PROJETO E IMPLANTAÇÃO DE UM AMBIENTE DE VIDEOCONFERÊNCIA
MULTIUSO NA UNIVERSIDADE DE BRASÍLIA
Luis Fernando Ramos Molinaro
Humberto Abdalla Jr., Flávio Elias G. de Deus,
Paulo Ovídio I. Guimarães, Marcos Maeda Fukase, Claudia Barenco
Núcleo de Multimídia e Internet - NMI (www.nmi.unb.br)
Departamento de Engenharia Elétrica - Universidade de Brasília - UnB
CEP: 70919-970, Brasília - DF - Brasil
tel/fax: 61 3073404
{molinaro, flavio, po, maeda} @nmi.unb.br,
{molinaro, abdala} @ene.unb.br,
barenco@redes.unb.br
(Texto original com imagens: clique aqui)
RESUMO
Este artigo mostra o projeto e a implantação de um ambiente de videoconferência multiuso integrando redes IP e redes comutadas no Núcleo de Multimídia e Internet - NMI, laboratório associado ao Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Brasília.
A dimensão tecnológica da arquitetura de videoconferência adotada seguiu as recomendações internacionais (H.320 e H.323). A dimensão multiuso pressupõe o uso integrado de diversos ambientes: auditório, sala de reunião, sala de treinamento e estúdio de transmissão.
Finalizando, é mostrada a arquitetura geral do ambiente de videoconferência implantado, bem como os seus diversos ambientes e exemplos de utilização.
PALAVRAS-CHAVE
videoconferência, H.320, H.323 e ambiente multiuso.
1. Introdução
A videoconferência (abreviatura do termo áudio - videoconferência), embora seja comum escutar que ela se refere a uma tecnologia, não é apenas uma tecnologia e sim uma coleção de tecnologias que permite a comunicação audiovisual ao vivo bidirecionalmente, isto quer dizer que, as pessoas que estão no local distante e as que estão no local próximo poderão receber e transmitir áudio e vídeo.
A arquitetura do ambiente de videoconferência é um esquema que detalha os processos e procedimentos de projeto e implantação de todo o conjunto de elementos deste ambiente. O ambiente de videoconferência é complexo, pois além da adoção de padrões de comunicação (H.320 e H.323), temos que considerar a configuração e operação harmônica de equipamentos principais, equipamentos auxiliares, rede local, rede de acesso, interconexão de redes de acesso, entre outros fatores.
As redes locais e de acesso desempenham papel fundamental, pois a comunicação só será bem sucedida se as redes de acesso forem bem dimensionadas e as redes locais suportarem o tráfego exigido.
2. Arquitetura do Ambiente de Videoconferência
2.1. Rede local e de Acesso
A estrutura física do ambiente está distribuída em dois prédios: um laboratório no prédio SG11 da Universidade de Brasília e outro laboratório na Faculdade de Tecnologia também da Universidade de Brasília.
A rede local do NMI é composta da rede virtual específica para videoconferência, onde temos equipamentos de videoconferência e estações de gerência da rede e uma rede virtual de computadores, onde estão todas as demais estações do laboratório.
As redes utilizam a mesma estrutura física de cabeamento, mas estão separadas por redes virtuais (VLANs) diferentes. Esta decisão foi tomada para não haver concorrência entre o tráfego das estações com o tráfego multimídia da videoconferência, pois estamos em um meio onde não há garantia de qualidade do serviço. A Fig. 2.1 mostra a arquitetura da rede local de videoconferência.
A escolha da rede de acesso para o ambiente multimídia, principalmente com o tráfego de áudio e vídeo em tempo real, depende de diversos fatores. Os mais importantes são: os protocolos escolhidos, a expectativa de tempo de uso do enlace de acesso e a largura de banda disponível para este acesso.
Assim sendo, projetamos duas redes distintas: uma rede tradicional comutada por circuitos (ISDN) e outra rede comutada por pacotes (IP).
O serviço de rede comutada implantada é um serviço da Embratel - Empresa Brasileira de Telecomunicações - chamado comercialmente de Digidial. Este serviço faz parte de uma rede digital de serviços integrados, fornecendo conectividade digital fim a fim para os assinantes. A Fig. 2.2 mostra o desenho desta arquitetura.
O serviço de rede comutada por pacotes implantada é também um serviço da Embratel - Empresa Brasileira de Telecomunicações - chamado comercialmente de Business Link Direct ou IP Direto. Este serviço faz parte de uma backbone Internet da Embratel o qual tem conectividade mundial. No caso do laboratório temos uma saída direta a 2 Mbps. A arquitetura deste serviço é mostrada na Fig. 2.3.
Com esta disponibilidade montamos uma rede local para videoconferência baseada no protocolo IP. Esta rede tem saída para a internet sendo possível realizar videoconferências com qualquer outro ponto ligado a rede mundial, desde que haja disponibilidade de banda para isto.
2.2. Equipamentos Terminais de Videoconferência
Os equipamentos terminais da rede se referem aos codecs de videoconferência. Estes codecs são dispositivos que captam áudio e vídeo, codificam e comprimem/descomprimem estes sinais para transmissão na rede de acesso disponível. Para a definição dos equipamentos foram analisados fatores como custo, operação, configuração, capacidade de upgrade, facilidade na instalação e capacidade de comunicação usando as recomendações H.320 e H.323. Analisando estes fatores, optamos por adquirir equipamentos da marca Polycom e PictureTel.
2.3. Equipamentos de Interconexão de Redes - Gateway
O gateway é um elemento essencial em uma rede, pois tem a capacidade de interligar sistemas que utilizam diferentes protocolos de comunicação, podendo ainda oferecer outros serviços suplementares conforme o modelo e fabricante. O gateway existente no NMI é um equipamento da marca Radvision, cujo modelo é L2W-323. O gateway possui 4 portas WAN ISDN BRI.
O gateway é um elemento da conferência que promove vários serviços, sendo o mais importante a função de tradução de algoritmos de terminais de videoconferência H.323 para outros tipos de terminais (H.320, por exemplo).
2.4. Equipamentos de Multiponto - MCU (Multipoint Control Unit)
O MCU existente no NMI é da marca Radvision e o modelo é MCU 323. Ele permite aos usuários participarem de conferências multiponto, seja de voz apenas seja com áudio e vídeo, sem a necessidade de configuração adiantada. O usuário simplesmente disca o número do serviço e o MCU automaticamente configura a conferência. Todos os demais usuários que queiram participar desta conferência fazem o mesmo e o MCU se encarrega de alocar recursos e mixar áudio e vídeo.
2.5. Equipamento de Controle de Rede - Gatekeeper
O gatekeeper que gerencia a zona H.323 do NMI é da marca Radvision e o modelo é o NGK-100. Ele é uma aplicação na forma de um programa que segue a recomendação H.323 versão 2 do ITU-T e, apesar de ser um elemento opcional para videoconferência, é essencial para o gerenciamento da rede multimídia sob IP.
O NGK-100 pode gerenciar uma zona de até 300 usuários e 60 chamadas simultâneas. O gatekeeper possui uma interface gráfica para o usuário (application programming interface) com a navegação baseada em menus e botões. A Fig. 2.4 mostra a topologia geral implantada no NMI, incluindo todos os equipamentos e a rede local e as redes de acesso.
3. Ambientes de múltiplos usos
Serão mostrados neste item exemplos de uso dos diversos ambientes de videoconferência no NMI.
3.1. Auditório
A sala preparada para servir de auditório tem a capacidade para 58 pessoas sentadas em cadeiras com pranchetas. Esta platéia está dividida em 6 fileiras com aproximadamente 10 cadeiras em cada uma, e elas estão sobre uma plataforma 15 cm superior a plataforma anterior, isto permite visibilidade ideal mesmo com pessoas sentadas a frente.
Os monitores e câmeras principais, monitores e câmeras auxiliares estão dispostos de uma forma tal que otimize o espaço da sala e proporcione um ótimo ângulo de visão para todos os participantes, sejam eles apresentadores ou platéia. A Fig. 3.1 mostra o desenho do auditório.
3.1.1. Exemplo de Uso
O primeiro exemplo de uso é no campo da telemedicina. O propósito era a demonstração de uma técnica cirúrgica chamada prostatectomia radial. Uma conexão foi realizada na velocidade 384 kbps entre o hospital universitário de Sorbone em Paris e o auditório do NMI na Universidade de Brasília. Esta conexão foi feita usando a rede comutada por circuitos digital e conseguimos obter uma qualidade de imagem próxima à televisão (25 quadros por segundo). Os participantes localizados no auditório podiam ter uma visão tanto do médico quanto da endoscopia, pois a configuração com vários monitores permite esta facilidade. A interação entre o cirurgião e os participantes era feita em tempo real através de 2 microfones multidirecionais localizados estrategicamente na sala.
O segundo exemplo de uso foi um evento para a assinatura de um convênio de intercâmbio científico entre Brasil e Portugal. Foi realizada uma conexão na velocidade de 512 kbps entre o auditório do NMI na Universidade de Brasília e o centro tecnológico de Belém em Portugal. Neste caso tínhamos no auditório apresentadores sentados na mesa em frente à platéia e através do uso de câmeras auxiliares poderíamos ter a visualização frontal tanto das autoridades na mesa quanto da platéia. A interação entre os participantes no Brasil e em Portugal era feita em tempo real e a qualidade de imagem obtida semelhante à televisão (30 quadros por segundo).
Portanto, esta configuração de auditório permite usos variados seja para apenas recepção de videoconferência seja para apresentação e recepção.
3.2. Sala de Reunião
A sala do NMI configurada para servir de sala de reunião permite que pessoas discutam assuntos diversos usando vários recursos de videoconferência. A sala foi projetada de uma forma tal que todos os participantes ficassem dentro do ângulo de visão da câmera, pois a visualização de todos os participantes é fundamental. A Fig. 3.2 mostra o desenho de uma sala de reunião.
A configuração desta sala é otimizada tanto para o uso de reuniões presenciais quanto para reuniões à distância.
3.2.1. Exemplo de Uso
Um exemplo comum de utilização desta sala é a realização de reuniões entre professores da UnB e da USP. A reunião é realizada da sala de reunião do NMI na Universidade de Brasília para a sala do LARC na Escola Politécnica de São Paulo. A conexão foi feita utilizando a rede de acesso IP, ou seja, pela Internet na velocidade de 384 kbps. Os professores interagiam em tempo real e compartilhavam documentos usando tanto a câmera de documentos quanto a facilidades de compartilhamento de dados.
3.3. Sala de Treinamento
O ambiente preparado para servir de sala de treinamento no NMI tem uma configuração mista, ou seja, preparada tanto para treinamentos presenciais quanto para treinamentos à distância. A sala é equipada com 10 estações, sendo todas com kit multimídia e acesso à Internet. Cada estação pode ser usada por até 2 alunos. O instrutor possui uma estação própria a qual tem a capacidade de controlar todas as demais.
Para aulas à distância, a sala de treinamento possui um equipamento de videoconferência, uma tela de 54 polegadas como monitor principal e 2 microfones localizados estrategicamente no local. A Fig. 3.3 mostra a foto da sala de treinamento do NMI.
3.3.1. Exemplo de Uso
A aplicação mais usada para esta sala é a de treinamento presencial. O instrutor ministra cursos usando a tela 54 polegadas como a tela de sua estação e os alunos podem, desta forma, acompanhar seus passos. Atualmente, temos um curso de Microsoft Project para 15 pessoas em andamento.
No caso de um treinamento à distância os alunos iam visualizar o computador do professor na tela e, no canto inferior direito, um quadro com a imagem do professor. Neste esquema é sugerido que a conexão seja feita em pelo menos 384 kbps, pois a partir desta velocidade conseguiremos obter vídeo Full Motion da tela do computador do professor e da sua própria imagem. Esta é uma configuração típica usando sala de treinamento à distância e estúdio de transmissão.
3.4. Estúdio de Transmissão
O estúdio de transmissão de videoconferência implantado no laboratório do NMI na Universidade de Brasília é semelhante a um estúdio de televisão. Temos uma sala preparada com tratamento acústico, iluminação e cenários apropriados, de tal forma que as transmissões tenham a melhor qualidade de áudio e vídeo possíveis.
Dentro do estúdio alguns recursos são disponibilizados para o apresentador, tais como: computador, câmera de documentos e quadro digital. O estúdio usa a configuração com 2 monitores, sendo um principal e outro secundário e uma câmera principal, estrategicamente localizada a fim de se obter o melhor enquadramento do apresentador. A imagem transmitida será em modo Dual Stream Vídeo, isto é, as pessoas receberão a imagem do professor e a imagem de uma câmera auxiliar ou a tela do computador de apoio. A Fig. 3.4 mostra a foto do estúdio de transmissão do NMI.
3.4.1. Exemplo de Uso
O estúdio de transmissão tem a função principal de gerar aulas. Os exemplos práticos de uso do estúdio do NMI são as aulas ministradas para o curso de mestrado profissionalizante à distância para alunos do Centro Federal de Ensino Tecnológico de Goiás (CEFET-GO). As aulas são geradas usando uma conexão dedicada ponto a ponto na velocidade de 128 kbps e os alunos podem interagir com o professor em tempo real, porém a imagem possui baixa qualidade (15 quadros por segundo). Com isto, o uso dos recursos disponibilizados é feito de maneira cautelosa, quanto maior a movimentação e troca de câmeras mais borrada ficará a imagem.
4. Conclusão
Este artigo mostrou como foi projetado e implantado um ambiente de videoconferência utilizando as recomendações conhecidas e usadas internacionalmente no laboratório do Núcleo de Multimídia e Internet do Departamento de Engenharia Elétrica da Universidade de Brasília. Este ambiente é composto pela parte de rede local, de acesso e por diversos tipos de equipamentos de diferentes fabricantes.
As redes de acesso mostradas utilizaram os serviços oferecidos atualmente pela Embratel. Trata-se de serviços tradicionais usando a rede de telefonia pública comutada (RTPC) ou serviços de pacotes como, por exemplo, o serviço IP Direto.
Outrossim, mostramos os diversos ambientes implantados. Aplicações como educação à distância, reuniões virtuais, seminários e palestras à distância e telemedicina são algumas das muitas aplicações já desenvolvidas neste ambiente.
5. Bibliografia
Fluckiger F., "Understanding Networked Multimedia", Prentice-Hall, 1995;
Bayard T., "Videoconferencing and Interactive Multimedia", Telecom Books, 2ed, 1997;
DATABEAM Corporation, "A Primer on the H.323 Series Standard", Lexington, 1998;
Molinaro L., Elias F., Guimarães P., "Cartilha para Orientação para Montagem e Operação de Salas de Videoconferência e Teleconferência", Confederação Nacional das Indústrias, 1999;
Maia C., "Seis Passos para Implantação de um Ambiente de Videoconferência de Sucesso - Guia Brasileiro de Educação à Distância", Editora Esfera, 2000.