Fundamentos de Sistemas Multimídia - Midiacom
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Ementa Departamento de Engenharia de Telecomunicações - UFF Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos Fundamentos de de Sistemas ídia Sistemas Multim Multimídia 1a. Parte: • • • • 2a. Parte: • • • • Profa. Profa.Débora DéboraChristina ChristinaMuchaluat MuchaluatSaade Saade [email protected] [email protected] http://www.midiacom.uff.br/~debora/fsmm Introdução Mídias Discretas e Contínuas Técnicas de Compactação e Compressão Texto, Imagem, Áudio, Vídeo Sistemas Multimídia e Hipermídia World Wide Web Protocolos de Streaming Aplicações Multimídia Distribuídas 3a. Parte • Infra-estrutura de Telecomunicações para Aplicações Multimídia Distribuídas 1 Introdução 2 Mídias Discretas e Contínuas Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Definição de mídia Definição de multimídia Tipos de mídia Sistemas multimídia Aplicações multimídia Desafios da Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Classes básicas de tráfego • CBR, rajada, VBR Mídias Discretas • Texto • Gráficos e Imagens Estáticas Mídias Contínuas • Digitalização de Sinais • Áudio • Vídeo 3 4 Técnicas de Compactação e Compressão Técnicas de Compactação e Compressão Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Compactação X Compressão Técnicas de Compactação Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Técnicas de Compressão • Redução do domínio • Codificação por carreira • Redução do espaço de quantização • Codificação por Shannon-Fano • Codificação preditiva • Codificação de Huffman • Codificação por sub-bandas • Codificação de Lempel-Ziv-Welch (LZW) • Codificação por transformadas • Codificação aritmética • Quantização vetorial Mídia Texto 6 5 Imagem Estática Áudio Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia BMP GIF TIFF PNG JPEG Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Sinal de Voz • PCM e variações – ITU-T G.711, G.721, G.722, G.726 • LPC (Linear Predictive Coding) • CELP (Code-excited LPC) – ITU-T G.728, G.729, G.729(A), G.723.1 Imagem Gráfica - SVG 7 8 Áudio Vídeo Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Codificação Perceptual – Modelo Psicoacústico Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Princípios da Compressão de Vídeo • Redundância inter-quadro – Estimativa de Movimento • Mascaramento de freqüências • Mascaramento temporal MPEG Layer 1, Layer 2, Layer 3 (MP3) Dolby Digital AC-3 DTS (Digital Theater Systems) H.261 H.263 MPEG-1 MPEG-2 MPEG-4 10 9 Sistemas Multimídia e Hipermídia World Wide Web Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Multimídia x Hipermídia Documentos Hipermídia Modelos Hipermídia Entidades Hipermídia • • • • Introdução • Aplicação TCP/IP • Objetos de Mídia • Relações Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Conceitos Básicos • URI • HTTP Nós Âncoras Elos Composições • HTML Linguagem SMIL Linguagem NCL Modelos para Sincronização Temporal Autoria e Formatação Hipermídia 11 12 Aplicações Multimídia Distribuídas Infraestrutura de Telecomunicações Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Protocolos de Streaming • RTP, RTCP, RTSP Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Comunicação Multicast Provisão de Qualidade de Serviço – QoS • QoS na Internet: IntServ e DiffServ Videoconferência • Padrão H.323 • SIP 14 13 Bibliografia Departamento de Engenharia de Telecomunicações - UFF Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Multimedia Communications: Applications, Networks, Protocols, and Standards F. Halsall Addison-Wesley Publishing, 2000. Multimedia Fundamentals, Volume I: Media Coding and Content Processing (2nd Edition) Ralf Steinmetz, Klara Nahrstedt Prentice Hall, 2002. Wilde’s WWW – Technical Foundations of the World-Wide Web E. Wilde Springer, 1999. Introdu ção Introdução Redes de Computadores e a Internet: Uma Nova Abordagem Profa. Profa.Débora DéboraChristina ChristinaMuchaluat MuchaluatSaade Saade [email protected] [email protected] James Kurose, Keith Ross, Tradução Pearson Education, 2003. Fundamentos de Sistemas Multimídia L.F.G. Soares, L. Tucherman, M.A. Casanova, A. Nunes VIII Escola de Computação, 1992. 15 16 Introdução O que é mídia? Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Definição de mídia Definição de multimídia Tipos de mídia Sistemas multimídia Aplicações multimídia Desafios da Multimídia termo em inglês – media plural da palavra medium em latim • Substantivo que significa “meio, centro” • Meio de distribuir e representar informação Mídia de Percepção Mídia de Representação Mídia de Apresentação Mídia de Armazenamento Mídia de Transmissão 18 17 Mídia Mídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Mídia de Percepção • Qual meio é utilizado como dispositivo de saída ou • Como os humanos percebem informação? entrada de informações em um computador? • Sistemas de entrada e saída • visão, audição, olfato, paladar, tato Mídia de Representação – Saída: monitores, caixas de som, papel – Entrada: teclados, câmeras e microfones • Como a informação é codificada em um computador? • texto, imagem gráfica (vetorial), imagem estática (matricial), áudio, vídeo Mídia de Apresentação Mídia de Armazenamento • Onde a informação é armazenada? • Discos magnéticos, discos óticos, fitas magnéticas, papel 19 20 Mídia O que é Multimídia? Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Mídia de Transmissão • Multi + Mídia • Multus => Numerosos, Muitos, Múltiplos. • Medium => Meio, Centro • Qual meio é utilizado para transmitir dados? • Meios físicos (cabos metálicos, fibras óticas, ondas de rádio) Etimologia Uma definição • Área interessada na integração controlada por computador Foco do curso: • Mídia de representação – Como a informação é codificada em um computador? – texto, imagem gráfica (vetorial), imagem estática (matricial), áudio, vídeo de textos, gráficos, imagens, vídeos, animações, sons, e qualquer outro meio onde todo tipo de informação pode ser representado, armazenado, transmitido e processado digitalmente Multimídia é interesse das indústrias de: • informática, telecomunicações, publicidade, consumidores de dispositivos de áudio e vídeo, indústria de televisão e cinema 22 21 Multimídia é usada como adjetivo Multimídia é usada como adjetivo Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Aplicação multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia • Função ou conjunto de funções que suportam a provisão de • Hardware, conectado ao computador, que executa uma um serviço multimídia específico para o usuário final função multimídia – p.e. áudio-videoconferência Tecnologia multimídia • Conjunto de campos tecnológicos específicos habilitando – p.e. placa de captura de vídeo para digitalizar vídeo analógico – p.e. compressão de vídeo Plataforma multimídia • Computador equipado com hardware multimídia capaz de suportar softwares de aplicações multimídia – p.e. PC com placas de áudio e vídeo 23 Dispositivo de armazenamento multimídia • Dispositivo capaz de armazenar vários tipos de mídia – p.e. DVD, CD-ROM, tape de áudio digital aplicações multimídia Placa multimídia Rede multimídia • Rede de comunicação de dados que permite o transporte de múltiplos tipos de mídia – p.e. Rede Digital de Serviços Integrados (ISDN) 24 Classificação dos tipos de mídia Classificação dos tipos de mídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Mídias discretas versos contínuas Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Mídias discretas versos contínuas • Mídias contínuas (dinâmicas ou dependentes do tempo) – O tempo ou a dependência temporal entre os itens de informação fazem parte da própria informação – mídia com dimensões temporais • Mídias discretas (estáticas ou em bloco) – Compostas por itens de informação independentes do tempo – mídia com dimensões unicamente espaciais • áudios, vídeos e animações – tempo faz parte da semântica da informação – Se a dependência temporal não for respeitada, o significado • textos, imagens, gráficos pode ser alterado – tempo não faz parte da semântica da informação • Streaming é um termo usado para indicar que uma • Download é a operação de recuperação de mídia contínua está sendo enviada e apresentada diretamente no destino à medida que é recebida (em tempo real) uma mídia discreta. – Tráfego em rajada – Tráfego CBR ou VBR 26 25 Classificação dos tipos de mídia Sistema Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Mídias capturadas versos sintetizadas Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia • No mínimo, uma discreta e uma contínua • Informações capturadas do mundo real – imagens, vídeos e sons • Informações sintetizadas pelo computador – texto, gráficos e animações Trata mídias discretas e contínuas Mídias devem ser independentes Processamento controlado por computador Integração das mídias de forma sincronizada Sistema Sistemamultimídia multimídiaééum umsistema sistemacapaz capazde demanipular manipularao ao menos menosum umtipo tipode demídia mídiadiscreta discretaeeum umtipo tipode demídia mídia contínua contínuana naforma formadigital digitalde demaneira maneirasincronizada sincronizada 27 28 Classes de Sistemas Multimídia Classes de Sistemas Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Sistemas Multimídia Standalone Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Sistemas Multimídia Distribuídos • Precisam de infra-estrutura de comunicação • Muitas vezes o objetivo é fornecer serviços • Utilizam apenas recursos presentes no sistema local para prover serviços multimídia • Sistema local fornece todo o poder de processamento necessário de comunicação à distância – videoconferência, redes de distribuição de pacotes de áudio e vídeo, e-mail multimídia • Implementação de modelos cliente-servidor e peer-to-peer – aplicações stand-alone podem ser de alto custo para armazenamento de informações – utilização de servidores permite o compartilhamento e armazenamento de informações – equipado com os dispositivos de captura/apresentação • microfones, câmeras, ... – contendo todas as informações localmente • não utiliza potencialidades de armazenamento remoto • Aplicações – treinamento baseado em computador – educação baseada em computador individual – Sistema de Autoria Multimídia Rede 30 29 Aplicações Multimídia Aplicações Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Banco de Dados Aplicações Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia • Áudio, vídeo e imagens são os meios naturais da comunicação Em geral, podem ser classificadas em três categorias: • Comunicação interpessoal – Sistemas multimídia têm aplicações em todas as áreas em que essas mídias necessitam ser utilizadas, comunicadas e compartilhadas • Aplicações interativas na Internet • Aplicações de entretenimento • educação/treinamento, entretenimento, medicina e mídia sob demanda, comércio eletrônico, etc. 31 32 Comunicação Interpessoal Voz Somente: Telefonia, Voice-mail, Teleconferência Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Voz somente • Telefonia, Voice-mail, Teleconferência • Telefonia IP Imagem somente • Facsimile (fax) Texto somente • Correio eletrônico 34 33 Voz Somente: Telefonia IP Texto Somente: Correio Eletrônico Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia 35 Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia 37 Comunicação Interpessoal CSCW (computer-supported cooperative work) Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Texto e imagens • CSCW (computer-supported cooperative work) • Compartilhamento de um whiteboard Voz e vídeo • Videotelefonia • Videoconferência Multimídia • Correio eletrônico multimídia 39 38 Videoconferência Correio Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia 40 Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia 41 Aplicações Interativas na Internet World-Wide Web (WWW) Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia World-Wide Web (WWW) Comércio eletrônico • Homeshopping Homebanking Comércio eletrônico • Homeshopping 43 42 Aplicações de Entretenimento Vídeo Sob Demanda Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia VoD (Video On Demand) – vídeo sob demanda • MOD – movie-on-demand • N-MOD – near movie-on-demand TV Interativa • Jogos • homeshopping 44 Homebanking 45 MOD e N-MOD TV Interativa Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia 47 46 Taxonomia Recomendada pela ITU-T Taxonomia Recomendada pela ITU-T Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Define 4 classes básicas de serviços: Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Serviços Conversacionais • Interatividade em tempo real da comunicação entre os • Serviços Conversacionais usuários • implica interação entre um humano e outro humano ou um sistema • Serviços de Mensagem • Serviços de Recuperação – inclui serviços pessoa-a-pessoa (videofonia, videoconferência) e • Serviços de Distribuição também algumas aplicações pessoa-a-sistema (tele-compras, etc.) Serviços de Mensagem • troca assíncrona de imagens, sons ou documentos multimídia • Correio eletrônico • Não são em tempo real 48 49 Taxonomia Recomendada pela ITU-T Desafios da Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Serviços de Recuperação Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia • Recuperação de informação armazenada remotamente • Dados multimídia têm características e requisitos • cobrem todos os tipos de acesso a servidores de informação diferentes dos dados alfanuméricos (p.e. vídeo sob-demanda, livrarias eletrônicas) Dados Multimídia x Dados Alfanuméricos – sistemas computacionais convencionais não suportam Serviços de Distribuição eficientemente aplicações multimídia • Sem interatividade • Cobrem serviços onde a informação é distribuída por iniciativa do sistema servidor – P.e. programas de TV, distribuição de jornais eletrônicos, distribuição de cotação de bolsa de valores 51 50 Desafios da Multimídia Desafios da Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Requisitos das Aplicações Multimídia: • Exigem codificação, armazenamento e manipulação de objetos não convencionais • Manipulam objetos longos • Exigem transferência contínua de dados e altas taxas • Exigem acesso sincronizado aos dados Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Principais características e requisitos: • Dados multimídia têm dimensão temporal – devem ser transmitidos, processados e apresentados em taxas fixas • processamento e comunicação devem satisfazer requisitos de tempo-real • Aplicações multimídia usam múltiplos tipos de mídia – relações temporais e espaciais entre mídias devem ser mantidas 52 53 Desafios da Multimídia Desafios da Multimídia Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Principais características e requisitos: • Dados multimídia têm volume grande – devem ser compactados – redes de alta velocidade e computadores potentes são necessários • Dados multimídia não têm sintaxe e semântica óbvia – bancos de dados convencionais não suportam efetivamente dados multimídia – técnicas de indexação, recuperação e reconhecimento de informações multimídia são necessárias 54 Fundamentos de Sistemas Multimí Multimídia Redes de Computadores • Transmissão em banda larga • Baixo retardo e baixa variação do retardo (jitter) • Transmissão multicast nativa • Garantia da Qualidade de Serviço (QoS) fim-a-fim 55
