Equipe:

A ndré Felipe

M arcelo Fernandes

Thales Pordeus

DI – UFPB – Maio 2007

1. Introdução à Multimídia

2. A rquivos Multimídia

3. Compressão de V ídeo

4. Escalonamento de Processos Multimídia

5. Características dos S istemas Multimídia

6. Paradigmas de S istemas de A rquivos Multimídia

7. A locação de A rquivos em Discos

8. Caching

9. Escalonamento de Disco para Multimídia

10. Dúvidas e S ugestões

11. Referências23/05/07 13:05 2

Filmes, clipes, músicas digitais;

O termo “ M ultimídia” :

Á reas de atuação: cinema, jogos para PCS ...

Cargo chefe: V ídeo sob demanda (Vídeo-on-demand);

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Algo que utiliza mais de um meio (ex.: texto e imagens)ou

Documento que utiliza dois ou mais meios contínuos

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Diferentes tecnologias de distribuição local:

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ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Loop (par trançado de cobre)

TV a Cabo (fibra ótica) 4

Diferentes tecnologias de distribuição local:

Chips especiais para decodificação e descompressão de vídeo;

Possui CPU, RA M, ROM; Interface A DS L ou para cabo;

Set-top box

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Tem duas características fundamentais: Usa taxa dados extremamente altas; Requer reprodução em tempo real.

Obs: 1 Mbps = 106 bits/s

1 GB = 230 bytes23/05/07 13:05 6

Qualidade de S erviço

Largura de banda média disponível; A traso mínimo e atraso máximo; Probabilidade de perda de bit; Porção de uso da CPU, buffers de memória, capacidade de

transferência de disco e largura de banda de rede.

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A lgoritmo para controle de admissão

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Um filme pode consistir de vários arquivos:

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Codificação de Á udio Ondas de áudio convertidas para a forma digital

V oltagem E létrica como entrada; Número B inário como saída.

Onda senoidal Amostragem a Amostra em cada ∆T segundos passos de 0,25

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Codificação de Á udio Erro induzido por amostragem infinita

Ruído de Quantização

Exemplos de sons amostrados: Telefone (PCM – Pulse Code Modulation); Á udio de CDs; M P3 – Compressão de até dez vezes.

A tualmente, gravação e edição de vídeo profissional é digital.

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Codificação de V ídeo Olho humano: Não percebe uma seqüência de 50 ou mais

imagens/s como imagens discretas; Quadro: feixe de elétrons percorre rapidamente de um lado

para outro da imagem e lentamente de cima para baixo;

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Campo = meio-quadro; Técnica de Entrelaçamento; Progressivo.

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Codificação de V ídeo

Padrão

de

Varredura

usado

para vídeo

e TV

NTSC

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Codificação de V ídeo Entrelaçamento

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Codificação de V ídeo V ídeo Digital

S eqüência de quadros; Quadro: Grade de Pixels; 8 bits por pixel para cada uma das cores RGB ; Os monitores atuais percorrem a tela atualizando as imagens da

RA M de vídeo 75 vezes por segundo ou mais; Configurações comuns:

640x480 (V GA ) 800x600 (S V GA ) 1024x768 (XV GA )

Ex: Tela XGA com 24 bits/pixel e 25 quadros/s = 472 M bps23/05/07 13:05 14

O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group)

Entrada de dados RGB Depois da Preparação do bloco

NTS C(Y , I e Q); PA L (Y , U e V ).

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O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group)

Um bloco da matriz Y Os coeficientes DCT

NTS C(Y , I e Q); PA L (Y , U e V ).

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O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group)

Computação dos coeficientes DCT quantizados

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O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group)

A ordem na qual os valores são transmitidos

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O Padrão M PEG (Motion Picture Experts Group)

M PEG-2 tem três tipos de quadros: I, P, B Intracodificados - Imagens paradas autocontidas

codificadas em JPEG

Preditivos - Diferença bloco-a-bloco com o último quadro

B i-direcionais - Diferenças entre o último e o próximo quadro

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O Padrão M PEG (Motion Picture Experts Group)

Quadros consecutivos de vídeo

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S istemas de tempo real Tempo real não-crítico Processos periódicos A lto processamento de dados B aixa latência e alto tempo de resposta Garantia da qualidade de serviço (QoS )

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O escalonador deve ser altamente previsível e regular. Objetivos

Previsibilidade Cumprimento dos prazos (deadline)

Os algoritmos são preemptivos. Os algoritmos podem ser estáticos ou dinâmicos.

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Processos periódicos exibindo um filme; Comportamentos previamente conhecidos e de vida curta; A executa a 30 frames/s, B a 25 frames/s e C a 20 frames/s. Taxas de quadros e requisitos de processamento podem ser

diferentes para cada filme;

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V erificando se os processos são escalonáveis.

Processo C P C/P

A 10 30 0,333

B 15 40 0,375

C 5 50 0,1

Total 0,808

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Escalonamento por Taxa M onotônica (RMS – rate monotonic scheduling) Usado para processos que satisfaçam essas condições:

Cada processo periódico deve terminar dentro de seu período; Nenhum processo é dependente de qualquer outro processo; Cada processo precisa da mesma quantidade de tempo de CPU a

cada surto; Quaisquer processos não periódicos não podem ter prazos; A preempção de processo ocorre instantaneamente, sem

sobrecargas.

A lgoritmo estático. Utiliza uma lista de prioridades fixas.

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Escalonamento por prazo mais curto primeiro (EDF – earliest deadline first) A lgoritmo dinâmico. Mais genérico do que o algoritmo passado.

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RM S x EDF RMS - funciona apenas para utilizações de CPU menores que

0,780. EDF - qualquer conjunto de processos escalonáveis e com

uma ocupação de 100 por cento de CPU

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O acesso tradicional dos sistemas de arquivos teve de ser estendido.

Esforços em novas estruturas de armazenamento e técnicas de recuperação.

 Classificados de acordo com a arquitetura S istemas de arquivos dividido S istemas de arquivos integrados

De acordo com os tipos de dados 29

Servidor Pull Servidor Push

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Funcões de controle V CR

Rebobinamento é fácil colocar próximo quadro em zero

A vanço e retrocesso rápidos são mais complicados Compressão torna complicado o movimento rápido A rquivo especial contendo, por ex., cada um dos quadros

múltiplos de 10

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V ídeo quase sob Demanda

Novo fluxo iniciando em intervalos regulares23/05/07 13:05 32

V ídeo Quase sob Demanda com Funções V CR

Armazenar para retroceder (rewind)23/05/07 13:05 33

A locação de um arquivo em um único disco

Intercalação V ídeo, áudio e texto em um único arquivo contínuo por filme

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Q QP S

b

Duas estratégias alternativas de organização de arquivos

Pequenos blocos de disco Grandes blocos de disco23/05/07 13:05 35

Duas estratégias alternativas de organização de arquivos Ponderação entre blocos de tamanho pequeno e grande

2. Índice de quadros uso intensivo da RA M durante a reprodução do filme pouca perda de disco

3. Índice de bloco (sem quebra de quadros entre os blocos) pouco uso da RA M muita perda de disco

4. Índice de bloco (permitida a quebra de quadros entre blocos) pouco uso da RA M sem perda de disco posicionamentos extras

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A locação de A rquivos para V ídeo Quase sob Demanda

Alocação ótima de quadros para vídeo quase sob demanda

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A locação de M últiplos A rquivos em um único disco

Lei de Zipf para N = 20 Quadrados representam as 20 maiores cidades dos EUA

classificação pela ordem23/05/07 13:05 38

A locação de M últiplos A rquivos em um único disco

Distribuição órgão-de-tubos dos arquivos em um servidor filmes mais populares no meio do disco próximo mais popular ao lado (direito e esquerdo) etc

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A locação de M últiplos A rquivos em M últiplos Discos

Organização de arquivos multimídia em múltiplos discosa) Sem distribuiçãob) Mesmo padrão de distribuição por todos os arquivosc) Distribuição com revezamentod) Distribuição aleatória

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Caching de blocos

b) Dois usuários, mesmo filme 10s fora de sincronia

c) Fundindo dois fluxos em um

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Caching de A rquivos

Maioria dos filmes armazenados em DV D ou fita copia para disco quando necessário resulta em longo tempo de início mantém os filmes mais populares em disco

Pode manter os primeiros minutos de todos os filmes em disco começa o filme a partir daí enquanto busca o restante

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Escalonamento estático de disco

Em um ciclo, cada filme pede um quadro

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Escalonamento dinâmico de disco

Algoritmo Scan-EDF - Usa prazos e números de cilindros para o escalonamento

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