Aplicações Multimídia sobre Redes

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1 Redes Multimídia Aplicações Multimídia sobre Redes Curso Superior de Tecnologia em Sistemas para Internet Turma: TEC.SIS.4T

2 Redes Multimídia Conteúdo Programático :: 1 a Unidade 1. Aplicações multimídia sobre redes; 2. Formatos de áudio e vídeo digital 2.1. Introdução ao áudio digital; 2.2. Compactação de áudio; 2.3. Introdução ao vídeo Sistemas analógicos; Sistemas digitais; 2.4. Compactação de vídeo Padrão JPEG; Padrão MPEG; 3. Fluxo contínuo de áudio e vídeo na Internet.

3 Contextualizando Aplicações Multimídia: Áudio e/ou vídeo na rede ( mídia contínua )

4 Contextualizando Crescimento de aplicações que recebem e transferem áudio e vídeo pela Internet; Aplicações Multimídia também são conhecidas como aplicações de mídia de taxa constante : Vídeos de entretenimento; Telefonia IP; Rádio pela Internet; Videoconferências; Ensino a distância (com uso de recursos multimídia); Etc...

5 Contextualizando Este tipo de aplicação se difere muito das aplicações convencionais que executam sobre as redes de computadores: Envio/recebimento de s; Envio/recepção/visualização de imagens (estáticas); Troca de arquivos (FTP); Consultas a servidores DNS... Aplicações Multimídia são sensíveis a atrasos, mas podem tolerar perdas de dados ocasionais; Modelos de comunicação tradicionais não são uma boa escolha para estes fins Overhead (em excesso), ocasionando atrasos

6 Sensibilidade ao atraso Atraso fim a fim Acúmulo de atrasos de processamento, fila, propagação, transmissão ao longo do trajeto entre origem e destino; Para aplicações de áudio altamente interativas (telefone por Internet, por exemplo): Atrasos de menores do que 150 milissegundos não são percebidos pelo ouvido humano; Atrasos entre 150 e 400 milissegundos são aceitáveis (mas não ideal); Atrasos maiores que 400 milissegundos podem atrapalhar consideravelmente a conversação.

7 Sensibilidade ao atraso Jitter (variação de atraso) Variação do atraso dos pacotes dentro de um mesmo fluxo; Causados por atrasos aleatórios nas filas dos roteadores; Assim, o tempo entre o momento que o pacote é gerado na fonte e chega no destino pode variar de pacote para pacote; Isto chama-se variação do atraso Exemplo: 2 pacotes consecutivos em uma rajada de voz com 20 milissegundos de diferença entre um e outro No receptor, este tempo pode ser maior ou menor Analogia da rodovia

8 Sensibilidade ao atraso Jitter (variação de atraso) Se for ignorada, esta variação pode resultar em níveis inteligíveis de áudio; A variação do atraso pode ser removida com a utilização de alguns mecanismos: Números de sequência Remetente incrementa o número de sequência para cada pacote que gera Marcas de tempo Remetente marca cada porção com o tempo em que foi gerada Atraso de reprodução Atrasar a reprodução das porções de áudio no receptor

9 Jitter (Variação de atraso) Dados acumulados transmissão de áudio a uma taxa constante atraso variável da rede (jitter) recepção do áudio no cliente reprodução do áudio a taxa constante no cliente atraso de reprodução tempo Armazenamento no lado do cliente, o atraso de reprodução compensa a variação do atraso (jitter) provocados pela rede

10 Classes de Aplicações Multimídia 1) Áudio e vídeo de fluxo contínuo (Streams) armazenados (Vídeo sob demanda) 2) Áudio e vídeo de fluxo contínuo ao vivo 3) Áudio e vídeo interativos em tempo real

11 Classes de Aplicações Multimídia Fluxo contínuo (áudio e vídeo armazenados) O cliente solicita a qualquer momento arquivos de áudios e vídeos que estão armazenados no servidor; 3 características importantes: Mídia armazenada: o conteúdo foi pré-gravado e armazenado no servidor; Pode pausar, voltar, avançar, etc Fluxo contínuo: o cliente inicia a reprodução alguns segundos após começar a receber os arquivos do servidor; Reprodução contínua: quando começa a reprodução, é desejável que prossiga sem paralisações, (não ocorram atrasos significativos) Dados devem ser recebidos a tempo de serem reproduzidos

12 Classes de Aplicações Multimídia Fluxo contínuo (áudio e vídeo armazenados) [Funcionamento] 1. vídeo gravado 2. vídeo transmitido Atraso da rede 3. vídeo recebido, reproduzido no cliente Fluxo contínuo: neste instante, o cliente está reproduzindo uma parte anterior do vídeo, enquanto o servidor ainda está transmitindo as partes seguintes tempo

13 Classes de Aplicações Multimídia Áudio e vídeo de fluxo contínuo ao vivo Semelhante à transmissão de rádio e televisão; Permite que sejam recebidas transmissões de qualquer parte do mundo; Como o fluxo não é armazenado, não se pode adiantar o programa que está sendo recebido; Entretanto, os dados são armazenados localmente; Pausa, retrocesso podem ser realizadas em algumas aplicações Mesma idéia da reprodução contínua; Atrasos causam danos mais severos do que em mídia armazenada

14 Classes de Aplicações Multimídia Vídeo e áudio interativos em tempo real Permite comunicação entre as pessoas em tempo real Telefonia pela Internet Videoconferências Usuários podem se mover ou falar a qualquer instante Os atrasos devem ser menores do que algumas centenas de segundos

15 Multimídia sobre a Internet Atual TCP/UDP/IP: serviço de melhor esforço sem garantias sobre atrasos, perdas As aplicações MM na Internet atual usam recursos da camada de aplicação para minimizar (da melhor forma) efeitos de atrasos e perdas Enviar áudio e vídeo por UDP Retardar a reprodução no receptor Marcas de tempo para saber quando devem ser reproduzidos Enviar informações redundantes para diminuir efeitos de perda

16 Multimídia sobre a Internet Atual Aplicações de áudio e vídeo de fluxo contínuo tornaram-se populares; Custo de armazenamento em disco muito baixo Mais conteúdo multimídia armazenado na Internet; Melhorias na infra-estrutura na Internet Acesso doméstico de alta velocidade (banda larga), por exemplo; Clientes solicitam arquivos de áudio e vídeo residentes em servidores de aplicação Podem ser servidores Web comuns ; Podem ser servidores de fluxo contínuo especiais para fluxo contínuo

17 Multimídia sobre a Internet Atual Servidor, então, envia o arquivo solicitado; Antes de enviar o arquivo de áudio/vídeo: Arquivo é segmentado; Os segmentos são encapsulados em cabeçalhos especiais para tráfego de áudio e vídeo; RTP é um protocolo padrão para este encapsulamento Quando começa a receber o arquivo, o cliente começa a reprodução Com interatividade (pausa, avanço, retrocesso, etc); Esta interatividade necessita um protocolo específico: RTSP é responsável pela interatividade com o usuário

18 Multimídia sobre a Internet Atual Geralmente, é solicitado através de um cliente Web (browser); A reprodução não está integrada com estes clientes Web Necessidade de uma aplicação auxiliar para reproduzir Comumente chamada de transdutor; Real Player, Windows Media Player, etc Desempenham algumas funções: Descompressão; Remoção da variação do atraso; Correção de erros Interface gráfica de usuário com botões de controle Podem ser utilizados programas especiais para inserir a interface do transdutor dentro da janela do browser Plugins

19 Multimídia sobre a Internet Atual Acesso a áudio e vídeo a partir de um servidor Web: Quando um áudio está no servidor Web, ele é um objeto normal dentro do sistema de arquivos (como HTML e JPEG); Usuário solicita arquivo de áudio: Conexão TCP é criada; Envia requisição HTTP para o objeto; Servidor anexa o arquivo e responde; Cabeçalho indica a codificação específica; Browser analisa o tipo e chama o transdutor correspondente; Transdutor reproduz o arquivo Objeto inteiro deve ser armazenado Atraso não tolerável

20 Multimídia sobre a Internet Atual Acesso a áudio e vídeo a partir de um servidor Web: Assim, o servidor deve enviar o arquivo de áudio/vídeo diretamente para o transdutor; Conexão direta entre o servidor e transdutor; Utilização de um metarquivo Contém informações sobre o arquivo a ser entregue

21 Multimídia sobre a Internet Atual Acesso a áudio e vídeo a partir de um servidor Web: Hiperlink do arquivo de áudio/vídeo não aponta para o objeto, e sim para um metarquivo Contém a URL do arquivo Mensagem de resposta HTTP contém um tipo que identifica a aplicação específica (transdutor) Browser examina o tipo e passa o metarquivo para o transdutor Transdutor estabelece uma conexão TCP com o servidor HTTP Solicitando o arquivo Arquivo é enviado Dentro de uma resposta HTTP Comunicação realizada via HTTP (sobre TCP)

22 Multimídia sobre a Internet Atual Fluxos a partir de um servidor de fluxo contínuo Esta arquitetura permite o uso de protocolos não-http entre o servidor e o reprodutor de mídia (transdutor) Também pode usar UDP ao invés do TCP

23 Multimídia sobre a Internet Atual Exercício de Fixação As figuras a seguir apresentam três esquemas para fluxo contínuo de mídia armazenada. Quais as vantagens e as desvantagens de cada esquema?