| 出版日期：1997-10-27 总期号：681 本年期号：41 |
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集成化多媒体软件开发环境的实现
吕新 集成化多媒体软件开发环境（imse：integratedmultimediasoftwaredevelopmentenvironment）实质上就是为多媒体开发人员提供一个理想的多媒体软件开发环境和工作舞台。从理论上来讲，imsp就是“按照一定的概念模型和思想方法把支持多媒体软件开发的计算机系统软件、工具集、多媒体数据库等全部开发资源进行最自然的集成，并系统有效地支持基于软件工程和多媒体理论、技术、方法和规范所进行多媒体软件开发的整个过程和所有活动；最大限度地提高软件生产力，全面保证软件质量；最终目的是实现多媒体软件产业的工业化和自动化。 一、imsde模型 集成化多媒体软件开发环境是一个十分复杂的系统工程项目，它不但包括了所有软件与软件工程理论、技术和方法学，还涉及到音乐影视艺术、心理与美学文化、以及各种专业学科知识。由此可见，imsde是集成化软件工程环境（isee：integratedsoftwareengineeringenvironment）的扩充和延伸，即在isee中要加进多媒体软件开发的特色和方法学。然而究其imsde的本质而言，多媒体软件仍是软件，只不过是更富有多媒体特色的计算机软件。从这个方面来讲，imsde又可视为isee的特例。因而研究和实现imsde应以isee理论为基础，在成熟的isee研究方法和集成模型上吸收多媒体软件开发方法和特色是研究和实现imsde的可靠理想、快速有效方法。集成环境的研究首先应遵循一个统一的概念模型，以此为基础集中支持一种多媒体软件开发方法学研究所涉及的理论、方法、技术和规范，开发相应的工具和辅助设施，建立所需表达能力的数据模型及相应存储和管理能力的数据库系统，并将它们有效地组织起来，这就构成了集成的主要内容。由此可见，一个设计优秀的imsde必需建立统一的概念模型和数据模型，保证环境中的各种构件（如数据、工具和界面等）具有相同的“思想”并讲相同的“语言”，使得它们之间的相互协作、通信和数据共享达 到自然和谐、一致完美。 上述思想无不重要，但只有通过理想的环境集成模型予以支持和实现。因而，imsde研究和开发的一个关键问题是集成模型的研究与确定。在这点上，我们自然应选择近些年来人们对isee研究并取得共识和统一的基准模型———“三维集成模型”。这种模型的基本思想是把集成环境中的所有构件和信息划分为三个方面，称之为三维，分别为控制（工具）维、数据维和界面维。三维集成模型的划分既保证了各维的独立性和完整性，又概括和包容了集成环境的全部构件和信息。基于isee三维集成模型并吸收多媒体软件开发特色和方法所抽象的imsde模型如图1所示。 从图1可清楚地看到，整个集成环境的总体结构主要由三部分组成：用户界面系统、集成的工具和数据库管理系统。用户界面系统处于最前端，用于用户操作和交互。界面集成的目的使得环境中不同的多媒体软件开发工具在类似的情况下以类似的方法表示出一致的外部视感和行为能力。工具集成处于用户界面和数据库管理系统之间，通过用户界面调用集成的各种工具进行工作，工具需求的媒体信息数据由多媒体数据库管理系统实施组织和管理。多媒体数据库作为环境的数据平台支持界面、工具和数据的集成。显而易见，三维集成模型强调了界面是包装、工具是灵魂、信息是基础三维一体的总体框架。 二、imsde的实现结构与层次 根据图1所示的imsde集成模型和能力需求，我们不难抽象对应此模型的imsde实现结构和层次。如图2所示，一个完整的imsde应该具备五个层次，其结构从上至下分别为：用户界面层；工具集成层；对象管理层；共享数据库层；多媒体操作系统和驱动程序层。 用户界面层（userinterfacelayer）由一个标准化的界面工具系统和一个通用的显示协议（commonpresentationprotocol）组合而成。界面工具系统包含了人机界面管理软件和一个显示对象库，两者一起提供了一个在界面和环境工具之间进行通信的统一机制和能力。目前，imsde最通用的界面工具系统是基于x－windows机制的各种产品，如以unix为操作系统的工作站上所开发的openwin、motif等图形界面系统；微型计算机上所使用的windows系列界面系统等。显示协议为了给所有环境工具赋予相同的视觉和感觉提供了一个准则和指南：屏幕布局，菜单的命名和组织，图标式样和对象名称，键盘和鼠标的使用，工具访问的机制等都必需在显示协议中定义。 工具层是由一个工具管理机构和环境工具自身组成。工具管理机构（toolsmanagementservices：tms）控制环境内所有工具的行为。如果在一个或多个工具的执行期间多个任务被使用，工具管理机构实施多任务的调度、同步和通信；解决从共享数据库和对象管理层到这些工具的信息流的协调；完成工具的安全调用和审查功能等。工具管理机构接收用户界面层所下达的任务，调度和指挥相应的工具进行协调工作。而工具所需求的操作信息由其下对象管理层负责提供和组织。 对象管理层（objectmanagementlayer：oml）由环境集成机构和配置管理设施组合而成。本层主要实现工具与数据、数据与数据媒体之间的集成；完成整个环境的配置管理。从本质上讲，在环境集成结构中，这个层次的软件提供了多媒体开发工具集成的机制和方法，要求每一个工具能被方便地“插进”对象管理层，与环境多媒体数据库连接而有效工作。实际上，这种“即插即用”的集成思想，就是在工具层与共享数据库层之间建立一个标准接口和统一的共享数据模型，使工具和数据库自然和谐的相连在一起，这也是oml的重要使命。除此而外，oml还需提供环境的所有配置对象标识、版本控制、对象转变的一致性维护、异常处理和安全保证等配置管理机制和服务设施。 共享数据库层是由环境数据库和能使对象管理层与之交互的访问控制系统组成。环境数据库实际是一个多媒体数据库管理系统，完成开发过程中全部多媒体信息的存储，并提供强有力的多媒体数据库访问控制和管理能力。数据集成就是由对象管理层和共享数据库层来完成，也构成了整个imsde多媒体数据库平台支持多媒体开发工具和界面的集成。 最底层是多媒体操作系统和多媒体设备驱动程序层，主要完成负有多媒体操作系统的任务，并驱动和管理所有多媒体硬件设备有效工作。 三、多媒体软件工具与集成 完整地讲，在图1、图2所示的imsde集成模型和实现结构中，所涉及的工具不仅仅是指多媒体软件开发工具，同时还包括用于支持软件生存周期的各种软件工具。如需求分析、概要设计、详细设计、程序设计、集成测试等软件开发过程的各种工具是必需的，而且必须具备多媒体工作特性和能力，限于篇幅，在此我们主要介绍多媒体开发工具。 所谓工具是指用来完成软件开发过程中某一特定工作的程序或软件。由于多媒体软件的开发和应用需要处理各种形形色色的多媒体信息和完成各种名目繁多的多媒体处理工作，由此可以想到，用于支持多媒体软件开发的工具可谓种类繁多、五花八门。多媒体软件工具的分类还没有什么标准，仅以功能粗分为：多媒体设备驱动程序；多媒体操作系统；多媒体数据采集和准备工具；多媒体数据库管理工具；多媒体系统创作工具；多媒体应用软件等。 多媒体设备驱动程序：在多媒体计算机系统中，直接和硬件打交道的软件称为设备驱动程序。与os的设备管理类似，主要完成多多媒体设备的初始化、设备的打开、关闭、操作和使用等工作。 多媒体操作系统：多媒体操作系统（mos）是整个多媒体计算机软件系统的核，主要负责多媒体环境下的多任务调度；多媒体信息资源的物理组织和存储；保证不同媒体信息的同步控制和实时性处理；分配和管理多媒体硬件设备等。目前，作为mos，使用最广泛、应用最成熟的是windows操作系统。 多媒体数据采集和准备工具：这类工具应完成各种不同媒体信息的采集和录制；实施媒体信息的数据压缩、格式转换和标准化；保证音频、视频、动画等重要媒体信息高质量和高保真。目的是为多媒体系统的开发和应用准备好所需要的全部媒体材质。 多媒体数据库管理工具：此类工具主要完成环境数据库模式的创建与维护；媒体对象／数据的录入、浏览、查询、输出与维护；数据库事务的并发控制与安全保证；所存音频、视频、动画信息的展现与特技处理等。 多媒体系统创作工具：是供多媒体开发人员用于开发特定领域多媒体软件或系统的创作工具。这类创作工具一般以可视化的方式提供了组织、创作、操纵各类多媒体信息的诸多工具集，并提供全面的流程逻辑控制能力。开发人员借助于这些灵活多样的工具和流程控制方法可将各类多媒体数据实施最有效的编排和组织，并形成一个可控制、可交互多媒体应用系统。多媒体系统创作工具是推广、普及和应用多媒体的先决条件，成为目前多媒体产业研究和开发的重点。 多媒体应用软件：是面向特定领域而进行多媒体应用的软件工具，即提供给最终用户通过交互操作而完成特定领域多媒体信息的查询、浏览、显示、播发和特技处理等工作。在教学训练、电子出版、咨询服务、产品演示、广告宣传、电视会议等领域已经成功的开发出了很多多媒体应用软件。 多媒体软件工具种类繁多、应用广泛。一般而言，不同的工具由不同的厂商和机构根据不同的环境和方法研制而成，并支持和完成多媒体软件生存周期中某一过程或活动的特定工作。由此可见，要想充分使用各类多媒体软件工具进行最有效的工作，就必须对这些工具进行很好地集成，使之成为一个多媒体软件生产流水线，这就是imsde工具集成所要解决的问题和达到的目的。 四、多媒体数据库与数据集成 多媒体最本质含义表明了它所涉及数据的复杂性，即多媒体具有类型繁多、结构复杂、关系错综、超介质性等特点。因而，这就预示着imsde将面临着对最为复杂媒体信息的操纵和管理。但遗憾的是目前广泛使用的关系数据库管理系统，由于自身能力的缺陷和表达能力的简单化，难以胜任复杂的多媒体数据管理。因而，人们自然将目光投向新一代数据库管理系统———面向对象数据库管理系统（oodbms）。这是因为oodbms具备很强的复杂对象表达能力和先进的数据库管理能力，可完满足imsde的复杂数据表达和管理需求。也就是说，oodbms系统具备：先进的对象模型；客观世界的建模与模拟；丰富的语义模型；动态模式演进；严格的约束管理；海量数据管理；数据的分布与充分共享；客户通信；并发事务控制；快速数据访问和恢复的有效存储机制；计算完整的数据库程序设计语言；图形开发环境；版本管理等特性和能力。 在多媒体数据库系统和多媒体数据的集成研究中，人们将oodbms与超媒体技术进行有机的结合，创建了适应多媒体数据表达、组织、操纵和管理的理想数据模型———面向对象的超媒体数据模型（oohdm）。oohdm是由用于承载媒体信息的各类超结点对象集和用于连接超结点对象的各种关系对象集组织而成，以此数据模型便把imsde所涉及的全部多媒体数据组织一个完整的信息网。利用oodbms创建对应oohdm的多媒体数据库模式，并实施对imsde复杂数据的存储和管理。 imsde数据库的主要任务：一是对环境数据进行集成和管理，一是作为平台支撑环境所有工具和界面的有效集成。作为环境数据集成和管理，由于我们在环境数据模型的抽取和数据库模式设计方面使用了统一的面向对象的超媒体概念和数据模型，使得环境数据的建模、表达、存储和管理显得十分自然有效。而作为平台的来讲，要为环境中集成的各种构件（如工具、界面等）对数据的操作和共享提供通用的数据库接口和方便的辅助操作工具。在现行的oodbms中，对象的描述语言和操纵语言是与oodbms无缝集成的面向对象编程语言（oopl），而按imsde模型集成的各种构件必须“讲相同的语言———oopl”，即使用oopl所提供的oo概念、方法和模型来实施编程和数据操作。这与面向对象的环境数据库所提供的对象接口是完全一致的，因而要访问数据库的工具可方便地使用oodbms自然具有的oo接口就可进行有效操作，并保证imsde界面、工具和数据三位一体的自然集成和协作。 五、imsde界面集成 用户界面是一个系统提供给用户实施交互和工作的人—机接口。在imsde中，界面集成既要把整个环境的功能、性能和特色完整地展现给用户，又要为用户提供最漂亮和最习惯的操作方式，同时还要以最优质的服务指导和帮助用户。由此可见，用户界面维对于整个集成环境是多么重要，这也是将界面维与数据和工具维并驾齐驱，以“三足鼎立”之势而形成三维集成模型的根本所在。 作为界面的集成和实现，最关键是应遵循一致性：一致性原则是用户界面设计与集成的根本原则。界面一致性包括三个方面：物理、语法和语义。物理一致性强调硬件方面的一致，即键盘布局、键的位置、鼠标器按钮设置和用法、追踪球的球动设置和转法等，它们无论出现在什么系统中，用法都必须一致。语法一致性是指屏幕上的元素（显示语言）出现的顺序和规则，以及操作要求（动作语言）顺序的一致性问题。如窗口的标题、控制选单、工作菜单、窗体、滚动条、按钮等元素的布局和操作规程都必须按习惯成自然，不得随意改变，这就是语法的一致性。语义的一致性是指构成界面元素意义必须保持一致。如界面菜单名称、图符形状等的含义不能随系统不同而改变用意，而始终应保持一致。一致性用户界面具有很多优点：对研制人员来讲，大大地缩短了通用界面的研制和开发周期，节省了经费和投资，提高了软件的共享性，加速了标准化；对用户来讲，可以在很短的时间内学会界面的操作和交互，并能得心应手、轻松自如地使用，极大的提高工作效率，减少用户的挫折感，增加了成功的信念。另外，界面的直接操纵性、灵活性和显式操作等原则也是界面设计和集成工作必须注意的原则。 六、结束语 imsde研究是一个由多学科相互渗透组合而成的复杂系统工程，对于多媒体软件工业的形成和发展有着十分重要的奠基作用。近年来，随着多媒体工业和产业的形成与发展，imsde研究和开发受到世界普遍重视，其规模和趋势越来越大。尤其是发达国家在这方面投入大量的人力、物力和财力，力图率先发展，抢占多媒体市场的势态已日趋明朗。在当今以多媒体为代表的信息社会，我国对于多媒体产业的发展和研究也十分重视，尤其在基础设施的建设和投资上有了长足进展，相信在多媒体工业会有我们一席之地。 |
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