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1、1,分布式多媒体系统与技术,应用系统设计原理,2,分布式多媒体系统:Overview,相 关 产 业,系统开发涉及的问题,应用系统的类型,使能技术,3,CSCW是以人们工作的协同性为背景，在计算机、通信和多媒体技术的融合与发展的基础上形成的一个交叉学科的研究领域。CSCW系统是对完成共同任务的群体进行支持，并提供可对共享环境进行访问的接口的计算机系统。,第三章：Tele-cooperation,Computer Supported Cooperative Work:CSCW,4,1 概述,建立电子共享空间，向在地理上分布的用户提供通讯、协作、和协调的支持，使各个用户之间可克服时间和空间的限制进
2、行协作组内的信息共享和协调是关键：通信（communication）：协同工作的群体成员间直接进行信息的交换；合作（collaboration）：群体共享某种形式的信息，协同完成共同任务；协调（coordination）：在一定原则的指导下对各种活动进行协调，使人们和谐地一起工作，避免冲突和重复的动作。,CSCW的特点,5,1 概述,多用户 协同工作必须要有多个人参加。要支持群体的协同工作，CSCW系统应该能允许多个用户同时或先后访问系统。它不仅要提供方便的多用户接口，而且应该显式地处理多用户控制的复杂性，在用户操作后，应该能根据用户在协作中的不同角色，进行不同的响应。,群体协作性要求,6,1
3、 概述,分布 协同工作的群体成员往往在空间上存在着不一致性，在时间上也存在着不同步。为了使这些条件下的群体协作成为可能，CSCW系统应该消除这些环境障碍。因此CSCW系统应该是分布式系统，应该能够处理所有分布性问题，它不仅要提供分布的计算机系统各部件之间的互连功能，使群体成员可通过计算机系统进行交互，而且要提供虚拟工作空间机制，处理在异构的计算机软硬件系统环境下的互操作，使群体通过系统的协作成为可能。,群体协作性要求,7,1 概述,信息共享 信息的使用和表示是CSCW的基本问题，为了共同完成协作任务，群体成员间必需进行信息共享。特别是对于那些通过异步方式完成的协作任务而言，信息的共享尤其重要。
4、系统应该根据用户的要求确定共享信息与私有信息的内容，并提供合理的显示级、视窗级或对象级的共享手段。在进行信息共享时，不仅需要对共享信息的访问进行控制和通报，而且还应该提供共享信息的实时显示与共同操作。,群体协作性要求,8,1 概述,组通信 群体协同工作时成员间的信息交换一般限于在群体内部感兴趣的人之间进行，因此CSCW系统中的通信既不是点到点的，也不是广播方式的，而是成组的通信。群体中一个成员接收到某信息时，其他感兴趣的成员也应该接收到该信息，反之则都收不到。这要求CSCW系统提供点到多点和多点到多点的通信机制。,群体协作性要求,9,1 概述,协作意识 CSCW系统的目的是支持人们之间的协作，
5、而研究表明，对他人行为及各种信息的了解，有利于协作参与者积极地参与协作，使协作顺利进行，因此CSCW系统中的服务和功能应该是以用户为中心的，系统应该能够提供必要的机制，使群体成员了解彼此的行为、各数据的属性和所有者、协作当前状态以及系统的当前状态等信息。,群体协作性要求,10,1 概述,群体协作关系的维护 对于同步紧耦合的群体协作而言，系统为其提供的大部分支持功能是建立群体间的协作关系（如定义群体成员的各种角色、召集各协作参与者等），此外还要对协作关系的动态变化进行维护。而这些功能对于这类群体协作而言基本一样，因此为了使CSCW应用程序的构造简便易行，系统应该在系统一级提供公共的协作关系的维护
6、服务，这样各应用程序只需访问该服务就可得到动态变化的协作成员信息。,群体协作性要求,11,1 概述,你见即我见 也就是WYSIWIS（What You See Is What I See），它要求CSCW系统提供面对面交互的环境，群体成员可以在此环境中通过远程指针（Telepointer）和实时音频及视频进行自然方便的面对面讨论。,群体协作性要求,12,1 概述,多媒体 由于人们喜闻乐见的信息形式是图象、图形、音频、视频等多媒体形式，因此为了支持人们间的协同工作，使群体间的协作高效自然，CSCW系统应该具有多媒体处理能力。早期的CSCW系统没有多媒体功能，因此其应用受到一定的限制，随着技术的发
7、展，很多CSCW系统都具有了多媒体能力，使得CSCW系统成为了一种分布式多媒体系统，它应该提供多媒体信息的采集、传输、存储及播放功能。,群体协作性要求,13,1 概述,CSCW系统的分类,集中式同步会议室分布式同步网上交谈实时白板实时同步编辑多媒体桌面会议集中式异步电子布告板分布式异步电子邮件,14,1 概述,会议模型提供会议的管理和控制，并提供音频和视频通道，使成员之间可以进行显式的通讯、协作和协调；共享对象构成共同的工作任务和工作空间，通过对共享对象进行共同操作，完成工作的目的。通过对共享对象的操作，成员之间完成隐式的协作。,CSCW系统的功能模型,15,2 基于共享对象的协作,多个用户进
8、行协作，需要有共享的工作空间和共同的工作任务，因而，便有一个共同的交互对象，即共享对象。共享对象可以是应用程序，也可以是数据。多用户通过与共享对象交互，完成隐式的协作。通过基于共享对象的协作，人们可以克服时间和空间的限制，共同协作完成一项巨大的、复杂的任务，此类应用有着有着巨大的经济效益，也有着迫切的需求。,16,2 基于共享对象的协作,17,2 基于共享对象的协作,建立开放的、支持协同工作的信息模型，以易于理解的方式表达共享对象内部的组织以及它与外界的联系。共享对象即协同工作中的子任务，它包含共享的数据信息并反映协作的子任务以及工作组内成员之间的联系。希望通过建立共享对象的信息模型一般地刻画
9、基于共享对象协作的特点，因此，此信息模型首先应当是开放的，主要通过分离基本对象数据和协作信息实现。这样可以使得对象数据保持独立性（不受协作信息“污染”）、完整性（保持完整的基本对象数据）和可交换性（与协作系统之外的数据有着统一的格式）。,2.1 协作系统与信息模型,18,2.1 协作系统与信息模型,兼顾协作的动态性和数据的完整性：协同工作的动态特性意味着共享信息的访问和使用方式在任何给定点上能相当动态地改变，对象的信息内容应独立于它们的使用。因此数据信息本身不应包括任何与其使用时的协作设置相关的语义。另外，尽管基本对象信息在本身功能上很完备，但还需要因为协作关系涉及到其内部的附加工具。这种分离
10、也可以使现有的单用户数据对象通过覆盖新的协作工具以共享方式使用。,协作信息建模的要求,19,2.1 协作系统与信息模型,模拟协作过程：协作过程本身就是一个协商的过程，相互之间的关系不断更新，不是一个独立的活动，也不是一个完全按预先规定的过程进行的活动。例如，大型工程的设计不是孤立的活动，象“编译一个程序”、“写一封信”那样有确定的起止时间，而是一个跟踪、修改的过程，信息模型应当能够描述设计过程的活动。,协作信息建模的要求,20,2.1 协作系统与信息模型,支持关系表达：共享对象之间不仅具有基本的任务分工联系，还有基本信息对象之间的相关关系。例如，在协同设计中，共享的设计对象之间有多种多样的关系
11、，诸如结构约束、部件之间的关系、部件与参数间的约束、图元之间的相互关系等。这些关系是严格的，又是多样的，需要一种灵活的描述。这些关系形成一个复杂的语义网络，网络上的任何变化都会产生不一致，需要不一致的警告及排除。,协作信息建模的要求,21,2.1 协作系统与信息模型,支持超媒体：为表达复杂对象，需要在系统中集成各种类型的材料，如声音、图象、动画，这些材料不是孤立的而是相关的。例如，在机械设计中，同一个机械部件的CAD图、特性描述、参数定义、图形模型、照片等材料要相互链接，产生有效的导航。,协作信息建模的要求,22,2.1 协作系统与信息模型,具有开放性：协同设计等应用不可能是一个孤立的、全新的
12、操作环境，它需要与外界进行信息的交换。与外界方便地进行设计数据的交换，不但符合实际的应用要求，而且便于更大范围内的协作；现有设计工具在不发生矛盾的情况下能方便地在系统中应用，对用户的工作习惯进行支持，也有益于系统的推广。,协作信息建模的要求,23,2.1 协作系统与信息模型,支持多用户：信息模型应当支持多用户访问控制。比较相近的课题是并发控制，传统的硬锁技术对多用户超文本系统是不合适的，标准读/写锁定具有极大的限制。另一个问题是相互理解问题，在协同的任务中，每个参与者要对其他参与者的动作和意图有一定程度上的理解。,协作信息建模的要求,24,2.1 协作系统与信息模型,在概念和结构上能够在最大程
13、度上满足上述需求的是超文本，它是支持协同工作的自然的工具，其主要特性是：超文本是共享信息的有效的组织形式，对于增加协作各方之间的可理解性、增强协作意识，是很有意义的。,超文本对协同工作的支持,25,2.1 协作系统与信息模型,超文本对注释的支持。在别人的工作成果上添加注释，而保证其内容不受更改，是协同工作中的一个很重要的方面。创建注释，是超文本的一个很自然的功能，已有的许多超文本系统，如KMS、Notecards等等，都专门支持注释功能。添加注释可以直接在原有内容中，也可以通过链引向其它独立存储的节点。,超文本对协同工作的支持,26,2.1 协作系统与信息模型,超文本中链有着丰富的含义。链提供
14、了表达丰富内涵的途径。多个人共同从事同一份工作，他们所从事的子任务之间，有着各种各样的联系，也就是相关的，链可以有效地反映这种联系。链的类型不同，可以反映不同的相关性。链可以控制不同的访问权限，这在多用户协作时，是很有必要的。链可以有自己的内容，可以描述连接的两端的复杂的关系。另外，链实现注释功能时，注释的内容与对象分开存放，使得注释的形式可以多种多样，而被注释的对象没有影响，这样的注释可以被很容易地删除。,超文本对协同工作的支持,27,2.1 协作系统与信息模型,异步消息机制。在协同工作中，某一事件发生后，通过消息通知有关各方是必要的。超文本反映了各个要素之间的联系，可以很容易地获取有关各方
15、的信息，因而便于通知。已有的超文本系统，如KMS，已经支持在异步用户之间传递消息。,超文本对协同工作的支持,28,在Dexter参考模型的基础上，设计了的支持协作的超文本模型HyCD（Hypertext for Cooperative Design），HyCD重点对Dexter的复合元素和链进行了抽象化，使得它们的意义超越了在文档结构中的作用，可以用来表达不同的设计子任务（子项目）之间的层次关系和相关关系。,2.2 协作超文本模型HyCD,29,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.1 HyCD的结构,30,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.1 HyCD的结构,关系层（Relation
16、ship Layer）描述了由节点和链构成的超文本网络，该网络构成了共享对象的联系模型；管理层（Manipulation Layer）描述了多用户与超文本的交互机制；数据层（Data Layer）定义了超文本的内容及其上的操作，它是共享对象的具体内容的存储模型。接口锚（Anchoring）位于关系层与数据层之间，提供各部件内容间的定位机制；接口表示描述（Presentation Specification）在管理层和关系层之间，给关系层一个如何表示部件网络的定义方法。,31,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.2 关系层,关系层描述共享对象的结构。部件（component）是该层的基本实体
17、，部件可以是原子部件、链或复合部件。原子部件是基本单元，它的内容由数据层处理；复合部件由其他部件组成；链是表示部件间关系的实体。层次关系相关关系,32,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.2 关系层：层次关系,每个复合部件及其子部件形成一个层次结构,层次是一种直接关系，用来模拟设计过程，采取自底向上或自顶向下的策略，分别表示不同的处理。自底向上表示从底向上、从小到大，或由部分到整体；自顶向下表示相反的处理方法。,33,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.2 关系层：层次关系,在3D模型的设计中，复杂的模型由简单模型的集合操作生成，如此构成一个生成树,34,2.2 协作超文本模型HyCD
18、,2.2.2 关系层：层次关系,机械工程中的装配模型，表示由部分到整体的装配过程,35,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.2 关系层：相关关系,从链的角度，关系层可以看作是一个图，图中原子部件和复合部件是节点，链是边。链可以有多个源和目的，完全可以用来描述具体应用中的复杂的相关。例如，多1的链可以用来描述多参数的函数关系，1多的链可以描述关键的项目的作用。与层次不同，链的端点可以通过锚定位到部件的内部。多数情况下，链的端点，即锚（anchor），是部件内部的某些实体。,36,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.2 关系层：相关关系：链,链由三部分组成：输入（input）、输出（out
19、put）、条件（condition）。输入、输出是链的端点，指向部件的内部，条件表示输入、输出之间的关系。每个输出定义中都有一个响应，定义条件不满足时所指向的部件的响应。其语义是：If(!condition)trigger all reactors of output as soon as input changes.,37,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.2 关系层：相关关系：链,例如，齿轮和轴的设计中（假设齿轮和轴由不同的设计者分别设计），轴的外径与齿轮的内径相关。齿轮的设计者可以建这样一个链：input:do outer diameter of the shaftoutput:d
20、i inter diameter of the gearcondition:di-0.5-do=0 reactor1:assign di=do+0.5 reactor2:notify the designer of the gear the nonconformance.通常情况下reactor2 较reactor1更合适。当齿轮的设计者收到条件不满足的报告时他就会与轴的设计者进行协商，而不是立即修改齿轮的内径。,38,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.2 关系层：相关关系：链,注释：相连的两个元素中，一元素内容是对另一元素内容的说明或评注，注释元素和被注释元素可能属于不同的用户。通过注
21、释链，用户可以对其他用户的设计内容进行评论，而不会对其进行更改。相关：相连的两个元素之间有相关，如常见的两个零件之间的尺寸相关。通过相关链，可以表达用户从事任务之间的相关性。,39,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.3 HyCD的协作模式,独立负责：用户子任务之间没有联系，代表子任务的超文本节点之间既没有包含关系，也没有链连接。协作关系松散，用户可以观察其他人的部件，并添加评注。,40,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.3 HyCD的协作模式,层次协作：用户子任务之间有层次关系，代表子任务的超文本节点之间有包含关系。子节点的变化，会产生一个给父节点的事件消息，如果当前父节点处于打开
22、状态，则消息会立即显示；如果当前父节点没有被打开，则父节点会自动反映子节点的变化，比如父节点引用了子节点的内容的情况，父节点总是自动引用子节点的最新内容。两种情况下，事件消息都会进入父节点的属主的信箱，以便等待机会通知该用户。,41,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.3 HyCD的协作模式,相关协作：用户子任务之间有相关关系，如部件的配合关系，则代表子任务的超文本节点之间有相关链连接。链的起始端内容的变化（即链的起始节点内锚所代表的实体的变化），会产生一个给目的端节点的消息。如果目的端节点处于打开状态，则消息立即显示，否则，下一次节点被打开时显示。两种情况下该消息都进入目的节点属主的信箱
23、。,42,2.2 协作超文本模型HyCD,2.2.3 HyCD的协作模式,互相会话：两个以上的用户通过直接的通信通道同时工作在同一个部件上，每个用户的所有操作立刻反映到其他用户的部件视图上，这类协作模式也可以是不立即提交变化。,43,2.3基于HyCD的系统:CoDesign,CoDesign的体系结构,44,2.3基于HyCD的系统:CoDesign,AutoCAD实现：部件内容是DWG格式的AutoCAD图；锚是AutoCAD库中的实体或实体的属性；链的语义：链表示不同图中几何元素之间的相关性；复合部件的语义：复合部件的内容是一个主图，其子图存在子部件中。,45,2.3基于HyCD的系统:
24、CoDesign,应用示例：,任务分配、模型初始化、设计过程、交互、注释,46,3 多媒体会议,提供会议的管理和控制，并提供音频和视频通道，使成员之间同步地进行通讯、协作和协调数据会议视频会议多媒体桌面会议,47,3 多媒体会议,48,3.1 数据会议,数据会议的主要特点是消息的实时传递，即一个用户对共享数据的修改要同步地通知其他相关用户：白板、Chat、共享应用程序这里的消息是一种概括的说法。由于数据会议中的共享对象可以是数据，也可以是应用程序，因此根据共享对象的不同，消息的含义也不同：对于共享程序，消息指程序的输出；对于共享数据，消息指数据变化的通知。,49,Application sha
25、ring/Multiuser Interface：一个单用户程序的窗口可以同时出现在参加会议的多个用户的屏幕上，让他们共同操纵这个程序。实际上被共享的程序还是只运行在一台计算机上。由发起共享的人指定共享哪个程序，然后这个程序的屏幕输出被发送给其他用户，在他们各自的屏幕上显示出来。每个用户的（键盘和鼠标）输入被送回到程序实际运行的计算机上，交给那个程序处理，这样程序就对所有用户的输入都作出反应。这里自然涉及到控制权（Floor Control）的问题，也是一个重要的研究课题。,3.1 数据会议：共享应用程序和共享数据,50,优点：被共享的程序不必具有协作功能，现有的单用户程序不必改动即可以让多个
26、用户使用，达到WYSIWIS的效果。缺点：由于是传递屏幕输出，数据量比较大，在用户人数比较多时占用带宽太大，严重影响运行速度。并不是所有的程序都可以共享。需要比较复杂的控制权管理，而且容易造成控制混乱。远端用户可能通过共享的程序破坏本地的数据，有安全隐患。,3.1 数据会议：共享应用程序和共享数据,51,共享数据的应用本身必须具备协作功能在用户间传递的只是变化了的共享数据 数据会议T.120标准包含一系列通信和应用协议，支持实时多点数据通信，成为桌面数据会议、多用户程序、多人游戏等新一代应用的基础,3.1 数据会议：共享应用程序和共享数据,52,3.2 视频会议,视频会议属于同步的显式协作，是
27、CSCW中一个发展得非常成熟的领域，已经有很多国际标准，目前最流行的视频会议标准是H.323。,53,3.2 视频会议：H.32X标准系列,54,3.3 Internet上的多媒体讨论系统SameView,当用户不断的增多的时候，传统的基于对称、紧耦合结构的协同系统（如利用MCU的视频会议系统），将面临着硬件成本的急剧增长。SameView采用了基于多播的多级客户机/服务器体系结构，并且应用程序可以运行在支持与不支持多播的网络并存的混合环境中，不必改变现有的网络基础设施，便于应用的实施。SameView是在大规模和异构环境下开展多媒体会议、远程教育等应用的一种廉价而高效的解决方案。,55,多媒
28、体讨论板作为协同讨论的共享空间，与传统的白板应用相比，有以下的一些新的特征：支持HTML格式，可以将更丰富、更结构化的材料显示在讨论板上；支持在文档上增改注释，如加亮、文字等；讨论过程可以被记录下来，并加上索引，以便在事后用于回放。视频/音频子系统为远程协同讨论系统提供实时的视频与音频服务。,3.3 Internet上的多媒体讨论系统SameView：功能,56,3.3 Internet上的多媒体讨论系统SameView：界面,57,混合环境下的多播：TORM（Totally Ordered Reliable Multicast，全局有序的可靠多播）,3.3 Internet上的多媒体讨论系统
29、SameView：关键技术,58,About 实验,实验一：多媒体同步实验目的：围绕一个小而比较全面的应用主题，在需求分析、多媒体信息采集、编辑、应用程序设计等多媒体应用程序开发的几个主要技术环节综合运用多媒体信息处理知识，了解和基本掌握多媒体应用程序开发的关键技术。实验条件：实验室另有扫描仪可以扫描图象。软件包括音频采集软件，视频采集、编辑软件，图象处理软件，Ark等编著工具。每人一台微机，两人或一人为一实验小组。实验内容：1）以介绍你自己（或你们小组）为主要内容或自选一个主题，编写简要的创作脚本。要求包括一段时间上同步的多媒体演示。2）根据脚本要求采集、编辑多媒体数据。至少包括下列数据：图
30、片、音频和视频。3）选择一个程序设计语言或著作工具将这些数据集成到应用程序中，达到脚本创意要求。思考题：1）列出你的应用程序的简要创作脚本；以某一同步方式形式化地表示你的应用程序中的一段同步的多媒体演示。2）在多媒体演示应用中，同步是其中的一个关键问题。许多著作工具采用了基于时间轴的同步描述方法，请简述之。基于时间轴的同步描述有那些问题，应当如何克服？3）自己设计一种多媒体同步演示的定义和实现方法。,59,About 实验,实验二：媒体点播实验目的：初步了解媒体点播系统。实验条件：网络浏览器，播放插件实验内容：浏览媒体服务器内容目录，点播不同的媒体流。思考题：1）服务器中大致有哪些数据类型的可
31、供点播的内容？2）目前只有一台PIII550双CPU的微机作为内容及数据服务器，根据实验现象（点播服务质量）分析当前系统的性能和可能改进的方案。,60,About 实验,实验三：多媒体会议实验目的：通过使用SameView，加深对CSCW基本概念的理解，了解多媒体会议系统所涉及的关键技术。实验条件：实验室共有30台PII400微机，每台配置Speaker&Microphone，安装有SameView.。每人一台微机，每5人为一实验小组，每组的一台微机配有Camera。实验内容：1）阅读联机手册，了解系统概貌，总体理解系统的功能。2）每组5个同学分配不同的角色，利用SameView模拟进行一段时
32、间的远程多媒体教学；要求在Media-Board上共同浏览教案，并同步添加多媒体注释，启用A/V子系统以及Chat实时对话。思考题：1）试论SameView是如何实现远程多媒体课堂的？如果技术成熟，你愿意在这样的远程课堂上课吗？详述你愿意与否的理由和建议。2）在SameView中，一个教师同时要给许多学生上课，这就需要从一个数据源到多个接受者的数据传输。你认为在传统的TCP/IP网络上是否可以实现，如何实现？在SameView中使用了IP Multicast技术，请问IP Multicast又是如何工作的？与传统的网络服务（TCP/IP）相比又有什么好处？3）在SameView中的视频需要使用H.261进行压缩，为什么？其它的许多视频压缩方案，例如MPEG-I,MPEG-II,Motion JPEG是否也能适用，为什么？,61,参考文献,提供4篇文档：HyCDT.120H.32XTORM,
