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Sistemas Multimídia por Wandreson Luiz Brandino wandreson.com

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Apresentação em tema: "Sistemas Multimídia por Wandreson Luiz Brandino wandreson.com"— Transcrição da apresentação:

1 Sistemas Multimídia por Wandreson Luiz Brandino wandreson.com

2 Sistemas Multimídia n Sumário –Introdução –Conceitos Básicos Dados Discretos (texto e imagem) Dados Contínuos (áudio e vídeo) –Aplicações Multimídia Stand-Alone

3 Sistemas Multimídia n Sumário (cont.) –Aplicações Multimídia Distribuídas Vídeo-Conferência Vídeo sob Demanda Correio Eletrônico Multimídia Sistemas de Autoria –HTML puro –FrontPage –Meios Ópticos de Armazenamento

4 Sistemas Multimídia n Sumário (cont.) –Compressão de Dados –Camada de Transporte –Camada de Redes –Qualidade de Serviço –Sincronização Multimídia –Modelos Hipermídia –Outros

5 Sistemas Multimídia Objetivos do Curso n Fornecer uma visão teórica e prática da área de multimídia stand-alone e distribuída, abordando aspectos relativos ao armazenamento, transmissão e apresentação da informação multimídia. n Identificar os requisitos básicos para o processamento das informações multimídia

6 Sistemas Multimídia 1. Introdução n O que é Multimídia? –Tecnologia interdisciplinar que permite a manipulação e integração, em computador, de diversos formatos de mídia (textos, imagens, áudio e vídeo).

7 Sistemas Multimídia 1. Introdução n A multimídia só se tornou uma realidade graças ao avanço em diversas áreas da computação: –Novas Interfaces Gráficas –Grande capacidade de armazenamento –Novas rede de alta velocidade

8 Sistemas Multimídia 1. Introdução n Sistemas Multimídia são um conjunto de Hardware e Software que possibilitam: criar, manipular, armazenar, transmitir e exibir informações de diversas natureza, como: texto, gráficos, imagens estáticas, voz (áudio) e vídeo

9 Sistemas Multimídia 1. Introdução n As aplicações multimídia são divididas em dois grandes grupos: –Multimídia Distribuída –Multimídia não-distribuída (Stand-Alone)

10 Sistemas Multimídia 1. Introdução n Multimídia Distribuída: –Executadas com o auxílio de redes de computadores. –As informações estão distribuídas em redes de computadores, podendo estar armazenada em diversos servidores com o objetivo de compor uma única apresentação multimídia

11 Sistemas Multimídia 1.1 Multimídia Distribuída n Cenário clássico de aplicações multimídia distribuídas:

12 Sistemas Multimídia 1.2 Multimídia Stand-Alone n Nas aplicações multimídia Stand-Alone, todos os dados para a manipulação e apresentação dos dados multimídia encontram-se em uma única máquina.

13 Sistemas Multimídia 1.3 Aplicações n Várias aplicações podem ser vislumbradas a partir da união de multimídia + comunicação: –Apresentações Multimídia –Vídeo Conferências –Aprendizado à Distância –Trabalho Cooperativo –Difusão de programas de áudio e vídeo

14 Sistemas Multimídia 1.3 Aplicações –Sistemas de Informação –Tele-diagnóstico Médico –Catálogos de Venda –Correios Eletrônicos Multimídia –Publicidade –Turismo –Escritório –Etc

15 Sistemas Multimídia 1.4 Sistema de Comunicação n As novas aplicações multimídia afetam profundamente as arquiteturas de comunicação clássicas como OSI e TCP/IP n Novos mecanismos de sincronização, multicasting, garantia de retardo (delay) e jitter são fundamentais nessa nova estrutura

16 Sistemas Multimídia 1.5 Perspectivas n A área de multimídia distribuída é uma área nova e ainda com muito a ser explorada. n Uma série de novas aplicações ainda estão por vir assim que os problemas de infra-estrutura, sobretudo nas redes de computadores, forem solucionados.

17 Sistemas Multimídia 2. Conceitos Básicos n Os dados multimídia podem ser divididos em dois grupos: n Dados Discretos –Não variam com o tempo Ex: Texto, gráficos e imagens estáticas n Dados Contínuos –Variam com o tempo Ex: Áudio e Vídeo

18 Sistemas Multimídia 2.1 Dados Discretos n Alta sensibilidade a erros n Baixa sensibilidade a atrasos (delay) e variação do retardo (jitter) n Vazão (throughput) variável n Tráfego em rajada (bursty traffic)

19 Sistemas Multimídia Textos e Gráficos n Textos e Gráficos não suportam erros n Podem tolerar algum retardo (delay) e variação do retardo (jitter) n Nos sistemas distribuídos, em caso de erros, é necessário a retransmissão do dado n Vazão baixa, em torno de 3 Kbytes e em tráfego em rajadas

20 Sistemas Multimídia Imagens n Exploram a baixa sensibilidade à distorção e os limites de contorno do sistema visual humano n Aceitam uma porcentagem de erro dependendo da qualidade, um pixel perdido em uma imagem de 320x240 pode não representar perda na sua legibilidade

21 Sistemas Multimídia Imagens n Imagens são caracterizadas basicamente por dois atributos: –Resolução espacial ou dimensões, expressas na forma de pixel x pixel –Pela quantidade de cores 1 bit, 2 cores 8 bits, 256 cores 24 bits, 16 milhões de cores

22 Sistemas Multimídia Imagens n Requisitos de armazenamento maiores do que os textos –Uma imagem de 320 x 240 pixels, com 256 cores (8 bits) é da ordem de 75 Kbytes –Uma imagem de 1024 x 768 pixels, com 16 milhões de cores (24 bits) é da ordem de 2 Mbytes

23 Sistemas Multimídia Imagens n Imagens podem ser do tipo: –Raster São descritas como uma mapa de pontos –Vector São descritas matematicamente

24 Sistemas Multimídia Imagens n Existem vários formatos de imagem:

25 Sistemas Multimídia 2.2 Dados Contínuos n Incluem o fator tempo n Enorme espaço de armazenamento n Severas restrições de desempenho, tráfego e sistemas de arquivos n Seus principais representantes são: –Áudio –Vídeo

26 Sistemas Multimídia Áudio n Voz e Áudio digital são bastantes sensíveis ao retardo máximo de transferência (delay) e à variação do retardo (jitter) n Esta característica é crítica principalmente em sistemas de tempo- real ou simplesmente no prazer de ouvir um CD no computador

27 Sistemas Multimídia Áudio n Retardos maiores que 200 ms incomodam os interlocutores n Os padrões de telefonia estipulam 40 ms para distâncias continentais e 80 ms para distâncias intercontinentais

28 Sistemas Multimídia Áudio n Exemplos de aplicações e a sua respectiva banda passante necessária

29 Sistemas Multimídia Vídeo n Vídeo é a mídia de maior demanda de armazenamento. –Um vídeo com qualidade NTSC não- comprimido de 512 x 480 pixels, 24 bits de cor requer um espaço de 5,6 Mbits. –A uma amostragem de 30 quadros por segundo, significa uma vazão de 168 Mbps

30 Sistemas Multimídia Vídeo n Requisitos de armazenamento

31 Sistemas Multimídia Vídeo n Fica claro que técnicas de compressão precisam ser utilizadas n Existem técnicas de compressão –com perda –sem perda n A técnica utilizada vai depender da aplicação em questão

32 Sistemas Multimídia Vídeo n Aplicações médicas por exemplo não vão permitir que se perca um bit se quer n Já aplicações de vídeo-conferência toleram taxas de erro em função do sistema visual humano

33 Sistemas Multimídia 3. Aplicações Multimídia Distribuídas n As aplicações multimídia distribuídas são classificadas pelo ITU-T da seguinte forma:

34 Sistemas Multimídia 3.1 Classificação do ITU-T n Serviços Conversacionais –Presença simultânea dos participantes Ex: Vídeo-Conferência ou vídeo-fonia –Não existe a necessidade de armazenamento dos dados em nós intermediários

35 Sistemas Multimídia 3.1 Classificação do ITU-T n Serviços de Mensagens –Utiliza esquemas de armazena-retransmite (store-forward) Ex: Correio Eletrônico Multimídia n Serviços de Recuperação –Serviços sob demanda Ex: Vídeo sob Demanda, imagens de alta qualidade ou requisição de músicas

36 Sistemas Multimídia 3.1 Classificação do ITU-T n Serviços de distribuição sem controle –São serviços de difusão (broadcasting) via rede de computadores –Não há nenhuma interação –Usuários não tem controle do início e do término da informação apresentada Ex: Programas de TV e áudio

37 Sistemas Multimídia 3.1 Classificação do ITU-T n Serviços de distribuição com controle –São basicamente os mesmos serviços de distribuição sem controle, a menos de que o usuário tem o controle do início da transmissão –??????

38 Sistemas Multimídia 3.2 Exemplos de aplicações n Conferências Multimídia (Vídeo Conferência) n Trabalho Cooperativo (CSCW) n Vídeo Sob Demanda n Correio Eletrônico Multimídia n Apresentações Multimídia Distribuídas

39 Sistemas Multimídia Vídeo Conferência n Será dado ênfase ao sistema SCM - Um Sistema de Vídeo Conferência para Windows 95/NT desenvolvido no Laboratório de Pesquisas em Redes e Multimídia (LPRM) da UFES n Analisaremos alguns sistemas existentes n Utilizaremos em laboratório o Microsoft NetMeeting

40 Sistemas Multimídia Vídeo Conferência (Introdução) n O que é? –É um ambiente onde os participantes, geograficamente distribuidos, podem compartilhar áudio, vídeo e dados discretos de forma integrada –Conferência multimídia não é só transmissão de áudio e vídeo

41 Sistemas Multimídia Vídeo Conferência (Introdução) n Vantagens –Economia com viagens –Economia de tempo e dinheiro –Discussão rápida entre pessoas distantes, agilizando o processo de tomada de decisões (reuniões virtuais)

42 Sistemas Multimídia Vídeo Conferência (Introdução) n Objetivo –Protótipo de um sistema de conferência multimídia –Funcionalidades básicas para um ambiente de suporte à reuniões virtuais n Motivação –Plataforma Windows x Unix –Domínio da tecnologia –Manipulação de mídias contínuas

43 Sistemas Multimídia Características Desejáveis n Recomendações F.730, T.120 e H.320 do ITU-T –Ambiente de reunião virtual –Transmissão de áudio e vídeo –Manipulação de documentos compartilhados –Suporte à votação –Gravação –Segurança –Compressão –Transmissão Multicasting

44 Sistemas Multimídia Sistemas Existentes n CU-SeeMe (Cornell University) n IVS (INRIA) n nv - Network Vídeo (Xerox PARC) n TVS (PUC-Rio) n vic, vat, wb e sd (Lawrence Berkeley Laboratory and University of California at Berkeley)

45 Sistemas Multimídia CU-SeeMe n Ambiente Windows/Machintosh n Necessita de uma máquina UNIX para hospedar o programa responsável pela distribuição dos dados n Sistema centralizado n Manipula áudio/vídeo e uma área de chat público

46 Sistemas Multimídia CU-SeeMe n Configuração de uma conferência baseada em reflector Usuáriio 2Usuário 3 Reflector lector Usuáriio 1

47 Sistemas Multimídia CU-SeeMe

48 Sistemas Multimídia IVS n Ambiente UNIX n Segue os padrões de codificação de áudio e vídeo do ITU-T n Gravação de trechos da conferência n Mecanismo de segurança por chave pública n Utiliza a Infra-estrutura de comunicação do Mbone n Manipula áudio e vídeo

49 Sistemas Multimídia IVS

50 Sistemas Multimídia nv n Ambiente UNIX n Utiliza o protocolo RTP (Real Time Protocol) e o Mbone n Manipula somente vídeo

51 Sistemas Multimídia nv

52 Sistemas Multimídia TVS n Ambiente UNIX n Segue as normas do ITU-T n Utiliza o TCP/IP n Manipulação de áudio e vídeo n Manipulação de documentos compartilhados baseada no MCA (Modelo de Contextos Aninhados) n Troca de mensagens entre os participantes n Votação

53 Sistemas Multimídia TVS

54 Sistemas Multimídia vic, vat, wb e sd n Ambiente UNIX n Utilizam a infra-estrutura de comunicação do Mbone n O vic é um sistema de transmissão de vídeo com várias opções de configuração de imagens e formatos de compressão

55 Sistemas Multimídia vic, vat, wb e sd n O vat é um sistema de transmissão de áudio. O controle de acesso à fala é através de inscrição em lista n O wb é uma ferramenta de trabalho cooperativo (parecida com o PaintBrush). A manipulação é feita por apenas um participante a cada vez n O sd é um sistema que permite integrar o vic, vat e o wb e divulgar as conferências. Não implementa a sincronização de áudio e vídeo

56 Sistemas Multimídia vic

57 Sistemas Multimídia vat

58 Sistemas Multimídia wb

59 Sistemas Multimídia sd

60 Sistemas Multimídia Arquitetura SCM SCM - Sistema de Conferência Multimídia Segurança Rede MCS (Multipoint Communication Service)Ponto-a-Ponto MFTP Chat Controle VídeoÁudioCSCW Votação

61 Sistemas Multimídia Módulos do SCM n Módulo de Controle –Criação de Conferências –Inclusão de usuário em conferências já existentes –Manutenção da relação de participantes –Controle de concorrência para vídeo, trabalho cooperativo, votação e transferência de arquivos

62 Sistemas Multimídia Módulos do SCM n Módulo Servidor de Conferências (SC) –Manutenção das conferências públicas ativas e seus participantes –Manutenção destas informações para acesso via Web e SCM

63 Sistemas Multimídia Módulos do SCM n Módulo de Áudio e Vídeo –Implementa os serviços audio-visuais –Interface entre os dispositivos de entrada (câmera e microfone) com o SCM

64 Sistemas Multimídia Módulos do SCM n Módulo de Chat –Comunicação via teclado, muito útil quando um dos participantes não tem recursos de áudio ou a rede está congestionada –Não existe controle de vez

65 Sistemas Multimídia Módulos do SCM n Módulo de Trabalho Cooperativo –Disponibiliza uma área comum de trabalho –Possibilidade de desenhar e escrever nesta área –Emprega controle de concorrência por inscrição em lista

66 Sistemas Multimídia Módulos do SCM n Módulo de Votação –Responsável pela criação e apuração dos resultados de uma votação –A votação é aberta e o voto é obrigatório

67 Sistemas Multimídia Módulos do SCM n Módulo de Transferência de Arquivos (MFTP) –Troca de arquivos entre todos os participantes da conferência –Utiliza a estrutura de comunicação Multicasting

68 Sistemas Multimídia Módulos do SCM n Módulo de Segurança –Senha para entrar na conferência n Módulo de Multicasting –Responsável por minimizar o tráfego na rede, através de configuração manual de roteamento

69 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Iniciando uma Sessão n Criando uma conferência

70 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Informações Pessoais

71 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Membros da Conferência

72 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Conectando-se a uma conferência

73 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Conferências Públicas Disponíveis

74 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n O Servidor de Conferências (SC)

75 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Lista de Conferências Públicas via Web

76 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Participantes de uma conferência via Web

77 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Estabelecendo a configuração multicasting Usuário 1 Usuário 3 Usuário 2

78 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Estabelecendo a configuração multicasting

79 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Configurando a máquina: –robson-win95.cs.ubc.ca

80 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Configurando a máquina: –piuma.lprm.inf.ufes.br

81 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Configurando a máquina: –manguinhos.lprm.inf.ufes.br

82 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n O serviço de chat público

83 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n O serviço de Chat Privado –Conectando-se a um participante

84 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n O serviço de Chat Privado

85 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Votação –Criando um assunto para votação

86 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Votação –Votando em uma opção

87 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Votação –Resultado da votação

88 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Transferência multicasting de arquivos

89 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Vídeo Local –Utiliza a API VFW.H

90 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Vídeo Local –Definindo o formato da imagem

91 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Vídeo Local –Definindo o tipo de compressão

92 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Vídeo Remoto

93 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Lista para deter o token de áudio e vídeo

94 Sistemas Multimídia Utilizando o SCM n Área de trabalho cooperativo –O controle de token segue o mesmo princípio do áudio e vídeo

95 Sistemas Multimídia Considerações sobre o SCM n Mídia Contínua x Arquitetura de Comunicação n Sistema Operacional n Inclusão de novas facilidades n Suporte a Multicasting: Winsock 2.0, MCS, ATM n Módulo de trabalho cooperativo

96 Sistemas Multimídia Trabalho Cooperativo Auxiliado por Computador n Extensão das conferências multimídia n Fornecer acesso a uma área compartilhada de trabalho n Documentos podem ser conjuntamente criados, editados e transferidos entre os conferencistas

97 Sistemas Multimídia Trabalho Cooperativo Auxiliado por Computador n Exemplo: –Vários médicos, geograficamente distantes, analisando exames de um paciente –Editoração Eletrônica –Aplicações Cientifícas

98 Sistemas Multimídia Trabalho Cooperativo Auxiliado por Computador n Vários sistemas já foram desenvolvidos com essas características –JVTOS –University of Ottawa Distributed Cooperative System –Virtual Talker –Microsoft NetMeeting (utilizaremos no laboratório)

99 Sistemas Multimídia Vídeo Sob Demanda n Convergência das tecnologias de computadores, comunicação e televisão n Permite que um usuário assista a um filme, documentário, programa de entrevista, jornal, etc através do seu computador a qualquer hora em qualquer lugar

100 Sistemas Multimídia Vídeo Sob Demanda n O usuário tem controle total do que assistir e quando assistir n Possui as funcionalidades básicas de um vídeo cassete virtual (avançar, retroceder, parar, etc) n Inclusão de hiperlinks no documento, permitindo que o usuário veja maiores informações sobre aquele produto

101 Sistemas Multimídia Vídeo Sob Demanda n Interatividade n Aplicações de Vídeo sob Demanda usadas em conjunto com as aplicações de vídeo conferência e trabalho cooperativo permitem formar um ambiente para o ensino à distância

102 Sistemas Multimídia Vídeo Sob Demanda n Grande desafio é a banda passante, já que não é possível usar o conceito de multicasting n Nos horários de pico os filmes muito solicitados exigem mecanismos mais eficientes de distribuição e armazenamento

103 Sistemas Multimídia Vídeo Sob Demanda n O sistema deve prover um Qualidade de apresentação constante para o usuário final independente de quantos usuários estejam acessando o serviço n Novos mecanismos de busca estão sendo estudados do tipo: Achar o filme que tenha a cena X ou que contenha o ator Y, etc

104 Sistemas Multimídia Vídeo Sob Demanda n Os vídeos são gravados no servidor com mecanismos de compressão para minimizar o seu tamanho e a banda passante necessária n Vários servidores podem ser utilizados para diminuir a carga no Backbone n O conceito de replicação é altamente encorajado

105 Sistemas Multimídia Vídeo Sob Demanda n A largura de banda necessária é da ordem de 1,5 à 6 mbps n Redes como ATM tendem a ser tornar padrão para essa classe de serviços n O MPEG-2 é um padrão de compressão utilizado para dados pré- armazenados

106 Sistemas Multimídia Correio Eletrônico Multimídia n Mesmo com a explosão da Web o correio eletrônico é ainda a aplicação mais usada na Internet n Os correios eletrônicos tradicionais permitem a transmissão somente de texto n Os correios eletrônicos mais modernos permitem arquivos attachados

107 Sistemas Multimídia Correio Eletrônico Multimídia n O correio eletrônico multimídia permite transferir áudio, vídeo, imagem e texto de forma integrada n Enorme espaço de armazenamento n Correios eletrônicos multimídia não utilizam esquemas de store-forward para não sobrecarregarem o sistema de comunicação e armazenamento final

108 Sistemas Multimídia Correio Eletrônico Multimídia n Em geral, apenas as referências às mídias são enviadas. Estas ficando no servidor de origem ou em outros servidores n Antes da transferência ser realizada pelo receptor, este verifica se a máquina possui recursos para apresentar os dados

109 Sistemas Multimídia Correio Eletrônico Multimídia n Um problema que se apresenta é que a leitura de uma mesma mensagem duas vezes fará com que o sistema de comunicação tenha que busca-lá novamente

110 Sistemas Multimídia Apresentações Multimídia Distribuídas n Apresentações multimídia podem ser utilizadas para as mais diversas finalidades: –Preparação de Slides –Catálogos de informações turísticas –Sistemas de informação em medicina, comércio e industria –Museu Virtual, etc

111 Sistemas Multimídia Apresentações Multimídia Distribuídas n Em sistemas Stand-Alone os principais produtos são: –Multimedia ToolBook para PC –Macromedia Director para Apple Macintosh n Nestes sistemas todas informações necessárias à apresentação se encontram localmente

112 Sistemas Multimídia Apresentações Multimídia Distribuídas n As ferramentas de autoria devem prover mecanismos para especificação de sincronismo entre as mídias –Ex: Mostrar um áudio e um vídeo e quando a cena A for apresentada mostrar uma figura com um texto associado n Considerar que as mídias podem chegar em tempos diferentes

113 Sistemas Multimídia 4. Meios Ópticos de Armazenamento n Falaremos depois

114 Sistemas Multimídia 5. Compressão de Dados n A compressão de dados é fundamental quando se trata de dados multimídia. Devido ao fato da grande quantidade de armazenamento de largura de banda n E pela redundância que os dados em si apresentam –Ex: Frames de um vídeo

115 Sistemas Multimídia 5. Compressão de Dados n A compressão pode se dar em tempo- real, como nas vídeo conferências ou em dados pré-armazenados como em aplicações do tipo vídeo sob demanda n Pode-se ainda compactar imagens estáticas

116 Sistemas Multimídia 5.1 Considerações sobre a Aquisição de Sinais Contínuos n Como em geral os dados multimídia são adquiridos por dispositivos analógicos (câmeras, microfones, etc), o primeiro problema que se coloca é a conversão analógico x digital. n É feita em duas fases: –Amostragem –Quantização

117 Sistemas Multimídia 5.1 Considerações sobre a Aquisição de Sinais Contínuos n Amostragem –Transformar o sinal em números reais –Quanto maior o número de amostras maior é a faixa de frequência coberta –O teorema de Nyquist diz que para garantirmos a qualidade do sinal devemos amostrar pelo menos 2 vezes a frequência do sinal.

118 Sistemas Multimídia 5.1 Considerações sobre a Aquisição de Sinais Contínuos n Amostragem Ex: Devemos amostrar em torno de 8 kHz de um sinal de voz com qualidade de telefonia (300 à 3400 hz) n Quantização –As amostras são representadas por um número finito de bits –Quanto menor o número de bits pior será a qualidade do sinal reconstituído

119 Sistemas Multimídia 5.2 Métodos de Compressão n As técnicas de compressão podem ser divididas em duas categorias: –Compressão com perda (lossy techniques) –Compressão sem perda (lossless techniques) ou compactação

120 Sistemas Multimídia 5.2 Métodos de Compressão n Técnicas com perda são utilizadas em aplicações multimídia para diminuir a quantidade de dados, principalmente em aplicações onde o usuário final é o ser humano. Pelas características do seu sistema áudio-visual n Sistemas multimídia usam solução híbridas de compressão de dados

121 Sistemas Multimídia 5.2 Métodos de Compressão n Existem três classes de compressão: –Entropia (entropy) Independente da característica da mídia. Ex: pkzip, arj, etc –Fonte (source) Leva em conta a semântica dos dados. A taxa de compressão é função da qualidade desejada (compressão com perda) –Híbrida (Hybrid) Utiliza-se dos dois. Ex: JPEG, MPEG, H.261, etc

122 Sistemas Multimídia Técnicas de Compactação n São aplicáveis a qualquer tipo de dado –Codificação por Carreira Utilizado em arquivos onde um mesmo símbolo é repetido várias vezes. Ex: ABCCCCCCCCDEFGG = ABC!8DEFGG Não é raro os casos onde acontece expansão, principalmente em arquivos onde os símbolos não se repetem muito

123 Sistemas Multimídia Técnicas de Compactação n Código de Huffman –Cada símbolo esta associado a uma probabilidade de ocorrência –Quanto menor a probabilidade do símbolo, mais bits são necessários para codifica-lo –A qualidade da compactação é função da amostragem

124 Sistemas Multimídia Técnicas de Compactação n Algoritmo de Lempel-Ziv –Muito eficiente para a codificação de textos –Não apresenta bons resultados com dados de sinais analógicos digitalizados –Parecido com o código de Huffman. Entretanto, a árvore é gerada por sequências de caracteres, diferente de Huffman que é somente um caracter.

125 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Em uma imagem monocromática cada pixel esta associado a um tom de cinza n Em uma imagem colorida cada pixel possui três componentes: RGB (Red, Greend e Blue) n Uma imagem colorida é formada pela sobreposição destas três imagens

126 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n As componentes RGB não são apropriadas para transmissão de imagens n Foi criada uma nova notação para representar as cores. Um pixel possui as componentes (Y,U,V) n Y - Luminância (Brilho) n (U,V) - Crominância ou sensação de cor

127 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Pode-se transformar de uma notação para outra. Exemplo, no sistema PAL, que utiliza 576 pixels/linha, esta conversão é feita por: n Y = 0,2999R + 0,587G + 0,114B n U = -0,147R - 0,289G + 0,437B n V = 0,615R - 0,515G - 0,100B

128 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Técnicas de compressão de vídeo procuram explorar a alta redundância espacial e temporal existente nesta mídia n Em geral, são utilizadas técnicas com perdas, que são altamente eficientes para dados analógicos digitalizados

129 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Estas técnicas exploram as limitações e características do sistema visual humano n Sabe-se que o sistema humano é mais sensível à informação de luminância do que a crominância (sensação de cor) –Pode-se usar então um número menor de bits para o sinal de crominância

130 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Codificação Diferencial Preditiva –Explora a alta relação que existe entre um frames consecutivos Ex: O fundo de uma aplicação de vídeo- conferência –Apenas a diferença entre a previsão e o valor real da amostra é codificada, armazenada e transmitida

131 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Codificação por Transformada –Os dados são transformados de um domínio matemático para outro mais adequada ao método de compressão –Os dados são transformados do domínio do tempo para o domínio da frequência através da transformada de Fourier

132 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Codificação por Transformada –Cada pixel é transformada em um coeficiente de energia dependendo de sua cor –Nota-se que a maior parte da energia concentra-se em poucas amostras –Codifica-se então as amostras com níveis significantes de energia

133 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Codificação por Transformada –Passos a serem realizados na transformação de domínios Escolha da transformada. A transformada discreta do Cosseno (DCT - Discrete Cossine Transformation) é a mais empregada devido ao excelente grau de descorrelação entre os pixels e fácil implementação Divisão da imagem em blocos de 8 x 8

134 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Codificação por Transformada A transformada é então aplicada a cada bloco São quantizados os coeficientes de maior energia, para serem transmitidos e/ou armazenados Utiliza-se codificação por entropia, como o código de Huffman, para eliminar as redundâncias

135 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Codificação por Sub-Amostragem –Técnica utilizada quando a qualidade de vídeo não é importante –Somente um pixel é transmitido/enviado no codificador (encoder) –No decodificador (decoder), este pixel é interpolado para regenerar a imagem

136 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Codificação por Sub-Bandas –A idéia central é codificar com um maior número de bits as informações que o sistema visual humano presta mais atenção

137 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Outras técnicas –Codificação baseada em modelos O transmissor e o receptor fazem um acordo à respeito da imagem, e somente os parâmetros que são alterados na imagem são enviados. Por exemplo a posição que uma determinada pessoa ocupada em um cenário

138 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Outras técnicas –Fractais A idéia básica é transformar uma imagem estática em um conjunto de funções matemáticas que ao serem executadas gerem a imagem original. Esta técnica é utilizada para sistemas pré- armazenadas porque o tempo necessário para encontrar a fórmula é muito alto

139 Sistemas Multimídia Técnicas de Compressão de Vídeo n Outras técnicas –Estimação do Movimento A imagem é dividida em regiões e estima-se a posição de uma região de um quadro a partir de suas posições em quadros anteriores

140 Sistemas Multimídia Fatores a considerar na escolha do método n Tipo de Aplicação –O método de compressão é dependente da aplicação. –Para aplicações de tempo-real (ex: vídeo- conferência), deve-se escolher algoritmos rápidos preferencialmente com implementação em hardware. Métodos Preditivos + transformadas são bons candidatos (H.261 / H.263)

141 Sistemas Multimídia Fatores a considerar na escolha do método n Tipo de Aplicação –Para aplicações com dados pré- armazenados, deve-se analisar a taxa de compressão e a qualidade da imagem desejada bem como a facilidade de decodificação proporcionada pelo método Ex: MPEG-2 ou MPEG-3 para vídeo sob demanda

142 Sistemas Multimídia Fatores a considerar na escolha do método n Confiabilidade do canal de transmissão –Se o canal não for confiável, métodos de codificação preditivos devem ser evitados (por causa da propagação de erros) n Interatividade da aplicação –Se o acesso randômico a uma frame particular é requerido a codificação intra- frame é mais aplicável

143 Sistemas Multimídia 5.4 Padrões de Codificação de Vídeo n A fim de prover interoperabilidade entre sistemas de diferentes fabricantes padrões de codificação são definidos n JPEG. Utilizado para imagens estáticas n MPEG. Imagens em movimentos pré- armazenadas n H.261 / H.263. Imagens em movimento geradas em tempo real

144 Sistemas Multimídia JPEG n Olhar no quadro

145 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n O MPEG é um grupo de estudo da ISO, que tinha por objetivo definir um padrão de compressão de filmes e vídeos com qualidade e utilizando a infra-estrutura atual n O MPEG utiliza a idéia básica do JPEG, haja visto que uma imagem em movimento é um conjunto de imagens estáticas

146 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n Além da compressão de vídeo, questões de codificação de áudio e sincronização entre áudio e vídeo também foram resolvidas n MPEG Vídeo necessita de 1,5 Mbps n MPEG áudio realiza compressão à 64, 92 ou 128 Kbps

147 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n Formação dos frames –Existem três tipos de frames no padrão MPEG Intra-Frame (I) Preditas (P) Bidirecionais (B)

148 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n Intra-Frame (I) –São simplesmente a codificação da imagem parada, não usando qualquer passado histórico –Sua codificação é feita independente de outros frames –Servem para a entrada do acesso randômico além de ressetar a propagação de erros

149 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n Intra-Frame (I) –A codificação do frame é feita utilizando o JPEG n Os outros frames (P e B) utilizam a técnica de estimação de movimentos para remover as redundâncias temporais

150 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n Frames do tipo P –Estes frames são previstos com base nos frames do tipo I ou P mais recentes –Base-a na constatação de que imagens sucessivas não tem toda sua área alterada e sim um deslocamento –Alta redundância temporal é aproveitada

151 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n Frames do tipo B –Estes frames são obtidos pela interpolação de frames do passado e do futuro, a partir de frames I e/ou P –A maior taxa de compressão é conseguida usando estes frames –Um frame B nunca esta disponível para acesso randômico

152 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n O espaçamento relativo entre os frames é dependente da aplicação –Ex: Frames I pouco espaçados permitem acesso randômico mais rápido n Uma combinação bastante usada é: IBBPBBPBBIBBPBBPBB… n Neste caso o acesso randômico teria uma resolução de 9 frames

153 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n No Decoder, o frame do tipo I é decodificado primeiro n Em seguida o frame do tipo é mantido na memória e os frames do tipo B são então decodificados, e só então o frame B é apresentado

154 Sistemas Multimídia MPEG - Motion Picture Expert Group n Atualmente o MPEG-2 é o padrão para compatação/descompatação de imagens pré-armazenadas até 720x480 pixels a 60 frames por segundo n MPEG-2 também será utilizado na televisões de alta definição (HDTV) n MPEG-4 utiliza compressão fractal (ainda esta em padronização)

155 Sistemas Multimídia 6. Camada de Transporte n É responsável pela comunicação fim-a- fim n Total independência aos elementos de rede n Exemplos de camada de transporte incluem: –TCP, UDP, TP4, etc

156 Sistemas Multimídia 6. Camada de Transporte n A camada de transporte é responsável –Gerência de conexões –Transferência de dados –Detecção e correção de erros –Sequenciamento dos dados –Controle de fluxo

157 Sistemas Multimídia 6. Camada de Transporte n Os protocolos de transporte clássicos são inadequados para as redes de alta velocidade. Vários protocolos surgiram para solucionar então o problema –MHTP (Multimedia High-Speed Transport Protocol) –XTP (Xpress Transfer Protocol) –RTP (Real Time Transfer Protocol)

158 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos n Primeiramente é preciso entender que as redes multi-serviços de alta velocidade (ex: ATM) possuem características bem diferentes das atuais redes: –Velocidades na ordem de gigabits –Taxas de erro na ordem de

159 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos n Nas redes atuais temos –10/100 Mbps para LANs –10-50 Mbps para WANs –Taxa de erro da ordem de n Como os protocolos de Transporte foram desenvolvidos para estas redes, eles procuram superar deficiências da própria rede, como as perdas de pacote

160 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos n Entre as limitações podemos citar: –Altos retardos de transmissão –Perdas de pacotes devido a congestionamento ou perda de pacote pela rede –Entrega errônea de dados –Overflow no nós da rede

161 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos –Formatos Complexos dos pacotes –Cabeçalhos com tamanho variávels –Modelo de máquina sequêncial dificulta o processamento paralelo

162 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos n Para aplicações multimídia ainda é exigido dos novos protocolos: –Suporte a dados contínuos (áudio e vídeo) –Sincronização –Comunicação multiponto –(Re)negociação de QoS –Convivência com novas taxas aceitáveis de erros

163 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos n Os protocolos de transporte foram projetados em um cenário onde a capacidade de processamento das máquinas era maior do que a capacidade de processamento das redes n Hoje o cenário é exatamente o oposto

164 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos n Conceitos como –three-way handshaking –Go-back-N –Esquemas de Janela deslizante para controle de fluxo n passaram a ser um problema, comprometendo a performance do sistema

165 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos n Alguns problemas dos protocolos atuais para aplicações multimídia –TCP suporta apenas conexões ponto-a- ponto. Conexões multicasting devem ser providas pelo UDP –Não existe o conceito de gerência de grupo. Útil para definir por exemplo parâmetros de segurança para todo o grupo

166 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos –TCP provê pouco suporte para controle de prioridade, fundamental em sistemas de tempo-real –TCP suporta apenas transmissão confiável, transmitindo o dado várias vezes, até que ele chegue correto –UDP implementa um serviço onde o transmissor nunca sabe se o receptor recebeu ou não um dado

167 Sistemas Multimídia 6.1 Limitações dos Protocolos de Transporte Clássicos –Para mandar um único dado, o TCP envia 6 pacote 2 para estabelecer/aceitar a conexão 2 para transmitir e confirmar os dados 2 para terminar a conexão –TCP, UDP e TP4 utilizam políticas fixas que independem da aplicação, como por exemplo o controle de fluxo ou tolerância a falhas, etc


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