O documento discute sistemas operacionais multimídia e fornece detalhes sobre arquivos multimídia, compressão de vídeo, escalonamento de processos e disco para sistemas multimídia, paradigmas de sistemas de arquivos multimídia e alocação de arquivos em discos.
2. Sumário
1. Introdução à Multimídia
2. Arquivos Multimídia
3. Compressão de Vídeo
4. Escalonamento de Processos Multimídia
5. Características dos Sistemas Multimídia
6. Paradigmas de Sistemas de Arquivos Multimídia
7. Alocação de Arquivos em Discos
8. Caching
9. Escalonamento de Disco para Multimídia
10. Dúvidas e Sugestões
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3. Introdução à Multimídia (1)
Filmes, clipes, músicas digitais;
O termo “Multimídia” :
Áreas de atuação: cinema, jogos para PCS...
Cargo chefe: Vídeo sob demanda (Vídeo-on-demand);
Algo que utiliza mais de um meio (ex.: texto e imagens)
ou
Documento que utiliza dois ou mais meios contínuos
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4. Diferentes tecnologias de distribuição local:
Introdução à Multimídia (2)
ADSL - Asymmetric Digital Subscriber Loop (par trançado de cobre)
TV a Cabo (fibra ótica) 4
5. Diferentes tecnologias de distribuição local:
Chips especiais para decodificação e
descompressão de vídeo;
Possui CPU, RAM, ROM;
Interface ADSL ou para cabo;
Set-top box
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Introdução à Multimídia (3)
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6. Introdução à Multimídia (4)
Tem duas características fundamentais:
Usa taxa dados extremamente altas;
Requer reprodução em tempo real.
Obs: 1 Mbps = 106 bits/s
1 GB = 230 bytes
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7. Qualidade de Serviço
Largura de banda média disponível;
Atraso mínimo e atraso máximo;
Probabilidade de perda de bit;
Porção de uso da CPU, buffers de memória, capacidade
de transferência de disco e largura de banda de rede.
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Algoritmo para controle de admissão
Introdução à Multimídia (5)
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9. Arquivos Multimídia (2)
Codificação de Áudio
Ondas de áudio convertidas para a forma digital
Voltagem Elétrica como entrada;
Número Binário como saída.
Onda senoidal Amostragem a Amostra em
cada ∆T segundos passos de 0,25
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10. Arquivos Multimídia (3)
Codificação de Áudio
Erro induzido por amostragem infinita
Ruído de Quantização
Exemplos de sons amostrados:
Telefone (PCM – Pulse Code Modulation);
Áudio de CDs;
MP3 – Compressão de até dez vezes.
Atualmente, gravação e edição de vídeo profissional é
digital.
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11. Arquivos Multimídia (4)
Codificação de Vídeo
Olho humano: Não percebe uma seqüência de 50 ou
mais imagens/s como imagens discretas;
Quadro: feixe de elétrons percorre rapidamente de um
lado para outro da imagem e lentamente de cima para
baixo;
Campo = meio-quadro;
Técnica de Entrelaçamento;
Progressivo.
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14. Codificação de Vídeo
Vídeo Digital
Seqüência de quadros;
Quadro: Grade de Pixels;
8 bits por pixel para cada uma das cores RGB;
Arquivos Multimídia (7)
Os monitores atuais percorrem a tela atualizando as imagens
da RAM de vídeo 75 vezes por segundo ou mais;
Configurações comuns:
640x480 (VGA)
800x600 (SVGA)
1024x768 (XVGA)
Ex: Tela XGA com 24 bits/pixel e 25 quadros/s = 472 Mbps
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15. Compressão de Vídeo (1)
O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Entrada de dados RGB Depois da Preparação do bloco
NTSC(Y, I e Q);
PAL (Y, U e V).
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16. Compressão de Vídeo (2)
O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Um bloco da matriz Y Os coeficientes DCT
NTSC(Y, I e Q);
PAL (Y, U e V).
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17. Compressão de Vídeo (3)
O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group)
Computação dos coeficientes DCT quantizados
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18. Compressão de Vídeo (4)
O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group)
A ordem na qual os valores são transmitidos
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19. Compressão de Vídeo (5)
O Padrão MPEG (Motion Picture Experts Group)
MPEG-2 tem três tipos de quadros: I, P, B
Intracodificados - Imagens paradas autocontidas
codificadas em JPEG
Preditivos - Diferença bloco-a-bloco com o último
quadro
Bi-direcionais - Diferenças entre o último e o
próximo quadro
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20. Compressão de Vídeo (6)
O Padrão MPEG (Motion Picture Experts Group)
Quadros consecutivos de vídeo
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21. Características dos Sistemas Multimídia
Sistemas de tempo real
Tempo real não-crítico
Processos periódicos
Alto processamento de dados
Baixa latência e alto tempo de resposta
Garantia da qualidade de serviço (QoS)
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22. Escalonamento de Processos Multimídia (1)
O escalonador deve ser altamente previsível e regular.
Objetivos
Previsibilidade
Cumprimento dos prazos (deadline)
Os algoritmos são preemptivos.
Os algoritmos podem ser estáticos ou dinâmicos.
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23. Escalonamento de Processos Multimídia (2)
Processos periódicos exibindo um filme;
Comportamentos previamente conhecidos e de vida curta;
A executa a 30 frames/s, B a 25 frames/s e C a 20 frames/s.
Taxas de quadros e requisitos de processamento podem ser
diferentes para cada filme;
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24. Escalonamento de Processos Multimídia (3)
Verificando se os processos são escalonáveis.
Processo C P C/P
A 10 30 0,333
B 15 40 0,375
C 5 50 0,1
Total 0,808
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25. Escalonamento de Processos Multimídia (4)
Escalonamento por Taxa Monotônica (RMS – rate
monotonic scheduling)
Usado para processos que satisfaçam essas 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, sem
sobrecargas.
Algoritmo estático.
Utiliza uma lista de prioridades fixas.
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27. Escalonamento de Processos Multimídia (6)
Escalonamento por prazo mais curto primeiro (EDF –
earliest deadline first)
Algoritmo dinâmico.
Mais genérico do que o algoritmo passado.
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28. Escalonamento de Processos Multimídia (7)
RMS x EDF
RMS - funciona apenas para utilizações de CPU menores
que 0,780.
EDF - qualquer conjunto de processos escalonáveis e
com uma ocupação de 100 por cento de CPU
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29. Paradigmas de Sistemas de Arquivos Multimídia (1)
O acesso tradicional dos sistemas de arquivos teve de ser
estendido.
Esforços em novas estruturas de armazenamento e técnicas
de recuperação.
Classificados de acordo com a arquitetura
Sistemas de arquivos dividido
Sistemas de arquivos integrados
De acordo com os tipos de dados
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31. Paradigmas de Sistemas de Arquivos Multimídia (3)
Funcões de controle VCR
Rebobinamento é fácil
colocar próximo quadro em zero
Avanço e retrocesso rápidos são mais complicados
Compressão torna complicado o movimento rápido
Arquivo especial contendo, por ex., cada um dos quadros
múltiplos de 10
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32. Paradigmas de Sistemas de Arquivos Multimídia (4)
Vídeo quase sob Demanda
Novo fluxo iniciando em intervalos regulares 32
33. Paradigmas de Sistemas de Arquivos Multimídia (5)
Vídeo Quase sob Demanda com Funções VCR
Armazenar para retroceder (rewind) 33
34. Alocação de Arquivos em Discos (1)
Alocação de um arquivo em um único disco
Intercalação
Vídeo, áudio e texto em um único arquivo contínuo por filme
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35. Q Q
P S
b
Alocação de Arquivos em Discos (2)
Duas estratégias alternativas de organização de arquivos
Pequenos blocos de disco Grandes blocos de disco
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36. Alocação de Arquivos em Discos (3)
Duas estratégias alternativas de organização de arquivos
Ponderação entre blocos de tamanho pequeno e grande
1. Índice de quadros
uso intensivo da RAM durante a reprodução do filme
pouca perda de disco
2. Índice de bloco (sem quebra de quadros entre os blocos)
pouco uso da RAM
muita perda de disco
3. Índice de bloco (permitida a quebra de quadros entre
blocos)
pouco uso da RAM
sem perda de disco
posicionamentos extras
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37. Alocação de Arquivos em Discos (4)
Alocação de Arquivos para Vídeo Quase sob Demanda
Alocação ótima de quadros para vídeo quase sob demanda
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38. Alocação de Arquivos em Discos (5)
Alocação de Múltiplos Arquivos em um único disco
Lei de Zipf para N = 20
Quadrados representam as 20 maiores cidades dos EUA
classificação pela ordem
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39. Alocação de Arquivos em Discos (6)
Alocação de Múltiplos Arquivos em um único disco
Distribuição órgão-de-tubos dos arquivos em um
servidor
filmes mais populares no meio do disco
próximo mais popular ao lado (direito e esquerdo) etc
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40. Alocação de Arquivos em Discos (7)
Alocação de Múltiplos Arquivos em Múltiplos Discos
Organização de arquivos multimídia em múltiplos discos
a) Sem distribuição
b) Mesmo padrão de distribuição por todos os arquivos
c) Distribuição com revezamento
d) Distribuição aleatória
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41. Caching (1)
Caching de blocos
a) Dois usuários, mesmo filme 10s fora de sincronia
b) Fundindo dois fluxos em um
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42. Caching (2)
Caching de Arquivos
Maioria dos filmes armazenados em DVD ou fita
copia para disco quando necessário
resulta em longo tempo de início
mantém os filmes mais populares em disco
Pode manter os primeiros minutos de todos os filmes em
disco
começa o filme a partir daí enquanto busca o restante
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43. Escalonamento de Disco para Multimídia (1)
Escalonamento estático de disco
Em um ciclo, cada filme pede um quadro
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44. Escalonamento de Disco para Multimídia (2)
Escalonamento dinâmico de disco
Algoritmo Scan-EDF - Usa prazos e números de cilindros para o escalonamento
14/4/2014 17:09 44