آشنایی با سیستم های DMMS
چندرسانه چیست؟
- یک یکپارچه سازی از متن ،گرافیک ، عکس ثابت ، عکس متحرک ، انیمیشن ، صدا و هر نوع دیگر از مدیا که کنترل شده توسط کامپیوتر می باشد را چند رسانه ای دیجیتالی می نامند.
- تمامی انواع اطلاعات گفته شده در بالا بصورت دیجیتالی نشان ، ذخیره ، پردازش و انتقال داده می شوند.
رسانه ی پیوسته در برابر گسسته :
- یک رسانه ی پیوسته دارای تقسیمات زمانی ضمنی است درحالی که رسانه ی گسسته بدینگونه نیست.
- زمانبندی در رسانه ی پیوسته نقش بسیار مهمی را بازی می کند.
اجزای زیرساخت معمول برای برنامه های کاربردی چند رسانه ای :
برخی از فرمت های داده در رسانه :
- Digital Image
عکس های دیجیتالی مستقیماً بوسیله یک دوربین دیجیتالی گرفته شده و یا بصورت غیر مستقیم بوسیله پویشِ یک عکس توسط یک پویشگر ایجاد می شوند.اینگونه عکس ها اغلب قبل از ذخیره سازی و یا انتقال ، فشرده شازی می شوند.
- Digital Video
ویدئوهای دیجیتالی از مجموعه ای از فریم های تصویر ثابت تشکیل شده است و نمایش سریع این تصاویر یکی پس از دیگری ، باعث ایجاد توهم و خیالِ متحرک بودنِ این تصاویر می شود. سیستم بینایی انسان هر تصویری که سرعتی بالای ۲۰ فریم بر ثانیه داشته باشد را بعنوان یک تصویر متحرک تلقی می کند.
- Digital Audio
امواج صوتی نوساناتی در فشار هوا تولید کرده که سیستم شنوایی انسان را تحریک می کند. گوش انسان نمونه ای از یک مبدل است که امواج صوتی را به سیگنال های قابل درک برای اعصاب مغز تبدیل می کند.
مقررات ارتباط چندرسانه ای
مقررات ارتباط چندرسانه ای ، جنبه های گوناگونی از طراحی شبکه ای ادغام شده را معرفی میکند. از جمله پارامترهای کلیدی که در اینگونه شبکه ها باید بر آن نظارت شود ، پهنای باند ، تاخیر انتقال ، قابلیت ارتباط چند نقطه ای ، قابلیت اطمینان و همزمان سازی کانال ها می باشند.
مثالی از یک جریان عمومی چندرسانه ای و یک دیکدر
در صورتی که بخواهیم ویژگی های چندرسانه ای معمولی را با یکدیگر مقایسه کنیم ، به نتایج زیر خواهیم رسید :
یک سیستم چند رسانه ای توزیع شده چیست ؟
شبکه ای از وسایل شخصی که انواع مختلفی از محتوا را ارائه می کنند (از قبیل صدا ، تصویر ، ویدئو ، وب و… ) را یک سیستم چند رسانه ای توزیع شده گویند. این وسایل می تواند از قبیل تلفن سلولی ، MP3 players ، PDAs ، و… باشد. اینگونه سیستم ها شامل پایگاه های داده چندرسانه ای ، پروکسی ، سرویس دهنده های اطلاعاتی و مشتری بوده و برای توزیع محتوای چند رسانه در سطح شبکه در نظر گرفته می شوند.
بعنوان یک مثال واقعی می توان به پخش قیمت از طریق تلویزیون ، اینترنت ، موبایل و… اشاره کرد که شکل زیر بیانگر همین مثال است.
شکل زیر یک محیط چند رسانه ای توزیع شده را به تصویر کشیده است.
محیط چند رسانه ای توزیع شده
که در این محیط سیستم ها از قبیل سرویس دهنده ها ، مشتری ها ، دستگاه های تولید داده های دیجیتال و … با یکدیگر در ارتباط هستند.
اجزای یک سیستم چندرسانه ای توزیع شده را می توان در قالب دسته بندی زیر معرفی کرد :
- Application software
- Document store
- Image and still video store
- Audio and component store
- Object directory service agent
- Component service agent
- User interface service agent
- نرم افزار کاربردی وظایف زیر را برعهده دارد :
- بازیابی اشیاء
- انتخاب اشیاء
- صفحه نمایش اجزای اشیاء
- صفحه ی نمایش برای کاربرِ وارد شده (کاربری که تازه شروع به کار کرده)
- مدیریت و ویرایش صفحه ی نمایش اشیاء
- ذخیره سازی منابع :
برای نرم افزار های کاربردی ضروریست که برای ذخیره سازی اسناد و اطلاعات ، منابعی با ظرفیت بالا در اختیار داشته باشند.
- تصویر و ذخیره ویدئوی ساکن :
تصویر و ذخیره ویدئوی ساکن، سیستم پایگاه داده بهینه سازی شده ای برای ذخیره سازی تصویر می باشند.
- صدا و ذخیره ی اجزاء :
صدا و ویدئو باید با سرعت ثابتی played back شوند.
- سرویس عامل دایرکتوری اشیاء :
- سرویس دایرکتوری
- واگذاری اشیاء
- مدیریت وضعیت اشیاء
- دامنه ی سرویس دایرکتوری
- عناصر سرور سرویس دایرکتوری
- دستیابی به شبکه
- عامل سرویس اجزاء :
هر جزء چندرسانه یک سرویس برای کاربر چند رسانه فراهم می کند.
- عامل سرویس رابط کاربر :
بر هر ایستگاه کار کاربر ساکن قرار می گیرد و برای نرم افزار های کاربردی بمنظور مدیریت پنجره های نمایش اشیاء چندرسانه ، سرویس مستقیم فراهم میکند.
از آنجایی که برای انتقال اطلاعات و همچنین برای اینکه داده ها چه در شبکه و چه در پایگاه داده قابلیت استفاده پیدا کنند ، تبدیلات سیگنال ها از آنالوگ به دیجیتال و برعکس امری اجتناب ناپذیر است.
تبدیل آنالوگ به دیجیتال و برعکس در یک سیستم چند رسانه ای توزیع شده
مشکلات شبکه سازی برای یک سیستم چندرسانه ای توزیع شده :
در شبکه کردن اینگونه سیستم ها مشکلاتی میتواند بوجود آید که در زیر به برخی از آنها اشاره شده:
- وسایل و دستگاه های ما در شبکه ممکن است که متحرک باشد و ارتباط آنها در طول انتقال اطلاعات تغییر کند.
- محیط بصورت داینامیک است.
- ممکن است در شبکه دستگاه های همگنی وجود داشته باشد که با معماری متفاوتی اجرا شوند.
- از آنجاییکه ما داده هایی درحال جریان داریم ، ممکن است برای دستیابی به QoS نیاز به همزمانی چندگانه اطلاعات داشته یاشیم.
- تآخیر زمانی در ارسال بسته
- پهنای باند
سرور توزیع شده ی چندرسانه ای
گره یک سرور چندرسانه ای برای یک محیط توزیع شده ، اساساً همان سرور متمرکز است با برخی از الزامات عملکردی اضافی. برای مثال وقتی یک سرور برای یک کاربر بعنوان سرور اصلی انتخاب شده ، مسئول یکپارچه سازی پایگاه های داده نیز می شود(هم پایگاه داده داخلی و هم خارجی). سرویس دهنده ی ثانویه بوسیله کنترل کننده ی مرکزی مطلع شده تا اجازه ی دسترسی به پایگاه داده را بدهد. پس از اطلاع رسانی سرور اصلی جلسه ای با سرویس دهدنه ی ثانویه بمنظور حفظ محیط تعاملی و انجام درخواست کاربر در مورد دستکاری پایگاه های داده خارجی ، برقرار میکند. سرویس دهنده ی اصلی پس از ایجاد ارتباط شروع به دریافت داده ی خارجی کرده و آنها با اطلاعات محلی خود ادغام می کند. ارتباط بین نهادهای مختلف داده ها ممکن است زمانی باشد. این موضوع باید مورد توچه قرار گیرد که سرویس دهنده بمنظور نگهداری داده های خارجی باید دارای حافظه ای بزرگ باشد در حالیکه یکپارچگی آن با داده های محلی نیز باید انجام شود. همچنین حافظه ی بزرگ اجازه خواهد داد که کاربران بدون تحمیل ارسال مجدد آن داده ها به سرویس دهنده ی ثانویه ، به بازدید از داده های خارجی بپردازند. انواع سرور های اشیاء چند رسانه ای در زیر آمده است :
- سرور پرداتزش داده
- سرور پایگاه داده اسناد
- سرورهای تصویر اسناد و ویدئو های ساکن
- سرورهای نامه های صوتی و صدا
- سرورهای ویدئوی Full motion
انواع منابع ذخیره سازی برای سیستم های چند رسانه ای
- RAM با انرژی باتری
- فلش مموری غیر فرار
- دیسک ها مغناطیسی چرخشی
- دیسک های نوری چرخشی
پایگاه داده های چند رسانه ای توزیع شده :
پایگاه داده های چند رسانه ای گروه گوناگونی از نرم افزارها را پشتیبانی می نمایند و آنها باید قادر به تجمیع ، دستیابی و استفاده از اطلاعات ذخیره شده در پایگاه داده های خارجی نیز باشند.
از آنجایی که در سیستم های چند رسانه ای بدلیل نوع داده هایی که در شبکه وجود دارد ، به منابع ذخیره سازی با ظرفیت بالا نیاز است ، لذا کاهش دادن حجم اطلاعات از اهمیت بسیار بالایی برخوردار است.
کاهش دادن منابع مورد نیاز از طریق فشرده سازی ، که برای این منظور ۳ دلیل اصلی وجود دارد :
- داده ی چندرسانه ای برای ذخیره سازی به منابعی با ظرفیت بالا نیاز دارد.
- وسایل ذخیره سازی خارجی نسبتاً کند هستند.
- انتقال این ظرفیت بالا در شبکه چالشی بزرگ می باشد.
اگر بخواهیم برای نمونه محاسبه ای در این مورد انجام دهیم ، نتایج زیر حاصل می شود :
مثلا اگر تصویری داشته باشیم با رزولوشن ۶۲۰*۵۶۰ پیکسل بر فریم و ۲۴ بیت بر پیکسل ، این تصویر برای ذخیره سازی به ۱ مگابایت بر فریم ظرفیت نیاز دارد.
در ادامه بعنوان مثال یک نمونه از روش های فشرده سازی آورده شده است.
H.264/SVC : این روش اولین استاندارد بین المللی برای کد کردن ویدئوی مقیاس پذیر می باشد.
در سیستم های چندرسانه ای توزیع شده چالش هایی وجود دارد که در ادامه به برخی از آنها می پردازیم :
- دستگاه های شخصی (قبیل تلفن سلولی ، MP3 players ، PDAs ، و…) بر خلاف رایانه های شخصی سنتی دارای منبع تغذیه متناهی و پایان پذیر می باشند.
- در اینگونه وسایل دو فرآیند است که منبع تغذیه استفاده می کند ، اولی محاسبات و دیگری ارسال و دریافت داده
- داده های مختلف نیازمندی های متفاوتی نیز دارد.
- کیفیت ارتباط می تواند بسرعت تغییر کند (تنزیل کیفیت در شبکه)
- مصرف برق در برابر QoS باید در نظر گرفته شود.
- معماری دستگاه ها
- امنیت
بعنوان مثال ، ۲ مورد از چالش های ذکر شده در بالا را مورد بررسی قرار می دهیم :
- تنزل کیفیت در شبکه :
همانگونه که در شکل زیر ملاحظه می شود ، کیفیت اطلاعات ارسالی از سرویس دهنده به مشتری ، میتواند تحت تاثیر عوامل مختلفی مانند انواع نویز (داخلی و خارجی) ، اختشاش و… دچار از دادن فریم و جیتر شده که همین امر باعث افت کیفیت در داده ی ارسالی در شبکه می باشد.
- امنیت
در مورد امنیت رسانه توزیع شده می توان به موارد زیر اشاره کرد :
- باید ارتباط کاربران را به سیستم امن نگه داشت.
- باید ارتباط بین دستگاه ها را در سیستم امن توزیع شده نگه داشت.
ما باید مطمئن شویم که کاربر می تواند فقط دستگاه هایی که برای دستیابی به شبکه اهراز هویت شده اند را به سیستم توزیع شده متصل کند. شکل زیر مربوط به استفاده از قطعات در یک سیستم چند رسانه ای توزیع شده می باشد.
در اینجا یک سیستم ویدئوکنفرانس مورد مثال است.
نیاز به احراز هویت: جلوگیری از اتصال نامناسب اجزاء
نیاز به احراز هویت: جلوگیری از دسترسی غیر مجاز به اطلاعات
سرویس دهنده ها ، کلاینت ها و میان افزارها در محاسبه work group های توزیع شده :
- سرویس دهنده ها :
- ارائه ذخیره سازیبرای انواعکلاس های اشیاء
- انتقالاشیاءدر تقاضابه مشتریان
- ارائه ذخیره سازیسلسله مراتبیبرای حرکتاشیاءاستفاده نشدهبه خطنزدیکو یارسانه هایآفلاین
- کلاینت ها :
- درخواست اطلاعات متنی خواص
- درخواستاشیاءچند رسانه ایخاص تعبیه شدهو یامرتبطدراشیاءظرفبازیابی
- نیاز به فعال سازی و تفسیر نرم افزار سرور
- ایجاد اشیاء چندرسانه ای و ذخیره سازی در سرور
- درخواست اطلاعاتدایرکتوریدرمحل ذخیره سازی اشیاء در سرور
- میان افزار ها :
میان افزار ها برای پیوند بین پایان سرور پایگاه داده به مشتریان جلویی در شبکه های بسیار انعطاف پذیر و با اتصال شل مورد استفاده قرار می گیرد.
از جمله عملیاتی که پایگاه داده در سیستم های چند رسانه ای توزیع شده انجام می دهند می توان به موارد زیر اشاره کرد :
- Management
- Caching
- Search
- Browse
- Retrieve
- Create and store
- Update
برای نمونه ۲ مورد از موارد بالا را به اختصار مورد بررسی قرار می دهیم :
مدیریت اشیاء توزیع شده :
مسئله ی قابل تامل و بررسی در مورد مدیریت اشیاء توزیع شده ، چگونگی جای دهی ، بازیابی ، تکرار اشیاء ، بایگانی کردن و توازین بار می باشد.
کش کردن در سیستم های توزیع شده چند رسانه ای :
کش کردن یکی از التزامات و اجتناب ناپذیر است. کش کردن به گره ها این امکان را می دهد تا اطلاعات و اسناد مورد نیاز خود را بدون تحمیل ارتباط با میزبان اصلی ، سریعاً واکشی کرده تا با اینکار در زمان و همچنین انرژی مصرفی صرفه جویی شود.
فیلترینگ
سرویس توزیع رسانه با استفاده از فیلتر گذاری :
- درخت توزیع با فیلتر گذاری و تطبیقQoS بههر گیرنده
- پوسته پوسته شدن اعمال در هر گره مربوطه در مسیر از فرستنده به گیرنده
- فیلترگذاری در شبکه همچنین می تواند در جریان P2P مورد استفاده قرار گیرد.
در زیر نمونه ای از سرویس توزیع رسانه با فیلترگذاری شبکه قابل مشاهده است :
سرویس توزیع رسانه با فیلترگذاری
سرویس های توزیع رسانه ی پیوسته :
عموما پوشش شبکه (در بالای لایه یIP ) با هدف ارائهQoS و ارائه رسانه های پیوسته به بسیاری از گیرنده ها ، در روشی مقرون به صرفه طراحی شده است.
برنامه های کاربردی چند رسانه ای نیازمند به مکانیزمی هستند که آنها را قادر می سازد تا مسئولیت رسیدگی به طیف گسترده ای از اطلاعات وابسته به زمان را برعهده گیرند. مهمترین مکانیزم مدیریت QoS می باشد.
نرم افزار های چند رسانه ای توزیع شده نیازمند به پشتیبانی QoS بصورت پایان به پایان می باشند که این پشتیبانی ها ویژگی های زیر را دارا می باشد :
- مدیریت منابعوپذیرشکنترلسیستم گستردهبرای اطمینان ازسطحمورد نظرکیفیت سرویس. سرورهای چند رسانه ، شبکه و یا سیستم میزبان بتنهایی قادر به پشتیبانی پایان به پایان نمی باشند.
- خصوصیات کمی (از قبیل از دست رفتن بسته و تاخیر جیتر) به جای توضیحات کیفی در اینترنت.
مشخصات QoS برای اجزای برنامه :
معماری اصلی جریان QoS بصورت زیر می باشد:
وظایف بخشی که مدیریت QoS را برعهده دارد در شکل زیرآمده است :
اجرای قانون حق مؤلف در سیستم های چند رسانه ای توزیع شده :
این موضوع با اهمیت و قابل تاملیست که رسانه ی توزیع شده فقط در مسیر مورد توافق بین مشتری و مدیر مورد استفاده قرار گیرد. همانگونه که در شکل زیر مشاهده می شود ، شخصی (کلاینت) بصورت قانونی خدماتی از مدیر سیستم دریافت کرده است ولی پس از اینکار ، این خدمات را بصورت غیرقانونی در اختیار افراد دیگری نیز قرار داده است.
توزیع غیر قانونی رسانه برخلاف توافق فی مابین مدیر و مشتری
در پایان به یکی از دست آورد های چندرسانه ای توزیع شده میپردازیم.
VOD (Video on – demand)
یکی از دستاورد های چندرسانه ای توزیع شده در مورد تلوزیون تعاملی ، VOD (Video on – demand) می باشد.
همانگنه که در شکل ملاحظه می شود ، در این تکنولوژی مشتری اجازه دارد تا برنامه های مورد علاقه ی خود را از محل بایگانی ویدئو ها انتخاب کرده و آنها را در زمان مورد تمایل خود تماشا کند.
مراجع :
- Distributed Multimedia systems [Frank Eliassen, Simula & Ifi/UiO 2009]
- Distributed Multimedia Systems, Concepts and Design [Coulouris, Dollimore and Kindberg 2001]
- Distributed Multimedia Systems [Bajuna Salehe]
- What is Distributed Multimedia Systems? [Joseph C Montminy and James MacGlashan 2007]
- Distributed Multimedia System Design : A Holistic Perspective[Massoud Pedram Joerg Henkel Radu Marculescu]
- On Satisfying Timing and Resource Constraints in Distributed Multimedia Systems [Costas Mourlas and David Duce and Michael Wilson]
- Distributed Multimedia Systems [VICTOR O. K. LI 1997]
برای اطلاع از فن آوری های نوین ارتباطی شبکه های وایرلس و ماکرویو و مراکز تلفنی تحت شبکه از کانال تلگرامی ما به آدرسهای Wireless_tech@ و Voip_Tech@ دیدن فرمایید.