Resumos de Sistemas Multimédia
1.(a) Diga o que entende por aplicações multimédia e apresente uma vantagem e um inconveniente de
uma aplicação local quando comparada com uma aplicação em rede.
1.(b) Diga o que entende por um sistema multimédia e refira quais as duas tecnologias que criaram as
condições para o sucesso destes sistemas.
1.(c) Apresente 2 razões para o sucesso das aplicações multimédia e caracterize uma aplicação
hipermédia.
1.(d) Diga o que caracteriza uma aplicação multimédia e apresente dois tipos de empresas que têm a
ganhar com a popularidade destas aplicações.
1.(e) Diga o que caracteriza uma aplicação multimédia e uma aplicação hipermédia e dê 2 exemplos de
aplicações de cada um dos tipos.
1.(f) Diga o que caracteriza uma aplicação multimédia em rede e qual a diferença entre uma aplicação
multimédia e uma aplicação hipermédia.
1.(g) Diga o que caracteriza uma aplicação multimédia em rede e quais os componentes de um PC
multimédia.
1.(h) Diga o que caracteriza uma aplicação multimédia local e quais as ferramentas de que necessita
para desenvolver uma aplicação desse tipo.
O que é a Multimédia
É o campo que se ocupa com a integração controlada por computador de texto,
gráficos, imagens (estáticas e em movimento), animação, sons e quaisquer outros
meios em que todo o tipo de informação possa ser representada, armazenada,
transmitida e processada digitalmente.
As 4 características dos Sistemas Multimédia
1. Os Sistemas Multimédia tem de ser controlados por computador (o que implica à
partida a existência de pelo menos um computador).
2. São integrados (significa que utilizam o menor número de dispositivos diferentes
possível - um exemplo é usar apenas um ecrã para apresentar todo o tipo de
informação visual).
3. A informação que eles manuseiam tem de ser representada digitalmente.
4. A interface com o usuário deve permitir interactividade (o que significa que o
utilizador possui uma certa forma de controlo sobre o que se está a passar, ao
contrário do que acontece quando se vê um filme no cinema).
Multimédia local e em rede
Multimédia local. Refere-se a aplicações que não fazem uso de recursos extra além
daqueles já presentes no sistema local para fornecer os serviços multimédia. Assim, o
sistema local fornece todo o poder de processamento necessário. Está completamente
equipado, como apropriado, com todos os dispositivos analógicos necessários como
microfones ou uma máquina fotográfica. Alguns exemplos de campos de aplicação
ajudarão a clarificar a ideia:
a) Individual computer-based training (CBT) (treino profissional). Técnicos e
engenheiros aprendem operações de manutenção ou procedimentos operacionais
através de documentação multimédia e de computadores pessoais isolados, em que o
documento está gravado localmente, como por exemplo num CD-ROM ou video-disk.
b) Individual computer-based education (CBE). Estudantes seguem cursos ou
praticam usando aplicações multimédia em computadores pessoais isolados.
c) Multimedia authoring. Autores podem desenvolver documentos multimédia
comerciais, ou apenas algumas apresentações multimédia para uso privado.
Exemplos de aplicações locais: jogos, filmes, catálogos/publicidade/manuais,
enciclopédias/EAC (Ensino Assistido por Computador – equivalente a CBT, em
inglês).
Multimédia em rede. Existem duas razões principais que podem justificar o uso de
multimédia em rede. A primeira é que certas aplicações são para correr genuinamente
em rede, já que o seu objectivo é mesmo permitir que pessoas comuniquem à
distância, como acontece como a teleconferência.
Segundo, por razões práticas e/ou económicas, pode ser mais vantajoso centralizar o
armazenamento massivo de informação em servidores. O posterior acesso remoto a
esses servidores será então feito através de redes.
Exemplos de aplicações em rede: Video Conferência, TV Interactiva, VoD (Video on
Demand), CSCW (Computer Support Cooperative Work).
O que é uma Aplicação Multimédia
Uma aplicação multimédia é o uso específico, por um utilizador ou grupo de
utilizadores, de um dado sistema multimédia que oferece uma função particular ou
conjunto de funções.
Embora a definição possa parecer um pouco abstracta, vamos clarificar com um
exemplo. Uma workstation equipada com dispositivos audio e video pode oferecer,
como função, comunicação audio-visual em tempo real. Este sistema quando usado
num escritório poderá suportar videofonia individual, ou quando instalado numa sala
de reuniões poderá suportar a distribuição em tempo real de palestras. Videofonia e
distribuição ao vivo de palestras são exemplos de aplicações multimédia.
Uma das partes constituintes das aplicações multimédia são os programas de
aplicação (software que deverá ser instalado para suportar a aplicação multimédia em
questão).
O campo de aplicação é a área, tipo de actividade ou mesmo segmento da indústria no
qual uma dada aplicação multimédia é usada. Como exemplo, o “shared whiteboard”
é uma aplicação multimédia que pode ser utilizada no campo do design mecânico
colaborativo, e uma aplicação de imagem partilhada pode ser utilizada no campo dos
diagnósticos médicos.
O que é uma Aplicação Hipermédia
Hipermédia (hipertexto + multimédia) é um conceito para a apresentação, acesso,
estruturação e armazenamento de documentação multimédia. É uma aplicação do
conceito de hipertexto aos documentos multimédia.
Hipertexto é texto com links. Os documentos hipertexto não são estritamente
sequenciais. Podem conter links, i.e., referências para outras partes do mesmo
documento ou outros documentos. Os links são são ponteiros entre documentos que
contêm toda a informação necessária para aceder aos documento target.
Um documento hipermédia é composto por partes interligadas que podem ser
qualquer combinação de texto, gráficos, imagens, som e imagens em movimento. Um
documento hipermédia tem também de descrever as relações de timing entre as várias
partes.
Os documentos não são necessariamente armazenados no sistema local. Quando um
link é activado, o documento pode vir de outro sistema exterior que pode estar em
qualquer lugar do mundo.
A maior parte dos títulos multimédia interactivos que são distribuídos em CD-ROM
ou CD-I usam técnicas hipermédia para criar uma estrutura interna lógica com
flexibilidade suficiente para fornecer boa interactividade. Grande parte dos
documentos multimédia disponíveis em servidores e acessíveis por rede, utilizam
estruturas hipermédia.
Tipos de indústria que têm a ganhar com a popularidade das aplicações
multimédia
Empresas de :
a) Ferramentas
b) Jogos
c) Operadoras
d) TV/Video
e) Publicidade/Marketing
f) Ensino (Ex: produtores de enciclopédias)
NOTAS:
2.(a) Refira as 2 operações que são necessárias para converter um sinal digital num sinal analógico,
quais os erros que podem ser introduzidos e quais os cuidados a ter para minimizar esses erros.
2.(b) Refira 2 vantagens e 2 desvantagens que um sinal digital apresente relativamente a um sinal
analógico em termos de transmissão e processamento
2.(c) Refira 2 vantagens e 2 inconvenientes da utilização de informação digital nas aplicações
multimédia.
2.(d) Numa aplicação multimédia a informação pode ser contínua ou discreta, sintetizada ou capturada.
Diga em que diferem estes vários tipos e dê um exemplo de cada um.
2.(e) Diga o que entende por informação analógica e por informação digital e refira as operações
necessárias, e os cuidados a ter, para fazer as passagens da forma analógica para a forma digital e outra
vez para a forma analógica.
2.(f) Diga o que entende por informação analógica, digital, capturada e sintetizada. Apresente 1
exemplo de cada.
2.(g) Diga qual a diferença entre imagens vectoriais e imagens bitmap. Refira quais os cuidados a ter
quando passa de uma imagem analógica para uma imagem digital.
Tipos de informação numa aplicação multimédia (ver fig. 1.1 do livro, p. 8)
a) Informação Capturada versus Sintetizada
Capturada – informação capturada do mundo real (imagens, imagens em
movimento e som)
Sintetizada – informação sintetizada por computador (texto, gráficos e animação
por computador)
b) Informação Discreta versus Contínua
Discreta – informação baseada no espaço, i.e., informação relacionada apenas
com a dimensão temporal (texto, imagens, gráficos)
Contínua – informação baseada no tempo, i.e., envolvendo a dimensão temporal
(som, imagens em movimento e animações por computador)
Digitalização
É o processo involvido em transformar um sinal analógico num sinal digital.
Definição de sinais analógicos e sinais digitais
Um sinal analógico constitui um valor físico que varia continuamente no tempo e/ou
no espaço e é definido para qualquer instante ou para qualquer posição espacial. Um
sinal analógico pode sempre tomar qualquer valor entre um mínimo e um máximo.
Um sinal digital é uma sequência de valores codificados em formato binário (e
dependentes do tempo ou espaço) que resultam do processo de transformação de um
sinal analógico (digitalização). Um sinal digital é então representado sob a forma
numérica.
Conversão de um sinal analógico em sinal digital (digitalização) (ver fig. 2.2
livro, p 20)
Esta transformação requere dois passos sucessivos:
1. Amostragem: consiste em reter apenas um conjunto discreto de valores de todos os
valores contidos num sinal analógico. O período de amostragem é em geral constante.
Portanto, as amostras são recolhidas em intervalos de tempo ou espaço fixos.
2. Quantização e Codificação. A quantização consiste em converter um sinal
amostrado num sinal que apenas pode tomar um conjunto limitado de valores. É uma
espécie de discretização de amplitude.
A codificação consiste em associar um grupo de dígitos binários (um código) a cada
valor quantizado.
Todo este processo de amostragem, quantificação e codificação é denominado de
digitalização.
Vantagens da representação da informação na forma digital
A vantagem geral reside na universalidade da representação. Uma vez que qualquer
tipo de informação, seja texto, imagem, som, etc, é codificado numa forma única que
resulta numa sequência de bits, todos os tipos de informação podem ser manueados de
forma idêntica, e usando o mesmo tipo de equipamento. Além disso as operações nos
sinais digitais são “error-free”! enquanto que as operações nos sinais analógicos
introduzem ruído e distorções.
Armazenamento: O mesmo dispositivo de armazenamento de dados pode ser
utilizado para todos os tipos de media.
Transmissão:
a) Qualquer sistema de comunicação de dados capaz de enviar bits tem o potencial de
transmitir qualquer tipo de informação digital multimédia;
b) Os sinais digitais são menos sensíveis aos ruídos de transmissão que os sinais
analógicos;
c) A regeneração do sinal – processo de reforço de um sinal atenuado – é mais
simples;
d) A detecção e correcção de erros pode ser implementada;
e) A encriptação da informação é mais simples.
Processamento:
a) Como a informação está armazenada em computadores, pode ser processada,
analizada, modificada, alterada e complementada por programas de computador como
qualquer outro tipo de dados. Este é talvez o maior potencial.
b) É possível implementar programas de reconhecimento de voz e texto, p.ex.
c) É possível criar estruturas de dados, usando ponteiros.
d) Utilizar funções de cut, copy e paste.
e) A qualidade da informação pode ser melhorada suprimindo o ruído ou erros, como
é o caso da digitalização dos velhos discos de vinil.
f) Informação de tipo similar mas criada através de processos diferentes – como
imagem em movimento criada por computador e capturado por camâra de filmar –
pode ser misturada.
Desvantagens da representação da informação na forma digital
a) A maior desvantagem da representação digital reside na distorção introduzida no
processo de amostragem, quantização e codificação.
b) Aumentando a taxa de amostragem e aumentando o número de bits usados para
codificar as amostras, reduz-se a distorção, aumentando no entanto o débito binário
necessário para representar a informação. E existem limites tecnológicos para este
débito binário, pois a capacidade de armazenamento não é infinita e os sistemas de
transmissão possuem também largura de banda limitada.
c) Necessidade para grandes capacidades de armazenamento digitais para armazenar
video, imagens estáticas e até mesmo som.
NOTAS:
3.(a) Diga qual a diferença entre aplicações multimédia síncronas e aplicações multimédia assíncronas
e dê exemplos de duas de cada tipo que possam ser usadas para suportar ensino à distância.
3.(b) Diga qual a diferença entre um serviço de video-a-pedido e um de quase-video-a-pedido e refira,
para ambos os serviços, se tem interesse a rede suportar multicast.
3.(c) Compare a utilização de uma rede ATM com a de uma rede Ethernet para suportar um serviço de
video-conferência.
3.(d) Diga o que entende por aplicações multimédia em rede e refira as alternativas que teria à sua
disposição em termos de programação ao nível das comunicações se quisesse desenvolver uma
aplicação distribuída ciente/servidor.
3.(e) Para desenvolver aplicações em rede pode utilizar sockets, RPCs ou plataformas tipo CORBA.
Refira, explicando minimamente, uma vantagem e um inconveniente quando compara sockets com
RPCs e RPCs com CORBA.
3.(f) As aplicações multimédia podem ser entre utilizadores ou entre utilizadores e máquinas.
Apresente 2 exemplos de cada tipo e diga, justificando, se são síncronas ou assíncronas.
3.(g) Uma aplicação multimédia cliente/servidor pode ser desenvolvida utilizando sockets, RPCs ou
CORBA. Diga o que caracterza estas 3 alternativas e qual delas torna mais fácil a localização do
servidor. Justifique.
Aplicações interpessoais e aplicações sistema-pessoa (subdivisão das aplicações
multimédia)
1. Aplicações interpessoais: o objectivo é melhorar a comunicação directa entre
humanos. Envolve pelo menos duas pessoas.
2. Aplicações sistema-pessoa: onde indivíduos ou grupos de pessoas comunicam
com um servidor, sendo o objectivo melhorar esta comunicação entre humanos e a
informação multimédia disponível nos servidores.
As aplicações interpessoais dividem-se em três simples grupos:
a) Aplicações privadas versus aplicações profissionais
b) Aplicações entre duas pessoas versus aplicações em grupo
c) Aplicações em tempo real versus aplicações assíncronas.
CSCW: Computer-Supported Cooperative Work
Definição: É o campo que se debruça com o desenvolvimento de sistemas baseados
em computadores para facilitar e melhorar o trabalho de grupos de utilizadores que
partilham tarefas e objectivos comuns, e perceber os efeitos do uso desse tipo de
sistemas.
Aplicações multimédia na matriz espaço/tempo dos CSCW (caderno+livro p 113)
Pessoas estão
no mesmo local
Comunicação
Síncrona
Comunicação
Assíncrona
local remoto
•
•
•
•
•
•
salas de
reunião
•
•
espaços compartilhados
aplicações compartilhadas
•
ferramentas
de
argumentação
•
•
conferência assíncrona assistida por computador
co-autoria
telefonia assistida por computador
telefonia de pacote
videofonia
videoconferência
divulgação de áudio/vídeo profissional
• e-mail multimídia
• troca de documentos multimídia
Taxonomia das aplicações multimédia (caderno+livro p 117)
Aplicações Síncronas: dividem-se em aplicações interpessoais, distribuição em grupo
e teleconferência em grupo. Interpessoais são entre dois indivíduos (aplicação de umpara-um; um exemplo é a videofonia). A distribuição em grupo refere-se à
transmissão de uma fonte para múltiplos receptores (um-para-muitos).
Teleconferência em grupo cobre qualquer conferência à distância entre grupos de
pessoas (muitos-para-muitos); ex: audio, video e espaços virtuais de trabalho
partilhados.
Aplicações Assíncronas: incluem o Multimedia Electronic Mail (troca de
documentos multimédia) e as “multimedia asynchronous computer conferencing”
(modernos grupos de discussão – fóruns)
Video-a-pedido vs Quase-video-a-pedido
Video-a-pedido é um nome genérico para aplicações onde utilizadores individuais
podem requisitar o acesso a servidores de video com imagens estáticas e em
movimento. Os sistemas de video-a-pedido são extremamente exigentes em termos de
potencialidade para aceder e ler os dispositivos de armazenamento de dados, em
processamento e em consumo de largura de banda na rede. Imagine-se que numa hora
de pico, centenas de utilizadores pedem o mesmo filme popular, intervalados de
segundos uns dos outros... O sistema Quase-video-a-pedido agrupa este pedidos
temporalmente próximos mas de diferentes utilizadores (para o mesmo filme ou
imagem) e serve-os simultaneamente em intervalos de tempo constantes. Assim
consegue-se libertar muito mais o servidor, exigindo também menos recursos em
termos de largura de banda. Este sistema utiliza a tecnologia multicast, i.e., o servidor
envia apenas uma trama do vídeo de cada vez (ao contrário do vídeo-a-pedido em que
o servidor tem de enviar multiplas tramas, uma para cada utilizador). Ao requerer o
serviço quase-vídeo-a-pedido, os routers registam os seus endereços e encarregam-se
da ditribuição.
Broadcasting vs Multicasting
Broadcasting corresponde à propagação da informação de uma fonte para todos os
potenciais receptores (um-para-todos), como na emissão da TV. Multicasting
corresponde à propagação de uma fonte para um subconjunto de potenciais destinos
(um-para-muitos). No entanto, o Multicasting pode ser implementado em duas
formas: multicast para grupos fechados – onde a lista de receptores é predefinida e
sob controlo de uma autoridade central, que pode ser a fonte – e multicast para grupos
abertos, em que qualquer potencial receptor se pode subscrever espontaneamente ao
grupo.
Video-conferência vs Videofonia (ver fig.10.1 p179)
Video-conferência é uma aplicação síncrona orientada ao grupo desenvolvida para
ambientes profissionais, contribuindo assim para o CSCW, podendo operar nos
modos room-to-room, room-to-desktop e desktop-to-desktop. É distinta da
Videofonia, pois envolve grupos de pessoas, e não apenas indivíduos isolados.
Redes para suportar Video-conferência
As LANs convencionais, como a Ethernet, o Token Ring e a FDDI, usam o princípio
de partilhar um meio através de várias estações. O método da Ethernet para aceder ao
meio é baseado em “contenções” e comporta-se de uma forma probabílistica. Este
tipo de redes probabilísticas não são muito adequadas para suportar a transmissão de
multimédia em tempo-real. Soluções temporárias podem ser conseguidas reduzindo
drasticamente o número de estações por segmento, ou até dedicando certos segmentos
a servidores e conectando todos os segmentos a switches (Ethernet switches). No
entanto, 10 ou 16 Mbps, mesmo dedicados a um servidor, podem ser insuficientes
para certas aplicações multimédia.
O passo seguinte será utilizar uma Ethernet de 100 Mbps, da qual existem dois
modos. O modo 100 Base-T fast Ethernet, que utiliza a mesma tecnologia anterior,
mas operando a 100 Mbps. E o modo 100 VG-AnyLAN, onde todos os segmentos são
conectados a apenas um switch. Este tipo de tecnologia tem grande potencial para
suportar aplicações multimédia baseadas em servidores.
A tecnologia ATM, que se baseia n o envio de pequenas células de comprimento fixo,
é também vista como uma solução possível para redes locais. Conceptualmente, a
abordagem não difere muito da 100 Mbps fast Ethernet, conseguindo no entanto uma
velocidade de acesso máxima de 622 Mbps, o que pode ser útil para certos servidores
multimédia.
Æ Cuidado, que aqui só se descrevem redes locais (LANs). Para video-conferência
em WANs a história pode ser outra.
Programação ao nível das comunicações para desenvolver uma aplicação
distribuída ciente/servidor (em rede)
Pode-se utilizar:
1. Sockets
2. RPCs
3. CORBA / DCOM / RMI
Sockets
Constitui uma biblioteca de funções de input/output para a rede.
Æ Socket (domínio, tipo, protocolo)
Æ Associa-se o socket a um endereço (Internet: IP+Porto; Unix)
Æ Conecta-se cliente com servidor.
Desvantagens dos sockets:
a) Necessidade de conhecer o endereço (IP+Porto)
b) Necessidade de conhecer a representação dos dados
Vantagens dos sockets:
a) Eficiência
b) Controlo
RPC (Remote Procedure Call)
RPC só precisa do IP porque possui o Port Mapper que indica qual o porto.
Vantagens dos RPCs:
a) Localização
b) IP
c) Dados
d) Empacotamento
Desvantagens dos RPCs:
a) Eficiência
b) Ligação ao “C”
c) Ligação ao “S.O.”
CORBA (Common Object Request Broker Architecture) (ver caderno – copiar
figura)
Vantagens do CORBA:
a) Serviços (nomeadamente o de localização)
b) Lógica de objectos
c) Independente da linguagem de programação
Desvantagens do CORBA:
a) Maior overhead (broker)
b) ORB em ambos os lados
4.(a) Discuta a utilização da Internet e da RDIS de banda estreita para um serviço de videoconferência.
4.(b) Compare a utilização de uma rede de comutação de pacotes com a de uma rede de comutação de
circuitos para suportar um serviço de video-telefone.
4.(c) Compare a utilização das redes de comutação de pacotes e das redes de comutação de circuitos
para suportar aplicações multimédia.
4.(d) Compare a utilização das redes de comutação de pacotes e das redes de comutação de circuitos
para suportar uma videoconferência envolvendo vários intervenientes.
4.(e) Compare a utilização da Internet e da RDIS para suportar aplicações do tipo distribuição (uma
conferência por exemplo).
4.(f) Compare a utilização de redes Ethernet e ATM para suportar aplicações do tipo distribuição (uma
conferência por exemplo).
4.(g) Compare a utilização da RDIS e da Internet para suportar aplicações que utilizem streaming de
vídeo.
Classificação das Redes (WAN/MAN/LAN)
As redes de computadores podem ser divididas em redes WAN (Wide Area
Networks), quando se refere a redes de dimensão continental ou planetária. Dado que
as distâncias podem ser consideráveis, os atrasos de propagação nestas redes poderão
ser não negligenciávies. As redes WAN são publicas, como a Internet ou X.25 (linha
telefónica); outros exemplos serão a RDIS, GSM, GPRS, UMTS ou ADSL.
As redes MAN (Metropolitan Area Networks) fazem a interligação entre redes e
equipamentos numa área metropolitana. As MANs são normalmente utilizadas para
interligar redes locais situadas em diversos pontos de uma cidade, podendo ser tanto
redes publicas como privadas (ex.: FDDI, FQDB, CaTV).
As redes locais (Local Area Networks, LAN) são um dos tipos de redes de
computadores mais utilizados. Através delas é possível interligar postos de trabalho,
servidores e dispositivos de interligação de redes numa área geográfica pequena,
sendo estas redes privadas. Normalmente a tecnologia usada nas LANs é a Ethernet.
RDIS vs Internet para suportar um serviço de video-telefone (videofonia)
O tipo de videofonia aqui considerado é baseado em comutação de circuitos.
Basicamente existem dois tipos de serviços em comutação de circuitos: o telefone
analógico e os serviços digitais. Para comunicações de longa distância e
internacionais, apenas se aconselha o uso dos serviços digitais, pois o video
comprimido com alguma qualidade requer algo de 64 a 384 Kbps, o que se pode obter
agregando 6 canais B RDIS (cada um possui 64Kbps). Uma vez que um acesso básico
RDIS possui 2 canais B, a videofonia faz-se em geral a 128 Kbps, o que corresponde
a agrupar os dois canais.
RDIS vs Internet para suportar um serviço de video-conferência
Para videoconferência, as redes públicas de comutação de circuitos, principalmente
a RDIS, é a escolha mais comum, e os sistemas de video-conferência de circuitos
foram desenvolvidos para operar de 56 a 384 Kbps. A rede pública de comutação de
circuitos é mais adequada para video-conferência em room-mode. Para desktop-mode,
aplicam-se os mesmos comentários tecidos anteriormente para videofonia. A
tecnologia ATM emergente fornece serviços de “emulação de circuitos” – isto é, a
possibilidade de utilizar permanentemente ou numa base de call-by-call, conecções do
tipo ponto-a-ponto oferecendo as mesmas garantias de serviço que a comutação de
circuitos. Nos países em que este tipo de serviços está disponível, os circuitos ATM
são os sucessores naturais da RDIS de banda estreita para suportar videoconferência
em comutação de circuitos. No entanto, os preços iniciais praticados não são
geralmente muito atractivos.
Quanto às redes a utilizar para videoconferência em comutação de pacotes, temos
que dividi-las em dois tipos:
a) Biparty long-haul packet videoconference: se a frame rate fôr relativamente baixa e
a resolução média, este tipo de videoconferência pode ser implementado com
virtualmente qualquer tipo de rede de pacotes, seja ela IP ou orientadas à conecção,
como X.25, Frame Relay ou ATM. Claro que esta última possui melhores
perfomances.
b) Multiparty long-haul packet videoconference: não consegue trabalhar
eficientemente sem multicasting de pacotes. Vários protocolos de Internet (modo
pacote) suportam multicast, incluindo o IP.
Redes de comutação de circuitos vs comutação de pacotes (aplicado à videoconferência)
Comutação de circuitos: têm vindo a alargar a sua versatilidade de utilização, desde
grandes unidades para estúdios, até sistemas mais leves, chegando mesmo às
pequenas unidades de desktop. Vamos sumarizar as suas características:
1. Usam redes de comutação de circuitos com a RDIS com velocidades de 112 a 384
Kbps.
2. Oferecem resolução média e uma frame rate aceitável (na ordem dos 10 fps).
3. O equipamento áudio, incluindo o cancelamento do echo, é geralmente de boa
qualidade.
4. Em geral, não é possível suportar as capacidades multicast das redes de comutação
de pacotes.
5. A gravação digital dos eventos áudio e video não é geralmente suportada.
As redes de comutação de circuitos são connection-oriented (CO), com uma ligação
de reserva; assim, a largura de banda e o atraso são constantes, o que melhora a
qualidade de serviço.
Comutação de pacotes: desenvolveram-se a partir do extremo contrário, começando
dos pequenos sistemas interpessoais até aos sistemas multiparty desktop, e podem
finalmente ser usadas em ambientes room ou room/desktop. As características são as
seguintes:
1. Operam sobre qualquer rede LAN ou WAN desde que possua um débito binário
suficiente.
2. Podem oferecer maior resolução a uma frame rate inferior.
3. O equipamento áudio possui qualidade média, razoável. Aspectos como o
cancelamento do eco não foram devidamente tratados nas primeiras gerações.
4. Exploram as capacidades multicast das LANs e IP.
5. Consegue gravar as streams de saída de áudio e video localmente em formato
digital comprimido, e alguns sistemas conseguem fazê-lo também para as streams de
entrada.
As redes de comutação de pacotes podem ter comutação de datagramas (connectionless, CL) ou circuitos virtuais (CO). Em comutação de datagramas, os pacotes são
encaminhados com base no seu cabeçalho enquanto nos circuitos virtuais é
estabelecido um caminho virtual (path) para a comutação. A qualidade de serviço é
inferior à das redes de comutação de circuitos, mas o preço baixa dado pagar-se
apenas o que se utiliza.
Alguns exemplos de débitos de tecnologias utilizadas
Ethernet – 10 Mbit/s / 100 Mbit/s / 1 Gbit/s
RDIS – 64 Kbit/s / 128 Kbit/s / 2 Mbit/s
GSM – 16 Kbit/s
GPRS – 56 Kbit/s
ADSL – ↑ 256 Kbit/S / ↓ 8 Mbit/s
CaTV – 640 Kbit/s
NOTAS:
Na RDIS de banda estreita existe desperdício porque se usa comutação de circuitos.
O ATM foi inventado para evitar esse desperdício de recursos.
Desvantagens do ATM (caderno):
a) Overhead do cabeçalho
b) Atrasos de congestão
5.(a) Apresente um diagrama com os vários níveis protocolares envolvidos quando um cliente situado
numa rede Ethernet acede a um servidor situado noutra rede. Apresente ainda o formato da trama que
sai do cliente, destacando os campos mais importantes.
5.(b) Apresente um diagrama com os vários níveis protocolares envolvidos quando um cliente WEB
situado numa rede Ethernet acede a um servidor de audio situado noutra rede. Explique ainda como é
que um pacote audio enviado pelo servidor chega ao cliente.
5.(c) Apresente um diagrama com os vários níveis protocolares envolvidos quando um cliente WEB
situado numa rede Ethernet acede a uma base de dados situada noutra rede. Explique ainda como é que
o pedido enviado pelo cliente chega à base de dados.
5.(d) Explique como é que uma aplicação de video-conferência consegue fazer chegar os pacotes de
áudio e vídeo ao destino admitindo que os computadores envolvidos residem em redes Ethernet
distintas. Apresente a mensagem que passaria na rede e indique as funções dos campos mais
importantes.
5.(e) Explique como é que através de um browser consegue aceder a uma base de dados situada no
mesmo computador onde reside o servidor WWW. Admita que os computadores envolvidos residem
em redes Ethernet distintas. Apresente a mensagem que passaria na rede e indique as funções dos
campos mais importantes.
5.(f) Explique como é que um browser endereça, a partir de uma rede Ethernet, um servidor WWW
residente noutra rede Ethernet. Apresente a mensagem que passaria na rede e indique as funções dos
campos mais importantes.
5.(g) Explique como é que um browser, numa PC ligado a uma rede Ethernet, recebe um stream de
vídeo proveniente de um servidor residente noutra rede Ethernet. Apresente a mensagem que passa na
rede e indique as funções dos campos mais importantes.
5.(g) Explique como é que a partir de um browser, numa PC ligado a uma rede Ethernet, se acede a
uma base de dados residente num servidor ligado a outra rede. Refira a necessidade de ter
endereçamento a vários níveis.
Protocolos: conjunto de regras que governam as comunicações entre sistemas
interconectados. Cada regra tem uma sintaxe (formato), uma semântica (significado) e
relações temporais.
Há dois tipos de protocolos standard dominantes, o OSI e o TCP/IP. Este último tem
vindo a afirmar-se e a estabelecer-se mais que o OSI. Portanto passa-se a descrever o
protocolo TCP/IP.
Protocolo TCP/IP (passar figura caderno)
Camadas protocolares
1. Física: define as características do meio de transmissão e as regras físicas e
eléctricas. Responsável pela transferência efectiva dos bits.
2. Ligação de dados: preocupa-se com a transferência fiável de informação através
do meio físico; envia blocos com informação de sincronização, controlo de erros
(correcção antecipada, para serviços de tempo real, ou detecção + retransmissão) e
controlo de fluxo.
Ligação ponto-a-ponto → ppp
Ligação ponto-a-multiponto (difusão) → Ethernet → CSMA/CD
MAC – Protocolo de acesso ao meio.
3. Rede: fornece às camadas superiores independência sobre as tecnologias de
transmissão e comutação usadas para conectar os sistemas; responsável por
estabelecer, manter e terminar conecções.
Faz controlo de congestão
4. Transporte: fornece uma transferência fiável e transparente dos dados entre os
dois nodos da comunicação; fornece controlo de erros e de fluxo end-to-end.
5. Aplicação: fornece comunicação entre processos e aplicações em servidores
separados.
Formato da trama (copiar figura nas costas do exame de 12.01.01)
TCP
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Source Port
|
Destination Port
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Sequence Number
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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Acknowledgment Number
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Data |
|U|A|P|R|S|F|
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| Offset| Reserved |R|C|S|S|Y|I|
Window
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|
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|G|K|H|T|N|N|
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
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Checksum
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Urgent Pointer
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+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
your data ... next 500 octets
|
|
......
|
IP
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|Version| IHL |Type of Service|
Total Length
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Identification
|Flags|
Fragment Offset
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Time to Live |
Protocol
|
Header Checksum
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Source Address
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Destination Address
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| TCP header, then your data ......
|
|
|
Ethernet
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Ethernet destination address (first 32 bits)
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| Ethernet dest (last 16 bits) |Ethernet source (first 16 bits)|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Ethernet source address (last 32 bits)
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Type code
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
| IP header, then TCP header, then your data
|
|
|
...
|
|
|
end of your data
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
|
Ethernet Checksum
|
+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+-+
6.(a) Refira, justificando, uma vantagem e uma desvantagem da codificação aritmética relativamente à
codificação de Huffman.
6.(b) Refira, descrevendo-os sumariamente, os factores que devem ser ponderados quando se escolhe
um algoritmo de compressão com perdas. Apresente ainda 2 técnicas para avaliar a qualidade do
algoritmo.
6.(c) Diga em que se baseiam genericamente os algoritmos de compressão e refira os factores que
devem ser ponderados quando se escolhe um algoritmo de compressão sem perdas.
6.(d) Diga justificando se a codificação por transformada apresenta perdas ou não.
6.(e) Diga que ferramentas utilizaria para produzir um CD multimédia e uma aplicação para a Web.
6.(f) Diga o que entende por codificação por entropia e por codificação atendendo à fonte. Apresente
um exemplo de cada.
6.(g) Diga o que entende por codificação aritmética. Diga, justificando, se se trata de um esquema de
codificação por entropia ou atendendo à fonte e se apresenta perdas ou não.
Ferramentas para produzir um CD multimédia
Flash, Director, ActiveX, Applets…
Ferramentas para produzir uma aplicação para a WEB
HTML, JavaScript, VBScript, Java Applets, Flash, XML (mais recente)…
Há ferramentas e linguagens que podem ser utilizadas com ambos os objectivos.
Técnicas de compressão
O objectivo da compressão é reduzir a quantidade de informação para:
1. Ocupar menos espaço em disco
2. Permitir maior rapidez na transmissão
Compressão com perdas (lossy) e sem perdas (lossless)
Sem perdas: os processos de compressão e descompressão garantem uma recuperação
total e exacta dos dados originais.
Com perdas: os dados descomprimidos não são idênticos aos originais.
Codificação por entropia (A) e atendendo à fonte (B)
Os métodos de compressão dividem-se em duas categorias gerais: codificação por
entropia, que não tem em conta a natureza do tipo de dados a ser comprimido; e
codificação atendendo à fonte, que optimiza a compressão de acordo com a semântica
dos dados originais.
A. Codificação por entropia
Um dos aspectos muito importantes da codificação por entropia é que a compressão
por este método é sempre sem perdas.
1.Codificação estatística: Na codificação estatística, padrões de bits ou octetos são
recodificados de acordo com a frequência a que ocorrem. Padrões mais frequentes
usam códigos mais curtos.
a) Substituição de padrão: este método é reservado para codificar informação textual.
Padrões frequentes de caracteres (p ex, palavras) são substituídas por uma única
palavra.Ex. multimédia Æ *M, network Æ *N.
b) Codificação de Huffman: para uma determinada stream de dados, a frequência de
ocorrências de cada octeto é calculada. Da tabela de frequências de ocorrências assim
gerada, o algoritmo de Huffman determina o número mínimo de bits para alocar a
cada caracter e atribui um código óptimo adequadamente. Os códigos são gravados no
code-book. A codificação de Huffman é usada na compressão de imagens estáticas e
em movimento. Dependendo dos parâmetros, um novo code-book pode ser construído
para cada imagem ou conjunto de imagens, e no caso de video, para cada frame ou
sequência de frames. Em qualquer dos casos, a fonte deve transmitir o code-book,
para que no destino se possa proceder à descodificação.
2.Codificação por supressão de sequência repetidas (fig. 28.3 p 513): consiste em
detectar sequências repetidas de bits ou octetos e substituí-las pelo seu número de
ocorrências.
a) Zero or blank supression: uma série de n sucessivos zeros (em dados numéricos)
ou n sucessivos espaços (em dados de texto) são substituídos por uma flag seguida do
número n.
b) RLE (Run-Length encoding): 4 ou mais ocorrências sucessivas de qualquer caracter
é substituída pelo “caracter + flag(M) + número de ocorrências”.
B. Codificação atendendo à fonte
1.Codificação vectorial: uma stream de bits (uma imagem, p ex.) é dividida em
vectores (quadrados de pixeis da imagem). Em vez de transmitir os dados, o que se
faz é transmitir o índice do padrão mais semelhante encontrado num code-book
(predifinido ou construído dinamicamente). Para reduzir a distorção, pode-se também
transmitir a diferença entre os dados reais e o padrão escolhido, podendo a própria
diferença ser também quantizada.Dependendo de como o método é implementado,
pode ser com perdas ou sem perdas.
2.Codificação diferencial: só a diferença entre o valor actual da amostra e a predição
desse valor é codificada.
a) DPCM (Differential pulse code modulation): neste método, a o valor da predição é
o valor da amostra anterior. Logo, a diferença será a diferença entre os valor em t e o
valor em t-1.
b) DM (Delta modulation): a diferença entre o valor previsto (predição) e o valor da
corrente amostra, é codificado apenas com um bit.
c) ADPCM (Adaptative DPCM): o valor previsto (predicted value) é extrapolado dos
valores anteriores (mais recentes), pelo que a função predição é variável.
3.Codificação por transformada: os dados iniciais sofrem uma transformação
matemática do domínio espacial ou temporal inicial para um domínio abstracto, mais
adequado para a compressão. O processo é reversível, i.e., aplicando a transformada
inversa os dados originais serão restaurados. Depois de ser ter transformado para o
domínio das frequências, os coeficientes mais significativos podem ser codificados
com melhor acuidade que os menos significativos. Alguns coeficientes podem até ser
removidos (mas neste caso o método torna-se com perdas).
NOTAS (caderno):
Codificação Aritmética vs codificação de Huffman
Vantagens: gasta menos bits/símbolo que o Huffman.
Desvantagens:
a) Contas feitas em vírgula flutuante
b) É aplicado bloco a bloco, enquanto o Huffman é aplicado amostra a amostra.
7.(a) No processo de compressão de imagem definido na norma JPEG, diga como são obtidos os
coeficientes e como são armazenados e porquê.
7.(b) Apresente as várias etapas realizadas na compressão de imagem definido na norma JPEG e diga,
justificando, se o processo de descompressão é simétrico.
7.(c) Diga para que serve a norma JPEG, em que diferem o modo sequencial e o modo progressivo e
apresente uma vantagem e um inconveniente do primeiro relativamente ao segundo.
7.(d) Refira as etapas da compressão JPEG com perdas e descreva os modos de apresentação
sequencial e progressivo.
7.(e) Refira a utilidade da norma JPEG e explique porque razões existe compressão sem que as perdas
sejam muito significativas.
7.(f) Explique o processo de compressão com perdas definido na norma JPEG e diga se o processo é
reversível. Justifique.
7.(g) Explique de que resulta efectivamente a compressão no caso do algoritmo definido na norma
JPEG para a compressão com perdas. Diga, justificando, se a compressão JPEG é adequada para texto.
7.(h) Explique o funcionamento do algoritmo definido na norma JPEG para a compressão com perdas.
Refira uma maneira de implementar o modo de apresentação progressivo.
8.(a) Diga quais os vários tipos de tramas que aparecem quando se utiliza a norma
MPEG e apresente as diferenças entre esses tipos.
8.(b) Diga o que entende por compensação de movimento na norma MPEG e refira à
custa de que tramas pode ser efectuada.
8.(c) Apresente um diagrama de blocos comentado que descreva a compressão na
norma MPEG e refira dois algoritmos para realizar a compensação de movimento.
8.(d) Apresente um diagrama de blocos que mostre as várias etapas da compressão de
vídeo previstas na norma MPEG e diga qual a função de cada um desses blocos. Qual
das operações é mais demorada? Justifique.
8.(e) Apresente um diagrama de blocos que mostre as várias etapas da descompressão
de vídeo MPEG e diga qual a função de cada um desses blocos. Qual das operações é
mais demorada? Justifique.
8.(f) Diga o que entende por compensação de movimento, para que serve e apresente
uma técnica para obter o vector deslocamento.
8.(g) Diga o que entende por estimação de movimento na norma MPEG e refira a
necessidade de num filme aparecerem várias imagens I.
9.(a) Diga qual a diferença entre o MPEG 2 e o MPEG 4 e quais os elementos que
podem fazer parte de uma transmissão MPEG 4.
9.(b) Diga o que são e para que servem as normas cujas designações são MPEG 4 e
MPEG 7.
9.(c) Diga qual a utilidade da norma MPEG 4 e compare-a com a norma MPEG 2.
9.(d) Diga para que serve a norma MPEG-7 e refira as várias etapas que medeiam
entre a decisão de recorrer a essa norma e a sua utilização efectiva.
9.(e) Diga para que serve a norma MPEG-4 e refira a maneira como se deve organizar
a informação para aproveitar as potencialidades oferecidas pela norma.
9.(f) Diga para que serve a norma MPEG-4, qual a dirença fundamental relativamente
aos MPEG-1 e 2, e refira a maneira como se deve organizar a informação para
aproveitar as potencialidades oferecidas pela norma.
9.(g) Diga para que serve a norma MPEG-4, qual a dirença fundamental relativamente
aos MPEG-1 e 2. Apresente um exemplo de uma “cena” MPEG-4.
9.(h) Diga para que serve a norma MPEG-7 e dê um exemplo concreto que mostre
como poderia ser utilizada para programas de TV.
10.(a) Indique valores típicos para os parâmetros de qualidade de serviço (QoS) para
um serviço de video-a-pedido. Admitindo que pretendia oferecer esse serviço, diga
quais são as alternativas em termos de rede e para cada uma indique quais os
parâmetros de QoS que seria mais difìcil satizfazer. Justifique.
10.(b) Indique valores típicos para os parâmetros de qualidade de serviço (QoS) para
um serviço de video-conferência e diga como poderia tentar satisfazer esses requisitos
se utilizasse: a) uma rede ATM; b) a internet.
10.(c) Indique valores típicos para os parâmetros de qualidade de serviço (QoS) para
um serviço de video-a-pedido e diga qual a utilidade do protocolo RSVP no que diz
respeito a tentar garantir essa qualidade de serviço.
10.(d) Se pretendesse oferecer um serviço de video-a-pedido sobre UDP/IP diga quais
seriam os parâmetros mais críticos em termos de qualidade de serviço no caso de
utilizar: a) a Internet; b) uma rede ATM. Como poderia melhorar a qualidade do
serviço se optasse pela solução a)?
10.(e) Se pretendesse oferecer um serviço de video-a-pedido sobre uma rede ATM
diga, justificando, quais os protocolos que utilizaria e quais seriam os parâmetros mais
críticos em termos de qualidade de serviço.
10.(f) Apresente 4 parâmetros que são habitualmente usados para caracterizar
qualidade de serviço e refira os valores típicos para um serviço de Video-a-pedido
MPEG-1. Apresente uma técnica que possa ser usada na Internet para melhorar a QoS
e refira uma vantagem e um inconveniente dessa técnica.
10.(g) Apresente 4 parâmetros que são habitualmente usados para caracterizar
qualidade de serviço e refira os valores típicos para um serviço de videoconferência.
Admitindo que está a utilizar equipamento H.323 e a Internet, apresente um diagrama
que mostre as entidades envolvidas e discuta a utilidade dos protocolos RTP e RTCP.