多媒体技术原理及应用(马华东第二版)第十一章

第十一章 典型的多媒体应用系统 计算机支持的协同工作系统 数字视频服务系统 11.1 计算机支持的协同工作系统 11.1.1 CSCW概念 CSCW最早是在 1986年提出的 。 与 CSCW密切 相关的一个概念是群件 。 CSCW致力于研究协同工作的本质和特征 , 探 讨如何利用各种计算机技术设计出支持协同工 作的信息系统 。 Ellis在 1991年定义： CSCW是支持有着共同目 标或共同任务的群体性活动的计算机系统 ， 并 且系统为共享的环境提供接口 。 CSCW系统具有以下特点 : 协同性 有共同的工作目标即群体工作目标。 群体性 设计人员采用群体工作方式 ,设计群体有合理组成 。 交互性 群接口支持用户与系统的交互 分布性 设计人员分布在不同地点 。 与 CSCW相关的群件定义 为协作群体使用而设计的特殊计算机系统。 群件包括软件、硬件、服务和群体工作过程支持等 。 11.1.2 CSCW系统分类 共同任务 就是合作者共同完成的任务 。 在传统的时间共享系统中 , 多用户执行相对独立的任务 , 无协作意识 , 处于共同任务的低级。远程医疗、电视会议 系统等多人合作在实时交互期内协作意识强 , 处于共同任 务的高级。 共享环境 是合作者所处于的 某个可共享的环境 . 共享环境是从时间和空间角度来考虑。电子邮件系统对 环境信息要求低 ,很少提供环境信息 , 处于共享环境的低级 ; 而实时会议系统要模拟传统的会议室 ,对于会议现场、人 员、讨论问题要有清楚及时地提示 ,处于共享环境高级。 分类原则； 群体规模 两人或是多人 地理位置 远程或是同地 交互形式 同步或是异步 同步 异步 时间 两人 群体 多人 分散 空间 集中 常规会议 组决策 电话 电视会议 桌面会议 远程教学 协同软件开发 电子邮件 书信 共同编辑 BBS CSCW目前活跃的领域 : (1) 电子邮件系统 (2) 电子布告栏系统 (3) 群决策支持系统和电子会议室系统 (4) 多用户共同编辑系统 (5) 计算机会议系统 11.1.3 CSCW系统实现理论与方法 群体协作模型 群体成员进行协作共同完成任务的模式 。 它涉及群体成员间如何开展协作 ,在协作时如何进 行交互 ,如何进行操作的协调 ,如何使协作过程向前 推进以及如何结束协作完成协作任务等问题 。 典型的协作模型 对话模型 会议模型 过程模型 活动模型 分层抽象模型 对话模型 这种模型将人们之间的各种复杂的协作建立在两人 间的交互和动作的协调基础上 , 两人间协作是各类 协作的基本元素。 Searle对构成两人间协作言语行为进行研究 , 1969年 建立了讲话 -行为 (Speech-Act)理论 , 该理论用 3个特 征来刻划言语行为： (1)非语法含义 如 请求 ” 的寓意可定义为使听话人做某事 的企图 ; “ 断言 ” 的寓意是对某事件真实状态的表达 。 (2)适应方向 指的是命题内容与命题所指世界的关系 。 某 些非语法含义的方向是使内容适应世界 ,而另一些是使世 界适应内容 。 断言属于前者 ,承诺和请求属于后者 。 (3)诚恳状态 它是指说话者对其命题内容心理上的态度 。 “ 断言 ” 中 ,说话人表达了他所说的是真实的这一信念 。 基于对话模型的系统 主要是消息系统 ,它们支持参与者 通过彼此发送的异步的消息来进行协调与合作 。 在讲话 -行为理论基础上 , Medina-Mora将两人间的协作 抽象为一个动作环 , 两人的身份分别为客户和执行者 ,这 个动作环由 4个阶段组成 。 ActionWorkFlow系统即是基 于这种模型 。 “ 你能做吗 ?” “ 我能做 ” “ 多谢！ ” “ 做完了 ” 1.客户请求 2.执行者同意 4.客户表示满意 3.执行者完成并汇报 会议模型 会议是常见的多人间协作形式。会议是多人聚 集在一起 ,各自发表意见 , 听取他人看法 ,交流协 商达成共识。 会议有以下作用： (1)参与者通过交流思想 ,相互学习 ,吸取经验 ,促进知识 、 方法 、 策略的结合 。 (2)参与者经过讨论 , 纠正错误的看法 ,消除误解 ,使各观 点融合 ,得到对某问题的一致认识 。 (3)参与 者对共同事物施以动作 ,协同完成同一任务 。 会议模型特点： 协作参与者一般不进行两两间 的交互 ,而是通过共享的信息空间彼此沟通 。 共享讨论空间 或共享信息 协作参与者 1 协作参与者 3 协作参与者 2 协作参与者 4 以会议模型模型为基础的 CSCW系统 : 计算机会议系统 , 白板系统 , BBS等其它基于共 享信息协同工作系统 。 上述 2种协作模型都是从完成具有协作任务时 人们之间的交互关系这个角度来进行刻划的 , 下面 2种模型从协作任务的管理及分工与合作 的角度来刻划人们之间的协作。 过程模型 将协作任务分成相互关联的多个小步骤 ,通过多 个人分别单独地对小步骤的执行共同来完成任 务的协作模型成为过程模型。 在这种模型下协作任务完成是由多个人的单独 异步的行为彼此相连而形成一个复杂的过程。 目前具体的过程模型有 OM-1模型、 OTM模型 等 ,及基于这些模型的 CSCW系统。 这种模型严格定义了协作参与者行为 ,属高度结 构化的协作 ,适合具有良好规范的设计或办公过 程。其缺点是缺乏灵活性 ,应用有局限性。 活动模型 活动模型与过程模型类似 , 其中多个人也是通 过分工与合作来共同完成协作任务。 将协作任务分成一个个目标确定的子任务 (活 动 ), 定义这些子任务间关系及子任务的完成者 , 然后通过各协作参与者分别对相应任务的执行 , 使整个协作任务得以完成。 活动模型主要着眼于在执行任务时参与活动的 成员间交换什么信息 , 而并不规定子任务完成 时所需执行的操作。 活动模型符合了人们行为的情景性特点 , 具有 很大的灵活性 , 如协作科研项目的完成 , 需要创 造性协作活动 。 活动模型主要处理的是对多个合作者完成复杂 协作任务的分工 , 以及对子任务之间的关系和 整个任务完成进度的管理 , 不涉及子任务具体 完成方式。 分层抽象模型 人与人间协作的层次性 如一门课教学 , 协作任务首 先要分成多个小的子任务 ,如各章的教学、实验及测 验等 , 而完成这些子任务时候 ,如一堂课教学又需教师 讲、学生听及相互讨论等。 会议 -活动 -合作模型 Vin等人将群体协作行为抽象 : 会议 是多个人通过各种途径进行时间上连续的一次 性同步交互过程 。 如一堂课的教学 、 讨论会等 ,刻画 多人间的关系 。 活动 是一组语义上相关的同时进行的会议的集合 , 有时一个会议的进行取决于其它会议的状况 。 合作 是一个具有时间顺序的多个活动组成的序列 。 如一门课的教学就是一个合作 。 上述模型有效地划分协作层次性 ,但无法处理由不同 的人完成不同子任务的情况 。 为了描述协同任务中子 任务情况 , 有人提出了活动 -任务 -合作抽象模型 。 活动 -任务 -合作抽象模型。 最高层抽象为合作 它是多个人为完成独立长期的合 作项目而执行的所有行为 ,具有完全独立性。 第二层抽象为任务 任务为合作的各个阶段所需完成 的具有一定目标、语义完整的相对独立的长时间协同 行为 ,它具有相对独立性 ; 最底层抽象为活动。 活动为完成某项具体任务时 ,单 个人或一组人执行的在时间上连贯的一次行为 ,它强 调的是时间连贯性 ,也是同时性。 这三层抽象将独立的合作看成多个彼此相关的 子任务网络 ,并且将各子任务看成多个活动组成 的序列 ,此模型可以概括人与人之间的协作行为 。 具体的协作通过以上 3层抽象表示后 , 其实际的 执行过程就是自下而上 , 即活动 ,任务 ,合作 。 CSCW系统实现方法 多 Agent方法 群接口方法 协作机制与通告机制 通信网络及控制 多 Agent方法 多 Agent方法来源于分布式人工智能的研究。 分布式人工智能的研究一般分为分布式问题求解和 多 Agent系统两个方面。 DPS的研究侧重于如何分解某个特定问题 ,并分配 到一组拥有分布知识并相互连接节点上分别处理； MAS侧重于研究由多个 Agent组成的多 Agent系统 中各 Agent行为的协调及它们之间的协同工作。 定义 1(弱定义 ) Agent是具有下列特性的计算机 软硬件系统： 自治性 可以不受人或任何外界因素的干涉而独立 存在 ,对自己的行为和状态有一定的控制权； 社会性 可以通过某种 Agent通信语言 ACL和其它 Agent(包括人 )进行信息交流； 反应性 可以理解周围的环境 ,并对环境的变化作出 实时的响应； 能动性 可以主动地做出有目标的动作 。 定义 2(强定义 ) Agent除了具备定义 1中的所有特性 外 ,还应具备一些人类才具有的特性 , 如知识 、 信念 、 义务 、 意向等精神上的观念和情感 、 能力等更抽象 的概念 。 对 MAS研究分为两方面 :Agent内部行为模型 ; Agent 的外部模型 ,即 Agent在协同 、 协商 、 竞争等活动中 交互过程模型 ,以及通信方式 、 消息类型等 。 CSCW系统作为 MAS进行研究 ,对高层概念探讨有 指导 ;对具体 CSCW系统 ,主要作用的是人 , CSCW系 统只是为完成协作任务提供服务 ,一般不必具有自 主性 、 智能 。 群接口方法 CSCW系统的人机接口应能体现群体活动及多用户 控制的特征 ,这种接口称群接口 ,它能处理多用户控 制的复杂性。 群接口研究基础是用户界面管理系统 (UIMS) 群接口可分 3类 (a)支持表现级共享的接口 ,属紧藕合型。每个合作者有相同 的显示 , WYSIWIS。 (b)支持视图级共享的接口 ,属中藕合型。每个合作者表现信 息相同 , 但可有不同的显示方式 (c)支持对象级共享的接口 ,属松藕合型。每个合作者有不同 的显示 (内容和方式 )。 UIMS模型 用户接口部件 应用程序语义部件 用户交互 高层的语义请求 /响应 群接口形式 用户接口 1 用户 接口 2 用户 接口 3 CSCW系统语义部件 控制部件 用户 1 用户 2 用户 3 协作机制与通告机制 协作机制是用户间约定的交互方式 ,可完成调度用 户活动、分配共享资源等任务。 协作机制设计和实现主要考虑： 允许用户根据实际应用的需要灵活地改变协作机 制 , 能处理协作过程意外事件的发生 , 能将系统的 各层协作活动集成为一个整体等。 协调机制主要用于解决实时性活动中同步问题。 通告机制主要用于处理异步活动。 通信网络及控制 组通信涉及多种传输要求 ,包括点到点 ,点到多 点 ,多点到点 ,多点到多点等 。 CSCW对网络特定要求包括 : 能支持集成多媒体 数据传输；能支持多点通讯等 。 另外数据交换 格式标准化也非常重要 。 网络资源存取控制确定 CSCW系统的用户存取 系统或其它用户数据的方式。存取控制的状态 不是静态而是动态的。 CSCW应定义灵活有效 而快速的存取控制机制，允许用户方便地修改 信息的存取控制状态。 11.1.4 CSCW系统实例 斯坦福研究所 (SRI)研制的多媒体协同工作系统 (CECED)。 普渡大学研制的 SHASTRA协同工作的多媒体 科学设计系统。 IBM欧洲网络中心、 DEC公司等共同开发的 BERKOM多媒体协同服务器。 另外 ,最近几年国际国内开通了很多远程医疗系 统和远程教学系统 , 它们大多是基于在宽带网 上运行的视频服务系统 ,这些系统已获得了显著 的社会效益和经济效益。 11.2 数字视频服务系统 数字音频视频理事会 (DAVIC)是国际上致力于 研究数字音频视频应用和服务标准的组织 其工作目标是通过数字音频视频应用和服务系 统接口、协议和体系结构描述规范的正式标准， 简称为 DAVIC协议。 DAVIC协议在不断完善和扩充 , 自 1994年发布 DAVIC1.0后 , 1996年 3月发布了 DAVIC1.1,1998 年又公布了 DAVIC1.4标准。 11.2.1 DAVIC系统结构 DAVIC系统一般包括 5个部分 (或称实体 ),即内 容提供者系统 (CPS)、 服务提供者系统 (SPS)、 服务消费者系统 (SCS)以及连接它们的 CPS-SPS 传输系统和 SPS-SCS传输系统。 在实际系统中 ,上述逻辑实体对应着相应服务器、 端点设备和计算机系统。 例如 VOD系统包括下面几部分物理设备： (1)视频服务器 ; (2)ATM交换机 ; (3)SDH传输网 宽带传 输网络 ; (4)ADSL复接器 ; (5)机顶盒 (STB). DAVIC系统 CPS CPS- SPS传 递系统 SPS SPS- SCS传 递系统 scs 视频服务器系统应由下列部分组成： (1) 一个或多个媒体服务器 (2) 应用服务器 (AS) 服务提供者系统 。 (3) 管理工作站 VOD系统的一级网关 (L1GW)负责 STB和应用 服务器之间的会话管理。 VOD系统的结构示意图 视频服务器 ATM交换机 ADSL复接器 PABX 电话 STB 电视 SDH环 中心机房 局端机房 用户端 155/622Mbps ATM信元 话音 话音 视频信号 交互信息及视频流 155/622Mbps ATM信元 155/622Mbps 11.2.2 数字音频视频服务系统的协议 DAVIC系统协议流程分两大阶段： U-N阶段 和 U-U阶段。 U-N阶段主要完成 S2流连接的建立 U-U阶段主要完成用户 (如 STB)和服务器 (如 AS)之间 S2流的交互控制及 S1流的建立。 以 VOD系统为例介绍协议流程 VOD系统 U-N阶段 分 UN配置和 UN会话两个阶段 ,具体协议流程： (1)STB得到预置的到 L1GW上的 UN配置服务器实体 的通路 (IP和 UDP服务的端口号 )。 (2)使用 UDP协议与 UN配置实体通信 , 利用 UNConfig Request消息 。 (3)STB设置接收 UNConfigConfirm的时钟 , 准备接收 UNConfigConfirm消息。 ( 4 ) STB 如果接收 到了 L1GW 配 置实 体返回给 STB 的 UNConfigConfirm消息 ,分析 UNConfig Confirm消息中的各 个域 ,然后进行与用户的交互 ,准备进行 UN会话 。 (5) 利用预置的到 L1GW上的 UN配置服务器实体的通路向 L1GW发送会话建立请求消息；设置时钟，准备接收会话 建立确认消息。 (6) L1GW在接收 STB来的请求建立会话消息。查看这个 STB 是否加入 STB表， STB状态是不是“ Enabled”。 如果不在表 中，应该拒绝其要求；若未被“ Enabled”， 也拒绝其要求。 如果是合法 STB,发送会话建立指示消息。 (7) AS接收到会话建立指示消息 ,从消息的 userData域中取 出用户的名字和口令 ,在用户表中查询是否是合法用户 , 用户的状态是否“ Enabled”。 (8) L1GW为此 STB分配 S2流资源 ,发送增加资源确认消息 给 AS。 (9) AS接收从 L1GW来的增加资源确认消息 ,如果资源分配 成功 ,向 L1GW发送会话建立响应消息 ,其 userData域中包 括主菜单的 URL地址或上次用户没有看完节目的 URL 地址和播放位置。 (10) L1GW接收到 AS来会话建立响应消息 , 向 STB发送会 话建立确认消息。 U-U阶段具体协议流程如下 : (11) STB接收到会话建立确认消息 ,从中取出上次会话 的信息 , 启动浏览器 , 通过 HTTP协议向 AS请求菜单。 (12) AS返回 STB请求的菜单 , STB在菜单中浏览各种节 目的信息。 (13) 当用户从中选择一个节目后 , 按预览按钮就进入预 览窗口。 (14)节目正常观看结束时 ,媒体服务器会给 AS发节目结 束消息 。 AS自动拆除 S1流 ,STB自动关闭播放窗口 ,返 回到节目菜单 。 (15) 如果用户关闭浏览器 ,STB就在 S3链路上发出拆除会 话消息 ,然后返回到选择 AS的窗口。 (16)如果用户此时选择退出 ,STB端的交互就结束了。 VOD系统 DAVIC系统的信息流包括 : (1) S1流 从内容提供者到服务消费者系统内容信息 , 采用 MPEG标准协议。 (2) S2流 从服务提供者系统到服务消费者系统间控制信息流， 采用 MPEG2 DSMCC协议。 (3)S3流 用于服务消费者系统、服务提供者系统和传输实体之 间的双向控制信息流 , 交换会话信息 , 它在任何层上对传递 系统不透明。 (4) S4流 网络服务层支持呼叫 /连接控制和资源控制功能的双 向流 , 标准的 B-ISDN呼叫 /连接控制协议有 ITU-T Q.2931, Q.2130, Q.2110。 (5) S5流 与网络管理有关信息流 , 它由一些维护和管理网络资 源所需的功能组成。网络管理标准协议有 CMIP, SNMP。 11.2.3 典型应用 影片点播 (Movies on Demand) 远程购物 (Teleshopping) 影片点播 (Movies on Demand) 系统描述 基本功能 端点用户功能 服务提供者功能 内容提供者功能 网络提供者功能 特点 扩展 远程购物 (Teleshopping) 系统描述 基本功能 端点用户功能 服务提供者功能 内容提供者功能 网络提供者功能 DAVIC系统典型应用 视频广播、视频点播、准视频点播 、 延时广播 、 新闻点播 ; 游戏 、 卡拉 OK点播 、 因特网接入 ; 远程购物 、 远程学习 、 远程医疗 ; 视频电话 、 电视会议 、 家庭银行 、 内容制作 、 虚 拟光盘等。 本章小结 首先介绍了 CSCW系统的概念 、 分类 、 协作模 型 、 实现方法和代表性系统 。 以 VOD系统为例介绍了视频服务系统的结构 、 DAVIC协议流程以及典型的服务 。 通过这些典型系统的介绍与分析 , 希望对读者开 发多媒体计算机的应用系统方面有所帮助 。