Multimediální přenosy

Transkript

1 Multimediální přenosy Ing. Milan Šárek, CSc. Katedra počítačových systému FIT České vysoké učení technické v Praze MI-MTI, ZS2010/11, Předn MI-MTI / prof. Evropský sociální fond. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 1/33

2 Navazuje na obsah přednášek MT-MTI č. 10 a 11 zejména s ohledem na řízení provozu a reservace pásma Co může v sítích přenášet: zvuk obraz prostorový vjem (zvuk, obraz) taktilní (hmatové) podněty začátky vůně, chutě zatím ojedinělé pokusy obrovská možnost uplatnění (gastronomie, parfumerie, medicína) Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 2/33

3 Teoretický základ: Shanon Kotelnikovův teorém neboli vzorkovací věta Pokud je signál x(t), spojitý v čase a obsahuje pouze frekvenční složky s kmitočty menšími než fmax, pak je veškerá informace o tomto signálu obsažena v hodnotách x(nt), za předpokladu, že vzorkovací frekvence fvz= 1/T je větší než 2fmax, neboli: fvz > 2fmax Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 3/33

4 Možnosti přenosu obrazu a zvuku v počítačových sítích: statický obraz o bitmapy: BMP, GIF, JPEG, PNG, TIFF o vektorová grafika: PS, EPS, CDR, HPGL o důležitý typ zdroje (snínač CCD x kreslicí program) video: AVI, MPEG, mjpeg, MOV, QT hlas: WMA, MP3, AU, OGG Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 4/33

5 Další možnosti přenosu obrazového a zvukového signálu: přenos nekomprimovaného videa možnosti odstranění redundance systémy komprese H.261, 263, MPEG 1, 2 a 4 návaznost na televizní technologie a systémy zobrazení Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 5/33

6 Základní popis skupiny standardů MPEG (Moving Picture Experts Group) MPEG-1 The standard on which such products as Video CD and MP3 are based MPEG-2 The standard on which such products as Digital Television set top boxes and DVD are based; MPEG-4 The standard for multimedia for the fixed and mobile web; MPEG-7 The standard for description and search of audio and visual content; MPEG-21 The Multimedia Framework; MPEG-A The standard providing application-specific formats by integrating multiple MPEG technologies; Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 6/33

7 Rozdíl mezi hierarchií telekomunikačních systémů a počítačovými sítěmi: kvalita služby QoS dlouhodobý vývoj telekomunikačních systémů v návaznosti na klasickou telefonii omezené možnosti rychlosti přenosu s ohledem na udržení kvality přenosové trasy pro potřeby přenosu hlasu technologie ATM a přenosové systémy kategorie STM Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 7/33

8 Počítačové sítě: typy s řízeným přístupem k médiu (Token Ring, Arcnet) náhodný (pseudonáhodný) přístup k přenosovému médiu co nejvyšší možná přenosová rychlost chyby přenosu řešeny opakováním Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 8/33

9 Požadavky na síťovou infrastrukturu: požadavek na kvalitu služby (QoS) je u sítí řešen bud naddimenzováním přenosových kapacit nebo různými metodami řízení přenosové trasy nad nespolehlivým médie použití protokolu RTP pro přenos audia a videa RSVP protokol Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn. 13 9/33

10 Protokol RTP (Real-time Transport Protocol): Přenosový protokol v reálném čase (RTP, Real-time Transport Protocol, RFC 3550) je protokol zajišťující podporu pro koncové multimediální přenosy v reálném čase. Nezaručuje doručení dat ani správné pořadí jednotlivých paketů, ale definuje jejich pořadová čísla, podle kterých mohou multimediální aplikace rozpoznat chybějící pakety. Zakládá se na synchronizaci časového přenosu a zjištění ztráty nebo nesprávného pořadí dat. Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

11 Real-time Transport Control Protocol: RTCP: RTP neposkytuje žádný mechanizmus na zajištění doručení, včasného doručení paketů, ani pro doručení paketů ve správném pořadí. Doručování paketů je monitorováno pomocí podpůrného řídicího protokolu RTCP. Tyto dva protokoly jsou často brány dohromady a označovány jako RTP/RTCP Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

12 Real-time Transport Control Protocol: RTCP: RTCP používá periodické vysílání paketů od každého účastníka relace RTP všem ostatním účastníkům za účelem řízení výkonnosti a pro diagnostické účely. RTCP pomáhá RTP monitorovat doručení dat v rozsáhlých sítích se skupinovým vysíláním. Monitorování pomáhá příjemci detekovat ztrátu paketů a provést kompenzaci kolísání zpoždění v síti. Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

13 Real-time Transport Control Protocol: RTCP: RTCP vytváří zpětnou vazbu mezi účastníky relace protokolu RTP, ve které periodicky probíhá výměna RTCP paketů. RTCP pakety obsahují informace, podle kterých může strana vysílající multimediální proud dynamicky měnit např. rychlost přenosu na základě požadavků strany přijímající. Protokol RTCP tak poskytuje služby řízení toku a kontroly zahlcení sítě. Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

14 Resource Reservation Protocol (RSVP) protokol: RSVP protokol je užívaný k zajištění kvality služby pro aplikační datový tok RSVP je také užívaný směrovači pro doručení požadavku kvality služby (QoS) všem uzlům na cestě datového toku. Důsledkem RSVP požadavku bude rezervace zdrojů pro dané uzly na cestě od zdroje dat k jejich cíli. Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

15 HOST RSVP protocol ROUTER Appli- RSVP cation RSVP < > RSVP < > <--> process Routing process _. -->Polcy <--> -->Polcy.._ Cntrl process.._ Cntrl data. === =========== == ========== === ========== == ========== >Admis ---->Admis _V V V Cntrl _V V V Cntrl Class- Packet Class- Packet ifier ==>Schedulr ================> ifier ==>Schedulr ===========> data data Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

16 Základní myšlenka IP multicastu: místo odesílání jednotlivých datagramů ke každému cíli je odeslán pouze jediný datagram metoda přeposílání diagramů z jednoho zdroje skupině více koncových stanic používá se ke snížení celkové zátěže počítačové sítě Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

17 Technologie IP multicastu: IP multicast mechanismus pro skupinovou komunikaci v IP vrstvě Zdroj vysílá jeden datagram, na multicast směrovačích se jeho kopie vysílají do větví multicast stromu Podpora IP multicasti: o adresy typu D o IGMP (Internet Group Management Protocol) Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

18 K identifikaci jednotlivých multicastových skupin se používají adresy třídy D Třídy IP adres Třída Začátek (bin) 1. bajt Standardní maska Bitů sítě Bitů stanice Sítí Stanic v každé síti A B C D multicast E vyhrazeno jako rezerva Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

19 Protokol IGMP (Internet Group Management Protocol) Dynamicky registruje členy, patřící do skupiny identifikovaných adresou třídy D. Hostitel identifikuje členství ve skupině odesláním zpráv protokolu IGMP a data zasílá vždy všem členům skupiny. Směrovače používající protokol IGMP pravidelně naslouchají zprávám protokolu IGMP a systematicky odesílají dotazy s cílem zjistit, které skupiny jsou v síti LAN aktivní. Směrovače spolu komunikují pomocí multicast směrovacích protokolů a pro každou skupinu připravují cesty pro spoje s přenosem typu multicast Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

20 DVTS (Digital Video Transport System) přenáší audio/video (A/V) data kódovaná jako digitální video v paketech přímo ze sběrnice IEEE-1394 do IP sítě DVTS umožňuje přenos obrazu s běžným rozlišením (SD, Standard Definition) s nízkým zpožděním v kvalitě digitálního videa Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

21 Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

22 Protokoly standardu H.323 Standard H.323 je nezávislý na transportních protokolech a zahrnuje: kódování zvuku kódování obrazu H.255 signalizace volání řídící signalizace H.245 RTP RTCP Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

23 Multipoint Control Unit MCU MCU poskytuje podporu pro konferenci tří a více H.323 terminálů. Všechny terminály zúčastňující se konference sestavují spojení s MCU. MCU řídí konferenční zdroje, ovládá tok dat a určuje audio nebo video kodek Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

24 Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

25 Možnosti zobrazení 3D klasické metody projekce a aktivními nebo pasivními (polarizačními) brýlemi autostereoskopické LCD monitory vybavené speciální mezivrstvou s optickou mřížkou a obraz lze bez brýlí pozorovat z předepsané vzdálenosti, princip např.: Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

26 Současný stav multimediálních přenosů v prostředí vysokorychlostních sítí: návaznost na gigabitovou přenosovou infrastrukturu na bázi DWDM její využití v oblasti přenosů HDTV, 4k a HDTV 3D požadavky aplikací na objem datového toku, kvalitu a zpoždění přenášených multimediálních dat příklady realizovaných projektů Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

27 Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

28 Stream type Data stream Network interface 4K JPEG2000 (DCI) 250 Mbit/s 1 Gbit/s 4K JPEG2000 (DCI) 3D 2x 250 Mbit/s 1 Gbit/s 4K uncompressed 6 Gbit/s 10 Gbit/s 4K uncompressed 3D 12 Gbit/s 40 Gbit/s Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

29 Stream type Data stream Network interface 8K JPEG Gbit/s 10 Gbit/s 8K JPEG2000 3D 2x 1 Gbit/s 10 Gbit/s 8K uncompressed 24 Gbit/s 40 Gbit/s 8K uncompressed 3D 48 Gbit/s 100 Gbit/s Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

30 da Vinci Surgical System 3D HD Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

31 MVTP- 4k přenos videa v gigabitových sítích MVTP-4k je v rámci projektu CESNETu vyvinuto Modular Video Transform Platform pro real-time přenos videa ve kvalitách 4k, 2k and HD přes 10 Gigabit Ethernet, zatím se zdá být přenosová rychlost 10 Gb/s příliš exkluzivní, ale stačí porovnat s vývojem sítí za posledních 10 let. aplikační rozhranní: 4 dual-link HD-SDI inputs 4 dual-link HD-SDI outputs Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33

32 Mezinárodní kongres miniinvazivní a robotické chirurgie, v Brně Přenos z operačního robota Da Vinci z nemocníce v Ústí nad Labem Zobrazením v 3D full HD v prostorách konference Ing. M. Šárek na brněnském výstavišti MMP MI-MTI 2010, předn /33

33 Zdroje: Moving Picture Experts Group: Digital Cinema Initiatives: CineGrid Initiative: Sdružení CESNET: a Ing. M. Šárek MMP MI-MTI 2010, předn /33