Comunicazioni Multimediali

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1 Comunicazioni Multimediali 2007 Roadmap Stato attuale Futuro Multimedia Definizione Proprieta Organismi di standardizzazione 2

2 Multimedia road Voice Telephony Limited bandwidth Wired Internet Data Entertainment Broad band Wireless Heterogeneous networks. 3 New applications ask for resources! 4

3 Toward wireless Today data networks: TCP/IP ATM Frame Relay Ethernet xdsl/cable 3G/UMTS Future: Fixed Wireless Wireless LAN Today voice networks: SS7 ISDN SONET/SDH PSTN Wireless: CDMA TDMA GSM 5 Wireless 6

4 Killer Application Internet www YouTube SMS MMS Goals?? 7 Home (broadband) 8

5 Applications Data Telephony Audio based Video based Telemetry Remote control Monitoring Health based. 9 Access network: now ADSL Cavo (coassiale,..) Satellite Fibra ISDN Wireless 10

6 Wireless: now 11 The road to the future Faster access Quality of Service (guaranteed) Pricing policy (too high or too low) Standard definition for Home Networking Security Copyright protection Law ad hoc 12

7 The road to the future - security Security, Security, Security. Personal data are not protected. Hardware. Secure transactions. User localization (wearable devices) Multimedia definizione

8 Definizione Multi Media significa: Distribuzione e presentazione di informazioni sotto forma: Grafica, testo, animazione, audio, video,, odori Per mezzo di: Computer, TV, telefoni, palmari, etc. Vincoli: Performance Banda disponibile Capacita di memoria Capacita di calcolo Qualita Applicazioni realtime Tolleranza agli errori Sincronizzazione 15 Importanza: industria e tecnologia 16

9 Media Interpretazione: Percezione: come l utente finale percepisce l informazione? Rappresentazione: come e rappresentata l informazione? ASCII, GIF, JPEG, MPEG... Presentazione: quale medium utilizzare per trasportare l informazione? Supporto cartaceo, monitor, casse acustiche,.. Memorizzazione: Dove e memorizzata l informazione? Supporto cartaceo, Hard disk, CD-ROM, Media Trasmissione: quale medium utilizzare per trasportare l informazione? Cavo coassiale, doppino telefonico, fibra ottica,.. Distribuzione: quale medium utilizzare per scambiare l informazione? CD, JAZ-Drives, fibra ottica,... Disseminazione: quale medium utilizzare per distribuire l informazione? Stampa, TV, Radio, (Internet): "mass media (1923) 18

10 Sistemi multimediali Sono una combinazione di: Media discreti Testo, documenti, immagini Media continui Video, audio, video+audio 19 Comunicazioni multimediali Si riferisce a: Rappresentazione, Memorizzazione, Estrazione Disseminazione di Informazioni espresse fotto forma di: Testo, Voce, Grafica, Immagini, Animazioni, Audio, Video 20

11 Evoluzione temporale 21 Applicazioni multimediali 22

12 Esigenze banda/memoria 23 Occupazione 24

13 Reti per multimedia Vincolo sul ritardo (medio, massimo, jitter,..) Resistenza a data loss (perdite poco frequenti causano una leggera perdita di qualità) Requisiti opposti a quelli richiesti dai servizi dati. I servizi multimediali sono spesso indicati anche col nome di continuous media Classi di applicazioni Streaming stored audio and video (video diffusivo non in tempo reale) Streaming live audio and video (video diffusivo in tempo reale) Real-time interactive audio and video (video interattivo in tempo reale) 25 Reti per servizi multimediali Streaming stored audio and video Un client richiede un file audio/video ad un server. Visualizzazione e in parallelo (quasi) con la ricezione. Interattivo per l utente Ritardo in ricezione. Puo arrivare alle decine di secondi. Necessita di bufferizzare I dati Streaming live audio and video TV e radio attuali via internet. Non interattivo. Interactive Real-Time : Audio video conferenze. Real time impone vincoli sul massimo ritardo Video: accettabile < 150 msec Audio: buono < 150 msec, accettabile < 400 msec 26

14 Reti per servizi multimediali IP? TCP/UDP/IP: servizio best-effort senza garanzie sul ritardo o sulla variabilità del ritardo. streaming con un ritardo iniziale di 5-10 sec sono comuni, ma le prestazioni peggiorano all aumentare del grado di congestione della rete applicazioni real time interattive: requisiti più stringenti sia sul ritardo che sul jitter, (non rispettati con TCP/IP) 27 Multimedia e IP Cosa si puo fare? UDP evitando la fase di slow-start ed il recupero d errore del TCP. La ritrasmissione e spesso inutile. Al momento del recupero d errore e ormai troppo tardi Utilizzo di buffer e di un ritardo iniziale di visualizzazione a destinazione per compensare il jitter. Introdurre timestamp (indicatori temporali) per forzare la riproduzione temporale corretta dei dati. Adattare la compressione alla banda disponibile. Aggiungere ridondanza in trasmissione (pacchetti ridondanti, data hiding). 28

15 Evoluzione Possibilita : 1. Senza interventi architetturali: Non c e distinzione di classe né prenotazione di banda. Al crescere della richiesta si aumenta la quantita di risorsa allocata (aumentare le capacità delle linee o il loro numero). LOCALIZZAZIONE del contenuto multimediale sul bordo della rete (Cache e server nella rete d accesso degli ISP). 2. VPN (Virtual Private Networks) 3. Integrated Services : Modifica dei protocolli Internet per permettere l allocazione di banda end-to-end Richiede un protocollo che riservi la banda. Richiede un meccanismo di scheduling nei router. Le applicazioni devono dichiarare le caratteristiche del proprio traffico. Richiede del software nuovo e complesso sia nei router che negli host Poco scalabile. 4. Differentiated Services Modifiche alla struttura della rete per fornire due (o tre) classi di servizio: I datagram vengono contrassegnati come appartenenti agli ISP. Costo piu elevato per i pacchetti della 1 classe ISP pagano di più al backbone per i pacchetti di 1 classe. 29 Esempio Voice over IP Modello della sorgente vocale: sistema a due stati (parlato e silenzio) Durata media del periodo di attività (talkspurt): 1.00s Durata media del periodo di silenzio (gap): 1.35 s Percentuale di attivita : 42% 30

16 Voice over IP parlato: tasso di emissione pari a 64 Kb/s Silenzio: tasso di emissione NULLO Sorgente: ogni 20 ms genera un blocco di 160 Bytes. intestazione pacchetto UDP invio. Ricevitore Riceve pacchetti, (percentuale e perduta) con ritardo variabile (eventualmente fuori sequenza). quando riprodurre un blocco? cosa fare se mancano dei blocchi? 31 Perdita di pacchetti: Voice over IP TCP, ma la ritrasmissione introduce ritardo e il controllo di flusso limita il tasso. UDP, bisogna sequenzializzare I pacchetti Ritardo Interattività: ritardo end to end inferiore a 400 ms. Jitter: i pacchetti sono trasmessi a 20 ms uno dall altro ma possono arrivare al ricevitore sia più vicini che più lontani. Si dovrebbe comunque inserire dei timestamp per capire quando un blocco dati debba essere riprodotto. 32

17 Organismi di standardizzazione MMCF Multimedia Communications Forum: (1993) Favorire lo sviluppo delle comunicazioni mobili nel mondo. Incontro tra industrie, utenti finali, operatori Raccolta e catalogazione dei requisiti per le comunicazioni multimediali Definisce e supporta funzionalita multi-piattaforma attraverso la definizione di architetture e standards Raccomandazioni standards e interfacce Definisce le linee guida per la Quality of Service (QoS) Definisce I benchmarks 34

18 Digital Audio-Visual Council (DAVIC) Davic Davic.org DAVIC: Associazione svizzera non-profit Association Max: 222 industrie da piu di 25 paesi. Chiusa dopo 5 anni 35 Altre organizzazioni ITU-Telecommunications Sector Study Group 1- Audiovisual Services Study Group 8- Interactive Audiovisual Protocols Study Group 12- Audiovisual Multimedia Quality Study Group 13- Network Capabilities:Multimedia,BISDN Study Group 15- Audiovisual Systems, Signal Processing ITC 1 (Industrial Technology Centre) (ISO/IEC) SC18 (subcommittee 18) - Multimedia/Hypermedia Model and Framework SC24- Presentation Environments for Multimedia Objects SC29- Picture, Audio and Multimedia Coded Representation 36

19 QoS 37