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1 Sistemas Multimídia Sistemas Multimídia Profa. Débora Christina Muchaluat Saade [email protected] [email protected] Departamento de Ciência da Computação - UFF

Sistemas Multimídia · 3 Sistemas Multimídia Ementa ü 1a.Parte: • Introdução • Mídias Discretas e Contínuas • Técnicas de Compactação e Compressão • Texto, Imagem,

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Sistemas Multimídia

Sistemas Multimídia

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade [email protected]

[email protected]

Departamento de Ciência da Computação - UFF

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Sistemas Multimídia

Sistemas Multimídia

ü  Objetivo: •  Dar uma visão geral sobre codificação digital de

dados multimídia, sistemas multimídia e hipermídia e requisitos de aplicações multimídia com relação à infraestrutura de telecomunicações.

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Sistemas Multimídia

Ementa

ü  1a. Parte: •  Introdução •  Mídias Discretas e Contínuas •  Técnicas de Compactação e Compressão •  Texto, Imagem, Áudio, Vídeo

ü  2a. Parte: •  Sistemas Multimídia e Hipermídia •  Linguagens de Autoria Multimídia

ü  3a. Parte •  Protocolos de Streaming •  Infraestrutura de Comunicação em Redes Multimídia

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Sistemas Multimídia

Introdução

ü  Definição de mídia ü  Definição de multimídia ü  Tipos de mídia ü  Sistemas multimídia ü  Aplicações multimídia ü  Desafios da Multimídia

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Sistemas Multimídia

Mídias Discretas e Contínuas

ü  Classes básicas de tráfego •  CBR, rajada, VBR

ü  Mídias Discretas •  Texto •  Gráficos e Imagens Estáticas

ü  Mídias Contínuas •  Digitalização de Sinais •  Áudio •  Vídeo

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Sistemas Multimídia

Técnicas de Compactação e Compressão

ü  Compactação X Compressão ü  Técnicas de Compactação

•  Codificação por carreira •  Codificação por Shannon-Fano •  Codificação de Huffman •  Codificação de Lempel-Ziv-Welch (LZW) •  Codificação aritmética

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Sistemas Multimídia

Técnicas de Compactação e Compressão

ü  Técnicas de Compressão •  Redução do domínio •  Redução do espaço de quantização •  Codificação preditiva •  Codificação por sub-bandas •  Codificação por transformadas •  Quantização vetorial

ü  Mídia Texto

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Imagem Estática

ü  BMP ü  GIF ü  TIFF ü  PNG ü  JPEG ü  JPEG-2000

ü  Imagem Gráfica - SVG

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Sistemas Multimídia

Áudio

ü  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

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Sistemas Multimídia

Áudio

ü  Codificação Perceptual – Modelo Psicoacústico •  Mascaramento de frequências •  Mascaramento temporal

ü  MPEG Layer 1, Layer 2, Layer 3 (MP3) ü  Dolby Digital AC-3 ü  DTS (Digital Theater Systems) ü  MPEG-2 AAC ü  MPEG-4 HE-AAC

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Sistemas Multimídia

Vídeo

ü  Princípios da Compressão de Vídeo •  Redundância inter-quadro

– Estimativa de Movimento

ü  H.261 ü  H.263 ü  MPEG-1 ü  MPEG-2 ü  MPEG-4 ü  H.264

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Sistemas Multimídia

Sistemas Multimídia e Hipermídia

ü  Multimídia x Hipermídia ü  Documentos Hipermídia

•  Objetos de Mídia •  Relações

ü  Modelos Hipermídia ü  Entidades Hipermídia

•  Nós •  Âncoras •  Elos •  Composições

ü  Modelos para Sincronização Temporal ü  Autoria e Formatação Hipermídia

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Sistemas Multimídia

Linguagens de Autoria Multimídia

ü  Linguagem HTML ü  Linguagem SMIL ü  Linguagem NCL

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Protocolos de Streaming

ü  Protocolos de Streaming •  RTP, RTCP, RTSP

ü  Streaming Adaptativo •  MPEG-DASH

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Sistemas Multimídia

Infraestrutura de Comunicação em Redes Multimídia

ü  Comunicação Multicast

ü  Provisão de Qualidade de Serviço – QoS •  QoS na Internet: IntServ e DiffServ

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Bibliografia

ü  Multimedia Communications: Applications, Networks, Protocols, and Standards

F. Halsall Addison-Wesley Publishing, 2000.

ü  Multimedia Fundamentals, Volume I: Media Coding and Content Processing (2nd Edition)

Ralf Steinmetz, Klara Nahrstedt Prentice Hall, 2002.

ü  Handbook of Data Compression (5th edition), David Salomon, D.; Giovanni Motta, Springer, 2010

ü  Redes de Computadores e a Internet: Uma Nova Abordagem

James Kurose, Keith Ross, Tradução Pearson Education, 2003.

ü  Programando em NCL 3.0 Luiz Fernando Gomes Soares, Simone Barbosa. Editora Campus-Elsevier, 2009.

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Material

ü  www.midiacom.uff.br/debora

ü  Avaliações: ü Trabalhos ü  Prova no fim do período

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Introdução

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

[email protected]

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Introdução

ü  Definição de mídia ü  Definição de multimídia ü  Tipos de mídia ü  Sistemas multimídia ü  Aplicações multimídia ü  Desafios da Multimídia

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O que é mídia?

ü  termo em inglês – media ü  plural da palavra medium em latim

•  Substantivo que significa “meio, centro” •  Meio de distribuir e representar informação

ü  Mídia de Percepção ü  Mídia de Representação ü  Mídia de Apresentação ü  Mídia de Armazenamento ü  Mídia de Transmissão

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Mídia

ü  Mídia de Percepção •  Como os humanos percebem informação? •  visão, audição, olfato, paladar, tato

ü  Mídia de Representação •  Como a informação é codificada em um

computador? •  texto, imagem gráfica (vetorial), imagem estática

(matricial), áudio, vídeo

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Mídia

ü  Mídia de Apresentação •  Qual meio é utilizado como dispositivo de saída ou

entrada de informações em um computador? •  Sistemas de entrada e saída

– Saída: monitores, caixas de som, papel – Entrada: teclados, câmeras e microfones

ü  Mídia de Armazenamento •  Onde a informação é armazenada? •  Discos magnéticos, discos óticos, fitas magnéticas,

papel

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Mídia

ü  Mídia de Transmissão •  Qual meio é utilizado para transmitir dados? •  Meios físicos (cabos metálicos, fibras óticas, ondas

de rádio)

ü  Foco do curso: •  Mídia de representação

– Como a informação é codificada em um computador? –  texto, imagem gráfica (vetorial), imagem estática

(matricial), áudio, vídeo

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Sistemas Multimídia

O que é Multimídia?

ü  Etimologia •  Multi + Mídia •  Multus => Numerosos, Muitos, Múltiplos. •  Medium => Meio, Centro

ü  Uma definição •  Área interessada na integração controlada por computador

de textos, gráficos, imagens, vídeos, animações, sons, e qualquer outro meio onde todo tipo de informação pode ser representado, armazenado, transmitido e processado digitalmente

ü  Multimídia é interesse das indústrias de: •  informática, telecomunicações, publicidade, consumidores de

dispositivos de áudio e vídeo, indústria de televisão e cinema

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Sistemas Multimídia

Classificação dos tipos de mídia

ü  Mídias discretas versos contínuas •  Mídias discretas (estáticas ou em bloco)

– Compostas por itens de informação independentes do tempo

– mídia com dimensões unicamente espaciais •  textos, imagens, gráficos

–  tempo não faz parte da semântica da informação •  Download é a operação de recuperação de uma

mídia discreta. – Tráfego em rajada

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Sistemas Multimídia

Classificação dos tipos de mídia

ü  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 •  áudios, vídeos e animações

–  tempo faz parte da semântica da informação –  Se a dependência temporal não for respeitada, o significado

pode ser alterado •  Streaming é um termo usado para indicar que uma mídia

contínua está sendo enviada e apresentada diretamente no destino à medida que é recebida (em tempo real)

–  Tráfego CBR ou VBR

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Sistemas Multimídia

Classificação dos tipos de mídia

ü  Mídias capturadas versos sintetizadas •  Informações capturadas do mundo real

–  imagens, vídeos e sons •  Informações sintetizadas pelo computador

–  texto, gráficos e animações

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Sistemas Multimídia

Sistema Multimídia

ü  Trata mídias discretas e contínuas •  No mínimo, uma discreta e uma contínua

ü  Mídias devem ser independentes ü  Processamento controlado por computador ü  Integração das mídias de forma sincronizada

Sistema multimídia é um sistema capaz de manipular ao menos um tipo de mídia discreta e um tipo de mídia contínua na forma digital de maneira sincronizada

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Sistemas Multimídia

Aplicações Multimídia

ü  Aplicações Multimídia •  Áudio, vídeo e imagens são meios naturais de

comunicação – Sistemas multimídia têm aplicações em todas as áreas

em que essas mídias necessitam ser utilizadas, comunicadas e compartilhadas

•  educação/treinamento, entretenimento, medicina, saúde, mídia sob demanda, comércio eletrônico, governo eletrônico, etc.

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Sistemas Multimídia

Aplicações Multimídia

ü  Em geral, podem ser classificadas em três categorias (visão do Halsall): •  Comunicação interpessoal •  Aplicações interativas na Internet •  Aplicações de entretenimento

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Sistemas Multimídia

Comunicação Interpessoal

ü  Voz somente •  Telefonia, Voice-mail, Teleconferência •  Telefonia IP

ü  Imagem somente •  Facsimile (fax)

ü  Texto somente •  Correio eletrônico

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Sistemas Multimídia

Voz Somente: Telefonia, Voice-mail, Teleconferência

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Sistemas Multimídia

Voz Somente: Telefonia IP

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Sistemas Multimídia

Texto Somente: Correio Eletrônico

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Sistemas Multimídia

Comunicação Interpessoal

ü  Texto e imagens •  CSCW (computer-supported cooperative work) •  Compartilhamento de um whiteboard

ü  Voz e vídeo •  Videotelefonia •  Videoconferência

ü  Multimídia •  Correio eletrônico multimídia

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Sistemas Multimídia

CSCW (computer-supported cooperative work)

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Sistemas Multimídia

Videoconferência

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Correio Multimídia

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Sistemas Multimídia

Aplicações Interativas na Internet

ü  World-Wide Web (WWW) ü  Comércio eletrônico

•  Homeshopping ü  Homebanking

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Sistemas Multimídia

World-Wide Web (WWW)

ü  Comércio eletrônico •  Homeshopping

ü  Homebanking

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Sistemas Multimídia

Aplicações de Entretenimento

ü  VoD (Video On Demand) – vídeo sob demanda •  MOD – movie-on-demand

ü  TV Interativa •  Jogos •  homeshopping

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Sistemas Multimídia

Vídeo Sob Demanda

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Sistemas Multimídia

VoD

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Sistemas Multimídia

TV Interativa

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Sistemas Multimídia

Taxonomia Recomendada pela ITU-T

ü  Define 4 classes básicas de serviços: •  Serviços Conversacionais •  Serviços de Mensagem •  Serviços de Recuperação •  Serviços de Distribuição

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Sistemas Multimídia

Taxonomia Recomendada pela ITU-T

ü  Serviços Conversacionais •  Interatividade em tempo real da comunicação entre os

usuários •  implica interação entre um humano e outro humano ou um

sistema –  inclui serviços pessoa-a-pessoa (videofonia, videoconferência) e

também algumas aplicações pessoa-a-sistema (tele-compras, etc.)

ü  Serviços de Mensagem •  troca assíncrona de imagens, sons ou documentos

multimídia •  Correio eletrônico •  Não são em tempo real

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Sistemas Multimídia

Taxonomia Recomendada pela ITU-T

ü  Serviços de Recuperação •  Recuperação de informação armazenada remotamente •  cobrem todos os tipos de acesso a servidores de informação

(p.e. vídeo sob-demanda, livrarias eletrônicas) ü  Serviços de Distribuição

•  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

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Sistemas Multimídia

Desafios da Multimídia

ü  Dados Multimídia x Dados Alfanuméricos •  Dados multimídia têm características e requisitos

diferentes dos dados alfanuméricos –  sistemas computacionais convencionais não suportam

eficientemente aplicações multimídia

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Sistemas Multimídia

Desafios da Multimídia

ü  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

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Sistemas Multimídia

Desafios da Multimídia

ü  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

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Sistemas Multimídia

Desafios da Multimídia

ü  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

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Sistemas Multimídia

Desafios da Multimídia

ü  Redes Multimídia •  Transmissão em banda larga •  Baixo retardo e baixa variação do retardo (jitter) •  Transmissão multicast nativa •  Garantia da Qualidade de Serviço (QoS) fim-a-fim