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 デジタル情報 P2Pモデル Firewall/NAT サンプリング 量子化 符号化 圧縮 NetMeeting Polycom Skype

デジタル音声・画像・動画の仕組み

デジタル化の手順 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

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

サンプリング(標本化) 時間軸 t

サンプリング(標本化) 時間軸

サンプリング(標本化)

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

サンプリング周波数の例 一般電話 ラジオ VoIP(G.711) CD 11KHz 8bit 22KHz 8bit 8KHz 8bit 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

デジタル画像 画像の品質 解像度（碁盤の目の数・画像の細かさ） 色数（1マス毎の色階調） 横×縦 8/16/24/32bit color Height Width Depth(色) デジタルカメラの有効画素数 メガピクセル

解像度による違い

4x3 (12 pixel)

20x15 (300 pixel)

40x30 (1200 pixel)

80x60 (4800 pixel)

160x120 (19200 pixel)

320x240 (76800 pixel)

640x480 (307200 pixel)

色数による違い RGB グレースケール

デジタル映像 動画 動画の品質 パラパラ漫画 1枚ずつの画像をフレームと言う 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

FPS (Frame Per Second) 1秒間に表示される画像の数 映画 24fps テレビ 30fps 粗い 滑らか 1sec

無圧縮の映像データ データ量 = 解像度 × 色数 × フレーム数 データ量が多い 圧縮が必要 640x480 24bitの映像は1秒でも約30MB データ量が多い 圧縮が必要 これで1秒分

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 A 0x41 a 0x61 ASCIIコード表

圧縮符号化 ハフマン法 The Mississippi is the longest river in the United States. 出展 情報機器と情報社会のしくみ素材集 圧縮符号化 ハフマン法 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 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

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

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 前後のフレームから動きを予測する Encodeの際の遅延が高め 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

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

メリット・デメリット フレーム間圧縮フォーマット フレーム内圧縮フォーマット 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 例：MPEG、WMV 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 比較的データ量が多い 例：DV、Motion JPEG

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 MP3(CD品質) 一般電話 1.17Mbps　x 74min ≒ 650MByte 1.17Mbit/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

品質とデータ量(映像) 二時間の映画(SD品質)の場合 非圧縮 MPEG2(DVD用) DV ( 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

格納メディアとデータ量 DVD CD 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

実習１ NetMeeting/Polycom

NetMeetingの起動方法 インストールから使い方までは Webに詳細があります

NetMeetingの使用方法 １．宛先(友達)のIPアドレスを入力 2．通話ボタンを押す 画像の送受信が出来ていないときは、まず ツール->ビデオ を確認してみよう

Polycomに接続しよう 遠隔多地点ビデオ会議システム

インターネットでの通信モデル サーバ・クライアントモデル サーバ ハイブリッドP2Pモデル クライアント P2Pモデル 住所録サーバ

各通信モデルの利点・欠点 サーバ・クライアントモデル P2P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 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

Firewall / NAT

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 時刻が知りたい 117 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）

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 ntp.sfc.keio.ac.jp 現在の日本時間を教えて ntp.sfc.keio.ac.jp 現在の日本時間は10:20

プロトコル 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

コンピュータ通信で必要なこと 通信相手の宛先を指定する 利用するサービスを指定する IPアドレス ドメイン名 ポート番号 http　８０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）

IPアドレスとポート番号 IPアドレスで相手を識別 ポート番号で通信の種類を識別 FTPサーバ FTP HTTP SMTP 203.178.142.155 ：21 WWWサーバ 203.178.138.199 ：80 203.178.143.148 Mailサーバ 133.27.4.120 ：25

Firewall 悪意のある第3者からの攻撃を遮断する機能 ルール（例外）に合致しない通信を遮断 アプリケーション ポート番号 送信元IPアドレス など パーソナル ファイヤーウォール

ポート番号によるフィルタリング ポート80番だけ許可されている場合 Firewall FTP WWW telnet port 21

グローバルIPアドレス プライベートIPアドレス 世界で一意のコンピュータを示す識別子 外線電話番号みたいなもの プライベートIPアドレス 特定ネットワーク内で、コンピュータを示す識別子 家の中だけとか、会社の中だけとか 他のネットワークから識別不可能 内線電話番号みたいなもの

内線・外線電話番号 03-3333-5555 からの電話だ 100 101 03-3333-4444 03-3333-5555の内線100へ 電話交換器 03-3333-5555 101 03-3333-4444 03-3333-5555の内線100へ 102 転送などの 工夫が必要 03-3333-4444 に電話しよう

NAT (Network Address Transration) プライベートIPアドレスをグローバルIPアドレスに変換 外と内を繋ぐ 内線と外線の出入り口 直接AとDは通信できない NATで内線・外線のアドレスを覚えておいて変換 Dから見るとCと通信してるように見えている Private Network Internet AからDへ NAT CからDへ A B C D DからAへ DからCへ

NATのメリット グローバルIPアドレスの節約が可能 アクセス制御・匿名性 Internet 一つのグローバルアドレスを使って、複数のノードが外部と通信できる アクセス制御・匿名性 外部から内部ネットワークが隠蔽される 擬似的な匿名性を確保できる Internet NATによって隠蔽され、外から見えない NAPTの内側 NAT-Box 133.27.24.254:2932 133.27.24.254:2949 192.168.0.4:2181 192.168.0.5:2911

NATのデメリット プロトコルによってはNAT/NAPTを通過できない 外部アクセスを受けるアプリケーションが利用しにくい 例:FTP,H.323系のVoIP,NetMeeting アドレス変換時に、アプリケーションデータも書き換える必要 外部アクセスを受けるアプリケーションが利用しにくい 外部からも接続が行われるアプリケーション 例:ネットワークゲーム,P2P 複数の動的なセッションを利用するアプリケーション 例:FTP, NetMeeting

Messengerの仕組み 直接通信が できない場合 firewall 可能であれば サーバが 直接通信する 中継する 映像 コンタクトリスト テキストメッセージ firewall 可能であれば 直接通信する サーバが 中継する

Skype通話の仕組み A B スーパーノードの条件 2、BのスーパーノードがIPアドレスを返信 1、BのIPアドレス問い合わせ マシン性能が良い 回線速度が速い Skype起動時間が長い、など 2、BのスーパーノードがIPアドレスを返信 1、BのIPアドレス問い合わせ A B 3、通話の開始

実習２ Skype

Skypeの実習 アカウントの作成 パスワードを入力 希望するskype名を入力 (skypeにとって世界で唯一の識別子 Messengerにとってのメールアドレス) パスワードを入力

友達の追加 2. 友達のskepe名を入力して「検索」 1. クリック 3. 友達を選択して、「コンタクトを追加」をクリック

多人数での通話 1. クリック 3. 通話を開始 2. 友達を選択して「追加」

まとめ

今日のまとめ 映像・音声の品質 インターネット上の障壁 NAT/Firewallを超えて データ量と品質 NAT/Firewall P2Pアプリケーションの工夫

携帯端末がPCに W-ZERO3 WILLCOMから12月に発売 Windows Mobile 5.0 搭載 PHS（W-SIM）対応／ワイヤレスLAN（IEEE802.11b準拠）内蔵 屋外など 無線LANを使える所 SharpのHPより

ホットスポット 無線LANでインターネットにアクセス そのエリアに特化した情報を配信できる