Entwicklung verteilter Multimedia-Applikationen: Strategie und Realisierung einer geeigneten Systemunterstützung

286 Pages·1997·6.771 MB·German

by  Thomas Käppner (auth.)

Thomas Kappner
Entwicklung verteilter
Mullimedia-Applikalionen
Multimedia Engineering
hrsg. von Wolfgang Effelsberg und Rolf Steinmetz
Die mullimediole Revolution isl in vollem Gonge. Neuere Arbeitsplotz
rechner und viele PCs, die am tv\orkt erscheinen, hoben heule schon
Audio-Komponenlen eingeboul, und in zunehmendem tv\oBe findel
man ouch Hordware- und SoftworeunlerslOlzung fiir die Dorstellung
von Beweglbildsequenzen. Die multimediole Art der Interoktion mil
dem Com puler ist viel effizienler und benutzerfreundlicher ols die
Inleroklion iiber die Ein-und Ausgobe von Texten und hal desholb ein
hohes lukunftspolenlial. lugleich eroffnen die Techniken der compu
lergestUlzten Kooperotion neue MOglichkeilen zur Teomarbeil in ver
nelzlen Unternehmen.
liel der Reihe isl es, den Leser iiber Grundlagen und Anwendungen
der Mullimedia-Technik und der Telekooperolion zu informieren. Die
Reihe umfaBI Lehrbucher, einfiihrende und umfossende Stondardwer
ke sowie speziellere tv\onogrophien zu den Themen Multimedia,
Hypermedia und computergestiitzte Kooperation. Es geht dabei be i
spielsweise um Frogen aus den Bereichen Betriebssysteme, Rechner
nelze, Kompressionsverfohren und grofische OberAi:ichen. In der Arl
der Dorstellung wendet sie sich on Informatiker und Ingenieure,
on Wissenschaftler, Sludenlen und Proktiker, die sich iiber dieses
faszinierende und interdisziplinore Thema informieren wollen.
Bisher erschienen:
Synchronisation in kooperotiven Systemen
von Erwin Moyer
Multimediole Kiosksysteme
von Wieland Holfelder
Bildkompression mit Fraktalen
von Michael F. Bornsley und Lymon P_ Hurd
Multimedia, Hypertext und Internet
von Jakob Nielsen
Entwicklung verteilter Multimedia-Applikationen
von Thomas Koppner
Vieweg
Thomas KCippner
Entwicklung vertailter
Multimedia-Applikationen
Strategie und Realisierung
ei ner geeig neten System u nterstUtzu ng
Aile Rechte vorbehalten
© FriedT. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, BraunschweiglWiesbaden, 1997
Softcover reprint of the hardcover 1s t ed ition 1997
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Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und
Verarbeitung in elektronischen Systemen.
Gedruckt auf siiurefreiem Papier
ISBN-13: 978-3-322-86543-4 e-ISBN-13: 978-3-322-86542-7
001: 10.1007/978-3-322-86542-7
Vorwort
Der Begriff Multimedia hat sich seit seiner Pragung in den Labors amerikani
scher Computerwissenschaftler zu einem Schlagwort entwickelt: im letzten
Jahr wurde er zum "Wort des Jahres" gektirt. Trotz des Interuses, das der
Multimedia-Forschung von Seiten der Offentlichkeit entgegengebracht wird,
laBt sich feststellen, daB nur wenige der ursprunglich publizierten Visionen
Wirklichkeit geworden oder auch nur ein gutes Sttick auf dem Weg zur Rea
litat vorangekommen sind. Insbesondere verteilte multimediale Anwendun
gen, die mit ihren schier grenzenlosen Moglichkeiten der Kommunikation
und Unterhaltung die vielversprechendsten zu sein schienen, sind im heuti
gen Berufs- und Privadeben noch nicht anzutreffen.
Die Grunde fur diese Diskrepanz liegen sicherlich in der Art und Komplexi
tat der Aufgabe: multimediale Anwendungen integrieren die Verarbeitung
von bisher bekannten Datentypen und zeitabhangigen Daten z. B. Bewegt
bild und Ton; verteilte multimediale Anwendungen bilden eine noch gro
Bere Herausforderung, da Zeitabhangigkeiten zwischen den Komponenten
zu beachten sind, die tiber Rechnernetze miteinander kooperieren. Dies hat
dazu gefuhrt, daB die Programmierung und Verbreitung verteilter multime
dialer Anwendungen sich in der Vergangenheit nur zogerlich entwickelte
und auf proprietare Losungen beschrankt blieb.
Dieses Buch stellt die Systemuntersttitzung "Distributed Multimedia Object
Services" (DMOS) vor, mit der sich die Komplexitat multimedialer Anwen
dungen reduzieren laBt. DMOS bildet eine Plattform, die multimediale
Anwendungen zur Entwicklungs- und Laufzeit untersttitzt. Die Entwicklung
der Anwendungen wird durch Abstraktionen erleichtert, mit denen sich zeit
abhangige Medien mit ahnlichen Programmiermethoden wie diskrete
Medien integrieren lassen. Zur Laufzeit werden Anwendungen durch eine
Echtzeitumgebung untersttitzt, die die Zeitabhangigkeiten der Daten beruck
sichtigt. Die Systemuntersttitzung selbst wurde mit Hilfe von Werkzeugen
entwickelt, die dem CORBA-Standard der Open Management Group ent
sprechen. DMOS ist daher als eine offene objektorientierte Losung fur ver
teilte multimediale Anwendungen zu verstehen.
v
Vorwort
Ausloser fur dieses Buch ist meine Forschungstatigkeit im Bereich Multime
dia-Systeme, die angeregt wurde durch einen Aufenthalt im Multimedia
Labor der University of California at San Diego. Dort gilt mein besonderer
Dank Prof. Venkat Rangan und seinen Mitarbeitem Dr. Srinivas Ramanathan
und Dr. Harrick M. Yin, die in mir das Interesse an den Problemstellungen
zeitabhangiger Daten und ihrer Verteilung uber Rechnemetze geweckt
haben.
Inspiriert durch meine Arbeit in San Diego begann ich meine Tatigkeit am
European Networking Center der IBM in Heidelberg. Ohne die Moglichkeit
in dieser Einrichtung der Industrie Forschung zu betreiben, ware dieses
Buches so nicht zustande gekommen. In Heidelberg waren es vor allem Dr.
Herrtwich und Dr. Steinmetz, die mich durch standige fachliche und emotio
nale Unterstutzung anspomten und mir auch wahrend das Manuskript ent
stand, mit unzahligen hilfreichen Kommentaren und Anregungen zur Seite
standen.
Bei der Entwicklung des Systems waren viele Kollegen und Studenten betei
ligt. Besonderen Dank schulde ich den von mir betreuten Diplomanden, die
sich in ihren Arbeiten intensiv mit der Problematik einer ubergreifenden
Systemuntersrutzung fur multimediale Anwendungen auseinandersetzten
und wesentliche Entwicklungsarbeit an DMOS leisteten. Ich stehe in der
Schuld von Andreas Schroer und Falk Henkel, die viele der hier dargelegten
Konzepte mitentwickelten und an ihrer Umsetzung maBgeblich beteiligt
waren. Auch Michael Muller, Andreas Gerckens und Oliver Bausch brachten
wertvolle Anregungen ein und erweiterten DMOS in vielen Teilgebieten.
Ich bedanke mich bei allen Kolleginnen und Kollegen am ENC, die durch
konstruktive Kritik und wertvolle Hinweise meine Arbeit unterstutzten. Dr.
Dietrnar Hehmann war immer eine Quelle ungetrubten Optimismus; Dr.
Lars Wolf hatte stets Zeit, wenn ich bei der Fehlersuche mal nicht weiter
kam und wurde nicht mude, meine Fragen nach den Intema des AIX
Betriebssystems zu beantworten. Hartmut Wittig stellte mich regelmaBig vor
neue Herausforderungen, indem er visionare multimediale Anwendungen
erdachte, deren Anforderungen DMOS nur schwer gerecht werden konnte.
Dank gilt meinem Doktorvater Prof. Dr. Kalfa fur seine hilfreichen Anregun
gen, die meine Arbeit urn viele zusatzliche Aspekte bereicherten. Prof. Dr.
Hubner danke ich fur seine Bereitschaft die Zweitbetreung zu ubemehmen
und viele Fehler einer fruheren Version dieses Manuskripts zu korrigieren.
vi
Vorwort
Meinen Eltern schulde ich mehr als irgend jernandem sonst. Sie waren Stlit
zen, auf die ich rnich immer verlassen konnte. Sie haben rnich geruhrt,
inspiriert, ermutigt und unterstlitzt. Am starksten betroffen von meiner
Arbeit in den letzten Jahren war jedoch Kathrin Werner. 1hre Fahigkeit,
Zuversicht in rnir zu wecken, hat rnir gehoifen, auch schwierige Phasen zu
i.iberstehen. Als meine scharfste Kritikerin hat sie unzaWige FeWer in fri.ihe
ren Versionen des Manuskriptes korrigiert und war standig bemi.iht, sowohl
die Qualitat der 1nhalte, als auch die meines Schreibstils positiv zu beein
flussen. 1hr ist dieses Buch gewidmet.
Essen, Oktober 1996 Thomas Kappner
vii
Inhaltsverzeichnis
Vorwort ......................................................................................... v
Inhaltsverzeichnis ...................................................................... ix
Verzeichnis der Abbildungen .................................................... xv
Verzeichnis der Tabellen ........................................................ xvii
'fElL I Allforderungen .......................................................... 1
1 Einfiihrung................ ................................. ................................. 3
1.1 Multimediale Anwendungen ............................................................... .4
1.2 Zielsetzung der Arbeit .......................................................................... 6
1.3 Vorgehensweise .................................................................................... 8
1.4 Anmerkung .......................................................................................... 10
2 Anforderungen an multimediale Systemerweiterungen ....... 11
2.1 Aspekte der Anwendungsprogrammierung ....................................... 12
2.1.1 Allgemeines ................................................................................. 12
2.1.2 Datenzugriff ................................................................................ 14
2.1.3 Operationen ................................................................................ 16
2.1.4 Betriebsmittel .............................................................................. 18
2.2 Anforderungen an Mechanismen ....................................................... 19
2.2.1 Allgemeines ................................................................................. 19
2.2.2 Dienstgutemechanismen ............................................................ 20
2.2.3 Synchronisationsmechanismen .................................................. 21
2.2.4 Transportmechanismen .............................................................. 22
2.3 Gesamtwirkung ................................................................................... 24
2.4 Zusammenfassung .............................................................................. 26
ix
Inhaltsverzeichnis
3 Stand der Fo rschung ..................... ............................ ....... ....... 27
3.1 Plattformen fur multimediale Anwendungen .................................... 27
3.2 Einzelaspekte von Multimedia-Systemen ........................................... 30
3.2.1 Objektmodelle ............................................................................ 30
3.2.2 Synchronisation kontinuierlicher Medien .................................. 34
3.2.3 Kommunikationsprotokolle fur kontinuierliche Medien .......... 36
3.2.4 Dienstgiite fur kontinuierliche Medien ...................................... 38
3.3 Integrationsmodelle fur Multimedia-Systeme .................................... 40
3.3.1 Betriebssystemerweiterungen .................................................... 41
3.3.2 Erweiterungen der Anwendung ................................................ .42
3.3.3 Hybride Entwicklungen .............................................................. 43
3.3.4 Auswahl eines Integrationsmodells ........................................... 43
1'EIL n Abstraktion und Architektur ................................ 45
4 Abstraktionen zur Verarbeitung multimedialer Daten ......... 47
4.1 Ein Modell fur multimediale Systeme ................................................ 47
4.2 Die Zeitdimension ............................................................................... 50
4.2.1 Logical Time System ................................................................... 51
4.2.2 Clock ........................................................................................... 51
4.3 Die Datendimension ........................................................................... 52
4.3.1 Abstrakte Formate ....................................................................... 52
4.3.2 Detaillierte Formate .................................................................... 53
4.3.3 Datenpakete ................................................................................ 53
4.4 Die Qualitlitsdimension ...................................................................... 54
4.4.1 ComIllitment ............................................................................... 54
4.4.2 Monitor ........................................................................................ 57
4.4.3 Synchronization .......................................................................... 58
4.5 Die Verarbeitungsdimension .............................................................. 58
4.6 Objektrelationen ................................................................................. 60
4.7 Zusammenfassung .............................................................................. 62
5 Architektur der Distributed Multimedia Object Services ..... 63
5.1 Kommunikationsmodell der DMO-SeIVices ...................................... 63
5.1.1 Anwendungssicht der DMO-SeIVices ........................................ 63
5.1.2 Grundlagen der CORBA-Architektur ......................................... 64
5.1.3 Das Verteilungsmodell ............................................................... 65
5.1.4 Aufbau der Dienstschnittstelle ................................................... 68
x
Inhaltsverzeichn is
5.2 Architektur des Distributed Multimedia Object Servers .................... 70
5.2.1 Uberblick ..................................................................................... 70
5.2.2 Kontrollschicht ............................................................................ 71
5.2.3 Datenschicht ............................................................................... 77
5.2.4 Schnittstelle zwischen Kontroll- und Datenschicht... ................ 79
5.3 Zusammenfassung .............................................................................. 83
6 Dienstgfiteverwaltung ............................................................. 85
6.1 Dienstgiltemodell ................................................................................ 85
6.1.1 Zweck des Modells ..................................................................... 85
6.1.2 Das Dienstgiltemodell im Dberblick ......................................... 87
6.2 Dienstgilteverwaltung ......................................................................... 89
6.2.1 Spezifizieren ................................................................................ 89
6.2.2 Ubersetzen .................................................................................. 90
6.2.3 Verhandeln .................................................................................. 90
6.2.4 Reservieren .................................................................................. 93
6.2.5 Modifizieren ................................................................................ 93
6.2.6 Freigeben .................................................................................... 94
6.3 Abbildung von Dienstgiltespezifikationen ........................................ 94
6.3.1 Kontext eines Stroms .................................................................. 94
6.3.2 Parameter der Klasse Commitment ........................................... 97
6.3.3 Parameter der Klasse Monitor .................................................... 98
6.3.4 Parameter der Klasse Synchronization ...................................... 99
6.3.5 Transportdienste und ihre Mechanismen ................................ 100
6.3.6 Parameter der Videoformate .................................................... 104
6.3.7 Parameter der Audioformate .................................................... 106
6.3.8 Abbildungen auf die Streamhandlerebene .............................. 107
6.3.9 RMS-Ebene ................................................................................ 110
6.4 Schnittstelle der Dienstgilteverwaltung ............................................ 110
6.5 Zusammenfassung ............................................................................ 111
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