Multimediale Client-Server-Systeme

363 Pages·2010·10.28 MB·German

by  Klaus Chantelau

eXamen.press
eXamen.press ist eineReihe, dieTheorieund
Praxis aus allen Bereichen der Informatik für
dieHochschulausbildungvermittelt.
·
Klaus Chantelau René Brothuhn
Multimediale
Client-Server-Systeme
123
Prof.Dr.KlausChantelau Dipl.Inform.(FH)René B rothuhn
FH-Schmalkalden FH-Schmalkalden
FachbereichInformatik FachbereichInformatik
Blechhammer4-9 Blechhammer4-9
98574Schmalkalden 98574Schmalkalden
[email protected] [email protected]
ISSN1614-5216
ISBN978-3-540-79748-7 e-ISBN978-3-540-79749-4
DOI10.1007/978-3-540-79749-4
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Vorwort
DasvorliegendeBuchrichtetsichanLeser,dieaufderBasisvonGrundkenntnissen
der objektorientierten Programmierung (z.B. in den Sprachen Java, C++ oder C#)
ihreFach-undMethodenkenntnisseinderMedieninformatikmitSchwerpunktauf
dem Bereich Webentwicklung vertiefen möchten. Der Leser soll nach der Lektüre
dieImplementierungderwichtigstenFunktionalitätenmultimedialerInternetdiens-
te vornehmen können. Darüber hinaus soll er aber auch in der Lage sein, einen
komplexen, multimedial geprägten Dienst konzipieren und hierfür die geeigneten
Technologienauswählenzukönnen.IndieserHinsichtunterscheidetsichdasvor-
liegendeBuchvonWerken,diesichdemThemenkreis„Rich-Internet-Applications“
dadurch nähern, dass ausgewählte Technologien, wie z.B. AJAX, Flash oder Java,
detailliertundumfassendvorgestelltwerden.Dieeinzelnenmiteinanderkonkurrie-
rendenTechnologienweisenunterschiedlicheVorzügeauf,diefürdieEntwicklung
eines multimedialen Client-Server-Systems zu berücksichtigen sind. Andererseits
gibtesvieleGemeinsamkeiten,welcheaufgrundlegendeProzessebeimultimedia-
lenverteiltenSystemenzurückzuführensind.UmdiekonkurrierendenTechnologi-
envergleichenundbewertenzukönnen,isteinumfangreichesVerständnisdertheo-
retischenGrundlagenausdemBereichderverteiltenSystemeundderMedienver-
arbeitungerforderlich.Diesewerdendaherstärkerthematisiert,alsinBüchern,die
eineTechnologiedetailliertvorstellen.ZentraleAnwendungsfällewerdenanHand
von drei Softwarebibliotheken bzw. Programmierschnittstellen mit unterschiedli-
chertechnologischerAusrichtungbisindieDetailsausgearbeitet.DasBuchistauf
derBasisvonVorlesungenindenStudiengängenInformatikundWirtschaftsinfor-
matikentstanden.DerbehandelteStoffbildetdieGrundlagevonzweiVorlesungen
inBachelor-StudiengängenmiteinemUmfangvonjeweils4Semesterwochenstun-
den. Die weitere Einarbeitung in eine ausgewählte Technologie kann vom Leser
aufderBasisdiesesBuchesunterZuhilfenahmeweiterführenderDokumentationen,
z.B.imInternet,leichtselbstvorgenommenwerden.
Schmalkalden, KlausChantelau
August2009 RenéBrothuhn
v
Inhaltsverzeichnis
Einführung ........................................................ 1
AnwendungsszenarienmultimedialerClient-ServerSysteme ........... 1
AufbaudesBuches.............................................. 2
DieEntwicklungdesmultimedialenInternets........................ 4
1 MultimedialeClient-Server-Systeme ............................. 7
1.1 Einleitung................................................. 7
1.2 MultimedialeDateninClient-Server-Systemen.................. 8
1.2.1 FotografienundRasterbilder........................... 9
1.2.2 ComputergrafischerzeugteEinzel-undBewegtbilder ...... 9
1.2.3 Audio-undVideomedien.............................. 11
1.3 InteraktionmitClient-Systemen .............................. 12
1.3.1 GrafischeNutzeroberflächen........................... 13
1.3.2 Rich-Clients ........................................ 14
1.4 TechnologienzurEntwicklungmultimedialerClient-Server-Systeme 14
1.4.1 InternationaleStandards,Protokolle,Empfehlungenund
Programmierschnittstellen............................. 15
1.4.2 StandardszurEntwicklungvonRich-Clients ............. 16
1.4.3 Programmierschnittstellen für die Entwicklung von
Rich-Clients ........................................ 17
1.4.4 StandardsfürdieClient-Server-Interaktion............... 21
1.4.5 ProgrammierschnittstellenfürdieClient-Serverinteraktion . 23
1.4.6 StandardsfürdieVerarbeitungvonAudio-undVideomedien 24
1.4.7 ProgrammierschnittstellenfürAudio-undVideomedien.... 30
1.4.8 Programmierschnittstellen zur Entwicklung von
Serversystemen...................................... 32
1.5 Vergleich der Technologien zur Entwicklung multimedialer
Client-ServerSysteme ...................................... 33
1.5.1 AJAXinKombinationmitPHP,JSPoderASP ........... 34
1.5.2 DieJava-Plattform ................................... 35
1.5.3 DieFLEX/FlashPlattform ........................... 36
vii
viii Inhaltsverzeichnis
Literaturverzeichnis ............................................. 36
2 GrundlagenverteilterSysteme................................... 37
2.1 Einleitung................................................. 37
2.2 Schichten-Modell .......................................... 38
2.2.1 MehrschichtigeArchitekturen.......................... 39
2.3 Client-Server-Modell ....................................... 40
2.3.1 Fat-undThin-Clients................................. 41
2.4 Client-Server-Interaktion .................................... 42
2.4.1 Kommunikationsmodell............................... 43
2.4.2 Serveraktivierung .................................... 47
2.4.3 Serverzustände ...................................... 48
2.4.4 Caching ............................................ 49
2.4.5 VermittlungundLastverteilung ........................ 52
2.5 Parallelverarbeitung ........................................ 55
2.5.1 ParalleleServer...................................... 56
2.5.2 ProzesseundThreads................................. 57
2.5.3 Synchronisation ..................................... 60
2.6 SynchronisationinverteiltenSystemen ........................ 67
2.6.1 ZentraleKoordination ................................ 67
2.6.2 VerteilteSynchronisationsalgorithmen................... 71
Literaturverzeichnis ............................................. 73
3 Client-Server-Programmierung.................................. 75
3.1 Einleitung................................................. 75
3.2 EinführunginJava ......................................... 75
3.2.1 DieProgrammierspracheJava.......................... 76
3.3 DatenströmeinJava ........................................ 80
3.3.1 EigenschaftenvonDatenströmen ....................... 80
3.3.2 BasisklassenzurVerarbeitungvonDatenströmen ......... 81
3.3.3 ByteorientierteDatenströme ........................... 86
3.3.4 ZeichenorientierteDatenströme ........................ 99
3.4 SocketProgrammierung.....................................105
3.4.1 KommunikationüberIP...............................106
3.4.2 SocketsinJava ......................................112
3.4.3 StreamSockets ......................................114
3.4.4 DatagrammSockets ..................................123
3.5 KommunikationmitHTTP...................................131
3.5.1 URLAufbau ........................................132
3.5.2 AblaufderKommunikationzwischenClientundServer....133
3.5.3 EineinfacherHTTP-Server............................143
3.6 Thread-ProgrammierunginJava ..............................154
3.6.1 ParalleleAbarbeitung.................................159
3.6.2 WartenaufThreads ..................................161
3.6.3 UnterbrechenvonThreads.............................162
Inhaltsverzeichnis ix
3.6.4 Thread-Pools........................................163
3.6.5 ParallelerHTTP-Server ...............................165
3.7 SynchronisationinJava .....................................167
3.7.1 JavaMonitor........................................170
3.7.2 SemaphoreinJava ...................................175
3.7.3 Locks-SperreninJava ...............................178
Literaturverzeichnis .............................................179
4 EntwicklungvonRichClients ...................................181
4.1 Graphische Komponenten, Ereignisverarbeitung und das
MVC-Muster ..............................................181
4.1.1 NutzeroberflächenunddasMVC-Muster ................181
4.2 EntwicklungvonRichClientsmitJava ........................186
4.2.1 GraphischeKomponentenmitJava-Swing ...............186
4.2.2 ZeichnenmitderGraphics-Klasse....................199
4.2.3 DieEreignisverarbeitungmitJava ......................201
4.2.4 HTTP-KommunikationundgraphischeNutzeroberflächen..205
4.3 EntwicklungvonRichClientsmitHTML,CSS,JavaScriptund
AJAX ....................................................211
4.3.1 GraphischeKomponentenmitHTMLundCSS ...........211
4.3.2 GrundlagenJavaScript................................222
4.3.3 JavaScriptunddasDocumentObjectModel(DOM).......226
4.3.4 EreignisverarbeitungmitJavaScript.....................231
4.3.5 InteraktiveGraphikenmitJavaScript....................235
4.3.6 InteraktiveAnwendungenmitAJAX ....................239
4.4 EntwicklungvonRichClientsmitFLEX/Flash/ActionScript ......247
4.4.1 GraphischeKomponentenmitMXMLundFLEX .........248
4.4.2 MXML-TagsundAttribute ...........................249
4.4.3 ActionScript3.0undFLEX............................257
4.4.4 EreignisverarbeitungmitActionScript...................262
4.4.5 ActionScript3.0undFlash ............................265
4.4.6 ZeichnenmitderGraphics-Klasse....................267
4.4.7 AnimierteBewegtbildfolgenundSynchronisation.........271
4.4.8 ErzeugungvonKlassenmitdemFlash-Autorenwerkzeug ..273
4.4.9 AsynchroneClient-Server-KommunikationmitFLEX/Flash 274
4.4.10 InteraktiveGraphikenmitFLEX/Flash ..................279
Literaturverzeichnis .............................................282
5 Audio-,Bild-undVideomedieninClient-Server-Systemen ..........283
5.1 Audio-,Bild-undVideocodierung ............................283
5.1.1 Kompressionvonaudio-visuellenDaten .................284
5.1.2 Irrelevante Information in Audiosignalen und
mp3-Audiocodierung.................................287
5.1.3 IrrelevanzreduktioninvisuellenDaten...................292
5.1.4 Redundanzreduktion .................................296
x Inhaltsverzeichnis
5.1.5 Prädiktionscodierung .................................299
5.1.6 JPEG-Bildcodierung .................................302
5.1.7 MPEG-Videocodierung ...............................306
5.2 JavaMediaFrameworkundMicrosoftDirectShow ..............312
5.2.1 ProgressiveDownloadvonAudio-Videomedienmitdem
JMF ...............................................315
5.2.2 AnzeigeeinesLive-VideosvoneinerWebcam............324
5.2.3 RTP-StreamingvonAudio-undVideodatenmitdemJMF..326
5.2.4 ProgressiveDownloadundStreamingvonAudio-Video
MedienmitDirectShow...............................334
5.2.5 KomplexitätderAnwendungsentwicklungmitdemJMF,
DirectShowundFlash ................................337
5.2.6 ErweiterbarkeitdesJMF ..............................337
5.3 VerarbeitungvonAudio-undVideomedienmitdemFlash-API ....338
5.3.1 ProgressiveDownloadoderStreamingvonAudio-und
VideomedienmitFlash ...............................338
5.3.2 AnzeigeeinesLive-VideoseinerWebcam................343
5.3.3 EncodierungmitderNetStreamKlasse ...............343
5.3.4 StreamingmitdemFlashMediaServer..................344
Literaturverzeichnis .............................................349
Sachverzeichnis ....................................................351