影響課堂網(wǎng)絡(luò)直播音像效果的原因淺析

文章編號(hào)：1672-5913(2008)12-0138-04

摘要：本文以基于Windows Media技術(shù)的課堂網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)為例，通過(guò)介紹課堂網(wǎng)絡(luò)直播制作系統(tǒng)的基本構(gòu)成、直播制作的基本過(guò)程、播放端的條件要求，結(jié)合有關(guān)的測(cè)試以及直播制作的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)聲音圖像效果受影響的原因進(jìn)行了分析，并提出了應(yīng)對(duì)的辦法。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)直播；音像效果；流媒體；多媒體流

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

當(dāng)前，一種通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)挠新曇?、教師人像、教案屏幕、文字雙向交互為一體授課內(nèi)容的課堂網(wǎng)絡(luò)直播正逐漸成為學(xué)校遠(yuǎn)程教育教學(xué)的重要手段。建立在網(wǎng)絡(luò)通信、多媒體數(shù)據(jù)采集、多媒體數(shù)據(jù)壓縮、多媒體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和多媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A(chǔ)技術(shù)之上的流媒體技術(shù)，成為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)直播的重要應(yīng)用技術(shù)?；赪indows Media流媒體技術(shù)的課堂網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)在這種同時(shí)有聲音、人像、教案屏幕、文字雙向交互的遠(yuǎn)程教學(xué)中起到了重要的作用。然而，由于一些原因的影響，使音像效果會(huì)出現(xiàn)諸如聲音時(shí)有時(shí)無(wú)、聲音含糊、有聲但人像和教案屏幕停止、人像模糊等現(xiàn)象，對(duì)使用造成了影響。因此，通過(guò)對(duì)從直播制作到接收播放過(guò)程中音像效果受影響的原因進(jìn)行分析，有助于采取相應(yīng)的辦法去避免或減少音像效果受到影響，使課堂網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)在遠(yuǎn)程教學(xué)中的作用能得到更好的發(fā)揮。

1課堂網(wǎng)絡(luò)直播制作系統(tǒng)的基本構(gòu)成

課堂網(wǎng)絡(luò)直播制作系統(tǒng)主要是在多媒體課堂的設(shè)備基礎(chǔ)上，加上視頻、流媒體等相關(guān)的設(shè)備而構(gòu)成。系統(tǒng)主要包括：

硬件部分——教師多媒體電腦、投影機(jī)、投影幕、麥克風(fēng)、音頻放大器、擴(kuò)音機(jī)、音箱、攝像機(jī)、視頻切換臺(tái)、視/音頻采集卡、視/音頻編碼器、媒體服務(wù)器等。

軟件部分——屏幕編碼軟件(第三方軟件)、Windows Media Encoder、媒體編碼器(第三方軟件)、Windows Media服務(wù)、媒體分發(fā)器(第三方軟件)等。

其中設(shè)備的主要作用：

教師多媒體電腦(安裝屏幕編碼軟件)——課堂教學(xué)中，作為電子教案內(nèi)容的演示，并將電腦的屏幕圖像數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后發(fā)送至媒體服務(wù)器。

投影機(jī)、投影幕——將電腦屏幕的顯示內(nèi)容投影到投影幕上供課堂中的學(xué)生學(xué)習(xí)。

音頻放大器——將麥克風(fēng)信號(hào)放大并與多媒體電腦音頻信號(hào)混合后傳輸至視/音頻采集卡和擴(kuò)音機(jī)。

攝像機(jī)——重點(diǎn)拍攝教師的講課情景，也可拍攝課堂學(xué)生的上課情景。

視頻切換器——選擇各路視頻信號(hào)中的一路信號(hào)，切換輸出至視/音頻采集卡。

視/音頻采集卡——將視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，并轉(zhuǎn)換成可由計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字媒體文件。

Windows Media視/音頻編碼器(安裝Windows Media Encoder、媒體編碼器)——通過(guò)特殊的算法對(duì)視頻、音頻進(jìn)行編碼壓縮，壓縮后形成Windows Media文件或流，如WMV、WMA、ASF等格式的流媒體文件。編碼器可以是硬件編碼器，也可以是軟件編碼器。硬件編碼器主要由計(jì)算機(jī)、壓縮卡、Windows Media Encoder、媒體編碼器組成。

媒體服務(wù)器(安裝Windows Media服務(wù)、媒體分發(fā)器等軟件)——向用戶播放機(jī)發(fā)送多媒體流，也存儲(chǔ)多媒體文件供點(diǎn)播用。

課堂網(wǎng)絡(luò)直播制作系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如下圖所示。

2直播制作過(guò)程概述

* 各路攝像機(jī)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)情況從各自角度對(duì)課堂的教學(xué)情景進(jìn)行拍攝，重點(diǎn)拍攝教師的人像，也可以拍攝學(xué)生的上課情景。

* 視頻切換器將各路攝像機(jī)拍攝到的其中一路視頻圖像信號(hào)送至視/音頻采集卡。同時(shí)，經(jīng)放大后的麥克風(fēng)信號(hào)和多媒體電腦音頻信號(hào)也被送至視/音頻采集卡。

* 視/音頻編碼器按照預(yù)先設(shè)置和默認(rèn)的視頻編碼參數(shù)、音頻編碼參數(shù)對(duì)由采集卡輸入的視頻數(shù)據(jù)、音頻數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮，然后輸出Windows Media文件或流至媒體服務(wù)器。預(yù)先設(shè)置的視頻編碼參數(shù)主要有視頻比特率、幀速率、視頻大小、關(guān)鍵幀間隔、亮度、色度、對(duì)比度、色飽和度等。音頻編碼參數(shù)有音頻比特率、音量等。

* 視/音頻編碼器開(kāi)始對(duì)視頻、音頻進(jìn)行編碼壓縮時(shí)，教師多媒體電腦的屏幕編碼軟件也同步地對(duì)本機(jī)屏幕圖像的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼處理，并將形成的屏幕流發(fā)送至媒體服務(wù)器。

* 媒體服務(wù)器根據(jù)客戶播放機(jī)的點(diǎn)播請(qǐng)求，向客戶播放機(jī)發(fā)送多媒體流。多媒體流包括了音頻流、視頻流、屏幕流等的數(shù)據(jù)。

3影響音像效果的原因

課堂網(wǎng)絡(luò)直播由制作到播放的過(guò)程包含了多個(gè)環(huán)節(jié)。使用正常的直播制作系統(tǒng)作課堂直播，當(dāng)音像效果出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，原因涉及多個(gè)方面，通常會(huì)與以下其中的因素有關(guān)。

3.1攝像

一個(gè)效果理想的視頻源是保證課堂直播的視頻圖像效果的前提。因此，照明燈光、鏡頭的光圈、對(duì)焦等的調(diào)試和操作都是影響視頻圖像清晰度的其中重要原因。

3.2拾音

(1) 教師講話如果使用以電池供電的麥克風(fēng)，由于電池電量難以把握，會(huì)因直播中電池電量的下降而造成聲音越來(lái)越小或甚至無(wú)聲。建議：如果不是非要使用靠電池工作的麥克風(fēng)不可的，就盡量使用不需電池的麥克風(fēng)。

(2) 使用有線領(lǐng)夾式麥克風(fēng)或手握有線麥克風(fēng)，教師如果時(shí)常走動(dòng)，可能會(huì)使信號(hào)引線因受到經(jīng)常的牽扯而造成線路的時(shí)通時(shí)斷，影響聲音的效果，其現(xiàn)象是：教師聲音時(shí)有時(shí)無(wú)，或出現(xiàn)低頻聲。建議：講課中，教師的活動(dòng)范圍要盡量小，或盡量保持在固定的位置上，或使用固定的座式麥克風(fēng)。

(3) 課堂現(xiàn)場(chǎng)擴(kuò)音。在課堂的直播中，如果利用直播系統(tǒng)作雙向音頻交互，當(dāng)室內(nèi)擴(kuò)音的音量控制不當(dāng)時(shí)，會(huì)有以下其中的現(xiàn)象發(fā)生。

a. 麥克風(fēng)與擴(kuò)音后的聲音之間會(huì)產(chǎn)生正回輸而引起現(xiàn)場(chǎng)聲音的嘯叫。

b. 甲方聲音經(jīng)過(guò)直播傳到乙方被擴(kuò)音后，經(jīng)乙方麥克風(fēng)和直播系統(tǒng)返傳回到甲方，甲方再擴(kuò)音后又經(jīng)麥克風(fēng)和直播系統(tǒng)再傳到乙方，如此反復(fù)循環(huán)，并由于直播的延遲關(guān)系，使每一次發(fā)音后，甲乙雙方都能聽(tīng)到一種如同在山谷中發(fā)出響聲后形成的多次回響聲。這種回響聲使雙方都聽(tīng)不清對(duì)方的聲音，嚴(yán)重影響直播的聲音效果。

應(yīng)對(duì)的辦法有：利用半雙工通訊的方式進(jìn)行對(duì)講，即甲方講話時(shí)乙方關(guān)閉麥克風(fēng)，乙方講話時(shí)甲方關(guān)閉麥克風(fēng)；或者將擴(kuò)音的音量盡量降低。

3.3視/音頻編碼器

對(duì)編碼器一些參數(shù)的設(shè)置也是影響視頻圖像、音頻聲音效果的重要原因。受相關(guān)參數(shù)設(shè)置的影響以及網(wǎng)絡(luò)帶寬的原因，用戶播放機(jī)會(huì)出現(xiàn)如視頻圖像模糊，聲音含糊不清，視頻圖像停頓，視頻圖像和屏幕圖像停止等現(xiàn)象。

經(jīng)測(cè)試表明，對(duì)有關(guān)參數(shù)作設(shè)置時(shí)，在已有的參數(shù)值范圍內(nèi)，視頻比特率、視頻大小、幀速率的參數(shù)對(duì)視頻圖像效果的影響最大，而音頻比特率和音量的選擇則分別對(duì)聲音的音質(zhì)和音量的影響最大。當(dāng)視頻比特率、視頻大小的參數(shù)值設(shè)得越高時(shí)，壓縮后的視頻圖像的清晰度就越好，反之就差；當(dāng)幀速率參數(shù)值設(shè)得越高時(shí)，壓縮后的視頻圖像變化的流暢度就越好，反之就差；當(dāng)音頻比特率參數(shù)值設(shè)得越高時(shí)，壓縮后的聲音音質(zhì)越好，反之就差。但測(cè)試又同時(shí)表明，各項(xiàng)的設(shè)置參數(shù)中任一項(xiàng)數(shù)值的升高，都會(huì)造成壓縮后對(duì)應(yīng)的視頻流或文件、音頻流或文件的比特率的升高，各項(xiàng)參數(shù)的對(duì)應(yīng)情況見(jiàn)下表。當(dāng)各項(xiàng)參數(shù)都設(shè)高時(shí)，編碼器輸出的組合比特率會(huì)更高，該組合比特率=視頻比特率+音頻比特率+腳本比特率。比特率高會(huì)因網(wǎng)絡(luò)帶寬的擁擠而影響流的傳輸，如下表所示。

3.4教案屏幕

對(duì)于媒體服務(wù)器將多媒體流向用戶播放機(jī)的傳送，有的直播系統(tǒng)是屏幕流與視音頻流合在一起流向用戶播放機(jī)，有的直播系統(tǒng)是屏幕流與視音頻流各自流向用戶播放機(jī)。直播時(shí)屏幕流比特率過(guò)高同樣會(huì)因網(wǎng)絡(luò)傳輸帶寬擁擠而影響流的傳輸，其結(jié)果是用戶播放機(jī)會(huì)出現(xiàn)如屏幕圖像停止或停頓，視頻圖像和屏幕圖像同時(shí)停止或停頓，視頻圖像和屏幕圖像同時(shí)停止并且無(wú)聲等現(xiàn)象。屏幕流過(guò)高主要由兩個(gè)原因造成。

(1) 教案

在教學(xué)中，會(huì)用到PowerPoint、Word、網(wǎng)頁(yè)等作為教學(xué)內(nèi)容的演示。但在課堂網(wǎng)絡(luò)直播的教案屏幕內(nèi)容中，如果有不斷變動(dòng)的內(nèi)容時(shí)，例如不斷變化或閃爍的圖形和文字、連續(xù)拖動(dòng)Word文檔的滾動(dòng)條進(jìn)行翻頁(yè)、連續(xù)地拖動(dòng)某一圖標(biāo)或窗口，都會(huì)瞬時(shí)造成屏幕流比特率的明顯升高。測(cè)試證明：教案中一幅相對(duì)靜止的PowerPoint屏幕與一幅有不斷變化或閃爍圖形的網(wǎng)頁(yè)屏幕相比較，前者的屏幕流比特率是10Kbps左右，而后者的屏幕流比特率會(huì)達(dá)到100Kbps以上。

(2) 參數(shù)設(shè)置

有些屏幕編碼軟件可以對(duì)屏幕流每秒的幀參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。該參數(shù)設(shè)高了，播放的屏幕內(nèi)容的流暢度會(huì)相對(duì)好，但屏幕流比特率會(huì)升高。

為了防止屏幕流比特率過(guò)高，應(yīng)對(duì)的辦法有：(a)盡量使用PowerPoint作教學(xué)內(nèi)容的演示，避免使用動(dòng)畫、視頻等。(b)由于教學(xué)中的內(nèi)容是以靜止的文字或圖形為主的，因此教案屏幕流的幀數(shù)每秒設(shè)為4幀即可以基本滿足內(nèi)容顯示的需要。

3.5計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)作為傳輸多媒體流的通道，其是否通暢，對(duì)播放機(jī)音像效果的好壞同樣起到重要的作用。我國(guó)的互聯(lián)網(wǎng)資源分別由多個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商負(fù)責(zé)提供，各個(gè)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)帶寬以及之間的連接帶寬會(huì)有所不同。因此，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)臅稠樞曰驐l件，直播系統(tǒng)和用戶同在一個(gè)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)內(nèi)的，通常會(huì)比直播系統(tǒng)和用戶不在同一個(gè)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)內(nèi)的要好。我國(guó)高校的遠(yuǎn)程直播教學(xué)主要是通過(guò)教科網(wǎng)進(jìn)行，當(dāng)課堂直播的多媒體流的比特率較高時(shí)，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸條件較好的用戶，其接收播放的音像效果不易受影響或受到影響較輕，但對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸條件無(wú)保障的用戶，如果遇到網(wǎng)絡(luò)擁擠，播放就會(huì)出現(xiàn)以下的現(xiàn)象：

(1) 聲音斷續(xù)、視頻圖像停頓、屏幕圖像停頓。其原因主要是網(wǎng)絡(luò)帶寬擁擠，播放時(shí)多媒體流不能持續(xù)到達(dá)播放機(jī)。

(2) 只有聲音持續(xù)而視頻圖像、屏幕圖像停止不動(dòng)。其原因是流媒體數(shù)據(jù)遇到網(wǎng)絡(luò)擁擠時(shí)，會(huì)優(yōu)先讓音頻流通過(guò)，所以會(huì)出現(xiàn)只有聲音的情況。若要在網(wǎng)絡(luò)擁擠時(shí)仍能播放出持續(xù)的聲音和視頻圖像，可采用的措施是使用Windows Media Encoder中的多比特率(MBR)編碼方案，也稱為智能流技術(shù)方案。該方案的特點(diǎn)是同時(shí)壓縮幾組不同比特率的視頻數(shù)據(jù)供網(wǎng)絡(luò)傳輸用，當(dāng)服務(wù)器收到用戶的直播請(qǐng)求時(shí)，服務(wù)器會(huì)根據(jù)與用戶的連接速度情況而決定向用戶發(fā)送哪一組的比特率數(shù)據(jù)。連接速度慢時(shí)，發(fā)送低比特率數(shù)據(jù)，連接速度快時(shí)，發(fā)送高比特率數(shù)據(jù)。這樣，遇到網(wǎng)絡(luò)擁擠時(shí)，播放機(jī)會(huì)在有持續(xù)聲音的同時(shí)也能有活動(dòng)的視頻圖像，但圖像清晰度會(huì)下降。

3.6播放機(jī)

用戶若要正常播放課程的直播，其播放機(jī)必須達(dá)到該直播系統(tǒng)對(duì)播放機(jī)的關(guān)于硬件、軟件條件的要求。條件主要有：

(1) 操作系統(tǒng)使用Windows。其版本要達(dá)到該課堂直播系統(tǒng)指定的基本要求，例如Windows 98 SE以上或Windows2000以上等。

(2) 安裝Windows Media Player。該播放器軟件在Windows系統(tǒng)中有自帶，但版本要達(dá)到該課堂直播系統(tǒng)指定的基本要求。

(3) 安裝Microsoft DirectX。該圖像加速軟件在Windows系統(tǒng)中有自帶，但版本要達(dá)到該課堂直播系統(tǒng)指定的基本要求。

(4) 安裝第三方媒體播放器，即對(duì)應(yīng)課堂直播系統(tǒng)的媒體播放器。有些直播系統(tǒng)的媒體播放器會(huì)嵌在直播系統(tǒng)的點(diǎn)播網(wǎng)頁(yè)中。

(5) 直播的多媒體流通常會(huì)在幾十Kbps至三百Kbps之間，因此播放機(jī)的固有網(wǎng)絡(luò)帶寬要達(dá)到相關(guān)的條件才能滿足正常播放的需要。

(6) 直播系統(tǒng)對(duì)播放機(jī)的CPU、內(nèi)存、顯卡等也會(huì)有相應(yīng)的要求，這些配置越高，對(duì)保障播放的效果就越有利。

(7) 播放機(jī)緩存。流媒體的播放特點(diǎn)是播放時(shí)首先下載一小部分?jǐn)?shù)據(jù)至緩存中，幾秒至十幾秒后再開(kāi)始邊播放邊繼續(xù)下載后面的數(shù)據(jù)。由于緩存除了使用內(nèi)存的空間外，還可能用到硬盤的空間，所以硬盤的空間不能過(guò)小。

當(dāng)播放機(jī)的硬件情況、軟件情況和安全情況都符合要求時(shí)，一些情況仍然會(huì)影響到有些播放機(jī)的正常播放，使播放機(jī)出現(xiàn)聲音斷續(xù)、視頻圖像停頓、屏幕圖像停頓的現(xiàn)象。主要的原因是主機(jī)同時(shí)運(yùn)行了包括該播放程序在內(nèi)的多個(gè)程序，比如人為同時(shí)運(yùn)行了多個(gè)程序，或防毒殺毒等有關(guān)軟件也在自動(dòng)運(yùn)行，使主機(jī)因?qū)θ蝿?wù)進(jìn)程處理不及而出現(xiàn)上述的現(xiàn)象。應(yīng)對(duì)辦法是將與點(diǎn)播無(wú)關(guān)的任務(wù)進(jìn)程停止或關(guān)閉。

4結(jié)束語(yǔ)

目前，在各種的原因中，校園網(wǎng)外網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)不暢順的情況是導(dǎo)致課堂直播音像效果受影響的主要原因。因此，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)時(shí)，為了避免或減少因互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的不暢順而對(duì)音像效果的影響，除了上述的應(yīng)對(duì)辦法外，還可以在直播的對(duì)象、范圍、時(shí)間等方面作有利于直播時(shí)多媒體流傳輸?shù)倪x擇。另外，采用直播后提供點(diǎn)播、課件下載、課件光盤的方式進(jìn)行遠(yuǎn)程教學(xué)，也能避免或減少因網(wǎng)絡(luò)不暢順對(duì)課堂網(wǎng)絡(luò)直播系統(tǒng)的使用所造成的影響。

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