Telepoly - phase 1
par Bruno DUFRESNE, Département d'électricité,
Laboratoire de Télécommunications, e-mail: dufresne@tcom.epfl.ch
Table des matières
Introduction
Les deux Ecoles Polytechniques Fédérales de Lausanne (EPFL)
et Zürich (ETHZ) ont décidé de développer leur
collaboration à travers l'introduction du télé-enseignement
(enseigner et apprendre au delà des distances en utilisant des moyens
de communications modernes). Le télé-enseignement devrait
permettre d'utiliser plus efficacement les ressources d'enseignement de
part et d'autre et aider à amenuiser la séparation géographique
entre ces deux établissements.
Organisation
Le projet Telepoly a été planifié en trois phases.
Phase 1, semestre d'hiver 95/96
Des séminaires en anglais, présentés par des intervenants
invités, ont été transmis alternativement de l'EPFL
et de l'ETHZ. Cinq sessions ont eu lieu. Les exposés proposés
concernaient le domaine des réseaux ou du multimédia et ont
été organisés conjointement par:
- le Laboratoire de Télécommunications, TCOM-EPFL;
- l'Institut für Technische Informatik und Kommunikationnetze, TIK-ETHZ;
- l'Institut für Informatik, Universität Zürich.
Phase 2, semestre d'été 96
Le cours de Téléinformatique 1 donné à l'EPFL
en anglais chaque semaine par la professeur Le Boudec, pour les étudiants
en sixième semestre de la section Système de Communication,
est retransmis, à l'aide de l'infrastructure Telepoly, à Zürich.
Phase 3, semestre d'hiver 96/97
Un cours en allemand donné aux étudiants de première
année en électricité à l'ETHZ sera aussi accessible
aux étudiants de l'EPFL.
Réseau
Afin de mettre en place une plate-forme utilisant les dernières technologies
à disposition, nous avons décidé d'utiliser le réseau
ATM de Swiss Telecom PTT. Aujourd'hui le débit offert est de 34 Mbits/s.
Ce débit sera porté à 155 Mbit/s ce qui permettra des
scénarios très intéressants.
L'équipement
Il nous a fallu choisir parmi neuf solutions proposées. Bien souvent
les configurations étaient très compliquées (stations
de travail + applications,...). La solution offerte par K-NET (avec des
boitiers Cell stack) a été retenue. C'est la configuration
la plus simple (pousse bouton) qui permet de faire de l'acquisition audio
et vidéo, ainsi que la réception audio et vidéo, et
de l'envoyer à travers le réseau ATM.
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Scénario
Scénario minimum
Le professeur doit pouvoir être vu et entendu par les sites local
et distant. Son support de cours (transparents sous forme de fichier informatique)
devra être visible de part et d'autre bien évidemment. Ceci
nous donne donc les impératifs suivants:
Pour la vidéo
Le site principal (EPFL ou ETHZ) doit pouvoir envoyer un flux vidéo
(25 images/secondes) vers le site distant (ETHZ ou EPFL), recevoir un flux
vidéo (25 images/secondes) du site distant afin de permettre aux
étudiants distants de voir le professeur et au professeur de voir,
et surveiller, sa classe distante.
Pour l'audio
Un flux audio bi-directionnel, de qualité CD, doit être établi
en permanence, sans écho, entre les deux établissements afin
de transmettre la voix du professeur et de permettre à tous les élèves,
en local ou distants, de poser des questions.
Pour le support de cours
Les documents utilisés au cours de ces conférences sont des
fichiers informatiques, de préférence des documents Power
Point. Ils sont affichés en local sur un rétroprojecteur de
type BARCO retransmis via le réseau grâce à un Macintosh
et à l'application Timbuktu.
Scénario complet
Pour la vidéo
Le site principal doit pouvoir envoyer trois flux vidéos vers le
site distant et en recevoir deux flux vidéos. Les trois flux vidéos
qui pourront être envoyés sont les suivants:
- la vue du professeur,
- la vue de la classe (ou un gros plan de l'étudiant qui pose une
question),
- l'image d'une caméra document (utilisée par le professeur
lorsqu'il a besoin de montrer des notes manuscrites).
Les deux flux qui pourront être reçus sont les suivants:
- une vue générale de la classe,
- un gros plan de l'étudiant qui pose une question.
Les contraintes concernant l'audio et le support de cours restent inchangées
par rapport au scénario minimal.
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Configuration retenue
La configuration retenue est dépendante des scénarios que
nous avons prévus pour la télé-conférence ou
le télé-enseignement.
Acquisition audio et vidéo
La configuration choisie est modulaire et se décompose comme suit
(Figure 1 et 2):
Figure 1: vue de face
Figure 2: vue arrière
Chaque module secondaire possède une fonction audio (entrée
& sortie), une fonction vidéo (entrée & sortie). Chaque
module est relié à son prédécesseur par l'intermédaire
du bus se trouvant à l'arrière des boitiers Cell Stack.
Le module principal possède une fonction supplémentaire qui
est la fonction réseau. Il est possible de disposer d'une configuration comprenant jusqu'à cinq modules (1+4) et ce, avec un seul accès
au réseau ATM.
Avec la configuration choisie, nous pouvons donc avoir jusqu'à trois
flux audio et vidéo bi-directionnels.
Equipement vidéo
Caméra
Afin de pouvoir garantir de bonnes prises de vues dans tout l'auditoire
(EL1), nous avons installé trois caméras (idem du côté
Zürichois). L'une d'elle est montée sur un caméraman.
C'est un dispositif qui permet de suivre automatiquement les déplacements
éventuels du professeur. Les deux autres sont des caméras
vidéo montées sur pied qui filment, chacune, la moitié
de l'auditoire (Figure 3). Durant la session des questions, le professeur
ou le régisseur, devra sélectionner, si besoin, l'une ou l'autre
de ces caméras afin que le site distant puisse voir la personne qui
pose la question.
Figure 3: l'auditoire EL1
Ecran
En plus du BARCO, déjà installé dans l'auditoire, nous
avons intallé deux grands moniteurs. Le permier permet de visualiser,
sur le site local, le flux vidéo que l'on envoie vers le site distant.
Le second permet de voir le flux vidéo en provenance du site distant.
Le BARCO permet d'afficher, selon le choix de l'orateur principal ou du
régisseur, les transparents de l'orateur ou nimporte quel flux vidéo.
Equipement audio
L'équipement audio se résume à 2 micros sans fil. Le
premier est destiné au professeur et l'autre est utilisé par
l'assistance durant la session de questions.
Equipement réseau
Pour les besoins de ce projet deux accès au réseau ATM ont
été installés dans l'auditoire EL1. L'un permet de
connecter les boitiers Cell Stack, l'autre, si besoin est, de connecter
le Macintosh sur le réseau ATM. Ces accès ATM sont de type
STM-1 avec un débit pouvant aller jusqu'à 155 Mbit/s. La Figure
4 montre l'infrastructure de bout en bout ATM utilisée dans le cadre
du projet Telepoly.
Figure 4: le réseau utilisé par Telepoly
Equipement informatique
Un PowerMac 7200 a été acheté dans le cadre de ce projet.
Il peut être connecté soit au réseau ethernet soit au
réseau ATM. Les applications Timbuktu et PowerPoint ont été
installées sur ce Mac.
PowerPoint est l'application de présentation des documents qui a
été retenue pour ce projet.
Timbuktu permet d'envoyer, ou de recevoir, par le réseau, la copie
de l'écran utilisé par le professeur au cours de sa présentation.
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Réglage et mise au point
Configuration du réseau ATM
Les tous premiers tests réseau des boitiers Cell Stack ont été
réalisés sur le réseau LAN ATM du Laboratoire de Télécommunication.
Le premier essai a vite été concluant. Trouver la configuration
adéquate pour utiliser ces équipements sur le réseau
public ATM de Swiss Telecom PTT nous a demandé un certain temps.
En effet, le trafic réseau émis par les boitiers Cell Stack
ne correspondait absolument pas aux spécifications exigées
par Swiss Telecom PTT. Il a donc fallu, à l'aide du commutateur ATM
FORE, faire en sorte que le signal partant vers le réseau ATM de
Swiss Telecom PTT soit accepté dans sa totalité (limitation
de la bande passante et espacement des cellules ATM). Aujourd'hui chaque
flux vidéo utilise entre 10 et 15 Mbits/secondes de bande passante,
l'audio n'utilisant que 1,7 Mbits/seconde. La prochaine mise à jour
du logiciel des boitierts Cell Stack devrait permettre de diminuer la largeur
de bande nécessaire à la vidéo.
Configuration vidéo
Une configuration vidéo standard a été difficile à
trouver car chaque orateur, avait ses exigences spécifiques. Néanmoins
après 5 séances d'essai nous avons pu arriver à la
configuration présentée à la Figure 3. Mis à
part le positionnement des caméras et des moniteurs nous avons été
confrontés à un problème lié à l'éclairage
de l'auditoire. En effet, plus la lumière est présente dans
l'auditoire, meilleure est la définition de l'image, donc la qualité,
mais plus élevé est le débit du flux vidéo.
Il faut donc tenir compte de l'éclairage pour les réglages
finaux.
Conclusion
Les deux Ecoles Polytechniques Fédérales Suisses disposent
désormais d'un outil de télé-enseignement trés
performant (chaque flux vidéo est transmis à 25 images par
secondes, le son est de qualité CD et le retard est inférieur
à la demi-seconde). Ceci permet aux étudiants de suivre des
télé-conférences avec un niveau de qualité et
de confort bien supérieur à ce qu'il est possible de trouver
actuellement sur le réseau internet, avec Mbone, ou sur le réseau
SwissNet (ISDN). Tous les tests ainsi que les premières télé-conférences
ont été jugés très encourageants par tous. Reste
désormais aux professeurs de bien se familiariser avec ces nouveaux
outils.
Aujourd'hui, il n'y a pas de salle dédiée pour ce genre d'enseignement,
mais si tel était le cas, la mise en route d'une session de télé-enseignement
de ce genre, dans une salle dédiée, prendrait le temps nécessaire
au Macintosh de s'allumer, soit quelques dizaines de secondes, les boîtiers
Cell Stack s'initialisant eux en quelques secondes. En ce qui concerne les
professeurs, leur formation nécessaire, s'ils connaissent déjà
le monde Macintosh, prendra quelques minutes.
La mise en oeuvre de ce projet n'aurait pu être menée à
bien sans l'aide précieuse de Claude Waeber (SG-DE) pour la partie
audio et vidéo, à Mireille Goud (SIC) pour les problèmes
réseau avec les PTT, mes collèques Laurent Jaussi et Simon
Znaty ainsi que nos complices zürichois Marküs Brunner et Thomas
Walter, tous deux au laboratoire TIK