CESNET získal ocenění Česká hlava v kategorii Industrie za přenos obrazu a zvuku s minimálním zpožděním

Praha 5. prosince 2022. Sdružení CESNET obdrželo titul Česká hlava, nejvyšší tuzemské vědecké ocenění. Odborná komise vyznamenala jeho řešení pro přenosy obrazu a zvuku přes počítačovou síť na velké vzdálenosti s mimořádně malým časovým zpožděním. Cenu Industrie společnosti IDEA StatiCa, která se v rámci soutěže Česká hlava uděluje za nejlepší podnikovou inovaci, převzal během včerejšího slavnostního galavečera v Praze vedoucí Oddělení technologií pro síťové aplikace sdružení CESNET dr. Sven Ubik, jehož tým oceněné řešení vytvořil.

Zařízení pojmenované MVTP (Modular Video Transmission Platform) umožňuje přímou distanční spolupráci v oblastech kriticky citlivých na zpoždění komunikace, například v živé kultuře.
„Naším cílem bylo přinést nové možnosti spolupráce, vzdělávání, interpretace a prezentace v kultuře. Chtěli jsme poskytnout více možností komunikace mezi umělci, učiteli a studenty, podpořit inovativní způsoby kulturní výměny na evropské úrovni a zároveň nabídnout atraktivní prezentaci hudby pro mladou generaci, abychom ji přitáhli do světa klasiky,“ říká Sven Ubik.

Obvyklé zpoždění neboli latence videokonferencí se pohybuje okolo 200 milisekund a neumožňuje distanční spolupráci v živé kultuře. Samotné zpoždění šíření signálu v optických sítích v evropském měřítku dosahuje 10 až 20 milisekund, což je na samé hranici použitelnosti pro souhru hudebníků na dálku. Vznikla proto myšlenka vytvořit zařízení pro přenosy obrazu a zvuku, které by dokázalo pracovat s minimálním přidaným zpožděním. Výsledkem je přenosové zařízení, které snižuje zpoždění vysílače a přijímače včetně komprese a dekomprese obrazu na 1 až 3 milisekundy. Kvalita obrazu přitom překračuje standard HDTV produkce. Obdobný výrobek není na světovém trhu k dispozici.

Zařízení sdružení CESNET umožňuje zcela novou formu spolupráce a kulturní výměny, šetří čas i cestovní náklady. Příkladem je propojení cenných historických hudebních nástrojů na dálku anebo distanční souhra hudebníků s varhaníkem, jehož nástroj nelze přemísťovat.

„Komunikace mezi hudebníky napříč Evropou je významná pro sdílení různých interpretací a obohacování zkušeností. Jde o součást evropského nehmotného kulturního dědictví,“ vysvětluje Sven Ubik a dodává: „Otevírá se před námi široké spektrum možností. Například je reálné pořádat přijímací zkoušky na dálku, které mohou zvýšit kvalitu programu Erasmus, protože odpadne současná praxe zasílání zvukových záznamů, případně uchazeči nebudou muset utrácet za cesty na velké vzdálenosti.“

Hudební sféra není jedinou, ve které zařízení MVTP nachází uplatnění. Nízkolatenční přenosy byly využity pro distanční vyšetření hlasu, pro přenosy lékařských operací s možností komunikace s chirurgem anebo pro distanční spolupráci s využitím sdílených 3D modelů. Technologie umožnila přeshraniční spolupráci mezi institucemi, byla využita na mezinárodních workshopech NPAPW o podpoře spolupráce v živé kultuře i během projektů nadnárodních akademických internetových sítí, jakými jsou GÉANT v Evropě, Internet2 v USA a APAN v Asii.

Realizace hudebních představení je přesto nejčastější. V poslední době šlo například o koncert pořádaný začátkem července u příležitosti zahájení předsednictví České republiky v Radě EU, který symbolicky propojil Českou republiku a Belgii. Koncert proběhl současně v sále HAMU v Praze a v prostorech LUCA School of Arts v Lovani.

Technologie MVTP propojila i české hudebníky v Praze a slovenské hudebníky v Košicích při společném benefičním koncertu na pomoc Ukrajině v březnu letošního roku. Na koncertu byly použity tři souběžné nízkolatenční obrazové přenosy. Jiný koncert spojil hudebníky v průběhu festivalů Pražské klarinetové dny na HAMU v Praze a Sommerakademie na Univerzitě hudebních a dramatických umění ve Vídni.
V roce 2020 CESNET realizoval koncert k uctění památky faráře Josefa Toufara. Technologie umožnila společné představení hudebníků ve čtyřech kostelech v Praze symbolicky orientovaných na ramenech pomyslného kříže. Při příležitosti udělení Ceny Václava Havla za lidská práva v roce 2018 byl uspořádán koncert propojující hudebníky a publikum mezi Prahou a Bratislavou. V roce 2016 technologie umožnila společné představení dvou varhaníků, Jaroslava Tůmy v Brně a Jona Skogstada v Trondheimu, na vzdálenost více než 2 tisíc kilometrů.

Za příspěvek ke spolupráci v živé kultuře v evropském měřítku byly technologie MVTP a její využití v roce 2020 oceněny organizací Europa Nostra a Evropskou komisí cenou Europa Nostra Award / Creative Europe Award.

Vývoj zařízení MVTP proběhl v České republice v rámci projektů Distanční spolupráce v uměleckém vzdělávání s využitím moderních přenosových technologií (TL01000106) a Zařízení pro nízkolatenční přenosy obrazu ve formátu JPEG XS (FW01010230), podpořených Technologickou agenturou ČR v programech ÉTA a TREND, a také ve vlastním výzkumu a vývoji sdružení CESNET. Na uvedených projektech CESNET spolupracoval s Hudební a taneční fakultou Akademie múzických umění v Praze a společnostmi DISK Systems a AV MEDIA.

Jak funguje MVTP

Jde o samostatné zařízení, tedy bez PC a softwaru, které je snadno použitelné i pro pracovníky mimo odvětví IT. Je založené na programovatelném hradlovém poli FPGA a využívá unikátní řešení přijímače s nízkou latencí, tvořené obvodovým zapojením na desce plošných spojů a číslicovým návrhem v jazyce VHDL.
Jednotka umožnuje přenášet obraz podle varianty v rozlišení HD nebo 4K s kompresí typu TICO nebo JPEG XS. Přenos je vždy obousměrný. V porovnání s PC a softwarem má zařízení vysokou energetickou účinnost a umožňuje trvalý provoz i v plné zátěži při využití pasivního chlazení. Je proto zcela tiché a vhodné pro koncertní síně či nahrávací studia.

  
Zařízení MVTP pro nízkolatenční přenosy

Další příklady využití zařízení jsou na stránce: http://mvtp.cesnet.cz

Oceněný tým Oddělení technologií pro síťové aplikace sdružení CESNET (zleva: Jiří Melnikov, Matěj Bartík, Sven Ubik, Jakub Halák, Martin Kolbe)

Sdružení CESNET bylo založeno v roce 1996 vysokými školami a Akademií věd ČR. Jeho cílem je provoz a rozvoj ICT služeb, které tvoří národní e-infrastrukturu pro výzkum, vývoj a vzdělávání e-INFRA CZ. Nedílnou součástí aktivit je také výzkum a vývoj v oblasti informačních a komunikačních technologií. CESNET je aktivním partnerem v řadě zahraničních výzkumných infrastruktur, jako jsou panevropská síť pro výzkum, vývoj a vzdělávání GÉANT, evropská gridová infrastruktura EGI.eu a evropská infrastruktura pro otevřenou vědu EOSC. Více na www.cesnet.cz, www.e-infra.cz. 

Česká hlava je největší projekt pro rozvoj české vědecké a technické inteligence. Vznikl v roce 2002 z iniciativy intelektuálů v čele s Arnoštem Lustigem a profesorem Antonínem Holým. Česká hlava není jen nejvyšší vědecké ocenění, ale i řada vzájemně provázaných projektů, jejichž cílem je popularizace vědy, výzkumu a vzdělávání u široké veřejnosti, ale i pomoc při utváření vhodných podmínek pro efektivní propojení výzkumu s výrobní praxí a nastavení takových podmínek, které tuto synergii umožní a podpoří. Laureátům je ocenění Česká hlava za vědu, výzkum a inovace předáváno v několika kategoriích. Více na: www.ceskahlava.cz.

Vývoj zařízení MVTP proběhl v České republice v rámci projektů Distanční spolupráce v uměleckém vzdělávání s využitím moderních přenosových technologií (TL01000106) v programu ÉTA a Zařízení pro nízkolatenční přenosy obrazu ve formátu JPEG XS (FW01010230) v programu TREND, podpořených Technologickou agenturou ČR.