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Sistemas Operacionais Multimídia

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by

Frederico Coutinho

on 7 March 2013

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Transcript of Sistemas Operacionais Multimídia

Sistemas operacionais multimídia Introdução Arquivos Multimídia Agenda Introdução
Arquivos Multimídia
Compressão de vídeo
Compressão de áudio
Escalonamento de processos
Paradigmas de sistemas de arquivos multimídia
Alocação de arquivos em disco
Caching
Escalonamento de disco para multimídia Compresão de vídeo Porque comprimir? Felizmente existem diversas técnicas
Algoritmos:
Codificação
Origem
Decodificação
Destino
Algoritmos são assimétricos
Codificação/Decodificação
Perdas são aceitáveis Compresão de vídeo O padrão JPEG Suponha que a entrada seja uma imagem RGB 640 x 480
Calcula-se a luminância e crominância a partir dos valores RGB. O padrão JPEG O padrão JPEG Calculada a média de todos os blocos quadrados de quatro pixels em I e Q
De cada elemento de todas as matrizes é subtraído 128
Divide-se a matriz em blocos de 8 x 8 Passo 1 O padrão JPEG O padrão JPEG O padrão JPEG O padrão JPEG Passo 2 Aplica-se a transformada discreta do cosseno para os 7200 blocos separadamente Passo 3 Quantização
Os coeficientes DCT menos importantes são eliminados. Passo 4 Reduz o valor (0,0) de cada bloco, substituindo pelo quanto ele difere do elemento correspondente do bloco anterior Passo 5 Lineariza os 64 elementos Codifica a imagem usando o código de Huffman O padrão MPEG Padrão para compressão de vídeos
Tipos de redundância:
Espacial
Temporal O padrão MPEG Compressão de áudio Escalonamento de processos homogêneos Paradigmas de sistemas de arquivos multimídia Caching Escalonamento de disco para multimídia Escalonamento geral de tempo real Modelo:
Múltiplos processos competindo pela CPU
Próprio trabalho
Próprios prazos

Deadline Escalonamento geral de tempo real Escalonamento geral de tempo real É escalonavel?
Podem ser (e geralmente são) preentivos
Estáticos
Dinâmicos Vídeo quase sob demanda com funções VCR Cada máquina do cliente contém
Buffer dos ΔT minutos anteriores
Buffer dos ΔT minutos seguintes Vídeo quase sob demanda com funções VCR Alocação de arquivos em um múltiplos discos Simplesmente ter uma grande quantidade de discos
Disk farm
Filme A no disco 1, filme B no disco 2... Alocação de arquivos em um múltiplos discos Problemas:
Se um disco falhar, todos os filmes ficam indisponíveis
Filmes muito "populares" em um único disco Alocação de arquivos em um múltiplos discos Alocação de arquivos em um múltiplos discos Alocação de arquivos em um múltiplos discos Problemas:
Se todos os filmes começam no primeiro disco, a carga pode não ser equilibrada Revezamento dos discos iniciais Revezamento aleatório dos discos iniciais Alocação de arquivos em um múltiplos discos MPEG-2
Tamanhos diferentes
Distribuição por quadros
Distribuição por blocos
Distribuição ampla x Distribuição restrita Multimídia = mais de um meio continuo
Vídeo digital = filme
Videoclipes = filmes de menor duração
Multimídia muitas vezes significa:
Reprodução de filmes pré-gravados
Transferência de vidoclipes pela internet
Criação dos vídeos
Videoclipes em jogos Introdução O grande objetivo do mundo multimídia é o vídeo sob demanda
Viabilização do vídeo sob demanda
Três componentes essenciais para infraestrutura
Um ou mais servidores
Uma rede de distribuiçao
Uma caixa digital (set-top box)
Duas fundamentais características para tratar adequadamente a multimídia:
Multimídia usa taxas de dados extremamente alta
Multimídia requer reprodução em tempo real
O tipo de servidor de vídeo mais simples
Escalonamento por alternancia circular (round-robin)
Mecanismo de temporização (Relógio-mestre)
A cada pulso todos os processos são executados sequencialmente
Chamada de sistema suspend
Reexecução dos processos
Número de processos pequenos Alocação de arquivos em discos Arquivos multimídias são grandes
Geralmente escritos apenas uma vez mas lidos varias
Acessados sequencialmente
Devem cumprir critérios estritos de qualidade de serviços
Sistemas de arquivos diferentes

Alocação de um arquivo em um unico disco Video 25-30 quadros/s
Chip CCD
Monitor
Audio 44.100 amostras/s
Microfone
Auto-Falante Video ≠ Audio: Dados possam fluir para a rede ou para um dispositivo de saída
Várias buscas em disco durante a leitura de quadros é altamente indesejável
Uso de arquivos contíguos
Presença de vídeo, áudio e texto
Arranjo com vídeo, o áudio e o texto intercalados Alocação de um arquivo em um unico disco Arquivos Multimídia Arquivos Multimídia Sistema de Arquivos Controlar múltiplos sub-arquivos
Organização deve possiblitar:
Escolha da trilha de áudio
Escolha da legenda
Manter sub-arquivos sincronizados Arquivos Multimídia Codificação de Vídeo Arquivos Multimídia Codificação de Vídeo Entrelaçamento:
Linhas ímpares
Linhas pares
meio-quadros chamados campos
Tremulação perceptível 25 quadros/s
Tremulção imperceptível 50 campos/s Arquivos Multimídia Codificação de Vídeo Transmissões em corres:
3 feixes (RGB)
Compatibilidade com monocromático:
Combinação linear RGB:
1 sinal luminância (brilho)
2 sinais cromância (cor)
frequência monocromática sinal de liminância Arquivos Multimídia Codificação de Vídeo Vídeo digital:
8 bits para cada cor por pixel
2^24 aproximadamente 16 mi
Varedura progressiva
suavidade = (nº de imagens ≠ por segundo)
tremulação = nº de vezes que a tela é desenhada por segundo
Tela UXVGA 25 quadros/s = 1,2Gbps
Tela VGA 25 quadros/s 184Mbps Arquivos Multimídia Codificação de Áudio CAD - Conversor analógico digital Escalonamento por taxa monotônica Pode ser usado para processos que satisfaçam as seguintes 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 e sem sobrecargas Escalonamento por taxa monotônica O RMS funciona atribuindo a cada processo uma prioridade fixa igual à frequência de ocorrência Vídeo quase sob demanda E/S adicional de disco e um espaço extra que nao seja no buffer em memória
Elimina todas as buscas
Acesso aleatório impossível
Avanço rápido e retrocesso rápido
Servidor com vários fluxos concorrentes de saída Escalonamento prazo mais curto primeiro Escalonamento prazo mais curto primeiro Algoritmo dinâmico
Algoritmo tempo real
Lista de processos executáveis
Ordenação por vencimento de prazo Funções de Controle VCR Pausa
Rebobinamento
Avanço e retrocesso rápidos
Compressão
Áudio e vídeo
Tamanho Alta taxa
Tempo real
Previsibilidade Escalonamento de disco para multimídia Escalonamento Estático
Ciclos
Ordenação Escalonamento de disco para multimídia Escalonamento de disco para multimídia Diversos algoritmos de compressão de Áudio foram desenvolvidos para a transmissão via Internet, sendo o mais popular deles o MPEG.

O MPEG possui três camadas, onde a terceira camada é mais poderosa, conhecida como MP3. Compressão de Áudio A compressão de Áudio pode ser feita de duas maneiras:


Codificação Waveform
Codificação Perceptual Compressão de Áudio A codificação waveform é um formato padrão da Microsoft e da IBM para armazenamento de áudio.

Os formatos comuns de WAVE contém áudio em PCM(pulse-code modulation), onde seu armazenamento de áudio não é comprimido, evitando perdas. Compressão de Áudio Para obter uma ótima qualidade de reprodução, a codificação WAVE reproduz o formato de onda de forma precisa e possuindo a menor quantidade de bits possível. Compressão de Áudio Mas por não ser comprimido, o seu espaço de armazenamento tende a ser muito grande, mas resolvido com a covnersão para MP3. Compressão de Áudio Compressão de Áudio Compressão de Áudio Compressão de Áudio A outra forma de codificação é a Perceptual, ela vem usada desde a MPEG1.


A codificação perceptual procura explorar as limitações do sistema auditivo humano. Sendo elas: Para cada frequência, o ser humano ouve apenas sinais com amplitude acima de um determinado limiar, mesmo se não houver energia nas restantes frequências. Limiar de audibilidade em silêncio
ou
psicoacústica: Mascaramento em frequência: Um sinal forte numa determinada frequência torna inaudíveis sinais fracos em frequências próximas. Um sinal forte num dado instante torna inaudíveis sinais fracos em janelas temporais imediatamente anteriores (pré-mascaremento) ou posteriores (pós-mascaramento). Mascaramento temporal: Alocação de múltiplos arquivos em um único disco Tempo real
Servidores
VCR
Push Até agora, foram estudados a alocação de apenas um filme. Em um servidor de vídeo haverá muito mais filmes, mas se estiverem dispersos aleatoriamente, muito tempo será necessário caso os filmes estejam sendo vistos simultaneamente. Alocação de múltiplos arquivos em um único disco Alocação de múltiplos arquivos em um único disco Alocação de múltiplos arquivos em um único disco Alocação de múltiplos arquivos em um único disco Mas e se organizassemos os filmes por popularidade?
Utilizando a lei de Zipf, onde assumimos "valores" as aproximações. Essas previsões assumidas, dificilmente sejam exatas, ela oferece uma incrível aproximação. Usando a lei de Zipf, podemos usar essa informação para alocar os arquivos. Segundo estudos os mais simples é o algoritmo dos tubos de órgão (organ-pipe algorithm). Alocação de múltiplos arquivos em um único disco O padrão JPEG Obrigado! Dúvidas?
Indagações?
Questionamentos? A técnica de caching de arquivo LRU tradicional não funciona bem para arquivos multimídias, pela diferença de padrões de acesso.

Para utilizar o caching de forma eficiente para multimídias, será estudado sobre 2 métodos:
Caching de Blocos;
Caching de Arquivos;
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