多媒體技術原理及應用

11.1計算機支持的協同工作系統11.1.1CSCW概念

CSCW最早是在1986年提出的。與CSCW密切相關的一個概念是群件。

CSCW致力于研究協同工作的本質和特征,探討如何利用各種計算機技術設計出支持協同工作的信息系統。Ellis在1991年定義：CSCW是支持有著共同目標或共同任務的群體性活動的計算機系統，并且系統為共享的環(huán)境提供接口。

CSCW系統具有以下特點:協同性有共同的工作目標即群體工作目標。群體性設計人員采用群體工作方式,設計群體有合理組成。交互性群接口支持用戶與系統的交互分布性設計人員分布在不同地點。與CSCW相關的群件定義

為協作群體使用而設計的特殊計算機系統。

群件包括軟件、硬件、服務和群體工作過程支持等。11.1.2CSCW系統分類

共同任務就是合作者共同完成的任務。

在傳統的時間共享系統中,多用戶執(zhí)行相對獨立的任務,無協作意識,處于共同任務的低級。遠程醫(yī)療、電視會議系統等多人合作在實時交互期內協作意識強,處于共同任務的高級。

共享環(huán)境是合作者所處于的某個可共享的環(huán)境.

共享環(huán)境是從時間和空間角度來考慮。電子郵件系統對環(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;而實時會議系統要模擬傳統的會議室,對于會議現場、人員、討論問題要有清楚及時地提示,處于共享環(huán)境高級。CSCW目前活躍的領域:(1)電子郵件系統(2)電子布告欄系統(3)群決策支持系統和電子會議室系統(4)多用戶共同編輯系統(5)計算機會議系統

11.1.3CSCW系統實現理論與方法

群體協作模型群體成員進行協作共同完成任務的模式。

它涉及群體成員間如何開展協作,在協作時如何進行交互,如何進行操作的協調,如何使協作過程向前推進以及如何結束協作完成協作任務等問題。

典型的協作模型對話模型會議模型過程模型活動模型分層抽象模型

對話模型這種模型將人們之間的各種復雜的協作建立在兩人間的交互和動作的協調基礎上,兩人間協作是各類協作的基本元素。

Searle對構成兩人間協作言語行為進行研究,1969年建立了講話-行為(Speech-Act)理論,該理論用3個特征來刻劃言語行為：(1)非語法含義如``請求”的寓意可定義為使聽話人做某事的企圖;“斷言”的寓意是對某事件真實狀態(tài)的表達。(2)適應方向指的是命題內容與命題所指世界的關系。某些非語法含義的方向是使內容適應世界,而另一些是使世界適應內容。斷言屬于前者,承諾和請求屬于后者。(3)誠懇狀態(tài)它是指說話者對其命題內容心理上的態(tài)度。“斷言”中,說話人表達了他所說的是真實的這一信念。

基于對話模型的系統主要是消息系統,它們支持參與者通過彼此發(fā)送的異步的消息來進行協調與合作。在講話-行為理論基礎上,Medina-Mora將兩人間的協作抽象為一個動作環(huán),兩人的身份分別為客戶和執(zhí)行者,這個動作環(huán)由4個階段組成。ActionWorkFlow系統即是基于這種模型。

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

會議是常見的多人間協作形式。會議是多人聚集在一起,各自發(fā)表意見,聽取他人看法,交流協商達成共識。會議有以下作用：(1)參與者通過交流思想,相互學習,吸取經驗,促進知識、方法、策略的結合。(2)參與者經過討論,糾正錯誤的看法,消除誤解,使各觀點融合,得到對某問題的一致認識。(3)參與者對共同事物施以動作,協同完成同一任務。

會議模型特點：協作參與者一般不進行兩兩間的交互,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作參與者1協作參與者3協作參與者2協作參與者4

以會議模型模型為基礎的CSCW系統:

計算機會議系統,白板系統,BBS等其它基于共享信息協同工作系統。上述2種協作模型都是從完成具有協作任務時人們之間的交互關系這個角度來進行刻劃的,下面2種模型從協作任務的管理及分工與合作的角度來刻劃人們之間的協作。

過程模型

將協作任務分成相互關聯的多個小步驟,通過多個人分別單獨地對小步驟的執(zhí)行共同來完成任務的協作模型成為過程模型。在這種模型下協作任務完成是由多個人的單獨異步的行為彼此相連而形成一個復雜的過程。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。這種模型嚴格定義了協作參與者行為,屬高度結構化的協作,適合具有良好規(guī)范的設計或辦公過程。其缺點是缺乏靈活性,應用有局限性?；顒幽Ｐ?/p>

活動模型與過程模型類似,其中多個人也是通過分工與合作來共同完成協作任務。將協作任務分成一個個目標確定的子任務(活動),定義這些子任務間關系及子任務的完成者,然后通過各協作參與者分別對相應任務的執(zhí)行,使整個協作任務得以完成?；顒幽Ｐ椭饕塾谠趫?zhí)行任務時參與活動的成員間交換什么信息,而并不規(guī)定子任務完成時所需執(zhí)行的操作。

活動模型符合了人們行為的情景性特點,具有很大的靈活性,如協作科研項目的完成,需要創(chuàng)造性協作活動?；顒幽Ｐ椭饕幚淼氖菍Χ鄠€合作者完成復雜協作任務的分工,以及對子任務之間的關系和整個任務完成進度的管理,不涉及子任務具體完成方式。分層抽象模型

人與人間協作的層次性如一門課教學,協作任務首先要分成多個小的子任務,如各章的教學、實驗及測驗等,而完成這些子任務時候,如一堂課教學又需教師講、學生聽及相互討論等。會議-活動-合作模型Vin等人將群體協作行為抽象:

會議

是多個人通過各種途徑進行時間上連續(xù)的一次性同步交互過程。如一堂課的教學、討論會等,刻畫多人間的關系。

活動

是一組語義上相關的同時進行的會議的集合,有時一個會議的進行取決于其它會議的狀況。

合作

是一個具有時間順序的多個活動組成的序列。如一門課的教學就是一個合作。上述模型有效地劃分協作層次性,但無法處理由不同的人完成不同子任務的情況。為了描述協同任務中子任務情況,有人提出了活動-任務-合作抽象模型?；顒?任務-合作抽象模型。

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

第二層抽象為任務任務為合作的各個階段所需完成的具有一定目標、語義完整的相對獨立的長時間協同行為,它具有相對獨立性;最底層抽象為活動?；顒訛橥瓿赡稠椌唧w任務時,單個人或一組人執(zhí)行的在時間上連貫的一次行為,它強調的是時間連貫性,也是同時性。

這三層抽象將獨立的合作看成多個彼此相關的子任務網絡,并且將各子任務看成多個活動組成的序列,此模型可以概括人與人之間的協作行為。具體的協作通過以上3層抽象表示后,其實際的執(zhí)行過程就是自下而上,即活動,任務,合作。CSCW系統實現方法

多Agent方法群接口方法協作機制與通告機制通信網絡及控制多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系統兩個方面。DPS的研究側重于如何分解某個特定問題,并分配到一組擁有分布知識并相互連接節(jié)點上分別處理；MAS側重于研究由多個Agent組成的多Agent系統中各Agent行為的協調及它們之間的協同工作。

定義1(弱定義)Agent是具有下列特性的計算機軟硬件系統：自治性─可以不受人或任何外界因素的干涉而獨立存在,對自己的行為和狀態(tài)有一定的控制權；社會性—可以通過某種Agent通信語言ACL和其它Agent(包括人)進行信息交流；反應性—可以理解周圍的環(huán)境,并對環(huán)境的變化作出實時的響應；能動性—可以主動地做出有目標的動作。

定義2(強定義)Agent除了具備定義1中的所有特性外,還應具備一些人類才具有的特性,如知識、信念、義務、意向等精神上的觀念和情感、能力等更抽象的概念。對MAS研究分為兩方面:Agent內部行為模型;Agent的外部模型,即Agent在協同、協商、競爭等活動中交互過程模型,以及通信方式、消息類型等。CSCW系統作為MAS進行研究,對高層概念探討有指導;對具體CSCW系統,主要作用的是人,CSCW系統只是為完成協作任務提供服務,一般不必具有自主性、智能。

群接口方法CSCW系統的人機接口應能體現群體活動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雜性。群接口研究基礎是用戶界面管理系統(UIMS)

群接口可分3類

(a)支持表現級共享的接口,屬緊藕合型。每個合作者有相同的顯示,WYSIWIS。(b)支持視圖級共享的接口,屬中藕合型。每個合作者表現信息相同,但可有不同的顯示方式(c)支持對象級共享的接口,屬松藕合型。每個合作者有不同的顯示(內容和方式)。

UIMS模型

用戶接口部件應用程序語義部件用戶交互高層的語義請求/響應

群接口形式

用戶接口1用戶接口2用戶接口3CSCW系統語義部件控制部件用戶1用戶2用戶3協作機制與通告機制

協作機制是用戶間約定的交互方式,可完成調度用戶活動、分配共享資源等任務。協作機制設計和實現主要考慮：允許用戶根據實際應用的需要靈活地改變協作機制,能處理協作過程意外事件的發(fā)生,能將系統的各層協作活動集成為一個整體等。協調機制主要用于解決實時性活動中同步問題。通告機制主要用于處理異步活動。通信網絡及控制

組通信涉及多種傳輸要求,包括點到點,點到多點,多點到點,多點到多點等。CSCW對網絡特定要求包括:能支持集成多媒體數據傳輸；能支持多點通訊等。另外數據交換格式標準化也非常重要。網絡資源存取控制確定CSCW系統的用戶存取系統或其它用戶數據的方式。存取控制的狀態(tài)不是靜態(tài)而是動態(tài)的。CSCW應定義靈活有效而快速的存取控制機制，允許用戶方便地修改信息的存取控制狀態(tài)。11.1.4CSCW系統實例

斯坦福研究所(SRI)研制的多媒體協同工作系統(CECED)。普渡大學研制的SHASTRA協同工作的多媒體科學設計系統。IBM歐洲網絡中心、DEC公司等共同開發(fā)的BERKOM多媒體協同服務器。另外,最近幾年國際國內開通了很多遠程醫(yī)療系統和遠程教學系統,它們大多是基于在寬帶網上運行的視頻服務系統,這些系統已獲得了顯著的社會效益和經濟效益。11.2數字視頻服務系統

數字音頻視頻理事會(DAVIC)是國際上致力于研究數字音頻視頻應用和服務標準的組織其工作目標是通過數字音頻視頻應用和服務系統接口、協議和體系結構描述規(guī)范的正式標準，簡稱為DAVIC協議。DAVIC協議在不斷完善和擴充,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標準。11.2.1DAVIC系統結構DAVIC系統一般包括5個部分(或稱實體),即內容提供者系統(CPS)、服務提供者系統(SPS)、服務消費者系統(SCS)以及連接它們的CPS-SPS傳輸系統和SPS-SCS傳輸系統。在實際系統中,上述邏輯實體對應著相應服務器、端點設備和計算機系統。例如VOD系統包括下面幾部分物理設備：(1)視頻服務器;(2)ATM交換機;(3)SDH傳輸網寬帶傳輸網絡;(4)ADSL復接器;(5)機頂盒(STB).

DAVIC系統CPSCPS-SPS傳遞系統SPSSPS-SCS傳遞系統scs視頻服務器系統應由下列部分組成：(1)一個或多個媒體服務器(2)應用服務器(AS)服務提供者系統。(3)管理工作站VOD系統的一級網關(L1GW)負責STB和應用服務器之間的會話管理。VOD系統的結構示意圖視頻服務器ATM交換機ADSL復接器PABX電話STB電視SDH環(huán)中心機房局端機房用戶端155/622MbpsATM信元話音話音視頻信號交互信息及視頻流155/622MbpsATM信元155/622Mbps

11.2.2數字音頻視頻服務系統的協議

DAVIC系統協議流程分兩大階段：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)和服務器(如AS)之間S2流的交互控制及S1流的建立。以VOD系統為例介紹協議流程VOD系統U-N階段分UN配置和UN會話兩個階段,具體協議流程：

(1)STB得到預置的到L1GW上的UN配置服務器實體的通路(IP和UDP服務的端口號)。(2)使用UDP協議與UN配置實體通信,利用UNConfigRequest消息。(3)STB設置接收UNConfigConfirm的時鐘,準備接收UNConfigConfirm消息。(4)STB如果接收到了L1GW配置實體返回給STB的UNConfigConfirm消息,分析UNConfigConfirm消息中的各個域,然后進行與用戶的交互,準備進行UN會話。(5)利用預置的到L1GW上的UN配置服務器實體的通路向L1GW發(fā)送會話建立請求消息；設置時鐘，準備接收會話建立確認消息。(6)L1GW在接收STB來的請求建立會話消息。查看這個STB是否加入STB表，STB狀態(tài)是不是“Enabled”。如果不在表中，應該拒絕其要求；若未被“Enabled”，也拒絕其要求。如果是合法STB,發(fā)送會話建立指示消息。

(7)AS接收到會話建立指示消息,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)送增加資源確認消息給AS。(9)AS接收從L1GW來的增加資源確認消息,如果資源分配成功,向L1GW發(fā)送會話建立響應消息,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來會話建立響應消息,向STB發(fā)送會話建立確認消息。

U-U階段具體協議流程如下:(11)STB接收到會話建立確認消息,從中取出上次會話的信息,啟動瀏覽器,通過HTTP協議向AS請求菜單。(12)AS返回STB請求的菜單,STB在菜單中瀏覽各種節(jié)目的信息。(13)當用戶從中選擇一個節(jié)目后,按預覽按鈕就進入預覽窗口。

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

VOD系統DAVIC系統的信息流包括:(1)

S1流從內容提供者到服務消費者系統內容信息,采用MPEG標準協議。(2)

S2