Compress

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Compressão de Vídeo

• Equipe
• Antonyus Pyetro
• Diego Melo
• Luiz Zelaquett
• Rafael Duarte
• Thiago Jamir

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Definindo vídeo

• É uma a tecnologia de processamento de sinais
  eletrônicos,analógicos ou digitais para capturar,
  armazenar, transmitir ou exibir imagens em
  movimento. A aplicação principal da tecnologia de
  vídeo resultou na televisão, com todas as sua
  inúmeras utilizações.

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Variações da definição

• O termo vídeo ganhou com o tempo uma grande
  abrangência, chama-se também de vídeo uma
  gravação de imagens em movimento, uma animação
  composta por fotos seqüenciais que resultam em
  uma imagem animada, e principalmente as diversas
  formas para se gravar imagens em fitas
  (analógicas ou digitais) ou outras mídias.

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O porquê da compressão de vídeo?

• Banda larga
• Espaço em HD
• Tempo de processamento
• Grande investimentos.

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Especificando as necessidades
Quando se pensa em editar vídeos em seu
computador será necessário um HD com grande
capacidade porque mesmo com os novos padrões de
compressão os filmes editados geram grandes
arquivos. Você precisa de tempo porque a
velocidade para converter os filmes em um formato
que o computador entenda também não é rápido.
Investimentos em computadores mais rápidos
diminuiram esse tempo perdido, porem esses
investimentos podem envolver muito dinheiro.
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• Para se editar vídeos é necessário dinheiro,
  tempo e paciência como já foi dito.
• A compressão então se torna um fator muito
  importante para maximizar a velocidade e
  minimizar os custos na edição.

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Fases da produção de vídeos

• Primeiro importar o vídeo para o disco rígido de
  um computador, onde poderá ser editado e
  convertido. O processo se chama captura de vídeo,
  e deve ser feito conectando-se a fonte de captura
  (vídeo-cassete ou câmera analógica ou digital) à
  entrada de vídeo compatível na placa.
• O vídeo resultante da captura poderá estar no
  formato AVI ou MPEG, de acordo com os recursos da
  placa de captura.
• Apos a captura os vídeos podem ser editados para
  o formato desejado.

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Fases da produção de vídeos

• A maioria dos programas só aceita vídeos em MPEG.
  Tanto o AVI como o MPEG terão que ser convertidos
  para o formato compatível com o DVD.
• O DVD é atualmente a mídia de video mais popular.
  Filmes, shows musicais, cursos em video, e todos
  as categorias de video são vendidas atualmente em
  DVD, deixando para trás as antigas fitas VHS.

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Mídias ao longo da história

• VHS(1976)?
• CD(1979/1982)?
• DVD(1995)?
• Disco Blu-ray(2005)?
• HD DVD(2006)?

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Padrões desenvolvidos ao longo da história

• Na década de 80 ficou claro a necessidade de
  aliar imagem com tecnologia digital. Nesse
  sentido, em 1988 ISO lançou o MPEG, para
  desenvolver padrões para o vídeo digital.
• 1990s, os primeiros padrões de compressão foram
  introduzidos
• H.261 (1990) e H.263 (1995) da ITU
• MPEG-1 (1993) e MPEG-2 (1996) da ISO

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Padrões desenvolvidos ao longo da história

• Desde então, a tecnologia avançou rapidamente
• H.263 foi seguido por H.263, H.263
• MPEG-1/2 seguido por MPEG-4 visual
• Mas a industria e a pesquisa permanecem à frente
• H.264/AVC padrão criado recentemente por um
  projeto conjunto da ITU e da ISO.

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Formatos da Indústria

• Analógicos
• Muse(sistema analógico de HDTV)
• NTSC(National Televison System Committee ou Never
  Twice The same Color)
• PAL(Phase Alternating Line)
• - PALplus
• - PAL-M(com características do NTSC - Brasil)
• SECAM(Séquentiel couleur avec mémoire)

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Distribuição
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Muse

• Foi criado no Japão
• Só era transmitido via satélite
• 30 a 40Mbit/s
• Entre 6 e 8 Mhz de largura
• Transmissores(VHF,UHF,cabo,satélite...)
• Verifica erro com Reed-Solomon e CRC

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Fita Magnética

• Polímero de cromo ou ferro
• Gravação paralela ou helicoidal
• Até 40GB
• Facilmente danificada

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VHS(Video Home System)

• JVC, 1976
• Fita magnética de ½ polegada
• 280 linhas de definição
• Até 6h de gravação
• Brasil -gt anos 80
• VHS - C
• S - VHS

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BetaMax

• Chegou em 1975
• Imagem superior ao VHS
• Melhor integração com o hardware (mais rápido)
• Menor tempo de gravação
• Vendido no japão até 2002

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VHS X BetaMax

• Padrão aberto
• Apoio da indústria de entretenimento adulto

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VIDEO DIGITAL

• Lançado 1996
• DV, MiniDV, DVCAM,Digital8, DVCPRO, DVCPRO50 e
  DVCPRO HD
• de 50 emrpesas.Philips, sony, JVC, Apple, IBM,
  toshiba,... .
• Compressão nos formatos MPEG e JPEG

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DVD(digital vídeo disc)

• Nasceu em 1995
• Junção do MMCD(Multimedia Compact Disc)
  SD(Super Density Disc)
• (Philips, sony) (Toshiba, Time Warner,...)

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DVD(digital vídeo disc)

• armazena 4.7 GB, dual layer 8.5GB
• Estrutura
• .IFO (de informação) são scripts sobre "como"
  rodar o DVD
• .BUP são backups dos .IFO
• .PUO são de operações proibidas ao usuário e são
  removidos quando ripamos (nomenclatura usada
  quando convertemos um DVD para arquivo de
  computador)
• .VOB (de objeto visual) contém todo o filme,
  menu, extra, idiomas, legendas através de uma
  multiplexação

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Distribuição
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DVD(digital vídeo disc)

• DVD-R permite uma gravaçao
• DVDR permite uma gravação e é mais rápido
• DVDR DL (dual-layer) semelhante ao DVDR,
• DVD-RW permite gravar e apagar cerca de mil
  vezes
• DVDRW importantes aperfeiçoamentos, editar o
  conteúdo do DVD sem ter de apagar todo o conteúdo
  que já estava gravado e um sistema de controle de
  erros de gravação.
• DVDRW DL possui duas camadas de gravação

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Blu-Ray

• Comprimento de onda do laser azul-violeta menor
  que nas tecnologias anteriores.
• Sistema de lentes duplas
• Camada de proteção de durabis que evita arranhões
  e facilita leitura
• Aceita MPEG2 e MPEG4
• Capacidade entre 25GB e 50GB

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Blu-Ray

• BD-ROM Um disco que é só de leitura
• (54 Mbps)
• BD-R Disco gravável(36 Mbps)
• BD-RE Disco regravável (36 Mbps)

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Distribuição
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Blu-Ray X DVD
Blu-ray DVD
armazenamento 25 Gb -gt 50 GB 4.7 GB -gt 8.5GB
Comprimento de onda do laser 405nm 650nm
Taxa de transferência 54Mbps 11,1Mbps
Formatos suportados MPEG2, MPEG4 AVC, VC-1(baseado em wmv) MPEG2
Resistência a arranhões e gordura durabis Não possui
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Formatos da Indústria

• Digitais
• ATSC(USA,Canadá,Japão, Advanced Televison System
  Committee)
• DVB(Europa, Digital Video Broadcasting)
• ISDB(Japão, Integrated Services Digital
  Broadcasting)
• ISDB-TB(Brasil, ... Terrestrial Built-in)

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ATSC

• Aplicações EPG, t-GOV, t-COM, Internet
• Middleware DASE
• Compressão Dolby AAC e MPEG-2 HDTV
• Transporte MPEG-2
• Modulação 8-VSB

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DVB

• Tipos - DVB-T, DVB-S, DVB-C, DVB-H, DVB-MHP,IPTV
• Aplicações - EPG, t-GOV, t-COM, Internet
• Middleware - MHP/MHEG
• Compressão - MPEG-2 e MPEG-2 SDTV
• Transporte - MPEG-2
• Modulação - COFDM

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ISDB

• Aplicações EPG, t-GOV, t-COM, Internet
• Middleware ARIB
• Compressão de audio MPEG-2 AAC
• Compressão de video MPEG-2 HDTV
• Transporte MPEG-2
• Modulação COFDM

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ISDB TB

• Aplicações EPG, t-GOV, t-COM, Internet
• Middleware Ginga(Interatividade em breve)
• Compressão de audio MPEG-4 AAC 2.0 ou 5.1 canais
  (dependente somente do programa produzido)
• Compressão de vídeo MPEG-4 H.264 1080i
  (1920x1080 pixels) / 720p (1280x720 pixels)/ 480p
  (640x480 pixels)/ OneSeg (320x240 pixels, para
  dispositivos móveis)
• Transporte MPEG-2 (TS padrão para todos os
  sistemas)
• Modulação COFDM (dividido em 13 segmentos da
  portadora de 6 MHz- estrutura do ISDB)

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Compressão de video na web
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Compressão web

• Ultimamente a banda larga vem se alastrando na
  rede
• Conteúdo de vídeo pode ser adicionado aos
  websites
• Que programa usar?
• Como fazer isso efetivamente?
• Que formato escolher?

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Players
Player Tamanho Formato Popularidade
Flash Player 9 2 MB swf, flv
Windows Media Player 7 MB wmv, asf, mpeg-2, avi
Quicktime Player 7 53 MB avi,mov, mpeg-2, mp4
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Formatos

• MPEG-1
• FLV
• MOV

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Streaming
Unicast demanda uma grande largura de banda
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Streaming
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Lossy Compression

• Compressão com perdas
• Tipos
• Lossy Transform
• Lossy Predictive
• Lossy x Lossless
• Razão
• Vídeo 3001
• Audio 101
• Imagem 101

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MPEG-1

• Motion Picture Editors Guild
• Lossy compression
• Idealizado para Vídeo VHS e CD de Áudio
• Publicado como ISO/IEC-11172
• Base para demais formatos web

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Padrão ISO/IEC-11172

• System I/O
• Video Métodos de redução de vídeo
• Audio Métodos de redução de áudio
• Conformance Testing Procedimentos de testes
• Software Reference Software de referência
  escrito em C

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FLV

• Flash Video
• Stream de bits codificada
• Sorenson codec (H.263)
• On2 VP6
• H.264
• Audio codificada em mp3

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Distribuição

• Um arquivo flv
• Embarcado num SWF
• Download progressivo via HTTP
• Streamed pelo Flash Media Server

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MOV

• Encapsulamento com várias faixas
• Cada faixa possui uma stream de mídia
• Cada stream usa seu próprio code
• Distribuição
• Arquivo standalone
• Download progressivo
• Stream pelo Quicktime Streaming Server

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Por que o Flash é o mais usado?

• Maior penetração no mercado
• Maior interoperabilidade de SO
• Maior facilidade de distribuição
• Possibilidade de interação
• Proteção de conteúdo (sem cache)

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H.264

• Possui uma série de vantagens em relação a seus
  antecessores
• MPEG-1, MPEG-2 e H.263
• Todas as novas características trazem pequenas
  melhorias

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H.264

• novas características agregam uma complexidade à
  codificação\decodificação
• complexidade computacional principalmente
  codificador
• complexidade de desenvolvimento

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H.264

• O H.264 começou a ser desenvolvido apenas pelo
  ITU-T VCEG (Video Coding Experts Group)
• Contemporâneo a última versão do H.263
• Foram adicionadas as primeiras extensões ao
  padrão H.264
• fidelity range extensions (FRExt)

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Cronologia
Provavelmente para depois de 2010 o H.265 ?
reduzir a taxa de bits pela metade!
50
Sinal de Vídeo Digital

• Consiste de uma seqüência de quadros que geram a
  ilusão de movimento
• Esses quadros passam também por uma amostragem
  espacial

51
Sinal de Vídeo Digital
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Compressão Sem Perdas

• O sinal reconstituído é idêntico ao original
• Compactar dados de duas a três vezes
• Aplicações que não toleram qualquer distorção,
  como vídeos médicos ou sistemas de arquivamento

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Compressão Com Perdas

• Há uma degradação desse sinal distorção
• Podem comprimir para uma taxa até 100 vezes menor
  
• Mais usada e difundida
• Distorções podem ser imperceptíveis ao olho
  humano

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Particionamento

• A unidade básica de codificação é o macrobloco
  (MB)
• matriz de 1616 amostras
• É fundamental para o processo de compensação de
  movimento e a transformação.
• No H.264, os MBs podem ainda ser subdivididos em
  submacroblocos (SubMB)

55
Particionamento
Por exemplo, no formato 420, cada MB consistirá
de
56
Compensação de Movimento

• É muito provável quadros amostrados em tempos
  próximos sejam muito parecidos
• Muitas amostras continuarão iguais - fundo
• Outras terão apenas se deslocado
  espacialmente- objeto em movimento

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Compensação de Movimento

• Subtrair os valores de um bloco pelos de outro
  bloco de algum quadro anterior.
• O bloco a ser subtraído do bloco atual é
  informado através de uma referência temporal
• Um vetor de movimento (VM)

58
Compensação de Movimento
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Transformação

• Aplicar uma transformação nos valores das
  amostras de um bloco
• Transformar o sinal para o domínio da freqüência
  espacial
• Reduzir as redundâncias
• Descorrelacionar o sinal, concentrando a energia
  em alguns poucos coeficientes.

60
Transformação
61
Quantização

• Torna menores os valores dos coeficientes
  resultantes da transformação
• A matriz Q é tabelada, varia de acordo com o
  parâmetro de quantização (QP).

62
Quantização

• Os valores resultantes são menores necessitando
  menos bits na codificação
• existe uma perda na precisão
• A maior parte da distorção é resultante do
  processo de quantização, controlada pelo valor de
  QP.

63
Quantização
64
Reordenação e Codificação de Entropia

• Os coeficientes quantizados são reordenados em
  uma lista

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Reordenação e Codificação de Entropia

• Listas resultantes costumam conter muitos zeros
  em seqüência
• Representar as seqüências de zeros de forma mais
  compacta
• Representar a seqüência de coeficientes que são
  1 de forma compacta

66
O futuro da Compressão de Vídeo

• Media coding 3D Video coding

67
Media coding

• Advanced Video Coding
• O que faz Fornece tecnologia para codificar
  tanto vídeo entrelaçados como não- entrelaçados
  com uma eficiência de codificação cerca do dobro
  em comparação com o MPEG-2 e MPEG-4.
• Pra que serve Praticamente todas aplicações de
  vídeo digital
• Wavelet coding
• O que faz Esta é uma atividade de exploração
  destinada a recolher provas sobre as possíveis
  vantagens oferecidas pelas transformadas wavelet
  para futuras normas de codificação vídeo.
• Pra que serve Praticamente todas aplicações de
  vídeo digital

68
Media coding

• Advanced Video Coding
• As principais melhorias em relação às normas
  anteriores são feitas na área de compensação de
  movimento. O ciclo de filtro prover um ganho
  significativo em relação a qualidade em dados com
  taxas baixas e muito baixas.
• Motion compensation using variable block sizes
• Usage of an integer transform of block size 4x4
  or 8x8
• An adaptive de-blocking filter
• Instead of B-type, P-type, and I-type pictures,
  type definitions are made slice-wise, where a
  slice may, at maximum, cover an entire picture.
• New types of switching slices (S-type slices,
  with SP and SI sub-types)
• Two different entropy coding mechanisms are
  defined
• Additional error resilience mechanisms are
  defined
• Network Abstraction Layer (NAL)
• A combinação de todos os diferentes métodos
  listados levou a um aumento significativo no
  desempenho da compressão em comparação com as
  soluções padrão. Redução da taxa de bits no mesmo
  nível de qualidade em até 50 ou mais quando
  comparados aos padrões atuais, como o MPEG-2,
  H.263, MPEG-4 Part 2 Simple Perfil e MPEG-4 Parte
  2 Advanced Perfil.
• Áreas de Aplicação
• É esperado que se torne amplamente utilizado em
  uma ampla gama de aplicações, tais como as de
  transmissão e armazenamento de vídeos de alta
  resolução , streaming de vídeo (Internet e da
  televisão), e aplicações profissionais, tais como
  armazenamento e transmissão de conteúdo de
  cinema.

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3D Video coding

• Multiview video coding
• O que faz Prover uma representação de um
  conjunto de sinais de câmeras de vídeo filmando a
  mesma cena.
• Pra que serve
• Vídeos interativos, i.e. quando o usuário pode
  navegar em uma cena escolher livremente um ponto
  de vista
• 3D vídeo e free viewpoint TV, onde o usuário tem
  uma impressão de profundidade da cena, pois cada
  olho separadamente obtém pontos de vista, mudado
  com o ângulo de visão.
• O Multiview Video Coding (MVC, ISO/IEC
  14496-102008 Amendment 1) é uma extensão do
  padrão Advanced Video Coding (AVC)

70
3D Video coding

• Multiview video coding

Multiview Video Coding (MVC)
Temporal/inter-view prediction structure for MVC.
71
3D Video coding

• 3D vídeo
• É um padrão que tem o objetivo de servir o
  conjunto de displays 3D.

72
3D Video coding
Exemplo do sistema FTV system e do formato de
dados
Exemplo de um display lenticular requerendo 9
views (N 9)
Exemplo da geracão de 9 outputs views (N 9) ,
3 input views , com profundidade (K 3)
73
Compressão de Vídeo Dados

• MPEG-7 MPEG-21

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MPEG 7

• O MPEG-7 é um padrão para descrever as
  características de conteúdos multimídia
• Disponibiliza um conjunto de elementos de
  metadados descritos em XML
• Especifica descrições em formato binário, o BiM,
  permitindo o streaming e a compressão em até 98
  das descrições.
• Pretende disponibilizar ferramentas (nesse caso,
  as ferramentas são os descritores, que permitem a
  criação das descrições) para que a busca em
  imagens,vídeos e arquivos sonoros seja tão fácil
  quanto é a busca em textos.
• A descrição MPEG-7 pode estar fisicamente
  armazenada em conjunto com o material
  audiovisual, como também, pode estar locada em
  outro lugar através da rede, além de poder ser
  utilizada independentemente de outros padrões
  MPEG, tais como o MPEG-2 ou MPEG-4. As principais
  ferramentas utilizadas para implementar as
  descrições MPEG-7 são os Descritores, os Esquemas
  de Descrições e a Linguagem de Definição de
  Descrições

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MPEG 7
Exemplo de descrição MPEG-7 em XML
Principais elementos do MPEG-7 e seus
relacionamentos
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MPEG 21

• Padrão que define uma infra-estrutura para
  distribuição e consumo de dados multimídia.
• Part 1- Multimedia Framework
• Part 2 - Digital Item Declaration
• Part 3 - Digital Item Identification
• Part 4 - Intellectual Property Management and
  Protection (IPMP)
• Part 5 - Rights Expression Language
• Part 6 - Rights Data Dictionary
• Part 7 - Digital Item Adaptation
• Part 8 - Reference Software
• Part 9 - File Format

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MPEG 21

• Digital Item Declaration (Part 2)
• Container
• Item
• Component
• Anchor
• Descriptor
• Annotation
• Choice

Relacionamento entre os principais elementos do
Modelo do Digital Item Declaration
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MPEG 21

• Digital Item Identification (Part 3)
• Como identificar unicamente um Digital Item e
  parte dele
• Como identificar unicamente um IP relativo a um
  Digital Item e parte dele
• Como identificar unicamente um Description
  Schemes
• Como usar identificadores para ligar um Digital
  Item com informações relacionadas
• Como identicar diferentes tipos de Digital Items.

Relacionamento entre um Digital Item Declaration
e um Digital Item Identification
79
Perguntas ?