Sistemas operacionais e multimidia

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Sistemas operacionais e multimidia

  1. 1. Sistemas Operacionais Multimídia Equipe: Wesley Rabêlo Marcio Martins Jaina Catarina Jaqueline Lopes Wallen Rodrigues EEEP DE SENADOR POMPEU 2013
  2. 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 2
  3. 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 3
  4. 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. 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 5 Introdução à Multimídia (3) 5
  6. 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 6
  7. 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. 7  Algoritmo para controle de admissão Introdução à Multimídia (5) 7
  8. 8. Arquivos Multimídia (1)  Um filme pode consistir de vários arquivos: 8
  9. 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 9
  10. 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. 10
  11. 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. 11
  12. 12. Arquivos Multimídia (5)  Codificação de Vídeo Padrão de Varredura usado para vídeo e TV NTSC 12
  13. 13.  Codificação de Vídeo  Entrelaçamento 13 Arquivos Multimídia (6) 13
  14. 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 14
  15. 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). 15
  16. 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). 16
  17. 17. Compressão de Vídeo (3)  O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group) Computação dos coeficientes DCT quantizados 17
  18. 18. Compressão de Vídeo (4)  O Padrão JPEG (Joint Photographic Experts Group) A ordem na qual os valores são transmitidos 18
  19. 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 19
  20. 20. Compressão de Vídeo (6)  O Padrão MPEG (Motion Picture Experts Group) Quadros consecutivos de vídeo 20
  21. 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) 21
  22. 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. 22
  23. 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; 23
  24. 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 24
  25. 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. 25
  26. 26. Escalonamento de Processos Multimídia (5) 26
  27. 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. 27
  28. 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 28
  29. 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 29
  30. 30. Paradigmas de Sistemas de Arquivos Multimídia (2) Servidor Pull Servidor Push 30
  31. 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 31
  32. 32. Paradigmas de Sistemas de Arquivos Multimídia (4)  Vídeo quase sob Demanda Novo fluxo iniciando em intervalos regulares 32
  33. 33. Paradigmas de Sistemas de Arquivos Multimídia (5)  Vídeo Quase sob Demanda com Funções VCR Armazenar para retroceder (rewind) 33
  34. 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 34
  35. 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 35
  36. 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 36
  37. 37. Alocação de Arquivos em Discos (4)  Alocação de Arquivos para Vídeo Quase sob Demanda Alocação ótima de quadros para vídeo quase sob demanda 37
  38. 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 38
  39. 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 39
  40. 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 40
  41. 41. Caching (1) Caching de blocos a) Dois usuários, mesmo filme 10s fora de sincronia b) Fundindo dois fluxos em um 41
  42. 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 42
  43. 43. Escalonamento de Disco para Multimídia (1)  Escalonamento estático de disco Em um ciclo, cada filme pede um quadro 43
  44. 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
  45. 45. Dúvidas e Sugestões 45
  46. 46. Apresentar o Vídeo 46

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