Get documents about "No Slide Title
Shared by: HC120915153050
-
Stats
- views:
- 2
- posted:
- 9/15/2012
- language:
- Portuguese
- pages:
- 167
Document Sample
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
