Laboratorium Sieciowych Systemów Multimedialnych

Wprowadzenie

Znaczny (w roku 2015 -70%) procent informacji przesyłanych we współczesnej sieci Internet stanowią informacje multimedialne. Nie są to tylko zdjęcia i pliki audiowizualne - Internet zaczyna powoli wypierać telewizję i telefonię zapewniając strumieniowy przesył bardzo dużych ilości danych z niewielkimi opóźnieniami pozwalającymi na prowadzenie komunikacji interaktywnej. Nawet osoby preferujące tradycyjne rozwiązania, takie jak telewizory czy telefony stacjonarne często - nawet nieświadomie - korzystają z sieci Internet jako medium przenoszącego dostarczany do nich przekaz. Opisany trend będzie się z pewnością wzmacniał. Znajomość i rozumienie zagadnień związanych z sieciowymi systemami multimedialnymi są więc bardzo istotne dla informatyków. Laboratorium Sieciowych Systemów Multimedialnych jest miejscem, gdzie studenci zdobywają praktyczną wiedzę w zakresie reprezentacji, generowania, przechowywania i przetwarzania strumieniowych danych multimedialnych oraz mechanizmów ich efektywnej transmisji we współczesnych sieciach komputerowych.

Laboratorium

Laboratorium Sieciowych Systemów Multimedialnych zlokalizowane jest w sali 4.22 w budynku D-17.

Sprzęt i oprogramowanie dostępne w laboratorium pozwalają przeanalizować wszystkie aspekty działania sieciowego systemu multimedialnego - począwszy od jego powstawania, poprzez transmisję w sieci komputerowej aż do prezentacji u końcowego odbiorcy. Są to między innymi:

  • reprezentacja obrazu i dźwięku oraz metody ich kodowania,
  • opis sesji multimedialnych,
  • protokoły transmisji danych multimedialnych,
  • przydatność poszczególnych protokołów transportowych do transmisji danych multimedialnych,
  • zagadnienia adaptowalności wielkości strumieni informacji multimedialnej,
  • protokoły sygnalizacyjne stosowane w organizacji sesji multimedialnych (RTSP, SIP, H.323),
  • technologia VoIP i standardy wykorzystywane w tej technologii,
  • komunikacja grupowa i routing multicast w sieciach IP,
  • zagadnienia zapewniania jakości transmisji w sieciach IP (architektury DiffServ i IntServ).

Wyposażenie laboratorium obejmuje m.in.:

  • urządzenia do kodowania obrazu i dźwięku w czasie rzeczywistym: kodery MPEG-1, MPEG-2, MJPEG i H.264 pracujące w czasie rzeczywistym stanowiące źródło strumieni multimedialnych. Dzięki nim uczestnik zajęć może porównać sposób działania i parametry poszczególnych standardów kodowania.
  • kamery analogowe i cyfrowe podłączane do urządzeń kodujących. Użytkownik zajęć może wpływać na działanie procesu kodowania obrazu ruchomego.
  • programowe serwery strumieniujące udostępniające zawartość multimedialną, dzięki którym możliwe jest powtarzanie pewnych eksperymentów na identycznych danych.
  • tuner DVB z głowicami DVB-T i DVB-S pozwalający na odbiór cyfrowego sygnału telewizyjnego i jego dystrybucję do sieci komputerowej. Uczestnicy zajęć mogą więc stać się na chwilę dostawcami telewizji poprzez Internet.
  • profesjonalny terminal wideokonferencyjny. Użytkownicy mają możliwość zapoznania się z rozwiązaniem stosowanym przez prezesów dużych firm uczestniczących w rozmowach biznesowych,
  • nowoczesne komputery osobiste z typowym wyposażeniem audiowizualnym i specjalistycznym oprogramowaniem sieciowym i multimedialnym,
  • telefony IP i telefony analogowe,
  • półprofesjonalną centralę telefoniczną. Uczestnicy zajęć mogą budować i konfigurować proste sieci telefoniczne definiując własne plany numeracyjne.
  • amplituner i profesjonalny system nagłośnienia,
  • urządzenie set-top-box do odbioru, przechowywania i prezentacji zawartości multimedialnej na końcowych urządzeniach,
  • telewizory i rzutniki komputerowe prezentujące obraz w jakości HD - niezbędne do oceny jego jakości i wpływu zastosowanych parametrów transmisji.
  • liczne urządzenia sieciowe wykorzystywane do budowy sieci, w których prowadzona jest transmisja danych multimedialnych oraz konfiguracja mechanizmów QoS i routingu multicast. Transmisja może być prowadzona zarówno w sieci IP zbudowanej w oparciu o standardy Ethernet i technologie sieci rozległych jak i sieci ATM gwarantującej zadaną jakość transmisji.

Uczestnicy zajęć mają także okazję zapoznać się z profesjonalną infrastrukturą multimedialną Centrum Informatyki AGH obejmującą m.in.: profesjonalne terminale wideokonferencyjne, mostek konferencyjny, transkoder strumieni audiowizualnych oraz infrastrukturę telefoniczną VoIP.

Szczegóły wyposażenia

  • DICAS 2030 HD - koder H.264 HD [http://www.gpl-uk.co.uk/files/dicas_2030_datasheet.pdf] - wykorzystywany do demonstracji kodowania strumienia H.264 HD w czasie rzeczywistym i zarządzania tym strumieniem
  • Cisco D9036 - koder H.264 HD [http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/video/ps9159/ps9168/ps9178/7018589C.pdf]
  • NPoint - koder MPEG-1 - wykorzystywany do demonstracji sprzętowej kompresji MPEG-1
  • Optibase - karty rozszerzeń do sprzętowej kompresji H.264
  • AVA - sprzętowy koder MJPEG pracujący w sieci ATM [http://cmpe.emu.edu.tr/Courses/CMSE403/GP-Report/APP%20V-1.pdf]
  • ATV- sprzętowy dekoder MJPEG pracujący w sieci ATM [http://cmpe.emu.edu.tr/Courses/CMSE403/GP-Report/APP%20V-1.pdf]
  • Canon HF-11 - kamera HD - źródło sygnału HD
  • kamera Panasonic - źródło sygnału analogowego wykorzystywane przy omawianiu procesu sprzętowej kompresji obrazu ruchomego
  • kamera Sony - źródło sygnału analogowego wykorzystywane przy omawianiu procesu sprzętowej kompresji obrazu ruchomego
  • Cisco Tandberg C40 - terminal wideokonferencyjny z mikrofonem i dwiema zdalnie sterowanymi kamerami HD [http://www.cisco.com/en/US/prod/collateral/ps7060/ps11304/ps11312/ps11332/data_sheet_c78-628593.pdf]
  • dwa telewizory Samsung Smart TV - wykorzystywane do odbioru sygnału audiowizualnego, tak oryginalnego jak i poddanego procesowi kompresji i dekompresji
  • Popcorn Hour A110 - set-top-box HD [http://www.humanmedia.pl/A110.html]
  • tuner IP-BOX 9000 HD podłączony do anteny satelitarnej i anteny cyfrowej telewizji naziemnej
  • centralka telefoniczna - pozwalająca na budowę prostych sieci telefonicznych
  • amplituner Yamaha RX767 [http://europe.yamaha.com/en/products/audio-visual/av-receivers-amps/rx-v767__g/?mode=model]
  • system nagłośnienia Tonsil (Aktiv i Fiesta)
  • Samsung BD-D6900 [http://www.samsung.com/pl/consumer/tv-audio-video/blu-ray/blu-ray-disc-players/BD-D6900/EN] - odtwarzacz Bluray 3D
  • telefony IP Cisco
  • routery i przełącznice Ethernet (głównie z serii Cisco 2600 i 2800 oraz Cisco Catalyst 3750) – wykorzystywane do budowy sieci komputerowych na potrzeby prowadzonych eksperymentów, zawierające także interfejsy VoIP
  • przełącznice ATM Cisco LS1010
  • 15 komputerów osobistych Lenovo ThinkCentre M900 z zainstalowanymi systemami Windows 10 oraz Linux Ubuntu 16.04.

Ciekawostki związane z praktycznymi aspektami prezentowanymi w laboratorium

Czy wiesz, że:

  • komunikacja interaktywna, której stroną jest człowiek powinna być realizowana z opóźnieniem mniejszym niż 300 ms w obie strony? W przypadku większych opóźnień odczuwamy większy dyskomfort związany z czasem oczekiwania np. na odpowiedź naszego rozmówcy w czasie wideokonferencji. Stąd tak ważna jest poprawna konfiguracja medium transmisyjnego, jakim są najczęściej sieci komputerowe.
  • satelity geostacjonarne "wiszą" ok. 36.000 km nad powierzchnią Ziemi? Opóźnienie satelitarne związane z ich wykorzystaniem wynosi ponad ćwierć sekundy, więc utrudnia prowadzenie komunikacji interaktywnej.
  • nieskompresowany strumień obrazu ruchomego o rozdzielczości przestrzennej 1920 na 1080 pikseli i czasowej 30 klatek na sekundę wymagałby przepustowości ok. 1500 Mb/s? Stąd wynika konieczność kompresji strumieni informacji multimedialnej. Stosowane są tu bardzo złożone algorytmy powodujące, że bez zapewnienia odpowiedniej mocy obliczeniowej kompresja i dekompresja mogą być procesami długotrwałymi.
  • proces kompresji obrazu ruchomego jest zwykle dużo bardziej skomplikowany obliczeniowo niż proces jego dekompresji? Wynika to z wykrywania obecności ruchu pomiędzy kolejnymi klatkami obrazu i powoduje, że bardzo często urządzenia kompresujące obraz są realizowane sprzętowo.
  • w transmisji danych multimedialnych protokoły sieciowe zapewniające niezawodność dostarczania informacji są często dużo mniej przydatne, niż protokoły niedające takich gwarancji? Wynika to stąd, że w razie zagubienia fragmentu danych w sieci komputerowej protokół niezawodny będzie ten fragment retransmitował powodując chwilowe przestoje w transmisji i znaczący wzrost opóźnienia - przez człowieka dużo gorzej odbierany niż niewielka stratność komunikacji.
  • opóźnienie komunikacji prowadzonej w sieci Internet (np. skype) jest większe niż komunikacji prowadzonej w stacjonarnych tradycyjnych sieciach telefonicznych? Wiąże się to m.in. z pakietową transmisją danych oraz współistnieniem wielu różnych rodzajów transmisji w jednym medium sieciowym.