Redes Multimídia 2016.2 Aplicações Multimídia sobre Redes Curso Superior de Tecnologia em Sistemas para Internet Turma: TEC.SIS.4T
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 2.3.1. Sistemas analógicos; 2.3.2. Sistemas digitais; 2.4. Compactação de vídeo 2.4.1. Padrão JPEG; 2.4.2. Padrão MPEG; 3. Fluxo contínuo de áudio e vídeo na Internet.
Contextualizando Aplicações Multimídia: Áudio e/ou vídeo na rede ( mídia contínua )
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...
Contextualizando Este tipo de aplicação se difere muito das aplicações convencionais que executam sobre as redes de computadores: Envio/recebimento de e-mails; 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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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)
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
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?