Тема номера: Телевидение МИЭМ и его разработчики

Тема номера: Телевидение МИЭМ и его разработчики



Тема номера: Телевидение МИЭМ и его разработчики

План

2. TV or not TV? (Соболь)

6. “Другие проекты”

6.1. Распределенная вещательная сеть (Королев)

Миграция «телевидения» в Интернет. Эволюция терминологии

Что называют телевидением в наше время?

Что ожидает пользователь Интернет от телевидения в Сети? Основные отличия идеологии

Арифметика аудитории. Сложности борьбы за урожай

Массовый зритель в Интернет - сложности борьбы с урожаем

Концепция телевизионной сети на базе Интернет

Существующие сети массового обслуживания

Специфика задачи и решение своими силами

6.2 Комплекс для организации видео-трансляций (Булатов)

Требования для работы

Возможности комплекса

Особенности. Ebox

Применение комплекса и дальнейшее развитие

Автоматизированная съемка событий (робокамеры, интеллектуализация принятия режиссерских и операторских решений)

Задача 1. Как взять правильный план?

Смена ракурсов

Трехмерная HD-съемка. Автоматизация управления робокамерами.

Просмотр трехмерных изображений на обычных мониторах без очков

Система архивного хранения данных на коммутируемых дисках (Королев, Осмоловский)

RAID-массивы

Ленточные библиотеки

Компромиссные решения

Коммутируемые жесткие диски



План

1.  Наш журнал начинает серию тематических выпусков о творческих коллективах МИЭМ. Студенты, аспиранты и сотрудники более 30 кафедр работают над решением интереснейших задач. В этот раз мы побываем в лаборатории цифровых видеотехнологий и в лаборатории видеопроизводства на кафедре ИКТ. Здесь зародилось и развивается современное телевидение МИЭМ.

2.  Алексей из ДИТ рассказывает о работе департамента и необходимости ТВ в его современном понимании для института, выводим на творческие задачи

3.  Студийцы (решите для себя) - о задачах и трудностях и как вы всех побеждаете

4.  Переходим к технике...

5.  А теперь посмотрим, как все это работает... и дальше разработчики (видимо, Ваня, Дима, Костя про софт, Бубл про железо) всем все подробно рассказывают.

a.  Про студию на кафедре (устройство, задачи), техническое и особенно программное обеспечение (сова, управлятор, захват).

b.  Про телевизоры и план развития (расписание и посещение в учебных коридорах, ролики в столовых и на лестницах, звонки и указатели, объявления, презентационные материалы в соответствующих помещениях, типа холла 2 этажа).

c.  Про контент

d.  Про взаимодействие с печатными и прочими изданиями

e.  Видеоконференцсвязь

f.  Каталоги записей

6.  А чем еще занимается ваш коллектив? (и дальше про все остальное. Дима и Костя  про видитори, Бубл -- ну понятно о чем (не ныть! ;)), Рома про систему хранения и 3д. В общем, вспоминайте кто о чем.  (сюда идут Распределенная вещательная сеть,

.  +Комплекс видеотрансляций

a.  +Радиоудлинитель DV на базе Ebox

b.  Автоматизированная съемка событий (робокамеры, интеллектуализация принятия режиссерских и операторских решений) (Рома?)

c.  Трехмерная HD-съемка. Автоматизация управления робокамерами. (Рома, Катя,...)

d.  Просмотр трехмерных изображений на обычных мониторах без очков (Денис)

e.  Viditory (Дима, Денис,...)

f.  Объектный монтаж (Денис)

g.  Система хранения видеоархива (Денис и Рома)

h.  Сова (Дима)

i.  ВАКАНСИИ :)

Было бы полезно добавить аналогичную пачку от столяровско-шуруповского  ведомства, но это мы в следующий раз и если они соберутся. Как-то они скептически к "непрофильной" работе относятся обычно.

Видимо, редактировать для начала мне, так что хотя бы что-нибудь напишите, желательно снабдить стильными картинками и схемами. Задача -- чтобы было интересно, захватывающе и понятно. Технический уровень на высоте, но чтобы уши не завяли. Не будьте занудами, это не 2 секция конференции.




Не забываем писать и сдавать тезисы, времени осталось мало!

2. TV or not TV? (Соболь)

В середине прошлого,2010, года в МИЭМ был организован Департамент информационных технологий (ДИТ). В него, помимо остальных, вошло Управление по информационному сопровождению для освещения всех событий, связанных, прямым или косвенным образом, с жизнью вуза. Создаваемое информационное поле, которого раньше не было, повышает интерес общественности к вузу, а так же заинтересованность самих студентов в университетской жизни. За прошедшие полгода департаментом было проведено множество конференций и семинаров, а объём отснятого материала приближается к 6-ти террабайтам. Все данные хранятся в специальной системе организации видео архива, которую написал студент МИЭМ. Внутривузовская телевизионная сеть МИЭМ стала одним из реализованных проектов нашего Управления. Сейчас в этой сети функционируют 2 панели, до середины февраля 2011 года будет установлено ещё 5 панелей. В планах управления значится контрольная цифра в 26 стендов, полностью охватывающих информационные площадки в двух зданиях нашего университета.

“Зачем в образовательном учреждении телевидение?” - этот вопрос мне часто задают знакомые, которым я рассказываю про наш проект. В этой статье я постараюсь показать все положительные аспекты внедрения внутривузовского телевидения в МИЭМ.

Что для вас телевидение? Популярные передачи, новостные выпуски каждый час, ситкомы, кино двухгодичной давности в прайм-тайм. Необходимо такое телевидение элитному техническому университету? Нет. Телевидение в вузе - это рассказ о событиях как внутри университета, так и за его стенами; сопроводительная информация, расписания занятий и факультативов; это таблицы успеваемости, рейтинг студентов; это рассказ о студенческих группах, работающих над интересными, прогрессивными проектами. По сути, внутривузовское телевидение - это отдельный мир, разносторонне отражающий текущую жизнь в вузе. Основное отличие такого телевидения от классического - это возможности в реализации подаваемой на дисплеи информации. Обычный телевизор – это приёмник потоковой информации. Что представляет из себя панели МИЭМ. ТВ? Это локально адресуемые компьютеры, которые можно разбить на необходимые группы. С помощью удалённого доступа экраны могут транслировать абсолютно любую информацию, которую воспроизводит компьютер, а это, по сути, любой вид визуальной информации.

Сейчас телевидение используется для отображения трёх информационных блоков. Первый блок - это видеоролики, снятые видеостудией МИЭМ под руководством Управления по информационному сопровождению, либо же ролики, представленные различными группами активистов из настоящих и бывших студентов. Сюда же попадают ролики от секций МИЭМ (театральной, туристического клуба и т. п.). В блоки аудиовизуальной информации попадают так же новостные ролики о произошедших и наступающих событиях.

Второй блок - это фотогалерея. На момент написания статьи работа над общевузовской фотогалереей для всех студентов МИЭМ ещё не была закончена. Текущая работающая модель позволяет транслировать фотографии любого размера, обрабатывая их для вывода на различные экраны телевизоров. К сожалению, текущий набор фотографий выбирается из архива Управления по информационному сопровождению МИЭМ. В дальнейшем планируется размещение фотографий, которые выбирают сами студенты, естественно прошедших модерацию по этическим соображениям. Таким образом, студенты нашего университета смогут влиять на контент самого телевидения. То же касается и видеороликов. Такой открытый подход к формированию эфирной сетки повышает интерес к информации на панелях, соответственно, повышает информированность студентов о жизни в вузе, и, следовательно, происходит логичный процесс сплачивания коллектива, что обязательно положительно скажется на всех аспектах студенческой жизни.

Третий блок - это информационные текстовые объявления, рассказывающие об интересных событиях. При должном количестве панелей такой подход может заменить бумажные объявления по всему институту. При этом объявления можно будет легко модифицировать, обновлять и менять.

А теперь давайте немного помечтаем. Чем нам может пригодиться телевидение в будущем? Каким оно будет? Смогут ли учащиеся взаимодействовать с МИЭМ. ТВ? Ведь на информационные панели можно легко выводить информацию, на пример, об отмене лекций (по различной причине), при этом, эта информация будет дублироваться и на сайте и, допустим, в приложении к вашему мобильному телефону. При этом вся эта цепочка запускается за 4 клика, что занимает гораздо меньше времени, чем обзвон всех согруппников. Возьмем фотографии: сопроводительная информация к ним может легко выводиться как из встроенной в фотографию информации, так и из заполненных полей в фотогалерее. Использование FLASH-приложений в МИЭМ. ТВ позволяет генерировать тексто-визуальный контент для новостей, к примеру, автоматически, исходя из текста, фото или видео материалов. На днях открытых дверей и других общественных мероприятиях панели можно использовать как графические указатели; на них можно выводить, к примеру, рейтинг студентов; прикрепив к панелям веб-камеры, можно учитывать как размер аудитории МИЭМ. ТВ так и определять, кто его смотрит, используя технологию распознавания лиц.

Это лишь самые близкие к реализации идеи.

А насколько хватит твоей фантазии?

Врезка: Хочешь организовать событие? У тебя интересный проект? Все должны знать об этом! Пиши нам! *****@

5. Организация МИЭМ. ТВ

МИЭМ. ТВ представляет собой не просто очередной телеканал indoor телевидения, каких много в общественных местах города. В отличие от распространенного indoor телевидения, которое представляет из себя, по сути, обычный телеканал, где все мониторы показывают только то, что централизованно передают в эфир системы вещания, в МИЭМ. ТВ каждый телевизор представляет собой самостоятельный приемник, контент для которого формируется отдельно от других.
Система МИЭМ. ТВ представляет собой набор ЖК или плазменных панелей, размещенных по зданиям МИЭМ в местах наибольшего скопления публики, на которую эта система собственно и ориентирована, то есть в холлах, столовых, у лестниц и так далее. Сигнал на панели подается с примонтированных к панелям компьютеров небольшого размера, обычно неттопов. Благодаря этому и возможно разделение контента, подаваемого на панели.
Расписание эфира формируется отдельно для различных панелей, также возможно формирование отдельных групп панелей, расписание для которых так же индивидуально. Таким образом, появляется возможность управления информацией, подаваемой на панели в зависимости от их физического размещения. Например, если панель установлена в коридоре с учебными аудиториями, то во время занятий на нее будет подаваться расписание занятий и указатели к аудиториям, помогающие студентам ориентироваться, также панели, расположенные в учебных коридорах могут отображать различную инфографику. Также во время занятий на данные панели можно не подавать звук, чтобы не мешать учебному процессу.  Если же панель установлена в удаленном от занятий месте, то на нее можно постоянно подавать различные, в том числе и озвученные видеоматериалы. Возможно проведение прямой трансляции какого-либо события на тех телевизорах, расписание которых это позволяет. Кроме этого систему телевидения МИЭМ ТВ можно использовать вместо традиционной системы звонков. Помимо гибкой системы организации расписаний и группировки телевизоров в местах их размещения, в системе МИЭМ. ТВ предусмотрено удаленное управление питанием установленных панелей, что позволяет экономить электроэнергию.

Отображение контента на телевизорах производится при помощи платформы Adobe Flash под ОС Windows. То есть весь материал, подаваемый на ТВ передается в таких форматах, поддерживаемых данной платформой, как: видео - в формате VP6 или H264, звук - в формате MP3 или AAC, а также в других форматах. Благодаря поддержке аппаратного ускорения видео в последних версиях Adobe Flash Player, tncm, можно использовать недорогие неттопы на платформе Nvidia ION для воспроизведения видео высокого разрешения на панелях. Соответственно, при запуске компьютеров, с которых картинка передается на панели, на них стартует разработанное нами приложение, которое получает по локальной сети расписание для данного телевизора и далее все управление происходит только внутри данного приложения. Имеется система логирования всего происходящего, что позволяет отслеживать различные неисправности в работе системы и постоянно ее модифицировать, также предусмотрена система централизованного обновления программного обеспечения для вещания.
В настоящее время данная система проходит окончательное тестирование в МИЭМ и в скором времени ожидается установка дополнительных панелей в зданиях.

Добавить во врезки:

·  Ссылка на разработчиков (описать команду)

·  Пара слов от Абрамешина и Азарова

·  можно про историю (начало положено в 2006 году, домен зарегистрирован в 2008, первая панель повешена на кафедре ИКТ в 2006, в МИЭМе - в 2010...) Есть фотографии и видео для оформления врезок.

Врезки:
Команда разработчиков МИЭМ. ТВ это команда студентов и аспирантов кафедры ИКТ МИЭМ. В разработке данного проекта в настоящее время принимают участие:

·  Алексей Соболевский (концепция, взаимодействие с руководством МИЭМ)

·  Андрей Булатов (проектирование, концепция, поддержка, тестирование)

·  Дмитрий Андреев (разработка, программирование)

·  Константин Аксенов (flash программирование)

·  Иван Пашинцев (web программирование, дизайн)

История МИЭМ. ТВ началась еще в 2006 году, когда на кафедре ИКТ был установлен первый телевизор. Его ЖК панель размером 32 дюйма с разрешением 1366х768 казалась вполне приемлемой по размеру и характеристикам. В качестве источника к панели был подключен стандартный настольный ПК на платформе P4, установленный в серверной комнате кафедры, при этом сигнал с компьютера на ТВ передавался по 10 метровому HDMI кабелю. В качестве программной платформы для вещания в то время использовалась система из Windows Media Streaming Services под Windows Server 2003 и Windows Media Player для воспроизведения. Статический плейлист из видео файлов формировался на сервере вручную и передавался в эфир. Никакого графического оформления предусмотрено не было.

В течение нескольких лет система функционировала в изначальном виде. И только в 2008 году начался переход на платформу Adobe Flash, со всеми вытекающими последствиями. Было заменено программное обеспечение, начата разработка приложения для ведения расписаний, воспроизведения, графического оформления. Все тестирование прорходило на единственном ТВ, установленном на кафедре ИКТ. И вот, летом 2010 года, был установлен ТВ в холле первого этажа главного здания МИЭМ в Б. Трехсвятительском переулке. К этому времени программная часть была достаточно хорошо отлажена. Сейчас все готово к дальнейшему развертыванию системы. Весной 2011 года будут установлены дополнительные панели в зданиях. Все устанавливаемые панели имеют разрешений FullHD, что в будущем позволит проводить вещание в формате высокой четкости. Система, помимо просто вещания, обрастает дополнительным функционалом, например ведется разработка системы сбора информации о количестве и составе зрителей с помощью веб-камеры, установленной рядом с панелью.

В результате система МИЭМ. ТВ продолжает развиваться, проект получил поддержку руководства МИЭМ, что дало толчок для быстрого развертывания и развития.

6. “Другие проекты”

6.1. Распределенная вещательная сеть (Королев)

Презентация: PPT, PDF, Web.

Развитие в лаборатории цифровых видеотехнологий в МИЭМ средств проведения и выдачи в эфир через каналы Интернет многокамерных видеотрансляций остро поставило вопрос о создании вещательной инфраструктуры. Невозможность multicast-вещания в общественных сетях приводит к необходимости подключения каждого зрителя отдельным потоком к серверу, что ведет к пропорциональному росту трафика.

Миграция «телевидения» в Интернет. Эволюция терминологии

Появление в массовом доступе широких каналов стало не только количественным улучшением параметров услуг, предоставляемых операторами связи. Когда в стандартный пакет услуг провайдера стал входить так называемый «Tripple-play» (телевидение-интернет-телефон), а в городах начали появляться широкополосные беспроводные сети (3G, Wi-Fi, Wi-Max), акценты на рынке коммуникационных услуг резко сменились, и фаворитами рынка в перспективе 5-10 лет стали не освоившиеся там операторы сотовой связи, а интернет-провайдеры, точнеее, укрупнившиеся корпорации, предоставляющие комплекс услуг по всем сопутствующим направлениям. Итак, мы констатируем появление в массовом использовании широкополосной среды передачи данных, способной поглотить телевидение, радио, все виды электронной связи и имеющей при этом достаточно низкую стоимость для конечного абонента, высокую рекламную эффективность и массу неисследованных возможностей в применении к массовому потребителю, небывалые возможности персонификации сервисов и получения индивидуализированной обратной связи от потребителя.

Что называют телевидением в наше время?

В XX веке понятие «Телевидение» понималось более-менее однозначно в разных группах потребителей, странах и частях света. Где-то ловили одну-две программы на пинцет или проволочку, вставленные вместо антенны в черно-белый телевизор, где-то принимали десятки программ кабельного или спутникового ТВ, но во всех случаях имелась в виду некая точка передачи сигнала и множество приемников, получающих этот сигнал. Изменения могли вноситься при ретрансляции (УКВ диапазон подразумевает передачу на небольшие расстояния в пределах города), так в сигнал включались региональные новости, обеспечивался сдвиг по часовым поясам и реализовывался «геотаргетинг» рекламы.
По мере роста количества (и качества) интернет-видеосервисов, сложились типовые модели представления прямых трансляций и записей. Надо сразу отметить, что именно прямыми трансляциями интернет не так уж богат, и это несмотря на очевидные технологические преимущества в обеспечении обратной связи во время прямых эфиров. Мы можем назвать две модели, существующие непосредственно в Интернет (чтобы не путать Интернет-ТВ с IPTV).
Первую модель представляет всем известный YouTube, самая большая видеогалерея. Здесь ставка сделана на свободный контент и прибыль от рекламы. Альтернативная модель может быть представлена Joost. Здесь мы видим среду, которая изначально создавалась как аналог IPTV для Интернет. Помимо специфики контент-политики (договоры с поставщиками коммерческого контента), даже сама форма подачи материала более напоминает телевизионную приставку. При этом для просмотра требовалось запускать программу-клиент, регистрироваться - получалось сложновато для простого «просмотра телевизора». В итоге сервис сдался и упростил свою модель, приблизив ее к YouTube.
И, наконец, прямые трансляции. Сервис прямых трансляций существует на многих видеоресурсах и в последнее время обретает некоторую системность в работе с контентом (проведенный прямой эфир публикуется на том же сайте для последующего просмотра).

Что ожидает пользователь Интернет от телевидения в Сети? Основные отличия идеологии

Из приведенных выше примеров ясно, что массовый зритель выбирает тот способ доступа к нужной ему информации, который проще. И часто качество сервиса стоит далеко не первым в списке приоритетов. Обозначим приоритеты зрителей в двух категориях:

·  Просмотр событий в реальном времени (от профильных профессиональных трансляций и вебинаров до развлекательных передач).

·  Доступ к информации в записи.

При этом обозначим специфику ситуаций, в которых Интернет имеет существенные преимущества перед традиционным телевидением:

17.  Просмотр из офиса. В офисах телевизор встречается нечасто, особенно, на рабочем месте, а события имеют свойство происходить в любое, и чаще всего, рабочее время;

18.  Просмотр архива событий. Поиск по событиям;

19.  Возможность послать ссылку на увиденное (желательно на конкретное место в сюжете). Возможность разместить сюжет в блоге, на сайте и тд (при этом не иметь проблем с законом).

Что предлагает современное телевидение? Безусловно, спустя годы после становления, множества видеосервисов и традиционные каналы телевидения начинают нехотя осваивать просторы Интернет. Но до появления на официальных сайтах телеканалов архивов телепередач прошлых лет еще далеко, да и свежие далеко не всегда публикуются, а прямой эфир пока транслирует не каждый телеканал. Среди прочих причин можно выделить юридическую - телевизионный контент распространяется на весьма жестких условиях, которые часто противоречат природе глобальной сети, ведь Интернет не признает национальных границ. Вот и приходится наблюдать на сайтах зарубежных сайтов сообщения типа "извините, сервис недоступен для вашего региона".

Арифметика аудитории. Сложности борьбы за урожай

Сравнение аудиторий. Попробуем оценить аудиторию интернет-трансляций в сравнении с аудиторией прямых эфиров традиционного телевидения. При общении с заказчиками интернет-трансляций часто возникает такая ситуация: просят провести эфир для аудитории... и называют порядок то 20000, то 2000 зрителей. Для телевидения это уровень районной студии. Так думает служба мониторинга и так думают рекламодатели. Для Интернет в настоящее время трансляция на 20 тысяч зрителей - это событие, как минимум, национального масштаба, реальное количество одновременных подключений редко превышает сотни.
Оценка аудитории. Почему же так сильно (на порядки) отличаются аудитории традиционного телевидения и сайтов интернет телевещания? Во-первых, при любых измерениях важно доверять инструменту. Метод подсчета количества одновременных подключений сомнений в точности не вызывает - все данные выдает сервер и эти данные используются для оценки нагрузки на канал. А как считают аудиторию обычной телепередачи? Обычно - телефонными опросами. Безусловно, за время существования телевидения технологии опросов по телефону отработаны, на данные, полученные по этим опросам, полагаются при принятии серьезных решений, эти рейтинги решают судьбы проектов и их участников, но погрешность здесь может быть весьма значительной и средств обратной связи в телевидение заложено не было (хотя технически для этого нет препятствий - на “рога” в городах программы не ловят, все подключены по кабелю, да и информацию по электросети давно научились передавать на очень приличных скоростях, хотя и на ограниченные расстояния).
Доступность сервиса. Попробуем осознать реальное положение вещей для национального масштаба, хотя в Интернет это несколько надуманное разделение, это видно по любому профессиональному форуму - там скорее заметно разделение по языковому принципу. Население России составляет примерно 142 миллиона человек. Сколько из них могут смотреть трансляции? Практика показывает, что если доступ в Интернет в настоящее время есть практически у всех регионов, где существует хотя бы сотовая связь, то с широкополосным доступом дела обстоят много хуже. Есть два ограничения, которые отобьют желание посмотреть длительную трансляцию в Интернет: пропускная способность канала (если скорость недостаточная, то при всем желании не получится смотреть прямой эфир) и тарификация трафика (далеко не все операторы предлагают такие условия подключения, как в Москве в спальных районах). Следовательно, важно обеспечить хотя бы минимальные возможности для уменьшения "цифрового разрыва": при трансляции обеспечивать передачу как качественных (с большим потоком, кбит/с), так и экономичных (с минимальным потоком 256-320 кбит/с) версий передач. Это с одной стороны представляет собой дополнительную нагрузку на вещательную инфраструктуру (требуется повторное кодирование), но с другой стороны снижает общий трафик трансляции и повышает доступность, а следовательно, расширяет покрытие аудитории). Полезно так же предоставлять возможность приема только звуковой версии трансляции (часто видеоряд не столь уж важен), в таком случае доступность повышается многократно, поток 32-128 кбит/с могут себе так же позволить многие абоненты сетей беспроводной связи.
Что влияет на привлечение аудитории? В первую очередь - своевременная информация о событии. Это как информационная рассылка (в Интернет отлично работает "сарафанное радио", когда ссылка на интересное мероприятие разносится за несколько часов по блогам, форумам и месенджерам, попадает в ленты новостей и цитируется другими пользователями), так и адресное напоминание. Важно не только проинформировать о событии за неделю, но и напомнить в день мероприятия и за несколько минут до его начала.

Массовый зритель в Интернет - сложности борьбы с урожаем

Продолжая разговор о телезрителях в Интернет, попробуем оценить технические возможности по созданию собственной телетрансляции на сколько-нибудь значимую аудиторию. Пока речь идет о трансляции типа точка-точка, проблем с передачей изображения не возникает. Они начинаются тогда, когда нужно передать изображение сразу многим зрителям.
Использование релейных серверов при передаче видео пользователям в прямом эфире.

Использование пиринговой ретрансляции при передаче видео пользователям в прямом эфире.

Совмещение использования релейных серверов и пиринговой ретрансляции при передаче видео пользователям в прямом эфире.
Специфика работы Интернет заключается в том, что в глобальных соединениях не поддерживаются сквозные широковещательные трансляции (multicast, broadcast). Послать один пакет сразу нескольким (multicast) или абсолютно всем (broadcast) пользователям сети можно только в локальной сети, в общественные сети могут отправляться только адресные (unicast) пакеты. Как следствие, каждый зритель, желающий посмотреть трансляцию, создает персональное (точка-точка) подключение к серверу и сервер лично этому абоненту передает поток информации. И так для каждого зрителя. Несложно догадаться, что на стороне сервера образуется узкое место, канал связи быстро переполняется.
Здесь мы приходим к важной теме: способам организации телевизионного вещания в Интернет на широкую аудиторию. Подойдем к вопросу не со стороны технологий, а со стороны логики: что может решить проблему узкого места в цепочке количественно и качественно?
Количественное решение очевидно:

·  Увеличение ширины канала на вещательном сервере

·  Создание дублирующих (релейных) серверов и распределение нагрузки между ними или использование существующих коммуникационных сетей (облаков).

·  Снижение потока передачи (использование кодеков с более эффективной компрессией или понижение качества сигнала).

Но как бы мы ни ужимали поток и не наращивали количество серверов, увеличение аудитории будет неизбежно приводить к пропорциональному увеличению нагрузки. Что позволит качественно изменить эту ситуацию?
Наиболее логичным решением выглядит применение пиринговых технологий. В таком случае роль сервера берут на себе сами же клиенты. Подключение клиентов трансляции производится по возможности к уже имеющимся зрителям, а не к раздающему серверу. Причем, необходимо резервирование передачи, поскольку каждый зритель может отключиться в любой момент времени. Такой подход имеет множество сложностей в реализации и не отменяет необходимости в создании достаточно мощной сети вещательных серверов, но, при качественной реализации, способен изменить характер роста нагрузки на вещательную сеть при большой аудитории зрителей.

Концепция телевизионной сети на базе Интернет

Предлагаемая концепция опирается на уже имеющиеся и работающие реализации, в развитии указаны еще не реализованные технические решения, принцип действия которых, в то же время, уже известен и описан.

·  Организационная база. За основу примем предположение, что проведение трансляций и телемостов является востребованным эпизодически, но регулярно, в разных организациях, которые при этом располагают достаточно широким каналом связи. Примем такой профиль организации за основной в построении собственной сети релеев для проведения телетрансляций в Интернет. Основной профиль не является единственно возможным.

·  Техническая база. Обеспечение трансляции с использованием распределенной сети требует средств балансировки нагрузки между узлами сети. Возможно решение этой задачи с нуля (создание соответствующих программных средств), но возможно и задействование уже существующих средств, например, платформы Java.

·  Юридическая база. При тиражировании программного обеспечения остро встает вопрос лицензионных отчислений. Реализация данной концепции построена на открытом и свободном программном обеспечении. Сеть может быть построена и на проприетарных компонентах, но ее область применения в таком случае будет существенно ограничена и предлагаемая далее бизнес-модель будет изменена.

·  Топологическая база. Основа сети - ее децентрализованность. Подобно тому, как Интернет, имея формальный центр в лице ICANN, функционирует на множестве независимых узлов, трансляционная сеть так же в своем составе имеет самостоятельные серверы, а централизованное управление затрагивает лишь самый общий уровень (мониторинг состояния, унификация протоколов обмена информацией и других правил, решение глобальных коллизий). Подключение или отключение отдельных узлов сети может производиться в автоматическом режиме и без каких-либо согласований. Для создания сервера должно быть достаточно выделения виртуальной машины на существующем сервере с достаточными ресурсами. Использование Java подразумевает, что виртуальная машина может быть запущена на любой операционной системе.

·  Экономическая база. Очевидно, что проведение трансляций на большие аудитории зрителей в большинстве случаев не является постоянной необходимостью отдельно взятой организации. Обосновать использование собственных ресурсов (сервер, электричество, трафик) одними редкими трансляциями будет невозможно и такому решению многие предпочтут разовое использование сторонних сервисов (которые в настоящее время надо еще найти!). Функционирование сети генерирует неравномерный трафик, который проходит через узлы сети и именно трафик может служить основой для экономических взаимоотношений. Взаимозачет и взаиморасчеты по итогам отчетного периода по использованию трафика других узлов сети должны производиться по автоматически представляемому биллинговому отчету системы.

Существующие сети массового обслуживания

Крупные веб-проекты имеют два пути для обеспечения своих потребностей:

·  строить свою инфраструктуру, как это делает Google, Yandex, RUNNET и

·  арендовать уже существующие мощности других сетей.

Анализ возможных доступных решений показал, что выбор ограничен достаточно широко используемым предложением от Amazon (Elastic Cloud 2) и упоминаниях об аналогичного назначения сервисе от Google.
Оба варианта имеют как достоинства, так и недостатки, у них несколько отличаются возможные области применения. Рассмотрим варианты коммерческого и, например, академического использования.
Для коммерческого использования можно выделить следующие характеристики:

·  Компания располагает необходимыми ресурсами, но не содержит излишков.

·  Стоимость обслуживания ресурсов достаточно высока, чтобы всерьез рассматривать аутсорсинг непрофильных сервисов.

·  При организации бизнес-процессов упор делается на стабильный результат.

Для вузовской среды характерны несколько отличий:

·  Вузы часто располагают излишками ресурсов как коммуникационных, так и вычислительных. При необходимости вычислительные ресурсы могут быть усилены.

·  Стоимость обслуживания дополнительных мощностей и сервисов ниже за счет привлечения внутреннего кадрового резерва и научно-технической мотивации персонала (темы для работ, научные исследования на базе лабораторий).

·  Многие проекты имеют вторичную роль в бизнес-процессах и их итог не всегда имеет значение, в то время как корректная отчетность по проектам является основным интересом руководства. В то же время, продвижение вуза в технологическом плане является важной маркетинговой задачей.

Самый простой способ - обратиться к существующей сети и переложить нагрузку по распространению сигнала на нее. К сожалению, серверы Amazon расположены в Америке и Европе, что приводит к необходимости "импортировать" собственные данные. Для конечного пользователя эта проблема может выражаться лишь в потенциально-возможной перегрузке внешних каналов, сопровождающейся нестабильностью сервиса трансляции, а для провайдеров вопрос будет стоять несколько шире: фактически, взаимный обмен трафиком повторяет в некотором приближении межгосударственные экономические отношения и баланс импорта и экспорта здесь весьма важен.
Импортозависимость (когда основные источники трафика расположены за пределами страны) приводит к увеличению выплат экспортерам. Бизнес вряд ли будет заботить такой аспект технической задачи доставки сигнала, ноо,, тем не менее, игнорировать его при создании задач со значительным объемом планируемого трафика некорректно по разным причинам. В частности и с этой позиции, а так же из других соображений рассмотрим возможность и методы создания собственной сети для проведения трансляций.

Специфика задачи и решение своими силами

Создание сети для проведения видеотрансляций возможно как на базе коммерческих хостингов (аренда виртуальных серверов у нескольких провайдеров), так и среди партнерских организаций, располагающих достаточно мощными каналами выхода в Интернет. Самым очевидным выбором для построения сети в организациях являются вузы, которые, как правило, подключены к Интернет по широким каналам ( мбит/с симметричного трафика), так же, нельзя игнорировать быстро растущие возможности домашних подключений Интернет (московские провайдеры предлагают до 50 мбит/с безлимитного входящего трафика и 10 мбит/с исходящего за символические деньги).

Использование облака на базе серверов-партнеров или арендованных мощностей для нескольких параллельных трансляций. Вещательные узлы так же могут служить релейными серверами.
С одной стороны, использование домашних подключений дает небольшие показатели для каждого узла при массовой трансляции (условно будем считать, что 10 исходящие мбит/с = 20 зрителей), с другой - эти релейные серверы окажутся в сетях спальных районов и смогут отчасти компенсировать трафик для этих сетей. Сложности, скорее, вызывает обеспечение надежности и непрерывности передачи в случае отключения узла (что увидит зритель трансляции, когда релейный узел отключится?). Для владельцев узлов возникает еще одна сложность: запуск виртуальной джава-машины потребует существенных ресурсов от оборудования. Возможно, через 2-3 года эти требования не будут казаться существенными, но в настоящее время 2 гигабайта оперативной памяти, который требуется серверу - это в любом случае заметный ресурс.
Из вышесказанного можно сделать выводы о желаемых параметрах и требованиях к релейным серверам:

·  Простота установки на любом оборудовании и под любыми операционными системами. Отсутствие необходимости настройки.

·  Минимальные требования к оборудованию

·  Автономность работы, отсутствие необходимости в ручной поддержке.

·  Отключение сервера во время эфира должно считаться штатной ситуацией и не должно приводить к длительному отключению зрителей, подключенных к исчезнувшему из сети серверу. Автоподключение к другим доступным серверам должно сработать незамедлительно и не должно требовать действий от пользователя.

·  Сервер должен идентифицироваться в сети для определения трафика, прошедшего через него с целью дальнейших взаиморасчетов. Процедура должна быть максимально простой и прозрачной: статистика по каждому из серверов пользователя должна показываться в его личном кабинете.

6.2 Комплекс для организации видео-трансляций (Булатов)

На кафедре (и не только разработанные технологии используются в проектах компании "ЦВеТ") уже достаточно давно мы проводим видео-трансляции различных мероприятий, таких как защиты дипломов, курсовых работ, различных тематических семинаров. Разработанные технологии используются также и в проектах компании "ЦВеТ"

Под видео-трансляцией в интернет в данном случае понимается обеспечение передачи видео и звука с какого-либо мероприятия, где установлены видеокамеры и звукозаписывающее оборудование, зрителям, которые наблюдают за событием удаленно, через сеть Интернет. Зрители могут просматривать трансляцию как через веб-приложение в браузере, так и через проигрыватель, хотя именно работа с веб-приложениями более удобна для простого пользователя, так как не требуется установка дополнительного программного обеспечения. Также к понятию видео-трансляции можно отнести и различный интерактив, связанный с этой трансляцией. Это могут быть векторные титры, наложенные в плеере на стороне пользователя, различные голосования, синхронный показ презентации вместе с видео и т. д.

Оператор эфира трансляции.

Для обеспечения видео-трансляций используется программный комплекс для работы с DV видеопотоками в реальном времени. DV видео это один из наиболее распространенных форматов записи видео, имеющий внутрикадровое сжатие, что позволяет работать с видео в реальном времени с минимальными нагрузками на процессор. Программный комплекс позволяет реализовать многие возможности телестудий, без использования специализированного оборудования, такого как аппаратные видеомикшеры, аппаратные устройства кодирования видео, видеомагнитофоны и т. д. Причем возможно создание как переносных телестудий (ПТС), так и стационарных систем, в которых может использоваться большее количество мониторов, для упрощения работы оператора, и может быть увеличена вычислительная мощность, что позволяет использовать более качественное кодирование или кодирование с разными битрейтами одновременно. Данный программный комплекс позволяет использовать бытовое оборудование, не прибегая к помощи специализированных устройств. В нашем случае под бытовым оборудованием понимаются персональные компьютеры или ноутбуки, с необходимой производительностью, об этом чуть позже. Причем могут использоваться как PC совместимые компьютеры, так и компьютеры Macintosh.

Требования для работы

Для проведения простейшей трансляции достаточно ПК с доступом в Интернет, оборудованного микрофоном и веб-камерой, с помощью которых будут захватываться видео и звук. Надо заметить, что для передачи потока пропускная способность исходящего Интернет канала должна составлять не менее 256 кбит/сек. Соответственно,, для просмотра трансляции требуется такая же пропускная способность канала на вход.

Можно использовать и более качественные камеры формата DV, подключаемые по интерфейсу FireWire, для этого требуется наличие FireWire контроллера в компьютере. При этом надо учитывать, что обычно у компьютера имеется только один вход firewire, соответственно к нему можно подключить только одну видеокамеру. Если требуется подключить большее количество камер, то необходимо использовать дополнительные firewire контроллеры, например PCI Firewire контроллеры для настольных компьютеров или ExpressCard контроллеры для ноутбуков.

ExpressCard/34 контроллер Firewire на 2 порта. Используется в ноутбуках.

PCI контроллер Firewire на 3 порта. Используется в настольных компьютерах.

Вместо дополнительных контроллеров можно использовать firewire разветвители. Такие разветвители позволяют использовать несколько камер, подключенных через 1 порт на ноутбуке.

Разветвитель (концентратор) firewire на 8 портов от компании Kramer Tools.

Следующей особенностью является достаточно существенная нагрузка на процессор компьютера, связанная с необходимостью кодирования видео. Также достаточно большая вычислительная мощность требуется для отображения предпросмотра видео с камер на мониторе микшера в реальном времени. В связи со всем этим минимальным для использования в микшере является процессор Core 2 Duo с тактовой частотой от 1.6 Ггц. Такой процессор позволяет показывать на мониторе картинки с 4 камер и кодировать выходящий поток кодеком h264 при выходном разрешении 320х240 пикселей.

Также возможно использование аппаратных кодировщиков для видео, подробное описание этих устройств можно найти по ссылкам, приведенным в конце статьи. Такие устройства производят компании FastVDO, HaiVision и другие, но такие устройства уже выходят за рамки бытовых и их стоимость достигает нескольких тысяч долларов США, так что в рамках нашей системы их использование является не очень оправданным. Тем более, чаще всего в них используются аналоговые входы, что ухудшит качество картинки из-за неоднократного цифро-аналогового и аналогово-цифрового преобразования.

Соответственно при увеличении количества камер, увеличивается нагрузка на процессор, связанная с отображением видео с этих камер на мониторе.
Ресурсы процессора, необходимые для кодирования видео, напрямую зависят от выходного разрешения видео. Чем оно больше, тем больше ресурсов на это требуется.

Возможности комплекса

Под комплексом для проведения видеотрансляций понимается набор программных средств для серверной и клиентской части, а также компьютеры, на которых это ПО работает. Все вместе это позволяет проводить видеотрансляции в сети Интернет (также это возможно и в локальной сети).

Отдельно рассмотрим различные компоненты комплекса, а именно:

·  Система система микширования и передачи по локальной сети видеопотоков DV (микшер, dvswitch)

·  Приложение приложение для кодирования видео и последующей передачи на сервер (VLC, ffmpeg)

·  Серверная серверная часть, осуществляющая раздачу видео конечным пользователям

·  Клиентская клиентская часть (flash приложение в браузере)

Представление процесса трансляции в виде блок схемы.

Вместе все эти компоненты позволяют проводить видеотрансляции различных мероприятий, таких как конференции, семинары и т. д.

·  В помещении расставляется несколько DV видеокамер, по интерфейсу ieee1394, они подключаются к компьютерам, причем камеры могут подключаться как к самому микшеру, так и к компьютерам находящимся в локальной сети с микшером. В таком случае картинка передается по локальной сети в исходном DV (25 мбит/сек) качестве на микшер. Это позволяет обойти ограничение длины firewire кабеля (по стандарту максимум 4,5 метра).

Схема работы комплекса, до момента отправки видео на сервер.

Получение видео с камер по firewire или из локальной сети, микширование, отправка на кодирование в VLC.

Далее, все потоки с камер собираются на микшере, на нем все картинки отображаются в реальном времени и режиссер эфира микширует потоки в реальном времени (простыми нажатиями клавиш 1 - n, то есть номера камеры). Фактически это линейный видеомонтаж. Звук микшируется отдельно от видео, в том же приложении, т. е. видео может быть с одной камеры, а звук с другой, или с аудиомикшера, подключенного к ПК через линейный вход. Помимо картинок с камер в эфир можно пустить какой-то видео файл, заранее закодированный в формат DV.

Так выглядит экран микшера, на этом скриншоте отображается один источник - заставка телеканала miem. tv

·  После микширования из микшера выходит один сведенный поток (аудио + видео), который кодируется в формат h264, либо МЗ6 (и aac или mp3 для звука), с необходимыми битрейтами и разрешением и передается по протоколу RTMP (также возможно использование протокола RTP) на сервер вещания. Также закодированный поток сохраняется локально, как и сам микшированный поток в DV качестве. Запись закодированного видео может также производиться на сервере.

·  На сервере приходящий по протоколу RTMP поток (аудио + видео) не обрабатывается. Происходит только преобразование протокола. Так как к клиентам поток “раздается” по протоколу RTMP. Нагрузка на сервер минимальна (необходимо только учитывать, что почти все вещательные серверы написаны на Java, т. е. необходимо большое количество оперативной памяти). В основном требуется только достаточно широкий канал, для раздачи контента пользователям. Соответственно на каждого пользователя требуется часть канала, равная битрейту аудио и видео с которым он просматривает трансляцию. Например, если вещание происходит с одним постоянным битрейтом 512 кбит/сек, то при использовании на сервере канала 100 Мбит/сек, смогут подключиться ровно 200 пользователей. Но на практике пользователей будет меньше, так как помимо собственно видео и звука передается еще и служебная информация для их синхронизации и так далее.

Схема раздачи уже закодированного контента пользователям через сервер вещания. VLC -- Streaming Server -- Flash Based Clients.

При необходимости показать трансляцию большому количеству человек требуется использование нескольких вещательных серверов, называемых "edge" серверами, которые подключаются к основному серверу, "забирают" с него потом, а потом сами раздают его клиентам. При использовании этих серверов уже появляется проблема балансировки нагрузки между ними. Про все это можно прочитать в статье Дениса Королева Распределенная вещательная сеть. Там рассматривается использование edge серверов. Существуют и другие варианты распределения нагрузки, например использование Terracotta, для кластеризации виртульном машины Java, внутри которой работает сервер вещания. Возможно использование таких систем как Amazon EC2 вместе с Amazon S3 для хранения контента. Вещательный сервер может быть собран в виде AMI (Amazon Machine Image) и запущен в EC2. Также возможно использование пиринговых (p2p) технологий при раздаче контента, в этом случае компьютеры самих пользователей используются для передачи видео другим пользователям. Но это уже тема отдельных статей.

·  Последнее звено в передаче видео пользователям - именно сами пользователи, точнее их браузеры. В браузерах пользователей запускается flash приложение, которое и показывает приходящую их интернета картинку. Именно на этом этапе накладываются все интерактивные элементы, возможно наложение титров, рекламы, голосований. Рядом с видео синхронно может показываться презентация. Вообще flash позволяет реализовать большой спектр различных функйи функций уже на стороне пользователя.

Вид плеера на стороне пользователя, Flash приложение в браузере

Как было описано выше, закодированный поток сохраняется локально и отправляется на сервер по протоколу RTP. Сервер же раздает потоки клиентам. Также поток может записываться на сервере. В качестве серверной части может использоваться несколько вариантов ПО, такие как Adobe Flash Media Server, Wowza MediaServer или Red5 Media Server. Последние два сервера могут обеспечить прием видео от микшера по протокому RTP, в отличие от сервера от Adobe, который может принимать видео только по протоколу RTMP, что сужает выбор кодировщиков всего до нескольких приложений и то только для платформы Windows.

Передача потока от сервера к клиентам происходит по протоколу RTMP. Выбор этого протокола обуславливается тем, что для приема видео по этому протоколу может использоваться клиент, написанный на языке ActionScript, т. е. клиент может работать в браузере пользователя. Отсутствует необходимость установки каких-либо дополнительных приложений, на клиентской стороне, видео отображается прямо в интернет браузере.

Также использование Flash плеера на стороне пользователей позволяет использовать дополнительные возможности, помимо только самой передачи видео. Плеер может постоянно обмениваться информацией с сервером и это может использоваться для организации дополнительных функций:

·  отображение титров на стороне пользователя, что позволяет использовать векторный формат для титров и схем, это обеспечивает хорошее качество при масштабировании.

·  отображение презентации синхронно с видео на стороне пользователя.

·  возможно отображение различных интерактивных элементов поверх видео, например голосований и т. д.

Особенности. Ebox

Ebox. Это клиентский компьютер, позволяющий передавать картинку с камеры на микшер и обеспечивать служебную связь. Компьютер имеет пассивное охлаждение, низкое энергопотребление, всего около 10 ватт. Автономное питание организовывается от внешних цинковых аккумуляторов на 12 вольт, далее при помощи разработанного Романом Осмоловским источника питания происходит преобразование напряжения до 5 вольт, а также источник питания имеет вывод для питания камеры Sony DSR-PD170P, что в результате позволяет питать камеру и накамерный компьютер от одного источника питания.

Компьютер Ebox3300, с креплением на камеру

Ebox 3300 - это ультракомпактный компьютер, кто-то называет его промышленным компьютером. Это Х86 совместимая система класса SoC -- System on Chip. Все устройства организованны в одном кристалле. Используется SoC процессор DMC Vortex86DX, имеющий некоторые особенности. Пришлось долго настраивать и дорабатывать дистрибутив Gentoo Linux, для возможности его запуска и корректной работы на данной системе. Эти работы уже выполнены и производится доработка автоматизации процессов. В компьютер был добавлен miniPCI Firewire контроллер для подключения камер DV стандарта. Ebox используется для передачи картинок с камер по локальной сети и обеспечения служебной связи. Причем все обрабатывается в полностью автоматическом режиме - достаточно прикрепить этот компьютер к камере, включить его и камеру, подключить наушники и гарнитуру для служебной связи, далее все работает в полностью автоматическом режиме. Крепление на камеру – это отдельный, разработанный специально для ebox 3300 элемент, позволяет позволяющий закреплять компьютер на камерукамере, используя установленное на камере крепление для внешнего осветителя. Также в этом компьютере будет использоваться tally индикация, т. е. на нем будет загораться сигнальный светодиод на той камере, картинка с которой идет в эфир в данный момент, над этим сейчас идут работы. Также используется внешний модуль Wifi стандарта IEEE 802.11n, обеспечивающий реальную пропускную способность порядка 7 мегабайт в секунду, что позволяет без проблем передавать видеопоток к камере без использования проводных соединений.
В результате, использование Ebox позволяет упростить и автоматизировать такие функции как:

·  передача картинки на микшер

·  организация служебной связи

Также возможен отказ от использования проводного ethernet соединения между микшером и камерой.

Применение комплекса и дальнейшее развитие

В заключение можно сказать, что интернет трансляции в настоящий момент пользуются достаточно большой популярностью, как услуга, при проведении различных семинаров и т. д. На кафедре ИКТ уже несколько лет все защиты дипломных и курсовых работ транслируются в Интернет с использованием описанных выше технологий. Такое проведение защит позволяет получать интересные вопросы от зрителей из Интернета, что улучшает учебный процесс. Но требуется улучшение интерактивных возможностей трансляций, добавление дополнительных возможностей помимо титров и голосования. Многим требуется возможность вставки рекламы в видеопоток, причем рекламы как статично, текстовой, так и видеорекламы, для этого требуется возможность переключения потоков на сервере. Именно над всем этим и ведется работа в настоящий момент.

·  Автоматизированная съемка событий (робокамеры, интеллектуализация принятия режиссерских и операторских решений)

·  Среди всего множества событий, которые доводится снимать и транслировать в Интернет, мы подозрительно часто встречаем мероприятия, которые объединяют две характеристики - они длинные и статичные. Например, на конференции :вышелвыступающий человек, долго говорит, ходит возле экрана, что-то показывает, возвращается к трибуне, продолжает говорить, потом замолкает, все хлопают, из президиума ведущий что-то говорит и цикл повторяется на протяжении долгих часов.

·  Как снимать такое событие? Если это зажигательные или судьбоносные выступления, то спору нет - вкладываться, выжимать максимум из планов и ракурсов. А если это “отчетно-выборные собрания”, коих большинство?

·  Попробуем понять, что во время долгих выступлений делают режиссер и операторы. Именно они определяют, что увидят зрители в прямом эфире и в записи.

·   

·  Режиссер определяет, какую камеру в каждый момент времени будет видеть зритель и руководствуется при этом художественным чутьем, происходящими событиями и несколькими известными правилами, применяемыми при монтаже, а режиссер во время эфира занимается именно монтажом. При наличии связи с оператором режиссер может направлять действия оператора.

·   

·  Оператор, в свою очередь, выполняет указания режиссера (такими указаниями могут быть и “держи общий план” или “не отводи камеру от трибуны”), руководствуясь при этом правилами композиции кадра и динамикой сюжета. Как уже отмечалось, речь идет о достаточно статических событиях, не будем представлять себя на рок - концерте, читая этот текст.

·   

·  Итак, в обоих случаях мы имеем дело с творческой работой, выполяемой выполняемой на холостых оборотах. Человек принимает творческие решения там, где они требовались бы, будь событие сжатым и динамичным. А что, если мы поручим компьютеру “поверить алгеброй гармонию”?

·   

·  В многокамерной съемке событий есть возможность изменить ракурс и план, а так же сделать панораму или наезд.

·  Врезка:

·  Ракурс --

·  План --

·  Панорама --

·  Наезд (трансфокация) --

·  Возьмем для эксперимента роботизированные видеокамеры (Pan-Tilt-Zoom, сокращенно PTZ), они управляются дистанционно по команде компьютера. Обычно оператор с помощью специальной программы визуально выставляет нужный план во время эфира или заблаговременно, записывая положение камеры в память.

·  Имея хотя бы две камеры, установленные в разных точках зала, можно переключать ракурсы, а пока в эфире работает другая камера, можно менять планы. Обычно для съемки событий используется минимум две, лучше три камеры (“общий план”, “следящая” и “зал”).

·   

·  Теперь самое интересное - у нас есть чем снимать, мы понимаем, как этим управлять, но каким образом обучить компьютер принимать решения о смене ракурсов и планов, как сделать правильную панораму без участия оператора? Задача действительно непростая, но мы попробуем ее разобрать на части.

·   

·  Задача 1. Как взять правильный план?

·  У нас есть одна камера, мы должны по команде режиссера взять один из планов, сохранив при этом композицию кадра и обеспечив слежение за выступающим, если он соберется выйти из кадра.

·  Очевидно, здесь есть два решения - простое (“пристрелять” заранее все точки и планы) и правильное (использовать распознавание изображения и принимать решения исходя из получаемой информации). В первом случае мы полагаемся на повторяемость “картинки” и избегаем крупных планов, на которых разница в росте или отклонение от ожидаемой позиции даст композиционную ошибку, во втором случае мы должны определить положение лица человека (людей) в кадре, соотнести с фигурой и понять направление взгляда (точнее, поворот лица).

·  Имея такую информацию, можно выставить один из общепринятых планов (у нас принята система Кулешова с шестью градациями крупности планов) применить общеизвестные правила композиции кадра.

·  Отдельного внимания заслуживает динамика в кадре. Здесь возможны разные подходы: при слишком активном движении в кадре переключать на камеру с меньшим по крупности планом, избегая панорамирования и применять панорамы и трансфокацию.

·  Панорамирование и трансфокация - задачи, доступные PTZ камерам, что ясно из их названия, но художественный эффект абсолютно равномерной панорамы с резким стартом и окончанием и, особенно, трансфокации, которая по умолчанию производится отдельно от панорамирования, оставляет желать много лучшего. Например, если стоит задача проследить за человеком, отошедшим от своего места и плавным наездом взять более крупный план, то обычная PTZ-видеокамера выдаст свое механическое происхождение тем, что сначала из статичного положения резко начнет панорамирование, проведет его равномерно и, когда нужно будет сменить план, она остановит панорамирование и включит трансфокатор. Это допустимо для видеонаблюдения, но совершенно неприемлемо для художественной съемки.

·  Более низкоуровневое управление камерой, что изначально предлагает производитель, позволяет независимо управлять всеми двигателями, относительно плавно начинать и заканчивать панорамы, проводить трансфокацию, совмещенную с наведением на объект, но при этом теряется абсолютное позиционирование камеры. Для ориентации в пространстве камере потребуется снова использовать распознавание образов, чтобы сопоставить текущее положение оси съемки с заранее известными точками.

·   

·  Смена ракурсов

·  Съемка с одной такой камеры, какой бы “гладкой” она ни была, не даст избалованному зрителю того же эффекта, какой виден в профессиональных многокамерных съемках событий, требуется переключение ракурсов съемки, а решение о переключении ракурса принимает, как мы помним, режиссер. Какие задачи режиссера можно переложить на компьютер?

·  Ракурс в длительной трансляции может меняться и без особых к тому поводов. Допустим, выступающий говорит длинную речь. Если снять ее всю с одного ракурса и одним планом, зритель, избалованный “клиповым” стилем современного телевидения и кино, заскучает. Сравните фильмы и телепередачи 30-40-летней давности с современными аналогичными произведениями, заметите, насколько динамичнее стал монтаж.

·  Другой причиной переключения камеры в прямом эфире может стать необходимость в рабочем порядке перевести камеру на другой объект съемки. Зрителям показывают “чистовые” панорамы, а когда камера выводится из эфира, оператор может не заботиться о плавности движений и точности композиции в каждый момент времени. Обычно при многокамерной съемке у каждой камеры есть своя область ответственности, поэтому режиссер знает, что на первой следящей камере всегда крупный план главного действующего лица, на второй - статический общий план, на третьей - зал общим планом или отдельные зрители крупно, тогда монтажные переходы всегда предсказуемы - склейки производятся с переходом через разные планы, как и предписывают правила.

·  В обычных условиях режиссер, выводя из эфира камеру, может дать оператору указание, что и каким планом снимать, в статике или динамике. Для этого применяется служебная связь, а для индикации “камера в эфире” - так называемая Tally-индикация (красный индикатор на камере, чтобы диктор знал, какая камера его снимает).

·  При автоматизированной съемке с помощью PTZ-камер получение команд от управляющей программы происходит мгновенно, поэтому перенастройка камер может производиться со скоростью реакции механизмов камер. Это позволяет использовать все имеющиеся камеры для съемки разными планами, быстро переводя их с одного объекта на другой.

·  Для принятия решений о наведении камеры на тот или иной объект, управляющая программа съемочного комплекса должна “видеть” общую картину происходящего, для этого может использоваться изображение с камер (в таком случае общий план будет нужен не только для передачи зрителям, но и для оценки состояния сцены) или информация с датчиков. Например, профессиональные системы видеоконференцсвязи (ВКС) автоматически наводят камеру на предустановленную точку при включении настольного микрофона или микрофона в кресле в конференц-зале. Датчики могут действовать и более независимо: суть в том, что информация от них дает управляющей программе представление о происходящем в зале, на основании этой информации программа принимает решение снимать или трибуну, или президиум, или зал, снимать по стандартному сценарию, раз в 15-30 секунд секунд, переключая план, или акцентировать внимание на конкретном объекте, который в данный момент требует внимания и съемки крупным планом.

·   

·  Это было поверхностное описание принципа действия автоматического съемочного комплекса, одной из плановых разработок лаборатории видеотехнологий на кафедре ИКТ. Более детальное погружение в тему, вероятно, было бы интересно части наших читателей, мы всегда готовы к общению и сотрудничеству - пишите, возможно, мы работаем в близких областях. Как ни странно, ближайшая к описанной выше разработкаразработке та, которую мы ведем, - съемочный комплекс 3D-видео: управление такими же камерами осуществляется весьма похожим образом.

·  Трехмерная HD-съемка. Автоматизация управления робокамерами.

·   

·  3D-видео перешло из “перспективной технологии” в общедоступные, хотя и достаточно редкие диковинки, все более уверенно занимая свое место в быту. В первую очередь, в области компьютерных игр, реже - для просмотра кино в домашних условиях. Телевидение уже снимает футбольные матчи и другие развлекательные мероприятия в 3D для спутниковых каналов, на рынке бытовых видео и фотокамер стали доступны модели для 3D-съемки.

·  Попробуем создать свой съемочный комплекс для 3D-трансляций. Для начала определимся с оборудованием: есть готовые камеры, в последнее время они стали даже относительно доступны по цене, есть примеры “спаривания” обычных камер, но это всегда сопряжено с проблемой синхронизации управления объективом. Наш путь несколько отличается от общепринятого - мы будем использовать IP PTZ-камеры высокого разрешения. Для этого есть три основные причины:

54.  Татакие камеры могут настраиваться программно, в частности, сведение стереокартинки с двух PTZ-камер получается ближе к естественному для человека способу по аналогии с парой глаз.;

55.  Возможно возможно размещение камер в труднодоступных для оператора местах, возможна автоматизация съемки, причем, такая же, как и для обычной 2D съемки. ;

56.  Изображение изображение с IP-камер можно получать по локальной сети, что не требует прокладки сложных коммуникаций. Полученный поток MJPEG практически не вносит задержку и “помещается” в стандартную сеть Ethernet, в то время как другой доступный интерфейс - HDMI - сложно передавать на большие расстояния и для захвата и обработки HD-сигнала потребуется более сложное оборудование и программное обеспечение.

·  Заметим, что когда речь заходит про 3D, то рядом всегда фигурирует HD. Стереоэффект плохо заметен на картинке низкого разрешения. Мы провели эксперимент: взяли две веб-камеры 720p, написали программу, которая сводит получаемые изображения в анаглиф и совмещает их по указанной точке, вывели изображение в трансляцию в 320х240 точек. Эффект глубины потерялся. Переключили трансляцию на разрешение 640х480 - стали заметны основные “выпуклости”, но настоящего эффекта 3D можно добиться только при достаточно высоком разрешении и линейном размере картинки.

·   

·  Мы строим наш комплекс на базе пары IP PTZ-камер высокого разрешения и управляющего компьютера. В ручном режиме пользователь задает направление съемки, крупность плана, руководствуясь изображением с одной из камер (если комплекс не оборудован 3д-монитором), управляющая программа автоматически доводит вторую камеру синхронно с первой и сводит изображение в фокус.

·   

·  Фокус 3D-видеосъемки - понятие более сложное, чем в обычной фото и видеосъемке. В данном случае недостаточно поймать “резкость” на главном объекте съемки, нужно еще и свести к единому положению на экране его изображение, чтобы объект оказался в плоскости экрана, а другие планы - “ближе” или “дальше”.

·   

·   

·  На аппаратном уровне решение задачи построения комплекса сводится к установке пары PTZ-камер на крепком основании и подключению их к сети и питанию. Стереобаза может составлять как нормальные для человека 6.5-7 см, так и большее расстояние для съемки удаленных объектов. Продвинутый вариант - комплекс с изменяемой стереобазой тоже возможен. В таком случае при съемке удаленных объектов камеры могут удаляться друг от друга, что позволит сохранить объемность изображения. Надо сказать, что общепринятый “человеческий” базис стереосъемки, равный расстоянию между глазами человека, - это частое, но не единственное решение. Например, астрономы используют параллакс земной орбиты для съемки удаленных объектов.

·   

·  Получение видеопотока высокого разрешения с камер возможно четырьмя способами (аналоговые интерфейсы не рассматриваем):

57.  HDMI - бытовой интерфейс вывода видеоизображения высокой четкости на небольшие (до 10 м) расстояния;

58.  SDI и HD SDI - профессиональный интерфейс передачи цифрового видео на значительное расстояние (до 300 м) по коаксиальному кабелю.;

59.  MPEG4 по Ethernet - сжатый видеопоток для передачи по локальной сети или единичным зрителям в интернетИнтернет;

60.  MJPEG - последовательность кадров, отдаваемая по HTTP-запросам по Ethernet.

Наиболее системное решение, принятое среди профессионалов телевидения - SDI. Но сразу надо понимать, что все остальные элементы комплекса будут вынуждены “подтянуться” к этому уровню как по качеству, так и по цене. Бюджетных решений для SDI не бывает.
Альтернативное решение на бытовом HDMI имеет существенные ограничения: этот интерфейс разработан для других целей и не подразумевает использования длинных соединений и весьма сложен в захвате, имея полосу пропускания больше 10 гбит/с.
От использования MPEG4, выводимого камерой, отказываемся хотя бы из-за задержки, вносимой кодировщиком и низкого качества для заданного потока. Кодировать изображение лучше своими средствами.
Остается MJPEG - тоже не идеальное решение, но более близкое к задачам интернет-вещания, особенно статических сцен, на нем остановимся подробнее.

Использование MJPEG при работе с IP-камерами.

Камера по запросу отдает последовательность MJPEG, которые записываются в буфер, а из буфера на микшере собираются в видеопоток. Интересные перспективы открываются при использовании нескольких коммутируемых видеокамер - если коммутация “настоящих” видеопотоков, например, DV представляет собой относительно ресурсоемкую задачу, то коммутировать последовательность JPEG-картинок, будь они стандартного или высокого разрешения, существенно проще. Их не требуется коммутировать в привычном нам смысле - просто буфер с определенного момента меняет источник, из которого в него поступают кадры.
К недостаткам такого метода можно отнести нестабильность последовательности входящих кадров, что приводит к потере скорости смены кадров в результирующем видео. Профессиональные телевизионные камеры не имеют таких проблем, но используемые нами камеры видеонаблюдения не гарантируют стабильные 25 кадров в секунду.
Зато достоинства метода заметны сразу - не требуется специальных коммуникаций (100-мегабитное подключение к сети от камер и питание, причем, питание в некоторых моделях может подаваться так же через Ethernet), никаких захватывающих устройств, низкие требования к вычислительной мощности оборудования.

Простейший видеомикшер потоков MJPEG получает “предпросмотр” с каждой камеры, собирая с заданной периодичностью входящие кадры, а результирующий поток формирует из буфера, кодируя его в нужный формат для дальнейшей передачи по сети уже в виде сжатого потока, например, H.264 или VP6.

Дописать текст._  

·   

·  Position: Inline - Fixed

·  Просмотр трехмерных изображений на бытовых мониторах без очков

·  С точки зрения пользователя важно, какое оборудование ему потребуется для просмотра трехмерных фильмов и картинок. Очевидно, что при больших затратах на сопутствующее оборудование, круг пользователей, которые смогут себе это позволить, будет не таким широким, как этого хотелось бы производителю контента. С другой стороны, использование очков само по себе не очень комфортно.

·  Попробуем вспомнить, за счет чего человеческий мозг воспринимает окружающий мир вполне себе объемным. Все очень просто - левый и правый глаз воспринимают одну и ту же точку пространства под разными углами. Можно ли как-то обеспечить подобный эффект, не прибегая к специальному оборудованию?

·  Способ, в каком-то роде удовлетворяющий этому требованию, предложил Джонатан Пост, но он показался нам не очень гуманным из-за приложения электрических импульсов к лицевым мышцам.

·  Более человечный (по отношению к пользователю) способ заключает в себе идею использования специальных пленок, которые крепятся поверх обычного бытового монитора. Пленка имеет рифленую поверхность. Углы секций пленки рассчитаны так, что обеспечивают чередование полос изображения для левого и правого глаза. Ширина каждой секции пленки должна соответствовать ширине экранного пикселя.

·   

·  Данный метод пока реализован только на бумаге, но при успешном его проявлении в реальных условиях, он может стать дешевым и популярным.

·  Система архивного хранения данных на коммутируемых дисках (Королев, Осмоловский)

·   

·  Сколько бы ни было свободного дискового пространства в новом компьютере, оно все равно закончится. Если сервер предназначен для хранения постоянно пополняющегося архива, то исчерпание объема дискового пространства - вопрос времени, как правило, недолгого.

·  Хранение данных на дисковых массивах RAID в настоящее время - наиболее популярный способ создания крупных хранилищ, альтернативой ему можно назвать лишь пленочные библиотеки, например, на базе LTO. Крупные компании, занимающиеся созданием архивных хранилищ, как правило, предлагают одно из этих двух решений. Но оба подхода имеют множество недостатков, которые принимаются как должное. Теперь рассмотрим вопрос хранения данных, опираясь на задачи, а не на общепринятые средства. Мы работаем с видеозаписями - это крупные файлы (1 час в формате DV AVI занимает примерно 13 Гб), часто не запрашиваемые годами, но когда они нужны, желательно иметь к ним быстрый доступ.

·  В случае с видеоархивом нецелесообразно для предварительного просмотра использовать исходные файлы, тем более это справедливо для видео высокого разрешения. Для предпросмотра, как правило, используются потоковые файлы и веб-доступ, причем, места хранения потоковых файлов и тяжеловесных оригиналов могут быть различными. Таким образом, оригиналы задействуются только непосредственно в монтаже, причем, монтажные программы никогда не вносят изменений в исходные файлы, поэтому возможны два сценария работы с ними: непосредственно их архивного хранилища (если файл всегда доступен) и работа с копией, помещенной в проектную папку (если оригинал хранится на съемном носителе или скорость доступа недостаточно высокая).

·   

·  Теперь рассмотрим существующие способы хранения данных с точки зрения выполнения задач, которые ставит хранение видеоархива.

·   

·  RAID-массивы

·  Массив работает с постоянно включенными дисками, причем каждый диск занимает корзину в корпусе и порт в контроллере. И то и другое стоит достаточно заметных денег в пересчете на мегабайт хранения данных в этом массиве. Часть пространства отдается на избыточную информацию для восстановления при сбое диска. Таким образом, мы имеем постоянный доступ ко всем данным, причем, с высокой скоростью за счет параллельного чтения с нескольких дисков одновременно (для RAID0, 1+0, 5), но жесткие ограничения по количеству дисков в одном сервере и высокое энергопотребление и шумо - и тепловыделение, что приводит к необходимости выделения специально оборудованных помещений и отдельных линий электропитания. Высокое тепловыделение, в конечном счете, приводит к повышению требуемой площади помещений и увеличению расходов на электроэнергию и обслуживание систем охлаждения.

·  Ленточные библиотеки

·  Магнитная лента - используемый многие десятилетия способ хранения данных, актуален и сегодня. Пока передовые журналы и компании-разработчики безленточных архивов и средств видеопроизводства твердят о скорой смерти магнитной ленты, кассеты уверенно чувствуют себя на рынке резервного копирования и продержатся там еще долгое время хотя бы за счет консерватизма этого самого рынка. И в видеопроизводстве мы долго еще будем встречать кассеты для видеокамер и стриммеров. Отчасти, это дань традиции - материальный осязаемый носитель, который можно поставить на полку. Отчасти это надежный способ хранения - при правильном хранении пленка достаточно долго хранит цифровую информацию без потерь с высокой плотностью. Сегодня жесткий диск стоит сопоставимо с кассетой для стриммера LTO аналогичной емкости кассетой для стриммера LTO, но так было не всегда. Ленточные системы хранения не дают прямого доступа к файлам, данные копируются по запросу и это требует либо ручной установки носителя в привод, либо использования библиотек, которые так же как и массивы, ограничены по количеству обслуживаемых носителей и стоят эти библиотеки весьма заметных денег, да и сам привод весьма недешев. (данные по ценам привести во врезке!)

·  Компромиссные решения

·  Избежать расходов на приобретение стриммера можно, создав библиотеку на сменных жестких дисках. Недорогие кредлы для подключения бытовых SATA-винчестеров решают вопрос подключения. Остается, правда, два нерешенных вопроса:

·  как не повредить жесткий диск неаккуратным движением? В нем же терабайты бесценных данных, а уронить стоящий на столе работающий диск - задача посильная даже котенку.

·  как [F1] найти данные, разбросанные по десяткам дисков, хранящихся в ящике? Не всегда можно выделить по диску на событие или проект.

В своей работе мы прошли через все описанные способы хранения и пришли к, вроде бы, простому и очевидному решению:

·  для отбора и описания архивного материала используется веб-среда, представляющая потоковые версии хранимых файлов и статические раскадровки,  причем,  конвертация и автоматическое заполнение доступных метаданных происходит автоматически при копировании исходных файлов в архивную папку.

·  поскольку хранение данных в массиве ограничено по объему, а хранение данных на съемных дисках требует утомительной индексации (автоматическая индексация написана, но диск объемом 2Тб по хеш-суммам индексируется почти неделю!) и небезопасно для самих носителей и хранимых на них данных, мы придумали коммутировать винчестеры, плотно установленные в серверном корпусе.

Коммутируемые жесткие диски

Все, кто слышал эту идею впервые, начинали с возражений - диски перегреются, если в один корпус установить 50 штук, никакой блок питания такую нагрузку не выдержит! А зачем им работать одновременно? Забудем про RAID, представим, что мы работаем только с 2-4 дисками из установленных 50 одновременно (число получено эмпирически, из площади типового корпуса), подавая питание только на нужные. На какие диски подать питание - решает управляющая программа и сообщает об этом контроллеру.
Как организовать коммутацию шин SATA - тема отдельного исследования. Не углубляясь в подробности, можно заключить, что экспериментально подтверждена возможность коммутации при помощи обычных механических реле, но такое простое решение, даже в пределах одного корпуса с полусотней дисков выходит и недешевым, ненадежным (механические контакты изнашиваются), громоздким, шумным и не соответствующим спецификации SATA. Электронные аналоги, работающие на нужных частотах (про SATA во врезку), тоже недешевы, и первоначальную идею коммутации каждого диска на каждый порт контроллера на них реализовать оказывается непросто.
Интересным выходом оказалось использование USB 2.0 - этот интерфейс прекрасно распараллеливается до 127 устройств при помощи концентраторов, легко переносит отключения и подключения устройств, а электронные компоненты -- недороги и доступны. Таким образом, в одном корпусе высотой 4U помещаются до 50 жестких дисков, миниатюрный компьютер, для которого эти диски поочередно включаются по питанию управляющим контроллером, который получает команды от программы-драйвера, установленной на этом же компьютере. При этом одновременно может использоваться лишь ограниченное количество дисков, обусловленное показаниями температурного датчика в корпусе и мощностью блока питания. При необходимости, возможна реализация на USB 3.0, что позволит поднять максимальную скорость чтения/записи. При параллельной работе с несколькими дисками это будет весьма кстати, но этот интерфейс пока редко встречается в компьютерах на материнских платах, а использование PCI-контроллера недопустимо из-за тесноты в корпусе.
Для внешних устройств файлы в хранилище представляются обычным сетевым диском.

·  Несмотря на кажущуюся простоту решения, и здесь есть свои сложности. Первая идея - разместить на таком хранилище файловый сервер кафедры (share. *****) показывает ограничение по области применения такого устройства. Сервер, смотрящий в открытый интернет, рано или поздно посетят боты поисковых систем и это неминуемо приведет к очереди на доступ к файлам. Поэтому первая версия системы архивного хранения данных рассчитана на специализированное программное обеспечение и не дает прямого доступа к файлам, выстраивая запросы в очередь, а дальнейшее развитие лежит в области создания распределенной файловой системы с индексацией содержимого для представления внешним пользователям и кешированием часто используемых файлов.

·   

·  “В железе” устройство рассматривается в первую очередь в комплексе с сервером, коммутатором и источником бесперебойного питания. Оптимальная поставка - стойка с 9 устройствами в корпусах 4U, коммутатором, ИБП и сервером системы управления видеоархивом, такая конструкция позволит хранить почти петабайт данных в объеме одной серверной стойки, что недостижимо никакими существующими технологиями.

·   

·  Важные характеристики системы:

·   

·  Объем хранения данных в корпусе при использовании дисков объемом 2 Тб (промышленность начала выпуск дисков объемом 4 Тб)  - до 100 Тб

·  Потребляемая мощность устройства - до 50 Вт

·  Внешний интерфейс - Gigabit Ethernet

·  Шум - от работы блока питания и максимально разрешенного количества одновременно подключенных дисков (расчетное число - 4)

·  Скорость записи/чтения - определяется интерфейсом (USBмбит/с и используемыми дисками)

·  Носители - любые диски SATA, SATA2. Возможно подключение разных по объему и происхождению дисков.

·  Скорость доступа к данным на “отключенных” дисках - 3-5 секунд на запуск диска и его обнаружение в системе.

Характеристики стойки:

·  Общий объем хранения: 900 Тб при использовании дисков по 2Тб, 1.8 Пт при использовании дисков по 4Тб.

·  Потребляемая мощность: не более 450 Вт в пиковой нагрузке (без учета сервера).

·  Теплоотвод: обычные комнатные условия, специальный теплоотвод не требуется.

·  Действительно важным становится показатель массы комплекса - 450 жестких дисков создают существенную нагрузку на пол и конструкцию стойки.

·   

·  Для сравнения - нынешний архив видеостудии представляет собой один 3U сервер с 8 дисками SATA2 по 1.5 Тб (объем хранения в RAID - 8Тб), ящик с дисками для установки в кредлы (на них хранятся исходные файлы, проиндексированные системой организации видеоархива) и такой же ящик с кассетами LTO, где хранятся проекты.

·  К недостаткам описанного подхода критики, конечно, отнесут отсутствие резервирования данных, ведь в RAID оно реализовано в используемых для архивного хранения уровнях, но здесь впору вспомнить, что мы реализовали замену физически коммутируемым винчестерам, хранимым в тумбочке, застраховавшись от механических повреждений и электрических пробоев, возникающих, например, от статических разрядов.

·   

·  Интересно отметить, что подобных решений не наблюдается среди лидеров индустрии хранения данных, хотя очевидные экологические, энергетические и, в первую очередь, экономические показатели оставляют далеко позади все существующие решения.

·   

·   

·   

·  СОВА - Система организации видеоархива.

·  (Дима)

·   

·   

·  Работа в лабораториях на кафедре ИКТ

·  В этом номере мы рассказали о работе лишь одной лаборатории на кафедре ИКТ, помимо этого здесь действует видеостудия и собственное видеопроизводство, а так же работает коллектив, ставший, практически полностью, управлением в ДИТ. О работе этого коллектива мы расскажем в одном из следующих выпусков.  

·   

·  Уже много лет в вузовской среде при разговоре о любых начинаниях и условиях работы принято сетовать на недостаточное финансирование, на низкие ставки и на устаревшее оборудование. Разумеется, ни МИЭМ, ни отдельно взятая кафедра ИКТ или любая из ее лабораторий не выделяется из общей для страны ситуации - государственного финансирования для проведения всех описанных проектов не только недостаточно, оно еще и трудно применимо к реальной жизни. Руководство кафедры постоянно ищет альтернативные способы финансирования работ - как для закупки оборудования, так и для оплаты труда коллектива. В настоящее время работы коллектива лаборатории видеотехнологий поддерживаются как коммерческими инвестициями, так и софинансированием с Фондом Бортника, с января коллектив вышел на второй этап программы СТАРТ, двое наших студентов получают поддержку по программе УМНИК.

·  С 2010 года мы стали пополнять свой коллектив студентами с других кафедр. Несмотря на определенную тесноту, пока нам удается расширять состав, поэтому мы все еще можем предложить желающим работать над описанными в этом номере проектами (здесь описаны уже ведущиеся, а еще есть целая очередь ожидающих своего часа) написать нам о своих умениях и желаниях, возможно, мы сможем сделать что-то вместе - будь то наши проекты или ваши идеи.

·  Контакты *****@***ru

·   

·   

·  XXX

·  Развитие студентов

·  Мастер-классы

·  Учебные практики

·  С

·   

 [F1]