Стандарт mpeg-4, -7, -21

6.3. Архитектура мультимедиа MPEG-21

Стандарт MPEG-21 (см. http://www.chiariglione.org/mpeg/standards/mpeg-21/mpeg-21.htm или http://www.itscj.ipsj.or.jp/sc29/29w42911.htm#MPEG-21) имеет своей целью определить рамки для создателей, дистрибьюторов и сервис-провайдеров в открытом рынке мультимедиа.

MPEG-21 базируется на двух важных концепциях: определении базовой единицы распределения и соглашения (Digital Item — цифровой объект) и концепции взаимодействия пользователей и цифровых объектов. Цифровой объект может рассматриваться как предмет мультимедийных соглашений (например видеоколлекция, музыкальный альбом), а пользователи — как субъекты мультимедийных соглашений.

Цель MPEG-21 может быть, таким образом, переформулирована так: определение технологии, необходимой для поддержки пользователей при обмене, доступе, продаже и других манипуляциях цифровыми объектами. При этом предполагается обеспечить максимальную эффективность и прозрачность этих операций.

Пользователем является любой объект, который взаимодействует со средой MPEG-21 или с цифровым объектом. Пользователями могут быть частные лица, сообщества, организации, корпорации, консорциумы, правительства и прочие субъекты. Пользователи идентифицируются по их отношению к другим пользователям. Стандарт MPEG-21 по чисто техническим причинам не делает различия между провайдерами содержимого и потребителями, — и те и другие являются пользователями. Отдельный объект может использовать содержимое (content) разными способами (публиковать, доставлять, и т.д.), но все участники, связанные с MPEG-21, считаются пользователями. Однако пользователь может иметь специфические или даже уникальные права и ответственность в зависимости от его взаимодействия с другими пользователями в пределах MPEG-21.

На самом нижнем уровне MPEG-21 определяет рамки, в которых один пользователь взаимодействует с другим пользователем, а предметом взаимодействия является цифровой объект, обычно называемый содержимым (контентом). Некоторые такие взаимодействия формируют контент, предоставляют, архивируют или аранжируют его, улучшают и доставляют и т.д. и т.д.

Обзор цифровых объектов

В любой системе (такой как MPEG-21), которая предлагает осуществлять большое число операций над цифровыми объектами, необходимо точно описать, что собой представляет такой объект. Достаточно сложно сформировать универсальную модель цифрового объекта, которая бы годилась для всей совокупности современных приложений. Описание модели цифрового объекта представлено в спецификации ISO/IEC 21000 (часть 2).

Пример. Рассмотрим в качестве цифрового объекта простую web-страницу. Web-страница обычно состоит из HTML-документа со встроенными ссылками на различные файлы, содержащие видеообъекты (например, JPEG или GIF), и, возможно, стилевые файлы. В этом простом случае цифровой объект представляет собой HTML-документ плюс некоторые ресурсы, с ним сопряженные.

Теперь модифицируем пример, предположив, что web-страница содержит некоторые логические скрипты (JavaScript, PHP и т.д.), которые определяют предпочтительный язык программы просмотра (viewer) из заранее оговоренного списка.

Ключевой момент в этом модифицированном примере: присутствие языковой логики затуманивает вопрос, что собой представляет теперь цифровой объект и как его можно теперь однозначно определить.

Первой проблемой является выявление всех зависимостей. Добавление кода скриптов изменяет декларированные связи web-страницы, которые могут быть точно определены лишь в результате работы скрипта на определенной ЭВМ. Это может работать в качестве метода выявления структуры цифрового объекта в предположении, что автор ставит в соответствие каждой новой версии оттранслированной WEB-страницы определенный цифровой объект.

Это предположение высвечивает вторую проблему: неизвестно, действительно ли автор предполагает, что каждой трансляции страницы будет соответствовать отдельный цифровой объект, или он намеревается оставить выбор языка неопределенным. Если имеет место последний вариант, то невозможно выяснить точно набор ресурсов, из которых состоит цифровой объект, что возвращает нас к первой проблеме.

Проблема, представленная выше, должна быть решена с помощью декларации цифрового объекта. Декларация цифрового объекта DID (Digital Item Declaration) является документом, который специфицирует состав, структуру и организацию цифрового объекта.

Декларация цифрового объекта

Целью декларации цифрового объекта DID (Digital Item Declaration) является определение набора абстрактных концепций и элементов для образования модели описания цифрового объекта. В рамках этой модели цифровой объект является цифровым представлением "действия", и в этом качестве он является предметом, над которым производятся операции (управление, описание, обмен, коллекционирование и т.д.). Модель должна быть максимально гибкой и универсальной, чтобы допускать реализацию функций высокого уровня. Это, в свою очередь, позволит модели быть основой для построения моделей высокого уровня других элементов MPEG-21 (таких как идентификация и описание или IPMP ). Эта модель не регламентирует выбор языка. Вместо этого она помогает сформировать общий набор абстрактных понятий и терминов, которые могут использоваться для определения такой схемы. Технология DID описана в трех нормативных секциях:

• Модель. Модель декларации цифрового объекта описывает набор абстрактных терминов и понятий для образования полезной модели определения цифровых объектов. В пределах этой модели цифровой объект является цифровой репрезентацией "работы" и как таковой является предметом, над которым производятся операции (управление, описание, обмен, коллекционирование и т.д.).
• Репрезентация: нормативное описание синтаксиса и семантики каждого элемента декларации цифрового объекта в XML.
• Схема: нормативная XML-схема, включающая всю грамматику репрезентации декларации цифрового объекта в XML.

Далее следуют описания семантических значений элементов модели декларации цифрового объекта.

Контейнер

Контейнер является структурой, которая позволяет группировать объекты и/или контейнеры. Эти группы объектов и/или контейнеров могут использоваться для формирования логических пакетов (для транспортировки или обмена) или логические архивы (для организаций). Дескрипторы позволяют "помечать" контейнеры данными, которые пригодны для целей группирования (например, инструкции по доставке пакета или информация о категории для архивов ( shelf )).

Следует заметить, что сам контейнер не является объектом; контейнеры могут группироваться в объекты и/или контейнеры.

Объект

Объект представляет собой группировку субобъектов и/или компонентов, которые сопряжены с соответствующими дескрипторами. Дескрипторы содержат информацию об объекте как представление о действии (work). Объекты могут содержать выбор, который позволяет им быть адаптированными к требованиям заказчика или сконфигурированными. Объекты могут быть условными (на базе осуществленного выбора). Объекты, которые не содержат субобъектов, могут рассматриваться как сущность — логически неделимое действие. Объект, который не содержит в себе субобъектов, может рассматриваться как компиляция — действие состоит из потенциально независимых частей.

Отношение между объектом и цифровым объектом (как это определено в ISO/IEC 21000-1:2001, MPEG-21 Vision, Technologies and Strategy) может быть определено следующим образом: объекты являются декларативными репрезентациями цифровых объектов.

Компонент

Компонент соединяет ресурс со всеми его дескрипторами. Эти дескрипторы представляют собой данные, относящиеся ко всем или к части специфических вариантов ресурса. Такие дескрипторы обычно содержат управляющую или структурную информацию о ресурсе (такую как полоса пропускания, набор символов, входные точки или тип шифрования), но не данные, описывающие содержимое ресурса.

Следует заметить, что сам компонент не является объектом ; компоненты являются строительными блоками объектов. Ниже представлены некоторые объекты и компоненты.

Ссылка (anchor) привязывает дескрипторы к фрагменту, который соответствует специфическому положению или диапазону в пределах ресурса.

Дескриптор (descriptor) устанавливает соответствие между информацией и вложенными элементами. Эта информация может быть компонентом (таким как набросок изображения или компонент текста), или заявлением (statement).

Условие (condition) описывает опционный элемент и его связи с условиями отбора, которые определяют условия его включения. Могут использоваться несколько предикатов, которые объединяются, например, посредством операции AND. Любой предикат может входить в условие со знаком отрицания. Могут использоваться несколько условий, сопряженных с данным элементом, которые объединяются с помощью, например, операции OR (когда определяют условия включения элемента).

Выбор (choice) описывает набор вариантов, которые могут определять конфигурацию объекта. Варианты в рамках предлагаемого выбора могут быть эксклюзивными (выбор только одного) или инклюзивными (выбор любого числа вариантов или ни одного).

Вариант (selection) описывает специфические решения, которые вводят одно или более условий где-то внутри объекта. Если вариант выбран, его предикат становится истинным (true); если он не выбран, его предикат имеет значение false ; если выбор не сделан, предикат является неопределенным.

Аннотация ( annotation ) описывает набор данных о некотором идентифицированном элементе модели без изменения или добавления к указанному элементу. Информация может иметь форму утверждений, дескрипторов или ссылок.

Утверждение (assertion) определяет полностью или частично сконфигурированное состояние выбора путем присвоения предикатам, сопряженным с вариантами выбора, значений "истинно", "ложно" или "не определено".

Ресурс (resource) является индивидуально идентифицированным элементом, таким как видео- или аудиоклип, изображение или текст. Ресурс потенциально может быть физическим объектом. Все ресурсы должны быть локализуемы с помощью уникального адреса.

Фрагмент (fragment) — однозначно определяемая специфическая точка или интервал в пределах ресурса. Фрагмент может быть специфическим для определенного ресурса.

Заявление (statement) является текстовой строкой, содержащей данные.

Предикат (predicate) — однозначно идентифицированное утверждение, которое может быть истинным, ложным или неопределенным. На рис. 6.45 показан пример, где отображены основные элементы модели, а также их взаимоотношения в рамках модели декларации цифровых объектов.

Идентификация цифрового объекта

Область спецификации DII (Digital Item Identification) включает в себя:

• идентификацию цифрового объекта и его частей (включая ресурсы);
• идентификацию IP, имеющих отношение к цифровым объектам (и их частям);
• идентификацию схемы описания DS (Description Schemes);
• идентификаторы, для того чтобы связать цифровые объекты с информацией, такой как описательные метаданные;
• идентификацию различных типов цифровых объектов.

Спецификация DII не формирует новых систем идентификации для элементов содержимого (content), для которых идентификация и схемы описания уже существуют и используются (например, ISO/IEC 21000-3 не пытается заменить ISRC, описанную в ISO 3901 для звуковых записей, но позволяет использовать ISRC в рамках MPEG-21).

Рис. 6.45. Взаимоотношения принципиальных элементов в пределах модели Digital Identification Declaration Model

Идентификаторы, предлагаемые в данной спецификации, могут быть сопряжены с цифровыми объектами путем включения их в определенное место декларации цифрового объекта. Таким местом является элемент STATEMENT. Примерами подобных заявлений может быть описательная, идентификационная или управляющая информация. На рис. 6.46 показаны примеры такого рода данных. Закрашенные прямоугольники являются субъектами спецификации DII, в то время как боксы с четко очерченными границами — определены в спецификации DID:

Рис. 6.46. Взаимоотношения между декларацией и идентификацией цифрового объекта

Несколько элементов в декларации цифрового объекта могут содержать нуль, один или более дескрипторов. Каждый DESCRIPTOR может содержать одно ЗАЯВЛЕНИЕ, в котором может находиться один идентификатор, относящийся к составляющему элементу заявления. На рис. 6.46 для идентификации компонента используются два заявления (левая часть диаграммы) и объект (правая часть диаграммы).

Цифровой объект и его составные части в рамках MPEG-21 идентифицируются с помощью инкапсулированных в идентификационную DS URI. URI (Uniform Resource Identifier) является компактной строкой символов для идентификации абстрактного или физического ресурса, где ресурс определяется как "нечто, что имеет идентификатор".

Требование того, чтобы идентификатор цифрового объекта являлся URI, согласуется с тем, что идентификатор может быть URL (Uniform Resource Locator). Термин URL относится к специфическому субнабору URI, который используется сегодня в качестве указателя информации в Internet.

Идентификация цифровых объектов

ISO/IEC-21000-3 допускает применение любого идентификатора типа URI в качестве идентификатора цифрового объекта (и его частей). Спецификация предоставляет возможность регистрировать идентификационные системы в регистрационном центре. На рис. 6.47 показано, как музыкальный альбом и его части могут быть идентифицированы с помощью DII.

Рис. 6.47. Метаданные и идентификаторы музыкального альбома в рамках MPEG-21

В некоторых случаях может быть нужно использовать автоматическую систему для получения с сервера цифрового объекта (или его частей) или информации, сопряженной с цифровым объектом (например, в случае интерактивной системы доступа к содержимому в реальном времени).

Идентификация различных схем описания

Так как разные пользователи MPEG-21 могут иметь различные схемы описания их контента, необходимо, чтобы MPEG-21 DII допускало разделение таких разных схем. MPEG-21 DII при решении этой задачи использует для области имен механизм XML.

Идентификация различных типов цифровых объектов

Различные части MPEG-21 будут определять разные типы цифровых объектов. Например, адаптация цифровых объектов DIA (Digital Item Adaptation) в дополнение к CDI (Content Digital Item) определяет XDI (Context Digital Item). В то время как CDI содержит ресурсы, такие как файлы MP3 или видеопотоки MPEG-2, XDI содержат информацию о контексте, в котором будет использоваться CDI.

DII предоставляет механизм, позволяющий терминалу MPEG-21 разделять эти разные типы цифровых объектов путем размещения URI внутри маркера типа заявления, которые будут появляться в качестве дочернего элемента дескриптора, в свою очередь появляющегося как дочерний элемент объекта. Если маркер типа отсутствует, цифровой объект считается цифровым объектом содержимого (Content).

Защита и управление правами интеллектуальной собственности (IPMP)

Одна из частей MPEG-21 будет определять рамки защиты и управления правами интеллектуальной собственности IPMP (Intellectual Property Management and Protection). IPMP в ближайшее время станет международным стандартом. Проект включает в себя средства удаленного доступа к инструментарию IPMP, а также механизмы обмена сообщениями между средствами IPMP и терминалом. Стандарт охватывает также средства аутентификации IPMP, и обеспечение интеграции правовых выражений (Rights Expressions) в соответствии с информационным правовым словарем и языком описания прав.

Язык описания прав

Язык описания прав REL (Rights Expression Language) представляет собой язык, который может восприниматься ЭВМ и приспособлен для декларации прав и разрешений с помощью информационно-правового словаря.

REL предназначен для обеспечения гибких механизмов поддержки прозрачного использования цифровых ресурсов при публикации, распространении и получении цифровых фильмов, цифровой музыки, электронных книг, широковещательных программ, интерактивных игр, компьютерных программ и других цифровых продуктов так, чтобы права интеллектуальной собственности были защищены в полной мере. Предполагается также задать спецификацию управления доступом и использованием цифрового материала в случаях, где финансовый обмен является частью условий использования и поддерживает обмен частным цифровым материалом (content).

Язык описания прав предполагает наличие гибкого механизма обработки персональных данных согласно с правами и требованиями пользователей, с учетом их пожеланий конфиденциальности.

Стандарт REL должен быть способен гарантировать взаимосогласованность и надежность при работе с разными системами и сервисами. Чтобы достичь этого, он должен предложить широкое многообразие и расширяемость в декларации прав, условий и обязательств, удобства и адаптивность при работе с различными моделями бизнеса и использования цифровых объектов.

Модель данных MPEG REL

MPEG REL реализует простую и расширяемую модель данных для многих ключевых концепций и элементов.

Модель данных MPEG REL для описания прав состоит из четырех базовых сущностей и отношений между этими сущностями. Эти базовые отношения определяют предоставление гранта. Структурно грант MPEG REL состоит из следующих частей.

• Принципал, которому предоставляется право доступа.
• Право, которое определяет это предоставление (grant).
• Ресурс, к которому эти права относятся.
• Условие, которое должно быть выполнено, прежде чем будет можно воспользоваться правами.

Рис. 6.48. Модель REL Data

Принципал

Принципал (principal) определяет, кому (какому принципалу) предоставляются права. Каждый принципал идентифицирует одну из сторон. Напротив, набор принципалов, охватывающий всех, не является принципалом.

Хозяин обозначает участника, которого он однозначно идентифицирует с помощью индивидуальной информации. Важно, чтобы принципал мог проверить информацию, которая сопряжена с механизмом аутентификации. Тип принципала поддерживает следующие идентификационные технологии:

• принципал, который должен предоставить для аутентификации несколько параметров доверия (credentials). При этом все они должны быть корректны одновременно;
• владелец ключа (keyHolder) — кто-то, кто владеет секретным ключом из пары "открытый/секретный ключ";
• другие идентификационные технологии, которые могут быть придуманы кем-либо.

Право

Право определяет действие или класс операций, которые принципалу будет разрешено осуществить над некоторым ресурсом при определенных условиях.

MPEG REL предоставляет правовой элемент, куда следует записать информацию о правах, а также набор обычно используемых, специфических или исключительных прав в отношении таких операций, как возможность выдать, аннулировать и получить что-то. Расширения MPEG REL могут определять права использования специфических типов ресурсов. Например, расширение MPEG REL определяет права использования цифровых операций (например, воспроизведения и печати).

Ресурс

Ресурс является "объектом", к которому принципал может получить доступ (grant). Ресурс может быть цифровым объектом (таким, как электронная книга, аудио- или видеофайл или изображение), сервисом (таким как e-mail или транзакция B2B), или даже блоком данных, который может принадлежать принципалу (таким как имя или e-mail адрес).

MPEG REL предоставляет механизмы инкапсуляции данных, необходимых для идентификации и использования определенного ресурса или ресурсов, которые соответствуют заданному образцу. Последний позволяет идентифицировать набор ресурсов с некоторыми общими характеристиками. Расширения MPEG REL могут определять ресурсы, соответствующие определенной бизнес-модели и техническим приложениям.

Условие

Условие специфицирует срок условия и обязательства, при которых могут реализовываться права. Простым условием является временной интервал, в течение которого может быть реализовано право. Несколько более сложное условие требует существования права, предварительно предоставленного некоторому принципалу. Используя механизм реализации предоставленного права, одно право может стать зависимым от наличия других прав.

MPEG REL определяет элемент условия, куда вкладывается информация об условиях реализации права. Расширения MPEG REL может определить условия, соответствующие специфическим вкладам моделей использования. Например, расширение содержимого MPEG REL определяет условия, соответствующие использованию цифровых объектов (например водяной знак, адресат и т.д.).

Соотношение с терминологией MPEG

Сущности в информационной модели MPEG REL: принципал, право, ресурс и условие могут соответствовать (но не обязательно быть эквивалентны) в терминологии MPEG-21 пользователю (включая терминал), праву, цифровому объекту и условию.

Информационный правовой словарь RDD (Rights Data Dictionary) включает в себя набор ясных, непротиворечивых, структурированных и однозначно идентифицированных терминов для поддержки языка описания прав MPEG-21 (Rights Expression Language).

Структура словаря специфицирована, вместе с методологией формирования словаря. Определены средства описания новых терминов.

RDD распознает легальные определения исключительно как термины другого контекста (Authorities), которые могут быть поставлены в соответствие RDD. Следовательно, термины, непосредственно авторизованные RDD, не определяют и не предписывают прав интеллектуальной собственности.

Адаптация цифрового объекта

Целью ключевых элементов терминалов и сети является достижение прозрачного доступа к распределенному мультимедийному контенту путем изоляции пользователя от конфигураций сети, терминала и программного обеспечения. Это сделает возможным предоставление пользователю сетевых и терминальных ресурсов по запросу и поможет сформировать сообщество пользователей, где мультимедийный материал может создаваться и передаваться в соответствии с требованиями к качеству, надежности и гибкости.

Планируется стандартизовать следующие объекты:

• Пользовательские характеристики. Средства описания, которые специфицируют характеристики пользователя, включая предпочтения в отношении определенных медиа-ресурсов, предпочтения в отношении способов отображения и мобильные характеристики пользователя. Кроме того, сюда относятся средства описания для поддержки доступности ресурсов для различных пользователей.
• Терминальные возможности. Средства описания, которые специфицируют возможности терминалов, включая кодирование и декодирование медиа-ресурсов, спецификации оборудования, программ и системных особенностей, а также коммуникационных протоколов, которые поддерживает терминал.
• Сетевые характеристики. Средства описания, которые специфицируют возможности и условия сети, включая используемую полосу, задержку и частоту ошибок.
• Характеристики естественного окружения. Средства описания, которые специфицируют положение и время пользователя в данной окружающей среде, а также аудио-визуальные характеристики естественного окружения, в том числе уровни шума в аудитории и свойства освещения.
• Адаптивность ресурса. Средства, способствующие адаптации ресурса, включая адаптацию двоичных ресурсов и метаданных.
• Мобильность сессии. Средства, которые специфицируют то, как передать состояние цифрового ресурса от одного пользователя другому.

Формат файлов

Цифровой объект MPEG-21 может быть комплексным набором информации. В его состав могут входить статичные и динамичные образцы (например изображения и фильмы), а также информация цифрового объекта, метаданные, информация о размещении объектов и пр. Он может включать как текстовые данные (например XML), так и двоичную информацию (презентацию MPEG-4 или статические картинки). По этой причине формат файла MPEG-21 будет наследовать несколько концепций MP4, для того чтобы сделать возможным многоцелевые файлы. Двухцелевые MP4- и MP21-файлы (например MP4-проигрыватель) будут воспроизводить лишь данные MPEG-4, а проигрыватель MPEG-21 — только данные MP21.

Устойчивая ассоциация идентификации и описания с цифровыми объектами

В качестве логического расширения спецификации декларации и идентификации цифровых объектов MPEG намерен рассматривать требования устойчивой ассоциации идентификации и описания с содержимым объектов.

Термин устойчивая ассоциация используется для классификации всех методик управления и описания связи с содержимым. В его содержание включены: инкорпорирование идентификаторов в контекст различных файлов содержимого и транспортные форматы, в том числе заголовки файлов. Это также реализует возможность защитить идентификаторы, ассоциированные с содержимым, от неавторизованного удаления и модификации.

В стандарте определены следующие ассоциации идентификации и описания с цифровыми объектами:

1. В рамках идентификации и описания будет можно на постоянной основе ассоциировать идентификаторы и дескрипторы с медийными ресурсами.

2. Среда запоминания идентификаторов и описаний, ассоциированных с цифровыми объектами, будет выполнять следующие стандартные требования:

• дескрипторы смогут содержать двоичную и/или текстовую информацию (например, HTML, AAC, JPEG и т.д.);
• будет можно ассоциировать дескрипторы с элементами в пределах иерархического цифрового объекта, который содержит ресурсы;
• будет можно запоминать в рамках цифрового объекта ссылки на описательные медиа-данные вне зависимости от их положения.

3. Подход, в котором поддерживается идентификация и описание цифровых объектов, будет позволять локализовать цифровые объекты по описанию и наоборот. Заметим, что это не означает, что они должны быть жестко связаны друг с другом.

4. Данный подход будет обеспечивать эффективность системы разделения сопряженных цифровых объектов, таких как различные версии или реализации одного и того же объекта, различных имен одного и того же объекта (например, псевдонимы, прозвища и т.д.).

5. Подход будет обеспечивать механизмы поддержки, адаптации, интегрирования с целью определения уровней доступа к описаниям объектов и прав их использования.

6. Адаптация цифровых объектов определена в качестве важного аспекта для терминалов и сетей, которые будут предоставлять средства поддержки адаптации ресурсов, дескрипторов (метаданных) и управления качеством обслуживания.