多媒體技術(shù)原理及應(yīng)用

11.1計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同工作系統(tǒng)11.1.1CSCW概念

CSCW最早是在1986年提出的。與CSCW密切相關(guān)的一個(gè)概念是群件。

CSCW致力于研究協(xié)同工作的本質(zhì)和特征,探討如何利用各種計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)計(jì)出支持協(xié)同工作的信息系統(tǒng)。Ellis在1991年定義：CSCW是支持有著共同目標(biāo)或共同任務(wù)的群體性活動(dòng)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并且系統(tǒng)為共享的環(huán)境提供接口。

CSCW系統(tǒng)具有以下特點(diǎn):協(xié)同性有共同的工作目標(biāo)即群體工作目標(biāo)。群體性設(shè)計(jì)人員采用群體工作方式,設(shè)計(jì)群體有合理組成。交互性群接口支持用戶與系統(tǒng)的交互分布性設(shè)計(jì)人員分布在不同地點(diǎn)。與CSCW相關(guān)的群件定義

為協(xié)作群體使用而設(shè)計(jì)的特殊計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

群件包括軟件、硬件、服務(wù)和群體工作過程支持等。11.1.2CSCW系統(tǒng)分類

共同任務(wù)就是合作者共同完成的任務(wù)。

在傳統(tǒng)的時(shí)間共享系統(tǒng)中,多用戶執(zhí)行相對(duì)獨(dú)立的任務(wù),無協(xié)作意識(shí),處于共同任務(wù)的低級(jí)。遠(yuǎn)程醫(yī)療、電視會(huì)議系統(tǒng)等多人合作在實(shí)時(shí)交互期內(nèi)協(xié)作意識(shí)強(qiáng),處于共同任務(wù)的高級(jí)。

共享環(huán)境是合作者所處于的某個(gè)可共享的環(huán)境.

共享環(huán)境是從時(shí)間和空間角度來考慮。電子郵件系統(tǒng)對(duì)環(huán)境信息要求低,很少提供環(huán)境信息,處于共享環(huán)境的低級(jí);而實(shí)時(shí)會(huì)議系統(tǒng)要模擬傳統(tǒng)的會(huì)議室,對(duì)于會(huì)議現(xiàn)場(chǎng)、人員、討論問題要有清楚及時(shí)地提示,處于共享環(huán)境高級(jí)。CSCW目前活躍的領(lǐng)域:(1)電子郵件系統(tǒng)(2)電子布告欄系統(tǒng)(3)群決策支持系統(tǒng)和電子會(huì)議室系統(tǒng)(4)多用戶共同編輯系統(tǒng)(5)計(jì)算機(jī)會(huì)議系統(tǒng)

11.1.3CSCW系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)理論與方法

群體協(xié)作模型群體成員進(jìn)行協(xié)作共同完成任務(wù)的模式。

它涉及群體成員間如何開展協(xié)作,在協(xié)作時(shí)如何進(jìn)行交互,如何進(jìn)行操作的協(xié)調(diào),如何使協(xié)作過程向前推進(jìn)以及如何結(jié)束協(xié)作完成協(xié)作任務(wù)等問題。

典型的協(xié)作模型對(duì)話模型會(huì)議模型過程模型活動(dòng)模型分層抽象模型

對(duì)話模型這種模型將人們之間的各種復(fù)雜的協(xié)作建立在兩人間的交互和動(dòng)作的協(xié)調(diào)基礎(chǔ)上,兩人間協(xié)作是各類協(xié)作的基本元素。

Searle對(duì)構(gòu)成兩人間協(xié)作言語(yǔ)行為進(jìn)行研究,1969年建立了講話-行為(Speech-Act)理論,該理論用3個(gè)特征來刻劃言語(yǔ)行為：(1)非語(yǔ)法含義如``請(qǐng)求”的寓意可定義為使聽話人做某事的企圖;“斷言”的寓意是對(duì)某事件真實(shí)狀態(tài)的表達(dá)。(2)適應(yīng)方向指的是命題內(nèi)容與命題所指世界的關(guān)系。某些非語(yǔ)法含義的方向是使內(nèi)容適應(yīng)世界,而另一些是使世界適應(yīng)內(nèi)容。斷言屬于前者,承諾和請(qǐng)求屬于后者。(3)誠(chéng)懇狀態(tài)它是指說話者對(duì)其命題內(nèi)容心理上的態(tài)度。“斷言”中,說話人表達(dá)了他所說的是真實(shí)的這一信念。

基于對(duì)話模型的系統(tǒng)主要是消息系統(tǒng),它們支持參與者通過彼此發(fā)送的異步的消息來進(jìn)行協(xié)調(diào)與合作。在講話-行為理論基礎(chǔ)上,Medina-Mora將兩人間的協(xié)作抽象為一個(gè)動(dòng)作環(huán),兩人的身份分別為客戶和執(zhí)行者,這個(gè)動(dòng)作環(huán)由4個(gè)階段組成。ActionWorkFlow系統(tǒng)即是基于這種模型。

“你能做嗎?”“我能做”“多謝！”“做完了”1.客戶請(qǐng)求2.執(zhí)行者同意4.客戶表示滿意3.執(zhí)行者完成并匯報(bào)會(huì)議模型

會(huì)議是常見的多人間協(xié)作形式。會(huì)議是多人聚集在一起,各自發(fā)表意見,聽取他人看法,交流協(xié)商達(dá)成共識(shí)。會(huì)議有以下作用：(1)參與者通過交流思想,相互學(xué)習(xí),吸取經(jīng)驗(yàn),促進(jìn)知識(shí)、方法、策略的結(jié)合。(2)參與者經(jīng)過討論,糾正錯(cuò)誤的看法,消除誤解,使各觀點(diǎn)融合,得到對(duì)某問題的一致認(rèn)識(shí)。(3)參與者對(duì)共同事物施以動(dòng)作,協(xié)同完成同一任務(wù)。

會(huì)議模型特點(diǎn)：協(xié)作參與者一般不進(jìn)行兩兩間的交互,而是通過共享的信息空間彼此溝通。

共享討論空間或共享信息協(xié)作參與者1協(xié)作參與者3協(xié)作參與者2協(xié)作參與者4

以會(huì)議模型模型為基礎(chǔ)的CSCW系統(tǒng):

計(jì)算機(jī)會(huì)議系統(tǒng),白板系統(tǒng),BBS等其它基于共享信息協(xié)同工作系統(tǒng)。上述2種協(xié)作模型都是從完成具有協(xié)作任務(wù)時(shí)人們之間的交互關(guān)系這個(gè)角度來進(jìn)行刻劃的,下面2種模型從協(xié)作任務(wù)的管理及分工與合作的角度來刻劃人們之間的協(xié)作。

過程模型

將協(xié)作任務(wù)分成相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)小步驟,通過多個(gè)人分別單獨(dú)地對(duì)小步驟的執(zhí)行共同來完成任務(wù)的協(xié)作模型成為過程模型。在這種模型下協(xié)作任務(wù)完成是由多個(gè)人的單獨(dú)異步的行為彼此相連而形成一個(gè)復(fù)雜的過程。目前具體的過程模型有OM-1模型、OTM模型等,及基于這些模型的CSCW系統(tǒng)。這種模型嚴(yán)格定義了協(xié)作參與者行為,屬高度結(jié)構(gòu)化的協(xié)作,適合具有良好規(guī)范的設(shè)計(jì)或辦公過程。其缺點(diǎn)是缺乏靈活性,應(yīng)用有局限性。活動(dòng)模型

活動(dòng)模型與過程模型類似,其中多個(gè)人也是通過分工與合作來共同完成協(xié)作任務(wù)。將協(xié)作任務(wù)分成一個(gè)個(gè)目標(biāo)確定的子任務(wù)(活動(dòng)),定義這些子任務(wù)間關(guān)系及子任務(wù)的完成者,然后通過各協(xié)作參與者分別對(duì)相應(yīng)任務(wù)的執(zhí)行,使整個(gè)協(xié)作任務(wù)得以完成。活動(dòng)模型主要著眼于在執(zhí)行任務(wù)時(shí)參與活動(dòng)的成員間交換什么信息,而并不規(guī)定子任務(wù)完成時(shí)所需執(zhí)行的操作。

活動(dòng)模型符合了人們行為的情景性特點(diǎn),具有很大的靈活性,如協(xié)作科研項(xiàng)目的完成,需要?jiǎng)?chuàng)造性協(xié)作活動(dòng)。活動(dòng)模型主要處理的是對(duì)多個(gè)合作者完成復(fù)雜協(xié)作任務(wù)的分工,以及對(duì)子任務(wù)之間的關(guān)系和整個(gè)任務(wù)完成進(jìn)度的管理,不涉及子任務(wù)具體完成方式。分層抽象模型

人與人間協(xié)作的層次性如一門課教學(xué),協(xié)作任務(wù)首先要分成多個(gè)小的子任務(wù),如各章的教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及測(cè)驗(yàn)等,而完成這些子任務(wù)時(shí)候,如一堂課教學(xué)又需教師講、學(xué)生聽及相互討論等。會(huì)議-活動(dòng)-合作模型Vin等人將群體協(xié)作行為抽象:

會(huì)議

是多個(gè)人通過各種途徑進(jìn)行時(shí)間上連續(xù)的一次性同步交互過程。如一堂課的教學(xué)、討論會(huì)等,刻畫多人間的關(guān)系。

活動(dòng)

是一組語(yǔ)義上相關(guān)的同時(shí)進(jìn)行的會(huì)議的集合,有時(shí)一個(gè)會(huì)議的進(jìn)行取決于其它會(huì)議的狀況。

合作

是一個(gè)具有時(shí)間順序的多個(gè)活動(dòng)組成的序列。如一門課的教學(xué)就是一個(gè)合作。上述模型有效地劃分協(xié)作層次性,但無法處理由不同的人完成不同子任務(wù)的情況。為了描述協(xié)同任務(wù)中子任務(wù)情況,有人提出了活動(dòng)-任務(wù)-合作抽象模型。活動(dòng)-任務(wù)-合作抽象模型。

最高層抽象為合作它是多個(gè)人為完成獨(dú)立長(zhǎng)期的合作項(xiàng)目而執(zhí)行的所有行為,具有完全獨(dú)立性。

第二層抽象為任務(wù)任務(wù)為合作的各個(gè)階段所需完成的具有一定目標(biāo)、語(yǔ)義完整的相對(duì)獨(dú)立的長(zhǎng)時(shí)間協(xié)同行為,它具有相對(duì)獨(dú)立性;最底層抽象為活動(dòng)?；顒?dòng)為完成某項(xiàng)具體任務(wù)時(shí),單個(gè)人或一組人執(zhí)行的在時(shí)間上連貫的一次行為,它強(qiáng)調(diào)的是時(shí)間連貫性,也是同時(shí)性。

這三層抽象將獨(dú)立的合作看成多個(gè)彼此相關(guān)的子任務(wù)網(wǎng)絡(luò),并且將各子任務(wù)看成多個(gè)活動(dòng)組成的序列,此模型可以概括人與人之間的協(xié)作行為。具體的協(xié)作通過以上3層抽象表示后,其實(shí)際的執(zhí)行過程就是自下而上,即活動(dòng),任務(wù),合作。CSCW系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法

多Agent方法群接口方法協(xié)作機(jī)制與通告機(jī)制通信網(wǎng)絡(luò)及控制多Agent方法多Agent方法來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為分布式問題求解和多Agent系統(tǒng)兩個(gè)方面。DPS的研究側(cè)重于如何分解某個(gè)特定問題,并分配到一組擁有分布知識(shí)并相互連接節(jié)點(diǎn)上分別處理；MAS側(cè)重于研究由多個(gè)Agent組成的多Agent系統(tǒng)中各Agent行為的協(xié)調(diào)及它們之間的協(xié)同工作。

定義1(弱定義)Agent是具有下列特性的計(jì)算機(jī)軟硬件系統(tǒng)：自治性─可以不受人或任何外界因素的干涉而獨(dú)立存在,對(duì)自己的行為和狀態(tài)有一定的控制權(quán)；社會(huì)性—可以通過某種Agent通信語(yǔ)言ACL和其它Agent(包括人)進(jìn)行信息交流；反應(yīng)性—可以理解周圍的環(huán)境,并對(duì)環(huán)境的變化作出實(shí)時(shí)的響應(yīng)；能動(dòng)性—可以主動(dòng)地做出有目標(biāo)的動(dòng)作。

定義2(強(qiáng)定義)Agent除了具備定義1中的所有特性外,還應(yīng)具備一些人類才具有的特性,如知識(shí)、信念、義務(wù)、意向等精神上的觀念和情感、能力等更抽象的概念。對(duì)MAS研究分為兩方面:Agent內(nèi)部行為模型;Agent的外部模型,即Agent在協(xié)同、協(xié)商、競(jìng)爭(zhēng)等活動(dòng)中交互過程模型,以及通信方式、消息類型等。CSCW系統(tǒng)作為MAS進(jìn)行研究,對(duì)高層概念探討有指導(dǎo);對(duì)具體CSCW系統(tǒng),主要作用的是人,CSCW系統(tǒng)只是為完成協(xié)作任務(wù)提供服務(wù),一般不必具有自主性、智能。

群接口方法CSCW系統(tǒng)的人機(jī)接口應(yīng)能體現(xiàn)群體活動(dòng)及多用戶控制的特征,這種接口稱群接口,它能處理多用戶控制的復(fù)雜性。群接口研究基礎(chǔ)是用戶界面管理系統(tǒng)(UIMS)

群接口可分3類

(a)支持表現(xiàn)級(jí)共享的接口,屬緊藕合型。每個(gè)合作者有相同的顯示,WYSIWIS。(b)支持視圖級(jí)共享的接口,屬中藕合型。每個(gè)合作者表現(xiàn)信息相同,但可有不同的顯示方式(c)支持對(duì)象級(jí)共享的接口,屬松藕合型。每個(gè)合作者有不同的顯示(內(nèi)容和方式)。

UIMS模型

用戶接口部件應(yīng)用程序語(yǔ)義部件用戶交互高層的語(yǔ)義請(qǐng)求/響應(yīng)

群接口形式

用戶接口1用戶接口2用戶接口3CSCW系統(tǒng)語(yǔ)義部件控制部件用戶1用戶2用戶3協(xié)作機(jī)制與通告機(jī)制

協(xié)作機(jī)制是用戶間約定的交互方式,可完成調(diào)度用戶活動(dòng)、分配共享資源等任務(wù)。協(xié)作機(jī)制設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)主要考慮：允許用戶根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要靈活地改變協(xié)作機(jī)制,能處理協(xié)作過程意外事件的發(fā)生,能將系統(tǒng)的各層協(xié)作活動(dòng)集成為一個(gè)整體等。協(xié)調(diào)機(jī)制主要用于解決實(shí)時(shí)性活動(dòng)中同步問題。通告機(jī)制主要用于處理異步活動(dòng)。通信網(wǎng)絡(luò)及控制

組通信涉及多種傳輸要求,包括點(diǎn)到點(diǎn),點(diǎn)到多點(diǎn),多點(diǎn)到點(diǎn),多點(diǎn)到多點(diǎn)等。CSCW對(duì)網(wǎng)絡(luò)特定要求包括:能支持集成多媒體數(shù)據(jù)傳輸；能支持多點(diǎn)通訊等。另外數(shù)據(jù)交換格式標(biāo)準(zhǔn)化也非常重要。網(wǎng)絡(luò)資源存取控制確定CSCW系統(tǒng)的用戶存取系統(tǒng)或其它用戶數(shù)據(jù)的方式。存取控制的狀態(tài)不是靜態(tài)而是動(dòng)態(tài)的。CSCW應(yīng)定義靈活有效而快速的存取控制機(jī)制，允許用戶方便地修改信息的存取控制狀態(tài)。11.1.4CSCW系統(tǒng)實(shí)例

斯坦福研究所(SRI)研制的多媒體協(xié)同工作系統(tǒng)(CECED)。普渡大學(xué)研制的SHASTRA協(xié)同工作的多媒體科學(xué)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。IBM歐洲網(wǎng)絡(luò)中心、DEC公司等共同開發(fā)的BERKOM多媒體協(xié)同服務(wù)器。另外,最近幾年國(guó)際國(guó)內(nèi)開通了很多遠(yuǎn)程醫(yī)療系統(tǒng)和遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng),它們大多是基于在寬帶網(wǎng)上運(yùn)行的視頻服務(wù)系統(tǒng),這些系統(tǒng)已獲得了顯著的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。11.2數(shù)字視頻服務(wù)系統(tǒng)

數(shù)字音頻視頻理事會(huì)(DAVIC)是國(guó)際上致力于研究數(shù)字音頻視頻應(yīng)用和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的組織其工作目標(biāo)是通過數(shù)字音頻視頻應(yīng)用和服務(wù)系統(tǒng)接口、協(xié)議和體系結(jié)構(gòu)描述規(guī)范的正式標(biāo)準(zhǔn)，簡(jiǎn)稱為DAVIC協(xié)議。DAVIC協(xié)議在不斷完善和擴(kuò)充,自1994年發(fā)布DAVIC1.0后,1996年3月發(fā)布了DAVIC1.1,1998年又公布了DAVIC1.4標(biāo)準(zhǔn)。11.2.1DAVIC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DAVIC系統(tǒng)一般包括5個(gè)部分(或稱實(shí)體),即內(nèi)容提供者系統(tǒng)(CPS)、服務(wù)提供者系統(tǒng)(SPS)、服務(wù)消費(fèi)者系統(tǒng)(SCS)以及連接它們的CPS-SPS傳輸系統(tǒng)和SPS-SCS傳輸系統(tǒng)。在實(shí)際系統(tǒng)中,上述邏輯實(shí)體對(duì)應(yīng)著相應(yīng)服務(wù)器、端點(diǎn)設(shè)備和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。例如VOD系統(tǒng)包括下面幾部分物理設(shè)備：(1)視頻服務(wù)器;(2)ATM交換機(jī);(3)SDH傳輸網(wǎng)寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò);(4)ADSL復(fù)接器;(5)機(jī)頂盒(STB).

DAVIC系統(tǒng)CPSCPS-SPS傳遞系統(tǒng)SPSSPS-SCS傳遞系統(tǒng)scs視頻服務(wù)器系統(tǒng)應(yīng)由下列部分組成：(1)一個(gè)或多個(gè)媒體服務(wù)器(2)應(yīng)用服務(wù)器(AS)服務(wù)提供者系統(tǒng)。(3)管理工作站VOD系統(tǒng)的一級(jí)網(wǎng)關(guān)(L1GW)負(fù)責(zé)STB和應(yīng)用服務(wù)器之間的會(huì)話管理。VOD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖視頻服務(wù)器ATM交換機(jī)ADSL復(fù)接器PABX電話STB電視SDH環(huán)中心機(jī)房局端機(jī)房用戶端155/622MbpsATM信元話音話音視頻信號(hào)交互信息及視頻流155/622MbpsATM信元155/622Mbps

11.2.2數(shù)字音頻視頻服務(wù)系統(tǒng)的協(xié)議

DAVIC系統(tǒng)協(xié)議流程分兩大階段：U-N階段和U-U階段。U-N階段主要完成S2流連接的建立U-U階段主要完成用戶(如STB)和服務(wù)器(如AS)之間S2流的交互控制及S1流的建立。以VOD系統(tǒng)為例介紹協(xié)議流程VOD系統(tǒng)U-N階段分UN配置和UN會(huì)話兩個(gè)階段,具體協(xié)議流程：

(1)STB得到預(yù)置的到L1GW上的UN配置服務(wù)器實(shí)體的通路(IP和UDP服務(wù)的端口號(hào))。(2)使用UDP協(xié)議與UN配置實(shí)體通信,利用UNConfigRequest消息。(3)STB設(shè)置接收UNConfigConfirm的時(shí)鐘,準(zhǔn)備接收UNConfigConfirm消息。(4)STB如果接收到了L1GW配置實(shí)體返回給STB的UNConfigConfirm消息,分析UNConfigConfirm消息中的各個(gè)域,然后進(jìn)行與用戶的交互,準(zhǔn)備進(jìn)行UN會(huì)話。(5)利用預(yù)置的到L1GW上的UN配置服務(wù)器實(shí)體的通路向L1GW發(fā)送會(huì)話建立請(qǐng)求消息；設(shè)置時(shí)鐘，準(zhǔn)備接收會(huì)話建立確認(rèn)消息。(6)L1GW在接收STB來的請(qǐng)求建立會(huì)話消息。查看這個(gè)STB是否加入STB表，STB狀態(tài)是不是“Enabled”。如果不在表中，應(yīng)該拒絕其要求；若未被“Enabled”，也拒絕其要求。如果是合法STB,發(fā)送會(huì)話建立指示消息。

(7)AS接收到會(huì)話建立指示消息,從消息的userData域中取出用戶的名字和口令,在用戶表中查詢是否是合法用戶,用戶的狀態(tài)是否“Enabled”。(8)L1GW為此STB分配S2流資源,發(fā)送增加資源確認(rèn)消息給AS。(9)AS接收從L1GW來的增加資源確認(rèn)消息,如果資源分配成功,向L1GW發(fā)送會(huì)話建立響應(yīng)消息,其userData域中包括主菜單的URL地址或上次用戶沒有看完節(jié)目的URL地址和播放位置。(10)L1GW接收到AS來會(huì)話建立響應(yīng)消息,向STB發(fā)送會(huì)話建立確認(rèn)消息。

U-U階段具體協(xié)議流程如下:(11)STB接收到會(huì)話建立確認(rèn)消息,從中取出上次會(huì)話的信息,啟動(dòng)瀏覽器,通過HTTP協(xié)議向AS請(qǐng)求菜單。(12)AS返回STB請(qǐng)求的菜單,STB在菜單中瀏覽各種節(jié)目的信息。(13)當(dāng)用戶從中選擇一個(gè)節(jié)目后,按預(yù)覽按鈕就進(jìn)入預(yù)覽窗口。

(14)節(jié)目正常觀看結(jié)束時(shí),媒體服務(wù)器會(huì)給AS發(fā)節(jié)目結(jié)束消息。AS自動(dòng)拆除S1流,STB自動(dòng)關(guān)閉播放窗口,返回到節(jié)目菜單。(15)如果用戶關(guān)閉瀏覽器,STB就在S3鏈路上發(fā)出拆除會(huì)話消息,然后返回到選擇AS的窗口。(16)如果用戶此時(shí)選擇退出,STB端的交互就結(jié)束了。

VOD系統(tǒng)DAVIC系統(tǒng)的信息流包括:(1)

S1流從內(nèi)容提供者到服務(wù)消費(fèi)者系統(tǒng)內(nèi)容信息,采用MPEG標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。(2)

S2