Multipresença: Sistema adaptável, escalável e interoperável para comunicação por vídeo, de dispositivos móveis a dispositivos 4K

O GT-Multipresença tem como seu objetivo principal a criação de um sistema de videoconferência que permita a comunicação de forma independente de dispositivo, independente de largura de banda de rede e independente de localização. O título sugere: a) um “sistema adaptável” pois ele se adapta a diferentes larguras de banda e dispositivos (desde dispositivos móveis via 3G até dispositivos com resolução 4K em redes de alta velocidade); b) um “sistema escalável” pois ele suporta o acesso de dois até centenas de usuários; c) “sistema interoperável” pois ele permite comunicação através de diferentes padrões.

O objetivo é a interoperação transparente de pelo menos o seguinte:

Para validar e demonstrar o protótipo pretende-se montar um ambiente híbrido com: transmissão e recepção 4K; Transmissão e recepção Full-HD; sistema de sala; sistema de webconferência em dispositivos desktop; sistema de webconferência em dispositivos móveis; telefone SIP; chat.

Arquitetura do sistema Multipresença

O diagrama da Figura 1 apresenta os principais módulos do sistema, identificando o que já está desenvolvido por outros projetos e o que é proposto como parte do GT. A descrição de cada módulo encontra-se a seguir:

Figura 1. Diagrama simplificado da solução, onde os itens à esquerda representam sistemas já desenvolvidos pelo grupo, enquanto os itens a direita representam módulos desenvolvidos pelo GT

O Sistema MIR é um software financiado pela FINEP, e consiste de pelo menos 4 anos de desenvolvimento. Os módulos deste projeto são reaproveitados pelo GT-Multipresença, principalmente os referentes a transmissão de vídeo em Full-HD (http://inf.ufrgs.br/prav/sim.htm)

O Mconf é um sistema de webconferência desenvolvido pelo PRAV em um outro GT da RNP, e consiste de pelo menos 4 anos de desenvolvimento. O sistema Mconf é utilizado pelo GT-Multipresença em uma integração, permitindo que usuários acessem o sistema através de webconferência, dispositivos móveis e dispositivos SIP (http://mconf.org)

A transmissão de vídeo em ultra alta definição é um desenvolvimento no escopo do GT, e foi desenvolvido durante o primeiro ano de trabalho. Hoje o sistema realiza transmissões em 4K em tempo real a uma taxa média de 25Mbps

O Controle via tablet foi desenvolvido no âmbito do GT durante o primeiro ano de trabalho, e diz respeito ao controle remoto da sala de multipresença. Essa estratégia facilita a usabilidade da sala, pois o dispositivo móvel pode ser utilizado facilmente em diferentes ambientes. Cada sinal pode ser controlado de forma independente, indo para o dispositivo de saída desejado. Por exemplo, em uma transmissão onde se quer privilegiar naquele momento a apresentação, pode-se direcionar a apresentação para a tela maior. O mesmo raciocínio vale para todos os sinais que chegam na sala de Multipresença, independente de onde eles partiram.

O compartilhamento de conteúdos, como apresentações, documentos, fotos e vídeos, é fundamental em muitas reuniões, tanto presenciais quanto remotas, facilitando a visualização das ideias entre os participantes. O GT-Multipresença integrou à sua solução uma ferramenta chamada SAGE2 (http://sage2.sagecommons.org/) que permite o compartilhamento de conteúdos diversos de maneira colaborativa. O SAGE2 pode ser controlado através do tablet de controle do Multipresença, graças à integração desenvolvida pelo grupo durante o primeiro ano de trabalho. Além do SAGE, o projeto também deseja permitir o uso de ferramentas como o google docs integradas ao sistema da sala, para que usuários possam importar seus documentos da nuvem, apresentá-los aos demais participantes e permitir a edição colaborativa durante o uso da sala de Multipresença

A arquitetura da sala de Multipresença permite a inclusão de equipamentos de forma modular, e o lado do cliente pode variar de uma simples televisão, notebook ou dispositivo móvel, até o modelo apresentado na Figura 2 (exemplo de uso), com todos os módulos ativos. A figura mostra um modelo assimétrico, destinado para auditórios, contendo a tela de 4K para ultra-alta definição (no centro em cima), as 3 televisões de telepresença para alta definição (embaixo), e as televisões auxiliares, para menor resolução, apresentações, etc (normalmente a integração com o Mconf).

Figura 2. Arquitetura modular dependendo do local. O exemplo mostra a utilização de 3 TVs de 60” (para telepresença) + uma TV de 80” (para transmissões 4K) + 4 TVs auxiliares (sistemas de sala H.323, sistema de webconferência Mconf, apresentações, transmissões individuais, etc). O número de câmeras pode variar de acordo com a necessidade.

Além do modelo assimétrico mostrado acima, o sistema permite a construção de modelos simétricos, aproveitando vídeo-walls ou criando uma com várias televisões. A Figura 3 mostra um exemplo real de modelo simétrico funcional montado durante o Fórum RNP 2015, em Brasília. O painel possuía 8 TVs Full-HD de 42” e uma TV Ultra-HD de 65”, a demonstração no fórum foi um grande sucesso, e diversos potenciais futuros usuários tiveram a oportunidade conhecer a solução e os benefícios que ela poderá lhes oferecer no futuro.

Figura 3. Primeiro painel completo do Multipresença. As 4 TVs da esquerda mostram o compartilhamento de conteúdos diversos, as 2 TVs inferiores da direita mostra a telepresença, as 2 TVs da direita superiores mostram a integração com Mconf, sendo um vídeo proveniente de um smartphone, outro de sistema de videoconferência de sala, e uma apresentação de slides. Mais a direita um arquivo gravado em 4K sem compressão era transmitido em tempo real de Porto Alegre para Brasília, simulando uma câmera 4K.

Num outro exemplo de uso na área médica, com o controle por tablet descrito anteriormente, é possível ter uma transmissão de cirurgia onde a câmera principal (4K) é encaminhada para a tela maior. O ambiente cirúrgico é enviado para uma das TVs de telepresença em HD. O abdômen do paciente em outra TV de telepresença em HD. O auditório (sinal local) fica na terceira TV de telepresença. As TVs auxiliares podem mostrar sinais adicionais, como a imagem radiológica do paciente, figuras e animações detalhando o procedimento, e também os outros participantes em diferentes locais do mundo. Diversos usos podem ser obtidos com essa liberdade e modularidade proposta. Um exemplo é a criação de um SIG (Special Interest Group) da rede RUTE (Rede Universitária de Telemedicina) em treinamento de videocirurgia. O dispositivo 4K pode apresentar a videocirurgia para os locais que suportam tal banda. As outras telas podem mostrar as imagens de ambiente da sala, abdômen do paciente, imagens radiológicas do paciente, outros participantes, entre outros. Esse sinal pode ser transmitido via streaming para centenas de pessoas via webconferência e sistemas de sala, com menor qualidade, permitindo a visualização e participação de todos quando desejado. Num ambiente de centro de treinamento, as dificuldades de banda de rede diminuem consideravelmente, pois é um ambiente interno ao hospital. Entretanto, a sala deve permitir a transmissão para outros centros no mundo, se adaptando à banda existente. Esse exemplo pode ser repetido para outras aplicações, como ensino remoto, reuniões, etc.

Comunicação e uso de banda

A arquitetura de comunicação entre as diversas salas está definida na Figura 4, que apresenta 4 salas (Porto Alegre, São Paulo, Rio de Janeiro e Brasília) se comunicando em 4K e Full HD. Além disso, a figura mostra uma transmissão via sala cirúrgica e pessoas interagindo através do Mconf, em tablets, dispositivos móveis, desktops, entre outros. O sistema também prevê que sistemas de sala (H.323 e SIP) interajam, bem como salas de telepresença.

Figura 4. Arquitetura de comunicação entre as diferentes salas do GT.

Comunicação Full-HD / Telepresença: a Figura 4 mostra a comunicação Full-HD genérica conectando 4 salas de Multipresença (POA, SP, RJ e BSB). Todas as comunicações acontecem nas 3 TVs de telepresença. A comunicação entre as salas pode ser feita tanto em multicast como em unicast. No âmbito do GT-Fase 2 pretende-se produzir um sistema de telepresença que conecte até quatro salas do GT sem necessidade de MCU. A comunicação com outros sistemas comerciais de telepresença será um passo futuro, mas a base para essa integração já será estabelecida durante o fase 2. O objetivo nesse momento é obter conhecimentos de montagem de sala, som espacial, posicionamento de câmeras, e outros que fazem a chamada “telepresença”. Em termos de banda de rede, supondo 4 Mbit/s para cada fluxo Full-HD, uma sala transmissora pode enviar até 12 Mbit/s (um para cada câmera) e receber até 12 Mbit/s (um para cada TV).

Comunicação 4K: a Figura 4 mostra uma sala de cirurgia com transmissão 4K que chega na TV de 80” das salas do GT. Supondo que cada fluxo 4K seja em média de 25 Mbit/s, cada sala com TV 4K teria que ter banda suficiente para receber também esses 25Mbit/s.

Comunicação SD: a comunicação SD é feita através do Mconf. A Figura 4 mostra as diversas alternativas de integração. Na imagem de Porto Alegre pode-se ver algumas atividades já concluídas pelo GT, como a apresentação e o pod de vídeos do Mconf apresentados em múltiplas telas. No lado direito da figura pode-se ver que o sistema também suporta integração com quem tem pouca largura de banda (através do Mconf), está em trânsito (acessa via dispositivo móvel) ou quer participar a partir de um sistema de sala (tipo Polycom ou Cisco) ou navegador web.

Galeria

A seguir são mostrados algumas imagens e vídeo das principais demonstrações do sistema realizadas em 2015.