Mídias Discretas e Contínuas

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Sistemas Multimídia

Mídias Discretas e Contínuas

Profa. Débora Christina Muchaluat Saade

debora@midiacom.uff.br

Departamento de Ciência da Computação - UFF

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Mídias Contínuas

ü 

Mídias Contínuas (dinâmicas ou dependentes do tempo)

•  Digitalização de Sinais

•  Áudio

•  Vídeo

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Mídia Áudio

ü  Mídia Tipicamente Analógica

•  Representação Digital, quando necessário para integração com mídias digitais, através de digitalização do Sinal

Analógico por amostragem.

ü  Captura de Áudio

•  Microfone

ü  2 tipos de sinais de áudio:

•  Sinal de voz:

–  50Hz a 10KHz

•  Música

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Voz PCM

ü  Padrão G.711 usado nas redes telefônicas (PSTN – public switched telephone network)

ü  Banda passante limitada

•  200Hz a 3.4KHz

ü  Taxa de amostragem mínima de 6.8KHz

ü  Taxa de 8KHz é usada

ü  PCM com 8 bits por amostra => taxa de 64Kbps

•  Para reduzir erro de quantização

–  quantum não-linear

–  Compansão do sinal (circuitos compressor e expansor)

•  Lei A (Europa)

•  Lei µ (Estados Unidos e Japão)

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Áudio Qualidade CD

ü  Padrão CD-DA (CD-digital audio)

ü  Banda passante

•  15Hz a 20KHz

ü  Taxa de amostragem mínima de 40KHz

ü  Taxa de 44.1KHz é usada

ü  PCM com 16 bits por amostra

ü  Estéreo: 2 canais

•  Taxa por canal:

–  44.1 x 10³ x 16 = 705.6Kbps

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Áudio sintetizado

ü  Espaço necessário para armazenar áudio sintetizado é 2 a 3 vezes menor que a versão equivalente digitalizada.

ü  Sintetizador segue o padrão MIDI (Music Instrument Digital Interface)

ü  Padrão MIDI define

•  Hardware para conectar os equipamentos (portas e cabos)

•  Formato de dados para codificar a informação a ser processada pelo hardware

–  Linguagem de descrição de música em binário

–  128 instrumentos

•  0 (piano), 40 (violino), 73 (flauta)...

–  Sons para efeitos especiais (canhão, aplauso de audiência, ...)

–  Formato de dados específico para cada instrumento

•  Áudio gerado é uma sequência de mensagens MIDI

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Requisitos de Comunicação da Mídia Áudio

ü  Natureza do Tráfego

•  Sem compactação/compressão

–  Contínuo com Taxa Constante – CBR

•  Áudio comprimido

–  Contínuo com Taxa Variável – VBR

–  Tráfego em rajada (voz com detecção de silêncio)

•  Reprodução no destino à taxa constante

ü  Vazão média depende da aplicação

•  Voz (PCM) – 64Kbps

Qualidade de CD estéreo – 1.411 Mbps

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Requisitos de Comunicação da Mídia Áudio

ü 

Variação estatística do retardo (em redes de pacotes) deve ser compensada

ü 

Retardo de transferência máximo é crítico

•  Principalmente em conversações

– Retardo < 150 ms não é percebido pelo ouvido humano

– Retardo entre 150 e 400 ms é aceitável

– Retardo > 400ms => conversa ininteligível

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Exemplo

ü 

Assumindo que a banda passante de um sinal de voz é de [50, 10KHz] e de um sinal de música é de [15, 20KHz], calcule:

a)  a taxa de bits gerada por um codificador que utiliza 12 bits por amostra para voz e 16 bits por amostra para música

b)  quantidade de memória necessária para armazenar 10 minutos de música estéreo

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Resposta do Exemplo

a) Taxa de bits

ü 

Voz:

•  Taxa de amostragem de 2 x 10KHz = 20KHz

•  Taxa de bits = 20K x 12 = 240Kbps

ü 

Música:

•  Taxa de amostragem de 2 x 20KHz = 40KHz

•  Taxa de bits = 40K x 16 = 640Kbps

•  Música estéreo = 2 x 640 = 1280Kbps

b) Quantidade de memória 10 min música estéreo:

(1280 x 10

³

x 600) / 8 = 96 Mbytes

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Exemplo

ü 

Assumindo que o padrão CD-DA é usado, calcule:

a)  a capacidade de armazenamento de um CD-ROM para armazenar 60 minutos de música

b)  o tempo para transmitir uma porção de 30 segundos de música estéreo usando um canal de transmissão de:

a)  64kbps

b)  1,5Mbps

(12)

Resposta do Exemplo

a) padrão CD-DA tem taxa de bits de 1,411Mbps

A capacidade de armazenamento para 60min:

(1,411 x 60 x 60) / 8 = 634,95Mbytes

b)Tempo para transmitir 30s:

b.a) Taxa de 64kbps:

Tempo: (1,411 x 10⁶ x 30) / (64 x 10³) = 661,4s (~11 min) b.b) Taxa de 1,5Mbps:

Tempo: (1,411 x 10⁶ x 30) / (1,5 x 10⁶) = 28,22s

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Mídia Vídeo

ü 

Mídia Tipicamente Analógica

•  Representação Digital, quando necessário para integração com mídias digitais, através de

digitalização do Sinal Analógico por amostragem.

ü 

Captura de Vídeo

•  Câmeras de Vídeo

ü 

Estrutura do Vídeo

•  Resolução espacial (resolução geométrica + resolução de cor)

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Difusão de TV

ü  Padrões de TV

•  NTSC - National Television Standards Committee (525 linhas) mas somente 480 linhas são apresentadas.

•  PAL (625 linhas) mas somente 576 linhas são apresentadas.

•  CCIR (mesmo que PAL)

•  SECAM (mesmo que PAL)

ü  Formato da imagem

•  TV tem formato de imagem 4:3.

•  Cinema e TV de tela larga tem formato de imagem 16:9.

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Difusão de TV

ü 

Varredura da Tela

•  Taxa de refresh mínima deve ser de 50 vezes/seg para evitar cintilação (flicker)

•  Sensação de movimento: 25 quadros/segundo

•  Para minimizar o volume de dados transmitido, cada imagem é transmitida em 2 metades (campo)

– 1o. Campo – linhas ímpares

– 2o. Campo – linhas pares

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Varredura Progressiva x Entrelaçada

PROGRESSIVA ENTRELAÇADA

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Varredura Entrelaçada

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Varredura Entrelaçada

ü  Sistema NTSC

•  525 linhas

–  262.5 linhas por campo (240 visíveis)

•  30 quadros/seg

ü  Sistema PAL/CCIR/SECAM

•  625 linhas

–  312.5 linhas por campo (288 visíveis)

•  25 quadros/seg

ü  Brasil – PAL-M

•  Padrão americano com sistema de cores Europeu (525 linhas, 30 q/s)

ü  Taxa de refresh

•  60/50 campos/seg

ü  Taxa de refresh de quadros

•  30/25 quadros/seg

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Cores

ü  Para manter compatibilidade com TV preto e branco

•  Luminância (preto e branco) e crominância são combinadas em um sinal de vídeo composto

ü  Sistemas de cores

•  Sistema YUV (usado no PAL)

–  Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

–  U = 0.493 (B - Y)

–  V = 0.877 (R - Y)

•  Sistema YIQ (usado no NTSC)

–  Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

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Tipos de Conectores de Vídeo

ü  Composite Video (vídeo composto) ou RCA

•  3 componentes (YCrCb) combinadas

ü  S-Video ou Super Video ou S-VHS

•  Separa as componentes de luminância e crominância com resolução máxima de 480/576 linhas

ü  Component Video (vídeo componente)

•  Separa as componentes RGB ou YCrCb com resolução de até 1080 linhas

•  3 cabos RCA

ü  Conector RF

Vídeo composto

S-Video

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Tipos de Conectores de Vídeo

ü  DVI (Digital Visual Interface)

•  Somente vídeo

–  DVI-A – analógico

–  DVI-D – digital

–  DVI-I – pode funcionar como analógico ou digital

•  Single link – 1920x1080

•  Dual link – 2048x1536

ü  HDMI (High Definition Multimedia Interface)

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Vídeo Digital

ü  Olho humano é mais sensível à luminância que a crominância

ü  Sinais de crominância podem ser transmitidos com resolução menor que o de luminância

ü  ITU-R (ITU Radiocommunications Branch) – antigo CCIR

•  Padrão para vídeo digital CCIR-601

•  Variantes do padrão para uso em difusão de TV, videotelefonia e videoconferência

•  Formatos de digitalização

–  Formato 4:4:4

•  Baseado nos sinais RGB/YCrCb

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Vídeo Digital

– Formato 4:2:2

•  Uso em estúdios de TV (YCrCb)

•  banda de 6 MHz para luminância e 3 MHz para crominância

•  Taxa de amostragem de 13.5 Mhz / 6.75 MHz

•  702 amostras por linha (52microsseg a 13.5MHz)

•  Na prática são 720 amostras para luminância e 360 para cada crominância por linha

•  8 bits por amostra (256 níveis)

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Formato 4:2:2

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Taxa de bits do codificador

ü 

Banda de 6 MHz para luminância e 3 MHz para crominância

ü 

Taxa de amostragem de 13.5 Mhz (Y) e 6.75 MHz (Cr e Cb)

ü 

8 bits por amostra

•  Taxa de bits = 13,5 10⁶ x 8 + 2 x (6,75 x 10⁶ x 8)

•  Taxa de bits = 216Mbps

•  mesma para os 2 sistemas (525 ou 625 linhas)

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Exemplo

ü 

Calcule a quantidade de memória necessária para armazenar um quadro resultante da

digitalização de um sistema de vídeo de 525

linhas e um sistema de 625 linhas, considerando o formato 4:2:2

ü 

Calcule também o total de memória necessária

para armazenar um vídeo de 1,5 horas

(27)

Exemplo

ü 

Sistema de vídeo de 525 linhas – 60 quadros/seg:

•  Resolução de 720 x 480 linhas visíveis

•  Y = 720 x 480 e Cr e Cb = 360 x 480

•  Memória por linha: 720 x 8 + 2 x (360 x 8) = 11520 bits ou 1440 bytes

•  Memória por quadro: 11520 x 480 / 8 = 691,2Kbytes

ü 

Memória para vídeo de 1,5 horas:

•  691,2 x 10³ x 60 x 1,5 x 3600 = 223,9488 Gbytes

(28)

Exemplo

ü 

Sistema de vídeo de 625 linhas – 50 quadros/seg:

•  Resolução de 720 x 576 linhas visíveis

•  Y = 720 x 576 e Cr e Cb = 360 x 576

•  Memória por linha: 720 x 8 + 2 x (360 x 8) = 11520 bits ou 1440 bytes

•  Memória por quadro: 11520 x 576 / 8 = 829,44Kbytes

ü 

Memória para vídeo de 1,5 horas:

•  829,44 x 10³ x 50 x 1,5 x 3600 = 223,9488 Gbytes

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Vídeo Digital

–  Formato 4:2:0

•  Uso para difusão de TV digital (YCrCb)

•  Mesma resolução para luminância e metade para crominância

•  Sistema de 525 linhas –  Y=720x480

–  CrCb=360x240

•  Sistema de 625 linhas –  Y=720x576

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Vídeo Digital

ü 

Formato HDTV – High Definition Television

•  Formato 4:3 – resolução de 1440x1152 pixels

•  Formato 16:9 – resolução de 1920x1152 pixels

•  Em ambos os casos, 1080 linhas visíveis

•  4:2:2 para estúdio (taxa de quadros 50/60Hz)

•  4:2:0 para difusão (taxa de quadros 25/30Hz)

ü 

Outros Formatos

•  SIF, Sistema de 525 linhas: Y=360x240; CrCb=180x120

•  Videoconferência: CIF, 4CIF, 16CIF

•  Videotelefonia: QCIF, Sub-QCIF/S-QCIF

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Requisitos de Comunicação da Mídia Vídeo

ü 

Natureza do Tráfego

•  Sem compactação/compressão

– Contínuo com Taxa Constante – CBR

•  Vídeo comprimido

– Contínuo com Taxa Variável – VBR

•  Reprodução no destino à taxa constante

ü 

Vazão média depende da aplicação

ü 

Tolerância a erros

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Requisitos de Comunicação da Mídia Vídeo

ü 

Variação estatística do retardo deve ser compensada

ü 

Retardo de transferência máximo é crítico

•  Comunicação interativa de tempo real