 |
|
 |  |
|
|
| |
 | Biologie | Chimie | Didactica | Fizica | Geografie | Informatica |
| Istorie | Literatura | Matematica | Psihologie |
MULTIMEDIA
Multimedia reprezinta sarea si piperul retelelor de calculatoare. Mintile ascutite vad imense provocari tehnice in furnizarea de video (interactiv) la cerere in fiecare casa. Gulerele albe vad un profit imens in acestea. Nici o carte despre retele nu va fi completa fara cel putin o introducere in subiect. Data fiind lungimea de pana acum a acestei carti, introducerea noastra va fi scurta. Pentru informatii aditionale despre acest subiect fascinant si potential profitabil, vezi (Buford, 1994; Deloddere s.a., 1994; Dixit si Skelly, 1995; Fluckiger, 1995; Minoli, 1995; si Steimetz si Nahrstedt, 1995).
Literal, multimedia inseamna doua sau mai multe media. Daca editorul acestei carti voia sa se alature interesului la moda despre multimedia. el putea anunta ca lucrarea foloseste tehnologia multimedia. In fond, aceasta contine doua media: textul si grafica (desenele). Cu toate acestea, atunci cand majoritatea oamenilor se refera la multimedia, de fapt ei se refera la combinarea intre doua sau mai multe media continue (continuous media), adica media care trebuie sa se desfasoare intr-un interval bine definit, de obicei folosind interactiunea cu utilizatorul. In practica, cele doua media sunt audio si video, adica sunete plus filme. Din acest motiv, vom incepe studiul cu o introducere in tehnologia audio si video. Apoi, le vom combina si vom trece la sisteme adevarate multimedia, incluzand video la cerere si sistemul multimedia al Internetului, MBone.
1. Audio
O unda (sunet) audio este o unda cu o dimensiune acustica (presiune). Atunci cand o unda acustica intra in ureche, pavilionul vibreaza, facand ca oasele urechii interne sa vibreze o data cu el, transmitand vibratii nervoase creierului. Aceste vibratii sunt percepute drept sunete de catre ascultator. Intr-un mod similar, atunci cand o unda acustica loveste un microfon, acesta genereaza un semnal electric, reprezentand amplitudinea sunetului ca functie de timp. Reprezentarea, procesarea, memorarea, si transmisia acestor semnale audio constituie partile majore ale studiului sistemelor multimedia.
Intervalul de frecventa pentru urechea umana este cuprins intre 20 Hz si 20.000 Hz, desi unele animale, in special cainii, pot percepe frecvente mai inalte. Urechea percepe sunetele in mod logaritmic, asa incat raportul a doua semnale cu amplitudinile A si B este exprimat conventional in dB (decibeli) in concordanta cu formula:
dB = 20 log 10 (A/B)
Daca definim limita inferioara de audibilitate (o presiune de circa 0,0003 dyne/cm2) pentru o unda sinusoidala de 1 KHz ca 0 dB, o conversatie obisnuita este in jur de 50 dB si pragul de durere este in jur de 120 dB, un interval dinamic cu un factor de 1 milion. Pentru a evita orice confuzie, A si B de mai sus sunt numite amplitudini. Daca trebuie sa folosim nivelul puterii, care este proportional cu patratul amplitudinii, coeficientul logaritmului va fi 10, nu 20.
Urechea este surprinzator de sensibila la variatii ale sunetului care dureaza doar cateva milisecunde. Ochiul, in schimb, nu poate observa schimbarile de nivel ridicat care dureaza doar cateva milisecunde. Rezultatul acestei observatii consta in faptul ca o variatie de numai cateva milisecunde din timpul unei transmisii multimedia afecteaza calitatea sunetului perceput mai mult decat afecteaza calitatea imaginii percepute.
1 .00
1/2T 1/2T 1/2T T T T
0
-0.25
-0.50
-0.75
-1.00
(a) (b) (c)
Fig. 8-1. (a) O unda sinusoidala. (b) Esantionarea undei sinusoidale.
(c) Cuantificarea esantioanelor pe 3 biti.
Multe instrumente muzicale au acum o interfata digitala. Atunci cand instrumentele digitale au aparut pentru prima data, fiecare a avut o interfata proprie, dar dupa un timp, s-a ales un standard, MIDI (Music Instrument Digital Interface - interfata digitala pentru instrumente muzicale), care a fost dezvoltat si adoptat de aproape intreaga industrie muzicala. Acest standard specifica conectorul, cablul si formatul mesajului. Fiecare mesaj MIDI consta dintr-un bit de stare urmat de zero sau mai multi biti de date. Un mesaj MIDI transmite un singur eveniment muzical semnificativ. Evenimente tipice sunt apasarea unei taste, mutarea unui potentiometru, eliberarea unei pedale pentru picior. Bitul de stare indica evenimentul si bitii de date dau parametrii, cum ar fi tasta eliberata si cu ce viteza s-a miscat.
2. Video
Ochiul uman are proprietatea ca atunci cand o imagine este adusa pe retina, este retinuta un numar de milisecunde inainte de disparitie. Daca o secventa este afisata la 50 sau mai mute imagini/sec, ochiul nu sesizeaza ca se uita la imagini discrete. Toate sistemele video (de exemplu televiziunea) exploateaza acest principiu pentru producerea filmelor.
Pentru a intelege sistemele video, este bine sa pornim cu vechea televiziune simpla, alb-negru. Pentru a reprezenta imaginile bidimensionale din fata ei ca o tensiune unidimensionala functie de timp, camera (de luat vederi) scaneaza imaginea cu o raza electronica, rapid de-a latul si lent in josul ei, inregistrand intensitatea luminoasa asa cum vine. La sfarsitul scanarii, numit cadru (frame), raza reia traseul. Aceasta intensitate este difuzata ca functie de timp, iar receptorii repeta procesul de scanare pentru reconstructia imaginii. Modelul de scanare folosit de amandoi, atat de camera cat si de receptor, este prezentat in Fig. 8-2. (Camerele CCD integreaza mai degraba decat scaneaza, dar unele camere si toate monitoarele scaneaza.)
incepe aici
|
Linie de scanare desenata pe ecran |
Linie de scanare
15
Fig. 8-2. Modelul de scanare folosit pentru video si televiziunea NTSC.
3. Compresia datelor
Ar trebui sa fie evident acum ca transmisia materialului multimedia in forma necomprimata nu intra in discutie. Singura speranta este intr-o compresie puternica. Din fericire, numeroase cercetari de cateva decenii au ajuns la mai multe tehnici de compresie si algoritmi care fac posibila transmisia de multimedia. In aceasta sectiune vom studia cateva metode pentru compresia datelor multimedia, in special imagini. Pentru mai multe detalii, vezi (Fluckiger, 1 995; si Steinmetz si Nahrstedt, 1995).
Toate sistemele de compresie necesita doi algoritmi: unul pentru comprimarea datelor la sursa si altul pentru decomprimarea lor la destinatie. In literatura, acesti algoritmi sunt numiti algoritmi de codificare si decodificare. Vom folosi si aici aceasta terminologie.
Acesti algoritmi au cateva asimetrii a caror intelegere este importanta. Mai intai, pentru multe aplicatii, un document multimedia, sa zicem un film, va fi codificat o data (atunci cand este memorat pe un server multimedia), dar va fi decodificat de milioane de ori (atunci cand este vizualizat de clienti). Aceasta asimetrie inseamna ca este acceptabil ca algoritmul de codificare sa fie lent si sa necesite un hardware suplimentar scump, cu conditia ca algoritmul de decodificare sa fie rapid si sa nu ceara un hardware costisitor. Mai mult, operatorul unui server multimedia ar putea dori sa inchirieze un supercalculator paralel pentru cateva saptamani, pentru a-si codifica intreaga videoteca, dar a cere clientilor sa inchirieze un supercalculator pentru 2 ore, pentru a vedea un video nu va avea mare succes. Multe sisteme de compresie fac eforturi pentru ca decodificarea sa fie rapida si simpla, chiar cu pretul incetinirii si complicarii codificarii.
Pe de alta parte, pentru multimedia in timp-real, precum conferinte video, codificarea lenta este inacceptabila. Codificarea trebuie facuta din mers, in timp-real. In consecinta, multimedia de timp-real foloseste algoritmi sau parametri diferiti fata de cei utilizati pentru memorarea video-urilor pe disc, deseori cu mult mai putina compresie.
A doua asimetrie este ca procesul de codificare/decodificare nu trebuie sa fie inversabil. Adica, atunci cand se comprima un fisier, acesta se transmite si apoi este decomprimat, utilizatorul asteptand sa-l obtina pe cel original, exact pana la ultimul bit. Cu multimedia, aceasta cerinta nu exista. De obicei, este acceptabil sa avem un semnal video dupa codificare si apoi decodificarea sa fie un pic diferita de original. Atunci cand iesirea decodificata nu este egala exact cu intrarea originala, sistemul se spune ca este cu pierderi (lossy). Daca intrarea si iesirea sunt identice, sistemul este fara pierderi (lossless). Sistemele cu pierderi sunt importante, deoarece acceptarea unui numar mic de informatii pierdute poate oferi un avantaj imens in termenii de rata de compresie posibila.
4. Mbone - Coloana vertebrala pentru trimitere multipla
In timp ce toate aceste industrii fac planuri mari pentru viitorul video la cerere (inter)national, digital, comunitatea Internet si-a implementat propriul sistem multimedia digital, MBone (Multicast Backbone - coloana vertebrala cu trimitere multipla).
MBone poate fi gandit ca radio si televiziune Internet. Spre deosebire de video la cerere unde accentul cade pe selectarea si vizualizarea filmelor precomprimate memorate pe un server, Mbone este folosit pentru difuzare audio si video in forma digitala in lumea intreaga prin Internet. Este operational de la inceputul anului 1992. Prin Mbone a fost difuzat si un concert Rolling Stones. Este discutabil daca acesta poate fi calificat ca un eveniment stiintific. Pentru persoanele care vor sa inregistreze digital o emisiune Mbone, exista si software-ul corespunzator (Holfelder, 1995).
Majoritatea cercetarilor despre Mbone au fost despre realizarea eficienta a Internetului (orientat datagrama). S-au facut putine in domeniul codificarii audio si video. Sursele Mbone sunt libere sa experimenteze cu MPEG sau orice alta tehnologie de codificare doresc. Nu exista standarde Internet pentru continut sau codificare.
Fiecare insula (tipic un LAN sau un grup de LAN-uri interconectate) contine unul sau mai multe rutere specializate numite m-rutere (mrouters - rutere cu trimitere multipla). Cateva dintre acestea sunt rutere normale, dar majoritatea sunt numai statii UNIX care ruleaza software-ul special de nivel utilizator (dar ca supervizor). M-ruterele sunt conectate logic prin tuneluri.
A
Fig. 8-3. Mbone consta din insule de trimitere multipla conectate prin tunele.
Copyright © 2024 - Toate drepturile rezervate
