No Slide Title by YQG6f0

VIEWS: 7 PAGES: 167

									  Sistemas Multimídia


              por

  Wandreson Luiz Brandino
      wandreson.com
(wandreson@wandreson.com)

        Sistemas Multimídia
          Sistemas Multimídia

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



                    Sistemas Multimídia
             Sistemas Multimídia

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

   Sumário (cont.)
    – Compressão de Dados
    – Camada de Transporte
    – Camada de Redes
    – Qualidade de Serviço
    – Sincronização Multimídia
    – Modelos Hipermídia
    – Outros
                   Sistemas Multimídia
Objetivos do Curso
   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.
   Identificar os requisitos básicos para o
    processamento das informações multimídia



                     Sistemas Multimídia
1. Introdução

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




                   Sistemas Multimídia
1. Introdução

   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



                 Sistemas Multimídia
1. Introdução

   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

                 Sistemas Multimídia
1. Introdução

   As aplicações multimídia são divididas
    em dois grandes grupos:
    – Multimídia Distribuída
    – Multimídia não-distribuída (Stand-Alone)




                   Sistemas Multimídia
1. Introdução

   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

                   Sistemas Multimídia
1.1 Multimídia Distribuída

   Cenário clássico de aplicações
    multimídia distribuídas:

                   Imagem                  Vídeo




                            Rede de alta
          Origem             v elocidade           Destino




                    Texto                  Áudio



                       Sistemas Multimídia
1.2 Multimídia Stand-Alone

   Nas aplicações multimídia Stand-Alone,
    todos os dados para a manipulação e
    apresentação dos dados multimídia
    encontram-se em uma única máquina.




                 Sistemas Multimídia
1.3 Aplicações

   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
                   Sistemas Multimídia
1.3 Aplicações

 – Sistemas de Informação
 – Tele-diagnóstico Médico
 – Catálogos de Venda
 – Correios Eletrônicos Multimídia
 – Publicidade
 – Turismo
 – Escritório
 – Etc
                Sistemas Multimídia
1.4 Sistema de Comunicação

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

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

                  Sistemas Multimídia
2. Conceitos Básicos

   Os dados multimídia podem ser
    divididos em dois grupos:
   Dados Discretos
    – Não variam com o tempo
      • Ex: Texto, gráficos e imagens estáticas
   Dados Contínuos
    – Variam com o tempo
      • Ex: Áudio e Vídeo
                     Sistemas Multimídia
2.1 Dados Discretos

   Alta sensibilidade a erros
   Baixa sensibilidade a atrasos (delay) e
    variação do retardo (jitter)
   Vazão (throughput) variável
   Tráfego em rajada (bursty traffic)



                  Sistemas Multimídia
2.1.1 Textos e Gráficos

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

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

   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

                      Sistemas Multimídia
2.1.2 Imagens

   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


                   Sistemas Multimídia
2.1.2 Imagens

   Imagens podem ser do tipo:
    – Raster
      • São descritas como uma mapa de pontos
    – Vector
      • São descritas matematicamente




                   Sistemas Multimídia
2.1.2 Imagens

    Existem vários formatos de imagem:

    Form.   Mac   PC   Raster   Vector    1-Bit   2-Bit   4-Bit   8-Bit   16-Bit   24-Bit   32-Bit   Comp
    TIFF     x    x      x                 x       x       x       x        x        x        x      sim
    PICT     x           x        x        x       x       x       x        x        x        x      não
    JPEG     x    x      x                                                           x        x      sim
    PCX      x    x      x                 x       x       x       x                 x               não
    BMP      x    x      x                 x               x       x                 x               não
    GIF      x    x      x                 x       x       x       x                                 sim




                                         Sistemas Multimídia
2.2 Dados Contínuos

   Incluem o fator tempo
   Enorme espaço de armazenamento
   Severas restrições de desempenho,
    tráfego e sistemas de arquivos
   Seus principais representantes são:
    – Áudio
    – Vídeo

                  Sistemas Multimídia
2.2.1 Áudio

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

   Retardos maiores que 200 ms
    incomodam os interlocutores
   Os padrões de telefonia estipulam 40
    ms para distâncias continentais e 80 ms
    para distâncias intercontinentais



                  Sistemas Multimídia
2.2.1 Áudio

   Exemplos de aplicações e a sua
    respectiva banda passante necessária

    Aplicação          Freq. Nyquist        Quantização     Vazão
 Áudio (telefonia)         8 kHz               8 bits      64 Kbps
Voz (alta qualidade)      16 kHz              14 bits     224 K bps
   Áudio (CD)            44.1 kHz             16 bits     0.7 Mbps




                              Sistemas Multimídia
2.2.2 Vídeo

   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

                   Sistemas Multimídia
2.2.2 Vídeo

   Requisitos de armazenamento
       Requisitos de
       Armazenamento
                                                                          1 GB


                                                          550 MB
                               500 MB

                                            100 MB


                  6.4 MB
         1 MB



     500 pags.   100 imagens 100 imagens   10 min. de 10 min. de vídeo 1 hora de vídeo
     de texto    de fax      coloridas     animação    digitalizado    digitalizado
                 (descomp.) (comp 15:1)    (comp 15:1) (comp 30:1)     (comp 200:1)

                                   Sistemas Multimídia
2.2.2 Vídeo

   Fica claro que técnicas de compressão
    precisam ser utilizadas
   Existem técnicas de compressão
    – com perda
    – sem perda
   A técnica utilizada vai depender da
    aplicação em questão

                  Sistemas Multimídia
2.2.2 Vídeo

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


                 Sistemas Multimídia
3. Aplicações Multimídia
Distribuídas
   As aplicações multimídia distribuídas
    são classificadas pelo ITU-T da
    seguinte forma:
                                          Serviços conversacionais
          Seviços Interativos             Serviços de mensagens
                                          Serviços de recuperação/consulta
        Serviços de Distribuição          S/ controle individual da apresent.
                                          C/ controle individual da apresent.




                                Sistemas Multimídia
3.1 Classificação do ITU-T

   Serviços Conversacionais
    – Presença simultânea dos participantes
      • Ex: Vídeo-Conferência ou vídeo-fonia
    – Não existe a necessidade de
      armazenamento dos dados em nós
      intermediários



                    Sistemas Multimídia
3.1 Classificação do ITU-T

   Serviços de Mensagens
    – Utiliza esquemas de armazena-retransmite
      (store-forward)
      • Ex: Correio Eletrônico Multimídia
   Serviços de Recuperação
    – Serviços sob demanda
      • Ex: Vídeo sob Demanda, imagens de alta
        qualidade ou requisição de músicas

                     Sistemas Multimídia
3.1 Classificação do ITU-T

   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


                     Sistemas Multimídia
3.1 Classificação do ITU-T

   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
    – ??????



                   Sistemas Multimídia
3.2 Exemplos de aplicações

   Conferências Multimídia (Vídeo
    Conferência)
   Trabalho Cooperativo (CSCW)
   Vídeo Sob Demanda
   Correio Eletrônico Multimídia
   Apresentações Multimídia Distribuídas

                  Sistemas Multimídia
3.2.1 Vídeo Conferência

   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
   Analisaremos alguns sistemas existentes
   Utilizaremos em laboratório o Microsoft
    NetMeeting
                  Sistemas Multimídia
Vídeo Conferência (Introdução)

   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


                   Sistemas Multimídia
Vídeo Conferência (Introdução)

   Vantagens
    – Economia com viagens
    – Economia de tempo e dinheiro
    – Discussão rápida entre pessoas distantes,
      agilizando o processo de tomada de
      decisões (reuniões virtuais)



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

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

   Ambiente Windows/Machintosh
   Necessita de uma máquina UNIX para
    hospedar o programa responsável pela
    distribuição dos dados
   Sistema centralizado
   Manipula áudio/vídeo e uma área de
    chat público

                 Sistemas Multimídia
CU-SeeMe
   Configuração de uma conferência
    baseada em reflector

                                                     Reflector   lector


                  Usuáriio 1




     Usuáriio 2                                                       Usuário 3




                               Sistemas Multimídia
CU-SeeMe




           Sistemas Multimídia
IVS

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




      Sistemas Multimídia
nv

   Ambiente UNIX
   Utiliza o protocolo RTP (Real Time
    Protocol) e o Mbone
   Manipula somente vídeo




                  Sistemas Multimídia
nv




     Sistemas Multimídia
TVS

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




      Sistemas Multimídia
vic, vat, wb e sd

   Ambiente UNIX
   Utilizam a infra-estrutura de
    comunicação do Mbone
   O vic é um sistema de transmissão de
    vídeo com várias opções de
    configuração de imagens e formatos de
    compressão

                 Sistemas Multimídia
vic, vat, wb e sd
   O vat é um sistema de transmissão de áudio.
    O controle de acesso à fala é através de
    inscrição em lista
   O wb é uma ferramenta de trabalho
    cooperativo (parecida com o PaintBrush). A
    manipulação é feita por apenas um
    participante a cada vez
   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
                    Sistemas Multimídia
vic




      Sistemas Multimídia
vat




      Sistemas Multimídia
wb




     Sistemas Multimídia
sd




     Sistemas Multimídia
Arquitetura SCM
                        SCM - Sistema de Conferência Multimídia




    MFTP     Votação        Áudio        Vídeo      Controle        Chat          CSCW




      MCS (Multipoint Communication Service)                      Ponto-a-Ponto




                                        Segurança




                                          Rede




                               Sistemas Multimídia
Módulos do SCM

   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
                   Sistemas Multimídia
Módulos do SCM

   Módulo Servidor de Conferências (SC)
    – Manutenção das conferências públicas
      ativas e seus participantes
    – Manutenção destas informações para
      acesso via Web e SCM




                  Sistemas Multimídia
Módulos do SCM

   Módulo de Áudio e Vídeo
    – Implementa os serviços audio-visuais
    – Interface entre os dispositivos de entrada
      (câmera e microfone) com o SCM




                    Sistemas Multimídia
Módulos do SCM

   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



                  Sistemas Multimídia
Módulos do SCM

   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



                   Sistemas Multimídia
Módulos do SCM

   Módulo de Votação
    – Responsável pela criação e apuração dos
      resultados de uma votação
    – A votação é aberta e o voto é obrigatório




                   Sistemas Multimídia
Módulos do SCM

   Módulo de Transferência de Arquivos
    (MFTP)
    – Troca de arquivos entre todos os
      participantes da conferência
    – Utiliza a estrutura de comunicação
      Multicasting



                   Sistemas Multimídia
Módulos do SCM

   Módulo de Segurança
    – Senha para entrar na conferência


   Módulo de Multicasting
    – Responsável por minimizar o tráfego na
      rede, através de configuração manual de
      roteamento

                   Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Iniciando uma Sessão


   Criando uma conferência




                 Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Informações Pessoais




                 Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM
   Membros da Conferência




                Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Conectando-se a uma conferência




                 Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Conferências Públicas Disponíveis




                 Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   O Servidor de Conferências (SC)




                 Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM
   Lista de Conferências Públicas via Web




                  Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM
   Participantes de uma conferência via
    Web




                 Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM
   Estabelecendo a configuração
    multicasting


       Usuário 1




                                         Usuário 3




                        Usuário 2




                   Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Estabelecendo a configuração
    multicasting
         Máquina              Local         Usuário
 robson-win95.cs.ubc.ca       Canadá Wandreson Luiz Brandino
      (142.103.10.55)
  piuma.lprm.inf.ufes.br      Brasil      José Gonçalves Pereira
     (200.241.16.180)                             Filho
manguinhos.lprm.inf.ufes.br   Brasil       Verner Berger Júnior
     (200.241.16.182)



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




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




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




                   Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   O serviço de chat público




                  Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   O serviço de Chat Privado
    – Conectando-se a um participante




                  Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   O serviço de Chat Privado




                 Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Votação
    – Criando um assunto para votação




                  Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Votação
    – Votando em uma opção




                 Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Votação
    – Resultado da votação




                  Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM
   Transferência multicasting de arquivos




                  Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Vídeo Local
    – Utiliza a API VFW.H




                   Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Vídeo Local
    – Definindo o formato da imagem




                  Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Vídeo Local
    – Definindo o tipo de compressão




                   Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Vídeo Remoto




                   Sistemas Multimídia
Utilizando o SCM

   Lista para deter o token de áudio e
    vídeo




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




                  Sistemas Multimídia
Considerações sobre o SCM

   Mídia Contínua x Arquitetura de
    Comunicação
   Sistema Operacional
   Inclusão de novas facilidades
   Suporte a Multicasting: Winsock 2.0,
    MCS, ATM
   Módulo de trabalho cooperativo
                  Sistemas Multimídia
3.2.2 Trabalho Cooperativo
Auxiliado por Computador
   Extensão das conferências multimídia
   Fornecer acesso a uma área
    compartilhada de trabalho
   Documentos podem ser conjuntamente
    criados, editados e transferidos entre os
    conferencistas


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



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

   Convergência das tecnologias de
    computadores, comunicação e televisão
   Permite que um usuário assista a um
    filme, documentário, programa de
    entrevista, jornal, etc através do seu
    computador a qualquer hora em
    qualquer lugar

                 Sistemas Multimídia
3.2.3 Vídeo Sob Demanda

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

   Interatividade
   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


                 Sistemas Multimídia
3.2.3 Vídeo Sob Demanda

   Grande desafio é a banda passante, já
    que não é possível usar o conceito de
    multicasting
   Nos horários de pico os filmes muito
    solicitados exigem mecanismos mais
    eficientes de distribuição e
    armazenamento

                 Sistemas Multimídia
3.2.3 Vídeo Sob Demanda

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

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

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

                 Sistemas Multimídia
3.2.4 Correio Eletrônico
Multimídia
   Mesmo com a explosão da Web o
    correio eletrônico é ainda a aplicação
    mais usada na Internet
   Os correios eletrônicos tradicionais
    permitem a transmissão somente de
    texto
   Os correios eletrônicos mais modernos
    permitem arquivos attachados
                  Sistemas Multimídia
3.2.4 Correio Eletrônico
Multimídia
   O correio eletrônico multimídia permite
    transferir áudio, vídeo, imagem e texto
    de forma integrada
   Enorme espaço de armazenamento
   Correios eletrônicos multimídia não
    utilizam esquemas de store-forward
    para não sobrecarregarem o sistema de
    comunicação e armazenamento final
                  Sistemas Multimídia
3.2.4 Correio Eletrônico
Multimídia
   Em geral, apenas as referências às
    mídias são enviadas. Estas ficando no
    servidor de origem ou em outros
    servidores
   Antes da transferência ser realizada
    pelo receptor, este verifica se a
    máquina possui recursos para
    apresentar os dados
                  Sistemas Multimídia
3.2.4 Correio Eletrônico
Multimídia
   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




                 Sistemas Multimídia
3.2.5 Apresentações Multimídia
Distribuídas
   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
                  Sistemas Multimídia
3.2.5 Apresentações Multimídia
Distribuídas
   Em sistemas Stand-Alone os principais
    produtos são:
    – Multimedia ToolBook para PC
    – Macromedia Director para Apple
      Macintosh
   Nestes sistemas todas informações
    necessárias à apresentação se
    encontram localmente
                  Sistemas Multimídia
3.2.5 Apresentações Multimídia
Distribuídas
   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
   Considerar que as mídias podem
    chegar em tempos diferentes
                  Sistemas Multimídia
4. Meios Ópticos de
Armazenamento
   Falaremos depois




                 Sistemas Multimídia
5. Compressão de Dados

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

                  Sistemas Multimídia
5. Compressão de Dados

   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
   Pode-se ainda compactar imagens
    estáticas


                 Sistemas Multimídia
5.1 Considerações sobre a
Aquisição de Sinais Contínuos
   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.
   É feita em duas fases:
    – Amostragem
    – Quantização
                    Sistemas Multimídia
5.1 Considerações sobre a
Aquisição de Sinais Contínuos
   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.

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

   As técnicas de compressão podem ser
    divididas em duas categorias:
    – Compressão com perda (lossy techniques)
    – Compressão sem perda (lossless
      techniques) ou compactação




                  Sistemas Multimídia
5.2 Métodos de Compressão

   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
   Sistemas multimídia usam solução
    híbridas de compressão de dados
                  Sistemas Multimídia
5.2 Métodos de Compressão
   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
                     Sistemas Multimídia
5.2.1 Técnicas de Compactação

   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


                    Sistemas Multimídia
5.2.1 Técnicas de Compactação

   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


                   Sistemas Multimídia
5.2.1 Técnicas de Compactação

   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.

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

                  Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   As componentes RGB não são
    apropriadas para transmissão de
    imagens
   Foi criada uma nova notação para
    representar as cores. Um pixel possui
    as componentes (Y,U,V)
   Y - Luminância (Brilho)
   (U,V) - Crominância ou sensação de cor
                 Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   Pode-se transformar de uma notação
    para outra. Exemplo, no sistema PAL,
    que utiliza 576 pixels/linha, esta
    conversão é feita por:
   Y = 0,2999R + 0,587G + 0,114B
   U = -0,147R - 0,289G + 0,437B
   V = 0,615R - 0,515G - 0,100B

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

                  Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   Estas técnicas exploram as limitações e
    características do sistema visual
    humano
   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
                  Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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

                     Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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


                  Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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

                   Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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

                    Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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



                    Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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


                   Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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




                   Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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




                     Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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

                     Sistemas Multimídia
5.2.2 Técnicas de Compressão de
Vídeo
   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




                     Sistemas Multimídia
5.3.1 Fatores a considerar na
escolha do método
   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)
                   Sistemas Multimídia
5.3.1 Fatores a considerar na
escolha do método
   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


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

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

   Olhar no quadro




                 Sistemas Multimídia
5.4.1 MPEG - Motion Picture
Expert Group
   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
   O MPEG utiliza a idéia básica do JPEG,
    haja visto que uma imagem em
    movimento é um conjunto de imagens
    estáticas      Sistemas Multimídia
5.4.1 MPEG - Motion Picture
Expert Group
   Além da compressão de vídeo,
    questões de codificação de áudio e
    sincronização entre áudio e vídeo
    também foram resolvidas
   MPEG Vídeo necessita de 1,5 Mbps
   MPEG áudio realiza compressão à 64,
    92 ou 128 Kbps

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




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

                      Sistemas Multimídia
5.4.1 MPEG - Motion Picture
Expert Group
   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


                   Sistemas Multimídia
5.4.1 MPEG - Motion Picture
Expert Group
   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

                   Sistemas Multimídia
5.4.1 MPEG - Motion Picture
Expert Group
   O espaçamento relativo entre os frames
    é dependente da aplicação
    – Ex: Frames I pouco espaçados permitem
      acesso randômico mais rápido
   Uma combinação bastante usada é:
         IBBPBBPBBIBBPBBPBB…
   Neste caso o acesso randômico teria
    uma resolução de 9 frames
                  Sistemas Multimídia
5.4.1 MPEG - Motion Picture
Expert Group
   No Decoder, o frame do tipo I é
    decodificado primeiro
   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


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

   É responsável pela comunicação fim-a-
    fim
   Total independência aos elementos de
    rede
   Exemplos de camada de transporte
    incluem:
    – TCP, UDP, TP4, etc

                  Sistemas Multimídia
6. Camada de Transporte

   A camada de transporte é responsável
    – Gerência de conexões
    – Transferência de dados
    – Detecção e correção de erros
    – Sequenciamento dos dados
    – Controle de fluxo



                   Sistemas Multimídia
6. Camada de Transporte

   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)
                  Sistemas Multimídia
6.1 Limitações dos Protocolos de
Transporte Clássicos
   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 10-12

                   Sistemas Multimídia
6.1 Limitações dos Protocolos de
Transporte Clássicos
   Nas redes atuais temos
    – 10/100 Mbps para LANs
    – 10-50 Mbps para WANs
    – Taxa de erro da ordem de 10-4
   Como os protocolos de Transporte
    foram desenvolvidos para estas redes,
    eles procuram superar deficiências da
    própria rede, como as perdas de pacote
                   Sistemas Multimídia
6.1 Limitações dos Protocolos de
Transporte Clássicos
   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


                  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




                Sistemas Multimídia
6.1 Limitações dos Protocolos de
Transporte Clássicos
   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
                   Sistemas Multimídia
6.1 Limitações dos Protocolos de
Transporte Clássicos
   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
   Hoje o cenário é exatamente o oposto

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

								
To top