分布式多媒体同步技术研究

开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇分布式多媒体同步技术研究范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！

摘要：根据多媒体通信技术中的同步技术，衍生到网络环境下的多媒体系统表述的三类关系，给出多媒体同步更广泛的定义。根据同步对象的相互关系，将多媒体同步进行分类；总结了分布式多媒体系统的特征；分析了实现分布式多媒体系统的四类同步通信方案；最后对不同结构中影响分布式多媒体系统保持同步的主要因素进行了探讨。

关键词：多媒体同步；分布式多媒体同步；同步技术

中图分类号：TP37 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2013）15-3625-03

多样化、交互性和集成性是多媒体信息的基本特征，分布式多媒体计算机系统使多媒体能力不再局限于单机范围，而是与分布在不同地理位置的网络计算机协同工作，集计算机的交互性和多媒体信息的集成性于一身给计算机的信息处理能力带来了质的飞跃。

分布式多媒体计算机应用除了传统上遍及教育、医学、金融、游戏、出版、玩具、办公、旅游等各个领域，目前基于它人机交互的最大特点提出了更高的要求。那就是要使计算机成为真正的能听、会说、会看且具有意识和思维的真正的智能体。这也是未来人机交互研究的最终目标。

1 多媒体同步技术

1.1 多媒体同步的定义

“同步（synchronization）”是一个与时间有紧密关联的词汇。按照不同作用，在数据通信领域中将同步分为以下四类：载波同步、位同步（码元同步）、群同步（帧同步）和网同步。对于网络环境下的多媒体系统而言有它更广泛意义，实质上表述的是以下三类关系的所有场合：媒体之间的内容关系、媒体之间的空间关系和媒体之间的时间关系。

内容关系的实质就是一种约束关系，复杂多样的媒体对象代表同一内容的不同表现形式，它们之间所具有的约束关系即内容关系。大多数情况下在多媒体系统中，是利用那些用来表现不同媒体对象的公用数据结构或对象接口来实现内容关系的。例如，在处理数据图表时在数据图形与生成图形的一个填好的表格数据之间的依赖性。那么同样的数据以表格和数据图形两种不同的方式表示。体现多媒体系统一个最大的特性集成性的多媒体文档，清楚的表述内容关系有利于对相同数据的不同表现进行自动更新。

空间关系也就是布局关系，某一个特定的时间点（temporal point）是在一个时间多媒体表现中的。任意媒体对象在一个输出设备上的表现就是空间关系。

时间关系是多媒体系统中的关键问题。媒体之间的时间依赖性也就是时间关系。多媒体系统中处理的数据大都是时间相关媒体对象，所以必须处理好时间关系。在多媒体对象被表现的时候，要求其制作时的时间关系对应于表现期间的时间关系。总之我们更多处理是多媒体数据对象集成派生出来的时间关系，该文中我们给出以下对多媒体同步的定义。

我们直观地定义为：多媒体同步就是一种控制机制，也是一种控制策略，在满足用户交互的同时使多个媒体对象按照一定的时间序列进行连续、实时、平滑、并行地传输和表现。

1.2 多媒体同步的分类

根据同步对象的相互关系，将多媒体同步分为以下三类：媒体内同步、媒体间同步和人机交互同步。

1.2.1媒体内同步

传输的多媒体对象具有等时isochronism特性，多媒体系统需要一个对媒体设备的流控制flowcontrol机制，即媒体内同步。由一系有时间上关联关系的媒体单元构成的多媒体对象，必须保持在时间上的连续性来实现媒体表现，例如，时间线上数字视频的各个帧画面。

在分布式系统中网络设计人员需要考虑到共享资源的实时需求。因为在分布式环境下，多个数据流并行运行，一定要涉及到数据对象的实时需求。这就需要保证媒体内同步，解决的方案就是操作系统实时地调度相应的进程，设计一个资源管理和保护方案，确保数据流的实时需求。

1.2.2媒体间同步

为了维护并行表现的多个媒体流间的时间序列关系，就需要媒体间同步，并且要限制媒体流之间的扭曲skew。相互的时间约束发生在不同媒体之间的传输和表现上，例如多道立体声同步和唇同步等。要是媒体流在一个非实时环境non RTE，NRTE中表现，它的进程是作系统的调度策略控制；若是在一个实时环境real- time environment，RTE中，媒体流的表现执行将被有完整定义的时间规范所约束。

1.2.3人机交互同步

人机交互同步，又被称为时态交互temporal interaction。表示不同媒体对象和交互对象之间的同步。交互性是多媒体系统的一个主要特征，其主要特点是同步发生时间的随机性。在用户和多媒体系统之间的交互实质就是交互对象，即用户和计算机系统之间的通信，例如当用户利用输入设备控制多媒体系统的跳转、停止、变速和暂停等，系统应该及时响应用户的操作。

在分布式多媒体系统中，上文中提出的三种类型的同步是密切相关联的，但是它们的同步粒度是不同的。媒体内同步是媒体间同步的前提和基础，也是同步粒度最小的。媒体内同步和媒体间同步都由分布式多媒体系统实现。而在上述两种同步的基础之上的是人机交互同步，因为是用户和分布式多媒体系统间交互的同步，所以它的同步粒度是最大的。

2 分布式多媒体同步

2.1 分布式多媒体系统

通讯技术和网络技术的迅猛发展为实现分布式多媒体应用系统提供了条件，在不同地理位置通过网络相连的一个和一个以上的多媒体工作站上进行分布式合作，实现分布式多媒体系统的多样应用。同时多媒体网络技术也就成为今天人们研究的重点和热点。以实现多媒体数据通讯和共享多媒体数据为目的，利用通信设备将多个在不同地理位置的多媒体计算机连接起来计算机网络系统，我们称之为分布式多媒体系统。

网络环境下支持的多媒体对象就是分布式多媒体，它有下列两个基本特征：

1）通过网络互连的节点一定是多媒体计算机，它能够实时的处理文本、图像、声音和视频动画等多种媒体，并且对多媒体数据进行综合和集成。作为通信网络的节点必须能够实现多媒体数据的通讯和共享。

2）高速网络是确保分布式多媒体系统实现的物质基础。要确保大容量的文本、图像、声音和视频动画等多种媒体数据能够实时高速的传输，对网络就提出了相应的要求。必须具备高传输速率和较大带宽的现代化网络。

分布式多媒体通信不仅要满足实时地传输数据量庞大的多媒体数据流，并且在传输过程中要保证媒体的播放质量，不能造成严重失真。这就需要在多媒体数据之间和多媒体内部实现严格的同步。

2.2 分布式多媒体同步

分布式多媒体信息系统DMIS就是全新的应用服务之一。DMIS中的媒体源相互独立，同时它提供文本、图像、音频、视频等多媒体数据的综合和引用。所以DMIS中不但要在媒体源相互独立的几种流间保持相互的同步，同时为了解决与时间相关的数据元素在传输和恢复中存在随机的延迟与丢包，实时多媒体应用中必须用同步来确保以合适的时间关系播放媒体。这就使DMIS的同步问题更为棘手。除了要解决综合同步，对数据源是存储介质的媒体流人为的在各种媒体的数据单元中加入时间关系；并且要面对实况数据流Live data stream，需要同步外，因为它有紧密的时间关系。例如，在某个网络多媒体工作站上，可以刻意安排解说语音和演示图片同步播放。总之，在复杂的、异构的多媒体网络体系中提供一种可靠的、通用的同步服务，这个方面仍面临很多技术难题以待解决。

多媒体同步方案的选择与设计应该在考量其它同步要求的同时，从多媒体同步体系结构的高度进行选择。分布式多媒体系统中的不同层次中都涉及到同步功能，包括多媒体通信同步、多媒体表现同步和交互多媒体同步等。这就应用而生共同来支持分布式多媒体应用的同步要求的多媒体同步体系结构。作为系统的底层服务，分布式多媒体系统最基本的要求就是实现多媒体通信同步，它是其它同步功能的基础，同时又受其它同步的影响，它们之间互相制约，互相影响。

3 分布式多媒体系统的结构和影响多媒体同步的主要因素

既要在媒体内部保持同步，同时也要在媒体间保持同步是实时多媒体必须要解决的问题。保持媒体内部的同步，其实就是保持在单一连接下单一媒体的时间关系；保持媒体间的同步，即保持多点连接下的时间关系或单一连接下的多个媒体交错的时间关系。

3.1 分布式多媒体系统的结构

多媒体应用在以下四个结构中需要同步：

1）一对一unicast：一个用户传输与时间相关的媒体单元，另一个用户接收这些媒体单元序列并且在输出设备上播放。一对一结构的实例：可视电话。

2）一对多multicast：一个用户发送与时间相关的媒体单元给多个用户。一对多结构的实例：电视会议。

3）多对一：多个用户发送与时间相关的媒体单元，而接收方用户只有一个。多对一结构的实例：用户可以从两个不同的库中得到声音和影像。

4）多对多group：在一个组中的每一个用户都可以是发送者、接收者或两者都是。

也可以认为，一对一、一对多、多对一结构都是多对多结构的特例。

3.2 分布式多媒体同步的影响因素

在网络环境与分布式环境下，主要有以下因素影响多媒体的同步：

3.2.1传输信道所产生的延迟、抖动和扭曲

网络通信信道的延迟、抖动和扭曲是不可避免的。利用多个传输信道传输多媒体数据时，由于不同的媒体信息要求的业务品质、网络带宽和信息量大小都有差异，尤其是不同的传输信道可能经过不同的中间节点，各个中间节点的负荷与拥塞程度又有差异，必然会产生不同的延迟。

3.2.2 源点和目的点时钟偏移

通信网络传输多媒体数据流时，数据发送端和接收端的时钟频率必定不同，这样发送端传输的媒体流和接收端消耗的媒体流会随着时间而失衡。如果不采取同步技术解决，最终会导致接收终端缓冲的溢出或枯竭。

3.3.3 其它因素

还有很多影响同步的其它因素。例如在组通信环境中，不可能为系统提供统一的系统时钟，这样每个终端不能保持精确的同步关系，就会产生有差异的初始采集时间与有差异的的初始演示时间。这些同样都是影响多媒体同步的重要因素。

当前分布式多媒体同步的研究重点是采用某种同步机制以尽量减少一对一、一对多、多对一和多对多这四种因素的影响。通过延迟阻塞和时间偏移解决一对一方式下的同步，在一对多和多对一方式下除了延迟阻塞和时差外还可以利用不同的初始采集时间。在多对多方式下四种情况都有。

4 小结

多媒体技术和高速网络技术的结合，产生了分布式多媒体技术，使得多媒体信息的共享变得更加普遍。随着当今网络技术与存储技术的发展，分布式多媒体系统将为人们提供更加广阔的应用前景，如多媒体视频会议、分布式多媒体视频点播（distributed video-on-demand）、远程教育（distance-education）等。多媒体通信需要提供对连续媒体流（continuous stream）的支持功能。具有很强的实时性、交互性和等时性（isochroniam）。为了满足实时交互操作的需要。多媒体系统必须能够克服在数据演示过程中的由存储、通信和计算所引起的系统延迟（delay）、抖动（jitter），所有这些都需要多媒体同步技术加以解决。

参考文献：

[1] 张明，张正兰.分布式多媒体系统的关键问题探讨与研究[J].小型微型计算机系统，2001（22）.

[2] 姜红.试探分布式多媒体系统的基本特征[J].商品与质量，2012（S1）.

[3] 李露.基于Petri网的多媒体同步技术研究[J].科技创业月刊，2007（10）.

[4] 李春光，温涛.超媒体同步模型研究[J].小型微型计算机系统，2000（21）.

[5] 张占军，韩承德，杨学良.多媒体通信同步技术的研究[J].计算机工程与应用，2000（10）.