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Padrões Abertos e Software Livre para o Serviço de Vídeoconferência FISL 7 - 19/04/2006 Prof. Msc Mauro Tapajós

FISL7 - VCF Ambiente Livre

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Padrões Abertos e SoftwareLivre para o Serviço deVídeoconferência

FISL 7 - 19/04/2006

Prof. Msc Mauro Tapajós

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Objetivo

Quais são os padrões abertos atuais usados no serviço de

vídeoconferência sobre redes de dados e o estado atual de

pesquisa nestes padrões? Esta palestra irá apresentar alguns

dos SL já existentes para se implementar este tipo de serviço

e alguns cenários já possíveis, encontrados na pesquisa naUCB.

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 Mini-Currículo

Professor da Universidade Católica de Brasília (UCB)

Coordernador Técnico do Projeto CESMIC

Aluno de pós-graduação en "Dirección de Sistemasde Información en Entornos de Software Libre" naUniversidad Obierta de Catalunya (Barcelona)

Mestre em Telecomunicações e Redes pela UnB

Engenheiro Eletricista pela UnB

 Trabalho com SL dede 1996 (várias empresas)

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Serviço deVídeoconferência

Comunicação humana

Sessão de comunicação em tempo real por vídeo e áudioentre dois ou mais pontos

Existem muitas situações onde cabe o serviço: reuniões,cursos, conferências, telemedicina, educação à

distância-debates-palestras, etc

Dispersão geográfica

Necessita certa qualidade do serviço de rede

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Objetivos Comuns

Ampliar o alcance de comunicação entre profissionais

Reduzir o gasto utilizados no deslocamento físico

Facilitar decisões que dependam de dois ou maisresponsáveis

Realizar treinamento simultâneo entre grupos queestejam em locais distintos

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Origem do ServiçoInteresse surge com o nascimento da TV

Primeiras VCFs baseadas na tecnologia de TV – ligação desistemas de TV com cabos

NASA – links VHF/UHV com astronautas em órbita

Links satelitais – usados pelas emissoras de TV

A tecnologia dos PCs e evolução de CODECs e protocolosviabilizou o uso de VCF pelo público em geral

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Histórico

1964 – AT&T apresenta o Picture Phone (Freeze frame e Slow motion)1973 – Pacotes de voz pela ARPANET

1976 – NVP Network Voice Protocol

1981 – PVP (vídeo sobre pacotes)

1982 – CCITT - CODEC de vídeo H.120 (2 Mbps)

1990 – CCITT - CODEC de vídeo H.2611990 – CCITT – Padrão H.320 para VCF sobre ISDN

1992 – RTP

1996 – IETF – RTPv2

1996 – ITU-T CODEC H.263 (baixas velocidades)

1996 – H.324 VCF sobre POTS

1996 – H.323 v1 VCF sobre pacotes

1998 – H.323 v2

1999 – H.323 v3

2000 – H.323 v4

2003 - CODEC H.264

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Norma H.200 do ITU-T

Framework for Recommendations for audiovisual services

Áudio conferência (somente áudio)

 Teleseminário (áudio e vídeo unidirecionais de uma origem com

retorno em áudio)

Conferência Audiográfica (áudio, documentos e imagens)

Conferência Audiodocumentacional (similar à audioconferênciacom transmissão de texto)

Freeze Frame Videoconferência (similar á conf. audiográfica comenvio de snapshots dos participantes)

Videoconferência (similar à conf. audiográfica com vídeo)

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Facilidades do Serviço

Quadro Branco

 Troca de arquivos/msgs

Câmera secundária

Controle remoto da câmera

Modos multiponto:

 Tela cheia (full screen)

Continuos presence – impacto na banda necessária

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Tipos de VCF

Quanto à plataforma:

 Appliance Systems

Baseada em PC (Desktop)

Quanto ao porte:

Sistemas de sala

Set Top

Desktops (CODECs implementados em software)

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Salas de Vídeoconferência

Dimensionamento

Localização Geográfica

Iluminação

Acústica

Decoração● Layout● Mobiliário● Rack/Suporte● Infra-estrutura (cabeamento de rede, aterramento)

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Preocupações Não-TécnicasConjunto de procedimentos necessários para facilitar a

realização de reuniões, tais como:

Agendamento de conferência

● Divulgação dos participantes

● Etiqueta

● Configuração do sistema para que a sessão possa serrealizada

● Permitir, durante o serviço, facilidades para que osparticipantes possam trocar informações

(apresentações, documentos, transferência dearquivos, etc.)

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Ponto a ponto

Grupo x ponto

Grupo x grupo

Broadcast

Combinações

Participação Ativa e Passiva

Cenáriospara VCF

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Melhor exemplo – protocolos Internet:

Protocolos de rede: TCP/IP (aberto) X protocolosproprietários (Novell, Win, etc)

Serviço de Mail: RFC 822 (aberto) X X.400(CCITT)

Protocolo de gerenciamento: SNMP (aberto) XCMIP (OSI)

 Já existem vários padrões abertos para VCF

(principalmente do ITU-T, ISO e IETF)

Padrões Abertos

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G.711 (A e micro) – 64 kbps

G.722 – SB-ADPCM - 48 a 64 kbps

G.722.1 – MLT – 24 a 32 kbps

G.722.2 – ACELP – 6,60 a 23,85 kbps

G.726 – ADPCM – 16 a 40 kbps (32 kbps)

G.727 – mesmo que G.726 com otimizações para PCME

G.728 – LD-CELP 16 kbps

G.729 – CS-ACELP 6,4 a 11,8 kbps (8 kbps) – Patentes!GSM – 13 kbps

iLBC (RFC 3951) – de 13,3 a 15,2 kbps) – licença gratuita!

Speex – voz em baixas taxas (2 a 22,4 kbps)

MP3 não é um CODEC de telefonia! – apenas é usado para músicaem espera

CODEC's de Voz para VCF

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H.261 – 40 kbps a 2 Mpbs – chega a 288x352 – projetado paraas linhas ISDN nx64 kbps (hoje considerado obsoleto)

H.262/MPEG2 Part-2

H.263 projetado para baixas taxas - já é considerado obsoletodiante de H.264

H.264/MPEG4 Part 10/AVC (Advanced Video Coding) -

 Theora – livre

CODEC's de Vídeo para VCF

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Grupo de trabalho ISO

MPEG-1 - áudio/vídeo

MP3 (layer III) e VCD

352x240 (NTSC 30 fps) e 352x288 (PAL 25 fps) 320x240(PC)

1,2 a 1,5 Mbps - Qualidade: VHS a 30 fps

MPEG-2 – áudio/vídeo de alta qualidade

DVD

Velocidades de 2 Mbps até 15 Mbps são suportadas

720X480 (4:3) até 1920x1080 (16:9 HDTV)

Padrões MPEG (Moving Picture

Experts Group)

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MPEG-4 – áudio/vídeo para redes de banda limitada

Velocidades de 56 kbps até 2 Mbps

AAC (Apple iTunes, por exemplo)

Container de vários tipos de objetos de mídia sicronizados

Suporte a DRM!

MPEG-7 - Multimedia Content Description Interface

Metadados

MPEG-21 - Multimedia Framework 

DRM

Padrões MPEG (Moving Picture

Experts Group)

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Multimídia sobre:

H.320 – ISDN

H.321, H.310 – Broadband ISDN

H.322 – comutação de pacotes, com QoS, Ethernetisócrona

H.323 - comutação de pacotes, sem QoS,principalmente sobre IP

H.324 - redes de circuitos comutados PSTN

Padrões ITU-T H.xxx para VCF

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Multimídia sobre Redes dePacotes

Informações como voz e vídeo geram grandes quantidades

de dados e são muito associadas à temporização darede, daí surge a necessidade de haver algum tipo de

controle sobre atrasos e velocidade

CODECs sofisticados exigem processamento e imbutem

atrasos no fluxo de dados

“IP is everywhere” - Universalização da plataforma

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TCP/UDP como Protocolo de

Transporte MultimídiaTCP

Protocolo ponto-a-ponto com conexão (multicast!)

Atrasos intoleráveis na maior parte das aplicações de tempo-realNão possui um mecanismo para anexar informação de tempo nos

segmentos

UDP

 Também não define os mecanismos de temporização citados

acima

Apesar de certas funcionalidades poderem ser incluídas a nível de

aplicação, existe um conjunto de funções que merecem ser

implementadas num protocolo específico para tráfego de tempo-real

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RTP - Real Time Protocol 

RFC 3550

É o protocolo adequado para transmitir multimídia digitalizada sobre uma

rede IP

 Tem funções de protocolo de transporte mas roda sobre UDP e podetrabalhar com multicasting

RTP não garante a entrega sincronizada dos pacotes, apenas provê

informações que ajudam na reprodução do fluxo na recepção

Oferece suporte a:

 – Mixagens (mixing): combinação de múltiplos fluxos num único

(necessidade de um ponto com funções de mixer )

 –  Tradutores (translators)

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Mixer RTP

Faz o relay de tráfego (fluxos) recebidos de um ou maisoriginadores, combina os fluxos recebidos e encaminha paraum ou mais destinos

Por exemplo: combinação de tráfegos de voz numa conferênciapara transmissão por link de menor velocidade

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Tradutores (Translators) RTP

Faz o relay de tráfego (fluxos) RTP recebidos para um ou maisdestinos, após haver ou não transformado os dados do fluxo

Por exemplo: transformação de fluxo de vídeo de alta resoluçãonum fluxo de baixa resolução, travessias através de firewallsou encaminhamento unicast de tráfego multicast

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RTP (Real Time Protocol )

Integração direta com a aplicação – aceite por parte desta da

entrega de segmentos com perdas

A própria aplicação pode reenviar dados ao ser sinalizada dos

termos de QoS

A aplicação, então, define seus PDU’s (APU’s – Application Data

Units)

Do mesmo modo RTP complementa UDP agregando funções

(como sequenciamento) e trabalha num modo integrado

entre camadas de protocolos

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Cabeçalho RTPVersão: 2 (atual)P: padding. Usado quando a aplicação o requerX: sinaliza o uso de cabeçalho de extensãoCC: número de geradores de fluxoM: marker. Sua interpretação depende do tipo de payload. Normalmente

sinaliza limites de um fluxo de dados, como o fim de um frame de vídeo.Sequence num: números de sequência. Primeiro é randômicoMedia timestamp: deve ser contínuo mas com granularidade adequada

ao payloadPtype:.codificação/tipo dos dadosSynchronization source identifier : origem do fluxoContributing source ID: cada campo deste tipo (podem ser vários)

identifica cada um dos geradores de fluxo. Gerado por um mixer RTP.

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AlgunsTipos

dePayload  RTP

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Pilha RTP

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Vários pacotes podemter o mesmo

timestamp caso os

dados tenham sido

gerados ao mesmotempo (ex. Um

frame de vídeo que

ocupa vários

pacotes)

Mídias diferentes

devem ir por fluxos

diferentes (por

RTP (Real TimeProtocol )

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RTP (Real Time Protocol )

Um número de sequência garante a ordem dos pacotes, a

eliminação de duplicatas e a detecção de perdas

O timestamp permite a reprodução dos pacotes do fluxo no

tempo correto em que o dado foi gerado

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É parte obrigatória doRTP e utiliza umaporta

imediatamentesuperior à portaUDP sendo usadapelo RTP

RTCP (Real TimeControl Protocol )

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RTCP

Oferece informações de controle para fontes de tráfego RTP:

 – Monitoramento da rede durante a sessão (aspectos de QoS

e congestionamento)

 – Sinalização de controle fora-de-banda – Identificação adequada de fontes de fluxo

Mensagens RTCP são periodicamente enviadas pelos participantes

Existem vários tiposde mensagens

para

implementar as

funcionalidades

acima

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Padrão H.323H.323 é um padrão ITU-T e define um conjunto de

protocolos para transmissão de tráfego multimídiasobre redes de pacotes e que podem trabalhar emconjunto oferecendo os serviços básicos para

compor um sistema de telefonia IP funcional

O conjunto provê suporte à todos os aspectos de uma

chamada como:

 – Registro de um terminal – Sinalização de controle de chamadas e serviços

 – Codificação dos dados em tempo real

 –

 Transmissão dos dados codificados

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Padrão H.323

Oferece ainda suporte para aplicações de vídeo,compartilhamento de dados durante as sessões eas codificações/decodificações necessárias

Define como é a negociação de chamadas e osformatos das informações necessárias

Não define:

 – Codificação de endereços

 – Priorização de tráfego

 – Segurança

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H.323

Entidades previstas Terminais

Gateways

GatekeepersMCU’s -Multipoint Control Unit 

ProtocolosH.225.0 – RAS (registration, admission, status) e

sinalização de chamada (call signalling)Q.931 – Configuração de chamadas e terminação

H.245 – Controle de mídia / Sinalização decapacidades

 T.120 – Compartilhamento de dados

C d d

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Componentes de uma redeH.323

MCU (Multipoint Control Unit ): suporta os serviçõesde múltiplos usuários como conferências

(endereçamentos unicast e multicast)

Gateways: permitem a

interconexão de terminaisH.323 com outrosdispositivos de áudio etraduzem a sinalização deum lado para o outro

Gatekeepers executam as funçõesde servidor de

diretórios (conversãode endereços) esupervidor dosistema (controle egerenciamento daschamadas)

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Gatekeeper 

Funções: –  Tradução de endereços

 – Controle de admissão

 – Controle de banda

 – Gerenciamento de zonas

 – Sinalização de controle de chamadas

 – Controle de chamadas

Descoberta do gatekeeper - através de mensagensmulticast (224.0.1.41 - UDP 1718)

Porta para registros e status: UDP/1719Podem auxiliar a montagem de conferências multiponto

com H.245 repassando as conexões com todos osparticipantes e depois passando o canal H.245 parauma MCU

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Chamada ponto a ponto ≠multiponto

Responsável por prover recursospara três ou mais entidades

Formado por duas entidades:

MC - Multipoint Controller -

Obrigatório - provercontrole para realização daconferência

MP - Multipoint Processor -Opcional - Distribui fluxosde vídeo e áudio para

MCU – Multipoint Control Unit 

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Pilha de Protocolos H.323

Codecs de áudio e vídeo comprimem edescomprimem fluxos multimídia

Fluxos multimídia são transportados por RTP/RTCP,

rodando sobre UDP

A sinalizaçao é transportada confiávelmente sobre

 TCP

RAS - registration, admission, status

Q.931 – Configuração de chamadas e terminação

H.245 – Sinalização de capacidades

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Telefonia IP –Protocolos H.323

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Estabelecimento e Configuração

de de ChamadasAtravés de mensagens H.225 e Q.931/2 se

estabelece a chamada, através de conexão naporta TCP/1720 (call control)

H.225 també é usado para RAS (registration,admission, status) - comunicação com ogatekeeper 

H.245 permite a o posterior acerto de canais lógicos,codecs e capacidades através da porta TCP

indicada em mensagens de estabelecimento dachamada

H.245 é usado depois do estabelecimento dachamada

Existe uma facilidade de fast start para reduzir ospassos na criação da chamada

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Exemplo de Chamada H.323

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SIP – Session Initiation

Protocol – RFC 3261Padrão IETF para um protocolo de aplicação

(sinalização) que cobre somente a sinalização

necessária para se iniciar, modificar, convidaroutros (para participar) e terminar chamadas(sessões)

Não oferece toda a funcionalidade do H.323 –

pretende ser parte da arquitetura IETF de suportea aplicações multimídia

Baseado nos princípios aprendidos da comunidadeInternet – independente de aplicação

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SIP

Herdou muito do protocolo HTTP (como o modotextual ou códigos de erro, por exemplo)

+ SIMPLES! Implementações mais baratas

UTF-8

DEVE suportar TCP e UDP (porta 5060)

PODE suportar outros transportes (como SCTP)

Expansível

Pode permitir serviços comuns das redes telefônicas

(follow-me, rede inteligente, etc)

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SIP

Call setup

Negociação de funcionalidades e mídia

Gerenciamento de chamada e mudanças “on the fly”

Mapeamento de nomes

Localização de usuários

Redirecionamento de chamadas

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Componentes de uma rede SIP

User agents Client – UAC – porção cliente localizada noterminal SIP

User Agent Server – UAS: encaminha um pedido de

chamada e trata as respostas para o terminalchamador

 – Proxy Server – age como cliente/servidortratando os pedidos e até reescrevendo asmensagens para o devido encaminhamento

 – Redirect server  – redireciona chamadas (tratandoadequadamente parâmetros como endereços).Não aceita nem inicia chamadas. Devolve asinformações.

 – Registrar – servidor que permite que terminais

SIP registrem sua presença– –

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Arquitetura SIP

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Métodos SIP

Outros métodos foram definidos por outras RFC's

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Pilha de Protocolos SIP

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Chamadas SIP

1.  Terminal chamador localiza servidor

2. Envio de request SIP via servidor

3.  Terminal chamado responde

4. Resposta chega ao chamador

5. Chamador envia ACK 

Endereços SIP: [email protected]

Nomes de servidores sugerido: sip.domínio (como éfeito para os demais protocolos Internet. Ex.ftp.domínio)

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Exemplo de Chamada SIP

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SDP – Session Description

Protocol – RFC 3264

Originalmente desenvolvido para descrever sessõesmulticast no MBone

Descreve informações de sessões multimídia:

Codificação da mídiaNúmeros de portaEndereços multicast

Não negocia parâmetros de mídiasPode convidar pessoas ou até robôs (como um

media storage server ) para uma conferência

Suas mensagens trafegam encapsuladas em

mensagens SIP

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Alguns Protocolos Relacionados

RFC 3489 - STUN Simple Traversal of User DatagramProtocol (UDP) Through Network AddressTranslators (NATs)

RFC 2974 – SAP Session Announcement Protocol (anúncio de conferências e sessões multicast-ainda experimental)

H.350/RFC 3944 - Directory Services Architectures inSupport of Multimedia Conferencing -Armazenamento de informações de conferênciasmultimídia em serviços de diretório LDAP

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SIPPING – aplicação de SIP em vários contextos de telefoniae multimídia

XCON – Protocolos para conferências centralizadas(preocupação com itens como autenticação, privacidade,permissão e combinação numa sessão)

SIMPLE – SIP em aplicações IMP (messaging e presence)

AVT – Transporte de Áudio e Vídeo

MMUSIC - Multiparty Multimedia Session Control – trata SDPe demais protocolos

Grupos de Trabalho IETF

Relacionados

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Alternativa criada pela comunidade Asterisk à SIP eH.323, mas não é um padrão reconhecidooficialmente

Codificação binária

Sinalização e mídia usam as mesmas portas(udp/4569) – fácil uso com NAT

Interrompe a chamada no caso de ausência da outraparte

O Asterisk suporta vídeo H.261 e H.263 através decanais IAX2 e SIP

IAX – Inter Asterisk eXchange

Protocol 

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Vídeos grandes via WEB

Aplicações interativas

Distribuições de vídeo em larga escala (webcasts)

Melhor controle do que é visto e por quem

Pode ser usado para replicar sessões de VCF em

tempo real para outros usuário

Streaming

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Protocolo de apresentação

Controla a entrega sob demanda de dados real-time deáudio e vídeo – mas não carrega tráfego de A/V!

Fontes destes dados podem ser registros ao vivo ouarmazenados em mídias

Suporta entregas em múltiplas sessões, permite a escolhade canais de entrega como UDP, multicast UDP, TCP emecanismos baseados no RTP

Adequado para distribuição de vídeo para a Internet evídeo sob demanda

RTSP – Real Time Streaming

Protocol – RFC 2326

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Chamadas / Sessões

Antes: somente vozHoje: Voz + Vídeo + Messaging + ...

VCF é mais um tipo de sessão como jogos em rede,messaging ou VoIP

Herda o “modelo telefone”

VCF em Redes de Pacotes

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Assunto complicado

Servidores que oferecem o serviço de VCF sofrerão assimcomo os demais

Registro/autenticação – contabilização

Privacidade nas conversações

Ainda não existe infraestrutura de administração para VCF

Segurança em VCF sobreRedes de Pacotes

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Protocolos de Sinalização – como H.323, SIP e IAX

 Transporte de Mídia – normalmente RTP

Protocolos de Suporte (redirecionamentos/localização,QoS, etc) - DNS, SDP, LDAP, TRIP, RSVP, COPS,MEGACO, Diameter/Radius, etc

Protocolos para VCF emRedes de Pacotes

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Normalmente o estabelecimento da chamada e suasinalização em geral é independente do fluxo demídia que será gerado por ela

A portas usadas pelos vários protocolos são distintas,de forma que seja difícil a associação de umachamada com o fluxo de mídia

Não há solução direta e simples

Para Linux: existe um patch SIP/RTP para o netfilter

O problema com NAT

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 www.asterisk.o

rg

 www.gnugk.org

 www.ekiga.org 

 www.gnomemeeting.org 

 www.voxgratia.org

 www.openh323.org (antigo)

Alguns Softwares Livres para

VCF

yate.null.ro

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VRVS (Virtual Room Videoconferencing System) -www.vrvs.org

AccessGrid - www.accessgrid.org

OpenWengo - www.openwengo.com

Skype - www.skype.org

CuSeeMe - www.cuworld.com

Alguns Serviços VCF na

Internet

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Sistema de VCF de baixo custo disponível via Internet criado pelaCalTech e CERN

Limita banda nas VCF – 256 kbps

Usa ferramentas do Mbone (vic, rat, etc)

VRVS – Virtual Room

Videoconferencing System

Suporte clientes H.323,quickplayer e VNC

Refletor: servidor queserve de ponte dousuário com uma salavirtual

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Serve como instrumento de divulgação ecapacitação – inclusão social, redução doanalfabetismo, formação profissional

Exige capacidade para ter qualidade - custo!

VCF já pode ser implementada mas com limitaçõessobre plataformas totalmente livres

Atenção aos CODECs a serem usados! Patentes!

FILME - http://uwtvproduction.org/convergence.html

Observações Finais

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Questões?

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Site do Projeto CESMIC: www.cesmic.ucb.br

Stand FISL

M06