Балтійська Державна Академія рибопромислового флоту

КАФЕДРА Судоавтоматікі і Обчислювальної техніки

ДОПОВІДЬ

на тему

СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ ПЕРЕДАЧІ аудіоінформації ЧЕРЕЗ ІНТЕРНЕТ

Виконав: студент групи К-

11

Єфімов А. Е.

Науковий керівник: доцент кафедри СА і Вт

Плешков В. М.

Калінінград

2000

На даний момент Інтернет - глобальна комп'ютерна мережа,своєрідна мережа мереж, подібна до світового океану інформації, однак нестихійної, а структурованої та впорядкованою, що підкоряється самимпередовим у світі законів і норм інформаційного права, яка є самоюдемократичною і доступною практично кожному жителеві Землі. Інтернет,разом зі своїми меншими братами (корпоративними мережами) Інтранет, давноі впевнено трансформується в напрямку від елітарної комунікаційноїсередовища для обміну даними серед вчених та фахівців до прообразу світовоїкомунікаційної мультимедійної супермагістралі, однаково придатною вяк середовище для безлічі видів професійної діяльності та бізнес -застосувань, включаючи такі види масового обслуговування, як торгівля,інформаційна і розважальна індустрія, засоби масової інформації.

Розробники апаратно-програмних додатків до ПЕОМ давно вже пройшлиетап освоєння мультимедіа-функцій для окремо стоять персональнихкомп'ютерів і комп'ютерів в локальних обчислювальних мережах. Тепер багатозосередили свої зусилля на передачі аудіо-та відео даних в режиміреального часу в комп'ютерних мережах. Якщо об'єднані зусилля увінчаютьсяуспіхом, то Інтернет стане звичною та повсякденною робочим середовищем для нетільки для телефонії та відеоконференцій, але і для радіо-і телевізійногомовлення, причому такі традиційні мовні проблеми як складний рельєфмісцевості або відстань від студії до слухачів і глядачів, так само якбрак ефірних частот у великих містах та промислово розвинених країнах,можуть просто перестати бути значимими, причому навіть швидше, ніж здається.

Передача звуку в реальному часі

Компанія Progressive Networks розробила розширення мови HTML дляпрослуховування звукових файлів за допомогою системи RealAudio, що складається зсервера, де зберігаються звукові файли в гіпертекстовому форматі, і
"програвача", вбудованого в програму перегляду. Клацанням миші позначку звукового зв'язку на Web-сторінці користувач ініціює безперервнупередачу пакетів інформації з сервера по мережі Інтернет. "Програвач"системи RealAudio разом зі звуковою картою персонального комп'ютераперетворює цей потік даних в звук.
Як і багато інших компаній, Progressive Networks орієнтує систему
RealAudio на використання модемів зі швидкістю передачі 14,4 або 28,8
Кбіт/с, які встановлені в більшості користувачів. Звуковаінформація при цьому пересилається сервером у вигляді безперервного потоку попротоколу транспортного рівня з доставкою даних без попередньогопідтримання зв'язку User Datagram Protocol (UDP). Дані щодо спрощеногопротоколу UDP передаються з більшою швидкістю, тому що немає механізмуповторної передачі, який протокол TCP використовує для запобіганнявтрати частини даних. В результаті можна втратити близько 20% (у гіршомувипадку) вихідних пакетів, що не завжди призводить до зниження якості,оскільки існуючі алгоритми обробки звукового сигналу досить точновідновлюють оригінал при втраті частини даних.

Фахівці передбачають подальше підвищення якості звуку в мірувдосконалення ПЕОМ. На даний момент при пересиланні звукоданних черезмодеми на швидкості 14,4 Кбіт/с забезпечується якість звучання, як урадіоприймачів з амплітудною модуляцією (АМ-якість). Однак призбільшення швидкості передачі даних до 28,8 Кбіт/с можна домогтися якостізвучання радіоприймачів з частотною модуляцією (ЧМ-якість). Загалом,перспектива отримання якісного звуку за допомогою мікросхем обробкицифрових сигналів, розташованих на звуковій платі або в модемі, виглядаєвельми привабливо.

Комп'ютерна телефонія

Найпомітнішою з останніх новинок звукових комунікацій в Інтернетє ПЗ, що дозволяє географічно віддаленим користувачамвстановлювати телефонний зв'язок через Інтернет і платити за неї набагатоменше, ніж за такий же дзвінок по звичайних телефонних лініях. Простішеговорячи, шлюз здатний з'єднати звичайний телефон з мережею Інтернет. Аледані можуть надходити і з інших джерел. У теорії обмежень наспосіб зв'язку немає: ви можете скористатися комп'ютером (якщо спілкуються двакомп'ютера, іноді можна обійтися зовсім без шлюзу), звичайним телефоном,радіопередавачем, і т.п.

У загальному виді схема зв'язку виглядає так:

Абонент 1 - [локальна телефонна мережа 1] - [шлюз 1] - Інтернет - [шлюз 2]
- [Локальна телефонна мережа 2] - Абонент 2.

Ключовим елементом інтернет-телефонії є зв'язування шлюз -
Інтернет. Шлюз являє собою комп'ютер-сервер, доповненийспеціальними платами розширення і відповідним програмним забезпеченням.
Він служить інтерфейсом між передавальним звук пристроєм користувача
(телефоном, комп'ютером і т.п.) і мережею Інтернет. Шлюз забезпечує прийом іперетворення даних у форму, зручну для пересилання по Мережі (і зворотнеперетворення). Абоненту всього лише потрібно зв'язатися з ним тим чи іншимспособом. Шлюз, що має вихід в Інтернет, передасть по Мережі дані на іншийтакий же шлюз, найближчий до абонента номер 2, після чого, зазнавши зворотнеперетворення, звук досягне мети своєї подорожі.

Але, який вплив робить мережа Інтернет на звуковий сигнал?
Розглянемо варіанти використання інтернет-телефону й оцінимо вплив
Мережі в різних випадках.

1) Комп'ютер - комп'ютер

Два комп'ютери, підключені до мережі Інтернет, можуть спілкуватися безпосередників. Із загальної схеми зникне шлюз, оскільки необхідністьперетворення сигналу відпала (якщо бути більш точним, в якості шлюзувиступає якась програма - інтернет-телефон, запущена на обохкомп'ютерах). Дані відразу передаються по стандартних протоколах Інтернету,тому перешкоди проникнути в пакет даних не можуть. Єдине негативневплив перешкод - затримка пакетів. Не дивно, що саме затримкиє головною проблемою інтернет-телефонії. Причин їхнього виникненнякілька. Одні пов'язані з принципом побудови мереж TCP/IP і особливостямикомутації пакетів, інші залежать від загального завантаження мережі, якості лініїзв'язку і швидкості модему. Якщо затримка перевищує 250 мілісекунд, вонастає помітною. Оскільки програма не контролює контекстпереданого розмови, паузи вклинюються в бесіду випадковим чином --частіше на півслові. Закінчення слова виникає в чи навушниках колонках післясекундного затишшя. Вплинути на якість звуку можна, лише купивши більшешвидкий модем і вибравши провайдера з могутніми каналами зв'язку.

2) Телефон - телефон

Дзвінок за такою схемою зовні мало чим відрізняється від звичайного телефонного.
Послідовність дій така: спочатку набирається номер телефонунайближчого шлюзу інтернет-телефонії (попередньо потрібно підписатися найого послуги); потім після переключення телефонного апарата в тоновий режим,набирається номер абонента; вводиться ідентифікаційний номер - і даліслід розмова Рахунок за розмову через мережу Інтернет виявиться значноменше (іноді на порядок) рахунка за ідентичний за часом розмова потрадиційному міжміському телефону.
Для зв'язку в режимі телефон - телефон не потрібний ні комп'ютер, ні модем
(підключення до мережі Інтернет та пов'язані з цим витрати теж небудуть потрібні). До шлюзу сигнал передається як і звичайні телефонні дзвінки.
При цьому в нього (як і в будь-який інший телефонний сигнал) можуть примішавсяперешкоди. На рівень затримок, а отже, на комфортність і якістьрозмови в режимі телефон - телефон вплив роблять лише пропускнаспроможність ліній зв'язку провайдера інтернет-телефонії і завантаженість мережі
Інтернет на маршруті проходження пакетів. На даний момент, технологічнопроблема якості звуку вирішується шляхом оптимізації затримок на шляхупроходження сигналу. З декількох можливих система вибирається найменшзавантажені маршрути; де це допустимо, підвищується пріоритет голосовихпакетів. Крім того, ні в якому разі не допускається перевантаженнявласних каналів традиційним трафіком. За рахунок цих заходів паузи врозмові вдається зробити практично непомітними навіть в години максимальногозавантаження.
Претендуючи на повноцінний сервіс, фірма, яка пропонує послуги інтернет -телефонії, зобов'язана забезпечити своїм клієнтам можливість подзвонити на будь-якийтелефон світу. Причому для цього зовсім не обов'язково створювати великийкількість шлюзів повсюдно, Інтернет дозволяє провайдерам інтернет -телефонії обмінюватися трафіком, пере адресуючи дзвінки один одному.

Якщо в безпосередній близькості від абонента шлюзу все-таки невиявилося, дзвоник відправляється по звичайних телефонних маршрутах. Однак і вцьому випадку його вартість виявляється істотно нижче вартості прямоготелефонного зв'язку.

3) Комп'ютер - телефон (телефон - комп'ютер)

Встановивши на свій комп'ютер програму інтернет-телефонії,користувач не втратите можливості зв'язатися з не володіють комп'ютеромлюдиною. Навпаки, комп'ютер істотно розширить можливості зв'язку іполегшить дозвон. Щоб повною мірою використовувати можливості інтернет -телефону, необхідно підписатися на послуги провайдера інтернет-телефонії.

Віртуальний офіс

За допомогою інтернет-телефонії можна організувати "віртуальний офіс",зв'язавши через мережу Інтернет представництва фірми в різних містах.
Досить помістити в комп'ютери спеціальні плати розширення (наприклад,
Dialogic), перетворивши їх тим самим у шлюзи, встановити програмнезабезпечення VocalTec і підключитися до Інтернету. Вартість дзвінка в цьомувипадку виявиться еквівалентній лише сумі, виплачуваної провайдеру закористування Інтернетом. Кому б то не було платити заміжнародну/міжміський зв'язок уже не доведеться. Телефонної зв'язком можнаоснастити навіть веб-сторінку. Користувач клацне за посиланням і отримаєможливість поговорити, наприклад, з оператором служби підтримки вашоїфірми. Потрібно сказати, що подібний сервіс доступний тільки відвідувачам,мають на своєму комп'ютері програму інтернет-телефонії або підключаєтьсямодуль (plug-in) до браузеру.

Інтернет-телефонія в Росії

На сьогоднішній день існує досить багато програм для голосовогоспілкування в Мережі. На жаль, не всі один з одним сумісні. Незважаючи нате, що існує загальний стандарт, заснований на рекомендаціях Н.323 ITU
(International Telecommunications Union), більшість розробників, хоча івключають його в нові версії програм, перевагу віддають власнимпротоколам передачі і стиску даних.
Напевно, головним "монстром" інтернет-телефонії є Internet Phoneфірми VocalTec. Internet Phone зберігає дуже гарна якість звуку навітьпри швидкості 14 400, має багатолюдні чат-сервери і сервери конференцій.
Компанія VocalTec, націлюючись на найбільш ємний сегмент ринку,оптимізувала пакет Internet Phone для роботи з модемами V.32bis зшвидкістю передачі 33.6 Кбіт/с, число яких, за даними корпорації IDC, докінця 2000 р. зросте до 80 млн. Одночасно триваєвдосконалення алгоритмів відновлення втрачених пакетів дляпідвищення якості відтворення мови. А впровадження модемів зі швидкістюпередачі 56.6 Кбіт/с дозволяє передавати мову і одночасно працювати зіншими додатками Інтернет.

Інші програми за своїми функціональними можливостями стоять накілька сходинок нижче, однак, і вони іноді демонструють непоганірезультати. Можна відзначити, напевно, перший вітчизняну розробку,інтернет-телефон Easy Talk фірми AMSD. Програма максимально пристосованадо російських проблем телефонних ліній. Ви можете почути голосспіврозмовника навіть при швидкості передачі даних 2400! Причому програмаавтоматично відстежує зміни в лінії, при необхідності знижуючи абопідвищуючи якість звуку. Для вільного спілкування організований чат-сервер. УНайближчим часом планується створити шлюз в міську телефонну мережу.

З систем, добре що працюють на низьких швидкостях, визначенийінтерес може представляти програма Free Tell. Вона приваблює, першза все, маленьким розміром (близько 300 кб) і непоганою якістю звуку.
Важливо й те, що програма розповсюджується безкоштовно.
Не можна не згадати ще одного лідера в області послуг зв'язку комп'ютер -телефон, фірму Net2Phone. Мережею телефонних серверів Net2Phone (порівнянної змережею Delta Three) охоплені практично всі більш-менш розвинені регіони.
Система дозволяє користувачам мережі Інтернет дзвонити на звичайний телефон,не відходячи від комп'ютера (і тільки так: у режимі телефон-телефон система нефункціонує). У програми Net2phone дивно гарна якість звукунавіть на повільних лініях. У цьому легко переконатися, завантаживши останню версіюпрограми. Вона дозволяє безкоштовно телефонувати на телефонні номери,що починаються з 800 і 888 - безкоштовні американські та європейські номери
(ними, як правило, оснащені служби підтримки великих компаній). Передпочатком роботи з програмою потрібно зареєструватися на сервері і вибратисобі ідентифікаційний код. Однак якщо ви захочете отримати можливістьдзвонити на будь-який інший, крім 800-х, телефонний номер, вам доведетьсявідкрити власний рахунок (або придбати дебетову картку), з якого ібудуть стягуватися гроші за кожну хвилину розмови.

Радіомовлення в Інтернет

З'явилося кілька можливих способів застосування звукових потоків у
Інтернет. Майже очевидним стало перенесення систем радіомовлення із звичайногорадіоефіру в цифрові мережі. Тисячі радіостанцій встановили у себе потоковісервери і почали передавати свої звичайні «живі» програми в Інтернет.

Історія радіомовлення нараховує не один десяток років, і тут вжедавно відбувся поділ по жанровому ознакою. Одні радіостанціїпередають тільки новини, коментарі, інтерв'ю, а інші - тільки різнумузику. Чимало радіостанцій працюють в змішаному режимі, тобто регулярнопередають новини, а між ними - тематичні програми. І нарешті,радіостанції так званого іномовлення використовують особливий формат,враховує умови поширення радіохвиль і поясний час у місцяхприйому.

У принципі керівництво радіостанцій прагне забезпечити якістьприйому через Інтернет, по крайней мере, не гірше, ніж за допомогою радіохвиль.
Це означає, що мова бажано передавати в смузі частот до 5-6 кГц, амузику - до 10-12 кГц, причому в стереофонічному режимі, тобто передаватидва канали одночасно.

Однак швидкості передачі звукових потоків до Інтернету для більшостіпотенційних слухачів все ще обмежені, і доводиться йти на деякікомпроміси. Удосконалення алгоритмів кодування дозволило отриматицілком задовільну якість звуку при помірній швидкості передачі. Зурахуванням реального стану справ склався ряд значень швидкостей, що застосовуютьсядля радіомовлення через Інтернет. Хоча новинні та тематичні передачінепогано звучать при швидкості потоку всього 8 Кбіт/с, багато радіостанційвикористовують швидкість 16 Кбіт/с. При такій швидкості добре відтворюється імузика, а для стереофонічною передачі музичні радіостанції використовуютьшвидкість потоку 20 Кбіт/с. Якість відтворення такого сигналу вжеможна визнати відмінним.

Формати передачі звукоданних

Як вже стало зрозуміло з вищевикладеного звук сьогодні єдійсно невід'ємним елементом мультимедійних домашніх сторінок в
Інтернет. Сучасні звукові технології в Інтернет орієнтовані нарішення найрізноманітніших завдань - від мовної передачі звуковихфрагментів у реальному масштабі часу до традиційних систем з розтягнутоюв часі файлами з подальшим їх відтворенням, причомузастосовуються для цього самі різні формати передачі звукоданних.

Сьогодні в розпорядженні користувачів цілий ряд стандартних форматівзвукових файлів:

WAV (від waveform - форма сигналу), або просто wave-файли. Ценайбільш поширений формат звукоданних в комп'ютерах на платформі
IBM/Windows. (При наявності відповідного програмного забезпечення можнавідтворювати WAV-файли на персональних комп'ютерах платформи Macintosh іінших системах);

AU (Sparc-аудіо) є одним з найстаріших звукових форматів для
Інтернет та засоби його відтворення розроблені практично для всіхкомпьютерних платформ;

AIFF (Audio Interchange Format) - формат обміну звуковою інформацією,особливо поширений на платформі Macintosh. Він широко застосовується вмультимедіа-додатках, але не є загальноприйнятим у Web;

MIDI (Musical Instrument Digital Interface) - інтерфейс електроннихмузичних інструментів. Даний формат представляє не оцифрований звук,а ноти та іншу інформацію, за допомогою якої можна потім синтезуватимузику. Формат MIDI має широку підтримку і дозволяє отримати компактніфайли, але в Інтернет корисний лише для обмеженого класу додатків;

MPEG - (Moution Picture Enhancing Group) стандартизоване в ІСО
(стандарти 11172-3 та 13818-3) сімейство форматів різного рівняскладнощі з гнучкими можливостями стиснення аудіо-та відео даних.
У той же час MPEG ще не настільки поширений, як багато хто звиквважати, і розробка і стандартизація MPEG ще не завершена (заразготується новий стандарт MPEG-4). І, незважаючи на хорошу якість і високуефективність передачі, апаратно-програмні засоби кодування ідекодування MPEG поки що не надто поширені.

Звукові файли форматів AU і WAV відтворюються допоміжнимипрограмами та інтегровною модулями, але власна підтримка данихформатів у користувацьких програмах-браузерах (навігаторах) через Інтернет,найбільш поширених сьогодні - Netscape 3.0 і Internet Explorer 3.0відсутня. Якість відтворення формату WAV не настільки гарна, якможна було б очікувати від файлів такого розміру. MIDI-файли можуть апаратновідтворюватися звуковими картами персональних комп'ютерів (такими,наприклад, як SoundBlaster) і за якістю нагадують мелодії, що видаютьсяпростим електромузичні клавішним інструментом.

Якщо необхідний звук професійної якості при високому рівніущільнення, то єдиним вибором є формат MPEG. Він даєприйнятні результати і в тих випадках, коли дуже гарна якістьнеобов'язково, однак такий недолік програмного забезпечення для йоговідтворення, як реалізація тільки у вигляді допоміжних додатків, аНЕ інтегрованих модулів або власних коштів браузерів, нерідкозмушує віддавати перевагу іншим форматів.

Хоча в загальному випадку при завантаженні і відтворення звукових файлівчерез Інтернет слід дотримуватися стандартних форматів, одинпатентований формат заслуговує на особливу згадку. Це RapidTransit фірми
FastMan. У ньому використовується схема адаптивного ущільнення хвильового сигналу.
Наприклад, 30-секундний музичний фрагмент "Hootie and the Blowfish"такої ж якості, яке досягається відтворенням записи з компакт -диска, в неущільненому стані займає об'єм 2,69 Мбайт, а після стиснення вформаті RapidTransit - всього 90 Кбайт. Патентовані формати пропонують те,чого не вистачає багатьом "стандартним" форматів цифрового звуку, а самеможливості організації безперервного потоку даних (тобто передачі вреальному масштабі часу). Потокові звукоданние не потребують дисковогопростору і допускають довільний доступ до будь-якого місця звуковогофайлу.

Тим часом у поточних звукоданних є кілька потенційнихнедоліків.

По-перше, щоб в достатній мірі стиснути звукоданние для поточновойпередачі, доводиться жертвувати якістю звукопередача. По-друге, саміпротоколи Інтернет не пристосовані до безперервного поточному обміну.
Кожен, кому протягом якогось часу доводилося працювати з Інтернет,без сумніву, стикався з періодично виникають затримками.

RealAudio - звук "у реальному часі"

Вперше практична передача звуку через Інтернет у безперервномупоточному режимі була реалізована в розробках фірми Progressive Networks.
На її сайті RealAudio для пересилання безперервних звукоданних допоміжномудодатком браузера, інтегрованим модулю Netscape (Shockwave Xtra) абоелементу керування ActiveX використовується спеціальний програмний сервер.
Завдяки наявності засобів відтворення на всіх основних комп'ютернихплатформах RealAudio є сьогодні найбільш поширеним форматомбезперервної передачі звукоданних в Інтернет.

Формат передачі звукоданних RealAudio (*. ra) сьогодні найпопулярнішийв Інтернет, його використовують більшість великих звукових служб і звуковихсерверів, в Інтернет. В даний час, незважаючи на значнуконкуренцію та архітектурні обмеження, формат RealAudio домінує наринку звукових засобів в Інтернет.

"Бессерверние" методи звукопередача в Інтернет

Багато фірм, які хотіли б зробити доступною через Інтернетзвукову інформацію обмеженого обсягу, не можуть дозволити собі виділитидля цього спеціальний сервер. На щастя, існує ряд рішень,що дозволяють використовувати для цього вже наявний Web-сервер. Одним знайбільш раціональних варіантів реалізації звукової підтримки домашніхсторінок в Інтернет є технологія TrueSpeech компанії DSPG.

Алгоритм кодування звукоданних TrueSpeech створює достатньокомпактні файли, що дозволяє передавати безперервні звукоданние налініях з пропускною здатністю 14,4 Кбіт/с, зберігаючи при цьому таке жякість, як RealAudio. При невеликій буферизації TrueSpeech здатнапередавати потік інтегрованим модулю або допоміжного додатку,функціонуючим в програмному середовищі Macintosh або Windows.

Серед інших популярних "бессерверних" аудіотехнологій можназгадати лише формат ToolVox фірми Voxware. Пропонуючи вражаючийалгоритм роботи, здатний стискати звукові файли з коефіцієнтом 53:1,
ToolVox реалізує безперервну звукопередачу навіть для користувачів
Інтернет, що працюють на лініях з пропускною здатністю 2400 біт/с. Однактаке диво можливе лише для низькоякісної передачі мови. Як повідомляєфірма-розробник у своїй документації, Voxware не підходить для музики інавіть на мовлення іноді дає незадовільні результати.

На тлі абстрактних суперечок про майбутнє Інтернет, про протоколи істандартах, покликаних забезпечити впровадження новітніх технологій, відрадноспостерігати, як одна з них - передача звукоданних - розвиваєтьсяпрактично. Причому в даному конкретному випадку зрозуміло призначенняінформації та відомі її споживачі. Розроблені звукові технологіїмасштабованих, спираються на вже існуючі стандарти і готові до перенесенняв більш швидкісні мережі, як тільки ті стануть реальністю. Тоді по мережібудуть передаватися звукові потоки з якістю CD і без жодних перерв.

Список літератури:

- Новини світу комп'ютерних технологій № 4, 1999 р.
- Network World № 6, 1999 г
- LAN Magazine (Russian Edition)
- Системний Інтегратор// Територіально-розподілені мережі:

вибір технології