Поток данных

Для обмена критичной ко времени передачи информацией распределенные системы обычно предоставляют поддержку потоков данных (data streams, или просто streams). Поток данных есть не что иное, как последовательность элементов данных. Потоки данных применимы как для дискретной, так и для непрерывной среды представления. Так, каналы UNIX или соединения TCP/IP представляют собой типичные примеры дискретных потоков данных (байт-ориентированных). Воспроизведение звукового файла обычно требует непрерывного потока данных между файлом и устройством воспроизведения.

Временные характеристики важны для непрерывных потоков данных. Для поддержания временных характеристик часто приходится выбирать между различными режимами передачи. В асинхронном режиме передачи (asynchronous transmission mode) элементы данных передаются в поток один за другим, но на их дальнейшую передачу никаких ограничений в части временных характеристик не вводится. Это традиционный вариант для дискретных потоков данных. Так, файл можно преобразовать в поток данных, но выяснять точный момент окончания передачи каждого элемента данных чаще всего бессмысленно.

В синхронном режиме передачи (synchronous transmission mode) для каждого элемента в потоке данных определяется максимальная задержка сквозной передачи. Если элемент данных был передан значительно быстрее максимально допустимой задержки, это не важно. Так, например, датчик может с определенной частотой измерять температуру и пересылать эти измерения по сети оператору. В этом случае временные характеристики могут вызвать наш интерес, если время сквозного прохождения сигнала по сети гарантированно ниже, чем интервал между измерениями, но никому не повредит, если измерения будут передаваться значительно быстрее, чем это действительно необходимо.

И, наконец, при изохронном режиме передачи (isochronous transmission mode) необходимо, чтобы все элементы данных передавались вовремя. Это означает, что передача данных ограничена максимально, а также минимально допустимыми задержками, также известными под названием предельного дрожания. Изохронный режим передачи, в частности, представляет интерес для распределенных систем мультимедиа, поскольку играет значительную роль в воспроизведении аудио- и видеоинформации. Далее мы коснемся только непрерывных потоков данных.

Рис. 2.29. Передача потока данных по сети между двумя процессами (а), между двумя устройствами (б)

Потоки данных могут быть простыми или комплексными. Простой поток данных (simple stream) содержит только одну последовательность данных. Комплексный поток данных (complex stream) состоит из нескольких связанных простых потоков, именуемых вложенными потоками данных (substreams). Взаимодействие между вложенными потоками в комплексном потоке часто также зависит от времени. Так, например, стереозвук может передаваться посредством комплексного потока, содержащего два вложенных потока, каждый из которых используется для одного аудиоканала. Важно отметить, что эти два вложенных потока постоянно синхронизированы. Другими словами, элементы данных каждого из потоков должны передаваться попарно для получения стереоэффекта. Другим примером комплексного потока данных может быть поток данных для фильма. Такой поток мог бы состоять из одного видеопотока и двух аудиопотоков для передачи стереофонической звуковой дорожки к фильму. Четвертый поток мог бы содержать субтитры для глухих или синхронный перевод на другой, нежели в звуковой дорожке, язык. И вновь необходима синхронизация вложенных потоков. При нарушениях синхронизации нарушается нормальное воспроизведение фильма.

Поток данных нередко может рассматриваться в виде виртуального соединения между источником и приемником. Источник или приемник может быть процессом или устройством. Например, при передаче данных через сеть процесс-источник может читать данные из аудиофайла и пересылать их, байт за байтом, по сети. Приемник может быть процессом, по мере поступления выбирающим байты и передающим их на локальное устройство звуковоспроизведения. Такую ситуацию иллюстрирует рис. 2.29, а, С другой стороны, в распределенных мультимедийных системах можно реализовать прямое соединение между источником и приемником. Так, видеопоток, создаваемый камерой, может напрямую передаваться на дисплей, как показано на рис. 2.29, б.

Другая ситуация имеет место в зависР1мости от того, имеется у нас всего один источник или приемник или мы можем организовать многостороннюю связь. Наиболее частая ситуация при многосторонней связи — присоединение к потоку данных нескольких приемников. Другими словами, осуществляется групповая рассылка потока данных нескольким получателям, как показано на рис. 2.30.

Рис. 2.30. Пример групповой рассылки потока данных нескольким получателям

Главной проблемой групповой рассылки потоков данных являются разные требования разных приемников к качеству потока. Рассмотрим, например, источник передачи высококачественного кино со стереозвуком. Он может потребовать комплексного потока данных, содержащего вложенный поток для видео, по которому с частотой 50 Гц передается картинка, и два вложенных потока для аудио с качеством на уровне компакт-дисков. Даже при использовании современных технологий сжатия комплексный поток может потребовать скорости передачи порядка 30×10⁶ бит/с. Не всякий приемник в состоянии обработать такой объем данных. Поэтому поток должен быть настроен на фильтрацию, которая приводит в соответствие качество входящего потока и отличное от него качество исходящего потока, как показано на рис. 2.30.

Дата добавления: 2014-01-13