Redes 2 Lista 4 Completo

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Prof. Flávio Luiz Seixas 11/10/2018 
8ª Lista de Exercícios – Redes Multimídia – Seções 7.1 a 7.5 Página 1 de 8 
1. Existem pelo menos dois tipos de redundância de vídeo. Descreve-os e discuta como 
eles podem ser explorados para compreensão eficiente. 
 A redundância espacial é a que ocorre dentro de determinada imagem. De modo 
intuitivo, uma imagem que consiste principalmente em espaço em branco tem alto grau 
de redundância e pode ser compactada de maneira eficiente sem sacrificar a qualidade da 
imagem significativamente. 
A redundância temporal reflete a repetição de uma imagem para a seguinte. se uma 
imagem e a seguinte forem idênticas, não há razão para codificar de novo a imagem 
seguinte; em vez disso, é mais eficiente apenas indicar, durante a codificação, que 
ela é exatamente a mesma. 
 
2. Suponha que um sinal de áudio seja amostrado 16 mil vezes por segundo, e cada 
amostra seja quantizada em um de 1024 níveis. Qual seria a taxa de bits resultante do 
sinal de áudio digital PCM? 
1024 = 210 = 10 bits x 16000 = 160000 bits por segundo. 
 
3. Um vídeo de resolução 200 linhas e 120 colunas é gerado a 20 quadros por segundo. 
Aplica-se uma codificação de cor RGB de comprimentos 24 bits (8 bits para cada 
cor). Calcular a taxa de transmissão gerada por este vídeo admitindo que não seja 
aplicada nenhuma compreensão. 
R = 20 x 24 = 480 bits por segundo 
 
4. Aplicações multimídia podem ser classificadas em três categorias. Relacione e 
descreva cada uma dessas categorias. 
Áudio e vídeo de fluxo contínuo armazenados – geralmente são vídeos pré 
gravados(por exemplo youtub e netflix) onde os vídeos são armazenados em servidores e 
tem acesso por demanda. Ele apresenta 3 características importantes: 
• Fluxo contínuo. Em uma aplicação de vídeo de fluxo contínuo armazenado, 
normalmente o cliente inicia a reprodução alguns segundos após começar a receber o 
vídeo do servidor. Isso significa que o cliente reproduz de uma parte do vídeo ao mesmo 
tempo em que recebe do servidor partes do arquivo que estão mais à frente. Essa técnica, 
conhecida como fluxo contínuo (streaming), evita ter de descarregar o arquivo inteiro (e 
incorrer em atraso potencialmente longo) antes de começar a reproduzi-lo. 
• Interatividade. Como a mídia é pré-gravada, o usuário pode interromper, reposicionar 
para a frente, reposicionar para trás, avançar rapidamente, e assim por diante, pelo 
conteúdo do vídeo. O tempo desde quando o usuário faz essa solicitação até que a ação 
se manifeste no cliente deverá ser menor que alguns segundos para que haja reação 
aceitável. 
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• Reprodução contínua. Assim que se inicia a reprodução do vídeo, ela deve prosseguir 
de acordo com a temporização original da gravação. Portanto, os dados devem ser 
recebidos do servidor a tempo de ser reproduzidos no cliente; caso contrário, os usuários 
podem receber quadros de vídeo congelando (quando o cliente espera pelos quadros 
atrasados) ou saltando (quando o cliente pula os quadros atrasados). 
 
Voz e vídeo sobre IP interativos: A voz interativa em tempo real pela Internet é 
chamada de telefonia da Internet. A maioria dos sistemas interativos por voz e vídeo 
permite que os usuários criem conferências com três ou mais participantes. Voz e vídeo 
interativos são muito usados na Internet hoje, com as empresas Skype, QQ e Google 
Talk. As aplicações de multimídia interativas são tolerantes à perda e as restrições de 
tempo fim a fim podem resultar em uma experiência desagradável quando o retardo é 
longo. 
 
Áudio e vídeo de fluxo contínuo ao vivo: Aplicações ao vivo, do tipo de difusão, 
normalmente possuem muitos usuários que recebem o mesmo programa de áudio/vídeo 
ao mesmo tempo. A rede precisa oferecer a cada fluxo de multimídia ao vivo uma vazão 
média que seja maior que a taxa de consumo de vídeo. Como o evento é ao vivo, o 
atraso também pode ser um problema. Atrasos de até dez segundos ou mais desde o 
instante em que o usuário requisita a entrega/reprodução de uma transmissão ao vivo até 
o início da reprodução podem ser tolerados. Grupos IP, mais comumente por aplicações 
em camadas (P2P ou CND,mais adiante...) ou múltiplos fluxos individuais separados. 
 
5. Sistemas de vídeo de fluxo contínuo podem ser classificados em três categorias. 
Relacione e descreve de modo resumido cada uma dessas categorias. 
Uma característica comum de todas as três formas de vídeo de fluxo contínuo é o uso 
extenso de buffer de aplicação no lado do cliente para aliviar os efeitos de variar os 
atrasos de fim a fim e variar as quantidades de largura de banda disponível entre 
servidor e cliente. 
 
UDP de fluxo contínuo: Com o UDP de fluxo contínuo, o servidor transmite vídeo a 
uma taxa que corresponde à taxa de consumo de vídeo do cliente (RTP – Real-Time 
Protocol). Normalmente usa um pequeno buffer no lado do cliente (depende da 
aplicação) e funciona muito bem numa rede com baixo congestionamento. O UDP de 
fluxo contínuo com taxa constante pode deixar de oferecer reprodução contínua (trava, 
congela...), ele exige um servidor de controle de mídia (RTSP – RealTime Streaming 
Protocol). Muitos firewalls (em NATs inclusive) são configurados para bloquear o 
tráfego UDP e algumas aplicações trabalham com fluxo adaptativo, mas devido ao 
tráfego o TCP, em volume, alcançou e hoje predomina. 
 
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HTTP de fluxo contínuo: No HTTP de fluxo contínuo, o vídeo é apenas armazenado 
em um servidor HTTP como um arquivo comum com uma URL específica (HTTP 
GET). O uso do HTTP sobre TCP também permite ao vídeo atravessar firewalls e NATs 
mais facilmente. Vídeos de fluxo contínuo sobre HTTP também deixam clara a 
necessidade de um servidor de controle de mídia, tal como um servidor RTSP, por 
exemplo, Netflix e YouTube (buffers e pré-busca fazem uso normal da banda pelo TCP, 
tentando alcançar a banda máxima possível). 
 
HTTP de fluxo contínuo adaptativo: O servidor contém um arquivo de manifesto com 
a localização (URL), taxas, codificação,etc .O cliente pode baixas alguns segundos 
nessas várias codificações e selecionar alguma e durante a apresentação as 
codificações/taxas podem ser alteradas para se adaptar à banda disponível no momento. 
O DASH permite aos clientes com diferentes taxas de acesso à Internet fluir em um 
vídeo por diferentes taxas codificadas, cada versão do vídeo é armazenada em um 
servidor HTTP, cada um com uma diferente URL. 
 
6. Com o HTTP de fluxo contínuo, o buffer de recepção do TCP e o buffer de aplicação 
cliente são a mesma coisa? Se não forem, como eles interagem? 
Não. Se o buffer do envio tcp ficar cheio o servidor para de enviar informações 
ao cliente. No lado do cliente, a aplicação cliente (o tocador de mídia) lê os bytes que 
estão no buffer de recepção do TCP (através do socket do cliente) e coloca os bytes 
no buffer da aplicação cliente. Ao mesmo tempo, a aplicação cliente periodicamente 
retém quadros de vídeo do buffer da aplicação cliente, descompacta os quadros e os 
apresenta na tela do usuário. Note que, se o buffer da aplicação cliente for maior que 
o arquivo do vídeo, então o processo completo de movimentação dos bytes do 
armazenamento no servidor para o buffer da aplicação cliente é equivalente a baixar 
um arquivo comum usando HTTP— o cliente apenas obtém o vídeo do servidor tão 
rápido quanto o TCP permitir! 
 
7. Considere o modelo simples para o HTTP de fluxo contínuo. Suponha que o servidor 
envie bits a uma taxa constante de 2 Mbps, e a reprodução comece quando 8 milhões 
de bits tiverem sido recebidos. Qual é o atraso de buffer inicial 𝑡𝑝? 
Tp = Q/x = 8 . 106 / 2 . 106 = 4 segundos. 
 
8. Considere a figura abaixo. Suponha que o vídeo seja codificado a uma taxa de bits 
fixa, e assim cada bloco de vídeo contenha quadros de vídeo que devem ser 
reproduzidos por algum período de tempo fixo, Δ. O servidor transmite o primeiro 
bloco de vídeo em 𝑡0, o segundo bloco em 𝑡0 + Δ, o terceiro bloco em 𝑡0 ∙ 2 ∙ Δ, e assim 
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por diante. Quando o cliente inicia a reprodução, cada bloco deve ser produzido em 
Δ unidades de tempo após o bloco anterior. 
x = taxa de recepção 
r = taxa de reprodução 
 r > x esgotamento 
r < x reprodução contínua 
a. Suponha que o cliente inicie a reprodução assim que o primeiro bloco chega 
em 𝑡1, na figura a seguir, quantos blocos de vídeo (incluindo o primeiro) terão 
chegado ao cliente em tempo para sua reprodução? 
 Quatro blocos 1,4,5,6. 
 
b. Suponha que o cliente inicie a reprodução agora em 𝑡1 + Δ. Quantos blocos de 
vídeo (incluindo o primeiro bloco) terão chegado ao cliente em tempo para sua 
reprodução? 
 Os blocos de 1 a 6. 
c. No mesmo cenário do item (b), qual é o maior número de blocos que chega a 
ser armazenado no buffer do cliente, aguardando a reprodução? 
 Os blocos 3 e 4. 
d. Qual é o menor atraso de reprodução no cliente, tal que cada bloco de vídeo 
tenha chegado em tempo para sua reprodução? 
No tempo >= t1+3Δ. 
 
9. A figura abaixo mostra o modelo simples para o HTTP de fluxo contínuo. B indica o 
tamanho do buffer de aplicação do cliente, e Q indica o número de bits que devem ser 
mantidos em buffer antes que a aplicação cliente inicie a reprodução. Além disso, r 
indica a taxa de consumo de vídeo. Suponha que o servidor envie bits a uma taxa 
constante x sempre que o buffer do cliente não está cheio. 
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a. Suponha que 𝑥 < 𝑟. Neste caso, a reprodução alternará entre períodos de 
reprodução contínua e períodos de congelamento. Determine a extensão de 
cada reprodução contínua e período de congelamento como uma função de Q, 
r e x. 
O buffer começa com Q bits e diminui na taxa r - x. Depois de Q / (r - x) segundos 
depois de iniciar a reprodução, o buffer fica vazio. 
O período de reprodução contínuo é Q / (r - x) segundos. 
O período de congelação é Q / x segundos 
 
b. Agora, suponha que 𝑥 > 𝑟. Em que momento 𝑡 = 𝑡𝑓 o buffer da aplicação 
cliente se torna cheio? 
Tempo até que o buffer tenha Q bits seja Q / x segundos. O tempo para adicionar 
mais bits B - Q é (B - 
Q) / (x - r) segundos. Logo Q/x + (B – Q)/ (x – r) 
 
c. Suponha que o usuário termine o vídeo antecipadamente no instante 𝑡 = 𝐸. No 
momento do término, o servidor para de enviar bits. Suponha que o vídeo seja 
infinitamente longo. Quantos bits são desperdiçados (isto é, enviados, mas não 
vistos)? 
(x – r).t = (x – r). E bits desperdiçados. 
 
 
10. Considere um sistema DASH para o qual existem N versões de vídeo (em N diferentes 
taxas e qualidades) e N versões de áudio (em N taxas e versões diferentes). Suponha 
que queiramos permitir que o dispositivo de reprodução escolha, a qualquer momento, 
qualquer uma das N versões de vídeo e qualquer uma das N versões de áudio. 
 
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a. Se criarmos arquivos de modo que o áudio seja misturado com o vídeo, de modo 
que o servidor envia somente um fluxo de mídia em determinado momento, 
quantos arquivos o servidor precisará armazenar? 
Pelo menos N2 
 
b. Se o servidor, em vez disso, envia os fluxos de áudio e vídeo separadamente e o 
cliente sincroniza os fluxos quantos arquivos o servidor precisa armazenar? 
Pelo menos 2N 
 
11. A figura abaixo mostra os tempos de transmissão dos pacotes de áudio e os tempos 
de recepção. 
 
 
a. Calcule o atraso estimado para os pacotes 2 a 4, usando a fórmula 𝑑𝑖 da Seção 
7.3.2. Use o valor de 𝑢 = 0,1. 
ti = marca de tempo do i-ésimo pacote = o instante em que o pacote foi gerado pelo 
remetente 
ri = o instante em que o pacote i é recebido pelo receptor 
 di = (1 – u) di–1 + u (ri – ti ) 
d1 = (1 – 0,1)d0 + 0,1(r1 – t1) = 0,9 d0 + 0,1(8 -1) = 0,1(7) = 0,7 
d2 = (1 – 0,1)d1 + 0,1(r2 – t2) = (1 - 0,1).0,7 + 0,1(9 -2) = 1,33 
d3 = (1 – 0,1)d2 + 0,1(r3 – t3) = (1 - 0,1).1,33 + 0,1(12 – 3) = 2,097 ~ 2,1 
d4 = (1 – 0,1)d3 + 0,1(r4 – t4) = (1 – 0,1)2,1 + 0,1(12 – 4) = 2,69 
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b. Calcule o desvio estimado do atraso para a média estimada para os pacotes 2 a 4, 
usando a fórmula para 𝑣𝑖 da Seção 7.3.2. Use o valor de 𝑢 = 0,1. 
vi = (1 – u) vi–1 + u | ri – ti – di | 
v0 = 0 
v1 = 0,1 
v2 = (1 – 0,1) v1 + 0,1 | r2 – t2 – d2 | = 0,657 
v3 = (1 – 0,1) v2 + 0,1 | r3 – t3 – d3 | = 0,591 
v4 = (1 – 0,1) v3 + 0,1 | r4 – t4 – d4 | = 0,532 
 
12. Suponha dois esquemas FEC. O primeiro esquema gera um trecho redundante para 
cada quatro trechos originais. Suponha que o segundo use uma codificação de baixa 
taxa de bits, cuja taxa de transmissão seja 25% da taxa de transmissão do fluxo 
nominal. 
a. Quanta largura de banda adicional cada esquema requer? E quanto atraso de 
reprodução cada esquema adiciona? 
Ambos os esquemas exigem 25% mais largura de banda. O primeiro esquema 
tem um atraso de reprodução de 5 pacotes. O segundo esquema tem um atraso 
de 2 pacotes. 
 
 
b. Como os dois esquemas funcionarão se, em cada grupo de cinco pacotes, o 
primeiro for perdido? Qual esquema terá melhor qualidade de áudio? 
 O primeiro esquema será capaz de reconstruir a codificação de áudio original 
de alta qualidade. O segundo esquema usará a codificação de áudio de baixa 
qualidade para os pacotes perdidos resultando em menor qualidade geral. 
 
c. Como os dois esquemas funcionarão se, em cada grupo de dois pacotes, o primeiro 
for perdido? Qual esquema terá melhor qualidade de áudio? 
Para o primeiro esquema, muitos dos pacotes originais serão perdidos e a 
qualidade do áudio decai. Para o segundo esquema, cada pedaço de áudio estará 
disponível no receptor, embora apenas a versão de baixa qualidade esteja 
disponível para todos pedaço, logo a qualidade de áudio será aceitável. 
 
13. Verdadeiro ou falso. 
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a. Se um vídeo armazenado é entregue diretamente de um servidor Web a um 
reprodutor de mídia, então a aplicação está usando TCP como protocolo de 
transporte subjacente. (V) 
b. Ao usar RTP, é possível que um remetente mude a codificação no meio de uma 
sessão. (V) 
c. Todas as aplicações que usam RTP devem usar a porta 87. (F) 
d. Suponha que uma sessão RTP tenhafluxos separados de áudio e vídeo para cada 
remetente. Então os fluxos de áudio e vídeo usam o mesmo SSRC. (F) 
e. Em serviços diferenciados, ainda que o comportamento por salto define diferenças 
de desempenho entre classes, ele não impõe nenhum mecanismo particular para 
alcançar esses desempenhos. (V) 
f. Suponha que Alice queira estabelecer uma sessão SIP com Bob. Ela inclui, na sua 
mensagem INVITE, a linha m=áudio 48753 RTP/AVP 3 (AVP3 indica áudio 
GSM). Portanto, Alice indicou em sua mensagem que ela deseja enviar áudio 
GSM. (F) 
g. Com referência à declaração anterior, Alice indicou em sua mensagem INVITE 
que enviará áudio para a porta 48753. (F) 
h. Mensagens SIP são enviadas tipicamente entre entidades SIP usando um número 
default para a porta SIP. (V) 
i. Para manter seu registro, clientes SIP têm de enviar mensagens REGISTER 
periodicamente. (V) 
j. SIP impõe que todos os clientes SIP suportem codificação de áudio G.711. (F)