多媒体通信系统 应用子系统精.ppt

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1、多媒体通信系统应用子系统第1页，本讲稿共57页wTheconsiderationofmultimediaapplicationssupportstheviewthatlocalsystemsexpandtowarddistributedsolutions.Applicationssuchaskiosks,multimediamail,collaborativeworksystems,virtualrealityapplicationsandothersrequirehigh-speednetworkswithahightransferrateandcommunicationsystemswit

2、hadaptive,lightweighttransmissionprotocolsontopofthenetworks.wFromthecommunicationperspective,wedividethehigherlayersoftheMultimediaCommunicationSystem(MCS)intotwoarchitecturalsubsystems:anapplication subsystemandatransport subsystem.第2页，本讲稿共57页Application Subsystem第3页，本讲稿共57页wCollaborativecomputing

3、w现在工作站和PC机都配有很强的音频和视频功能,若把它们用高速网络联在一起，那么就为人们提供了一个协同计算环境，协同计算通常又称为计算机支持的协同工作(CSCW)。wThecurrentinfrastructureofnetworkedworkstationsandPCs,andtheavailabilityofaudioandvideoattheseend-points,makesiteasierforpeopletocooperateandbridgespace and time.In this way,network connectivity and end-point integrat

4、ion of multimedia provides users with acollaborative computing environment.Collaborativecomputing is generally known asComputer-Supported Cooperative Work(CSCW).第4页，本讲稿共57页wCollaborativeDimensionsw电子化的协同工作系统可根据时间、用户范围和控制这三个参数进行分类WSM+91。这样协同工作系统可以被划分一个三维空间（如图11.1所示）。wElectroniccollaborationcanbecateg

5、orizedaccordingtothreemainparameters:time,userscaleand control WSM+91.Therefore,the collaborationspace can be partitioned into a three-dimensionalspace(showninfigure11.1).第5页，本讲稿共57页TimeSynchronousAsynchronousTelephoneTele-MentoringDesktopTeleconfereningCollaborativeSoftwareElectronicMailBulletin Bo

6、ardDevelopmentCollaborativeDocumentEditingGroupScheduleManageSingle UserMultiple Users(Group)DistributedControlCentralizedFace-to-FaceMeetingGroupCSCWConference RoomMeetingGroupDecisionmakingUser ScaleFigure 11.1:Dimensions of collaborative computing.第6页，本讲稿共57页Timew从图中可以看出，在时间轴上有两种模式。即同步模式和异步模式。异步协

7、同工作说明处理活动在同时发生。wWith respect to time,there are twomodesofcooperativework:asynchronous and synchronous.Thesynchronous cooperative work happensatthesametime.第7页，本讲稿共57页wUserScalew用户轴上的参数说明是否为单用户协同工作，或者是两个用户以上的组与另一组协同工作。wTheuserscaleparameterspecifies whethera single usercollaborateswithanotheruserorag

8、roup of more than two userscollaboratetogether.第8页，本讲稿共57页w Controlw控制轴上分成集中式和分布式两种.在集中式控制中有一个主席，由他来控制协同工作，而在分布式控制中，每个组成员能控制协同工作中属于自己的任务.wControlduringacollaborationcanbecentralizedordistributed.Centralized controlmeansthatthereisachairman(e.g.,mainmanager)whocontrolsthecollaborativework.Distributed

9、control meansthatevery group member has control over hisherown tasks in the collaborative work anddistributed control protocols are in place toprovideconsistentcollaboration.第9页，本讲稿共57页wGroupCommunicationArchitecturew组通（GC）是指CSCW环境下多个用户之间的通信，协作可以是同步的，而其中控制可以是集中式或分布式的。wGroup communication(GC)involves

10、thecommunicationofmultipleusersinasynchronousoranasynchronousmodewithcentralizedordistributedcontrol.第10页，本讲稿共57页w组通信结构由支撑模型、系统模型和接口型WSM+91。组通信支持模式包括了通过多点传输网络通信的组通信代理（如图11.2）。它可用于完成组汇合（grouprendezvous）、应用共享和会议管理。wA group communication architecture consists of asupport model,system modelandinterface

11、modelWSM+91.The GCsupport model includesgroup communication agentsthatcommunicateviaamulti-point multicast communication network as shown inFigure11.2.Groupcommunicationagentsmayusethefollowing for their collaboration:Group Rendezvous;Shared Applications;Conferencing.第11页，本讲稿共57页MulticastCommunicati

12、onNetworkGroupRendezvousCommunication(Transport)SupportConferencingApplicationSharingGroup Communication AgentGroup Communication AgentFigure11.2:Group communication support model.GroupRendezvousGroupRendezvousGroup Communication AgentCommunication(Transport)SupportCommunication(Transport)SupportCon

13、ferencingConferencingApplicationSharingApplicationSharing第12页，本讲稿共57页w组通信系统模型基于客户机服务器(client-server)模式，其中client提供组成员与系统间进行交互的用户界面，server则向用户提供组通信功能，每一服务器都有它的独特的功能。wThe GC system model is based on aclient-server model.Clients provide userinterfaces for smooth interaction betweengroup members and the

14、system.Serverssupplyfunctionsforaccomplishingthegroupcommunication work,and each serverspecializesinitsownfunction.第13页，本讲稿共57页w组通信接口模型包括用于在组通信支撑模型内交换信息的两种协议，即用户表现协议和组工作管理协议。用户表现协议执行行客户机间的交互，例如发起会议、结束会议、动态加入和离开会议以及发方言权控制等。组工作管理协议说明客户和服务器之间的通信。活动会议登录和会议信息检索等服务都受这些协议的支持。第14页，本讲稿共57页wThe GC interface m

15、odel includes two kinds ofprotocols for exchanging information within theGCsupportmodel:user presentation protocolsandgroup work management protocols.Userpresentationprotocolsperforminteractionsamongtheclients,suchas opening a conference,closing a conference,dynamic joining and leaving of a meeting

16、and floorpassing,Groupworkmanagementprotocolsspecifythecommunication between the clients and the servers.Servicessuchasregistrationofactiveconferencesandqueriesforfurtherconferenceinformationaresupportedbytheseprotocols.第15页，本讲稿共57页wGroupRendezvousw组汇合方法允许建立协同工作组会议，以及提供有关目前和将来的组和会议的其他静态动态信息。组汇合工具在用户

17、界面上提供一组会话和会议的活动信息。组汇合有同步和异步方法。wGroup rendezvous methods allow for setting upcollaborativegroupmeetingsandprovidingotherstaticanddynamic information about groups and ongoing or futuremeetings.Thegrouprendezvoustoolsprovideasinglesetofsessionandactivityinformationattheuserinterface.Therearesynchronous

18、 andasynchronous methods for grouprendezvous.第16页，本讲稿共57页w应应用用共共享享被认为是支持组通信活动的一种有效机制。应用共享意味着，当应用共享程序（像如编辑器）从任一参加者执行输入，共享对象（例如文档、正文）的所有执行结果都将发送到所有的参加者。共享对象一般只显示在共享口中HTM92。w应用共享中的一个重要问题是共享控制。共享应用中的一个主要设计问题是决定采用集中式体系结构还是复制式体系结构OMS+92，SW94a。第17页，本讲稿共57页wSharingapplicationsisrecognizedasavitalmechanismfo

19、rsupportinggroupcommunicationactivities:Sharingapplicationsmeansthatwhenasharedapplicationprogram(e.g.,editor)executesanyinputfromaparticipant,allexecutionresultsperformedontheshared object(e.g.,documenttext)aredistributedamongalltheparticipants.Sharedobjectsaredisplayed,generally,inshared windowsHT

20、M92.wAnimportantissueinapplicationsharingisshared control.TheprimarydesigndecisioninsharingapplicationsistodeterminewhethertheyshouldbecentralizedorreplicatedOMS+92,SW94a第18页，本讲稿共57页wCentralized Architecturew在集中式体系结构中，共享应用中的单个拷贝只在一个地点运行。所有参加者的输入都送到本地，应用的输出（共享对象）都发送到所有地点。图11.3（a）显示了集中式体系结构。wInacentra

21、lizedarchitecture,asinglecopyofthesharedapplicationrunsatonesite.Allparticipantsinputtotheapplicationisforwardedtothelocalsiteandtheapplicationoutput(sharedobject)isthendistributedtoallsites.Figure11.3(a)showsthecentralizedarchitecture.第19页，本讲稿共57页wReplicated Architecturew在复制式体系结构中，共享应用拷贝只在各个本地站点运行。

22、每一个应用的输入事件都分布在所有地点，共享应用的拷贝分布在每一个地点，在本地机上执行。图11.3(b)给出了复制式体系结构图。wInareplicatedarchitecture,acopyofthesharedapplicationrunslocallyateachsite.Inputeventstoeach application are distributed to all sites andeach copy of the shared application is executedlocally at each site.Figure 11.3(b)shows thereplicat

23、edarchitecture.第20页，本讲稿共57页SharedWindowSharedApplicationSharedApplicationSharedApplicationSharedWindowSharedWindowNetworkNetwork(a)FloorHolder(b)FloorHolderOutputInputOutputOutputOutputInputInputInputSharedWindowFigure11.3:Sharing application architectures:(a)centralized architecture,(b)replicated a

24、rchitecture第21页，本讲稿共57页wConferencingw远程会议支持协同计算，它又称为同步远程协同工作。远程会议是一种管理服务，通过多种媒体（例如视频和音频）控制多个用户之间的通信，获取同时的面对面通信效果。更精确地说，在远程会议系统中视频和音频有如下用处：wConferencing supports collaborative computing and isalsocalledsynchronous tele-collaboration.Conferencingis amanagement service that controls the communicationam

25、ongmultipleusersviamultiplemedia,suchasvideoandaudio,toachievesimultaneousface-to-facecommunication.Moreprecisely,videoandaudiohavethefollowingpurposesinatele-conferencingsystem第22页，本讲稿共57页w从从技技术术角角度度看看，视频是用于显示可见的图形，指出有多少用户在出席远程会议。对于可视化支持，可使用工作站、PC机或视频墙。w对于超过3或4个参加者的远程会议主，PC机或工作站的屏幕就会初分成多个非常小的窗口，特别对

26、于在同时使用其他应用（如共享编辑器或画图工具）时，情况更是如此。因此必须使用可快速改变单个图像大小的机制。第23页，本讲稿共57页wVideoisusedintechnicaldiscussionstodisplayview-graphsandtoindicatehowmanyusersarestillphysicallypresentataconference.Forvisualsupport,workstations,PCsorvideo wallscanbeused.wForconferenceswithmorethanthreeorfourparticipants,thescreenr

27、esourcesonaPCorworkstationrunoutquickly,particularlyifotherapplications,suchassharededitorsordrawingspaces,areused.Hence,mechanismswhichquicklyresizeindividualimagesshouldbeused.第24页，本讲稿共57页w 音音频频是远程会议中的一中重要组件，用于描述和阐述可视化信息。因此，必须有高质量的音频，即带有真全双工的通信和回声消除，以及空间队列等等。w Audio isanimportantcomponentintele-co

28、nferencing for describing and clarifyingvisualinformation.Therefore,qualityaudio,with true full-duplex communication andecho cancellation,and possibly enhancedwithspatialqueues,isnecessary.第25页，本讲稿共57页w发发起起会会议议，使用会议参加者都赞同的状态，例如，主席的名称、访问权限（发言权）和音频编码方式。会议系统建立阶段要提供注册、允许、磋商服务，但这些必须很灵活，允许用户加入/离开某个媒体会话或整个

29、会议。灵活性由控制模式决定。w Establishingaconference,wheretheconferenceparticipantsagreeuponacommonstate,suchasidentityofachairman(moderator),accessrights(floorcontrol)andaudioencoding.Conferencesystems may perform registration,admission,andnegotiation servicesduringtheconferenceestablishmentphase,buttheymustbef

30、lexibleandallowparticipantstojoinandleaveindividualmediasessions or the whole conference.The flexibilitydependsonthecontrolmodel.第26页，本讲稿共57页w加入新用户加入新用户，删除离开会议的用户。wAddingnewusersandremovinguserswholeavetheconference.第27页，本讲稿共57页w集集中中式式会会议议提供发起会议功能。首先，会议发起者（主席）发起一个会议，选择一个原始组，邀请会议成员（对组汇合使用显式邀请）。这意味着主席

31、知道所有会议参加者的地址。可以从中央目录服务器询问会议状态，因此，客户要登录他/她的地址。第28页，本讲稿共57页wCentralizedconferencecontrolprovidestheestablishmentofaconference.First,theinitiator(e.g.,chairman)startsaconferencebyselectinganinitialgroupofinvitedconferencemembers(explicitinvitationforgrouprendezvous).Thisimpliesthatthechairmanknowsthead

32、dressesofallconferenceparticipants.Theknowledgeoftheconferencestateisinquiredfromacentraldirectoryserver,whichimpliesthattheclienthasregisteredhisherlocation.第29页，本讲稿共57页w分分布布式式会会议议控控制制是基于分嘏会议状态的。包括以下两个步骤：会议的发起者建立多点发送空间（例如Mbone中的多点发送通道），多点发送空间中要带有让会议参加者使用的分布式信息的入口，然后创建会议；第二步是会议参加通过转入持定的多点入口（多点发送地址）而

33、加入会议，通过组汇合方式声明（例如sd）。第30页，本讲稿共57页wDistributedconferencecontrolisbasedonadistributed conference state.Thisisachievedasfollows:theinitiatoroftheconferenceestablishesamulticastspace(e.g.,multicasttunnelinMBone)withmulticastentriesfordistributionofinformationtotheconferenceparticipantsandtheconferenceis

34、established;theconferenceparticipantsjointheconferencebytuningintoaparticularmulticastentry(e.g.,multicastaddress),announcedthroughgrouprendezvousmeans(e.g.,sd).第31页，本讲稿共57页wSession Managerw会话管理程序的功能分为局部和远程两个类wSessionmanagerincludeslocalandremotefunctionalities.第32页，本讲稿共57页w会会话话管管理理是多媒体通信结构的重要部分，它是多

35、媒体通信结构的一个核心部分，它把传输过程中需要的控制和实际的传输操作分开。在协同工作计算领域都要研究会议管理，所以我们在这里休中讨论会话管理的体系结构和管理问题。wSession management is an important part ofthemultimediacommunicationarchitecture.Itisthe core part which separates the control,needed during the transport,from the actualtransport.Session management is extensivelystudi

36、ed in the collaborative computing area,therefore we concentrate on architectural andmanagementissuesinthisarea.第33页，本讲稿共57页 w会会话话管管理理结结构构围绕着会话管理这个主体建立，它把控制从传输中分离开。通过创建一个可彼一时用的会话管理程度，从而可以方便面向会议的实用工具的实现。一种可能的会话控制结构如图11.5所示。这个会话控制结构由以下部分组成：wA session management architectureisbuiltaroundanentitysessionm

37、anager-whichseparatesthecontrolfromthetransportSC92.Bycreatingareusablesessionmanager,whichisseparatedfromtheuser-interface,conference-orientedtoolsavoidaduplicationoftheireffort.ApossiblesessioncontrolarchitectureisshowninFigure11.5.Thesessioncontrolarchitectureconsistsofthefollowingcomponents:第34页

38、，本讲稿共57页VideoAgentConferenceControlConfigurationControlFloorControlMediaControl(Synchronization)MembershipControlWhiteboardAgentAudioAgentSensoryDataAgentSessionManagerSessionControlProtocolReliableTransportProtocolReal-timeTransportProtocolReal-timeTransportProtocolReal-timeTransportProtocolSharedW

39、orkspaceAgentMediaAgentsFigure11.5:Session control architecture.第35页，本讲稿共57页wMedia Agentsw媒体借民会话管理程序分开，它们负责每一类媒体的说明。这种调整可以替代代理。每一代理通过特定的媒体执行本身的控制机制，例如控制操作可包括：使发声、使不发声、修改视频质量、开始发送和结束发送等等。wMedia agents are separate from the sessionmanagerandtheyareresponsiblefordecisionsspecifictoeachtypeofmedia.Thism

40、odularityallows a replacement of agents.Each agentperforms its own control mechanism over theparticular medium,such as mute,unmute,change video quality,start sending,stopsending,etc.第36页，本讲稿共57页wShared Workspace Agentw共享工作空间代理在共享的应用系统间传送共享对象（远程指坐标、图形或正文对象）wThesharedworkspaceagenttransmitssharedobjec

41、ts(e.g.,telepointercoordinate,graphicalortextualobject)amongthesharedapplications.第37页，本讲稿共57页w每个会话过程都由它的会话状态描述。状态信息包括会话开始、会话策略、会话过程名等，它们或是私有的（如局部资源），或由多个会话参加者共享。w会话管理分两步处理会话状态：会话建立和会话修改。在会话建立阶段，管理程度管理和设置会话本身的逻辑状态。并且它与其他会话管理程序一起管理和设置付费策略和其他策略。它还可以公布一个会话（例如使用组汇合服务），使其他参加者可以定位和加入该会话。它与传输子系统一起管理和定义传输拓扑

42、结构。第38页，本讲稿共57页wEachsessionisdescribedthroughitssessionstate.Thisstateinformation(starttimeofsession,policiesassociatedwiththesession,sessionname)iseitherprivate(e.g.,localresources)orsharedamongallsessionparticipants(e.g.,conferenceparticipants).wSessionmanagementincludestwostepstoprocessthesession

43、state:anestablishmentandamodificationofthesession.Duringtheestablishment,thesessionmanagernegotiates,agrees,andsetsthelogicalstateofitsownsession.Further,itnegotiates,agreesandsetsbillingpolicyandotherpolicieswithothersessionmanagers.Further,itpermits“publishing”asession(e.g.,usinggrouprendezvousser

44、vice),allowingotherstolocateandjointasession.Itnegotiatesanddefinesthetransporttopologywiththetransportsubsystem.第39页，本讲稿共57页w根据应用系统所需的功能的不同，在会话管理过程中可以嵌入以下几种控制机制：wDependenton the functions,which anapplication requires and a sessioncontrolprovides,severalcontrolmechanisms are embedded in sessionmanag

45、ement:w发言权控制-FloorControlw会议控制-ConferenceControlw媒体控制-MediaControlw配置控制-ConfigurationControlw成员控制-MembershipControl第40页，本讲稿共57页Transport Subsystem第41页，本讲稿共57页wRequirements w1.用户和应用需求 User and Application Requirementsw 网络多媒体应用本身对计算机通信中的数据处理提出了新的需求，原因是它们需要大的数据吞吐量、快速数据转发、服务保证和多点发送。w Networkedmultimedia

46、applicationsbythemselvesimposenewrequirementsontodatahandlingincomputingandcommunicationsbecausetheyneed(1)substantialdatathroughput,(2)fastdataforwarding,(3)serviceguarantees,and(4)multicasting.第42页，本讲稿共57页w 数据吞吐量数据吞吐量 w Data throughputData throughputw传输音频和视频数据即使在压缩模式下也需要大数据传输音频和视频数据即使在压缩模式下也需要大数据吞

47、吐量。吞吐量。w Audio and video data resemble a stream-like behavior,and they demand,even in a compressed mode,high data throughput.第43页，本讲稿共57页w 快速数据转发快速数据转发wFast Data Forwardingw当不同的应用系统在同一个端系统内共存时，每个中能对数据移动有不同的数据移动要求（无错数据传输、带时间限制的数据传输），并且需要快速的数据转发。wFastdataforwardingimposesaproblemonend-systems where di

48、fferent applicationsexist in the same end-system,and theyeach require data movement ranging fromnormal,error-freedatatransmissiontonewtime-constrainttraffictypestraffic.第44页，本讲稿共57页w 服务保证（服务保证（QoSQoS）wService GuaranteesService Guaranteesw在有些分布式多媒体应用系统中，必须使用资源管理来保证某些服务功能，否则多媒体系统将不能提供可靠连续媒体传输。wDistrib

49、uted multimedia applications needserviceguarantees,otherwisetheiracceptance does not come through asthesesystems.第45页，本讲稿共57页w 多点发送多点发送wMulticastingw在分布多媒体系统中，由于有多个用户参加，这样有时就需要把消息和数据进行多点发送，这对网络带宽和协议处理又提出了要求。wMulticastisimportantformultimedia-distributedapplications in terms of sharing resources like

50、 thenetwork bandwidth and the communication protocolprocessingatend-systems.w2.处处理理和和协协议议约约束束-Processing andProtocol Constraints第46页，本讲稿共57页wTransport Layerw支持多媒全传输协议必须新的特征，提供以下功能：时间信息，半可靠性、多点发送，基于NAK（非确认，None-AcKnowledgement）的错误恢复机制和位率控制。wTransportprotocols,tosupportmultimediatransmission,needtohav