研究生多媒体05_多媒体系统体系结构

多媒体技术多媒体技术第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架2.多媒体系统的需求和公共属性3.多媒体系统的标准化体系第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.1多媒体系统的基本特点多媒体系统是一个基于网络的、多种不同系统混合的集成系统。多媒体信息的价值、网络的价值：将随信息的潜在使用者和相连结点的数目而增加。多媒体系统都向着分布化和网络化的方向发展。第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.1多媒体系统的基本特点在现有的计算机系统和通信系统上，如果采用多媒体数据，就必须重新考虑这些系统的设计是否能够满足新的多媒体性能要求。在原来只有文字和数值的计算机系统和通信系统上，采用多媒体数据时，必须重新考虑到诸如时间相关性、同步、实时这些新的多媒体的要求。多媒体技术是在许多技术的基础上发展起来的，因此，会涉及到各种结构不同的系统。一个基于网络的、多种不同系统混合的集成系统，包含各种网络形态、传输系统以及终端设备。第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.2多媒体系统的体系框架多媒体信息模型多媒体会议模型多媒体分布处理模型多业务网络模型多媒体计算系统多媒体通信系统个人通信服务协作与共享会议管理和协议分布对象管理连续媒体文件系统实时系统服务硬件和设备管理QoS协商和管理多点连接流同步服务实时协议网络接口超媒体文献体系脚本语言基于内容的检索数据库模型媒体格式第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.2多媒体系统的体系框架从广义上讲，信息系统包含所有与信息获取、信息传递、信息处理、信息发布、信息显示等完整过程有关的设备和内容。多媒体信息系统中就讲包括计算机设备、数据库系统、多媒体通信网、用户接口等各个方面。其中，有关计算机的信息处理部分被成为计算系统，而将通信部分看做是支持信息系统的信息传输渠道，也就是通信系统。分布式多媒体系统是多媒体计算系统与多媒体通信系统的集成。第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.3多媒体分布处理模型多媒体分布处理模型：分层视图。同其他分层体系结构一样，每一层都向上一层提供服务。应用脚本工具合成媒体服务系统服务硬件服务GUI,媒体/设备控制交换对象存取可接受性多通道同步元级调度分布对象管理设备服务器会议服务超媒体引擎实时网络传送连续媒体文件系统实时调度第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.3多媒体分布处理模型硬件服务层最底层，包括一些硬件设备适配器等。系统服务层组成：包括实时网络传送、连续媒体文件系统和实时调度等子层。在该层中，系统服务主要考虑连续媒体的特性，按照媒体合成的最后期限对操作系统的相关进程或线程进行调度。第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.3多媒体分布处理模型媒体服务层组成：该层包括分布对象管理，设备管理，会议服务，窗口服务和超媒体引擎等。功能：提供和媒体有关的服务。例如，窗口服务和设备服务实现多窗口多设备管理；而分布对象管理功能将多媒体对象在网络上传输并给出统一的管理；系统还要通过会议服务建立起管理多方通信的机制；使用超媒体引擎，对多媒体文献进行存储、编辑和恢复；第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.3多媒体分布处理模型合成层包括对媒体的可接受性测试，多通道同步和元级调度。目标：统一的安排各个媒体的使用。通过合适的调度，系统为多通道的媒体流提供最佳的服务。可接收性测试将对用户的需求进行检查，并与用户协商合适的服务质量。第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.3多媒体分布处理模型工具层工具层的组成：图形化用户接口GUI（GraphicUserInterface），媒体设备控制，交换和对象存取等。功能：这一层面向用户，目标是为用户提供好的接口，便于用户更方便的使用和控制系统。第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.3多媒体分布处理模型脚本层：为了描述和控制交互式多媒体文献的表现和应用。使用脚本对具有复杂时空关系的多媒体表现进行组织，使得系统能够对多媒体信息进行解释和控制。多媒体文献的组织形式经常是超媒体的链与节点构成特殊信息网。第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.4多媒体信息模型一个好的多媒体信息模型应该具有以下几个方面的特点：能对多媒体信息正确的表示和表现;能够正确的描述媒体间的关系;能适应多媒体数据特点的操纵，如大容量数据检索、多种媒体的结合；能够提供良好的人机接口，可被用户正确理解;第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.5多业务网络模型多业务网络模型描述的是分布式多媒体系统的网络。多媒体系统的网络必须支持多媒体范围的各种通信要求，并满足实时性的要求，达到这样要求的网络称为多业务网络。基本要求包括：大容量多媒体传输、实时传送、多路连接等第五章多媒体系统体系结构1.多媒体系统的体系结构框架1.6多媒体会议模型多媒体系统中的一个十分明显的趋势就是要实现多人多地的合作和应用，也就是计算机支持的协同工作。趋势：由分布式多媒体系统创造出多人合作环境，将成为未来应用的一个主要方面。多媒体会议模型的多点控制、多人合作的机制引入到系统的基本体系结构之中，将对系统的结构、访问与控制、通信服务、多媒体数据的交换、会议管理等都会产生重大的影响。第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.1多媒体系统中的媒体流动媒体源媒体宿处理器处理器连接连接第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.1多媒体系统中的媒体流动媒体源主要是提供媒体数据资源的设备和设施。例如：采集设备，存储设备。媒体宿是信息媒体到达的终点，是媒体表现的设施与设备，例如显示器，扬声器等。媒体处理器：读取数据，对数据进行处理，然后再输出。连接设施：那些在媒体源和媒体宿之间建立起的信息通道，例如相应的通信网络设施等第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.1多媒体系统中的媒体流动服务器是一种媒体源系统，提供信息的各种多媒体终端也是一种媒体源系统。多媒体终端是媒体宿系统，接收各种媒体数据并按要求进行表现。网络分布系统就是建立在两者之间的连接。媒体处理器可以存在于数据流的各处，负责对媒体进行必要的处理。第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.2连续媒体的需求两个主要因素：时间约束，数据量从数据底层来看，连续媒体都是采样序列，每个采样样本都带有一个相应的时间位置标记。在获取和再现过程中，就必须加上相应的时间约束。另外，连续媒体一般都具有很大的数据量。时间约束和数据量这两个因素影响了多媒体系统核心机构的设计。现状：缺少QoS（QualityofService）第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.2连续媒体的需求QoS进行的工作对某个给定的服务类型，当新客户对资源进行请求时，资源管理器要执行一个接收性测试，测试将决定是否建立起一个可以满足已有客户和新客户所有请求的服务调度。如果可以，则请求得到批准，服务得到保证。否则，资源管理器可能会进行协商，推荐一个可用的低一级的服务类型。资源管理器将维持一个对所有被接纳的客户提供力所能及服务的调度功能。在服务周期内，资源管理器必须监视应用对资源的使用情况，以免意外的负载破坏对其他客户的服务。第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS数字视频和音频的时间采样特性（称为等时数据，也就时说，在确定了采样频率和量化精度以后，有一个恒定的数据率），要求从产生到恢复表现都要严格的限制延时和抖动的范围，这个要求就称为媒体内同步。如果有几个连续媒体流并行表现，从不同的产生点或恢复点对它们进行相互时序关系限制则称为媒体间同步。两种类型都要求资源管理器进行协调，以满足端到端的同步要求。为了满足这种多媒体信息表现时的严格的同步要求，必须对多媒体发送、恢复、处理和表现进行实时调度。2.3.1时间相关媒体的特性第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS媒体以不同通道进行传输时要保持同步，有较大困难：2.3.1时间相关媒体的特性音频、视频数据的编码和解码复杂程度不同，处理、传输的速度也就不同。网络传输中由于不同的分组选择不同的路由，带来了不同的延迟。如果使用电路交换可以解决分组交换的不足，但对基础设施的资源又有很大压力。各种物理设备的差异也会导致显示、缓冲上不同的延迟。第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS解决的方法？2.3.1时间相关媒体的特性在接收方终端使用同步技术通过降低质量来达到同步……第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoSQoS：用于说明用户和服务提供者之间，发送和接收信息的用户之间有关信息传递质量的约定。服务质量包括用户需求和服务提供者的能力两个方面的内容。用户需求：指用户进行多媒体通信时对网络传输性能和表示质量的需求，服务者能力则是指系统能够提供和达到的性能。理想情况下，用户和系统可在动态的协商中对QoS进行调整和确认。2.3.2QoS描述参数第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoSQoS参数：速度比率、利用率、平均延迟时间、最大延迟、最大抖动、位错率（BER）和包错率（PER）等。2.3.2QoS描述参数第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS速度比率=实际表现速率/名义速率利用率=实际表现速率/最大交付速率。（当利用率大于1时，所有交付的对象都可以表示出来，当它小于1时，说明交付速度快于表现的速度，为了维持同步，就要丢弃一些对象）抖动：表现时的瞬时差异。位错率和包错率标志网络的可靠性。2.3.2QoS描述参数第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS2.3.2QoS描述参数流A（名义）流B（实际）时间正常抖动扭曲纠正t0t1t2t3[t0,t1]:速度比率=5/5=1[t1,t2]:速度比率=3/4[t2,t3]:速度比率=4/4第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS现有网络对QoS的支持：多数网络在设计时并没有考虑对定量的QoS的支持。例如，IP协议只是允许用户通过IP分组头部的服务类型域进行简单的定性的QoS说明（如优先级），不能进行定量的QoS说明，而且下层网络机制通常也不提供QoS保证。多数现有网络中的QoS具有静态性：一经商定，在通信过程中始终保持不变，不能再协商。导致的后果：一旦不能维持原先商定的QoS，服务提供者往往单方面关闭服务。2.3.2QoS描述参数第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS在分布式多媒体系统中，QoS管理应该建立在从源地到目的地的完全的端到端基础上。对涉及到的各个环节进行协调，以确保端到端的QoS水平。另外，还可以把端到端的QoS管理映射到分布式多媒体系统的层次模型上，形成层次化的QoS管理。2.3.3在分布式多媒体系统中的理想情况第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS例如，一个远程视频点播活动，端到端可能由以下几个部分组成：源：媒体服务器，在媒体服务器上获得视频，在源地进行压缩（压缩时的参数选择和网络的传送能力有关），将其交给网络传送。在目的地进行解压缩并根据播放窗口的大小对视频进行调整，最后在视频窗口进行播放。2.3.3在分布式多媒体系统中的理想情况第五章多媒体系统体系结构2.多媒体系统的需求和公共属性2.3服务质量QoS分布式多媒体系统中的QoS管理应该具有以下基本功能：（1）QoS协商（Negotiation）。（2）QoS监控（Monitor）：在应用期间，QoS管理机制需要对协商的结果，也就是用户和系统达成的一致参数进行维护，对用户和系统的行为进行必要的监控，以便确保用户不违背协商好的QoS参数值，并且确保系统维持好