Experimentos de Videoconferência na ReMAV

Experimentos de Videoconferência na ReMAV-Curitiba
– Seminários à Distância*
Tiago Santos de Lima1
Juliano João Bazzo2
Jadson Igor Siqueira 3
Sérgio Scheer 4
1- Graduando em Bacharelado em Informática na UPFR e bolsista ITI no Laboratório ReMAV-Curitiba.
2- Graduando em Engenharia Elétrica na UFPR e bolsista ITI no Laboratório ReMAV-Curitiba.
3- Bacharel em Informática pela UFPR e Mestrando em Redes de Computador pela mesma instituição.
4- Professor Adjunto na UFPR, Dr. em Informática pela PUC-RJ e Coordenador da ReMAV-Curitiba.
*Trabalho realizado no período compreendido entre Setembto de 1999 e Abril de 2000.
Resumo
Com a expansão das redes de alta velocidade no país, surge espaço para aplicações
que demandam mais banda da rede, como videoconferência e vídeo sobre demanda. Nesse
trabalho é descrito um ambiente de seminários à distância que faz uso dessas tecnologias. São
apresentados alguns resultados de experimentos realizados com aplicativos proprietários de
videoconferência e com os aplicativos do MBone (Multicast Backbone). É apresentado um
processo de armazenamento de vídeos para posterior distribuição via servidor de vídeo sobre
demanda ou via um ambiente integrado de cursos à distância. São discutidas as vantagens e
desvantagens dos pacotes de videoconferência e destacados os benefícios de um ambiente de
seminários à distância como elemento integrador de equipes geograficamente distribuídas e
como meio de disseminação de informações de instituições de pesquisa ou acadêmica para a
comunidade em geral.
1 Introdução
O Projeto RNP2, através dos consórcios ReMAV, começa a tornar realidade no país a
infra-estrutura de redes de alta velocidade. Com a difusão dessas redes torna-se possível
pensar numa nova gama de aplicações. Aplicações que podem fazer uso de recursos que
demandam maior capacidade da rede, como transferência de imagens, som e vídeo em tempo
real.
Dentro desse contexto, apresentamos os resultados de alguns experimentos de
videoconferência realizados no consórcio ReMAV-Curitiba. Esses experimentos tornaram
possível a implementação de um programa de palestras e seminários técnicos à distância. Esse
programa cria um ambiente propício à propagação das tecnologias de redes de alta
velocidade, utilizando essa mesma tecnologia como meio de difusão. Nesse texto nos
referimos a esse programa de seminários e palestras como seminários ReMAV.
Nesse trabalho, analisamos algumas ferramentas disponíveis para realização da
videoconferência. Foram testados os kits proprietários ProShare [1] da Intel e Live200 da
PictureTel e o já bastante difundido pacote de aplicações sobre o MBone (SDR, VIC, RAT,
NTE, WB).
De modo a viabilizar posterior disponibilização dos seminários na web, utilizamos o
software servidor de streams de audio e vídeo RealServer da RealNetworks. E como ambiente
de administração de cursos e seminários à distância, o software AulaNet da PUC-RJ [2].
O restante do trabalho está organizado da seguinte forma. Na seção 2 discorre-se sobre
as vantagens de utilização de um ambiente de seminários à distância, dentro do contexto das
ReMAVs. A seção 3 descreve os processos envolvidos na realização dos seminários. Na seção
4 os detalhes técnicos para a realização dos seminários são abordados. E na seção 5
conclusões obtidas no processo e algumas perspectivas são apresentadas.
2 Motivação
Compondo a ReMAV-Curitiba encontram-se algumas instituições de desenvolvimento
científico e universidades que desenvolvem pesquisas em tecnologia de redes de alta
velocidade. Estas instituições se encontram fisicamente separadas, o que dificulta a integração
de seus membros. Os seminários, porém, encurtam as distâncias, promovendo de forma
interativa a aproximação dos integrantes, contribuindo com a disseminação das informações e
a troca de experiências entre toda a equipe.
A atualização e manutenção da rede de comunicações que interliga os laboratórios da
ReMAV-Curitiba consome um certo tempo e esforço do pessoal do projeto. Essas tarefas
acabam se tornando rotineiras e têm de ser executadas a medida que os problemas aparecem.
Estas tarefas, no entanto, não são o único objetivo do projeto. Outra tarefa de igual
importância é o estudo das tecnologias do backbone e sua disseminação. Neste contexto, os
seminários, colocados como eventos semanais, servem para o grupo, como estímulo à
pesquisa.
Todos os seminários são gravados e disponibilizados para o público em geral através
da web. Desta forma, colabora-se para a concretização de mais um dos objetivos do projeto:
difundir os conhecimentos em ATM. Tecnologia esta, que ainda é pouco conhecida no país.
Os recursos multimídia e a diversidade dos dados gerados pelos vários tipos de
informação utilizados nas apresentações, requerem um ambiente capaz de processar e
transmitir continuamente grandes quantidades de informação. Além disso, as aplicações de
videoconferência necessitam de um baixo tempo de resposta para que as aplicações tenham
uma usabilidade adequada. Esses dois requisitos, banda larga e latência baixa, são satisfeitos
pela tecnologia do backbone que interliga as instituições do consórcio, tornando-o um meio
adequado para as aplicações.
Além disso, a geração de todo este tráfego na rede possibilita uma ótima oportunidade
para medições sobre o backbone. Ajudando no estudo dos protocolos e equipamentos de
comunicação utilizados nos laboratórios.
3 Seminários ReMAV
Os seminários da ReMAV-Curitiba são apresentações semanais feitas entre as
instituições componentes do consórcio. Cada apresentação tem a duração aproximada de 30
minutos.
As apresentações são preparadas por um ou mais integrantes espalhados pelas
instituições que integram o consórcio de Curitiba. São, ao todo, cinco instituições: UFPR,
CEFET-PR, PUC-PR, TECPAR e CITS. Todas elas são convidadas a assistir a apresentação
ao vivo, mas também é possível, posteriormente, assistir a apresentação gravada e
disponibilizada na web.
Os seminários são apresentados em uma das instituições e transmitidos para as demais
através de videoconferência. A conferência é feita de modo que as pessoas que a assistem,
tanto no local da apresentação como remotamente, podem participar dando sugestões ou
fazendo perguntas via vídeo, áudio ou chat. A idéia é dar ao ambiente a mesma interatividade
de uma apresentação em sala de aula ou em um auditório, com todas as pessoas presentes.
Todo o material da conferência também é disponibilizado na Internet. Isso é feito de
duas formas:
• Diretamente no site da ReMAV-Curitiba e;
• Através de um ambiente de cursos baseado na web.
No primeiro caso, o material escrito é disponibilizados via um servidor ftp. E os
vídeos ficam disponíveis através de um servidor de vídeo sobre damanda (VoD). A partir do
site da ReMAV-Curitiba, qualquer interessado pode fazer o download dos arquivos.
No segundo caso, utiliza-se o servidor AulaNet. Este é um aplicativo que possibilita a
criação de cursos para serem ministrados a distância. Neste aplicativo foi criado um curso
para os Seminários ReMAV. Neste ambiente é possível a disponibilização do vídeo das
apresentações e de outros arquivos relacionados. Como qualquer curso no AulaNet os
Seminários da ReMAV também possibilita a participação de alunos com perguntas,
sugestões e até a criação de salas de discussão. Desta forma, o assunto da apresentação pode
se extender a discussões mais aprofundadas.
Os seminários apresentados têm como objeto de estudo tópicos relacionados com
comunicação de dados, principalmente voltados para redes de alta velocidade, onde a
prioridade é a tecnologia ATM. Abaixo estão relacionados alguns dos tópicos tratados nos
seminários da ReMAV.
• Sokets ATM
• Lan Emulation
• Rádios de alta velocidade
• Mbone
• QoS
• Gerência de redes com SNMP
•
•
•
H.323
Backbone RNP
Videoconferência
4 Implementação
Esta sessão descreve a maneira como o seminários ReMAV foi implementado na
prática. Primeiramente é feita uma breve descrição da rede que interliga as estações dos
laboratórios da ReMAV-Curitiba. Em seguida, são descritas as maneiras como são feitas as
transmissões ao vivo. Finalmente, descreve-se como os arquivos são disponibilizados para o
público em geral, utilizando a Internet como meio de difusão.
4.1 Interconexão
O consórcio ReMAV-Curitiba está interligado com um anel ATM como demonstrado
na figura:
O anel ATM é formado por switches IBM-8265. Em cada laboratório, as estações
possuem placas ATM IBM TurboWays 25Mbps e 155Mbps conectadas a switches IBM8285 comunicando-se pelo protocolo TCP/IP sobre ATM com Lan Emulation.
4.2 Transmissão ao vivo
4.2.1 Intel ProShare Conferencing Vídeo System 200
O ProShare [1] é um pacote da Intel para videoconferência. É Composto por uma
placa para entrada de vídeo, uma placa processadora de sinais de áudio e vídeo com suporte a
ISDN, uma câmera colorida, um fone de ouvido com microfone e o software de
videoconferência Conference Mananger. Opera em computadores com processadores
Intel486 DX2-66, 32 MB RAM ou superior.
O Conference Manager é executado em ambientes Windows 9x e é compatível com
redes TCP/IP, IPX e ISDN. Em redes TCP/IP, o pacote suporta videoconferências entre dois
pontos. Em redes ISDN é possível a realização de conferências multiponto. A instalação do
kit é simples, não sendo necessário nenhum conhecimento avançado a respeito do sistema.
Basta seguir as instruções do guia de instalação que companha o produto.
O protocolo de transmissão e recepção de áudio e vídeo é o H.320. Uma das pontas faz
a chamada selecionando a opção call, onde é fornecido o IP da máquina remota. Na máquina
remota, o programa precisa ser inicializado previamente. O usuário remoto recebe um sinal
sonoro e o programa inicia a conferência.
Durante uma conferência é possível transferir arquivos ou compartilhar qualquer
aplicação instalada em um dos computadores participantes. Quando uma aplicação é
compartilhada, qualquer participante pode usá-la, dessa forma todos podem editar um arquivo
ao mesmo tempo. É possível compartilhar diversas aplicações simultaneamente, a limitação
fica por conta da quantidade de memória do sistema.
Além de compartilhar aplicações, o Conference Mananger oferece um aplicativo para
edição de textos e desenhos, pode-se copiar e colar figuras de e para, outros aplicativos, tudo
visto por ambos os lados da conferência.
4.2.2 PictureTel Live200
É um pacote de videoconferência oferecido pela PicutreTel, consiste de uma placa
capturadora de vídeo com suporte a rede ISDN, uma câmera de vídeo e um fone de ouvido
com microfone e software Live200. Os requisitos para o kit são: Pentium 133, 32 MB RAM
ou superior com plataformas Windows 9x e NT. A instalação dos componentes de hardware
se dá de maneira simples. As instruções constam no manual que acompanha o produto.
O software Live200 que acompanha o kit não suporta conexões IP. Para tanto é
necessário o aplicativo LiveLAN. Ele é executado em ambiente Windows 9x e é
gratuitamente disponibilizado pela PictureTel em seu site, [3].
A instalação do LiveLAN é bastante simples. Ele trabalha com redes TCP/IP e ATM
nativo. No entanto para trabalhar com ATM nativo é necessário a utilização de uma placa
ATM específica, da Fore Systems.
O LiveLAN suporta apenas conferências entre duas pontas. Para transmissão e
recepção de áudio e vídeo o programa utiliza o protocolo H.323 [4]. Durante uma conferência
utilizando o software LiveLAN é possível transferir arquivos ou compartilhar qualquer
aplicação instalada em um dos computadores participantes. Quando uma aplicação é
compartilhada, qualquer participante pode usá-la, dessa forma todos podem editar o arquivo
ao mesmo tempo.
Assim como o ProShare, o LiveLAN também provê facilidades de compartilhamento
de aplicativos. Além disso possui alguns aplicativos próprios para transferência de arquivos,
troca de fotos e um editor de textos e desenhos que ambos os pontos podem observar.
4.2.3 MBone
O MBone (Multicast Backbone) [5] é uma rede virtual construída sobre a Internet que
utiliza difusão seletiva IP (multicast) para as transmissões de dados. O MBone oferece uma
maneira de um único datagrama multicast atingir várias estações em uma mesma rede. Sem a
necessidade de replicar os datagramas, obtém-se uma economia na utilização da banda e
processamento das máquinas. Na transmissão multicast, as máquinas decidem se vão
participar ou não da conexão, ao contrário da transmissão broadcast, onde todas as máquinas
participam da conexão.
No MBone, pode-se criar grupos de máquinas para a recepção das transmissões
multicast. Cada grupo de máquinas que deseja se comunicar recebe um endereço IP multicast
classe D.
A topologia do MBone consiste em ilhas, que são na verdade redes locais que
suportam difusão seletiva IP. Além disso estas redes locais devem possuir um roteador que
suporta roteamento multicast. Estes roteadores, chamados de mrouters, se comunicam através
de enlaces virtuais ponto a ponto, utilizando o conceito de túneis. Segundo este conceito,
datagramas multicast são encapsulados em datagramas unicast e enviados através do túnel.
Desta maneira os datagramas podem transitar por roteadores da Internet que não suportam
difusão multicast. Além disso os mrouters distribuem os datagramas para a rede local caso
haja uma estação membro do grupo na rede.
Os softwares utilizados no MBone citados abaixo são disponibilizados gratuitamente
pela UCL (University College of London) [6]. Estes aplicativos são compatíveis com várias
plataformas como Linux, Windows, Solaris, FreeBSD, Irix 6.2 e SunOS4. Também são
compatíveis com vários tipos de hardware. Nos testes realizados, as transmissões de áudio e
vídeo feitas através da câmera e do microfone do kit ProShare. Estes estavam conectados à
placa capturadora que também acompanha o kit da Intel.
Session Diretory (SDR): designado para permitir a publicação e união à canais de
conferencia multicast no MBone. SDR utiliza o protocolo de anúncio chamado SDAP
(Session Diretory Announcement Protocol). Este aplicativo trabalha juntamente com os
demais para realizar a conferência.
Video Conference (VIC): aplicação de videoconferência responsável pela transmissão
e recepção de vídeo.
Robust Audio Tool (RAT): é um aplicação que permite receber e transmitir pacotes de
áudio conferência.
Network Text Editor (NTE): editor que permite o compartilhamento de textos entre os
participantes da conferência.
White Borard (WB): aplicativo para edição de textos, desenhos e figuras que podem
ser vistos por todos os participantes da conferência.
mrouted: é o deamon que faz o roteamento dos datagramas. As versões deste programa
encontradas atualmente estão implementadas apenas no Linux. Além disso, para que ele
funcione se faz necessária algumas configurações prévias no sistema. O kernel do Linux
precisa ser compilado com as opções IP multicasting, IP tunneling e IP multicast routing. É
necessária também, a inclusão da rota multicast (224.0.0.0).
Em uma conferência utilizando o MBone, existem dois tipos de máquinas: mrouters e
clientes. Por terem responsabilidades diferentes, as configurações em cada uma delas é feita
de maneira diferente. Note que os mrouters também podem assumir o papel de clientes a
qualquer momento.
Para realizar uma conferência entre estações cujas LANs já estão com seus mrouters
devidamente configurados, deve-se iniciar o SDR em um dos clientes. Neste aplicativo cria-se
a sessão e os respectivos grupos (vídeo, áudio, white board e texto). Depois da sessão criada,
todas as máquinas que desejam entrar na conferência se inscrevem nos grupos utilizando o
mesmo programa. Uma vez inscrita, a estação participa da conferência, enviando e recebendo
dados.
4.2.4 Comparação entre os métodos
Intel ProShare Conferencing Video System 200
Uma das vantagens dessa solução é que ela é bastante simples. A instalação do pacote
é simples e a utilização bem intuitiva.
Apresenta a desvantagem de ser uma solução proprietária. A videoconferência só é
possível, em redes TCP/IP, entre dois pontos e somente sobre a plataforma Windows 9x.
Live200
Novamente, a vantagem desta solução é a simplicidade do processo. Além disso as
imagens produzidas pela câmera da PictureTel apresentam melhor qualidade que as imagens
da câmera do kit Intel.
Apresenta as mesmas desvantagens do kit da Intel, é proprietário e funciona apenas
entre dois pontos. Para que seja possível uma conferência entre mais de dois pontos é
necessária a presença de um servidor de videoconferência compatível com H.323. Também
obriga o usuário a estar utilizando a plataforma Windows 9x. Além disso, o software que
acompanha o kit funciona apenas em ISDN, sendo necessário o download da aplicação
LiveLAN a partir do site da PictureTel.
MBone
A solução apresentada pelo MBone tem como vantagem a utilização de softwares não
proprietários. Cada estação pode ter um equipamento (câmera, placa capturadora e placa de
som) diferente instalado e participar da mesma videoconferência. Além disso, podem ser
usadas várias plataformas diferentes de sistemas operacionais ao mesmo tempo, como:
Solaris, SunOS4, Irix, Linux e Windows. E ainda, a transmissão feita desta forma pode ser
assistida ao vivo em vários lugares ao mesmo tempo.
Como pequenas desvantagens, o programa mrouted apresenta versões implementadas
apenas para Linux. O MBone apresenta uma configuração mais complexa, exigindo alguns
conhecimentos de tecnologia de rede e do sistema operacional utilizado.
4.3 Disponibilização na Internet
4.3.1 Gravação da apresentação
A captura do vídeo é feita utilizando-se a câmera da ProShare. Esta câmera faz parte
do kit Intel ProShare Conferencing Video System 200 descrito anteriormente.
No processo de captura do vídeo a câmera é conectada a placa capturadora PixelView
Play TV. Esta placa requer, para o seu funcionamento, no mínimo, um Intel Pentium 90MHz,
uma placa de vídeo SVGA 640x480, uma placa de som compatível com Sound Blaster e
Windows 95 com DirectDraw 5.0 ou superior.
O aplicativo que grava as apresentações é o VidCap. Este programa, compatível com a
plataforma Windows 9x, consiste de uma aplicação que permite capturar seqüências de vídeo
para o computador, gravando-as em arquivos no formato AVI. Possibilita a captura de
imagens individuais ou seqüências inteiras de vídeo de um videocassete ou câmera de vídeo,
também suporta funções tal como edição, compressão e formatação de vídeos.
VidCap possibilita dois modos para capturara seqüencial de vídeo: Captura em tempo
real e captura quadro-a-quadro. Captura em tempo real processa uma seqüência de vídeo e
áudio como o evento ocorre normalmente, ou seja sem interrupção. Captura quadro-aquadro possibilita que um ou mais quadros específicos sejam capturados separadamente.
O VidCap apresenta uma interface gráfica simples de utilizar, podendo ser operado
sem maiores problemas.
4.3.2 Conversão do formato de vídeo
Depois de capturado o arquivo AVI é transformado em formato RealVideo clip (RM).
Esta transformação é necessária para que seja possível sua disponibilização na Internet através
do RealServer e também do AulaNet. Além disso, o arquivo gravado em formato RM ocupa
menos espaço que o seu correspondente AVI.
Para realizar a transformação do formato do vídeo utiliza-se o RealPlayer Producer
G2. Este aplicativo converte arquivos de áudio e vídeo em clipes streamming. Requer um
Pentium 120MHz com 16MB de RAM e Windows 9x, 2000 ou NT.
Possui, tanto a instalação como a utilização, facilitadas por uma interface gráfica
simples e boa documentação no site do produto, [7].
4.3.3 RealServer
O RealServer, é programa que entrega ao vivo e sob demanda streams de áudio e
vídeo. A aplicação cliente, por exemplo, o RealPlayer pode “tocar” a apresentação enquanto o
arquivo está sendo copiado para o seu destino. O RealServer pode atender a vários clientes ao
mesmo tempo, sendo que estes podem estar assistindo clipes diferentes.
Este servidor deve ser executado em um PC 120MHz ou superior juntamente com um
servidor web e em plataformas Windows 9x, Windows NT ou Unix.
A sua utilização é simples e está toda descrita no manual do produto [8]. Dispõe de
aplicações gráficas através das quais é possível iniciar, parar e monitorar o servidor de vídeos.
4.3.4 AulaNet
O AulaNet é um ambiente de software, desenvolvido no Laboratório de Engenharia de
Software - LES - do Departamento de Informática da PUC-Rio [2], para administração,
criação, manutenção e assistência de cursos à distância baseados na web.
O Aulanet pode ser acessado utilizando qualquer sistema operacional, basta a
utilização de um browser HTML comum. Sua utilização possibilita que sejam criados cursos
à distância através da Internet com bastante facilidade, dotados de elevado grau de
interatividade e com intensa participação do aluno, sem que o autor precise ter um
conhecimento profundo do ambiente web.
Para a disponibilização dos seminários, foi criado um curso no servidor AulaNet da
ReMAV-Curitiba. O ministrante do seminário, previamente cadastrado no sistema, cria uma
aula no curso e envia os arquivos do seminário (vídeo, transparências, textos e figuras). A
partir de então, qualquer aluno cadastrado no curso pode assistir ao seminário e fazer
download dos arquivos.
Para se tornar aluno do curso também é fácil, pode ser feito acessando o site da
ReMAV-Curitiba [9]. Depois de feito o cadastro a confirmação é enviada pelo administrador
do ambiente AulaNet por e-mail.
5 Conclusões e Perspectivas
Dentro do universo de aplicativos experimentados, é possível perceber duas classes
bem distintas. De um lado os kits proprietários e de outro os aplicativos do MBone.
Os kits proprietários tem como suas maiores desvantagens, o custo e a dificuldade de
interconexão com equipamentos de outros fabricantes. No entanto são extremamente simples
de instalar e operar, podendo ser usados, e mesmo instalados, por usuários com
conhecimentos mínimos de computação.
Já os aplicativos Mbone, aparecem como solução alternativa. O software não tem
custo, e oferece amplo suporte a diferentes sistemas operacionais e fabricantes de hardware.
Sua desvantagem está na dificuldade de instalação e configuração do tunnel multicast e dos
aplicativos.
Independentemente da solução adotada, o ambiente de seminários à distância traz
enormes benefícios, principalmente em ambientes acadêmicos e de pesquisa. No caso da
ReMAV-Curitiba, está servindo como elemento integrador das instituições geograficamente
separadas. Além disso, a posterior disponibilização via web promove a disseminação das
informações junto a comunidade em geral. Nesse sentido, o AulaNet é um recurso valioso
como meio de aprofundar os temas, armazenando os arquivos de vídeo, as apresentações e as
discussões em um ambiente integrado.
Dentro das perspectivas de trabalhos futuros, espera-se difundir dentro dos diversos
departamentos das instituições do consórcio, o modelo de disseminação de palestras e
seminários. Seja pelo Mbone que já desponta como alternativa economicamente atrativa ou
pelo protocolo H.323. Este ultimo, permite uma boa interoperabilidade mesmo entre
diferentes plataformas de sistema operacional e diferentes fabricantes de hardware. Como
apontam experiências de videoconferência já realizadas entre os campi do centro politécnico
na Universidade Federal do Paraná e o da Universidade Estadual de Londrina, a 384Kbps
sobre IP, a uma distância de aproximadamente 380 Km.
Nesse sentido, esperamos trabalhar com o protocolo Open H.323 [4] por ser um
ambiente de código aberto, e suportar hardware, em geral, bem mais barato do que as
soluções proprietárias.
Referências
[1] Intel ProShare Video System 500 – http://www.intel.com/proshare/index.html
[2] Coordenação de Educação à Distância – PUC-RJ – http://www.cead.puc-rio.br
[3] Download LiveLAN - http://support.picturetel.com/products/livelan/software.htm
[4] EQUIVALENCE PTY LIMITED. Open H.323 Project. http://www.openh323.org
[5] KOSIUR, DAVE. IP Multicasting: The Complete Guide to Interactive Corporate Networks, John Wiley &
Sons, Inc.. NY, 1998.
[6] University College of London – http://www-mice.cs.ucl.ac.uk/multimedia/software/
[7] REALNETWORKS INC.. RealProducer User´s guide.
http://service.real.com/help/library/guides/producer7/producer.htm
[8] REALNETWORKS INC..RealServer Administration Guide.
http://service.real.com/help/library/guides/5server/index.htm
[9] ReMAV-Curitiba - http://aulanet.remav.arauc.br