze třeba mít dostatečně velkou diskovou kapacitu, neboť hodina záznamu odpovídá zhruba 14GB souboru.

Samotný střih jsme realizovali také pomocí programu Adobe Premiere 6.0. Vzhledem k tomu, že nejsme střihovými profesionály, bylo třeba na přiměřeně pečlivé sestříhání hodiny videa zhruba 14 hodin práce - jedná se o značné časové nároky a právě jejich snížení si slibujeme od nové střižny na ÚVT MU budované z prostředků Fondu rozvoje CESNETu a Masarykovy univerzity. Sestříhané video bylo následně konzultováno s režisérem hry a byly do něj zapracovány jeho připomínky a přidány titulky. Výsledný záznam byl převeden do formátu RealMedia pro vystavení na streamovacím serveru CESNETu, a to ve dvou verzích: jedna s maximální kvalitou, určená pro výkonné počítače s širokopásmovým síťovým připojením (datový rok je kolem 3 Mb/s), druhá s nižší kvalitou pro různá pomalejší připojení či méně výkonné počítače.

8.3.3   APAN virtuálně - teleprezentace

Laboratoř pokročilých síťových technologií Fakulty informatiky MU v Brně pracuje jednak jako zázemí výzkumu a vývoje, ale technika je využívána i v produkčním režimu pro pořádání pravidelných videokonferencí a speciálních akcí. Takovou byla virtuální účast a přednáška na konferenci APAN. Konferenci APAN pořádají univerzity a poskytovatelé vysokorychlostní akademické počítačové sítě ve východoasijském a pacifickém prostoru. Konference se konala v Busanu v Koreji a s ohledem na pouze třídenní jednání (které činí cestu na tuto vzdálenost značně neekonomickou) bylo s pořadateli dohodnuto, že přednáška se uskuteční pomocí videokonferenčních nástrojů, tj. bez fyzické přítomnosti přednášejícího. Namísto zajištění cesty bylo tedy třeba připravit technické zabezpečení a dohodnout podmínky, aby přednáška byla co nejkvalitnější.

Pořadatelé konference navrhli využití protokolu H.323 pro přenos obrazu a zvuku s využitím běžné prezentace ve formátu PowerPoint. Zatímco shoda na tomto technickém řešení byla jednoduchá, stanovení času konání přednášky bylo mnohem složitější. Ukázalo se, že v celé sekci věnované tzv. Logistic Networking, kam patřila i naše přednáška, nebude žádný přednášející na místě a všechny přednášky budou realizovány na dálku. Dva přednášející byli de facto místní (Singapur a Korea), ovšem další byl z USA a pak my z Evropy. Nebylo možné najít čas, který by vyhovoval všem účastníkům. Nakonec bylo rozhodnuto mít celý blok mezi 7.00 a 8.30 místního korejského času, kterému odpovídalo 1.00 až 2.30 po půlnoci v Brně.

Vlastní konferenci předcházely dvě testovací seance, v nichž jsme vylaďovali nastavení a ověřovali, že propustnost mezi námi a Koreou je dostačující. Videokonference postavené na bázi protokolu H.323 nemají příliš vysoké požadavky na šířku pásma (zpravidla pod 1 Mb/s), předpokládali jsme proto, že bude stačit využití akademické sítě bez jakýchkoliv kroků pro zajištění kvality přenosu. Velmi nepříjemně proto překvapily výsledky prvního testu, kdy se téměř nepodařilo získat kvalitní obraz a zvuk v důsledku síťových výpadků a ztráty dat na trase. Analýza výsledků ukázala na problémy v konektivitě na straně Korejců. Po odstranění těchto problémů proběhl druhý test zcela v pořádku a potvrdil dostatečnou průchodnost sítě mezi oběma místy.

Realizovaná přednáška potvrdila, že již dnes dostupné technologie ve spojení s přenosovou kapacitou akademických počítačových sítí umožňují podobné akce realizovat s minimálním rizikem neúspěchu. Při pečlivé přípravě a odpovídajícím technickém zabezpečení (mikrofony, kamera, vlastní telekonferenční zařízení) lze spolehlivě přenášet video a audio data počítačovou sítí prakticky kamkoliv, kde je k dispozici konektivita, odpovídající běžným standardům akademických sítí. Přednáškám na dálku se není třeba vyhýbat, vyžadují však alespoň základní přípravu a přizpůsobení se přednášejícího.

8.3.4   Podpora výuky na VŠE v Praze

Důležitou aktivitou při řešení výzkumného úkolu byly práce zaměřené přímo na podporu výuky. Při tvorbě multimediálních výukových aplikací jsou jejich tvůrci často postaveni před úkol kvalitně a bez jakýchkoliv rušivých momentů snímat dynamicky se měnící dění na obrazovce počítače a takto vzniklé sekvence zařadit do klipů standardně zpracovávaných digitální střižnou. Pro podporu a popularizaci těchto činností jsme publikovali technickou zprávu 11/2003 "Použití digitální nelineární střižny pro tvorbu multimediálních výukových lekcí", kde jsme zveřejnili ověřené a doporučené pracovní postupy. Navržená technologie je plně postavena na variantě volně šiřitelného programového vybavení, čímž jsou minimalizovány náklady na realizaci.

Další činnost byla zaměřena na návrh a praktickou realizaci technologické platformy pro záznam a živé vysílání aktivit spojených s výukou. V roce 2001 jsme navrhli a realizovali technologický řetězec pro záznam a živé vysílání realizovaný na bázi analogové technologie. Ve spolupráci s katedrou filosofie VŠE jsme zařízení prakticky testovali na záznamu přednášek kurzu "Filosofie a metodologie vědy" přednášeném doc. Pstružinou na doktorandském stupni studia.

Na základě těchto reálných experimentů a získaných zkušeností jsme v roce 2003 navrhli, realizovali a prakticky ověřili novou technologii, již na bázi digitálního videa. Popis navržené technologie jsme publikovali v technické zprávě 16/2003 "Malé digitální studio". Řešení je postaveno na moderních digitálních kamerách připojených dle standardu IEEE 1394 (firewire) a volně dostupném programovém produktu Windows Media Encoder 9 firmy Microsoft. Ověřená technologie umožňuje standardně přepínání mezi dvěma kamerami s možností prokládání videosekvencemi z datových souborů, které mohou obsahovat například úvodní a závěrečné titulky, prezentace a případně další audiovizuální informace.

Technologie studia je do velké míry založena na programovém řešení. To znamená, že používá minimum hardwarových komponent a je do velké míry závislá na výkonu procesoru. Při jeho dostatečném výkonu (Pentium 4, Athlon XP) lze dosáhnout kvality až na úrovni rozlišení standardního PAL. Za největší přínos vyvinuté technologie považujeme výrazné zvýšení kvality zaznamenávaného, resp. vysílaného obrazu a zejména pak výrazné zjednodušení postprodukce při tvorbě výukových materiálů. Technologický řetězec najde uplatnění pro záznam, resp. živé vysílání přednášek významných hostujících osobností, pro přenosy a záznamy seminářů, konferencí a dalších podobných akcí.

8.3.5   Spolupráce s Českým rozhlasem

Spolupráce s Českým rozhlasem probíhá hned na několika úrovních. Podpora projektu "Sokoli v srdci velkoměsta" v letošním roce navázala na podporu podobných projektů v minulých letech (Sokoli v srdci velkoměsta 2001 a 2002, Mládě milénia, Kristýna živě, atd.). Jedná se o akce pořádané Českým rozhlasem, které mají za cíl umožnit nejširší veřejnosti nahlédnout do dění, které nelze jiným způsobem sledovat, a současně informovat o problematice ochrany vzácných a ohrožených živočišných druhů. Postavili jsme technologickou linku na audio a video prezentaci hnízdění sokola stěhovavého z plzeňského hnízda. Vzhledem k aktuálním problémům s hnízděním vybraného páru byla zvolena náhradní lokalita i náplň v Zooparku Chomutov.

Pokračovala vzájemná spolupráce v oblasti audiostreamingu. V minulém roce navržený a realizovaný systém nepřetržitého živého vysílání programu stanic Českého rozhlasu do sítě Internet ve velmi vysoké kvalitě byl nasazen v produkčních podmínkách reálného provozu.

Celý systém je realizován na základě technologie vysílání audio signálu v kompresních formátech MPEG (MP3) a Ogg v šířce pásma 128 kb/s, později jsme vysílání rozšířili o proud Ogg se šířkou pásma 256 kb/s. Realizovat vysílání ve dvou formátech jsme se rozhodli proto, že MP3 je dnes ve světě nejrozšířenější a je jaksi automaticky očekáván. Formát Ogg je relativně mladý a lze jej považovat za formát budoucnosti. Je vyvíjen jako OpenSource a na rozdíl od MP3 není zatížen žádnými patentovými nároky ani licencemi, které by omezovaly jeho volné a bezplatné používání. Kromě toho jej považujeme za technicky lépe propracovaný, kdy při stejné nebo menší použité šířce pásma dosahuje srovnatelných nebo lepších zvukových výsledků. Formát Ogg podporují nejrozšířenější zvukové přehrávače (např. xmms, winamp, zinf, qcd, apod.).

V současnosti vysíláme proudy stanic ČRo1-Radiožurnál, ČRo2-Praha a ČRo3-Vltava ve formátech MP3 128 kb/s, Ogg 128 kb/s a Ogg 256 kb/s. V květnu jsme vysílání rozšířili o program studentského rozhlasu ČVUT - Rádia Akropolis. V tomto případě poskytujeme pouze kapacitu vysílacího serveru, proud ve formátu Ogg s parametry 44,1 KHz, 16 bitů, 2 kanály, 128 kb/s variabilní přenosová rychlost produkuje Akropolis ve vlastní režii.

Provoz celého systému je stabilní. Kódovací server pracuje při kódování 9 proudů v reálném čase pod konstantní zátěží 1,35. Každá instance kodéru konzumuje 13 % zdrojů CPU dvouprocesorového serveru. Streamovací server pracuje pod variabilní zátěží, která však nepřekračuje hodnotu 0,5 při 100 současně přihlášených klientech.

Kvalitu zvuku považujeme za vysokou. Bez pochybností nejvyšší kvalitu zaručuje proud Ogg 256 kb/s, který se zvukově velmi blíží CD - jeho zvuková scéna je čistá. U proudů 128 kb/s je zvuková scéna trochu užší a méně přehledná. Tyto rozdíly jsou patrné zejména při soustředěném poslechu na kvalitnějším zařízení, běžné počítačové "bedničky" rozdíly částečně stírají. Rozdíly mezi proudy Ogg 128 kb/s a MP3 128 kb/s již nejsou tak velké. Podle našeho názoru nabízí Ogg 128 kb/s o trochu vyšší kvalitu, což se projevuje zejména ve skladbách s většími dynamickými změnami. V případě snížení šířky přenosového pásma na 64 kb/s by formát Ogg byl jednoznačně lepší, než MP3. Ze strany posluchačů je kvalita všech proudů hodnocena výborně.

Časové zpoždění přijímaného proudu je velmi malé (1-3 sekundy) a je určeno především nastavením velikosti vyrovnávací paměti (bufferu) zvukového klienta. Nastavení větší velikosti eliminuje občasné výpadky nebo zpoždění přenášených dat na méně propustných linkách a logicky zvyšuje zpoždění. Při přijímání proudu 256 kb/s doporučujeme nastavit velikost vyrovnávací paměti na větší hodnotu, protože přijímaných dat je více a vyrovnávací paměť udržuje data na méně než 1 sekundu dopředu.

Streamovací servery jsou zapojeny do běžné sítě IPv4 i do nastupující sítě IPv6, takže své proudy poskytují klientům v obou těchto sítích. V síti IPv4 vysílá na adresách
http://radio.cesnet.cz:8000/identifikace_proudu
(např. http://radio.cesnet.cz:8000/cro3.ogg)
a v síti IPv6 vysílá na adresách
http://amp-ipv6.cesnet.cz:8006/identifikace_proudu
(např. http://amp-ipv6.cesnet.cz:8006/cro3.ogg).

Vzrůstající zájem o vysílané proudu dokládají grafy o využití této služby.

Po dohodě s Českým rozhlasem jsme získali přístup k denním exportům jeho programového schématu ve formátu XML, které obsahují jména programů a jejich minutáž. Těchto údajů využíváme k obohacení proudů o doprovodnou textovou informaci (tzv. metadata) o právě vysílaném programu. Přebírání a zpracování těchto informací probíhá plně automatizovaně.

Postupy použité při výběru technologií a konečné řešení jsme zdokumentovali a prezentovali formou technické zprávy CESNETu číslo 24/2003.

8.3.6   Klavírní recitál - teleprezentace

Dne 6. listopadu 2003 jsme v sídle CESNETu v Praze uspořádali recitál mladého klavíristy a skladatele Jakuba Litoše. Přímý přenos této akce byl formou teleprezentace po Internetu přenášen posluchačům v Northern State University (Aberdeen, South Dakota, USA). Po technické stránce byl přenos realizován jako dvoubodová H.323 videokonference. Jako koncové stanice byla použita zařízení Polycom ViewStation FX a TANDBERG 880.

Akci lze považovat za vydařenou. Posluchači z Norhern State University hodnotili kvalitu obrazu a především zvuku jako velmi dobrou. Do budoucna se budeme snažit podobné akce opakovat.

8.4   Plány do dalších období

Jsme připraveni pokračovat v naplňování strategií výzkumného záměru CESNETu podporou náročných aplikací v síti národního výzkumu. V dalších obdobích chceme rozšířit naše aktivity také o úkoly v těchto oblastech:

• kompletní AV digitální řetězce
• HD snímání, HD zobrazování, HD přenosy
• IPv6 multicast aplikace
• koncové body 10 Gb/s pro AV aplikace
• programovatelný hardware (FPGA, DSP) pro AV
• vývoj vlastních AV platforem
• další AV laboratoře a AGP
• SIP pro AV a integrace s H.323 infrastrukturou
• metodika informování, scénáře použití.

předchozí

obsah

následující