Fakultät 07 / Institut für Nachrichtentechnik
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Entwicklung eines Videoanalysesystems auf Basis von Java Mobile Edition für Symbian SmartPhones
(2009)
Der Markt für mobile Telefone wächst schon seit mehreren Jahren rasant. Das "Handy" wird schon lange nicht mehr nur zum Telefonieren benutzt. Es ist zu einem nicht mehr wegzudenkenden Assistenten geworden, der immer einsatzbereit und in Reichweite ist. Das Gerät kann außer den Grundfunktionen wie Telefonieren und SMS-Verschicken als persönlicher Terminplaner, Notizbuch oder auch als Foto- oder sogar Videokamera genutzt werden. In den letzten Jahren sind Mobiltelefone auch in der Internet- und Multimediawelt vertreten. Sie besitzen mittlerweile genug Leistung, Speicher und Bildschirmfläche, um Webseiten darzustellen oder komplette Spielfilme wiederzugeben. Die sinkenden Preise für mobile Breitband-Internetzugänge (Flatrate mit 7,2 Mbit/s schon ab 35 Euro), die wachsende Anzahl der mobilen Internet-Zugänge, die sinkenden Nutzungspreise der so genannten „HotSpots“ (in Hotels, Restaurants, etc. oft kostenfrei) und die Leistungsfähigkeit der aktuellen mobilen Endgeräte, ermöglichen die Nutzung der Videostreaming-Dienste. Diese Dienste können zum Beispiel IPTV, Video on Demand oder Videotelefonie sein. Um die Qualität des über ein IP-Netzwerk gelieferten Videodatenstrom zu gewährleisten, ist es notwendig die Qualität dieses Datenstroms im realen Umfeld und unter realen Bedingungen messen zu können. Das erfordert die Entwicklung eines Messsystems, welches direkt auf einem Endgerät installierbar und vom Gerätetyp möglichst unabhängig ist. Das zu entwickelnde Programm soll den Videodatenstrom mitschneiden und auswerten können ohne die Übertragung zum Wiedergabeprogramm zu stören. Es soll der Paketverlust, der Wert des Interarrival Jitters sowie die für das jeweilige Videoformat spezifischen Informationen erfasst werden. Die Auswertung soll in vom Benutzer bestimmbaren Intervallen durchgeführt werden können. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wird eine Anwendung in der Programmiersprache Java Mobile Edition implementiert, die wie eine Netzwerkbrücke funktionieren wird. Sie wird Java-Threads für das parallele Empfangen und Weiterleiten der Datenpakete zwischen dem Server und dem Wiedergabeprogramm sowie für das Extrahieren und Auswerten der Daten verwenden. In Kapitel 2 werden die meisten Begriffe, die in der Diplomarbeit vorkommen erläutert. Einen wichtigen Punkt stellen in diesem Kapitel die Protokolle für den Transport der multimedialen Daten. Für die Darstellung von Videodaten auf mobilen Endgeräten hat sich der MPEG-4-Standard durchgesetzt. Dessen Entwicklung hat als Ziel, Systeme mit geringen Ressourcen oder schmalen Bandbreiten bei relativ geringen Qualitätseinbußen zu unterstützen. Auch dieser Standard wird hier dargestellt. Die Wahl der Programmiersprache, deren Hauptaspekte und die zur Fertigstellung des Messsystems nötigen Komponenten werden zum Schluss dieses vorgestellt. In Kapitel 3 wird die Umsetzung des Systems beschrieben: Zuerst die Darstellung des Entwicklungssystems und der Entwicklungsumgebung (3.1), danach werden zwei Alternativen genannt, nach denen die Entwicklung des Grundgerüsts der Software möglich ist (3.2). In Abschnitt 3.3 werden die Methoden präsentiert, die den Kern des Messsystems bilden und die so genannte „Deep Inspection“ des Videodatenstroms durchführen.
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Realisierung eines Parsers, der mathematische Beweise aus „TeXmacs“ in eine zu erstellende XML-Struktur umwandelt. Die Struktur der XML-Datei wird durch eine ebenfalls zu entwickelnde DTD-Datei vorgegeben. TeXmacs ist ein WYSIWYG-Editor zum Beschreiben von mathematischen Texten. Die Arbeit findet im Rahmen der Forschungsgruppe Naproche statt. Langfristig soll das Ergebnis der Arbeit in Naproche eingesetzt werden, um mathematische Beweise besser auf ihre logischen Aussagen zu überprüfen. Zu klären ist also, ob die logische Abfolge des erfassten TeXmacs-Beweises richtig in eine XMLStruktur umgesetzt wurde und alle dokumentierten Voraussetzungen und Beweisschritte im XML-Dokument syntaktisch richtig sind. Die Anwender, die direkt in TeXmacs mit Beweisen arbeiten, sollen eine Rückmeldung erhalten. Bei einer fehlerhaften Rückmeldung soll auch die Stelle im Beweis gekennzeichnet werden, an der der Fehler aufgetreten ist. Dieser kann so schnellstmöglich korrigiert werden. Tritt keine Fehlermeldung auf, wird auch das als Information ausgegeben. Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der Realisierung des ersten Teils: Aus einer von TeXmacs erzeugten SCM-Datei soll mit einem Java-Programm die Struktur des mathematischen Textes ermittelt werden; es soll also eine Trennung von mathematischen Formelanteilen (Formeln, Gleichungen/Ungleichungen, mathematische Symbole, usw.) und beschreibenden Texten durchgeführt werden. Diese Struktur wird mit den Regeln einer DTD in ein XML-Format so umgewandelt, dass das resultierende XML-Dokument von den nachfolgenden Modulen des Naproche-Projekts bearbeitet werden kann.
Das für diese Masterthesis realisiertes Softwaresystem verwendet als Teilkomponente die Softwarelösung IPEE (Internet Pattern Extrakt Engine), die von M.Sc. Andreas Frey entwickelt und in der ursprünglichen Fassung dokumentiert wurde. Diese Kapitel sind aus Gründen des Copyrights, die auf der Software IPEE liegen, nicht in der veröffentlichten Fassung (der Masterthesis) enthalten. Eingeleitet wird die Arbeit mit Aspekten des Entwicklungsstandes des Semantik Web (Web3.0). Es folgt die Begriffsdefinition der Semantik und der semantisch orientierten Verarbeitung. Für die Ablage (Archivierung) und Verarbeitung von Daten für semantisch orientierte verarbeitende Systeme eignet sich die Konzeption der semistrukturierten Daten, die darauf folgend definiert und mit den anderen Konzeptionen - wie strukturiert und nicht strukturiert - in Beziehung gesetzt wird. In den folgenden Kapiteln werden die Komponenten erklärt, die für die Realisierung eines Prototypen zur semantisch orientierten Verarbeitung verantwortlich sind und hauptsächlich auf Aspekte der semantisch orientierten Verarbeitung von Verben fokussiert sind. Von Relevanz sind hierbei Komponenten zur Wort- und Phrasen-Analyse und zur automatischen Recherche von Wörtern aus dem Internet. Da diese Komponenten auf die Realisierung von Pattern-Extraktionsverfahren basieren, wurde die spezielle Softwarelösung IPEE verwendet. Des weiteren werden Komponenten für die Generierung des semantischen Graphen und die Visualisierung anhand von hyperbolischen Bäumen mit Hilfe einer Open Source Software Treebolic Browser beschrieben. Auch wird eine GUI für die Eingabe und Verarbeitung von Sätzen der deutschen Sprache und die Verwaltung eines Bedeutungswörterbuches erklärt. Abschließend erfolgt eine experimentelle Auswertung der semantisch orientierten Verarbeitung.
Ziel des Siemens-Fahrgastinformationssystems SiMAP®-FIS ist die Bereitstellung von Technologie zur Information der Fahrgäste von Verkehrsunternehmen über Zugläufe, Ankunftszeiten und besondere Betriebssituationen. Die Informationsdarstellung kann z.B. stationär über Anzeigen an den Bahnsteigen, im Internet oder mobil auf WAP-fähigen Endgeräten wie Mobile Phones oder PDA erfolgen. Die Anzeigen informieren über die in nächster Zeit einfahrenden Züge inkl. Zugziel, Ankunftszeit und ggf. Einfahr-Gleis. Zusätzlich sind aktuelle Sondermeldungen oder Werbetexte darstellbar. Der Praxissemesterbericht gibt einen Überblick über die Systemkomponenten, insbesondere Bereichsrechner, Bedienplätze und Stationsrechner. Schwerpunkt ist die Beschreibung der grundlegenden Software-Konzepte, darunter die plattformübergreifende Kommunikation mit Datentelegrammen auf XML-Basis via TCP/IP-Client/Server-Komponenten. Die namensgebende Siemens Modular Applikation Platform SiMAP® als gemeinsame modulare Software-Basis aller Microsoft-Windows-basierten Systemkomponenten wird mit ihrem objektorientierten Design vorgestellt. Programmiersprache ist C++.
Thema der Masterarbeit ist die Ablösung eines bestehenden kundenspezifischen IT-Systems durch moderne PC-Technologie mit dem Betriebssystem Linux. Die Software des neuen Systems sollte sich nach außen identisch mit der des abgelösten Systems verhalten. Dazu mussten die bestehenden Prozesse von der Programmiersprache PEARL für die neue Linux-Umgebung nach C++ portiert werden. Für diese und für neu geschaffene Prozesse wurde ein Applikationsframework als gemeinsame Software-Basis geschaffen. Zur Ankopplung externer, beibehaltener Systeme war ferner die Implementierung eines ISO/OSI 8073/TP4-Netzwerkprotokoll-Stacks erforderlich. Die Masterarbeit beschreibt zunächst das neu geschaffene, objektorientierte Applikationsframework. Dessen Komponenten, insbesondere die verschiedenen Klassen zur Kapselung des Linux Message Queue-Mechanismus zur Interprozesskommunikation, werden vorgestellt. Im Anschluss erfolgt die Beschreibung des ISO/OSI 8073/TP4-Protokolls, kombiniert mit allgemeinen Grundlagen für die Realisierung von gesicherten Transportprotokollen der OSI-Schicht 4. Angesprochen werden ferner die Protokolle IEEE802.2 und IEEE 802.3 der OSI-Schicht 2 für Medium Access Control (MAC) und Logical Link Control (LLC). Zur Implementierung dieser Protokolle kommen die Linux RAW Sockets als Programmierschnittstelle zum Netzwerkkarten-Zugriff zum Einsatz. Schwerpunkt der Arbeit ist die Software-Architektur zur Umsetzung des TP4-Transportprotokolls. Die nötigen Mechanismen für eine gesicherte Datenübertragung mit Sequenznummern, Acknowledges und Timern werden objektorientiert in C++ realisiert. Die Modellierung der beteiligten Klassen erfolgt mit Hilfe der Unified Modeling Language (UML).