Videokonferenzen & multimediale Kommunikation

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1 Videokonferenzen & multimediale Kommunikation Falko Dreßler, Regionales Rechenzentrum 1

2 Überblick Einteilung Videokommunikation Meeting vs. Broadcast Transportnetze ATM ISDN IP / IP Multicast / RTP Kodierungsverfahren MPEG2 M-JPEG H.261 / H.263 Beispiele und Anwendungen 2

3 Einteilung Videokommunikation Punkt-zu-Punkt Übertragung 1 x 1 Kommunikation bidirektional oft sehr hohe Qualität gefordert Broadcast 1 x n Kommunikation unidirektional je nach Anwendung wird auch hohe Qualität gefordert Meeting n x m Kommunikation bidirektional kein Bedarf an höchster Qualität 3

4 Einteilung Videokommunikation 2 Spezialformen Vorlesungsübertragung hohe Qualität Rückkanal für Fragen Fernsehaufzeichnungen n Hin-Kanäle mit höchster Qualität Rück-Kanal mit höchster Qualität 4

5 Punkt-zu-Punkt 5

6 Broadcast 6

7 Meeting 7

8 Transport- (Daten-)netze ATM ISDN IP / IP Multicast / RTP 8

9 ATM ATM - Asynchronous Transfer Mode für Weitverkehrsnetze entwickelt teure Technik nicht flächendeckend verfügbar verschiedene Übertragunsmodi (AAL - ATM Adaption Layer) spezieller für Videotransmissionen - AAL 1 für Datentransfer - AAL 5 9

10 ATM 2 Punkt-zu-Punkt-Verbindungen: VCs PVC - Permanent Virtual Channel SVC - Switched Virtual Channel Punkt-zu-Mehrpunkt-VCs - Multicast-VCs QoS - Quality of Service Bandbreitenreservierung CBR - Constant Bit Rate) VBR[-rt] - Variable Bit Rate [real-time] Garantie eines max. Jitters CDV - Cell Delay Variation 10

11 ISDN Punkt-zu-Punkt-Verbindungen 64kBit/s bzw. 128kBit/s pro S 0 -Anschluß überall verfügbar preiswert garantierte Bandbreite mehrer B-Kanäle bündelbar 11

12 IP Punkt-zu-Punkt-Verbindungen für Multimedia over IP meist UDP als Transportprotokoll in Verbindung mit RTP überall verfügbar preiswert best effort -Übertragung keine Dienstgüte-Garantien 12

13 IP Multicast Idee: Ressourceneinsparung durch reduziertes Datenaufkommen Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen (noch) nicht jeder ISP unterstützt IP Multicast aber: im F&L-Verbund (WiN) verfügbar Referenz: 13

14 IP Multicast 2 2x 2x 2x Emfänger Sender Router (1) ohne Multicast Router 1x 1x 2x Emfänger Sender Router (2) mit Multicast Router 14

15 RTP RTP - Real-Time Transport Protocol baut auf IP auf, nutzt typischerweise UDP definiert Ende-zu-Ende-Dienst mit gewissen Echtzeitcharakteristiken bietet u.a. Sequenznummern, Zeitstempel, Statistiken über Datentransfer aber: keine Garantie von Dienstqualität, sondern nur Aussagen über aktuellen (Netz-) Zustand 15

16 RTP 2 Anwendungen sollten Datenrate / Kodierungsschemata des Senders der Qualität der Leitung bzw. den Möglichkeiten des Empfängers anpassen können (adaptive Verfahren) meist genutztes Protokoll für Multimedia over IP Übertragungen 16

17 Kodierungsverfahren MPEG2 M-JPEG H.261 / H

18 Hohe Qualität Kodierungsverfahren 2 SDI unkomp., 270MBit/s MPEG2 50MBit/s MPEG2 3-15MBit/s M-JPEG, 10-15MBit/s MPEG1, 1-3MBit/s schnittfähige Über- tragung für Fernsehstudios DVD / digitales TV Fernsehqualität typ. Distributionsmedium im Internet H.261 / H.263, 64kBit/s-2MBit/s Videokonferenzen im Internet Niedrige Qualität (verlustbehaftete Übertragung) 18

19 MPEG2 Bildpunkte werden in Helligkeit (Y, Luminanz) und zwei Farbwerte (Cr, Cb, Chrominanz) aufgelöst Abtastverhältnis gibt Anteil der Komponenten an: Y:Cr:Cb (z.b. 4:2:2) I P B B P B B P B B P I GoP, Group of Pictures Videodaten- (Bit-)strom Kodierung von 8x8-Pixel-Blöcken. Der Kompressionsfaktor wird für jeden Block einzeln festgelegt Kodieren ist wesentlich aufwendiger als Dekodieren 2 wichtige Qualitätsstufen: (Main Main Level, 4:2:0) mit 3-15MBit/s (z.b. DVD) (4:2:2) mit 50MBit/s (schnittfähige Videoübertragung) 19

20 M-JPEG Kodierung von 8x8-Pixel-Blöcken Kompressionsfaktor wird für das gesamte Bild festgelegt, d.h. je nach Beschaffenheit des Bildes ist hohe bzw. nur sehr niedrige Kompression möglich Keine Referenzen zu vorherigen bzw. nachfolgenden Bildern, darum in vielen Schnittsystemen Standard Allgemein ist jede Auflösung möglich (8x8-Pixel-Raster), aber typischerweise wird nur PAL bzw. 1/4PAL genutzt Kodieren ist aufwendiger als Dekodieren 20

21 H.261 / H.263 Entwickelt für Kanäle mit niedriger Bitrate (64kBit/s bis 2MBit/s) Definiert eigene Auflösung: CIF (Common Interface Format) mit 352x288 Pixel Kodierung ähnlich MPEG2 Wesentliche Anwendung: Videokonferenzen Da Enkoder meist auch Dekodieren können muß: Kodieren etwa ebenso aufwendig wie Dekodieren 21

22 Beispiele und Anwendungen MPEG2 over ATM M-JPEG over ATM H.261 over ISDN H.261 over IP Multicast 22

23 MPEG2 over ATM höchste Qualität (professionell schnittfähig) genutzt z.b. für: Uni-TV (verteilte Videoproduktion zwischen FAU, TUM, BR, IRT) Übertragungen von medizinischen Aufnahmen (Operationen, etc.) mit höchster Qualität 23

24 M-JPEG over ATM Kamera M-JPEG Codec ATM Switch Monitor M-JPEG Codec Codecs: Cellstack 24

25 M-JPEG over ATM Fernsehqualität genutzt z.b. für: Vorlesungsübertragungen zwischen Erlangen und München (IKON) Videokonferenzen Videoübertragungen innerhalb der FAU 25

26 H.261 over ISDN niedrige Qualität, ausreichend für Videokonferenzen genutzt z.b. für: Videokonferenzen mit weit entfernten Teilnehmern oder mit Teilnehmern ohne (schnellen) IP Anschluß Vorlesungsübertragungen 26

27 H.261 over IP Multicast IP Netzwerk FAU-TV Server Empfänger Codecs: Mbone-Tools: rat (Audio), vat (Video) 27

28 H.261 over IP Multicast niedrige Qualität, ausreichend für Videokonferenzen genutzt z.b. für: Mehrteilnehmer-Videokonferenzen (z.b. TKBRZL, Projektbesprechungen) Distribution von Videos über das Internet (FAU-TV, Uni-TV) 28

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