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Universidade do Minho MEI/MIEI Eng. De Serviços em Rede 2023/2024

Ficha de auto-avaliação Nº3 – Multimedia Networking

1. Objetivos

Efetuar a auto-avaliação de conhecimentos através da resolução de questões tipo.

2. Questões

Áudio e Vídeo

  1. Assuma que o Monstro está a assistir a um vídeo codificado a 4 Mbps e a Bela a ouvir um áudio codificado a 200 kbps e que ambas as sessões têm a duração de uma hora. Compare as sessões em termos do volume de dados transferido (em MBytes) e sensibilidade a atrasos e perdas.

    Volume de Dados:

    • Vídeo: 4 Mbps * 3600s = 14,400 Mbits = 1800 MBytes
    • Áudio: 200 kbps * 3600s = 720 Mbits = 90 MBytes

    Sensibilidade:

    • Vídeo: Mais sensível a atrasos e perdas, pois afetam a qualidade percebida e continuidade.
    • Áudio: Sensível a atrasos e perdas, mas geralmente tem mecanismos de correção mais eficazes e pode tolerar perdas menores sem afetar significativamente a compreensão.

  2. Existem dois tipos de redundância em vídeo. Descreva-os e discuta como podem ser explorados para obter uma compactação eficiente do vídeo. Qual o custo/benefício do processo de compactação?

    • Redundância Espacial: Refere-se à semelhança entre regiões adjacentes dentro do mesmo quadro de vídeo. Pode ser explorada por técnicas como a transformação e quantização para reduzir o tamanho dos dados.
    • Redundância Temporal: Refere-se à semelhança entre quadros consecutivos. Pode ser explorada por técnicas de previsão de movimento e compensação de movimento.

    Custo/Benefício:

    • Custo: Maior complexidade computacional e possíveis atrasos devido ao processamento.
    • Benefício: Redução significativa no volume de dados, facilitando armazenamento e transmissão.

  3. Suponha que um sinal de áudio analógico é amostrado 16000 vezes por segundo e cada amostra é quantizada num de 1024 níveis. Qual seria a taxa de bits resultante do sinal áudio digital PCM?

    • Taxa de amostragem: 16000 amostras/segundo
    • Níveis de quantização: 1024 níveis = 10 bits por amostra (2^10 = 1024)
    • Taxa de bits = 16000 * 10 = 160 kbps

  4. As aplicações multimédia podem ser classificadas em três categorias principais. Identifique e descreva cada categoria. Dê exemplos concretos de aplicações ou serviços em cada categoria.

    • Entretenimento: Aplicações focadas no lazer e entretenimento. Ex: Streaming de vídeo (Netflix, YouTube), jogos online.
    • Comunicação: Aplicações focadas em facilitar a comunicação interpessoal. Ex: Videoconferência (Zoom, Skype), VoIP.
    • Educação e Formação: Aplicações focadas em ensino e aprendizagem. Ex: Plataformas de e-learning (Coursera, Udemy).

Vídeo Streaming

  1. Identifique e descreva duas soluções protocolares para o suporte do serviço de vídeo streaming sobre HTTP. Compare essas soluções em termos de desempenho.

    • HLS (HTTP Live Streaming): Divisão do conteúdo em pequenos segmentos de arquivo, permitindo a adaptação da qualidade do vídeo às condições de rede. Oferece boa eficiência e ampla compatibilidade.
    • DASH (Dynamic Adaptive Streaming over HTTP): Padrão aberto que permite a adaptação de conteúdo multimídia em tempo real. Suporta mais personalização e é altamente adaptável.

    Comparação:

    • HLS é mais amplamente suportado e mais fácil de implementar, mas DASH oferece maior flexibilidade e eficiência em redes variáveis.

  2. Identifique e explique potenciais inconvenientes que podem afetar um serviço de vídeo streaming sobre UDP.

    • Falta de confiabilidade: UDP não garante a entrega de pacotes, podendo resultar em perda de dados e degradação da qualidade do vídeo.
    • Variação de latência (Jitter): Pode causar variação no tempo de entrega dos pacotes, afetando a reprodução suave do vídeo.

  3. Considere o modelo de vídeo streaming sobre HTTP (não adaptativo). Suponha que o servidor envia a uma taxa constante de 2Mbps e a reprodução começa quando forem recebidos 8Mbits. Nestas condições qual é o atraso inicial expectável (buffering delay) ou seja quando ocorrerá o playout?

    • Taxa de transmissão: 2Mbps
    • Buffer inicial: 8Mbits
    • Atraso inicial (buffering delay) = 8Mbits / 2Mbps = 4 segundos

Serviço de Voz sobre IP

  1. Caracterize o serviço de voz sobre IP em termos de qualidade e sensibilidade do serviço face a variações no desempenho da rede IP subjacente.

    • Qualidade: Pode variar dependendo da latência, jitter e perda de pacotes na rede. Técnicas como QoS podem ser usadas para garantir a qualidade.
    • Sensibilidade: Altamente sensível a variações, especialmente a latência e jitter, que podem causar atrasos ou perda de qualidade na voz.

  2. Explique um dos métodos estudados que permita ao recetor recuperar eventual perda de pacotes de voz.

    • Repetição de pacotes: O recetor pode solicitar a retransmissão de pacotes perdidos ou usar pacotes recebidos anteriormente para preencher as lacunas.

Protocolo de Sinalização SIP

  1. Diga quais os objetivos a que o protocolo SIP pretende dar resposta?

    • Estabelecimento, modificação e término de sessões de comunicação multimídia.
    • Suporte para mobilidade do utilizador e interoperabilidade entre diferentes dispositivos e redes.

  2. Identifique e descreva as principais entidades que sustentam a operação do protocolo SIP.

    • User Agent: Cliente que inicia e termina as sessões de comunicação.
    • Proxy Server: Encaminha pedidos e respostas entre user agents e outros servidores.
    • Register Server: Registra as localizações dos user agents.

  3. Ilustre através de um exemplo o estabelecimento de uma sessão entre dois utilizadores SIP localizados: (i) no mesmo domínio SIP; e (ii) em domínios SIP diferentes.

    • Mesmo Domínio: O User Agent A envia um convite SIP ao Proxy Server que, por sua vez, encaminha ao User Agent B no mesmo domínio. A comunicação é estabelecida diretamente após a resposta de B.
    • Domínios Diferentes: O User Agent A envia um convite que é encaminhado através de múltiplos proxies até alcançar o User Agent B em outro domínio. Após a negociação dos parâmetros, a sessão é estabelecida entre os dois domínios.