Дипломная работа: Разработка метода управления видеоданными в энергопредприятии

Содержание

Введение
1 Исследование стандартов и рекомендаций по организации ВКС
1.1 Конфигурация
1.2 Рекомендации и протоколы
1.3 Модуль управления многоточечными(групповыми) конференциями
1.4 Математическая модель для решения задач оптимизации трафика
1.5 Решение задачи определения узлов сети участвующих в ВКС
2 Разработка и проектирование ПП
2.1 Вид с точки зрения поведения
2.2 Вид с точки зрения процесса
3 Разработка программного обеспечения
3.1 Метод оптимизации трафика
3.2 Математическая модель для алгоритма Дейкстры
3.3 Исследование ВКС
3.4 Этапы разработки программы
4 Экономическая часть
4.1 Технико-экономическое обоснование
4.2 Расчет трудоемкости разработки ПП
4.3 Расчет затрат на разработку ПП
4.4 Определение возможной (договорной) цены ПП
4.5 Расчет срока окупаемости ПП
4.6 Оценка социально-экономических результатов функционирования ПП
5 Безопасность жизнедеятельности
5.1 Анализ опасных и вредных производственных факторов
5.2 Защитные мероприятия
Заключение
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ А Техническое задание
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Листинг программ
Исследование стандартов и рекоментаций по организации ВКС

Видеоконференцсвязь (ВКС) – это телекоммуникационная технология
интерактивного взаимодействия двух и более удаленных абонентов, при
которой между ними возможен обмен аудио - и видеоинформацией в реальном
масштабе времени с учетом передачи управляющих данных .

1.1 Конфигурация

Конфигурация многоточечной конференции может быть
централизованной, децентрализованной, гибридной и смешанной.
− централизованная многоточечная конференция требует наличия
устройства MCU. Каждый терминал обменивается с MCU потоками аудио,
видео, данными и командами управления по схеме "точка-точка". Контроллер
MC, используя протокол h.245, определяет возможности каждого терминала.

Процессор MP формирует необходимые

для каждого терминала

мультимедийные потоки и рассылает их. Кроме того, процессор может
обеспечивать преобразования потоков от различных кодеков с различными
скоростями данных;
− децентрализованная многоточечная конференция использует
технологию групповой адресации. Участвующие в
конференции h.323 терминалы осуществляют многоадресную передачу
мультимедиа потока остальным участникам без посылки на MCU. Передача
контрольной и управляющей информации осуществляется по схеме "точка-
точка" между терминалами и MCU. В этом случае контроль многоточечной
рассылки осуществляется контроллером mc;
− гибридная схема организации конференцсвязи является комбинацией
двух предыдущих. Участвующие в конференции h.323 терминалы
осуществляют многоадресную передачу только аудио или только видеопотока
остальным участникам без посылки на MCU. Передача остальных потоков
осуществляется по схеме "точка-точка" между терминалами и MCU. В этом
случае задействуются как контроллер, так и процессор MCU [2].
В смешанной схеме организации конференцсвязи одна группа
терминалов может работать по централизованной схеме, а другая группа - по
децентрализованной.
В некоторых ситуациях, когда в конференции задействовано особенно
много терминалов, возможна такая конфигурация системы, при которой
только некоторые абоненты принимают в сеансе активное участие, а
остальные подключаются только для просмотра. При этом возможно
динамическое изменение статуса участника по мере необходимости.
1.2 Рекомендации и протоколы
1.2.1 Рекомендации т. 120

Рекомендации этого семейства охватывают все аспекты протоколов
взаимодействия от транспортного до прикладного уровня и определяют
правила построения основных приложений, позволяющих существенно
расширить возможности ВКС. По существу, именно эти рекомендации и
определяют основное отличие ВКС от собственно систем двухточечного
аудио и видео общения. Важным при этом является обеспечение
взаимодействия приложений, работающих в различных сетевых средах,
разделенных коммуникационными устройствами, включая аналоговые
телефонные сети общего пользования, n-isdn, b-isdn, tcp/ip. При этом в одной
многоточечной конференции одновременно могут участвовать приложения,
работающие в разных сетях и на различных компьютерных платформах (pc,
мощные рабочие станции).
Стандарт т. 120 включает следующие рекомендации:
− т.121 - обобщенный шаблон приложений;
− т.122/т.125 - служба многоточечных соединений;
− т. 123 - стек протоколов транспортного уровня;
− т.124 - унифицированное управление телеконференциями;
− t.126/t.si - прикладной протокол передачи неподвижных изображений;
− т. 1 27/t.mbft - протокол многоточечной передачи двоичных файлов.
Кроме того, дополняющим семейство т. 120 является протокол t.avc,
реализующий ряд функций управления во время конференций.
Рекомендации т.122/1,125 определяют службу многоточечной связи mcs
(multipoint communications service), позволяющую любому терминалу во время
конференции устанавливать связь с любым другим терминалом в рамках
одного сеанса связи поддерживается одновременно до 64 тысяч соединений,
выполняющих множество различных функций используемых приложений.
При этом можно обеспечивать как общедоступные функции, так и функции с
ограниченным для определенных терминалов доступом (фоновый обмен
файлами, доступ к наборам данных и т.п.).
Рекомендации т.123 представляют собой стек протоколов транспортного

уровня, обеспечивающих вышерасположенным уровням модели

osi

инвариантность к типу сети передачи данных (телефонная сеть общего
пользования, компьютерные сети, n-isdn, b-isdn). Сам стек протоколов
изменяется зависимости от типа сети. Так, для сетей isdn синхронная передача
пакетов по протоколу hdlc обеспечивается протоколом q.922, например, для
аналоговой телефонной сети обеспечивается асинхронная передача данных по
протоколу типа rs-232 [3].
Рекомендации т.124 определяют модуль унифицированного управления

конференциями

gcc

(generic

conference

control), ответственный за

установление и разрыв соединений через службу многоточечной связи mcs,

управление модулем

MCU, а также собственно менеджмент самой

конференции (например, поддерживая функции ведущего конференцию)
Рекомендации т. 126 определяют протокол совместной работы
пользователей с неподвижными изображениями и аннотациями к ним t.si (still
image) для двух и более терминалов. Аннотации содержат набор функций,
обеспечивающий совместное использование графической информации
распределенными терминалами, включая такое важнейшее приложение, как
виртуальная рабочая доска (white board). При этом может быть обеспечен
обмен графической информацией между приложениями, выполняющимися на
разных компьютерных платформах (pc, mac, unix).
Рекомендации т. 127 определяют протокол как двухточечной, так и
многоточечной передачи двоичных файлов t.mbft (multipoint binary file
protocol). Во время конференции любой файл может быть передан на любое
число терминалов, участвующих в конференции. При этом предоставляется
возможность выбора алгоритма сжатия пересылаемых файлов.
Протокол t.avc (audio video control) не входит непосредственно в
рекомендации т. 120. В его функции входит поддержка работы терминалов
н.320 при удаленном управлении камерами, коммутации в блоке MCU и ряд
других функций управления, связанных с передачей аудио
видеоинформации [4].
Рекомендации т. 120 обеспечивают все необходимые процедуры
управления конференцией при одновременной передаче, как голоса, так и
изображений участников. При этом речевое общение участников мало
отличается от режима обычных звуковых телеконференций, когда каждый
участник может слышать все проходящие переговоры и в любой момент
включаться в дискуссию. Предусмотрены также возможности управления
дискуссией и, при необходимости, ограничения доступа к ней. В то же время,
технология использования видеоизображений участников отличается от
технологии звукового общения. За редким исключением, примером которого
является система enhanced cu-seeme с одновременным изображением на
экране большого числа участников, обычно на экран монитора для контроля
выводится собственное изображение пользователя терминала (local video) и
изображение только одного из участников конференции, который в данный
момент является «активным», т.е. Говорящим. При вступлении в разговор
другого участника изображение немедленно переключается на него.
Рекомендации н.261 определяют вид кодирования и процедуру
декодирования видеосигнала в реальном масштабе времени и механизм
исправления ошибок при передаче видеоинформации. Принятым форматом
видеосигнала является common intermediate format (cif) как некоторое
компромиссное решение для стран, использующих различные видеостандарты
(pal, secam, ntsc и пр.). В дополнение к этому разработан стандарт с более
низким разрешением - quarter cif (qcif).
Рекомендации н.261 не определяют конкретную процедуру
кодирования, оставляя производителю право выбора в рамках стандарта
самого видеосигнала.
Определено два механизма обнаружения и исправления ошибок,
каждый из которых основан на использовании дополнительных контрольных
символов в кадре. В реальной системе возможен выбор любого из этих
методов.
С 1997 года набор возможных видео кодеков был расширен. Так, наряду
с н.261-кодеком, рекомендации н.320 определили возможность использования
кодеков стандартов н.262 и н.263 с повышенной, в сравнении с н.261,
эффективностью кодирования и расширенным набором форматов
изображения.
Рекомендации g.711, g.722/ g.728 определяют вид кодирования
аудиосигнала. Обязательным является режим по стандарту g.711,
обеспечивающий стандартное качество телефонной связи с кодированием по
при преобразовании аналогового телефонного сигнала (полоса 300 гц - 3400
гц) в цифровой поток 64 кбит/с.
Кодирование аудиосигнала в низкоскоростной поток 16 кбит/с по
рекомендации g.728 является факультативным режимом, позволяющим
отвести больший ресурс канала на передачу видеоинформации.
При необходимости получения повышенного качества передачи аудио
возможно использование режима по стандарту g.722 (факультативно),
предусматривающего преобразование аудио сигнала с полосой до 7 кгц
(качество радиовещания) в цифровой поток до 64 кбит/с.
Сеанс связи всегда начинается в режиме использования g.711 с целью
обеспечения возможности связи с любыми цифровыми телефонными
аппаратами, после чего возможен переход на другие режимы, рассмотренные
выше. При этом предусматривается дополнительная задержка аудиопотока
относительно видеопотока для их синхронизации в связи с тем, что
компрессия/декомпрессия видео приводит к большей задержке, чем
компрессия/декомпрессия аудио [5].
Рекомендации н.221 определяют структуру кадра в диапазоне скоростей
от 64 кбит/с до 1920 кбит/с. Внутри этого диапазона строго определены
значения промежуточных скоростей:
а) от 64 кбит/с до 384 кбит/с, кратные 64 кбит/с (соответствующие п в-
каналам, где от 1 до 6);
б) от 384 кбит/с до 1920 кбит/с, кратные 384 кбит/с.
Рекомендации определяют механизм объединения каналов и позволяют
устранить различие в задержках при передаче информации по различным в-
каналам.
Рекомендации н.230 определяют процедуру синхронизации кадров во
всем диапазоне используемых скоростей передачи
Рекомендации н.242 определяют процедуру установления связи между
передающим и принимающим терминалами, позволяя передающему
терминалу определить возможности принимающего. Это позволяет
исключить применение режимов, которые не поддерживаются хотя бы одним
из терминалов. При этом принимающий терминал может получать
информацию о структуре трафика, и, как следствие, идентифицировать
различные компоненты (аудио, видео, данные).
Рекомендации н.231, 243 определяют процедуры взаимодействия между
тремя и более терминалами и протоколы работы системы управления
многоточечными соединениями MCU (multipoint control unit) для групповых
видеоконференций.

1.2.2 Рекомендаций н.323

Рекомендации н.323 являются интегральным документом,
определяющим основные требования к оборудованию и программному
обеспечению компьютерных систем, предоставляющих возможность обмена
аудио- и видеоинформацией и данными в ip-сетях, включая и интернет.
Реализация положений этих рекомендаций обеспечивает совместимость
продуктов разных производителей. Этот стандарт является ключевым для
систем, предназначенных для работы в локальных сетях.
устанавливающих основные требования к мультимедийным
коммуникационным системам в сетях, не обладающих возможностью
гарантии требуемого уровня качества обслуживания qos. Такие сети сегодня
являются преобладающими и включают в себя сети пакетной коммутации ip и
ipx на базе ethernet, fast ethernet и token ring. В число приложений, для
которых н.323 является фактором, обеспечивающим возможность
взаимодействия, можно отнести следующие:
а) компьютерная видеоконференцсвязь;
б) интернет-телефония и видеотелефония;
в) системы для совместной работы распределенных групп;
г) сетевые игры;
д) системы дистанционного консультирования и технической
поддержки.
Эти рекомендации актуальны как для специализированных систем, так и
для систем, построенных на основе персонального компьютера. Они
определяют порядок взаимодействия коммуникационных систем в режиме
«точка - точка» и в режиме многоточечной конференции. Рекомендациями
также определяется интерфейс между локальной и территориальной сетями.
Рекомендации н.323 тесно интегрированы с другими рекомендациями
itu серии н.xхх и определяют способы взаимодействия с терминалами,
соответствующими этим стандартам. Отметим характерные черты настоящих
рекомендаций:
а) Н.323 ориентированы на системы, функционирующие в широко
распространенных ip-сетях. Определяя механизмы компенсации высокой
неизохронности потока ip-пакетов, этот стандарт позволяет внедрять
мультимедиа коммуникационные приложения без изменения существующей
сетевой инфраструктуры. Это тем более важно в условиях, когда лвс
становятся все более производительными, освоена технология fast ethernet
(100 мбит/сек) и активно развивается технология гигабитного Ethernet;
б) определяя механизм взаимодействия на уровнях «устройство -
устройство» и «приложение - приложение», рекомендации обеспечивают
взаимодействие продуктов и приложений различных производителей;
в) стандарт определяет способы взаимодействия мультимедиа
терминалов с территориальными сетями;
г) Н.323 предусматривает возможность управления уровнем
загруженности сети трафиком конференц-приложений, что гарантирует
сосуществование этих приложений с другими сетевыми сервисами;
д) рекомендации н.323 не содержат элементов, специфических для
определенного типа сети, и тем самым обеспечивают возможность совместной
работы приложений, развернутых в разных сетях отсутствуют в стандарте и
элементы, специфические для конкретных операционных систем или
компьютерных платформ;
е) Н.323 определяет механизм многоточечных конференций без
использования специализированного мультимедиа моста MCU. Стандарт
предусматривает возможность реализации функций групповых конференций в
различных компонентах н.323-совместимых систем. Кроме этого, в стандарте
заложена рекомендация поддержки механизма групповой адресации
(multicasting), что позволяет более экономично использовать пропускную
способность сетевых коммуникационных каналов;
ж) рекомендации предусматривают возможность совместной работы
систем с различными функциональными возможностями. Так, например,
терминал, способный работать лишь в режиме аудио-конференции, может
успешно взаимодействовать со станцией с полным набором функциональных
возможностей ВКС. Равным образом, в групповой конференции н.323-
мультимедиа терминал может работать с терминалом, обладающим только
возможностью документконференции, и одновременно успешно использовать
свои аудио/видео возможности для работы с другим терминалом;
з) важным свойством н.323-систем является их способность
устанавливать соединения с н.320- и н.324-терминалами;
и) рекомендации н.323 поддержаны практически всеми ведущими
производителями сетевых коммуникационных приложений, включая intel,
netscape, picturetel, microsoft и т.д. Это дает надежду обеспечения
действительной совместимости их продуктов и способствует широкому
внедрению систем мультимедиа в компьютерных сетях.
1.2.3 Архитектура стандарта н.323

Н.323 определяет 4 основных компонента для сетевой конференц-
системы: терминал, шлюз, конференц-менеджер и модуль групповых
конференций (MCU)
Терминал. Терминалом далее называется всякое оконечное сетевое
устройство, которое обеспечивает возможность двунаправленной
коммуникации в реальном времени. На рисунке 1.1 представлены возможные
компоненты н.323-терминала. Все н.323-терминалы должны обеспечивать
аудиокоммуникации [6].
Все н.323-терминалы для оценки возможностей канала связи должны
поддерживать функции управления логическим каналом, определенные
рекомендациями н.245. Поскольку стандарт н.245 является чрезвычайно
громоздким, так как описывает многочисленные возможные варианты
реализации функций управления, то несколько производителей оборудования
для конференцсвязи объединились и разработали более компактную версию
этого стандарта - рекомендации н.245.1.
Н.323-терминалы должны также обязательно поддерживать
упрощенную версию протокола q.931 для сигнализации и вызова, содержатьмодуль, называемый
(registration/admission/status), обеспечивающий
функции контроля доступа, регистрации участников и определение их
текущего состояния, а также иметь возможность реализации протокола
rtp/rtcp для передачи аудио- и видеоинформации по сетям с коммутацией
пакетов.
Опционально терминал может поддерживать видеообмен, документ-
конференции по протоколам серии, т.120 и выполнять функции
многовходового моста для организации групповых конференций (MCU)
(рисунок 1.1).....