Η τηλεδιάσκεψη μέσω Η/Υ είναι μία μορφή επικοινωνίας και για αυτόν τον λόγο βασικός της όρος είναι το bandwidth. Υπάρχει μία πολύ ακριβής και τεχνική ερμηνεία του όρου bandwidth, αλλά σε μία απλή μετάφραση θα μπορούσαμε να ορίσουμε τον όρο αυτό ως την ταχύτητα ροής των πληροφοριών από το ένα μέρος της σύνδεσης στο άλλο. Η σύνδεση μεταξύ των δύο σημείων στα οποία μεταφέρονται οι πληροφορίες ονομάζεται δίκτυο. Μία συνήθης αναλογία είναι αυτή των καναλιών επικοινωνίας με τις σωλήνες ύδρευσης και των πληροφοριών με το νερό. Ένα κανάλι επικοινωνίας, όπως και ο σωλήνας ύδρευσης έχει ένα εύρος και επιτρέπει ορισμένο ποσό πληροφοριών – νερού να περάσει από αυτό. Στις επικοινωνίες, το bandwidth είναι το ποσό των πληροφοριών οι οποίες ρέουν μέσα από ένα κανάλι. Το bandwidth μετριέται συνήθως σε bits/sec. Ο αριθμός αυτός είναι μία απλή αναλογία που αναφορικά με την παραπάνω αντιστοιχία είναι τα κυβικά μέτρα νερού που διέρχονται τον σωλήνα σε κάθε δευτερόλεπτο. Γνωρίζοντας επίσης ότι η συνηθέστερη αναλογία της εποχής μας είναι η ταχύτητα μπορούμε να πούμε ότι τα bits/sec είναι όπως τα km/h και το bandwidth είναι το όριο ταχύτητας με μόνη διαφορά ότι δεν μπορούμε να το ξεπεράσουμε. Έτσι αν θέλουμε να μεταφέρουμε ένα αρχείο του υπολογιστή με μέγεθος 1Mbyte διαμέσου μίας τηλεφωνικής γραμμής με bandwidth περίπου 8kbits/sec τότε θα χρειαστούμε περίπου 1.000 sec ή 17 λεπτά.
Η αποστολή video μέσω του δικτύου υπολογιστών απαιτεί μεγάλο bandwidth. Η εικόνα στην οθόνη ενός Η/Υ δημιουργείται από πολύ μικρές κουκκίδες οι οποίες ονομάζονται pixels. Ας υποθέσουμε ότι θέλουμε να στείλουμε video που χρησιμοποιεί 300x200 pixel εικόνας, το οποίο φυσικά δεν είναι και το μεγαλύτερο αναλογιζόμενοι ότι οι περισσότερες οθόνες υποστηρίζουν το λιγότερο 800x600 pixel ανάλυση. Για καθένα από τα pixels της εικόνας υπάρχει μία αντιστοιχία σε byte που περιγράφει το χρώμα του pixel. Έτσι αν η εικόνα είναι 300x200, τότε υπάρχουν 300 φορές 200 pixels στην εικόνα. Αυτό το ποσό είναι 60.000 pixels ή 60Kbytes σε ένα μόνο frame (πλαίσιο) video. Το σήμα video αποτελείται από πολλά frames. Η εικόνα της τηλεόρασης για παράδειγμα δείχνει 30 frames το δευτερόλεπτο. Το ανθρώπινο μάτι όμως είναι σχετικά αργό, συγκρινόμενο με τον ηλεκτρισμό, καθώς αντιλαμβάνεται 30 σε σειρά στατικές εικόνες σαν συνεχή κίνηση. Η παραπάνω διατύπωση ονοματίζει έναν ακόμη όρο του videoconference το frame rate που απλοϊκά θα μπορούσαμε να πούμε ότι είναι ο αριθμός των στατικών εικόνων που εμφανίζονται σε κάθε δευτερόλεπτο.
Εικόνα σε GIF format μεγέθους 50.620
Αν θέλουμε λοιπόν να στείλουμε 30 εικόνες μέσω του δικτύου κάθε δευτερόλεπτο τότε έχουμε 60Kbytes σε κάθε 30 εικόνες το δευτερόλεπτο, δηλαδή 1.8Mbytes/sec. Προηγουμένως είδαμε ότι για να μεταδώσουμε ένα αρχείο 1Mbyte διαμέσου της τηλεφωνικής γραμμής απαιτείται χρόνος 17 λεπτών. Είναι φανερό λοιπόν το γιατί το bandwidth είναι το πρόβλημα στην τηλεδιάσκεψη. Κοιτάζοντας λοιπόν τα παραπάνω νούμερα και χρησιμοποιώντας το δημοφιλέστερο δίκτυο παγκοσμίως, την τηλεφωνική γραμμή, θα απαιτούνταν 30 λεπτά για την εκπομπή 1 δευτερολέπτου σήματος video με ικανοποιητική ποιότητα.
Υπάρχουν δύο μέθοδοι επίλυσης του προβλήματος με το bandwidth. Τα περισσότερα προγράμματα για videoconference χρησιμοποιούν και τις δύο μεθόδους με διαφορετική όμως βαρύτητα το καθένα. Η μία λύση είναι να χρησιμοποιήσουμε δίκτυα με μεγαλύτερο bandwidth από την τηλεφωνική γραμμή. Τα δύο μεγαλύτερα σε bandwidth δίκτυα της εποχής μας είναι το Ethernet και το ISDN. Το Ethernet συνήθως χρησιμοποιείται σε δίκτυα υπολογιστών, σε γραφεία, επιχειρήσεις και πανεπιστήμια. Το ISDN είναι μία ειδική ψηφιακή τηλεφωνική γραμμή η οποία μπορεί να αντικαταστήσει την παλαιότερη αναλογική γραμμή.
Το Ethernet και το ISDN διαφέρουν στην απόδοση και στις δυνατότητες τους. Και τα δύο χαρακτηρίζουν δύο μεγάλες κατηγορίες δικτύων το “packet switched” και το “circuit switched” αντίστοιχα. Τα “circuit switched” δίκτυα καθιστούν όλους τους χρήστες ικανούς να χρησιμοποιήσουν το δίκτυο με σύνδεση που διαρκεί όσο επιθυμεί ο χρήστης. Είναι ίδιας νοοτροπίας με το συνηθισμένο τηλεφωνικό δίκτυο όπου όταν κάποιος επιλέγει έναν αριθμό το δίκτυο δημιουργεί την σύνδεση με τον άλλον χρήστη και διαρκεί μέχρι κάποιος από τους δύο να διακόψει, οπότε η σύνδεση καταργείται. Καθόσον η σύνδεση διαρκεί εφοδιάζει τους δύο χρήστες με ένα bandwidth, το οποίο κανείς άλλος εκτός των δύο αυτών μπορεί να χρησιμοποιήσει.
Το “packet switched” δίκτυο διαμοιράζει το συνολικό bandwidth σε όλους τους χρήστες οι οποίοι το επιθυμούν. Ονομάζεται έτσι επειδή κάθε στιγμή που ένας χρήστης επιθυμεί να στείλει ένα πακέτο δεδομένων το τοποθετεί σε ένα κανάλι το οποίο χρησιμοποιούν όλοι. Το δίκτυο είναι σχεδιασμένο να «εναλλάσσει» πακέτα αντί για κυκλώματα. Αν το δίκτυο χρησιμοποιείται από πολλούς χρήστες τότε θα χρειαστεί περισσότερος χρόνος στην αποστολή των δεδομένων από ότι αν ήταν λιγότεροι χρήστες. Αυτό είναι το χαρακτηριστικό το οποίο ξεχωρίζει τα δίκτυα “circuit switched” και “packet switched”. Στο “circuit switched” δίκτυο ολόκληρο το bandwidth είναι πάντα διαθέσιμο στον χρήστη, ενώ στο “packet switched” ο χρήστης πρέπει να μοιράζεται το bandwidth με άλλους.
Το μικρό bandwidth του ISDN δικτύου είναι η κύρια αιτία για την οποία το Ethernet είναι η πιο πολυχρησιμοποιούμενη μορφή δικτύωσης για videoconference. Αν και το Ethernet είναι ένα διαμοιρασμένο δίκτυο μία τυπική Ethernet σύνδεση έχει περίπου 1.5 Mbit/sec bandwidth. Αν κάνουμε πάλι τους παραπάνω υπολογισμούς, συμπεραίνουμε ότι αν κανένας άλλος δεν χρησιμοποιεί το δίκτυο μπορούμε να στείλουμε 3 frame/sec. Υποθέτοντας ότι όλοι οι υπόλοιποι χρήστες χρησιμοποιούν το 75% του bandwidth έχουμε περίπου 0.75 frame/sec video σήματος.
Η αντίληψη του χρήστη σχετικά με την ποιότητα του video είναι στενά συνδεδεμένη με το frame rate. Για να αυξήσουμε το frame rate του ISDN (0.25 frame/sec) και του Ethernet (3 frame/sec μέγιστο) δικτύου έχει επιτευχθεί σημαντική πρόοδος στον τομέα της συμπίεσης των δεδομένων (data compression). Αν και το πως γίνεται η συμπίεση των δεδομένων δεν αφορά τον μέσο χρήστη σημαντική αναφορά γίνεται σχετικά με τους αλγόριθμους συμπίεσης. Το θέμα είναι κατά πόσο καλά επιτυγχάνεται αυτή, πώς και αν λειτουργεί με διαφορετικούς αλγόριθμους και πώς όταν το δίκτυο είναι φορτωμένο από χρήστες.
Η απόδοση μίας συμπίεσης χαρακτηρίζεται από το μέγεθος της. Ο όρος σχέση συμπίεσης (compression ratio) αναφέρεται σε ένα απλό κλάσμα που συγκρίνει πόσο πολλά σε μέγεθος είναι τα δεδομένα μετά την συμπίεση σε σχέση με αυτά που ήταν προτού αυτή συμβεί. Έτσι αν κάποιος αλγόριθμος συμπίεσης δέχεται 1000 bytes δεδομένων και επιστρέφει μόνο 500 bytes έχει σχέση συμπίεσης 1:2. Πολλές μορφές συμπίεσης λειτουργούν διαφορετικά για διαφορετικών ειδών δεδομένα. Για παράδειγμα ένας αλγόριθμος συμπίεσης όταν εκτελείται πάνω σε ήδη συμπιεσμένα δεδομένα δεν θα μειώσει το μέγεθος των δεδομένων. Κατά αυτόν τον τρόπο όταν δίνεται η σχέση συμπίεσης, αυτή αναφέρεται σε μία μέση σχέση συμπίεσης δεδομένων. <ΒΡ>Υπάρχουν δύο μορφές συμπίεσης δεδομένων. Μορφές συμπίεσης όπως αυτές που χρησιμοποιούνται σε zip και GIF αρχεία είναι χωρίς απώλειες (lossless) συμπιέσεις. Αυτό σημαίνει ότι όταν τα δεδομένα περνούν από τον αλγόριθμο και συμπιέζονται και μετά αποσυμπιέζονται δεν χάνουν τον ακριβή αριθμό τους. Αυτό είναι εξαιρετικά σημαντικό χαρακτηριστικό για συμπιέσεις προγραμμάτων, όχι όμως τόσο σημαντικό σε συμπιέσεις εικόνων.
Παρακάτω ακολουθούν μία σειρά εικόνων. Η αρχική εικόνα είναι αποθηκευμένη σε μορφή GIF δηλαδή χωρίς απώλειες τεχνική συμπίεσης. Το αρχείο είναι 50620 bytes. Οι κάτωθι εικόνες είναι αποθηκευμένες σε JPEG μορφή η οποία είναι τεχνική συμπίεσης με απώλειες (lossy).
100% Ποιότητα. Μέγεθος αρχείου: 39136 75% Ποιότητα. Μέγεθος αρχείου: 17166
50% Ποιότητα. Μέγεθος αρχείου : 9179 25% Ποιότητα. Μέγεθος αρχείου : 6073
To JPEG στάνταρ συμπίεσης επιτρέπει στον χρήστη να ορίζει τι απώλειες επιθυμεί στην συμπίεση. Κάθε μία εικόνα είναι συμπιεσμένη με ποιότητα συνεχώς μειούμενη και σε αυτή φαίνεται το ποσοστό της ποιότητας σε σχέση με την αρχική και το μέγεθος του αρχείου. Μπορεί κανείς εύκολα να παρατηρήσει πόσο δραματικά το μέγεθος του αρχείου μειώνεται όσο η ποιότητα πέφτει. Αν ελέγξουμε τα μεγέθη, βλέπουμε ότι στην εικόνα με ποιότητα 50% της αρχικής είναι περίπου 18% της αρχικής εικόνας. Αυτό είναι σχέση συμπίεσης περίπου 2:10. Ακόμα και η εικόνα με 25% ποιότητα της αρχικής δεν είναι κακή και δίνει σχέση συμπίεσης περίπου 1:10.
Εξετάζοντας από την αρχή το πρόβλημα με το bandwidth η σχέση συμπίεσης του 1:10 μετατρέπει τα 1,8Mbyte/sec video σε 180Kbyte/sec. Αν πάρουμε τα 60Kbyte/sec του στατικού frame και τα συμπιέσουμε με 1:10 τότε γίνονται 6Kbyte/sec με αποτέλεσμα να έχουμε τώρα 7.5 frame/sec για Ethernet δίκτυα και 2.5 frame/sec για ISDN δίκτυα. Έτσι τώρα μπορούμε να έχουμε ικανοποιητικά frame rates σε ένα φορτωμένο από χρήστες δίκτυο Ethernet.
Οι παραπάνω αριθμοί φαίνεται ότι εξαλείφουν το πρόβλημα με το bandwidth του δικτύου, στην πραγματικότητα όμως το μετατοπίζουν σε ένα άλλο σημείο του συστήματος. Η εκτέλεση ενός αλγόριθμου συμπίεσης απαιτεί ορισμένο χρόνο και καμία φορά αρκετό. Επίσης όσο καλύτερη είναι η σχέση συμπίεσης τόσο πιο πολύ χρόνο οι υπολογισμοί διαρκούν. Η επίτευξη των frame rate που υπολογίσαμε παραπάνω απαιτεί ένα ακριβό Hardware υλικό το οποίο ονομάζεται CODEC. Από την στιγμή που στόχος της τηλεδιάσκεψης είναι η τοποθέτηση του video σε κάθε ένα γραφείο μέσω του Η/Υ, η χρησιμοποίηση ενός ακριβού Hardware για την συμπίεση θα μετέτρεπε αυτομάτως την τιμή του υπολογιστή ως απαγορευτική για τους περισσότερους. Το μόνο λοιπόν που μας απομένει είναι να χρησιμοποιήσουμε τον υπολογιστή ώστε να εκτελεί την συμπίεση και ευτυχώς η επεξεργαστική ισχύς η οποία είναι διαθέσιμη σε έναν σταθμό εργασίας ή σε ένα Pentium PC είναι αρκετή για αυτόν τον σκοπό. Πολλοί κατασκευαστές γνωρίζοντας ότι οι πιο πολύ αλγόριθμοι συμπίεσης απαιτούν πιο πολύ χρόνο στην συμπίεση των δεδομένων παρά στην αποσυμπίεση χρησιμοποιούν ειδικό Hardware στην συμπίεση και αφήνουν την αποσυμπίεση στο Software.
Υποθέτοντας λοιπόν ότι έχουμε ένα καλό αλγόριθμο συμπίεσης στον υπολογιστή μας, το επόμενο ερώτημα είναι πώς γίνεται να κάνουμε μία διάσκεψη. Αν ο αλγόριθμος συμπίεσης ξεκινά και στέλνει δεδομένα σε κάποιον με τον οποίο επιθυμεί να γίνει η διάσκεψη, ο αντίστοιχος αλγόριθμος του δέκτη πρέπει να καταλαβαίνει αυτά που του στέλνει η πλευρά του πομπού. Αυτό ονομάζεται δυνατότητα αλληλοεπεξεργασίας. Σε βασικές γραμμές αν και οι δύο πλευρές υποστηρίζουν τον ίδιο αλγόριθμο συμπίεσης τότε μπορούν να επικοινωνήσουν, ενώ αν δεν έχουν κοινό αλγόριθμο δεν μπορούν.
Υπάρχουν αρκετοί αλγόριθμοι συμπίεσης, με το ITU/CCITT να έχει δημιουργήσει ένα πλήθος αυτών. Δυστυχώς οι περισσότεροι είναι έντονα υπολογιστικοί και σαν τέτοιοι απαιτούν ειδικής χρήσεως Hardware στον υπολογιστή οποιουδήποτε θέλει να τους χρησιμοποιήσει αν και αυτό δεν είναι αναγκαίο. Στην συνέχεια ακολουθεί λεπτομερέστερη αναφορά στα θέματα που αναφέρθηκαν στο κεφάλαιο αυτό πάνω στο Multicast – MBONE, στους αλγόριθμους συμπίεσης, στα πρωτόκολλα μεταφοράς, στα videoconference συστήματα καθώς και στα πρότυπα που αφορούν τον έλεγχο και την αλληλολειτουργία μεταξύ των προγραμμάτων.
