Protocolos de videoconferência e desafios comuns

Dispositivos

A videoconferência é uma ótima maneira de se comunicar com seus colegas, parceiros e clientes. As reuniões online são mais envolventes do que as tradicionais chamadas telefônicas, conversas por e-mail ou mensagens instantâneas e podem realmente aumentar a produtividade da sua equipe. No entanto, as videoconferências também são mais exigentes: elas impõem maiores requisitos para os terminais de videoconferência e seus canais de comunicação.

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O que afeta a qualidade de suas vídeoconferências?

A largura de banda é possivelmente o ativo mais importante para uma videoconferência bem-sucedida e estamos acostumados a avaliar a qualidade da videoconferência com a largura de banda. No entanto, isso pode não ser totalmente verdade. A velocidade da conexão pode mudar rapidamente durante a reunião, cair ou mudar dependendo do modo de transmissão, embora seja extremamente importante que os fluxos de dados sejam estáveis, suaves e previsíveis durante as videoconferências.

O sistema de videoconferência pode ajustar facilmente a largura de banda de 64kb/s a 4Mb/s, dependendo do modo de conferência e da qualidade do sinal dos participantes. É muito mais difícil adaptar o fluxo às condições de rede em constante mudança de cada participante da conferência.

A arquitetura de videoconferência e sua capacidade de operar sob condições em constante mudança desempenham um papel fundamental para garantir a qualidade da videoconferência. Aqui estão alguns desafios comuns de videoconferência que podem afetar negativamente suas reuniões:

  • Potência da CPU de seu terminal. Durante as videoconferências, os usuários podem executar simultaneamente tarefas que consomem muitos recursos e carregar a CPU do terminal.
  • Como o vídeo é capturado na câmera do endpoint. Mesmo as câmeras de resolução grande podem produzir imagens granuladas em condições de pouca luz.
  • Como a videoconferência é exibida na tela do terminal. Por exemplo, se o usuário sair do modo de tela inteira, não há necessidade de enviar o vídeo em alta resolução.
  • Largura de banda do canal entre o servidor de videoconferência e os participantes da conferência. Esse é o problema mais comum. Por exemplo, seu colega começou a baixar grandes quantidades de dados e reduziu os recursos de rede para a videoconferência. Ou você está realizando uma videoconferência em seu smartphone e está em um espaço muito lotado - e seu provedor não consegue manter a mesma velocidade e qualidade de conexão.

Como evitar os desafios de videoconferência mais comuns? A solução mais simples e cara é colocar restrições fixas nos recursos de hardware e rede do seu sistema de videoconferência.

Felizmente, a ciência e as tecnologias estão evoluindo rapidamente e os modernos sistemas de videoconferência oferecem excelente qualidade de conexão em qualquer condição devido à arquitetura de software avançada.

Arquitetura de Videoconferência

SVC

Em qualquer videoconferência em grupo, existe uma determinada forma de transmissão de dados entre seus participantes. Dado o fato de que a conexão direta entre os participantes da conferência dificilmente é aplicável devido aos desafios de videoconferência mais comuns, precisamos considerar um sistema que suporte a tipologia estrela e pode ser usado como um meio, ou seja, servidor de videoconferência.

Todas as soluções eram previamente divididas em duas categorias: soluções de software e hardware. mas essa abordagem foi considerada desatualizada desde 2014, porque a separação clara entre as soluções de hardware e software simplesmente desapareceu: há sistemas de hardware que combinam arquitetura de software típica (comutação e SVC) e sistemas de software com MCU integrado. Em segundo lugar, os principais fornecedores de videoconferência tendem a fornecer sua infraestrutura de vídeo como um software em um ambiente virtualizado.

Arquitetura de videoconferência baseada em mixagem (MCU)

Durante uma videoconferência, o servidor recebe streams de cada participante, decodifica e diminui sua resolução, cria uma nova imagem com a qualidade e resolução exigidas para cada participante (conforme ajustada para desafios comuns de videoconferência), codifica o stream e o envia. Todos esses estágios exigem grande poder computacional, atrasam o processamento do servidor e podem prejudicar a qualidade do vídeo como resultado da recompressão. A escalabilidade de tal arquitetura é extremamente baixa, mesmo considerando seus recursos de virtualização, portanto, o preço de tal infraestrutura é extremamente alto e injustificado.

Arquitetura de videoconferência baseada em Multiplexing (Switching)

Um exemplo clássico dessa arquitetura é um sistema de videoconferência por software, como o Skype. Ao contrário do MCU, o servidor de videoconferência não recompacta o vídeo; em vez disso, ele cria cópias dos fluxos de entrada e os envia para outros participantes "as is". Assim, cada terminal recebe vários streams em qualidade total e é incapaz de exibi-los simultaneamente na resolução original. O endpoint deve reduzir a resolução de cada fluxo de vídeo de entrada dos participantes em seu lado ou solicitar ao outro lado para reduzi-la antes de enviar, o que prejudica a qualidade do vídeo e os requisitos de largura de banda para todos os outros participantes.

Essa abordagem tem uma vantagem particular: a infraestrutura não exige muitos recursos e até mesmo um PC comum pode executar centenas dessas conferências simultaneamente. No entanto, as desvantagens são mais numerosas: um terminal (geralmente um PC comum) precisa decodificar vários fluxos simultaneamente e o servidor de vídeo requer várias vezes mais largura de banda do canal de saída para enviar todas as cópias criadas dos fluxos.

Considere as condições reais e obteremos um sistema que dificilmente pode realizar uma videoconferência com mais de 3 participantes e prejudica a qualidade do vídeo para todos os participantes quando um dispositivo móvel é incapaz de processar a qualidade do vídeo original obtido de outros participantes.

Arquitetura de videoconferência baseada em SVC

Este tipo de arquitetura inclui todas as vantagens da abordagem de mistura e evita todas as desvantagens dos sistemas baseados em multiplex. É acessível e facilmente escalonável, e pode ser instalado em qualquer plataforma graças às tecnologias avançadas de processamento de sinal e compactação de dados.

Aqui está o que a arquitetura baseada em SVC faz: um terminal comprime seu stream de vídeo em camadas - cada camada adicional vem com uma resolução de vídeo, qualidade e FPS aumentados. Se o canal entre um terminal e um servidor de videoconferência fornecer alta largura de banda, o terminal enviará o número máximo de camadas. O fluxo SVC varia em apenas 15-20% da largura de banda em comparação com o fluxo não SVC e requer muito menos largura de banda do que a abordagem de comutação.

Depois de receber um fluxo SVC com camadas, o servidor de videoconferência corta camadas excessivas sem transcodificação, eliminando os pacotes de dados. Desta forma, ele cria conjuntos individuais de streams para cada participante de uma videoconferência em grupo em tempo real, de acordo com suas condições reais de conexão, recursos disponíveis, layout solicitado, resolução de tela etc. Isso, por sua vez, traz grande resiliência.

Este tipo de arquitetura inclui todas as vantagens da abordagem de mistura e evita todas as desvantagens dos sistemas baseados em multiplex. É acessível e facilmente escalonável, e pode ser instalado em qualquer plataforma graças às tecnologias avançadas de processamento de sinal e compactação de dados.

O uso de Protocolos Avançados e Codecs

Protocolos padrão de transferência de dados são usados para realizar vídeoconferências entre sistemas de software e endpoints de hardware de fabricantes de terceiros.

Protocolos de videoconferência
  • H.239 é um protocolo de comunicação que oferece suporte a dois fluxos de mídia de fontes diferentes. É usado para conduzir videoconferências em que a imagem é exibida em duas telas diferentes (por exemplo, duas telas em uma sala de reuniões, uma exibindo o palestrante e a outra exibindo o conteúdo compartilhado).
  • H.323 é um protocolo de transferência de dados com largura de banda não garantida aplicado em videoconferências pessoais e em grupo.
  • O SIP é um protocolo de rede para conectar aplicativos cliente de diferentes fornecedores. O SIP substituiu o H.323 e é usado em videoconferência e telefonia IP.

Compressão e reprodução de vídeo e áudio durante uma sessão de vídeo é realizada através do uso de codecs de áudio e vídeo.

Codecs de vídeo
  • H.264 é um padrão de compressão de vídeo que fornece um nível de compressão elevado preservando a qualidade original.
  • H.264 - Codificação de Vídeo Escalável (SVC) é um codec de vídeo que compensa os dados faltantes e transfere vídeos através de vários fluxos de vídeo. Resistente a erros na rede, ex.: perda de pacotes.
  • H.265 é um padrão de compressão de vídeo que apresenta algoritmos de codificação mais eficientes do que H.264. Os principais elementos deste codec de vídeo incluem uma maior resistência à perda de pacotes de dados durante a transferência de dados de mídia, e atraso mínimo de sinal durante videoconferências. Este padrão suporta formatos UltraHD: 4K e 8K.
  • Opus é um codec para compressão de áudio com desempenho excepcional, não afetado por alterações na conexão de Internet durante as sessões.
  • O G.722.1 Anexo C é um padrão de compressão de sinal de áudio de banda larga.
  • VP8 é um codec de vídeo com decodificação de alta velocidade e maior resistência à perda de quadros.
  • VP9 é um padrão de compressão de vídeo de código aberto. Seu objetivo inicial era melhorar as características dos codecs VP8 e H.265. No caso do VP8, o principal objetivo dos desenvolvedores era conseguir uma redução da taxa de bits em 50% sem perda inicial de qualidade de vídeo. Para o H.265, o objetivo principal era melhorar a eficiência da compressão do stream de vídeo.

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