Telefonia IP. Classificação de aplicações multimídia e formas de compressão. Prof. Emerson Ribeiro de Mello. Instituto Federal de Santa Catarina IFSC

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1 Telefonia IP Classificação de aplicações multimídia e formas de compressão Prof. Emerson Ribeiro de Mello Instituto Federal de Santa Catarina IFSC campus São José mello@ifsc.edu.br 17 de fevereiro de /18

2 Introdução Multimídia A palavra multimídia expressa uma informação que combina diversos conteúdos em diferentes formatos. Exemplo: texto, imagem, áudio, vídeo e interatividade. 2/18

3 Introdução Multimídia A palavra multimídia expressa uma informação que combina diversos conteúdos em diferentes formatos. Exemplo: texto, imagem, áudio, vídeo e interatividade. As aplicações multimídia são caracterizadas como: Lineares. Não permitem a interação do usuário com o conteúdo Não-lineares. Permitem a interação do usuário com o conteúdo 2/18

4 Introdução Multimídia A palavra multimídia expressa uma informação que combina diversos conteúdos em diferentes formatos. Exemplo: texto, imagem, áudio, vídeo e interatividade. As aplicações multimídia são caracterizadas como: Lineares. Não permitem a interação do usuário com o conteúdo Não-lineares. Permitem a interação do usuário com o conteúdo Exemplos: páginas html, mensagem instantânea, VoIP, apresentações, quiosques, realidade virtual, etc 2/18

5 Características fundamentais das aplicações multimídia Sensíveis a atraso Atraso fim a fim. Tempo gasto na transmissão do pacote entre a origem e o destino final Variação de atraso (jitter). Consiste na variação do atraso entre os diversos pacotes de uma transmissão Tolerante a perdas As perdas gerarão certa pertubação na aplicação, mas sem que inviabilize-a 3/18

6 Características fundamentais das aplicações multimídia Sensíveis a atraso Atraso fim a fim. Tempo gasto na transmissão do pacote entre a origem e o destino final Variação de atraso (jitter). Consiste na variação do atraso entre os diversos pacotes de uma transmissão Tolerante a perdas As perdas gerarão certa pertubação na aplicação, mas sem que inviabilize-a Questões 1 Tais características influenciam de forma similar as aplicações de troca de dados? 2 Quais as causas para o atraso, variação do atraso e perda de pacotes? 3/18

7 Classificação das aplicações multimídia Aplicações de fluxo contínuo de mídia armazenada Inicia o processamento da mídia a partir do momento que receber sua primeira porção Para lidar com o atraso, tais aplicações geralmente fazem uso de uma área de armazenamento temporário (buffer) 4/18

8 Classificação das aplicações multimídia Aplicações de fluxo contínuo de mídia armazenada Inicia o processamento da mídia a partir do momento que receber sua primeira porção Para lidar com o atraso, tais aplicações geralmente fazem uso de uma área de armazenamento temporário (buffer) Aplicações de fluxo contínuo ao vivo Não permite a interação com a mídia, uma vez que o conteúdo está sendo gerado ao vivo 4/18

9 Classificação das aplicações multimídia Aplicações de fluxo contínuo de mídia armazenada Inicia o processamento da mídia a partir do momento que receber sua primeira porção Para lidar com o atraso, tais aplicações geralmente fazem uso de uma área de armazenamento temporário (buffer) Aplicações de fluxo contínuo ao vivo Não permite a interação com a mídia, uma vez que o conteúdo está sendo gerado ao vivo Aplicações interativas de tempo real Exemplo: Voz sobre IP (VoIP) Não se dá bem com atrasos. Na transmissão de voz, atrasos inferiores a 150ms não são perceptíveis pelo ouvido humano Atrasos até 400ms são aceitáveis e superiores a isso tornam a comunicação incompreensível 4/18

10 Compressão de dados Experimento usando o GIMP Obtenha uma imagem com o logo do IFSC e recorte uma parte no tamanho de 128x Salve no formato BMP de 24bits e veja o tamanho do arquivo 2 Salve no formato PNG e veja o tamanho do arquivo 3 Crie uma nova imagem do tamanho 128x128, que seja totalmente preta. Salve em BMP e em PNG e veja o tamanho de cada 5/18

11 Compressão de dados O espaço ocupado por uma imagem no formato RAW é calculado a partir das suas dimensões (horizontal, vertical) e sua profundidade de cor. horizontal vertical BPP Tamanho(Kb) = /18

12 Compressão de dados O espaço ocupado por uma imagem no formato RAW é calculado a partir das suas dimensões (horizontal, vertical) e sua profundidade de cor. horizontal vertical BPP Tamanho(Kb) = Qual seria o espaço em disco para armazer uma imagem 128x128 de 24 bits em um mapa de bits cru (BMP)? 6/18

13 Compressão de dados O espaço ocupado por uma imagem no formato RAW é calculado a partir das suas dimensões (horizontal, vertical) e sua profundidade de cor. horizontal vertical BPP Tamanho(Kb) = Qual seria o espaço em disco para armazer uma imagem 128x128 de 24 bits em um mapa de bits cru (BMP)? Transportar tal tipo de imagem pela rede iria consumir uma grande largura de banda A compressão busca reduzir a quantidade de espaço necessária para armazenar/transportar uma dada informação Se dá através da redução de informações redundantes e também na redução da taxa de bits necessária para representar um dado qualquer Exemplo: FFFFFF poderia ser reduzido para 6F 6/18

14 Classificação das técnicas de compressão Sem perdas. Os dados originais podem ser reconstruídos de um dado comprimido. Ex: [6]7 Com perdas. Após ser descomprimidos os dados diferem da fonte original, mas não muito, o que permite que estes continuem úteis. Ex: Simétrica. O mesmo algoritmo é usado na compressão e na descompressão Assimétrica. Geralmente os algoritmos de compressão são mais complexos e o processo demora mais (exemplo: mp3) 7/18

15 Classificação das técnicas de compressão Sem perdas. Os dados originais podem ser reconstruídos de um dado comprimido. Ex: [6]7 Com perdas. Após ser descomprimidos os dados diferem da fonte original, mas não muito, o que permite que estes continuem úteis. Ex: Simétrica. O mesmo algoritmo é usado na compressão e na descompressão Assimétrica. Geralmente os algoritmos de compressão são mais complexos e o processo demora mais (exemplo: mp3) Quais técnicas seriam mais adequadas para as mídias como texto, imagem, voz, vídeo, arquivo binário? 7/18

16 Compressão do áudio A conversão de um sinal analógico de áudio para um digital se dá através de amostras por segundo, sendo 8bits a quantização de cada amostra, o que resulta em 64kbps. (técnica chamada PCM Pulse Code Modulation) taxa de amostragem. número de amostras colhidas na unidade de tempo quantização. número possível de níveis sonoros que cada amostra pode registrar. Quanto maior, mais fiel será. 8/18

17 Compressão do áudio A conversão de um sinal analógico de áudio para um digital se dá através de amostras por segundo, sendo 8bits a quantização de cada amostra, o que resulta em 64kbps. (técnica chamada PCM Pulse Code Modulation) taxa de amostragem. número de amostras colhidas na unidade de tempo quantização. número possível de níveis sonoros que cada amostra pode registrar. Quanto maior, mais fiel será. O CD também faz uso da técnica PCM mas com uma taxa de amostragem de e sendo 16bits cada amostra. Resulta em 705.6kbps para mono e 1.411Mbps para estéreo 8/18

18 Compressão de vídeo O vídeo consiste numa sequência de imagens as quais são exibidas a uma taxa constante, por exemplo, 24 ou 30 quadros por segundo Cada quadro representa um vetor de pixels, sendo cada pixel codificado em um número de bits que representa a luminância e a cor 9/18

19 Compressão de vídeo O vídeo consiste numa sequência de imagens as quais são exibidas a uma taxa constante, por exemplo, 24 ou 30 quadros por segundo Cada quadro representa um vetor de pixels, sendo cada pixel codificado em um número de bits que representa a luminância e a cor Existem dois tipos de redundância em vídeo e ambas podem ser exploradas pela compressão de dados Espacial. Repetição de um mesmo padrão no quadro. (imagem toda preta) Temporal. Repetição de uma imagem nos quadros subsequentes 9/18

20 Alguns formatos de compressão para áudio e vídeo Áudio ISO. MPEG-1 audio layer I, II e III, AAC, FLAC ITU. G.711 e G.729 outros. AMR (Adaptive Multi-rate), RealAudio, Vorbis, WMA, Speex Vídeo ISO. MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4 ASP e MPEG-4/AVC ITU. H.264 outros. RealVideo, Theora, WMV Contêiner de mídia AVI, MP4, OGG 10/18

21 Taxa de amostragem: CBR, ABR e VBR Constant Bit Rate Taxa de amostragem constante e tamanho de arquivo previsível Ex: áudio de 2 minutos codificado a uma taxa de 128kbps resultará em um arquivo de 1.920Kb Average Bit Rate Taxa de amostragem média e tamanho de arquivo previsível Para cada quadro de áudio é determinado se este pode ficar acima ou abaixo da média Ex: com ABR 128kbps, quadros com silêncio podem ser codificados com 96kbps e quadros mais complexos podem ser codificados com 192kbps. Variable Bit Rate Para cada quadro o algoritmo escolhe a melhor taxa Não é possível prever o tamanho do arquivo 11/18

22 Alguns formatos de áudio para voz sobre IP MOS índice ITU-T da opinião média subjetiva sobre qualidade do áudio: 1 a 5 G.711 Taxa: 64kbps Atraso: 0,75ms MOS: 4.1 Características Codificação para voz em modulação por código de pulso (PCM) (A-law) e (µ-law). Qualidade da comunicação bem próxima daquilo que temos na telefonia convencional, porém consome muita largura de banda G Taxa: 5.3/6.3 Atraso: 30ms MOS: 3.65/3.9 Características permite alterar a taxa durante a chamada para se ajustar ao tráfego da rede Não pode ser usado para codificar tons DTMF e de FAX É necessário adquirir licença para usá-lo 12/18

23 Alguns formatos de áudio para voz sobre IP G.729 Taxa: 8kbps Atraso: 10ms MOS: 3.9 Características Não pode ser usado para codificar tons DTMF e de FAX É necessário adquirir licença para usá-lo ilbc Taxa: 13.3/15.2kbps Características Lida bem com perda de pacotes Licença livre e presente em algumas soluções de software livre 13/18

24 Formatos de vídeo MPEG-1. (Part 2). Padrão utilizado no Video-CD (VCD) com qualidade comparável ao VHS MPEG-2. Utilizado para codificação de áudio e vídeo na transmissão de TV digital de alta qualidade, usado também pelo DVD MPEG-4. Surgiu como substituto ao MPEG-1 e 2. Consiste num conjunto de métodos para compressão de áudio e vídeo. É dividido em diversas partes: Parte 2 - vídeo; Parte 3 - áudio (AAC); Parte 10 - Advanced Vídeo Coding (H.264) Parte 14 - Contêiner de mídia 14/18

25 Contêineres de mídia Tem por objetivo agrupar diferentes mídias de forma a tornar o transporte destas mais simples 15/18

26 Contêineres de mídia Tem por objetivo agrupar diferentes mídias de forma a tornar o transporte destas mais simples OGG. Contêiner de código aberto que agrupa mídias que fazem uso de diferentes codecs. Extensões:.ogv,.oga,.ogx e.ogg MP4. Permite armazenar além do vídeo e áudio, textos e imagens. Extensões:.mp4 (áudio e vídeo),.m4v (vídeo),.m4a (áudio sem DRM),.m4p (com DRM),.m4b (podcasts) AMV. Formato proprietário utilizado por aparelhos chineses portáteis e de baixo custo Modificaram o contêiner AVI e codificam o vídeo com uma variação do Motion JPEG Ideal para equipamentos com baixo poder de processamento 15/18

27 Contêineres de mídia Matroska. Formato aberto que pode agregar um número ilimitado de vídeos, aúdios, imagens ou faixas de legendas. Extensões:.mkv (vídeo + áudio + legenda),.mka (áudio),.mks (legenda) Está em amplo uso na disseminação de conteúdo obtidos de uma fonte de alta definição (Blu-ray e HDTV) 16/18

28 Trabalho 01 individual 1 O que é WebRTC e que tipo de aplicação é possível desenvolver com isso? 2 Seria possível fazer uma chamada VoIP no computador sem precisar instalar aplicativos específicos, ou seja, usando somente o navegador web? Se sim, apresente pelo menos um exemplo. 3 Apresente uma lista com aplicativos móveis que permitam realizar chamadas por voz e/ou vídeo e informe quais codecs são usados por esses aplicativos. Entrega: arquivo PDF por até o dia 23/02/ /18

29 Bibliografia Larry L. Peterson and Bruce S. Davie Computer Networks. A Systems Approach, 4 edition Morgan Kaufmann, 2007 James F. Kurose and Keith W. Ross Redes de computadores e a Internet: Uma abordagem top-down, 3 ạ edição Addison-Wesley, /18