Vybrané komerční multicastové videokonferenční produkty

Technická zpráva CESNETu číslo 13/2001
k dispozici též ve formátech PDF, PostScript a XML.

Ivo Šmejkal, Luděk Vašta, Bohumila Veselá
28. prosince 2001

Technická zpráva shrnuje výsledky experimentů s vybranými videokonferenčními systémy podporující virtuální síť MBONE. Experimenty probíhaly v delším časovém období (červen 2000-prosinec 2001), kdy produkty prošly relativně významným evolučním vývojem; vznikly nové verze a v některých případech dokonce i nové komponenty.

Vzhledem k tomu, že řešitelé neměli většinou k dispozici "ostré" verze produktů, ale pouze zpravidla tzv. "trial" verze, které navíc i svou strukturou v rámci vývojové řady nebyly vždy jednotné a neodpovídaly vždy produkční verzi, nebylo ve všech případech možné provést stejnou množinu testů pro danou vývojovou řadu.

Komplexní testy ani nebyly cílem této práce, provedené testy měly za úkol pouze nalézt pro daný produkt vhodné místo a způsob využití v prostředí videokonferenčních služeb.

Závěrečná část zprávy je pak věnována oblasti využití videokonferenčních produktů v oblasti distančního studia. Z důvodů jisté terminologické nejednosti v této oblasti je zde proveden pokus o základní kategorizaci a výklad pojmů, se kterými zpráva pracuje. Zpráva si v žádném případě neklade za cíl jakékoliv zobecnění pojmů a názorů; uvedené kategorizace mají pracovní charakter, které však mohou sloužit jako jeden z podkladových materiálů pro úkoly zabývající se speciálně touto problematikou.

1   Komerční produkty pro práci na MBONE

Komerčních produktů předurčených a využívajících MBONE v podstatě zas tak mnoho není. Nejznámějšími a nejčastěji používanými jsou v podstatě pouze dva; IP/TV firmy CISCO a Marratech stejnojmenné firmy. Výrazně méně rozšířený je námi též zkoušený produkt FVC. Podstatě více komerčních firem vyvíjí své videokonferenční produkty na bázi protokolu H.323 (H.320), který je komerčně daleko lépe na trhu uplatnitelný a hlavně není tak zranitelný problémy na MBONE sítích, které občas vznikají.

Profesionální H.323 videokonferenční nástroje (např. Picturetel, VCON) jsou zpravidla tvořeny firemními, vzájemně provázanými, hardwarovými a softwarovými komplety, kde často výsledná cena mnoho neříká o technických parametrech zařízení, ale spíše odráží výsledný design videokonferenční soupravy a renome dané firmy.

V jednotlivých implementacích protokolu H.323 je zpravidla používaný kanál na sdíleném reflektoru (resp. MCU), dražší modely mají tyto prostředky vlastní, čímž se stávají nezávislé na vzdálených (resp. cizích) zdrojích a jejich reflektor (resp. MCU) může být pak umístěn v optimálním místě.

Poslední skupinu tvoří i atypická softwarová řešení. Tato řešení jsou, na prvý pohled, velmi podobná uvedeným H.323 řešením, s tím rozdílem, že protokol mezi koncovou stanicí a reflektorem je proprietární a výrobce komunikační protokol nezveřejňuje. Přestože tento typ videokonferečního řešení bývá cenově velmi úsporný, výsledky bývají, při dostatečné průchodnosti komunikačních linek, až překvapivě dobré (např. Ivisit).

IP/TV i Marratech mají daleko větší rozsah funkcí a tudíž i aplikačních oblastí než nám důvěrně známé freewarové produkty SDR, VIC, RAT atd., lze však nalézt vzájemně kompatibilní režim na bázi společně podporovaných protokolů. Na druhé straně tvoří víceméně uzavřené celky, které se podstatně hůře přizpůsobují některým atypickým požadavkům; zde je důvěrně nám známá freewarová "stavebnice" nedostižitelná.

I přes fakt, že jak Marratech tak hlavně IP/TV jsou finančně dost náročné, jsou oba produkty v zahraničí, zejména ve školství dost frekventované. Jejich uplatnění ve školském prostředí je dost různorodé, v podstatě hlavní část však tvoří distanční vzdělávání, které bývá pro zahraniční univerzity nezanedbatelným zdrojem příjmů.

2   Cisco IP/TV

IP/TV je rozsáhlý komplex programů pracujících na bázi modelu klient/server, který umožňuje distribuovat audiovizuální data jak v režimu "živého" přenosu (to, co je často označováno jako videokonferenční funkce), tak i v režimu uživatelem vyžádaného audiovizuálního programu (tzn. přebírá část funkcí videoserveru). Díky své komplexnosti nachází uplatnění v nejrůznějších aplikačních oblastech, zejména pak ve vzdělávání (distanční výuka, počítačem podporovaná výuka, přenos videokonferenčních programů), kdy je obsah buď uživatelem volen či je mu "vnucen" (například v režimu distančního vzdělávání).

Vzhledem k velké flexibilitě a možné distribuci funkcí a dat (často na bázi duplicitně uložených dat na serverech a případném zrcadlení jejich obsahu) může velmi efektivně pracovat bez ohledu na geografické umístění uživatele (pracoviště uživatele) a zdrojů informací, ale do určité míry i bez výrazné závislosti na propustnosti komunikačních linek.

V současné době je podíl relací na MBONE realizovaných prostřednictvím tohoto produktu poměrně velký, i když většina z nich má testovací charakter často spojený s dílčími projety sítě Internet2.

2.1   Komponenty IP/TV

IP/TV tvoří 3 základní komponenty:

IP/TV Viewer (zobrazovač, prohlížeč) slouží uživateli ke komunikaci se systémem a příjmu audiovizuálních, resp. i textových dat. Uživatel si může zvolit některý z v reálném čase právě "vysílaných" programů, kdy se využívá efektivní režim multicastu nebo může požádat o zahájení vysílání z knihovny připravených programů (video-on-demand [VOD]).

Režim multicastu je kompatibilní s MBONE, tzn. v podstatě může nahradit v režimu příjmu dat většinu funkcí programů VIC, RAT, SDR. Integrální součástí verze 3.2 jsou nové možnosti v prezentaci slidů prostřednictvím formátu MS PowerPointu. IP/TV Viewer může být spuštěn buď jako samostatná aplikace, nebo může být aktivován prostřednictvím WWW prohlížeče (Netscape, Internet Explorer) v prostředí operačních systémů Windows 9x, 2000 a NT.

IP/TV Content Manager (správce obsahu) slouží především správci systému ke správě knihoven VOD programů, režimu jejich vysílání a v systémech s více IP/TV servery pro případnou redistribuci VOD programů. Uživatel se s touto komponentou dostává do styku pouze zprostředkovaně prostřednictvím IP/TV Vieweru, ale pro provoz systému je tato komponenta, až na jednu výjimku, nezbytná.

IP/TV Content Manager pracuje v prostředí Windows NT / 2000, řízení se provádí prostřednictvím Netscape či Internet Exploreru ve verzích podporujících Javu a JavaScript. Od verze 3.2 je implementována rozšířená čtyř úrovňová podpora quality-of-service (QoS).

IP/TV Server je řízen IP/TV Content Managerem a obsahuje zejména knihovnu (knihovny) VOD programů. IP/TV serverů může být v systému i více, přičemž dle konkrétních podmínek mohou obsahovat identická data (zejména v rozsáhlých, geograficky rozptýlených lokalitách), ale i data různorodá (např. z důvodu rovnoměrného rozložení zátěže na jednotlivé servery).

Pro případ "živého" vysílání jsou zdroje obrazu (tzn. kamera, videorecorder) připojeny prostřednictvím grabovací karty k serveru. Analogicky to platí i pro zdroje zvuku, kdy IP/TV Server musí být osazen odpovídající zvukovou kartou. IP/TV Server pracuje rovněž v prostředí operačního systému Windows NT / 2000.

Zjednodušené schéma vzájemné komunikace jednotlivých složek IP/TV včetně vazby na MBONE je znázorněno na obrázku.

[Obrázek]

Obrázek 1: Vazby komponent IP/TV

V nejjednodušším režimu použití systému IP/TV k příjmu relací MBONE IP/TV viewerem lze datový tok MBONE deskriptorů programů nahradit akceptací SDP protokolu v konfiguraci Vieweru.

Spolupráce IP/TV komponent v režimu práce s vyžádanými programy (VOD) je naznačena na obrázku.

[Obrázek]

Obrázek 2: Spolupráce IP/TV v režimu VOD

  1. IP/TV prohlížeč přijímá deskriptory připravených programů
  2. IP/TV prohlížeč vydá požadavek na zvolený program
  3. Content Manager vrátí prohlížeči informace o nejméně zatíženém serveru
  4. Prohlížeč požádá daný server o příslušný program
  5. Server předá data danému prohlížeči
  6. Přenos dat je řízen spoluprací Content Manageru a příslušného serveru

Z doposud uvedeného stručného popisu fungování IP/TV a obrázku je patrné, že systém může pracovat současně dle konkrétních podmínek jak v unicast, tak i multicast režimu a vhodným rozložením serverů a správným definováním jejich obsahu může v režimu VOD efektivně pracovat též v lokalitách, které jsou s "centrem" propojeny i méně propustnou komunikační linkou.

[Obrázek]

Obrázek 3: Režimy práce IP/TV

[Obrázek]

Obrázek 4: Uživatelské rozhraní IP/TV

Sílu a univerzálnost IP/TV dokumentuje množina podporovaných protokolů, mezi nimiž je mimo jiné nejen MPEG-1 a MPEG-4, ale i MPEG-2.

I z tohoto značně zjednodušeného popisu je patrné, že CISCO IP/TV je robustní a poměrně složitý systém, který najde uplatnění nejspíše ve velkých, komerčních firmách, ale lze se s ním setkat i na některých velkých amerických univerzitách, kde se využívá zejména v oblasti distančního studia.

IP/TV Viewer pak dříve býval v rámci dané univerzity studentům volně dostupný prostřednictvím WWW nebo FTP serveru. Dle posledních informací od firmy Cisco byla liberalizována licenční politika pro Viewer IP/TV, který se tak stal výrazně dostupnější dalším potenciálním uživatelům.

Na závěr tohoto stručného popisu IP/TV produktů se ještě jednou vrátíme k výčtu hlavních oblastí využití:

IP/TV je pro potřeby jednotlivých forem vzdělávání relativně dost rozšířené zejména na amerických univerzitách. Namátkou lze jmenovat např. University of Oregon, Marshal University, University of Arizona, East Carolina University, University of Virginia atd.

2.2   Průběh experimentů s CISCO IP/TV

Na WWW stránkách firmy CISCO je po vyplnění formuláře možné požádat o demonstrační CD s časově omezenou verzí IP/TV.

Omezení demoverzí není jen časové; daleko podstatnější, alespoň v předchozích verzích, byla absence Content Manageru, resp. simulace části jeho funkce. Díky české pobočce firmy CISCO se podařilo získat plnou, byť rovněž časově omezenou (3 měsíce) verzi IP/TV 3.0. Na této verzi byly prováděny veškeré experimenty.

Experimentální síť byla tvořena virtuální LAN, do které byl směrován multicastový režim šíření MBONE. Síť obsahovala tři dostatečně výkonné NT stanice, které plnily funkci IP/TV Serveru, Content Manageru a Vieweru. Knihovna VOD programů serveru obsahovala čtyři MPEG-1 kódované soubory získané jednak z WWW serveru firmy CISCO a jeden účelově vytvořený cca 15minutový "klip", který byl jak video, tak i audio složkou velmi náročný na přenosovou kapacitu sítě i výkonnost serveru a vieweru.

Pokud se testovaly výše uvedené programy ve VLAN a ve VOD režimu, byl výsledný obraz i zvuk prakticky srovnatelný s kvalitou "televizního" vysílání. Rovněž "live" přenos z připojené videokamery prostřednictvím grabovací karty Videum AV (PCI) k IP/TV serveru byl velmi kvalitní.

V režimu příjmu aktivních programů se zobrazila celá nabídka programů MBONE; kvalita zvuku i obrazu byla většinou srovnatelná s kvalitou získávanou dnes již klasickými programy vic a rat (verze 4), pouze u některých byla čistě ze subjektivního dojmu kvalita poněkud horší (zejména zvuková složka). Paradoxně bez problémů byl příjem konferencí MBONE definovaných pro formáty zpracované programy rat a vic, na rozdíl od konferencí předurčených pro IP/TV.

Problém, který se nám nepodařilo doposud úspěšně vyřešit, byla velmi nízká kvalita přenosu na stanici Vieweru umístěné v jiné části sítě, kde nebyl režim šíření multicastu povolen (SmallCast). V takovém případě by mělo spojení probíhat v unicastovém módu, což se sice dělo, ale především prezentace VOD programů byla velmi nekvalitní a docházelo k častým výpadkům zejména zvukové složky.

Výše uvedená výhrada nemusí být nutně zaviněna bezprostředně systémem IP/TV, ale problém mohl být zaviněn i nesprávnou konfigurací jednotlivých složek systému. Zejména zde je prostor na další experimenty.

Za velmi důležité lze považovat i ověření přenosů v MPEG-4 formátu, neboť zde se otevírá cesta k širšímu využití těchto technologií i po méně propustných komunikačních linkách, což je důležité zejména pro oblast individuálního distančního vzdělávání.

Další důležitou složkou, která nebyla dosud testována je prezentace statických obrazů (SlideCast), která spolu s audio složkou může nést relativně velké množství informací s poměrně malými nároky na šíři přenosového kanálu. Využití této metody má opět velký význam zejména pro aplikace v oblasti distančního vzdělávání.

2.3   Poznámky k implemantaci IP/TV

Stále více videokonferencí na MBONE je přímo formátem dat předurčeno pro zpracování v prostředí IP/TV.

IP/TV není všespásné a je zejména serverovými funkcemi předurčeno především pro velké organizace. Ty si mohou dovolit zřejmě i verzi IP/TV serverů včetně příslušného hardware (Cisco IP/TV 3400 Series Servers) dodávanou jako komplet. Současná cena tzv. startup bundle je však 25 000 USD.

V našich podmínkách lze očekávat, že se bude více šířit výše popsané softwarové řešení na univerzálním hardware. Díky licenčnímu uvolnění IP/TV Vieweru je možné si legálně ověřit některé funkce této komponenty při sledování programů vysílaných prostřednictvím MBONE.

Minimální konfigurace počítače je dle firemní dokumentace procesor Pentium II s frekvencí větší než 200 MHz, 16 MB RAM a operačním systémem Windows 95/98/NT/2000, pro případné experimenty s protokolem MPEG-2 je nutný procesor s frekvencí alespoň 400 MHz a pamětí alespoň 32 MB RAM. Reálné hodnoty jak frekvence procesoru tak zejména velikosti paměti pro Windows NT/2000 jsou několikanásobně vyšší.

Zároveň lze očekávat, že se bude zdokonalovat dnes ne zcela bezproblémové řešení IP/TV Vieweru na bázi zásuvných modulů (plugin) pro běžné prohlížeče (Netscape, Internet Explorer).

Zajímavým experimentem s Viewerem IP/TV byla konfigurace využívající firemní Content Manager firmy CISCO a ověření kvality vzdáleného příjmu VOD programů firmy CISCO. Subjektivní dojem byl takový, že zvuková i obrazová část přijímaných programů byla použitelná pro vzdělávací účely. Na druhé straně nelze pominout fakt, že v režimu individuální aktivace VOD, kde se výhody multicastu z principu nemohou uplatnit, je kvalita dosahovaná RealPlayerem vyšší.

3   Marratech

Marratech je komplex programových videokonferenčních prostředků vytvořený stejnojmenou švédskou firmou Marratech. Na realizaci a ověřování se podílela i švédská akademická komunita, především pak Lulea University of Technology. Jeho vývoj byl zahájen v roce 1995, ověřování probíhá od roku 1998 a v současné době jej především ve verzi 2.2 používá více než 15 000 uživatelů.

Produkt Marratech Pro získal cenu "2001 European IST Price" udílenou vítězným projektům European Council of Applied Sciences and Engineering (Euro-CASE).

Typické použití Marratechu je v podstatě analogické jako u jiných videokonferenčních prostředků, tj.:

Je rozšířen především ve skandinávských zemích, kde se používá na řadě univerzit hlavně ve videokonferenčních aplikacích a v aplikacích distančního vzdělávání.

Implementace je dostupná v operačních systémech MS Windows a Sun Solaris. Minimální konfigurace pro MS Windows je Pentium II, 300 MHz, 128 MB RAM, grafická karta min 800×600 podporující DirectX, Windows 95/98/NT/2000.

3.1   Komponenty Marratechu

Marratech je tvořen těmito hlavními komponentami:

Marratech Pro je základním integrovaným komunikačním nástrojem, který obsahuje prostředky k oboustranné komunikaci, obrazu, zvuku, sdílení plochy, sdíleného textu (chatu) a prezentace slidů (promítneme-li to do standardních aplikací MBONE, pak tj. vic, rat, wbd, a víceméně i nte).

Relace mohou být kódovány (security mode) a obrazovka může být dle jednotlivých participientů relativně přehledně rozčleněna. Teoreticky může být libovolný počet účastníků, praktický limit je dán schopností člověka se v kolektivu účastníků orientovat.

[Obrázek]

Obrázek 5: Prostředí programu Marratech

Přesto, že víceméně jediným typicky videokonferenčním podporovaným protokolem pro přenos videa je H.261, jsou kodéry i dekodéry kvalitně naprogramovány, takže kvalita obrazu je velmi dobrá. Obdobně i podpora audia je z hlediska možností komprimačních protokolů, zejména ve srovnání s programem rat značně omezená (PCMU, GSM, DVI, Linear 16), v praxi se ukazuje, že ani to není významnější omezující faktor, a to zejména na základě skutečností, že imlementované protokoly jsou realizovány na velmi dobré úrovni. Výše uvedená fakta též dostatečně dokumentují stupeň kompatibility se známou "freeware stavebnicí" vic, rat atd.

Marratech Pro má dobře vyřešeno nahrávání i přehrávání multimediálních relací (Playback, Recording) a všech jejich videokonferenčních složek do jediného streamu, což v prostředí sdr, vic, rat, wbd lze díky relativní samostatnosti jednotlivých produktů realizovat obtížněji, např. prostřednictvím speciálních plugin modulů.

Marratech Pro má ve zkušební verzi, kterou lze po celkem jednoduché registrační proceduře stáhnout z Internetu, dvě základní omezení:

Potlačení těchto limitů je vázáno na řádné zakoupení licence pro tento produkt.

Marratech Education je v principu totožný s produktem Marratech Pro, pouze chybí kryptovací funkce. Je určen výhradně pro univerzitní a obecně školské prostředí, tzn. je exkluzivně dodáván za výrazně přijatelnější cenu. Tento produkt není na Webu standardně dostupný. Cena jedné licence pro vzdělávací a vědeckovýzkumné organizace je 2 995 SEK, přečemž je nutno zakoupit minimálně 5 licencí.

Marratech Player je omezená varianta produktu Marratech Pro, která umožňuje pouze pasivní příjem jednotlivých složek mutimediálních programů. Na rozdíl od produktu Marratech Pro , z výše uvedeného URL nemá po stažení žádná omezení. To umožňuje relativně snadno konfrontovat tento produkt s klasickými MBONE programy v režimu příjmu videokonferenčních programů.

Marratech Announcer slouží k vytvoření videokonference a zahájení provozu jejího propagování na MBONE. Z hlediska srovnání s analogickým produktem sdr je to tedy analogie s funkcí New a Create advertised Session tohoto programu.

[Obrázek]

Obrázek 6: Marratech Announcer

Na rozdíl od programu sdr, který slouží i k příjmu "propagace" vysílaných programů, plní v prostředí Marratechu tento úkol všechny výše uvedené klienty, tj. Marratech Pro, Marratech Education i Marratech Player. Marratech Anounncer, stejně jako Marratech Player je dostupný po příslušné registraci v archivech firmy Marratech.

Marratech Session Proxy (MSP) je komponentou, která může umožnit efektivní práci Marratech klientů i v prostředí sítí, kde není standardně multicast šířen. Uplatnění najde i v organizacích, kde lokální síť multicast sice šíří, ale jednotlivý uživatelé videokonferenčních klientů Marratechu přistupují prostřednictvím jiných internetových providerů podporující vzdálený přístup např. přes kabelovou televizi, ISDN atd.

Kromě standardních implementací Marratechu v prostředí Windows a Solaris je MSP implementován i do prostředí Linuxu. Komponenta je dostupná pouze na komerční bázi.

Marratech Media Server. Jestliže se některá organizace začíná orientovat na produkty Marratech, dříve nebo později ji okolnosti donutí instalovat i produkt Marratech Media Server. Media Server slouží k archivaci videokonferenčních pořadů a k jejich prezentaci.

Z hlediska prezentačních metod podporuje prakticky vše, co např. ve vzdělávání patří k jak tradičním tak i moderním výukovým metodám. Studenti mohou využívat přehrání výukové lekce buď individuálně či ve skupinách a současně v případě požadavků mohou i diskutovat k jejich obsahu. Do diskuse může vstupovat i učitel a případně diskusi řídit či usměrňovat.

Celé takto koncipované výukové lekce mohou být zpětně serverem zaznamenány a tak mohou např. sloužit nejen k pozdější analýze a zkvalitňování lekcí pedagogem, ale v neposlední řadě i psychologicky účinnějšímu procesu výuky účastníků, kteří doposud nemají převážně z technických důvodů možnost se stát aktivními participienty výuky (zpravidla z důvodu nedostatečné přenosové kapacity přípojného místa).

Výše uvedené úvahy jsou v jedné, sice důležité aplikační oblasti; možnosti využití Media Serveru jsou pochopitelně daleko širší.

Marratech Media Server je opět vázán na zakoupení licence na tento produkt.

V roce 2001 došlo ve struktuře Marratechu k významným změnám, které posílily jeho využití zejména v oblasti distančního vzdělávání. Byla vytvořena více méně nová komponenta - Marratech E-meeting Portal, která zajišťuje vzájemnou komunikaci mezi klienty prostřednictvím viruálních místností (učeben). Pro každou takovouto místnost existuje mechanismus autentikace uživatele a řada dalších administrátorských funkcí.

[Obrázek]

Obrázek 7: Marratech E-meeting Portal

Do jisté míry je to řešení obdobné systému VRVS, ale je propracovanější a navíc umožňuje pro větší organizační jednotky implemantaci vlastního portálu, nezávislého na veřejných, všeobecně dostupných portálech, které slouží spíše k demonstraci možností portálu, než k reálným aplikacím. Relace realizovaná prostřednictvím Portálu se neobjeví v seznamu MBONE relací, což pro režim zejména virtuálních místností, je vhodnější. Marratech E-meeting Portal je komerčním produktem, který lze získat až po jeho zakoupení.

Pro ověření principu virtuálních místností je na volně dostupném archivu firmy Marratech volně dostupný plnohodnotný klient, Marratech Pro 3.01 Portal Edition, jehož možnosti lze celkem snadno ověřit prostřednictvím některého existujícího E-meeting Portalů s příslušně nastavenými přístupovými právy např. firemní Portál.

3.2   Poznámky k ověřování

Produkty dostupné přes web firmy Marratech byly instalovány a úspěšně zprovozněny, kvalita obrazu i zvuku byla dobrá. Ověřena byla i plná kompatibilita s klasickými produkty MBONE.

Dynamičnost dalšího vývoje Marratechu se v poslední době trochu zpomalila. Při podrobnějším zkoumání jsme zjistili, že část výzkumných úkolů se přesunula na akademická pracoviště, zejména pak na Lulea University of Technology a její součásti - Centre for Distance Spanning Technology, kde v rámci projektu SIRAM je v tomto roce řešen i další rozvoj komponent Marratechu.

Za nejzajímavější dílčí projekty lze považovat multicast MPEG4 Player (mP4), multicast Media Gateway (mGW) a další rozvoj Multicast Session Proxy (mSP). Úspěšná realizace výše uvedených dílčích projektů může velmi výrazně napomoci dalšímu šíření projektu Marratech, především v oblasti vzdělávání.

4   Distanční vzdělávání

Distanční vzdělávání je v poslední době velmi frekventovaný pojem vzdělávacího procesu. Jistým problémem je to, že pojem má řadu výkladů a významů a tudíž i cest možných řešení. Pro potřeby dalšího textu této zprávy je nezbytné přesněji si definovat významový obsah některých dále užívaných pojmů. Předem upozorňujeme, že si v žádném případě neklademe za cíl přesné vymezení obsahu, ale pouze to, aby bylo možné zavést potřebné kategorizace.

Za distanční vzdělávání považujeme takovou formu vzdělávání, kdy vyučující a student nejsou v přímém (fyzickém) kontaktu, tzn. i případ, kdy je vyučující substituován určitým technickým zařízením (např. televizním přijímačem, počítačem atd.).

Programované vyučování je taková forma vzdělávání, kdy předávaná množina informací je rozdělena do n dílčích na sebe navazujících složek předkládaných formou vhodného média. Při jistém zjednodušení si lze např. výukovou lekci zobrazit formou orientovaného síťového grafu o n uzlech, kde uzly představují dílčí informační jednotky a hrany definují možné návaznosti předávaných informací.

Grafické zobrazení struktury a vzájemných vazeb v rámci výukové lekce budeme nazývat strukturní diagram výukové lekce. Obecně ne každá hrana má pedagogicky zdůvodnitelný význam a proto ve strukturním diagramu zobrazujeme pouze takové hrany, kterým lze pedagogický význam přidělit.

[Obrázek]

Obrázek 8: Ukázky strukturních diagramů

Cestu, kterou student uskuteční od uzlu u1 do uzlu un, pak nazýváme skutečnou trajektorií výukového procesu pro daný konkrétní případ. Struktura pedagogicky významných hran síťového grafu může být od čistě lineární až po velmi složitou, závislou na strukturalizaci výukového textu pedagogem. Uzel představuje informační jednotku závislou zpravidla na fyzickém médiu, které se používá k prezentaci (stránka knihy, obrazovka počítače aj.), proces volby hrany reprezentuje obecný algoritmus podmínek prezentace definovaný autorem.

Programové vyučování se rozšířilo a stalo se moderní ve druhé polovině šedesátých let a prvé polovině let sedmdesátých, prezentačním médiem byly buď knihy (často tzv. programové učebnice) nebo specializované vyučovací stroje. Postupně se narazilo na bariéry nejen technického rázu, ale i psychologicko-pedagogické. Jestliže moderní multimediální technika může technické bariéry víceméně odstranit, bariéry psychologicko-pedagogické mají hlubší kořeny a dá se říci, že v podstatě přetrvávají.

V současné době je prezentačním nástrojem obvykle multimediální počítač a prostředí WWW. Asi nejznámějším představitelem této skupiny je systém WebCT. Další možné dělení vychází ze vztahu výukového systému a školícího (řídícího) centra a to na variantu on-line, kdy student je po celou dobu práce v kontaktu s centrálním počítačem (např. přes modem) nebo off-line, kdy jak obsahová část, tak algoritmy pracují autonomně v prezentační jednotce studenta (osobní počítač). Lekce se pak šíří nejčastěji formou CD ROM, DVD nebo se stahují z centrální knihovny elektronicky prostřednictvím Internetu.

Off-line varianta je zpravidla z hlediska studenta cenově nejvhodnější a i spolehlivější. Cenové hledisko není a ani nebude zanedbatelné, neboť účastníky distančního vzdělávání budou stále častěji i lidé procházející různými formami rekvalifikace, kdy při současných cenách telefonních poplatků by se tato forma studia mohla stát pro určitou skupinu studentů finančně nedostupnou.

Videokonference vstupují do problematiky distančního vzdělávání ve dvou základních formách. Jednou z forem je programová výuka se vším, co bylo dříve řečeno, kdy uzel strukturovaného grafu výukové lekce je tvořen audiovizuální informací, která může obsahovat jak složku zvukovou, vizuální či grafickou a hrana je pak funkcí automatizovaného pokračování (lineární struktura výukové lekce, např. přednáška) či funkcí reprezentovanou rozhodovacím procesem a definovanou autorem výukové lekce (větvená struktura výukového programu). Obecně zde platí vše, co bylo definováno dříve, jen je třeba upozornit, že typ prezentované informace determinuje objem přenášených dat a toto množství by mělo být adekvátní průchodnosti přenosové linky. Stejně jako u všech uvedených metod je dominantní tok dat směrem k adresátovi, opačným směrem jdou zpravidla pouze řídící či diagnostické informace, sloužící jednak pro případné vyhodnocení reakcí adresáta, event. jeho hodnocení.

Plnohodnotným uplatněním videokonferenčních služeb jsou tzv. videokonferenční konzultace. Jestliže prioritou všech doposud uvedených metod bylo upřednostnit informační tok ve směru ke studentovi a s učitelem využívat třeba i alternativní metody komunikace (např. to může být i elektronická pošta); v tomto případě studenti vytvoří, bez ohledu na skutečnou geografickou polohu, virtuální učebnu a v té budou moci plnohodnotně participovat ve výukovém procesu prakticky stejně, jako při reálné výuce.

4.1   Videokonferenční systémy v distančním vzdělávání

Na základě výše uvedených spíše teoretických úvah lze nyní lépe nalézt místo využití ověřovaných programových prostředků pro oblast distančního vzdělávání. IP/TV najde uplatnění ve velké, často decentralizované škole (převážně to bude vysoká škola), kde distanční vzdělávání tvoří významný podíl na pedagogické činnosti a probíhá převážně formou záznamu přednášek pořízeného buď v reálném prostředí prezenčního studia, či účelově pro tento typ studia, podle předem daného rozvrhu. Jinými obvyklými aplikačními oblastmi jsou například školení pracovníků ve velkých často nadnárodních korporacích, státních zaměstnanců na úrovni vyšších územně správních celků atd. Pokud se zde používá pojem virtuální učebna, pak je to zpravidla jen z evidenčních nebo autorizačních důvodů.

Používání režimu vysílání výukové lekce na vyžádání (on-demand) nebývá zdaleka tak časté, neboť prakticky nelze využít metodu multicastu a je nutné spoléhat jen na dostatečnou průchodnost komunikačního kanálů. Pro režim vysílání "v přímém přenosu" lze sice multicast použít, ale musíme se vzdát možnosti metod zrcadlení na více serverech, což je zejména v rozsáhlých a z hlediska průchodnosti nehomogenních sítích citelná ztráta. Díky implementaci kodeků pro protokoly řady MPEG lze IP/TV použít pro přenosy ve vyšší kvalitě pokud to ovšem propustnost komunikačních linek umožňuje. Prakticky nepoužitelné je IP/TV pro režim videokonferenčních konzultací.

Marratech je naopak zejména v režimu portálu téměř ideálním nástrojem pro videokonferenční konzultace ve vitruálních učebnách. Stejně dobře je použitelný i pro režim vysílání a to jak na základě rozvrhu, tak i v režimu přímého přenosu samozřejmě s případnou podporou multicastu. S adekvátním rozlišovacím režimem obrazu event. redukcí počtu snímků za sekundu lze Marratech provozovat i na málo propustných linkách. Prostřednictvím vývojového prostředí lze relativně snadno implementovat další protokoly pro atypické výukové aplikace. Méně propracovanou funkcí programového systému Marratech je režim vysílání výukových lekcí na vyžádání (on-demand).

Známá volně šiřitelná videokonferenční "stavebnice" sdr, rat, vic, wbd má aplikačně nejblíže k systému Marratech Pro; má lepší implementaci přenosu zvuku (rat), naopak program pro zpracování obrazu (vic) má standardně implementovány pouze protokoly H.261 a H.263 tzn. nejsou s výjimkou některých experimentálních implementovány protokoly pro přenos ve vyšší kvalitě (např. MPEG-1,MPEG-2) nebo protokoly typické pro "pomalé" linky (MPEG-4, DivX).

Vzájemná kompatibilita programu sdr a Marratech Announcer není úplná; do sdr lze relativně snadno implementovat zásuvné moduly (plugin) zejména pro implementaci dalších protokolů (formátů). Z hlediska realizace on-line přenosů v reálném čase např. přednášek je to jednoduchý a plně funkční nástroj. Režim vysílání na vyžádání není podporován, některé ojedinělé experimenty na MBONE nebyly příliš efektivní a úspěšné.

Pro realizaci virtuálních učeben pracujících v režimu distančního vzdělávání je velmi efektivní systémová nadstavba VRVS (původem z CERNu) nebo v případě menšího geografického rozptýlení respondentů mnohdy tento úkol může splnit jednoduchý účelový reflektor. Obě tyto metody využívají režim přenosu v unicastu, což sice snižuje efektivitu přenosů, ale v řadě případů to zejména při dostatečné průchodnosti komunikačních linek může být dokonce kladem.

Jinou téměř komplexní implementací je projekt DETA (Distance Education Teaching Assistant) prioritně navržený pro distanční vzdělávání; projekt se jevil velmi slibně, ale kolem roku 2000 se vývoj v podstatě zastavil. Společnou asi největší slabinou všech řešení na bázi zmíněné stavebnice je stále ještě absence plně funkční podpory pro prezentace v prostředí PowerPointu.

5   Závěr

Jak již bylo v úvodu řečeno, provedené experimenty ani vyvozené závěry nelze v žádném případě přeceňovat nebo nějakým způsobem absolutizovat. Cílem bylo ukázat pouze na některé obecné trendy a s tím související problémy, které se s touto oblastí aplikací videokonferencí vyskytují a vyžadují řešení.

Provedeme-li stručnou rekapitulaci, tak velkým problémem zůstává tvorba výukových lekcí, ať již to jsou pouhé záznamy přednášek nebo dokonce tvorba výukových programů. Neméně náročnou činností pedagoga je i vedení semináře realizovaného videokonferenčními prostředky distančního vzdělávání. Navíc kromě řady technických problémů, které se však dnes zdají již řešitelné, či dokonce vyřešené, je zde obrovské vakuum v legislativní oblasti plynoucí především z autorského zákona.

Komunikační infrastruktura zejména páteřních sítí, a to univerzitních, metropolitních i národních v mnohých případech svou kapacitou přesáhla stávající požadavky a disponuje dostatečnými rezervami pro videokonferenční aplikace. Totéž však nelze říci o "poslední míli", tzn. připojení koncových uživatelů (respondentů). Zde je typickým způsobem připojení 56 kbit/s modem na komutované telefonní lince.

To je v současné době nejužší místo, které lze nahradit rychlejším připojením např. prostřednictvím kabelové televize, DSL či jiných adekvátních technologií. Příkladem může být např. Jižní Korea, kde většina domácností je k Internetu připojena širokopásmovým spojem. I když nelze u nás předpokládat tak prudký růst odpovídajících technologií, zdá se, že absolutní přizpůsobení formy distančního vzdělávání stávajícím omezením v rychlosti připojení není příliš perspektivní řešení.

Dočasně lze problém nedostatečné rychlosti připojení "poslední míle" řešit i formou např. rezerv ve využití počítačových učeben ve večerních hodinách na školách v souvislosti s realizací projektu Internet do škol nebo např. i prostřednictvím některých knihoven, které již nyní nebo v blízké budoucnosti budou disponovat dostatečnými kapacitami i rychlostmi připojení k Internetu.

další weby:fond rozvojemetacentrumCzechLightpřenosyvideoservereduroameduID.cz