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インターネットコミュニケーション 第二回

インターネットコミュニケーション 第二回. 重近　範行. 今日のテーマ. 音声・画像・動画の種類 デジタル音声・画像・動画の仕組み・種類 Firewall/NAT Firewall と NAT Peer to Peer Firewall/NAT を越える 実習 :Peer to Peer アプリケーション Skype / VoIP(IP 電話 ) Net meeting/Polycom. デジタル音声・画像・動画の 仕組み. デジタル化の手順. 音声のデジタル化を例に. アナログ情報. サンプリング. 量子化. 数値. 符号化. PCM 符号.

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インターネットコミュニケーション 第二回

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Presentation Transcript

  1. インターネットコミュニケーション第二回 重近　範行

  2. 今日のテーマ • 音声・画像・動画の種類 • デジタル音声・画像・動画の仕組み・種類 • Firewall/NAT • FirewallとNAT • Peer to Peer • Firewall/NATを越える • 実習:Peer to Peerアプリケーション • Skype / VoIP(IP電話) • Net meeting/Polycom

  3. デジタル音声・画像・動画の仕組み

  4. デジタル化の手順 音声のデジタル化を例に アナログ情報 サンプリング 量子化 数値 符号化 PCM符号 デジタル情報

  5. サンプリングと量子化 5 3 2 1 0 1 3 5 7 10 11 8 10 13 9 3 0 1 6 10 10 7 7 9 11 10 7 6 8 10 11 12 12 9

  6. サンプリング(標本化) 時間軸 t

  7. サンプリング(標本化) 時間軸

  8. サンプリング(標本化)

  9. 量子化 変化量 5 0 1 1 0 0 2 3 3 3 4 1 1 3 3 2 3 3 2 3 4 4 2

  10. サンプリング周波数の例 単位 • 一般電話 • 11KHz 8bit • ラジオ • 22KHz 8bit • VoIP(G.711) • 8KHz 8bit • CD • 44.1KHz 16bit Hz = 1秒間の振幅数を表す単位 bit = 2種類を識別できる情報量の単位

  11. デジタルカメラの有効画素数 • メガピクセル • mega pixel

  12. 解像度による違い

  13. 4x3 (12 pixel)

  14. 20x15 (300 pixel)

  15. 40x30 (1200 pixel)

  16. 80x60 (4800 pixel)

  17. 160x120 (19200 pixel)

  18. 320x240 (76800 pixel)

  19. 640x480 (307200 pixel)

  20. Depth(色) Height Width デジタル画像と動画の基本 • 画像（一枚の絵） • サンプリング • 碁盤の目 • 白黒ドット絵 • 深さ • ドット絵の色を示す • 動画 • パラパラ漫画 • 1枚ずつの画像をフレームと言う

  21. 品質の指標 • 画像の品質 • 解像度(碁盤の目の数・画像の細かさ) 横×縦 • 色数（1マス毎の色階調) 8/16/24/32bit color • 動画の品質 • 画像の品質は当然関係する • フレームレート Frame Per Sec(FPS) • 1秒間に何枚の絵を入れ替えるか • 動きの細かさ

  22. FPS (Frame Per Second) • 1秒間に表示される画像の数 • 映画 24fps • テレビ 29.97fps 粗い 滑らか 1sec

  23. A a 0x41 0x61 符号化 • 数値をある一定の規則に基づいて符号に変換すること • 例：文字列の符号化 • 日本語の符号化方式 • EUC-JP • ISO-2022-JP(JIS) • Shift_JIS ASCIIコード表

  24. いろいろな符号化 楽譜 地図 音楽プレーヤー ※実際にこの数値が使われているわけではないです

  25. 圧縮符号化 出現頻度の高い要素に短いコードを、 出現頻度の低い要素に長いコードを 対応させることで圧縮 データ圧縮のしくみ（2）ハフマン法 テキストデータ The Mississippi is the longest river in the United States. 圧縮前のデータ量：57文字 × 8ビット= 456ビット 左表の対応コードを使って各文字を 置き換えた時のデータ量：248ビット 出展 情報機器と情報社会のしくみ素材集

  26. 非圧縮フォーマット • サンプリングしたままの画像の紙芝居 • ビットマップ画像 • データ量 = 解像度 × 色数 × フレーム数 • データ量が多い • 扱いが簡単

  27. 圧縮と伸張 • 可逆圧縮(圧縮率低) • 圧縮前と同じデータに伸張(復元)できる • 画像だと非圧縮ビットマップに戻せる • 不可逆圧縮(圧縮率高) • 圧縮前のデータに戻せない • 圧縮率は高い

  28. 不可逆圧縮 • 人間の目には分からない部分をごまかす • 減色（似ている色は同じ色に)する • 圧縮前のデータに戻せない • 解像度を落とす(4マスを1マスにしてみたり)

  29. フレーム間圧縮フォーマット • 動画の変化しない部分に着目 • 画像の差分で動画が作れる • 背景のデータは前と同じだから不要 • 前後のフレームから動きを予測する • 口元の動きだけを計算 • Encodeの際の遅延が高め ここはまったく動かない 単体で画像になる 単体で画像にならない 前後の差分から予測・生成される画像 1 2 3 4 5

  30. フレーム内圧縮フォーマット(フレーム間非圧縮フォーマット)フレーム内圧縮フォーマット(フレーム間非圧縮フォーマット) • 動画のすべてのフレームが複合可能 • 高速紙芝居 • 動きが多い時に強い • 画面全体の絵が頻繁に変わる • Encodeの際の遅延は低め 単体で1枚の画像になる 1 2 3 4 5

  31. 代表的な規格 • フレーム間圧縮フォーマット • MPEG-(1,2,4) • 前回使ったWindows Media Video • MPEG-4ベース • フレーム内圧縮フォーマット • DV • Motion JPEG(2000)

  32. メリット・デメリット • フレーム間圧縮フォーマット • データ量が少ない(転送にも有利) • 規格が多い(モバイル通信端末用やDVD用など) • 激しい動きがぎこちない(予測を使うから) • CPUの計算量が多い • フレーム内圧縮フォーマット • 激しい動きも滑らか • 編集やVCR制御(早送りとか)に有利 • CPU計算量が少ない • データ量が多い

  33. 品質とデータ(音楽) • アルバム1枚分(74分)の音楽の場合 • 音楽CD • 1.17Mbpsx 74min ≒ 650MByte1.17Mbit/秒 x (74 x 60秒)= 5194.8Mbit = 649.35Mbyte • MP3(CD品質) • 192Kbps x 74min(74 x 60) ≒ 106MByte • 一般電話 • 64kbps x 74min(74 x 60) ≒ 35MByte

  34. 品質とデータ量(映像) • 二時間の映画(SD品質)の場合 • 非圧縮 • ( 解像度 )x( 色 )x(1秒当たりの画像数) x (時間) • (720×480)×(24bit)×(30fps)×(2hour)≒223GByte • MPEG2(DVD用) • 9.8Mbps × 2hour(2x60x60) ≒ 8.82GByte • DV • 25Mbps x 2hour(2x60x60) ≒ 18GByte

  35. 格納メディアとデータ量 • DVD • 通常: 4.7GByte • 片面二層メディア: 9.4GByte(4.7x2) • MPEG2(DVD用)二時間の映画が入る • CD • 650MByte – 700MByte • 音楽CDアルバム1枚(74分程度)が収まる

  36. 実習その1NetmeetingとPolycom 授業のWebページへ

  37. NetMeetingの起動方法

  38. ちょっと復習

  39. あて先の指定 • ドメイン名を使う方法 • shonan.sfc.wide.ad.jp • mail.sfc.keio.ac.jp • www.asahi.com • IPアドレスを使う方法 • 203.178.128.150 • 133.27.4.200

  40. インターネットとIPアドレス • IPアドレス • インターネット上における識別子 • 電話の世界での電話番号みたいなもの • あるコンピュータを識別する世界で唯一の数字 • 数字で表現される • 133.27.4.127とか • 3桁(0-255)までの数字の羅列4つで表現

  41. IPアドレスとDNS • 友達の携帯電話番号覚えてる？ • 電話帳の名前から番号を調べる • IPアドレス(数字)を覚えるられる？？ • 数字の羅列を覚えるのは大変 • IPアドレスはコンピュータにやさしい • 人間は名前の方が覚えやすい • IPアドレスの代わりに名前をつけよう • “133.27.4.127”は“web.sfc.keio.ac.jp”と名付けると、人間に優しくて覚えやすい

  42. ドメイン名 • 名前の付け方のルール • “ドット”で意味の区切りがある • 階層構造がとられている • 後ろから順番に読んでいく SFCにある 大学で web . sfc . keio . ac . jp webと言う名前 のコンピュータ 慶応の 日本の

  43. サーバ・クライアントモデル サーバ 情報の保持 1.情報のアップロード 2.リクエストの送信 3.情報の配信 ・・・・・・ クライアント

  44. ピュアP2P 情報の保持 • Gnutella, Winnyなど 情報の保持 情報の保持 情報の保持 ファイル検索 ファイル転送

  45. 各通信モデルの利点・欠点 • サーバ・クライアントモデル • 常に同じコンピュータに接続すればよい • アクセスが集中するとサーバは大変 • P2Pモデル • アクセスの分散 • 各コンピュータの住所を各々が知っている必要がある • これを解決しているのがハイブリッドP2P

  46. Firewall / NAT

  47. サービス電話の場合を考えると・・・ サービスの種類 番号 情報のやり取り（約束事） 関東地方の天気を教えて 天気が知りたい 177 関東は晴れです 日本の現在時刻教えて 117 時刻が知りたい 日本は現在10時20分です サービス要求側 ○○の番号教えて お店の電話番号 が知りたい 104 ○○○-○○○です サービス提供側 ・特定の番号にかけると、求める情報が適切に 　返ってくる（約束事が決まっている）

  48. コンピュータ通信と電話サービス 時間を知りたい 177 現在の日本時間を教えて 177 現在の日本時間は10:20 Network Time Protocol 時間がわかるサービス Port番号123 現在の日本時間を教えて ntp.sfc.keio.ac.jp ntp.sfc.keio.ac.jp 現在の日本時間は10:20

  49. プロトコルとは？ • コンピュータ同士が通信を行う上で、相互に決められた約束ごと • 例 • HTTP (Hyper Text Transport Protocol) • Webを見るとき • FTP (File Transfer Protocol) • ファイルを転送するとき • SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) • メールを送るとき

  50. コンピュータ通信で必要なこと • お互いの場所を知る • ホスト名＝IPアドレス • どのサービスのやり取りかを識別 • ポート番号 • http８０番　（Webを見るとき） • ftp ２１番　（ファイルと転送したいとき） • smtp 25番　（メールを送りたいとき）

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