Transcodificação de conteúdos multimédia utilizando um sistema de processamento em grid (proposal)

From L²F

Proposta de Trabalho Final de Curso 2006/2007

Orientação

Objectivo

Concepção e implementação de um sistema de transcodificação de sinais multimédia (áudio+vídeo+símbolos), utilizando um modelo de execução e processamento em paralelo num cluster de computadores com interligação do tipo "Grid Computing".

Descrição

Enquadramento

Recentemente, tem-se verificado uma importância crescente das aplicações ligadas à distribuição de conteúdos multimédia em áreas que vão muito para além das áreas mais tradicionais, de difusão e armazenamento de vídeo em massa. Como resultado, têm vindo a ser estabelecidas várias normas e tecnologias com vista ao armazenamento fiável e eficiente destes conteúdos, tais como:

  • Suporte (media) de armazenamento: DVD, CD, etc;
  • Codificação de vídeo: MPEG-2, MPEG-4, DivX, H.264/AVC, etc;
  • Codificação de áudio: MP3, AC3, Vorbis, PCM, etc;
  • Inserção de símbolos/legendas;
  • Encapsulamento de conteúdos: AVI, ASF, MOV, OGG, etc.

Contudo, numa gama de cenários possíveis de aplicação tão vasta, verifica-se uma necessidade premente não só de adaptar os algoritmos de codificação às restrições impostas tanto pelos suportes de armazenamento como pelos próprios terminais receptores, como também de armazenar, de uma forma fiável e eficiente, os conteúdos multimédia.

Um exemplo deste tipo de cenários tem vindo a ser verificado na necessidade de transcodificar conteúdos de áudio+vídeo+símbolos (legendas), armazenados em suporte do tipo DVD, por forma a permitir o armazenamento desses mesmos conteúdos em suportes com menor capacidade (como por exemplo, do tipo CD), à custa de uma inerente (mas controlada) perda de qualidade dos sinais multimédia.

Um dos problemas observados neste tipo de processamento prende-se com o elevado custo computacional envolvido. Apesar de terem sido propostas técnicas de transcodificação que evitam a necessidade de proceder a uma descodificação completa dos sinais e consequente re-codificação, o processo de conversão é, em geral, muito demorado e requer a utilização de sistemas de processamento de elevado desempenho.

Como forma de atenuar este elevado requisito computacional, propõe-se a implementação de um sistema de transcodificação utilizando um modelo de execução do tipo paralelo, baseado na utilização de um cluster de computadores interligado utilizando o conceito de computação em grelha (ou grid computing). Dessa forma, tornar-se-á possível fragmentar o conjunto de dados de entrada, que serão processados segundo uma política tradicional do tipo SIMD pelas várias máquinas de processamento e conseguir, assim, uma aceleração significativa do processo de transcodificação.

A implementação deste sistema será realizada utilizando uma Grid de 23 computadores disponível nas instalações do INESC-ID, onde as várias instâncias a executar são geridas e agendadas através do sistema "Condor".

O projecto será orientado conjuntamente pelo Laboratório de Sistemas de Língua Falada (http://l2f.inesc-id.pt) e pelo Grupo de Sistemas de Processamento de Sinal (http://sips.inesc-id.pt) do INESC-ID, que têm estado activamente envolvidos no desenvolvimento de projectos de sistemas de processamento e codificação de sinais correspondentes a língua falada, áudio e vídeo.

Desenvolvimento

Para a concretização do objectivo definido, será necessário a concretização de várias tarefas, nomeadamente:

  • Instalação de um sistema de transcodificação baseado numa única unidade de processamento. Em geral, este tipo de sistema consiste na execução de diversas fases, nomeadamente:
    1. Separação do sinal de áudio;
    2. Definição dos parâmetros com vista à redução da quantidade de dados necessária para armazenar a sequência vídeo de saída (frame-rate, quantização, resolução espacial, etc);
    3. Aplicação de algoritmos de adaptação de formato (aspect-ratio, clipping, zooming, etc.)
    4. Transcodificação do sinal de áudio e vídeo (com ou sem reaproveitamento de dados);
    5. Ajuste da sincronização entre os sinais de áudio e vídeo;
    6. Extracção de símbolos correspondentes a legendagem, etc;
    7. Ajuste da sincronização da legendagem.
  • Análise dos algoritmos de codificação com vista à concepção de técnicas e desenvolvimento de ferramentas para distribuição de tarefas e equilíbrio da carga de processamento em ambientes de programação de elevado desempenho do tipo grid;
  • Adaptação dos algoritmos de codificação com vista à adopção das técnicas desenvolvidas segundo um modelo de execução em paralelo;
  • Integração das aplicações desenvolvidas numa grid computacional com uma capacidade de computação escalável.

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Outros Dados

  • Áreas Científicas:
  • Local de trabalho: L²F (INESC-ID Lisboa).