Видеотелефон – это вид связи, при котором абоненты не только слышат, но и видят друг друга, могут демонстрировать рисунки, фотографии, текст, получать наглядные справки, данные с цифровой вычислительной машины.

Видеотелефонная аппаратура состоит из телефонного аппарата, видеоблока, приёмная часть которого содержит кинескоп, а передающая – телевизионную трубку – видикон, и пульта управления с оперативными органами регулировки. Аппарат Видеотелефон располагают на рабочем столе абонента или в переговорной кабине. Передача изображения осуществляется по 2 каналам связи (каждый – в каком-либо одном направлении). Набор номера абонента и разговор с ним осуществляют так же, как и в телефонии. Изображение, как и в телевидении, разлагается на строки и кадры [1].

История видеотелефона

Упоминания о видеотелефонии встречаются в литературе, художественных произведениях и фильмах уже несколько столетий.

Ещё в 1878 году «Альманах» Панча опубликовал карикатуру, иллюстрирующую видеообщение людей на расстоянии в режиме реального времени.

Затем в течение следующего столетия идея неоднократно возникала вновь в научно-фантастических комиксах, кино и романах. Например, в мультсериале «The Jetsons» (1962 г.) помимо того, что люди передвигаются на аэромобилях и сосуществуют вместе с роботами, они также общаются по видеосвязи.

В незабываемой сцене из кино 1968 года «2001:Космическая одиссея», космонавт с орбитальной станции Земли общался по видеосвязи со своей дочерью.

 

Примерно в это же время видеофоны начали появляться в реальном мире. В США компания AT&T Bell Labs интенсивно разрабатывала видеотелефон, который в 1960 году был представлен общественности на выставке под названием «Picturephone». Первое публичное использование видеотелефонов началось в 1964 году, когда AT&T установило первые видеотелефоны «Picturephone Mod I» в Нью-Йорке, Вашингтоне и Чикаго. В течение первого года на услугу было подписано несколько человек, по некоторым данным, за всю историю AT&T набрала не более 500 подписчиков. Разработка видеотелефона Bell Labs стоило $500 миллионов.

Люди не могут оставить идею создания видеотелефона, как и идею создания аэромобиля или реактивного ранца. Ведь в отличие от аэромобилей и реактивных ранцев, видеотелефон – это то, к чему у вас почти наверняка уже есть доступ, в форме вашего компьютера, вашего смартфона и т.д.

Крупнейшие компьютерные фирмы начали принимать тенденции в сфере видеотелефонии: например, Microsoft намеревается купить Skype за $8,5 миллиардов в целях дальнейшего укрепления видеотелефонии. Возможности видеотелефонии уже встроены в Microsoft Lync, Windows Live Messenger, а также в ряд других продуктов. У Apple есть FaceTime, а Google начал внедрять многопользовательский видеочат в своей появившейся социальной сети Google + [2].

Но для большинства из нас видеотелефония всё ещё не является частью нашей повседневной жизни. Однако мы считаем, что это случится уже в течение нескольких лет.

Видеотелефон в 1969-1999 гг.

С 1972 года во Франции проводились исследования использования видеотелефона. Первые коммерческие аппараты появляются в 1984-м. Проблема, вызвавшая задержку внедрения услуги, была вызвана тем, что не было возможности выделить 2 Mbps для передачи голоса и видео. В Японии видеотелефон появляется в 1982 году.

В 1993 году в Америке появляется первый квази-беспроводной видеотелефон, который изобрёл Даниэль Хендерсон. Этот аппарат мог передавать для просмотра видео-клипы и фотографии [3].

Низкая популярность видеотелефонов

Первыми видеотелефонами пользовались только несколько пользователей, так как услуга была относительно дорогой в 1974 году – $90 в месяц. Но не смотря на то, что современные технологии снизили стоимость видео-коммуникаций, видеотелефония остается невостребованной широким кругом пользователей. Это контрастирует с многими ранними оптимистичными точками зрения, что видеотелефоны будут использоваться повсеместно.

Первая причина, видеотелефонный звонок – плохая замена нормальному общению. Пользователи видеотелефона обычно смотрят на экран, а не в видеокамеру, что мешает нормальному зрительному контакту глаза в глаза.

Вторая возможная причина – некоторые люди в действительности хотят меньше публичности в своих коммуникациях, о чем свидетельствует популярность текстового общения (чат, мгновенные сообщения, которые чаще используются во время общения, несмотря на то, что их компьютеры оборудованы видеокамерой и программой для видеокоммуникаций).

Кроме того, некоторые не хотят видеть дома видеотелефон, так как рассматривают это как вторжение в личную жизнь.

С другой стороны видеокоммуникации могут быть очень интересны определенному кругу потребителей, например родителям и детям, которые живут на разных континентах, для них есть мотив использовать видеотелефон для общения. Другая категория людей, которым необходим видеотелефон – глухие люди, которые не могут общаться средствами обычного телефона.

Таким образом, производители оборудования для видеотелефонии вернулись к клиентам из корпоративного мира, предлагая им дорогие системы для видеоконференцсвязи, призванные заменить локальные встречи и уменьшить командировочные затраты [2].

Проблемы видеотелефонии

Перед создателями видеотелефонии в первую очередь стояла проблема аппаратного обеспечения. Но на самом деле, видеотелефония в этом смысле не так уж и сложна. Требуется четыре основных вещи: микрофон и камера, которые будут передавать звуки и изображения, а также динамик и экран монитора.

Вызов, конечно, также нуждается в сети, через которую осуществляется связь. И еще одно основное требование – система сжатия данных. Сигналы, записанные с помощью микрофона и камеры, содержат больше информации, чем можно было бы отправить через доступные системы коммуникаций (беспроводные или проводные). Таким образом, заключительный фрагмент головоломки технологий видеотелефонии - это средство для сжатия данных. На передающей стороне микропроцессор и его программное обеспечение выступает в качестве кодирующего устройства сжимая сигнал – то есть, он сокращает количество битов, которые представляют собой видео и аудиоданные, таким образом, они могут быть отправлены в режиме реального времени по доступной связи, будь то проводная или беспроводная. Далее, на принимающей стороне микропроцессор повторно собирает аудио и видео из битов. Система сжатия сокращает объём данных, потому что почти все современные сети, даже широкополосные, не имеют достаточной пропускной способности для передачи всех данных, записанных камерой и микрофоном.

Например, одна из форм высококачественного видео (HD video) имеет разрешение 1280 на 720 пикселей с частотой 60 кадров в секунду; скорость потока – 660 мегабит в секунду. Даже если разрешение и частоту кадров сократить вдвое, уменьшая поток данных до 165 Мб/с, то  скорость по-прежнему будет выходить далеко за рамки возможностей современных широкополосных сетей. Таким образом, сжатие данных имеет важное значение.

Несколько лет назад, оборудование, которое могло достаточно быстро управлять алгоритмами сжатия, используемое для кодирования и декодирования хорошего качества видео и аудио сигналов в реальном времени, стоило очень дорого. В те дни и сами алгоритмы не были столь совешенны в сжатии данных, они приводили к чрезмерному ухудшению качества видео. Затраты на оборудование и потребность в высокоскоростных системах связи заставили разработчиков видеотелефонии перевести свое внимание на корпоративных клиентов, которые используют данный вид связи в конференц-залах. Таким образом, группы людей могли совместно проводить совещания и обсуждение проблем на расстоянии с использованием видеокамеры и экрана. И даже в этом случае системы могли отправлять изображения с ограниченным разрешением (около четверти от стандартного телевизионного изображения).

Если в совещании должны были принимать участие более двух участников, имеющих разное местоположение, стоимость общения увеличивалась, а проблемы качества изображения ухудшалась. Затем на помощь разработчикам пришло дорогое устройство для реализации многоточечной аудио- и видеоконференции (MCU), сначала он преобразовывал разнообразные закодированные данные в единый пакет, а затем преобразовывал этот пакет во все форматы, необходимые для получения аппаратными средствами каждого из участников. Это транскодирование с помощью MCU не только ухудшило качество видеоизображения, но также создало задержки в видеопотоке, делая общение неестественным и неудобным.

На рубеже тысячелетия видеотелефония стала намного лучше и намного дешевле. Мобильные телефоны и ноутбуки со встроенными экранами, камерами и огромной вычислительной мощностью стали чрезвычайно популярными. И когда это произошло, видеотелефония стала просто проблемой программного обеспечения. Примерно в это же время, интернет-стиль, с пакетной коммутацией связи продолжал заменять традиционные сети с коммутацией каналов по телефонной сети; это упростило проблему сжатия, потому что сети с коммутацией пакетов, как правило, увеличивают пропускную способность доступную для обычного пользователя и позволяющую передать видеоизображения, по крайней мере, допустимого качества.

Портативные компьютеры с относительно дешёвыми плоскими экранами и камерами, микрофонами и чипами, способными достаточно быстро обработывать аудио и видео, заполонили рынок. Например, разрешение экранов современных смартфонов сейчас достигает стандартного разрешения вчерашнего телевизора.

Видеотелефон в 21 веке

Видеотелефония – связь 21 века, которая открывает широкие перспективы для ведения бизнеса и упрощает общение между друзьями, родственниками и просто знакомыми. Установив несколько видеотелефонов, например, дома, на работе, в филиалах компании, вы получите уникальную возможность «присутствовать» одновременно в различных местах; в любой момент вы можете увидеть происходящее у вас дома или на работе.

Видеотелефонная связь интересна не только частным лицам, но и крупным компаниям при проведении деловых переговоров, когда необходимо видеть реакцию своего собеседника.

Проблема сжатия данных

Следует отметить, что в последние годы значительно улучшилась технология сжатия данных. Основные участники здесь – Групппа экспертов кодирования видео (Visual Coding Experts Group – VCEG) Международного союза электросвязи и Группа экспертов подвижных изображений (Moving Picture Experts Group – MPEG) Международной организации по стандартизации, которые совместно разработали и опубликовали новый стандарт сжатия под названием H.264/MPEG-4 Advanced Video Coding (AVC), который вытеснил стандарты видеосжатия 90-ых годов H.263, MPEG-4 Часть 2 и MPEG-2.

Новый стандарт превзошел своих предшественников и увеличил скорость передачи данных для видео одинакового качества, по крайней мере, наполовину. Данный стандарт даёт пользователям чёткое, плавное видео-изображение, видео-звонки через стандартное Интернет-соединение, а также возможность общения с несколькими людьми одновременно. 

Уже приблизительно миллиард устройств, включая iPod, мобильные телефоны и другие бытовые устройства, используют новый стандарт для показа ТВ-вещания, фильмов Blu-ray, Windows Media или файлов QuickTime и видео YouTube.

Однако нельзя сказать, что данная проблема полностью решена. Не смотря на то, что стандарт H.264/MPEG-4 AVC был первоначально создан для видеотелефонии и бытовых устройств, он не совершенен. Проблема номер один: H.264/MPEG-4 AVC – это просто формат видеокодирования. Он не распространяется на другие аспекты телефонии, такие как аудиокодирование и протоколы, которые включают в себя широкий спектр различных спецификаций.

Проблема взаимодействия технологий

Следующая проблема, связанная со стандартом H.264/MPEG-4 AVC – это проблема взаимодействия технологий.

Skype, например, использует собственную систему видеосжатия; она была уже в бета-версии программы, когда был опубликован самый ранний проект данного стандарта. Apple, Google, и Microsoft работают на основе одной схемы кодирования, но добавляют к ней свои собственные нестандартные технологии для системы переговоров и транспортных протоколов. Например, FaceTime компании Apple использует H.264/MPEG-4 AVC, Google + использует другую модификацию, которая назы-вается масштабируемое видео кодирование (Scalable Video Coding – SVC), а некоторые продукты Microsoft в настоящее время основаны на третьем стандарте, который называется VC-1. Сегодня эти системы не могут «общаться» с друг другом, хотя вы можете получить приложение Skype, которое будет работать на iPhone. Таким образом, если вы желаете пользоваться возможностями видеотелефонии регулярно, вам необходимо тщательно планировать ваши звонки. Если вы обладатель iPhone, то, вероятно, для общения с другими пользователями iPhone вы будете использовать FaceTime. Но если Вы хотите сделать видеозвонок пользователю Android, проще написать Sms вашему другу и предложить ему открыть приложение Skype, а вам – переключиться с FaceTime на Skype и сделать звонок.

К сожалению, телефон не может решать эти проблемы автоматически. Но помощь уже в пути! Компании, которые производят средства связи, пытаются решить свои разногласия при поддержке союза, названного Форумом Взаимодействия Унифицированных Коммуникаций (Unified Communications Interoperability Forum – UCIF), который был основан HP, LifeSize, Microsoft, и Polycom. Они работают с организациями по стандартизации, компаниями и государственными регулирующими органами, с целью внедрения в продукты технологий видео-общения, которые могли бы беспрепятственно общаться между собой.

Наряду с проблемой улучшения взаимодействия технологий, существует проблема общения между несколькими людьми одновременно. На сегодняшний день, если в видеозвонке принимают участие более двух человек, качество видео значительно ухудшается (возникают задержки).

С целью решения данных проблем VCEG, MPEG, и UCIF начали совместную работу и опубликовали в ноябре 2007 новый стандарт технологии: масштабируемое видеокодирование, или SVC. SVC является расширением стандарта H.264/MPEG-4, а не полностью новой схемой. Таким образом, люди, которые используют основной стандарт, смогут относительно легко улучшить свои продукты посредством SVC.

SVC является схемой кодирования, кодирующей видеоданные в последовательность изображений с наивысшим качеством изображения, гарантируя, что часть последовательности кодированных изображений (в частности, частичная последовательность кадров, скачкообразно выбранных из общей последовательности кадров) может быть декодирована и использована для отображения видеоданных с низким качеством изображения.

Не смотря на возможность отображения видеоданных с низким качеством изображения посредством приема и обработки части последовательности изображений, закодированных согласно масштабируемой схеме кодирования, остается проблема, заключающаяся в значительном снижении качества изображения в случае низкой скорости передачи данных. Одно решение этой проблемы заключается в обеспечении вспомогательной последовательности изображений для низких скоростей передачи данных, например последовательности изображений, имеющих малый размер экрана и/или низкую частоту кадров.

Компании, которые делают оборудование для видеоконференций, быстро начали использовать SVC. Компания Vidyo стала первой, кто начала использовать системы на базе SVC, после чего ее партнеры, в том числе Google, Hitachi, Ricoh и другие ввели SVC технологии в некоторые свои продукты. Другие компании, в том числе Microsoft, Polycom и Radvision, также ввели системы видеотелефонии на основе SVC или объявили о планах сделать это.

Unified Communication Interoperability Forum

Unified Communications Interoperability Forum (UCIF, http://www.ucif.org) – это некоммерческий альянс ведущих производителей коммуникационных технологий во всем мире для реализации потенциала Объединенных Коммуникаций (UC) путем увеличения эффективности, снижения стоимости внедрения и улучшения опыта работы внутри приложений UC для пользователей [1].

Миссия UCIF – обеспечение взаимодействия открытых, стандартизированных программных приложений и устройств UC среди компаний, провайдеров сервисных услуг и потребителей в качестве средства обеспечения дополнительных бизнес возможностей всех участников данной системы и увеличения использования технологий и сервисов UC в бизнес среде.

UCIF создает и тестирует профили взаимодействия, внедряет руководства по использованию и делится примерами удачного взаимодействия UC продуктов с существующими коммуникационными и бизнес приложениями. 

UCIF будет развивать и расширять рынок UC путем расширения использования, снижения стоимости внедрения и улучшения опыта взаимодействия устройств и приложений. Стандартизированные решения UCIF усилят конкурентоспособность, улучшат качество работы продуктов и сервисов в области Объединенных Коммуникаций и предоставят клиентам большее количество возможностей.

Члены форума UCIF будут осуществлять совместное сотрудничество для обеспечения надежного и богатого опыта взаимодействия UC решений с изначальным фокусом на видео приложения через определенные программы взаимодействия. UCIF разработает профили взаимодействия UC и обеспечит сертификацию и тестирование программ с целью усиления взаимодействия между несопоставимыми UC решениями и существующими коммуникационными и бизнес приложениями.

Современный взгляд на видеотелефон

В заключение хочется отметить, что в современном мире все больше и больше людей начинают пользоваться и по достоинству оценивать возможности видеотелефонии. Безусловно, в этой сфере еще существуют некоторые проблемы, которые, мы надеемся, в ближайшие два-три года будут решены.

Некоторые из них: окружающий шум, плохая освещенность, разрядка батареи и ограниченные возможности сотовой связи при использовании видеотелефонии на мобильных гаджетах. Нужно быть реалистами и понимать, что когда вы находитесь в переполненном и шумном месте, вы вряд ли сможете полноценно воспользоваться возможностями видеообщения. Однако, когда вы находитесь в кафе или гостиничном номере, видео-возможности вашего телефона значительно улучшат ваше общение.

Изначально абоненты видеотелефонии могут испытывать некоторую неловкость при общении по видеосвязи в общественных местах, но это временно. Когда обычный телефон вошёл в дом каждого из нас (что было более ста лет назад), люди также боялись, что их частные разговоры могут быть прослушаны, однако сегодня мы спокойно разговариваем по мобильным телефонам в любых общественных местах. Мы уверены, что в будущем люди забудут, что телефоны когда-то были лишь устройством для передачи и приёма звука на расстоянии.

Партийная литература [5]

1. Большая Советская Энциклопедия
2. Thomas Wiegand, Gary J. Sullivan "Video Telephony Has Finally Arrived" // IEEE Spectrum: Inside Technology. – September 2011, http://spectrum.ieee.org/telecom/standards/video-telephony-has-finally-arrived/0
3. Википедия "Свободная энциклопедия" // http://ru.wikipedia.org/wiki/Видеотелефон
4. Официальный сайт UCIF – http://www.ucif.org
5. Ленин В.И. Партийная организация и партийная литература. - Полн. собр. соч. - Т. 12. - С. 101-115.