多媒体技术原理及应用马华多媒体技术原理及应用马华东第二版第十一章东第二版第十一章11.1 计算机支持的协同工作系统 11.1.1 CSCW概念 nCSCW最早是在1986年提出的。与CSCW密切相关的一个概念是群件。 nCSCW致力于研究协同工作的本质和特征, 探讨如何利用各种计算机技术设计出支持协同工作的信息系统。 nEllis在1991年定义：CSCW是支持有着共同目标或共同任务的群体性活动的计算机系统，并且系统为共享的环境提供接口。对话模型n这种模型将人们之间的各种复杂的协作建立在两人间的交互和动作的协调基础上, 两人间协作是各类协作的基本元素。n Searle对构成两人间协作言语行为进行研究, 1969年建立了讲话-行为(Speech-Act)理论, 该理论用3个特征来刻划言语行为：(1)非语法含义 如请求”的寓意可定义为使听话人做某事的企图; “断言”的寓意是对某事件真实状态的表达。 (2)适应方向 指的是命题内容与命题所指世界的关系。某些非语法含义的方向是使内容适应世界,而另一些是使世界适应内容。断言属于前者,承诺和请求属于后者。(3)诚恳状态 它是指说话者对其命题内容心理上的态度。“断言”中,说话人表达了他所说的是真实的这一信念。 n基于对话模型的系统主要是消息系统,它们支持参与者通过彼此发送的异步的消息来进行协调与合作。n在讲话-行为理论基础上, Medina-Mora将两人间的协作抽象为一个动作环, 两人的身份分别为客户和执行者,这个动作环由4个阶段组成。ActionWorkFlow系统即是基于这种模型。 “你能做吗?”“我能做”“多谢！”“做完了”1.客户请求2.执行者同意4.客户表示满意3.执行者完成并汇报会议模型 n会议是常见的多人间协作形式。会议是多人聚集在一起,各自发表意见, 听取他人看法,交流协商达成共识。n会议有以下作用：(1)参与者通过交流思想,相互学习,吸取经验,促进知识、方法、策略的结合。(2)参与者经过讨论, 纠正错误的看法,消除误解,使各观点融合,得到对某问题的一致认识。(3)参与者对共同事物施以动作,协同完成同一任务。 n会议模型特点：协作参与者一般不进行两两间的交互,而是通过共享的信息空间彼此沟通。 共享讨论空间或共享信息协作参与者1协作参与者3协作参与者2协作参与者4 n以会议模型模型为基础的CSCW系统: 计算机会议系统, 白板系统, BBS等其它基于共享信息协同工作系统。 n上述2种协作模型都是从完成具有协作任务时人们之间的交互关系这个角度来进行刻划的, 下面2种模型从协作任务的管理及分工与合作的角度来刻划人们之间的协作。 过程模型 n将协作任务分成相互关联的多个小步骤,通过多个人分别单独地对小步骤的执行共同来完成任务的协作模型成为过程模型。 n在这种模型下协作任务完成是由多个人的单独异步的行为彼此相连而形成一个复杂的过程。n目前具体的过程模型有OM-1模型、OTM模型等,及基于这些模型的CSCW系统。 n这种模型严格定义了协作参与者行为,属高度结构化的协作,适合具有良好规范的设计或办公过程。其缺点是缺乏灵活性,应用有局限性。活动模型 n活动模型与过程模型类似, 其中多个人也是通过分工与合作来共同完成协作任务。n将协作任务分成一个个目标确定的子任务(活动), 定义这些子任务间关系及子任务的完成者,然后通过各协作参与者分别对相应任务的执行,使整个协作任务得以完成。n活动模型主要着眼于在执行任务时参与活动的成员间交换什么信息, 而并不规定子任务完成时所需执行的操作。 n活动模型符合了人们行为的情景性特点, 具有很大的灵活性, 如如协协作作科科研研项项目目的的完完成成, 需要创造性协作活动。n活动模型主要处理的是对多个合作者完成复杂协作任务的分工, 以及对子任务之间的关系和整个任务完成进度的管理, 不涉及子任务具体完成方式。分层抽象模型 n人与人间协作的层次性 如一门课教学, 协作任务首先要分成多个小的子任务,如各章的教学、实验及测验等, 而完成这些子任务时候,如一堂课教学又需教师讲、学生听及相互讨论等。n会议-活动-合作模型 Vin等人将群体协作行为抽象: 会会议议 是多个人通过各种途径进行时间上连续的一次性同步交互过程。如一堂课的教学、讨论会等,刻画多人间的关系。 活活动动 是一组语义上相关的同时进行的会议的集合,有时一个会议的进行取决于其它会议的状况。 合合作作 是一个具有时间顺序的多个活动组成的序列。如一门课的教学就是一个合作。n上述模型有效地划分协作层次性,但无法处理由不同的人完成不同子任务的情况。为了描述协同任务中子任务情况, 有人提出了活动-任务-合作抽象模型。n活动-任务-合作抽象模型。 最高层抽象为合作 它是多个人为完成独立长期的合作项目而执行的所有行为,具有完全独立性。 第二层抽象为任务 任务为合作的各个阶段所需完成的具有一定目标、语义完整的相对独立的长时间协同行为,它具有相对独立性; 最底层抽象为活动。活动为完成某项具体任务时,单个人或一组人执行的在时间上连贯的一次行为,它强调的是时间连贯性,也是同时性。 n这三层抽象将独立的合作看成多个彼此相关的子任务网络,并且将各子任务看成多个活动组成的序列,此模型可以概括人与人之间的协作行为。n具体的协作通过以上3层抽象表示后, 其实际的执行过程就是自下而上, 即活动,任务,合作。CSCW系统实现方法 n多Agent方法 n群接口方法 n协作机制与通告机制 n通信网络及控制 多Agent方法n多Agent方法来源于分布式人工智能的研究。 n分布式人工智能的研究一般分为分布式问题求解和多Agent系统两个方面。nDPS的研究侧重于如何分解某个特定问题,并分配到一组拥有分布知识并相互连接节点上分别处理；nMAS侧重于研究由多个Agent组成的多Agent系统中各Agent行为的协调及它们之间的协同工作。 定定义义1(弱定义) Agent是具有下列特性的计算机软硬件系统：自治性可以不受人或任何外界因素的干涉而独立存在,对自己的行为和状态有一定的控制权；社会性可以通过某种Agent通信语言ACL和其它Agent(包括人)进行信息交流；反应性可以理解周围的环境,并对环境的变化作出实时的响应；能动性可以主动地做出有目标的动作。 n定定义义2(强定义) Agent除了具备定义1中的所有特性外,还应具备一些人类才具有的特性, 如知识、信念、义务、意向等精神上的观念和情感、能力等更抽象的概念。n对MAS研究分为两方面:Agent内部行为模型; Agent的外部模型,即Agent在协同、协商、竞争等活动中交互过程模型,以及通信方式、消息类型等。nCSCW系统作为MAS进行研究,对高层概念探讨有指导;对具体CSCW系统,主要作用的是人, CSCW系统只是为完成协作任务提供服务,一般不必具有自主性、智能。 群接口方法nCSCW系统的人机接口应能体现群体活动及多用户控制的特征,这种接口称群接口,它能处理多用户控制的复杂性。 n群接口研究基础是用户界面管理系统(UIMS) n群接口可分3类 (a)支持表现级共享的接口,属紧藕合型。每个合作者有相同的显示, WYSIWIS。 (b)支持视图级共享的接口,属中藕合型。每个合作者表现信息相同, 但可有不同的显示方式 (c)支持对象级共享的接口,属松藕合型。每个合作者有不同的显示(内容和方式)。 UIMS模型 用户接口部件应用程序语义部件用户交互高层的语义请求/响应 群接口形式 用户接口1用户接口2用户接口3CSCW系统语义部件控制部件用户1用户2用户3协作机制与通告机制 n协作机制是用户间约定的交互方式,可完成调度用户活动、分配共享资源等任务。n协作机制设计和实现主要考虑： 允许用户根据实际应用的需要灵活地改变协作机制, 能处理协作过程意外事件的发生, 能将系统的各层协作活动集成为一个整体等。n协调机制主要用于解决实时性活动中同步问题。n通告机制主要用于处理异步活动。通信网络及控制 n组通信涉及多种传输要求,包括点到点,点到多点,多点到点,多点到多点等。nCSCW对网络特定要求包括: 能支持集成多媒体数据传输；能支持多点通讯等。另外数据交换格式标准化也非常重要。n网络资源存取控制确定CSCW系统的用户存取系统或其它用户数据的方式。存取控制的状态不是静态而是动态的。CSCW应定义灵活有效而快速的存取控制机制，允许用户方便地修改信息的存取控制状态。 11.1.4 CSCW系统实例 n斯坦福研究所(SRI)研制的多媒体协同工作系统(CECED)。 n普渡大学研制的SHASTRA协同工作的多媒体科学设计系统。 nIBM欧洲网络中心、DEC公司等共同开发的BERKOM多媒体协同服务器。 n另外,最近几年国际国内开通了很多远程医疗系统和远程教学系统, 它们大多是基于在宽带网上运行的视频服务系统,这些系统已获得了显著的社会效益和经济效益。 11.2 数字视频服务系统 n数字音频视频理事会(DAVIC)是国际上致力于研究数字音频视频应用和服务标准的组织n其工作目标是通过数字音频视频应用和服务系统接口、协议和体系结构描述规范的正式标准，简称为DAVIC协议。nDAVIC协议在不断完善和扩充, 自1994年发布DAVIC1.0后, 1996年3月发布了DAVIC1.1,1998年又公布了DAVIC1.4标准。 11.2.1 DAVIC系统结构nDAVIC系统一般包括5个部分(或称实体),即内容提供者系统(CPS)、服务提供者系统(SPS)、服务消费者系统(SCS)以及连接它们的CPS-SPS传输系统和SPS-SCS传输系统。 n在实际系统中,上述逻辑实体对应着相应服务器、端点设备和计算机系统。n例如VOD系统包括下面几部分物理设备：(1)视频服务器; (2)ATM交换机; (3)SDH传输网 宽带传输网络; (4)ADSL复接器; (5)机顶盒(STB). DAVIC系统CPSCPS-SPS传递系统传递系统SPSSPS-SCS传递系统传递系统scsn视频服务器系统应由下列部分组成：(1) 一个或多个媒体服务器(2) 应用服务器(AS) 服务提供者系统。(3) 管理工作站nVOD系统的一级网关(L1GW)负责STB和应用服务器之间的会话管理。 VOD系统的结构示意图视频服务器ATM交换机ADSL复接器PABX 电话STB电视SDH环中心机房局端机房用户端155/622Mbps ATM信元话音话音视频信号交互信息及视频流155/622Mbps ATM信元155/622Mbps 11.2.2 数字音频视频服务系统的协议 nDAVIC系统协议流程分两大阶段：U-N阶段和U-U阶段。nU-N阶段主要完成S2流连接的建立nU-U阶段主要完成用户(如STB)和服务器(如AS)之间S2流的交互控制及S1流的建立。 n以VOD系统为例介绍协议流程 VOD系统U-N阶段阶段分UN配置和UN会话两个阶段,具体协议流程： (1)STB得到预置的到L1GW上的UN配置服务器实体的通路(IP和UDP服务的端口号)。 (2)使用UDP协议与UN配置实体通信, 利用 UNConfig Request消息。 (3)STB设置接收UNConfigConfirm的时钟, 准备接收UNConfigConfirm消息。 (4)STB如 果 接 收 到 了 L1GW配 置 实 体 返 回 给 STB的UNConfigConfirm消息,分析UNConfig Confirm消息中的各个域,然后进行与用户的交互,准备进行UN会话。 (5) 利用预置的到L1GW上的UN配置服务器实体的通路向L1GW发送会话建立请求消息；设置时钟，准备接收会话建立确认消息。 (6) L1GW在接收STB来的请求建立会话消息。查看这个STB是否加入STB表，STB状态是不是“Enabled”。如果不在表中，应该拒绝其要求；若未被“Enabled”，也拒绝其要求。如果是合法STB,发送会话建立指示消息。 (7) AS接收到会话建立指示消息,从消息的userData域中取出用户的名字和口令,在用户表中查询是否是合法用户,用户的状态是否“Enabled”。(8) L1GW为此STB分配S2流资源,发送增加资源确认消息给AS。(9) AS接收从L1GW来的增加资源确认消息,如果资源分配成功,向L1GW发送会话建立响应消息,其userData域中包括主菜单的URL地址或上次用户没有看完节目的URL地址和播放位置。(10) L1GW接收到AS来会话建立响应消息, 向STB发送会话建立确认消息。 nU-U阶段具体协议流程如下: (11) STB接收到会话建立确认消息,从中取出上次会话的信息, 启动浏览器, 通过HTTP协议向AS请求菜单。(12) AS返回STB请求的菜单, STB在菜单中浏览各种节目的信息。(13) 当用户从中选择一个节目后, 按预览按钮就进入预览窗口。 (14)节目正常观看结束时,媒体服务器会给AS发节目结束消息。AS自动拆除S1流,STB自动关闭播放窗口,返回到节目菜单。(15) 如果用户关闭浏览器,STB就在S3链路上发出拆除会话消息,然后返回到选择AS的窗口。(16)如果用户此时选择退出,STB端的交互就结束了。 VOD系统nDAVIC系统的信息流包括:(1) S1流流 从内容提供者到服务消费者系统内容信息, 采用MPEG标准协议。(2) S2流流 从服务提供者系统到服务消费者系统间控制信息流，采用MPEG2 DSMCC协议。(3)S3流流 用于服务消费者系统、服务提供者系统和传输实体之间的双向控制信息流, 交换会话信息, 它在任何层上对传递系统不透明。(4) S4流流 网络服务层支持呼叫/连接控制和资源控制功能的双向流, 标准的B-ISDN呼叫/连接控制协议有ITU-T Q.2931, Q.2130, Q.2110。(5) S5流流 与网络管理有关信息流, 它由一些维护和管理网络资源所需的功能组成。网络管理标准协议有 CMIP, SNMP。11.2.3 典型应用 n影片点播(Movies on Demand) n远程购物(Teleshopping) 影片点播(Movies on Demand) n系统描述n基本功能 n端点用户功能 n服务提供者功能 n内容提供者功能 n网络提供者功能 n特点 n扩展 远程购物(Teleshopping) n系统描述n基本功能 n端点用户功能 n服务提供者功能 n内容提供者功能 n网络提供者功能 DAVIC系统典型应用n视频广播、视频点播、准视频点播、延时广播、新闻点播;n游戏、卡拉OK点播、因特网接入;n远程购物、远程学习、远程医疗;n视频电话、电视会议、家庭银行、内容制作、虚拟光盘等。 本章小结 n首先介绍了CSCW系统的概念、分类、协作模型、实现方法和代表性系统。n以VOD系统为例介绍了视频服务系统的结构、DAVIC协议流程以及典型的服务。通过这些典型系统的介绍与分析, 希望对读者开发多媒体计算机的应用系统方面有所帮助。