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Sistema traz novo conceito em rede de vídeos em UHD 3-D

Uma tecnologia capaz de armazenar, transmitir e executar vídeos em ultra alta definição (UHD) gravados ou ao vivo utilizando uma infraestrutura simples e ainda de baixo custo.

Nº 132 – Abril 2013

Por: Kellyanne Alves Foto: Divulgação

REPORTAGEM

Esta é a solução desenvolvida por um grupo de pesquisadores do Núcleo de Pesquisa e Extensão Lavid, da Universidade Federal da Paraíba. O Fogo Player é o sistema que apresenta um amplo cenário de uso possibilitando a projeção de filmes UHD 3-D (estereoscopia) em salas de cinema digital, transmissão ao vivo de eventos esportivos ou espetáculos e até procedimentos cirúrgicos ao vivo para o uso de educação continuada em telemedicina.
A plataforma apresenta uma solução baseada em softwares que armazenam, transmitem e executam vídeos com resolução UHD 3-D a partir dos conceitos de wall player, coordinator e bricks player idealizado pelos pesquisadores. O diferencial da ideia está na fragmentação do filme ou de fluxos de vídeos em pedaços menores (bricks), que são armazenados em repositórios dispostos em nuvem. Estes bricks são transmitidos separados e simultaneamente em rede chegando ao software wall player, que tem como função remontar esses pedaços (bricks) corretamente. Para isso, ele utiliza o gerenciamento feito pelo coordenador (coordenator). Este software coordenator faz a ordenação dos bricks de forma a reconstruir os frames adequadamente e executa as imagens no player formando um wall do filme sem nenhuma perda de informações audiovisuais.
O coordenador da pesquisa Guido Lemos, também fundador do Lavid, destaca que a flexibilidade de tratamento está na forma de manipular um vídeo de ultra alta definição como se fosse um conjunto de vídeos de resolução menor. “Temos uma patente depositada com esta ideia em que mostramos como conseguimos tratar vídeos UHD 3-D não como uma unidade, mas como unidades menores, armazenando em locais separados e transmitindo as unidades separadamente. Por exemplo, podemos transmitir esses pedaços de vídeos em rotas paralelas de rede, isso dá flexibilidade ao sistema, porque todo tratamento e codificação são feitos separadamente utilizando métodos de codificação diferente e taxa de bits diferentes”, ressaltou Guido Lemos.
Trabalhar a codificação e processamento da imagem UHD 3-D separadamente faz com que o valor gasto para montar a infraestrutura de máquinas torne-se mais barato. O sistema Fogo Player emprega a lógica dos bricks que são manipulados em máquinas diferentes. Isso dispensa a necessidade de aquisição de máquinas com um alto nível de processamento exigido num contexto de codificação de um arquivo de filme com resolução 4K (4096 x 2160 pixels/frames).
O preço das máquinas é exponencial em relação a sua capacidade de processamento. “A soma do preço das máquinas que trabalham os pedaços de vídeos é menor que o de uma com capacidade de processar todo vídeo 4K completo. Conseguimos uma solução melhor e mais barata usando paralelismo e computação em nuvem. Tudo que fazemos no Núcleo Lavid sempre tem como foco resolver o problema buscando o menor custo possível para que a tecnologia seja acessível para o Brasil e outros países da America Latina e África”, reforçou Guido Lemos.
No cenário de armazenamento, a equipe desenvolve agora o código de um repositório que vai funcionar sobre uma rede de overlay, que é uma rede distribuída. Esta rede tem um conceito de nuvem hierárquica com vários níveis e especializações de cada nível. Ela vai gerenciar um conjunto de metadados que fará a indexação dos vídeos e manipulará a troca de dados dentro da nuvem utilizando os protolocos peer to peer, tendo assim um uso maximizado da banda. “Estamos trabalhando no código deste repositório que será integrado no streaming. A partir disso, o player vai fazer requisições diretamente a nuvem do repositório escolhendo o filme e trazendo para o servidor de borda da rede. Este, por sua vez, coloca na fila do streaming que envia para o player que toca o filme”, explicou o gerente de projeto Lucenildo Lins.

Sistema traz novo conceito em rede de vídeos em UHD 3-D

Uma tecnologia capaz de armazenar, transmitir e executar vídeos em ultra alta definição (UHD) gravados ou ao vivo utilizando uma infraestrutura simples e ainda de baixo custo.

Para encontrar o número ótimo de bricks que deve ser usando em um filme durante a fragmentação e conseguir alcançar bom desempenho foram realizados experimentos no Lavid. “No artigo que publicamos na revista IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) descrevemos em um modelo matemático até onde vai o limite de bricks que vale a pena fragmentar o vídeo. Isso porque ao invés de ganhar você pode perder tempo para remontar. Segundo nossos experimentos até 32 pedaços (bricks) do vídeo em resolução 4K é plausível. Ainda não realizamos estes experimentos com imagens 8K, mas vamos testar brevemente”, destaca Lucenildo Lins.

O sistema Fogo Player inclui ainda um software para fazer a transmissão de fluxos de vídeo chamado de Fogo Stream. Ele permite tocar os vídeos localmente, em rede ou em streaming ao vivo. Ao todo, a plataforma comporta um player, um stream e a parte de armazenamento. “Desenvolvemos um software onde conseguimos manipular os encapsuladores do tipo TS, AVI e MOV; para vídeos codificados em H.264, H.265, JPEG 2000 ou sem compressão. Ele faz streaming utilizando quatro protocolos (UDP, TCP, DCCP e RTP) que podem transmitir fluxos de vídeo seguindo os padrões de encapsulamento citados”, comentou Lucenildo Lins.
No campo científico, o sistema Fogo Player já ganhou destaque em grandes eventos, como o CineGrid International Workshop, na Universidade da Califórnia, em San Diego (EUA), que foi apresentado pela segundo ano consecutivo. No CineGrid2012 foram feitas duas demonstrações, a primeira foi a transmissão do filme 4K 3-D EsteriosEnsaios de quatro pontos do Brasil (João Pessoa, Vitória, Brasília e Florianópolis) para a sala de projeção de cinema digital da Universidade da Califórnia. Outra experiência apresentada foi a exibição de uma animação 4K no projetor e simultaneamente a transmissão numa segunda tela (smartphones e tablets dos sistemas Apple e Android) da tradução instantânea na linguagem LIBRAS, através de uma janela automática que usa um avatar 3-D com intérprete.
A tecnologia também conseguiu despertar interesse de órgãos governamentais como Ministério de Ciência e Tecnologia, Ministério das Comunicações e Ministério da Cultura. Segundo informa Guido Lemos, estes ministérios estão analisando propostas junto com a Rede Nacional de Ensino e Pesquisa (RNP). “Tivemos a oportunidade de mostrar esta tecnologia para a presidente Dilma Rous seff, ministro Aldo Rebelo, Aloízio Mercadante e outros ministros que estavam acompanhando a presidente durante a visita a Casa Brazil at Heart, em Londres, no ano passado. Dilma Rous seff se interessou pelo projeto, inclusive demonstrou sensibilidade em utilizar a tecnologia brasileira para baixar o custo de salas de cinema e democratizar o acesso ao cinema instalando estas salas em cidades do interior.”, destacou Lemos.
A solução é desenvolvida há 2 anos no projeto de pesquisa: Visualização Avançada do Núcleo Lavid com financiamento da RNP. De acordo com o diretor da área de P&D da RNP, Michael Stanton, a tecnologia tem um grande potencial de aplicação no campo das artes cinematográficas. “O uso cultural destas tecnologias têm muito a ver com cinema. Há o projeto de popularização de salas do cinema digital, de resolução ainda relativamente baixa (2K, ou HD), mas creio no uso de resoluções mais altas, para passar para vídeo manifestações culturais – especialmente concertos, peças, óperas, dança – em resolução muito alta, que permite reproduzir grande riqueza de detalhes visuais, incapazes de serem apreciadas numa tela pequena, como da TV doméstica (por enquanto)”, ressaltou Michael Stanton.
Uma das instituições interessadas também no sistema do Fogo Player é a NASA – National Aeronautics and Space Administration. O Núcleo Lavid, juntamente com a RNP, está em negociação com a NASA para um acordo de cooperação internacional. “Estamos discutindo um acordo de cooperação com a NASA. Caso tudo ocorra bem, a NASA tem interesse de testar e usar esta tecnologia, inclusive desenvolver em colaboração conosco principalmente a integração do player com nuvem, a Nebula”, destacou Guido Lemos.
Kellyanne Alves
Lavid-UFPB
kellyanne@lavid.ufpb.br