流媒體技術在遠程教育中的應用

齊麗君 阿迪雅

內蒙古自治區(qū)氣象培訓中心

流媒體技術在遠程教育中的應用

齊麗君 阿迪雅

內蒙古自治區(qū)氣象培訓中心

隨著大數(shù)據(jù)時代的到來和Internet技術的不斷發(fā)展，流媒體信息在Internet網(wǎng)上的傳輸顯得越來越重要，流媒體技術（Streaming Media Technology）在遠程教育課件中的應用越來越廣泛。本文主要闡述了流媒體傳輸?shù)幕咎攸c，流媒體系統(tǒng)的組成，網(wǎng)絡教育中常見流媒體傳輸格式和流媒體播放方式；流媒體技術在遠程教育中的應用。

流媒體技術 遠程教育 應用

一、引言

遠程教育的發(fā)展，需要豐富的流媒體課件作為其教育資源。隨著網(wǎng)絡時代信息化社會的到來，計算機以及信息技術的快速發(fā)展，Internet應用的不斷深入，正在逐步推動著遠程教育教學改革，新型的遠程教學模式正在形成，在這種新型模式下的課件設計和開發(fā)與傳統(tǒng)的課件設計和開發(fā)已經有了較大的更新與完善，教學和學習領域正進行著一場深刻的變革。在這種形勢下發(fā)展起來的基于網(wǎng)絡的流媒體課件系統(tǒng)在教學等方面越來越體現(xiàn)出它無可比擬的優(yōu)勢，流媒體已逐漸改變著傳統(tǒng)的信息傳播方式。

傳統(tǒng)教學已向網(wǎng)絡教學轉型，已經成為信息時代的必然趨勢。隨著教育改革的風起云涌，大多數(shù)的遠程教育由于受到網(wǎng)絡帶寬的限制,多采用異步教學模式,也就是采用Web瀏覽技術,先將事先制作完成的流媒體課件放到服務器上,用戶需要時進行點播學習。這種教學模式的實時交互性差，學生和老師基本沒有直接交流，使學習的生動性大打折扣。

在線教育是一種全新的現(xiàn)代教育方式。在美國，超過70％的青少年使用互聯(lián)網(wǎng)進行學習，91.2％的美國教師認為網(wǎng)絡學習是21世紀不可缺少的學習方式。在各大高校的網(wǎng)絡教育中，同學們可以通過電腦網(wǎng)絡登入相應的教室，開展課程培訓。而某些課程需要相關專業(yè)其他學校老師的授課時，老師也再不用驅車趕往外校，只需登入視頻教室授課即可。

二、流媒體系統(tǒng)概述

流媒體(StreamingMedia)是一種以音視頻數(shù)據(jù)流的方式在網(wǎng)絡上傳遞多媒體信息的技術。與傳統(tǒng)的多媒體不同，流媒體傳輸具有實時性和連續(xù)性的特點。

1.流媒體傳輸?shù)幕咎攸c

流媒體是從英語Streaming Media中翻譯過來，它是一種可以使音頻、視頻和其它多媒體能在Internet上以實時的、無需下載等待的方式進行播放的技術。流媒體文件格式是支持采用流媒體傳輸及播放的媒體格式。流媒體傳輸方式是將動畫、音視頻等多媒體文件經過特殊的壓縮方式分成一個個壓縮包，由視頻服務器向用戶計算機連續(xù)地、實時地傳送信息。在采用流媒體傳輸方式的系統(tǒng)中，用戶不必像常規(guī)視頻文件播放那樣等到整個文件全部下載完畢后才能看到當中的內容，而只需經過幾秒或幾十秒的啟動延時即可在用戶的計算機上利用相應的播放器或其它的硬件、軟件對壓縮的動畫、音視頻等多媒體文件解壓后進行播放和觀看，多媒體文件的剩余部分將在后臺的服務器內繼續(xù)下載。

2.流媒體系統(tǒng)的組成

流媒體系統(tǒng)由以下6個方面構成：

（1）前端編碼壓縮工具包：用于創(chuàng)建、捕捉和編輯多媒體數(shù)據(jù)，形成流媒體數(shù)據(jù)格式。

（2）流媒體數(shù)據(jù)：流媒體數(shù)據(jù)實體。

（3）流媒體服務器：存放和控制流媒體數(shù)據(jù)的硬件及軟件平臺。

（4）傳輸網(wǎng)絡：適合多媒體傳輸協(xié)議及實時傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡。

（5）客戶端播放器：供客戶端播放、瀏覽流媒體文件的應用程序。

（6）流媒體傳輸協(xié)議：流媒體在因特網(wǎng)上的傳輸必然涉及到網(wǎng)絡傳輸協(xié)議，其中包括Internet本身的多媒體傳輸協(xié)議，以及一些實時流媒體傳輸協(xié)議等，只有采用合適的協(xié)議才能更好的發(fā)揮流媒體的作用，保證傳輸質量。IETF（Internet工程任務組）是Internet規(guī)劃與發(fā)展的主要標準化組織，已經設計出幾種支持流媒體傳輸?shù)膮f(xié)議。它們主要有：用于Internet上針對多媒體數(shù)據(jù)流的實時傳輸協(xié)議RTP（Real-time Transport Protocol）、與RTP一起提供流量控制和擁塞控制服務的實時傳輸控制協(xié)議RTCP（Real-time Transport Control Protocol）和定義了“一對多”的應用程序如何有效地通過IP網(wǎng)絡傳送多媒體數(shù)據(jù)的實時流協(xié)議RTSP（Real-time Streaming Protocol）。

3.網(wǎng)絡教育中常見流媒體傳輸格式

在Internet上所傳輸?shù)亩嗝襟w格式中，基本上只有文本、圖形可以照原格式在網(wǎng)上傳輸。動畫、音頻、視頻等雖然可以直接在因特網(wǎng)上播放，但文件偏大，即使使用專線上網(wǎng)，也要等完全下載后才能觀看，這三種類型的媒體均要采用流媒體技術來進行處理以便于在網(wǎng)上傳輸。另外，還有一些如PowerPoint文件、多媒體課件等內容也需要用流媒體技術進行傳輸。

流媒體（Streaming Media）在傳輸過程中是分段傳送，用戶不必等待整個內容傳送完畢，就可以觀看到即時的連續(xù)的內容，甚至可以隨時的暫停、快進、快倒。但由于不同的公司發(fā)展的文件格式不同，傳送的方式也有所差異，下面是幾種網(wǎng)絡教育中常見的流媒體文件的格式。

（1）RealVideo的.rm視頻影像格式和.ra的音頻格式。rm和ra格式分別是RealNetworks公司所開發(fā)的一種流媒體視頻Real Vedio和流媒體音頻Real Audio文件格式。主要用來在低速率的網(wǎng)絡上實時傳輸活動視頻影像，可以根據(jù)網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速率的不同而采用不同的壓縮比率，在數(shù)據(jù)傳輸過程中邊下載邊播放視頻影像，從而實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的實時傳送和播放?？蛻舳送ㄟ^Real Player播放器進行播放。

（2）Microsoft Media technology的.asf格式。Microsoft Media technology的ASF也是流行一種網(wǎng)上流媒體格式，在網(wǎng)絡教育中更大受歡迎。這種流媒體文件的使用與windows操作系統(tǒng)是分不開的，使用的播放器是Microsoft Media Player。目前微軟還提出了wmv等新的流媒體格式。

（3）QuickTime的.qt格式。QuickTime Movie的.qt格式是Apple公司開發(fā)的一種音頻、視頻文件格式，用于保存音頻和視頻信息，具有先進的音頻和視頻功能，由包括Apple Mac OS，Microsoft Windows在內的所有主流計算機操作系統(tǒng)支持。Quicktime文件格式支持25位彩色，支持RLC、JPEG等領先的集成壓縮技術，提供150多種視頻效果。

（4）Flash的.swf格式。SWF是基于Macromedia公司Shockwave技術的流媒體動畫格式，是用Flash軟件制作的一種格式，源文件為.fla格式，由于其體積小、功能強、交互能力好、支持多個層和時間線程等特點，故越來越多地應用到網(wǎng)絡動畫中。SWF文件是Flash的其中一種發(fā)布格式，已廣泛用于Internet上，客戶端安裝Shockwave的插件即可播放。

（5）Metastream的.mts格式。MetaCreations公司的網(wǎng)上流媒體三維技術MetaStream實現(xiàn)英特網(wǎng)上流媒體三維網(wǎng)頁的瀏覽，它是一種新興的網(wǎng)上3D開放文件標準（基于Intel構架），主要用于創(chuàng)建、發(fā)布及瀏覽可以放縮的3D圖形和開發(fā)電腦游戲。

（6）Authorware的.aam多媒體教學課件格式。計算機輔助教學 （簡稱CAI）課件，我國多采用像Authorware等多媒體制作工具，這類課件利用Shockwave技術和Web Package軟件可以把Authorware生成的文件壓縮為.aam和.aas流媒體文件格式播放；也可以用Director生成后，利用Shockwave技術改造為網(wǎng)上傳輸?shù)牧髅襟w多媒體課件。

4.流媒體播放方式

（1）單播。在客戶端與媒體服務器之間需要建立一個單獨的數(shù)據(jù)通道，從一臺服務器送出的每個數(shù)據(jù)包只能傳送給一個客戶機，這種傳送方式稱為單播。每個用戶必須分別對媒體服務器發(fā)送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發(fā)送所申請的數(shù)據(jù)包拷貝。這種巨大冗余首先造成服務器沉重的負擔，響應需要很長時間，甚至停止播放；管理人員也被迫購買硬件和帶寬來保證一定的服務質量。

（2）組播。IP組播技術構建一種具有組播能力的網(wǎng)絡，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復制到多個通道上。采用組播方式，單臺服務器能夠對幾十萬臺客戶機同時發(fā)送連續(xù)數(shù)據(jù)流而無延時。媒體服務器只需要發(fā)送一個信息包，而不是多個；所有發(fā)出請求的客戶端共享同一信息包。信息可以發(fā)送到任意地址的客戶機，減少網(wǎng)絡上傳輸?shù)男畔目偭?。網(wǎng)絡利用效率大大提高，成本大為下降。

（3）點播。點播連接是客戶端與服務器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇內容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流。點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，卻會迅速用完網(wǎng)絡帶寬。

（4）廣播。廣播指的是用戶被動接收流。在廣播過程中，客戶端接收流，但不能控制流。例如，用戶不能暫停、快進或后退該流。廣播方式中數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡上的所有用戶。使用單播發(fā)送時，需要將數(shù)據(jù)包復制多個拷貝，以多個點對點的方式分別發(fā)送到需要它的那些用戶，而使用廣播方式發(fā)送，數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡上的所有用戶，而不管用戶是否需要，這種傳輸方式會非常浪費網(wǎng)絡帶寬。

三、流媒體技術在遠程教學直播中應用

利用流媒體技術制作流媒體課件,能解決遠程教育中大數(shù)據(jù)量多媒體文件傳輸困難的問題，同時豐富了教學資源建設。流媒體課件其時效性較強，傳輸速度快，能流暢地運行于網(wǎng)絡，對遠程教育的學習提供了保障，有利于遠程教育中的在線個性化學習，可以在遠程教育中發(fā)揮重要的作用。這樣既方便了學生又節(jié)省了成本，而且還推動了遠程教育的普及。

采用流媒體技術完全可以將教師的授課過程音視頻，用高清音視頻流媒體采集卡采集計算機屏幕，合成多媒體課件，然后對多媒體課件進行編碼制成流媒體格式的多媒體文件，再將課件放到我們的流媒體服務器中，實現(xiàn)遠程教學直播。這種實時教學可使學生與教師在線交互，實現(xiàn)了“虛擬課堂”，達到“面對面”的良好的教學效果。

四、流媒體技術在課件錄制中應用

流媒體課件制作一般經過腳本編寫、素材準備、集成編排等步驟，對開發(fā)工具選擇上主要是強調易用性和通用性，將所有的媒體都轉化成網(wǎng)絡上通用格式以便于快速下載?？蛻舳酥灰邆浠镜木W(wǎng)絡設備和軟件，就可以接入網(wǎng)絡進行學習。

流媒體課件錄制將授課電腦VGA信號、老師授課和師生互動場景以及課堂板書等進行多種模式的整合錄制，生成流媒體課件。同時，系統(tǒng)實現(xiàn)基于網(wǎng)絡環(huán)境的多畫面直播，保證高清晰的課堂畫面和音視頻精確同步的實況效果。系統(tǒng)生成的高質量視頻素材文件又可以通過非線編輯平臺進行后期編輯，提高精品課程資源使用的靈活性。

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