Multimídia em Redes. Capítulo 6: Redes Multimídia. Multimídia em redes (2) Multimídia em redes (3): desafios

(1)

Capítulo 6: Redes Multimídia

Objetivos do Capítulo:

U entender os requisitos de

serviço para redes com multimídia

Patraso

Ptaxa de transmissão

Pperda

U aprender como aproveitar

o máximo do serviço de melhor esforço da Internet

U Aprender como a

Internet poderá evoluir para um melhor desempenho dos serviços multimídia

Resumo do capítulo:

U aplicações de rede com

multimídia

U aúdio e vídeo de tempo contínuo

armazenados PRTSP

U aplicações interativas de

tempo-real

PExemplo: telefonia na Internet

U RTP U H.323 e SIP U além do melhor esforço

Pprogramando e verificando Pserviços integrados Pserviços diferenciados

Multimídia em Redes

Características Fundamentais: U Tipicamente sensíveis ao atraso.

U Mas tolerante a perdas:

perdas esparsas causam pequenas falhas que podem passas desapercebidas.

U Antítese de dados

(programas , informações bancárias, etc.), que não toleram falhas mas aceitam atrasos sem problemas.

U Multimídia também é

chamada de “mídia de tempo contínuo”

Classes de aplicações MM:

U Aúdio e vídeo de tempo

contínuo armazenados

U Audío e vídeo de tempo

contínuo ao vivo

U Vídeo interativo em

tempo-real

Multimídia em redes (2)

Aplicações MM com aúdio e vídeo armazenados

Clientes solicitam arquivos com aúdio e vídeo de servidores, recebem a informação pela rede e a apresentam

UInterativo: o usuário pode

controlar a operação (similar a um VCR: pause, resume, fast forward, rewind, etc.)

UAtraso: a partir do pedido do

cliente até o início da apresentação pode ser de 1 a 10 segundos

Tempo-real unidirecional:

U similar à TV convencional, mas a

transferência de informação é feita pela Internet

U Não interativo, apenas escutar e

ver

Tempo-Real Interativo:

U Conferência de aúdio ou de vídeo U Mais exigente nos requisitos de

atraso que o tempo real unidirecional por causa da necessidade de interatividade em tempo real

U Vídeo: < 150 ms aceitável U Aúdio: < 150 ms bom, <400 ms

aceitável

Multimídia em redes (3): desafios

U Arquitetura TCP/UDP/IP

fornece melhor esforço, não garantias sobre o atraso ou sobre a variação de atraso.

PAplicações de tempo contínuo

com atrasos inicias de 5-10 segundos são comuns hoje me dia, mas o desempenho deteriora se os enlaces estão congestionados (transoceânicos)

PAplicações Interativas e,m

tempo real têm requisitos rígidos para atraso de pacotes e variação de atraso (jitter).

PJitter é a variabilidade do

atraso de pacotes dentro do mesmo feixe de pacotes.

U Projeto de aplicações

multimídia seria fácil se houvesse várias classes de serviço.

PMas na Internet pública

todos os pacotes recebem igual tratamento.

PPacotes contendo aúdio e

vídelo interativo de tempo real permanecem nas filas, como todos os outros.

U Esforços vêm sendo

desenvolvidos para prover serviços diferenciados.

Multimídia em redes (4):

aproveitando ao máximo o “melhor esforço”

Para reduzir o impacto do serviço

de melhor esforço da Internet, nós podemos:

U Usar UDP para evitar o TCP e

sua fase de partida lenta…

U Armazenar o conteúdo no

cliente e controlar a apresentação para remediar o jiter

U Podemos acrescentar marcas

de tempo nos pacotes para que o receptor saiba quando reproduzí-los.

U Adaptar o nível de

compressão à taxa de transmissão disponível

U Nós podemos transmitir

pacotes redundantes para atenuar os efeitos das perdas de pacotes. ÎNós discutiremos todos

esses “truques”.

Como a Internet deveria evoluir para

suportar melhor as aplicações multimídia?

Filosofia de serviços Integrados:

U Mudar os protocolos da

Internet de forma que as aplicações possam reservar uma banda de transmissão fim-a-fim

PNecessita de um novo protocolo

que reserva banda de transmissão

PDeve modificar as regras de

escalonamento nos roteadores para poder honrar às reservas

PAplicação deve fornecer à rede

uma descrição do seu tráfego e deve posteriormente respeitar esta descrição.

U Exige um novo e complexo

software nos hosts e nos

Filosofia de serviços Diferenciados

Exige menos mudanças na infra-estrutura da Internet, embora forneça serviços de primeira e de segunda classe.

UDatagramas são marcados. UUsuários pagam mais para enviar e

receber pacotes de primeira classe.

UISPs pagam mais aos provedores de

backbone para enviar e receber pacotes de primeira classe.

(2)

Filosofia Laissez-faire

U Não há reservas, nem

marcações de datagramas

U Quando a demanda aumenta,

mais banda de transmissão deve ser provida

U Coloque armazenadores de

conteúdo nas bordas da rede:

PISPs e provedores de backbone acrescentam caches PProvedores de conteúdo armazenam conteúdo em nós CDN

PP2P: escolhe o parceiro mais

próximo com o conteúdo desejado

Redes privadas virtuais (VPNs)

U Reserva blocos permanentes

de banda de transmissão para empresas.

U Roteadores distinguem o

tráfego de cada VPN usando endereços IP

U Roteadores usam esquemas

de escalonamento especiais para fornecerem a banda de transmissão reservada.

Como a Internet deveria evoluir para

suportar melhor as aplicações multimídia?

_{Aúdio e Vídeo Armazenados}

Mídia de tempo contínuo armazenada:

UArquivos de Aúdio e de

Vídeo são armazenados em servidores

UUsuários solicitam os

arquivos de aúdio e de vídeo por demanda. UAúdio/vídeo são aprsentandos, digamos, 10 s após o pedido. UInteratividade (pausa, deslocamento da apresentação) é permitido.

Transdutor de Mídia (player): Premove jitter Pdescomprime Pcorreção de erros Pinterface gráfica de

usuário com controles para interatividade

U Plug-ins podem ser usados

para embutir o transdutor de mídia na janela de um browser.

Informações de tempo contínuo em

servidores Web (1)

U Os arquivos de aúdio e de

vídeo são armazenados em servidores Web

abordagem ingênua

U browser pede o arquivo com

uma mensagem HTTP do tipo pedido

U Servidor Web envia o arquivo

na mensagem HTTP do tipo resposta

U O cabeçalho “content-type”

indica uma codificação apropriada para aúdio e vídeo

U browser dispara o transdutor

de mídia e passa o arquivo para ele

U transdutor de mídia apresenta

o arquivo

• Maior problema: o transdutor de mídia interage com o servidor WEB através do Web browser que atua como intermediário.

cliente servidor

Alternativa: estabelecer conexão entre o servidor e o transdutor

U browser Web solicita e recebe

um meta arquivo

(um arquivo descrevendo o objeto) ao invés de receber o próprio arquivo;

U O cabeçalho “Content-type”

indica uma específica aplicação de aúdio e vídeo

U Browser dispare o transdutor

de mídia e passa o meta arquivo para ele

U Transdutor estabelece uma

conexão TCP com o servidor e envia a ele a mensagem HTTP do tipo pedido.

Algumas preocupações:

U O transdutor de mídia se

comunica usando HTTP, que não foi projetado mpara suportar comandos de controle de apesentação

U Pode desejar enviar o aúdio

e o vídeo sobre UDP

Informações de tempo contínuo em

servidores Web (2)

(1) pedido/resposta HTTP por um meta arquivo

(3) arquivo solicitado é enviado usando o HTTP (2) meta arquivo

transdutor de mídia

Obtendo o vídeo de um servidor

dedicado

U Esta arquitetura permite o

uso de outros protocolos (além do HTTP) entre o servidor e o transdutor de mídia

U Pode também usar UDP ao

invés do TCP

(1) HTTP pedido/resposta para o arquivo descritor da apresentação (2) arquivo descritor (3) arquivo de aúdio e vídeo pedido e enviado cliente servidores transdutor de mídia servidor de vídeo

Opções ao utilizar um servidor de vídeo

U Enviar a uma taxa constante sobre

UDP. Para reduzir os efeitos do jitter, armazenar e exibir com uma atraso entre 1 e 10s. Taxa de transmissão = d, igual à taxa de codificação. Taxa de enchimento x(t) é igual a d, ecxeto quando há perdas.

U Use TCP, e envie na máxima taxa

possível sobre TCP; TCP retransmite quando um erro é encontrado; x(t) agora flutua, e pode tornar-se muito maior que d. Decodificador deve usar um buffer muito maior para compensar a taxa de entrega do TCP. buffer cliente área com vídeo taxa de chegada = x(t) da rede taxa de leitura = d decodificação e apresentação

(3)

Real Time Streaming Protocol: RTSP

HTTP

U Projetistas do HTTP tinham

mídias fixas em mente: HTML, imagens, applets, etc.

U HTTP não pretende tratar

mídia contínua armazenada (isto é, aúdio, vídeo, apresentações SMIL, etc.)

RTSP: RFC 2326

U Protocolo de aplicação do

tipo cliente-servidor.

U Permite ao usuário

controlar apresentações de mídia contínua: voltar ao início, avançar, pausa, continuar, seleção de trilha, etc…

O que ele não faz:

U não define como o aúdio e o

vídeo é encapsulado para transmissão sobre a rede

U não restringe como a mídia

contínua é transportada: pode usar UDP ou TCP

U não especifica como o

receptor armazena o aúdio e o vídeo

RealNetworks

U Servidor e transdutor usam

RTSP para enviar informações de controle de um para o outro

RTSP: controle for a da banda

FTP usa um canal de controle “fora-da-banda”: U Um arquivo é transferido sobre um canal. U Informação de controle (mudanças de diretório, remoção de arquivos, trocas de nomes, etc.) é enviada sobre uma conexão TCP separada.

U Os canais

“dentro-da-banda”e “fora-da-banda”usam diferentes números de portas.

Mensagens RTSP també são enviadas “for a-da-banda”:

U As mensagens de controle RTSP

usam diferentes números de portas em relação ao fluxo de dados de mídia contínua, e, portanto, são enviados “fora-da-banda”.

U O fluxo de dados de mídia

contínua cuja estrutura de pacotes não é definida pelo RTSP, é considerada “dentro-da-banda”.

U Se as mensagens do RTSP

devessem usar os mesmos números de portas do fluxo de mídia contínua, então as mensagens RTSP seriam consideradas como “intercaladas” com o fluxo de mídia contínua.

Iniciação do RTSP e controles de entrega

U Cliente obtém uma descrição da

apresentação multimídia, que pode consistir de vários fluxos de dados.

U O browser chama o transdutor de mídia

(aplicação auxiliar) com base no tipo de conteúdo da descrição da apresentação.

U A descrição da apresentação inclui

referências aos fluxos de mídia usando o método rtsp://

U Transdutor envia o comando RTSP

SETUP; servidor envia a resposta RTSP SETUP.

U Transdutor envia o comando RTSP PLAY;

servidor envia a resposta RTSP PLAY.

U O servidor de mídia descarrega o fluxo de

mídia.

U Transdutor envia o comando RTSP PAUSE;

o servidor envia a resposta RTSP PAUSE.

U Transdutor envia o comando RTSP

TEARDOWN; servidor envia a resposta RTSP TEARDOWN. HTTP GET SETUP PLAY media stream PAUSE TEARDOWN media player Web server media server Web browser client server presentation desc. Transdutor

de mídia Servidorde mídia

cliente servidor descr. apresent. fluxo de mídia

Exemplo de Meta-arquivo

<title>Twister</title> <session>

Sessão RTSP

U Cada sessão RTSP tem um

identificador de sessão, que é escolhido pelo servidor.

U O cliente inicia a sessão com o

comando SETUP, e o servidor responde ao comando com um identificador.

U O cliente repete o

identificador de sessão em cada comando, até que o cliente encera a sessão com o comando TEARDOWN.

U O número de porta do RTSP é

554.

U RTSP pode ser usado sobre

UDP ou TCP. Cada mensagem RTSP pode ser enviada numa conexão TCP separada.

RTSP: exemplo de mensagens

C: SETUP rtsp://audio.example.com/twister/audio RTSP/1.0

Transport: rtp/udp; compression; port=3056; mode=PLAY

S: RTSP/1.0 200 1 OK Session 4231 C: PLAY rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231 Range: npt=0-C: PAUSE rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231 Range: npt=37 C: TEARDOWN rtsp://audio.example.com/twister/audio.en/lofi RTSP/1.0 Session: 4231

(4)

RTSP: cache de dados

U O cache de mensagens de

resposta RTSP faz pouco sentido.

U Mas é desejável armazenar

fluxos de mídia contínua próximos ao cliente.

U Muito do controle de cache do

HTTP/1.1 foi adotado pelo RTSP.

PCabeçalhos e controle de

cache podem ser acrescentados às mensagens RTSP SETUP, sejam comandos ou respostas:

• If-modified-since: , Expires: , Via: , Cache-Control:

U O servidor de cache pode manter

somente segmentos de um dado fluxo de mídia.

PO servidor de cache pode

começar a servir um cliente com dados do seu cache local, e então conectar o servidor para obter material complementar, se possível sem introduzir pausas indevidas no cliente.

U Quando o servidor original está

enviando um fluxo de dados de mídia contínua para um cliente e este fluxo passa por um servidor de cache, o servidor pode usar o TCP para obter os dados; mas o servidor intermediário ainda envia as mensagens de controle RSTP para o servidor original.

Aplicações interativas em

tempo-real

U telefone PC-a-PC U PC-a-telefone PDialpad PNet2phone U videoconferência U Webcams

U Vamos agora examinar um

produto do tipo telefone PC-a-PC da Internet em detalhes

Telefonia Internet sobre

melhor-esforço (1)

Melhor esforço

U atraso de pacotes, perdas e

variação de atraso (jitter) Exemplo de telefone Internet

U agora vamos examinar como

atrasos de pacotes, perdas e jitter são muitas vezes tratados num exemplo de telefonia IP.

U As aplicações de telefonia

na Internet geram pacotes durante momentos de atividade da voz

U taxa de bits é 64 kbps nos

intervalos de atividade U durante os intervalos de atividade a aplicação produz um bloco de 160 bytes a cada 20 ms (8 kbytes/s * 20 ms) U cabeçalho é acrescentado

ao bloco; então bloco mais cabeçalho sáo encapsulados num pacote UDP e enviados

U alguns pacotes podem ser

perdidos e o atraso de pacote irá flutuar.

U receptor deve determinar

quando reproduzir um bloco e determinar o que fazer com um bloco faltante

Telefonia Internet (2)

perda de pacotes

U O segmento UDP é

encapsulado num datagrama IP

U datagrama pode ser

descartado por falta de espaço num roteador

U TCP pode eliminar perdas, mas

Pretransmissões aumentam o

atraso

PO controle de

congestio-namento do TCP limita a taxa de transmissão

U Pacotes redundantes podem

ajudar

atraso fim-a-fim

acúmulo dos atrasos de trans-missão, propagação, proces-samento e atrasos de filas

U mais que 400 ms de atraso

fim-a-fim compromete a interatividade; quanto menor o atraso melhor variação de atraso

U considere dois pacotes

consecutivos num intervalo de atividade

U espaçamento inicial é de

20 ms, mas o espaçamento no receptor pode ser maior ou menor que 20 ms removendo o jitter

U número de seqüência U marcas de tempo U atrasando a reprodução

Telefonia Internet (3): atraso de

reprodução fixo

U Receptor tenta reproduzir

cada bloco exatamente q ms depois que o bloco é gerado.

PSe o bloco tem marca de

tempo t, receptor usa o bloco no instante t+q .

PSe o bloco chega após o

instante t+q, receptor o descarta.

U Números de seqüência não

são necessários.

U Estratégia permite pacotes

pedidos.

U Escolha do valor de q:

Pq grande: menos perda de

pacotes

Pq pequeno: melhor controle

da interatividade

Telefonia Internet (4): atraso de

reprodução fixo

U Transmissor gera pacotes a cada 20 ms durante os intervalos de

atividade.

U Primeiro pacote é recebido no instante r U Primeira programação de reprodução: começa em p U Segunda programação de reprodução: começa em p’

packets time packets generated packets received loss r p p' playout schedule p - r playout schedule p' - r pacotes gerados pacotes recebidos perda progr. reprodução p - r progr. reprodução p’ - r tempo pacotes

(5)

Atraso de reprodução adaptativo (1)

pacote ésimo -o receber após rede na atraso do estimativa pacote ésimo -o para rede da atraso receptor no o reproduzid é pacote o qual no instante receptor pelo recebido é pacote o qual no instante pacote ésimo do tempo de marca i d i t r i p i r i t i i i i i i = = − = = − =

•Estima o atraso da rede e ajusta o atraso de reprodução no início de cada intervalo de atividade.

• Intervalos de silêncio são aumentados e diminuídos.

• Blocos ainda são gerados a cada 20 ms nos intervalos de atividade.

Estimativa dinâmica do atraso médio no reeptor: ) ( ) 1 ( i1 i i i ud ur t d= − −+ − ondeu é uma constante fixa (ex., u = 0,01).

É também usual estimar a variância média do atraso, vi :

|

)

1 (

i1 i i i i

u

v

u

r

t

d

v

=

−

+

−

As estimativas de die visão calculadas para cada pacote recebido, embora elas

sejam usadas apenas no início de um intervalo de atividade.

Para o primeiro pacotes de um intervalo de atividade, o instante de reprodução é: i i i i

t

d

Kv

p

=

+

onde K é uma constante positiva. Para este mesmo pacote, o atraso de reprodução é:

i i

i

p

t

q

=

−

Para o pacote j no mesmo intervalo de atividade, o pacote deve ser reproduzido em:

i j

j

t

q

p

=

+

Atraso de reprodução adaptativo (2)

Como saber se um pacote é o primeiro de um intervalo de atividade:

U Se nunca houvesse perdas o receptor poderia simplesmente olhar

nas marcas de tempo sucessivas.

PSe a diferença de marcas de tempo sucessivas for maior que 20 ms, então temos o início de um intervalo de atividade.

U Mas porque as perdas são possíveis, o receptor deve olhar

tanto as marcas de tempo como os números de seqüência dos pacotes.

PSe a diferença de marcas de tempo sucessivas for maior que 20 ms e não há pulos nos números de seqüência então tem-se o início de um intervalo de atividade.

Atraso de reprodução adaptativo (3)

Recuperação de perdas de pacotes (1)

U Perdas: pacote nunca chega ou

chega depois do seu tempo de reprodução programado

correção de erro de envio (FEC): esquema simples

U para cada grupo de n blocos

cria um bloco redundante realizando uma operação OU exclusivo entre os n blocos originais

U envia os n+1 blocos, aumentando

a banda passante por um fator de 1/n.

U pode reconstruir os n blocos

originais se houver no máximo um bloco perdido nos n+1 blocos enviados

U Atraso de reprodução

precisa ser definido para receber todos os n+1 pacotes

U Compromisso:

Paumentar n, menor

disperdício de banda

Paumentar n, maior atraso

de reprodução

Paumentar n, maior a

probabilidade que dois ou mais blocos sejam perdidos

2o, esquema FEC

• enviar um fluxo de menor qualidade como “carona” • envia fluxo de aúdio de menor resolução como a informação redundante • por exemplo, um fluxo PCM nominal a 64 kbps e um fluxo GSM redun-dante a 13 kbps. • Transmissor cria pacote tomando o bloco n do fluxo nominal e anexando a ele o bloco (n-1) do fluxo redun-dante

• Sempre que ocorre perda não-consecutiva, o receptor pode esconder a perda.

• Apenas dois pacotes precisam ser recebidos antes do início da reprodução

• Pode também anexar os blocos (n-1) e (n-2) do fluxo

Recuperação de perdas de pacotes (2)

Fluxo original

Redundância

Perda de Pacote

Fluxo reconstruído

Intercalação

U blocos são quebrados em

unidades menores

U por exemplo, 4 blocos de

5 ms cada

U intercalar os blocos como

mostrado no diagrama

U pacote agora contém

unidades menores de

diferentes blocos U Remontar os blocos no

receptor

U Se o pacote é perdido,

ainda resta mais de cada bloco

Recuperação de perdas de pacotes (3)

Fluxo original

Fluxo intercalado

Perda de pacote

(6)

Recuperação pelo receptor de fluxos de aúdio danificados

U produzir uma substituição

para um pacote perdido que seja similar ao pacote original

U pode produzir bons

resultados para baixas taxas de perdas e pacotes pequenos (4-40 ms)

U estratégia mais simples:

repetiçãon

U estratégia mais complexa:

interpolação

Recuperação de perdas de pacotes (4)

Real-Time Protocol (RTP)

U RTP especifica uma

estrutura de pacotes que transportam dados de aúdio e vídeo: RFC 1889. U pacote RTP oferece Pidentificação do tipo de carga Pnumeração da seqüência de pacotes Pmarcas de tempo

U RTP roda nos sistemas

terminais. U os pacotes RTP são encapsulados em segmentos UDP U Interoperabilidade: se duas aplicações de telefonia IP usam RTP, então elas podem ser capazes de trabalhar juntas

RTP roda em cima do UDP

As bibliotecas do RTP fornecem uma interface de

camada de transporte que extendem o UDP:

• número de portas, endereços IP

• verificação de erros dentro dos segmentos

• identificação do tipo de carga

• numeração da seqüência de pacotes

• marcas de tempo

Aplicação

Enlace Física camada de transporte

RTP: Exemplo

U Considere enviar 64 kbps de voz codificada em PCM sobre RTP.

U A aplicação reúne dados

codificados em blocos, por exemplo, a cada 20 ms = 160 bytes por bloco.

U O bloco de aúdio, junto com

o cabeçalho RTP forma o pacote RTP, que é encapsulado num segmento UDP.

U O cabeçalho RTP indica o

tipo de codificação de aúdio em cada pacote, os transmissores podem mudar a codificação durante a conferência. O cabeçalho RTP também contém os números de seqüência e marcas de tempo.

RTP e QoS

U RTP não fornece nenhum

mecanismo para assegurar a entrega dos pacotes e dados no tempo correto, nem fornece outras garantias de qualidade de serviço.

U O encapsulamento RTP é visto

apenas nos sistemas finais --ele não é percebido pelos roteadores intermediários.

PRoteadores fornecem o

serviço de melhor-esforço tradicional da Internet. Eles não fazem nenhum esforço especial para assegurar que os pacotes RTP cheguem no destino no momento correto.

U A fim de fornecer QoS

para uma aplicação, a Internet deve prover um mecanismo, tal como o RSVP, para que a aplicação possa reservar recursos da rede.

Fluxos RTP

U RTP permite atribuir a

cada fonte (por exemplo, uma câmara ou um microfone) o seu próprio fluxo de pacotes RTP independente.

PPor exemplo, para uma

videoconferência entre dois participantes, quatro fluxos RTP poderiam ser abertos: dois fluxos para transmitir o aúdio (um em cada direção) e dois fluxos para o vídeo (novamente, um em cada direção).

U Contudo, algumas técnicas de

codificação populares, incluindo MPEG1 e MPEG2 --reúnem o aúdio e o vídeo num único fluxo durante o processo de codificação. Quando o aúdio e o vídeo são reunidos pelo codificador, então apenas um fluxo RTP é gerado em cada direção.

U Para uma sessão multicast do

tipo muitos-para-muitos, todos os transmissores e receptores tipicamente enviam seus fluxos RTP na mesma árvore de multicast com o mesmo endereço de multicast.

(7)

Cabeçalho RTP

Tipo de Carga (7 bits): Usado para indicar o tipo de codificação que

está sendo usado no momento.

Se um transmissor muda o tipo de codificação durante uma conferência, o transmissor informa o receptor através deste campo de tipo de carga.

•Tipo de carga 0: PCM mu-law, 64 Kbps •Tipo de carga 3, GSM, 13 Kbps •Tipo de carga 7, LPC, 2.4 Kbps •Tipo de carga 26, Motion JPEG •Tipo de carga 31. H.261 •Tipo de carga 33, MPEG2 video

Número de Seqüência (16 bits): O número de seqüência é incrementado

de um a cada pacote RTP enviado; pode ser usado para detectar perdas de pacotes e para recuperar a seqüência de pacotes.

Tipo de Carga Número de _Seqüência Marca de tempo _{sincronismo fonte}Identificador campos de _miscelânias

Cabeçalho RTP

U Campo de marca de tempod (32 bytes). Reflete o instante de

amostragem do primeiro byte no pacote de dados RTP. O receptor pode usar esta marca de tempo para remover o jitter do pacote e para obter o sincronismo de reprodução. A marca de tempo é derivada do relógio de amostragem no transmissor.

PComo exemplo, para aúdio o relógio de marca de tempo incrementa de

um a cada intervalo de amostragem (por exemplo, cada 125 us para uma taxa de amostagem de 8 KHz); se a aplicação de aúdio geram blocos contendo 160 amostras codificadas, então a marca de tempo do RTP aumenta de 160 para cada pacote RTP quando a fonte está ativa. O relógio de marca de tempo continua a aumentar numa taxa constante mesmo quando a fonte está inativa.

U campo SSRC (identificador de sincronismo fonte) (32 bits).

Identifica a fonte do fluxo RTP. Cada fluxo numa sessão RTP deve ter um SSRC distinto.

Cabeçalho RTP (2)

Real-Time Control Protocol (RTCP)

U Trabalha em conjunto com

o RTP.

U Cada participante de uma

sessão RTP transmite periodicamente pacotes de controle RTCP para todos os outros participantes. Cada pacote RTCP contém relatórios do transmissor e/ou do receptor que são úteis para a aplicação.

U As estatísticas incluem o

número de pacotes enviados, número de pacotes perdidos, variação de atraso entre chegadas, etc.

U Esta informação de

realimentação para a aplicação pode ser usada para controle do desempenho e para fins de diagnóstico.

PO transmissor pode mudar

suas transmissões com base nestas informações de realimentação.

RTCP - Continuação

- Para uma sessão RTP existe tipicamente um único endereço de multicast todos os pacotes RTP e RTCP pertencentes à sessão usam este endereço de multicast.

- Os pacotes RTP e RTCP são distintos um dos outros pelo uso de números de portas diferentes.

- Para limitar o tráfego, cada participante reduz seu tráfego RTCP quando o número de participantes da conferência aumenta.

Pacotes RTCP

Pacotes de relatório do

receptor:

U fração de pacotes

perdidos, último número de seqüência, variância média do atraso entre chegadas. Pacotes de relatório do

transmissor:

U SSRC do fluxo RTP, o

tempo corrente, o número de pacotes enviados e o número de bytes enviados.

Pacotes de descrição da fonte:

U endereço de e-mail do

transmissor, o nome do transmissor, o SSRC do fluxo RTP associado. Esses pacotes fornecem um mapeamento entre o SSRC e o nome do usuário ou do host.

Sincronização de Fluxos

U RTCP pode ser usado para

sincronizar diferentes fluxos de mídia numa sessão RTP.

U Considere uma aplicação de

videoconferência para a qual cada transmissor gera um fluxo RTP para aúdio e um para vídeo.

U As marcas de tempo nestes

pacotes são vinculadas aos relógios de amostragem de vídeo e de aúdio, mas não são vinculadas a um relógio de tempo real (isto é, a um

U Cada pacote

relatório-do-transmissor RTCP contém para o último pacote gerado no fluxo RTP associado, a marca de tempo do pacote RTP e o instante de tempo real no qual o pacote foi criado. Desta forma o pacote RTCP relatório-do-transmissor associa o relógio de amostragem com o relógio de tempo real.

U Receptores podem uar esta

associação para sincronizar a reprodução de aúdio e de

(8)

Controle de Banda do RTCP

U O RTCP procura limitar seu

tráfego a 5% da banda passante da sessão.

U Por exemplo, suponha que

existe um transmissor enviando vídeo com uma taxa de 2 Mbps. Então o RTCP procura limitar seu tráfego a 100 Kbps.

U O protocolo dá 75% desta

taxa, ou 75 kbps, para os receptores; ele dá os 25% restantes da taxa, isto é, 25 kbps, para o transmissor.

U Os 75 kbps dedicados aos

receptores são divididos de forma igual entre todos os receptores. Assim, se existem R receptores, cada receptor consegue enviar tráfego RTCP a uma taxa de 75/R kbps e o transmissor envia tráfego RTCP a uma taxa de 25 kbps. U Um participante (um transmissor ou receptor) determina o período de transmissão de pacotes RTCP dinamicamente calculando o tamanho médio do pacote (durante toda a sessão) e dividindo o tamanho médio do pacote RTCP pela sua taxa alocada.

H.323

U Visão geral U Terminal H.323 U Codificação H. 323 U Gatekeeper U Gateway U Codecs de Aúdio U Codecs de Vídeo

Visão Geral (1)

U Base para conferência de

aúdio e de vídeo através de redes IP.

U Objetiva comunicação de

tempo real (ao invés de por demanda)

U Recomendação

quarda-chuva do ITU-T.

U Escopo largo:

Pequipamentos isolados (ex., telefones Web) Paplicações em PCs Pconferências

ponto-a-ponto e multiponto-a-ponto

U A especificação H.323 inclui:

PComo os equipamentos

terminais fazem e recebem chamadas.

terminais negociam codificações comuns de aúdio e vídeo.

PComo os blocos de aúdio e

vídeo são encapsulados e enviados para a rede.

PComo o aúdio e o vídeo são

sincronizados entre si.

terminais se comunicam com seus respectivos gatekeepers.

PComo os telefones IP e os telefones PSTN/ISDN convencionais se comunicam. U Chamadas telefônicas U Chamadas de vídeo U Conferências U Quadros brancos Todos os terminais suportando H.323

Internet

Telefone "Ethernet" MS Netmeeting NetSpeak WebPhone

Visão Geral (2)

H.323 SS7, Inband

Internet

PSTN

Gateway Gatekeeper

Visão Geral (3)

Terminais H.323 Devem Suportar:

U G.711 - padrão do ITU

para compressão de voz

U RTP - protocolo para

encapsular blocos de dados de mídia em pacotes

U H.245 - Protocolo de

controle “fora-da-banda” para controlar a mídia entre os terminais H.323. U Q.931 - Um protocolo de sinalização para estabelecer e encerrar chamadas. U RAS (Registration/Admission/S tatus) protocolo de canal -Protocolo para comunicação com o gatekeeper (se um gatekeeper está presente)

(9)

Terminal H.323

Codificação H.323

Aúdio:

U Terminais H.323 devem

suportar o padrão G.711 para compressão de voz e transmissão a 56/64 kbps. U H.323 está considerando exigir a codificação G.723 = G.723.1, que opera a 5.3/6.3 kbps. U Opcionais: G.722, G.728, G.729 Vídeo

U Capacidade de vídeo para um

terminal H.323 são opcionais.

U Qualquer terminal H.323 com

capacidade de vídeo deve suportar o formato QCIF H.261 (176x144 pixels).

U O suporte a outros esquemas

da recomendação H.261 é opcional: CIF, 4CIF e 16CIF.

U H.261 é usado com canais de

comunicação cuja taxa de transmissão é múltipla de 64 kbps.

Gerando fluxo de pacotes de aúdio no

H.323

Fonte de Aúdio Codificação: ex., G.711 ou G.723.1 encapsulamento de pacote RTP porta

UDP Internet ou_Gatekeeper

Canal de Controle H.245

U O fluxo H.323 pode conter

múltiplos canais para diferentes tipos de mídia.

U Um canal de controle H.245

por sessão H.323.

U O canal de controle H.245

é um canal confiável (TCP) que transporta mensagens de controle.

U Principais tarefas:

PAbrir e fechar canais de mídia. PTroca de informações de capacidades: antes de enviar dados os terminais devem concordar sobre o algoritmo de codificação U Nota: H.245 para conferência multimedia é análogo ao RTSP para mídia contínua armazenada

Fluxos de Informação

Terminal H.323 Canal de Mídia 1 Canal de Controle de Mídia Canal de Mídia 2 Canal de Controle de Chamada H.323 Gatekeeper Canal RAS TCP UDP Terminal H.323 Canal de sinali-zação de Chamada

Gatekeeper 1/2

•O gatekeeper é opcional. Pode oferecer aos terminais: • translação de endereços para endereços IP

• gerenciamento de banda-passante: pode limitar o total de banda-passante consumida pelas conferências de tempo real

• Opcionalmente, as chamadas H.323 podem ser roteadas através do gatekeeper.

te rm inais H .323 Gatekeeper Rotea dor Internet LAN = “Zona” RAS

(10)

Gatekeeper 2/2

U Terminal H.323 deve se

registrar com o gatekeeper na sua zona.

PQuando a aplicação H.323 é chamada no terminal, o terminal usa o RAS para enviar seu endereço IP e apelido (alias) fornecido pelo usuário ao gatekeeper.

U Se o gatekeeper está

presente numa zona, cada terminal da zona deve contacta-lo para pedir permissão para realizar uma chamada.

U Uma vez que ele obtém a

permissão, o terminal pode enviar ao gatekeeper um endereço de e-mail, um nome de referência (alias) ou uma extensão de telefone. O gatekeeper translada o nome de referência num endereço IP.

PSe necessário, o gatekeeper poderá consultar outros gatekeepers em outras zonas para resolver um endereço IP. O processo varia entre os fornecedores.

Gateway

T erm inais H.323 Gatekeeper Router Internet LAN = “Zona” RAS Gateway PSTN

• Ponte entre a zona IP e as redes PSTN (ou ISDN). • Terminais se comunicam com gateways usando H.245 e Q.931

Codecs de Aúdio

Codec Bandwidth

[kbit/s] MOS Complexidade[MIPS] Packetização(tamanho) [ms] G.711 64 4.5 - -G.721 (ADPCM) 32 4.4 6.5 -GSM 13 3.8 4 20 G.729 8 4.1 15 10 G.723 6.4/5.3 4.0 20 30 Qualidade comercial interlocutor reconhecível intelegível problemas de inteleg. 5 4 3 2 1

MOS (Mean Opinion Score) MOS (Mean Opinion Score)

Codecs de Vídeo

• H.261 (p x 64 kbit/s)

– Vídeo sobre ISDN

– Resoluções : QCIF, CIF

• H.263 (< 64 kbit/s)

– Comunicação de baixa taxa

de bits

– Resoluções: SQCIF, QCIF,

CIF,4CIF, 16CIF

(128 x 96) (176 x 144) (352 x 288) (704 x 576) (1408 x 1152) SQCIF QCIF CIF 4CIF 16CIF