第11章 多媒体操作系统

一 、多媒体系统简介

1. 多媒体的概念

多媒体 (multimedia)  目前没有统一的定义，一般是指多种方法、多种形态传输(传播)的信息介质、多种 载体的表现形式以及多种存储、显示和传递方式。

2.超文本和超媒体

(1)超文本 (hypertext)。

(2)超链接 (hyperlink)。

(3)超媒体 (Hypermedia)。

3.多媒体文件的特点

(1)多样性。

(2)极高的数据率。

(3)实时性。

(4)集成性

①将多媒体的硬件和软件进行集成。

②将多媒体信息进行集成。

(5)交互性。

4.多媒体硬件与软件系统

(1)多媒体硬件系统的组成

①多媒体主机。

②多媒体输入设备。

③多媒体输出设备。

④多媒体存储设备。

⑤多媒体接口卡。

⑥人机交互设备。

(2)多媒体软件系统

①多媒体驱动软件。

②多媒体操作系统。

③多媒体应用软件。

二、多媒体文件中的各种媒体

1. 音频信号

(1)模拟音频和数宇音频

①模拟音频

声波在时间上是连续的，故属于模拟信号。

②数字音频

模/数转换分为如下三个步骤：

a.  采样。 b.  量化。 c.  编码。

(2)数字音频文件类型

①WAV 文件。

②MIDI 文件。

③MPEG  音频文件 (MP3)。

④APE 文件。

2. 图像

(1)图像的属性

①分辨率。

②色彩深度。

③真，伪彩色。

(2)图像文件格式

①BMP 格式。

②GIP 格式。

③TIFF 格式。

④JPEG 格式。

3. 视频信号

(1)模拟视频

彩色电视的制式有三种：

①NTSC 制式。

②PAL 制式。

③SECAM  制式。

(2)数字视频

数字视频中的每一帧也是由大量的像素组成的，每个像素用若干二进制位来表示。

(3)视频文件格式

①MPEG 文件格式。

②GIF 文件格式。

③AM 文件格式。

4.多媒体数据压缩及其标准

(1)静止图像的压缩标准

联合图像专家小组JPEG(Joint Photographic Exports Group)研制出的数字压缩编码方法，被称为JPEG 算法， 它被确定为静止图像压缩的国际标准。JPEG 专家组开发了两种基本的压缩算法：一种是无损压缩算法：另一种 是有损压缩算法。

(2)运动图像的压缩标准

①MPEG-I 标准。

②MPEG-Ⅱ 标准。

③MPEG-IV 标准。

(3)音频压缩标准

在多媒体应用中，最常用的音频压缩标准是MPEG 的音频压缩算法。

三、多媒体进程管理中的问题和接纳控制

1.多媒体进程管理中必须解决的问题

(1)同时运行不同类型的软实时任务。

(2)支持软实时任务和非实时任务同时运行。

(3)提供适当的进程接纳机制。

(4)采用实时调度算法。

2. 软实时任务的接纳控制

为了能在任何负载情况(包含过载)下，都可以基本上保证软实时任务的截止时间要求，需要在进程管理中 新增两个重要的功能和机制：

(1)CPU   带宽预留功能和机制；

(2)CPU   带宽调度功能和机制。

为此，在进程管理中应配置两个重要的组件：

(1)CPU   代 理 (broker)   实体，它的主要功能是根据新进入系统进程的请求，确定是否接纳它作为SRT 任 务；

(2)软实时任务CPU 调度实体，这是用于对SRT 任务进行实时调度的程序。

四 、多媒体实时调度

1. 最简单的实时调度方法

将类型相同的媒体按FCFS 原则排成一个进程就绪队列，并采用定时轮转的策略来调度和运行它们。

2.  速率单调调度 (Rate   Monotonic   Scheduling,RMS) 算法

速率单调调度包括以下两个部分：

(1)优先级的确定。

(2)调度算法能否有效调度的衡量。

3.EDF算法与RMS 调度算法的比较

最早截止时间优先 (EDF)   调度算法与RMS 调度算法的比较如下：

①处理机的利用率

在利用RMS 算法时，处理机的利用率存在着一个上限。

②算法复杂度

RMS 算法比较简单，计算出的每一个进程的优先级，在任务运行期间通常不会改变。

③调度的稳定性

RMS 算法易于保证调度的稳定性，因为RMS 算法在调度时所依据的优先级是静态的。

五、媒体服务器的特征和接纳控制

1. 媒体服务器的特征

(1)多媒体文件的多种媒体性

(2)拉型和推型文件服务器

通常把传统文件服务器称为拉型服务器，而多媒体文件服务器为推型服务器，如图11-1所示。

图11-1 拉型服务器和推型服务器

(3)多媒体文件的存储空间分配方式

在多媒体文件系统中，主要采用连续分配方式。

(4)人机交互性

2.存储器管理中的接纳控制

(1)存储器页面锁定功能。

(2)存储器代理。

3.媒体服务器的接纳控制

(1)媒体服务器的服务质量

①确定型的保证。

②统计型的保证。

③尽力而为型保证。

(2)接纳控制

对于确定型的保证，在计算中所采用的应当是最坏情况下的参数，如磁盘的寻道时间最长，而对于统计型的 保证所用的应当是统计性参数。

六、多媒体存储器的分配方法

1. 交叉连续存放方式

在该方式中，不仅要求多媒体中的每个文件是连续文件，而且还需在不同文件间采取按帧交叉的方式存放。 如图11-2所示。

图11-2 交叉连续存放方式

该方式可使图像快速传送到输出设备，但是会增加磁盘负担，同时不适用于随机访问和快进快退功能。

2. 帧索引存放方式

(1)帧索引存放方式的基本原理

在系统中，为每部电影建立一个帧索引表。其中的每一个表项至少应有两个字段， 一个是地址字段，它用于 存放相应帧所在盘块的始址。另一个是帧长字段，用于存放该帧的盘块数目。

(2)帧索引存放方式的性能分析

①支持随机访问。

②关于快进、快退问题。

③磁盘碎片较小。

④帧索引表大。

⑤缓冲管理简单。

⑥存储管理复杂。

3. 块索引存放方式

(1)块索引存放方式的基本原理

块索引存放方式所配置的索引表采用的是块索引，它是以盘块号为索引，而不是以帧号为索引。在每一个索 引表项中同样需要两个字段， 一个帧号字段用来存放在该块中的第一个帧的帧号，另一个字段存放该块中所存放 的帧数。另外还需要几个地址字段，用于存放在本盘块中每一帧的盘块始址。

(2)块索引存放方式的性能分析

①支持随机访问。

②磁盘碎片较大。

③块索引表小。

④缓冲管理复杂。