Mês: setembro 2020

Parte II – Conteúdo

Se você já leu Cálculo de Banda Necessária – Parte I – Bases, consegue compreender a diferença entre Megabit e Megabyte, e também consegue distinguir se um fabricante está usando a base decimal ou binária para calcular armazenamento e/ou velocidade de transmissão.

Precisa agora entender como chegamos ao que vai ser transmitido. E para exemplificar este e outro aspecto muito importante de uma transferência de arquivos vamos usar como base um sistema de segurança eletrônica, ou se você preferir assim chamar um “serviço de streaming de imagens com a finalidade de prover monitoramento de segurança”.

Mesma imagem em diferentes meios

É importantíssimo compreender que há situações distintas para exibição de imagens. Equipamentos de exibição (monitores e TVs) e equipamentos de impressão tem situações distintas em relação ao que tratamos aqui. Estes meios de exibição de imagens tem vários aspectos relevantes que não são considerados para a armazenagem e transmissão da imagem.

Exemplos claros destas diferenças podemos ver ao tentar exibir uma imagem de uma determinada resolução em uma TV ou monitor de resolução diferente. O resultado pode ser decepcionante para quem assiste. Assim como será decepcionante imprimir uma imagem de baixa resolução mesmo que seja por uma impressora de altíssima capacidade gráfica.

O que tratamos nesta série de artigos são aspectos de armazenagem e transmissão que são afetados por alguns aspectos comuns que também atuam para meios de exibição.

Imagens

Um filme é nada mais que uma sequência de fotos reproduzidas em sequência. Os filmes que uma câmera transmite são em sua essência, dezenas de fotos tiradas por segundo e enviadas para um dispositivo que as processe e armazene, se necessário e desejado.

Entretanto o importante para nosso objetivo é saber qual é o tamanho das imagens a serem transmitidas. Cada foto é formada por uma série de pontos organizados lado a lado no eixo horizontal e também no eixo vertical. A quantidade de pontos nestes dois eixos dá a “resolução” da foto. Uma convenção estabeleceu que o mais usual é apresentar o eixo horizontal e depois o vertical. Assim quando se fala em uma resolução de 1920 x 1080, deve-se entender que são 1920 pontos na horizontal e 1080 pontos na vertical. Então ao multiplicarmos os dois números teremos a quantidade de pontos que a imagem tem.

Sistema de Cores

O sistema de cores, número de cores empregadas por ponto, para exibição é o RGB (Red “vermelho”, Green “Verde” e Blue “Azul”. Para efeito do que estudamos é importante estabelecer que esse número total de cores (três) é quem define a “profundidade” da imagem. Existem outros como por exemplo o CMYK que é utilizado em impressão.

Tamanho

Obtivemos a RESOLUÇÃO da imagem multiplicando o total de pontos horizontais pelo total de pontos verticais. Em um sistema de exibição poderíamos concluir que a resolução Full HD do exemplo acima tem 2 megapixels (mega=milhão), mas precisamos saber a quantidade informação que a imagem necessita para ser armazenada ou transmitida.

Como vimos acima as imagens são formadas por pontos horizontais e verticais, mas estes pontos devem apresentar cores distintas para formar uma imagem. Nos sistemas de cores de exibição de imagem estes pontos recebem o nome de pixel. Cada pixel contém 3 pontos. Cada ponto exibe uma variação de verde, vermelho ou azul.

É neste ponto que saber sobre bits e bytes começa a ser útil. Nos sistemas de informação cada pixel necessita de 3 bytes para armazenar variações de cor. E voltando novamente aos bancos escolares para lembrar sobre as aulas de matemática, considerando que cada byte tem 8 bits e cada bit só pode assumir 1 entre 2 valores (0 ou 1) de nossa base binária, temos que cada uma das três cores possíveis (verde, vermelho e azul) pode se ver representada por 256 tons de variação (2⁸ = 256). Como são 3 pontos por pixel, temos o que é chamado de True Color, ou seja 2⁸ x 2⁸ x 2⁸ = 16.777.216 de cores possíveis em um pixel.

Para determinar o tamanho em bytes de uma imagem precisamos aplicar a seguinte fórmula:

Aonde:
T = Tamanho em bytes
A = Altura (eixo vertical)
L = Largura (eixo horizontal)
P = Profundidade
BPC = Bytes por Componente

Aplicando esta fórmula à nossa imagem de exemplo teremos a Altura (A) como 1080, a Largura (L) como 1920, a Profundidade (P) como 3 e finalmente o Bytes por Componente (BPC) que na maioria dos casos será 1, mas que pode assumir qualquer valor dependendo da precisão desejada. Assim obtemos o Tamanho em bytes (T) de 6.220.800 bytes.

O resultado que obtivemos agora foi o tamanho em bytes, ou seus múltiplos, de 1 imagem ou quadro. Entretanto nossa filmagem não contém somente 1 quadro ou imagem. E para calcularmos o total temos que saber quantos quadros ou imagens são capturados por segundo pelo sistema. Em nossos exemplos adotaremos o que se conhece por “tempo real”, ou seja, 30 FPS (frame per second).

Voltando à calculadora temos 6.220.800 bytes por quadro (frame) e 30 frames por segundo de filmagem. O produto de nossa conta é 186.624.000 bytes por segundo ou 11.197.440.000 bytes por minuto de filmagem.

Após fazermos todos os cálculos chegaremos à conclusão de que 1 minuto de filmagem consome aproximadamente 11 Gigabytes de armazenamento. Entretanto é importante ressaltar um aspecto muito importante que até o presente momento não foi levantado. Nossos cálculos e modelos estão considerando o que é conhecido como “Mapa de bits”.

Neste nível não são considerados compactações de nenhuma espécie ou qualquer tipo de codificação. Nesta forma uma imagem repleta de cores e detalhes teria exatamente o mesmo tamanho que uma imagem absolutamente preenchida com uma única cor, qualquer que seja.

Isto aconteceria porque cada ponto da imagem é tratada da mesma forma independente do seu conteúdo. Uma informação de branco tem o mesmo “peso” de uma informação de preto ou qualquer outra cor.

CONCLUSÃO – Parte II – Tamanho

Neste artigo apresentamos quais fatores são considerados para estabelecer o tamanho de uma imagem sem qualquer tipo de aprimoramento.

Importante frisar as diferenças entre meios de exibição e distribuição de imagens, bem como relembrar o que foi demostrado no artigo anterior sobre múltiplos de base binária e decimal do bit.

No próximo artigo trataremos especificamente dos aperfeiçoamentos que permitem que nossos arquivos de imagens sejam otimizados em tamanho.

Parte I – Bases

Uma das mais comuns fontes de decepção e chamados de suporte para qualquer técnico que necessita de transmissão de dados para outros locais é justamente não conseguir que a informação necessária chegue em seu destino de forma satisfatória. Clientes ligando porque não conseguem receber os arquivos ou imagens são situações que devem e podem ser evitadas se o profissional souber realizar os cálculos corretos para estimar corretamente o que é minimamente necessário para satisfazer as necessidades de seu cliente.

Neste artigo transportaremos parte de um treinamento entitulado “Introdução de Redes para CFTV” que ministramos aos nossos clientes para ilustrar como é feito o cálculo.

BASES

O primeiro passo é compreender corretamente as “bases” em que nos apoiamos. A primeira delas é compreender que toda informação que vemos “circular” hoje é transmitida por um computador. E é necessário expandir o conceito de “computador” para além daquele aparelho com um gabinete, teclado, mouse e monitor que muitos de nós temos em casa.

Computador é tudo aquilo que “computa” e computar é, em um de seus sentidos literais, contar. Então tudo que computa de forma autônoma com o objetivo de produzir uma informação (dados) é um computador. E porque estamos lhe explicando isso ? Para que você compreenda que quase tudo que lhe cerca hoje realiza esta tarefa. Sua TV Smart e celular são simples exemplos, dentre outras centenas possíveis que lhe cercam diariamente, de computadores que você usa e não os chama por este nome.

Uma forma rústica, mas eficaz de você identificar um “computador” é verificar se o aparelho recebe informações suas de alguma forma e se guarda informações para uso posterior. Se isso ocorre com o aparelho, muito provavelmente ele é um computador.

A informação mais importante para nosso objetivo de calcular a banda e que está na estrutura de criação dos computadores é que eles são binários. Compreendem tão somente sinais “positivos” ou “negativos” de energia, que para facilitar para nossa compreensão e comunicação normalmente convertemos em representações gráficas com 0 (zero) e 1 (um), “+” e “-“, verdadeiro ou falso, certo e errado, etc.

BASE BINÁRIA E BASE DECIMAL

Assim, matematicamente falando, a capacidade de estabelecer uma informação do computador é “binária”, ou seja, só comporta duas situações. E como computadores são em sua essência “contadores” a base matemática para nossos cálculos também será a binária (0 e 1).

O que não se deve esquecer é que nós convencionamos usar a base decimal (0,1,2,3,4,5,6,7,8 e 9) para o nosso cotidiano. E isto nos influenciará em uma certa confusão muito comum quando se trata de “tamanho” de dados a serem transmitidos e armazenados.

BITS E BYTES

A menor unidade de MEDIDA para uma informação é o BIT. Gráfica e matematicamente ele é representado por 0 ou 1. Eletricamente ele é negativo (0) ou positivo (1).

Entretanto é essencialmente impossível transmitir ou armazenar um único bit de forma inteligível. Há uma série de protocolos que tem por objetivo a segurança e a correção das informações que fazem que os dados (informações) à serem transmitidos de um ponto à outro contenham muito mais “bits”. E embora este seja um tema muito esclarecedor para compreender corretamente “como” funciona a transmissão e armazenamento de dados, é também muito extenso e complexo. Desta forma “aceitaremos” a simples afirmação de que não é possível transmitir ou armazenar de forma compreensível um único bit como informação.

Esta conclusão nos leva ao fato de trabalharmos muitos “bits” para transmitir ou armazenar uma única informação e por conseguinte usarmos as definições de múltiplos, que tão bem aplicamos na nossa matemática, para a nossa base binária de bits.

CONFUSÃO

É neste ponto que surge uma confusão e sua origem remonta ao “primórdios” da “informática”, quando a indústria precisava informar ao consumidor comum o “tamanho” de seu dispositivo sem lhe fazer voltar aos bancos escolares para explicar a base binária.

Como explicamos acima computadores usam a base binária e por convenção nossos múltiplos do cotidiano, de base decimal, estão organizados em milhares. Então 1000 unidades é 10 elevada à 3ª potencia (10³). Entretanto computadores tem base binária e não há número inteiro que elevado à outro número resulte em 1000 unidades. Assim o multiplicador de milhar para a base binária é 1024 (2¹⁰).

A indústria continua usando a boa e velha base 10 para quantificar e por isso temos a confusão. No quadro abaixo usamos o exemplo de um HD de 500 GB para ilustrar a diferença entre o que está na etiqueta do produto e o resultado que seu computador lhe dá quando você consulta a informação.

Você deve ter estranhado os nomes que definem os múltiplos na base binária. E isto é bastante comum, pois os nomes usados pela indústria são os mais conhecidos e até mesmo o conceito de “1024”, o que acaba causando uma associação indevida, pois são situações distintas.

Uma curiosidade que ajudou a ampliar o quadro de confusão é o fato de sistemas operacionais sempre apresentarem os totais relativos à tamanho dos dispositivos de armazenamento em bytes. Mais recentemente alguns sistemas, como Windows por exemplo, passaram a dar as duas informações.

Dada essa situação há empresas que adotam o 1000, enquanto outras adotam o 1024. Embora usem a mesma nomenclatura. Por isso é importante que você saiba reconhecer sobre qual base estão aplicando. O Windows, por exemplo, nos mostrou o resultado em bytes e ao mostrar o total em seu múltiplo de bilhão (Giga – GB) e trilhão (Tera – TB) usando os mesmo símbolos aplicados para a nomenclatura decimal embora tenha feito o cálculo baseado em binário.

Abaixo temos os múltiplos em base decimal e binária e suas respectivas nomenclaturas.

CONCLUSÃO – Parte I – BASES

É imperioso que você consiga compreender o que “lê” nos manuais de seus dispositivos e nos guias e contratos de prestação de serviços de quem lhe fornece o pacote de dados.

E embora o dispositivo vá sempre se valer da base binária para trabalhar, pois está incapacitado pelas leis da física de agir de forma distinta, a compreensão dada por um ou por outro pode ser diferente e lhe causar confusão.

No próximo post falaremos sobre o tamanho das imagens e CODEC.