Systemas operativos Multimedias

SYSTEMAS OPERATIVOS
MULTIMEDIAS
Universidad Autónoma De Santo Domingo
Facultad De Ciencias
Escuela De Informática

GRUPO 7
INTEGRANTES:
DIONELYS TERRERO 100094149
JORGE LUIS ENCARNACIÓN 100162881
IRWIN GONZÁLEZ 100232110
YONAIVY JAVIER RODRÍGUEZ 100271225
DARIANI GERALDO LORENZO 100308155
ERIK SANTANA MARMOLEJOS 100269491

ANTECEDENTES
La Multimedia inicia en 1984 cuando la compañía Apple Computer
lanza la Macintosh, primera computadora con capacidad de
reproducción de sonido.
El Sistema operativo y aplicaciones eran propicios para el diseño gráfico
y la edición.

DEFINICIÓN
Es la capacidad de comunicar información de múltiples formas por medio
de la integración de texto, imagen, video y animación a través de la
tecnología creando una presentación con invención creativa para
transmitir un mensaje de acuerdo a las necesidades del usuario.

Video bajo demanda que utiliza distintas tecnologías de
distribución local

Algunas velocidades de datos para los dispositivos de E/S multimedia y
de alto rendimiento.
Observe que 1 Mbps son 106 bits/seg, pero 1 GB son 230 bytes

Una película puede consistir en varios archivos

El patrón de exploración utilizado para el video la televisión NTSC

7.3 COMPRESIÓN DE VIDEO
En este punto debe ser obvio que la manipulación de material multimedia en forma
descomprimida está completamente fuera de consideración por ser demasiado grande.
La única esperanza es que sea posible la compresión masiva. Por fortuna, un gran
cuerpo de investigación durante las últimas décadas ha descubierto muchas técnicas
de compresión y algoritmos que hacen factible la transmisión de multimedia. En las
siguientes secciones estudiaremos más métodos para comprimir datos multimedia, en
especial imágenes. Para obtener más detalles, vea Fluckiger, 1995; Steinmetz y
Nahrstedt, 1995.

codificación y decodificación
Todos los sistemas de compresión requieren dos algoritmos: uno para
comprimir los datos en el origen, y otro para descomprimirlos en el destino.
En la literatura, a estos algoritmos se les conoce como algoritmos.

7.3.1 El estándar JPEG
El estándar JPEG (Joint Photographic Experts Group, Grupo de expertos unidos en
fotografía) para comprimir imágenes fijas de tono continuo (como las fotografías) fue
desarrollado por expertos fotográficos que trabajaban bajo los auspicios unidos de ITU,
ISO e IEC, otro cuerpo de estándares. Es importante para la multimedia, ya que en una
primera aproximación, el estándar de multimedia para las imágenes en movimiento,
MPEG, es sólo la codificación JPEG de cada cuadro por separado, más ciertas
características adicionales para la compresión entre cuadros.

7.3.2 EL ESTÁNDAR MPEG
• Por último, hemos llegado al meollo del asunto: los estándares MPEG (Motion Picture
Expert
• Groups, Grupo de expertos en películas). Éstos son los principales algoritmos utilizados
para
• comprimir videos y han sido estándares internacionales desde 1993. MPEG-1 (Estándar
Internacional
• 11172) se diseñó para una salida con calidad de grabadora de video (352 x 240 para
NTSC), utilizando
• una velocidad de bits de 1.2 Mbps.

EL SISTEMA DV (VIDEO DIGITAL)
• que utilizan las cámaras de video sólo utiliza un esquema parecido a JPEG, debido a
que la
• codificación se tiene que llevar a cabo en tiempo real, y es mucho más rápido sólo
codificar cada
• cuadro por separado.

7.4 COMPRESIÓN DE AUDIO
• El audio con calidad de CD requiere un ancho de banda de transmisión de 1.411
Mbps, como acabamos
• de ver. Sin duda se requiere una compresión considerable para que la transmisión
por Internet
• sea práctica. Por esta razón se han desarrollado varios algoritmos de compresión de
audio.
• Probablemente el más popular sea el audio MPEG, que tiene tres niveles (variantes)
de los cuales

`MP3
• MP3 (audio MPEG nivel 3) es el más potente y conocido. Hay grandes cantidades de
pistas de
• música en formato MP3 disponibles en Internet, no todas ellas legales, lo cual ha
originado numerosas
• demandas de parte de los artistas y propietarios de los derechos de autor. MP3
pertenece a la
• porción de audio del estándar de compresión de video MPEG.

LA COMPRESIÓN DE AUDIO SE PUEDE
REALIZAR EN UNA DE TRES FORMAS.
• 1En la codificación de formas
• de onda, la señal se transforma matemáticamente mediante una transformada de
Fourier en sus
• componentes de frecuencia

2CODIFICACIÓN PERCEPTUAL
• codificación perceptual, explota ciertas fallas en el sistema auditivo humano
• para codificar una señal de tal forma que suene igual para un oyente humano, aun si se
ve muy distinta
• en el osciloscopio. La codificación perceptual se basa en la ciencia de la psicoacústica: la
manera
• en que la gente percibe el sonido. MP3 se basa en la codificación perceptual.
• La propiedad clave de la codificación perceptual es que ciertos sonidos pueden
enmascarar a
• otros.

ENMASCARAMIENTO DE FRECUENCIA
• enmascaramiento de frecuencia: la capacidad que tiene un sonido fuerte
• en una banda de frecuencia de ocultar un sonido más suave en otra banda de
frecuencia, que sería
• audible en la ausencia del sonido fuerte.

PROGRAMACIÓN DE
PROCESOS MULTIMEDIA

EL MUESTREO SE PUEDE REALIZAR EN
UNO O DOS CANALES EN CUALQUIERA
DE ESTAS 4 CONFIGURACIONES:
1. Monofónico (un solo flujo de entrada)
2. Monofónico Dual (Una pista de audio en ingles y ora en
japones)
3. Estéreo desunido (Cada canal se comprime por separado)
4. Estéreo unido (Se explota la redundancia entre canales)

TIPOS DE PROGRAMACIÓN DE PROCESOS
• Procesos de programación Homogénios
El tipo más simple de servidor de video es el que permite la
visualización de un número fijo de películas, donde todas utilizan
la misma velocidad de cuadro, resolución de video, velocidad de
datos y otros parámetros.
Una Algoritmo Simple para estas circunstacia sería:
• Para cada película un solo proceso
• Que los procesos tengan la misma prioridad
• Y que contengan un Mecanismo de sincronización para asegurar que cada
proceso se ejecute a la frecuencia correcta.

• Programación General en Tiempo Real
• El número de usuarios cambia a medida que los espectadores van y
vienen
• Los tamaños de los cuadros varían debido a la naturaleza de la
compresión del video
• Las distintas películas pueden tener diferentes resoluciones

• Programación Monotónica en Frecuencia
• Cada proceso periódico se debe completar dentro de su periodo
• Ningún proceso es dependiente de otro
• Cada proceso necesita la misma cantidad de tiempo de la CPU en
cada ráfaga.
• Ningún proceso no periódico tiene tiempo de respuesta.
• La preferencia de procesos ocurre en forma instantánea y sin
sobrecarga.

• Programacio del menor tiempo de respuesta primero
Es un algoritmo dinámico que no requiere que los procesos sean
periódicos, al igual que el algoritmo monotónico en frecuencia,
Tampoco requiere el mismo tiempo de ejecución por cada ráfaga de la
CPU.

Ahora que hemos visto la programación de procesos en sistemas multimedia, vamos
a continuar nuestro estudio analizando los sistemas de archivos multimedia. Éstos
utilizan un paradigma distinto al de los sistemas de archivos tradicionales. Para
acceder a un archivo, un proceso primero emite una llamada al sistema open. Si
tiene éxito, el proceso que hizo la llamada recibe cierto tipo de token, conocido como
descriptor de archivos en UNIX o manejador en Windows, para usarlo en las
futuras llamadas. En ese punto, el proceso puede emitir una llamada al sistema
read, proporcionando el token, la dirección de búfer y el conteo de bytes como
parámetros. Después, el sistema operativo devuelve los datos solicitados en el búfer.
Se pueden hacer llamadas adicionales a read hasta que termine el proceso,
momento en el cual llama a close para cerrar el archivo y devolver sus recursos.
Paradigma de los sistemas de archivos multimedia

Este modelo no funciona bien para multimedia, debido a la necesidad del
comportamiento en tiempo real. En especial funciona de manera inadecuada a
la hora de mostrar archivos multimedia que provienen de un servidor de video
remoto. Uno de los problemas es que el usuario debe realizar las llamadas a
read con un espaciamiento demasiado preciso en el tiempo. Un segundo
problema es que el servidor de video debe ser capaz de suministrar los bloques
de datos sin retraso, algo que es difícil de hacer cuando llegan las peticiones
que no están planeadas y no se han reservado recursos por adelantado.

Para resolver estos problemas, los servidores de archivos multimedia
utilizan un paradigma completamente distinto: actúan como VCRs
(Grabadoras de Video Casete). Para leer un archivo multimedia, un
proceso de usuario emite una llamada al sistema start, especificando el
archivo que se va a leer y otros parámetros; por ejemplo, qué pistas de
audio y subtítulos utilizar. Después, el servidor de video empieza a enviar
cuadros a la velocidad requerida.
Si el usuario se aburre con la película, la llamada al sistema stop termina
el flujo. Los servidores de archivos con este modelo de flujo continuo se
conocen a menudo como servidores push (debido a que “empujan” los datos
hacia el usuario) y se contrastan con los servidores pull tradicionales, en
donde el usuario tiene que extraer los datos un bloque a la vez, llamando
repetidas veces a read para obtener un bloque después de otro.

La diferencia entre estos dos modelos se ilustra en la
figura

Funciones de control de VCR
La mayoría de los servidores de video también implementan funciones de
control de VCR estándar, incluyendo pausa, adelanto rápido y
rebobinado. La pausa es bastante simple. El usuario envía un mensaje
de vuelta al servidor de video, indicándole que se detenga. Todo lo que
tiene que hacer en ese punto es recordar qué cuadro sigue. Cuando el
usuario indica al servidor que puede continuar, simplemente continúa
desde donde se quedó.

Sin embargo, aquí hay una complicación. Para lograr un rendimiento aceptable, el
servidor puede reservar recursos como ancho de banda del disco y búferes de
memoria para cada flujo saliente. Si se continúan acaparando estos recursos
mientras una película está en pausa se desperdician recursos, en especial si el
usuario planea un viaje a la cocina para localizar, poner en el microondas, cocinar y
comer una pizza congelada (sobre todo si es extra grande). Desde luego que los
recursos se pueden liberar con facilidad al momento de pausar la película, pero esto
introduce el peligro de que, cuando el usuario trate de reanudarla, no se puedan
volver a adquirir.

Cuando k usuarios reciben la misma película, se impone la misma carga en el
servidor que cuando reciben k películas distintas. Sin embargo, con un pequeño
cambio en el modelo, es posible obtener considerables ganancias en el
rendimiento. El problema con el video bajo demanda es que los usuarios pueden
empezar a recibir el flujo continuo de una película en un momento arbitrario, por
lo que si hay 100 usuarios que empiezan a ver una nueva película
aproximadamente a las 8 P.M., es probable que no haya dos usuarios que
empiecen a ver la película en el mismo instante exacto, por lo que no pueden
compartir un flujo continuo.
Video casi bajo demanda

La ventaja aquí es que para una película de 2 horas sólo se necesitan 24 flujos
continuos, sin importar cuántos clientes haya. Como se muestra en la figura 7-
17, el primer flujo continuo empieza a las 8:00. A las 8:05, cuando el primer flujo
se encuentra en el cuadro 9000, empieza el flujo 2. A las 8:10, cuando el primer
flujo está en el cuadro 18,000 y el flujo 2 está en el cuadro 9000, empieza el flujo
3, y así en lo sucesivo hasta el flujo 24, que empieza a las 9:55. A las 10:00
termina el flujo 1 y vuelve a empezar con el cuadro 0. A este esquema se le
conoce como video casi bajo demanda, ya que el video en realidad no empieza
bajo demanda, sino un poco después.

Systemas operativos Multimedias

SISTEMAS OPERATIVOS
MULTIMEDIA
• Gestión de archivos

COLOCACIÓN DE LOS ARCHIVOS
• Los archivos multimedios se escriben una sola vez pero se leen muchas veces y
tienden a utilizarse en forma secuencial. Su producción también debe cumplir con
estrictos criterios de calidad. En conjunto estos requerimientos sugieren
distribuciones del sistema de archivos distintos a las que usan los sistemas
operativos tradicionales.

COLOCACIÓN DE UN ARCHIVO EN UN
SOLO DISCO
• El requerimiento es que los datos se puedan colocar en flujo continuo de la red o
en un dispositivo de salida, a la velocidad requerida y sin fluctuación.
• Una manera de eliminar las búsquedas entre archivos en los servidores de video
es utilizar archivos contiguos. Estos archivos no suelen funcionar bien, pero un
servidos de video precargado cuidadosamente con películas por adelantado que
no cambie mas adelante puede funcionar.

DOS ESTRATEGIAS ALTERNATIVAS DE
ORGANIZACIÓN DE ARCHIVOS
Estas observaciones conllevan a otras dos organizaciones para la colocación de
archivos multimedia.

Estas consideraciones conllevan a las siguientes concesiones:
• 1. Índice de cuadro: uso más pesado de la RAM mientras se reproduce la película, poco
desperdicio del disco.
• 2. Índice de bloque (no se dividen de los cuadros entre los bloques ): poco uso de la RAM,
gran desperdicio del disco.
• 3. Índice de bloque (se pueden dividir los cuadros entre los bloques): poco uso de la RAM,
no hay desperdicio de disco; búsquedas adicionales.

COLOCACIÓN DE ARCHIVOS PARA EL
VIDEO CASI BAJO DEMANDA
• Hasta ahora hemos analizado estrategias de colocación para el video bajo
demanda. Para el video casi bajo demanda, es más eficiente una estrategia de
colocación de archivos distinta
• Una estrategia de búfer simple es el uso de doble búfer. Aunque se reproduce el
contenido de un búfer en 24 flujos, se está cargando otro búfer por adelantado.
Cuando termina el actual, los dos búferes se intercambian y el que se utilizaba
para reproducir ahora se carga en una sola operación de disco.

COLOCACIÓN DE VARIOS ARCHIVOS EN
UN SOLO DISCO
• Desde luego que en un servidor de video habrá muchas películas. Si se esparcen
de manera aleatoria por todo el disco, se desperdiciará tiempo al mover la cabeza
del disco de película en película, cuando distintos clientes estén viendo varias
películas al mismo tiempo.
• Se conoce como el algoritmo de órgano de tubos, a lo que consiste en colocar la
película más popular en medio del disco, y colocar la segunda y tercera películas
más populares en cualquiera de sus lados.

COLOCACIÓN DE ARCHIVOS EN VARIOS
DISCOS
• Para obtener un rendimiento más alto, los servidores de video tienen con
frecuencia muchos discos que se pueden operar en paralelo. Algunas veces se
utilizan RAIDs pero no con frecuencia, pues lo que ofrecen los RAIDs es una
mayor confiabilidad a cambio del rendimiento. Por lo general, los servidores de
video desean un alto rendimiento y no se preocupan tanto por corregir los
errores transitorios. Además, los dispositivos controladores RAID se pueden
convertir en un cuello de botella si tienen demasiados discos que manejar a la
vez.

CACHE DE BLOQUE
Aunque no tiene sentido mantener un bloque a la mano, con la esperanza de que se pueda
volver a utilizar rápidamente, los sistemas multimedia se puede explotar para que el uso de
la caché vuelva a tener utilidad. Suponga que dos usuarios están viendo la misma película,
y uno de ellos empezó 2 segundos después que el otro. Una vez que el primer usuario ha
obtenido y ha visto cualquier bloque dado, es muy probable que el segundo usuario vaya a
necesitar el mismo bloque 2 segundos después. El sistema puede llevar la cuenta
fácilmente de cuáles películas tienen sólo un espectador y cuáles tienen dos o más
espectadores espaciados con un intervalo muy corto.

CACHE DE ARCHIVO
La caché también puede ser útil en los sistemas multimedia de una manera
distinta. Debido al gran tamaño de la mayoría de las películas (3 a 6 GB), es
común que los servidores de video no puedan almacenar todas sus películas
en disco, por lo que las mantienen en DVD o en cinta, la mayoría de los
servidores de video mantienen una caché de disco de las películas más
populares, las cuales se guardan completamente en el disco.

PROGRAMACION DE DISCO PARA
MULTIMEDIA
El uso multimedia impone distintas demandas sobre los discos que las
aplicaciones tradicionales orientadas a texto, como los compiladores o los
procesadores de palabras. En especial, el uso de multimedia demanda
una velocidad de datos en extremo alta y una entrega en tiempo real de
los datos.

PROGRAMACION DE DISCO ESTATICO
Cada flujo activo impone una carga bien definida en el sistema, que es muy
predecible. Esta carga predecible se puede utilizar para programar el disco
mediante el uso de algoritmos optimizados para la operación con multimedia.
Consideraremos sólo un disco, pero la idea se puede aplicar a varios discos
también. Para este ejemplo vamos a suponer que hay 10 usuarios, cada uno
viendo una película distintas que tienen la misma resolución, velocidad de cuadro
y otras propiedades.

La computadora puede tener 10 procesos, uno por cada flujo de video, o un proceso con 10
hilos, o incluso un proceso con un hilo que maneje los 10 flujos por turno rotatorio. Lo que importa
es que el tiempo se divide en rondas, al inicio de cada ronda, se genera una petición de disco
para cada usuario, el usuario sabe que no llegarán más peticiones sino hasta que se hayan
procesado las existentes y haya empezado la siguiente ronda.

PROGRAMACION DE DISCO DIANAMICO
Cada petición de lectura especifica qué bloque se debe leer, y además en qué momento se necesita
este bloque; es decir, el tiempo de respuesta.
Cuando el sistema se inicia, no hay peticiones de disco pendientes. Cuando llega la primera petición,
se atiende de inmediato. Mientras se realiza la primera búsqueda pueden llegar otras peticiones, por lo
que cuando termina la primera petición, el driver (controlador) de disco puede tener la opción de elegir
la siguiente petición a procesar Se selecciona una petición y se inicia. Cuando se completa esa
petición, hay de nuevo un conjunto de peticiones posibles: las que no se seleccionaron la primera vez y
las nuevas peticiones que llegaron cuando se estaba procesando la segunda petición. En general, cada
vez que se completa una petición de disco, el driver tiene cierto conjunto de peticiones pendientes, de
las cuales tiene que elegir una.

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