流媒體技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用探析

余正紅 楊華勇

摘要：隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，流媒體技術(shù)日趨成熟和完善，并已在多個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，其在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用給網(wǎng)絡(luò)教學(xué)注入了新的活力。該文探析了流媒體技術(shù)及其在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用，以期對(duì)流媒體技術(shù)與現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展作一些探討。

關(guān)鍵詞：流媒體；現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育；網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009-3044(2012)22-5407-02

Application of Streaming Media Technology in Modern Long-distance Education

YU Zheng-hong,YANG Hua-yong

(Department of Information Engineering, City College, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430083, China)

Abstract: With the development of computer and network technology, streaming media technology has matured and improved，then has been widely used in many areas, its application has injected new vitality to the network teaching in modern distance education. This paper analyses of streaming media technology and its application in modern long-distance education, with a view to discussion on streaming media technology and development of modern long-distance education.

Key words: streaming media; modern long-distance education; network

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型教育形式，它突破了傳統(tǒng)在時(shí)間和空間上的限制，最大限度的實(shí)現(xiàn)了教育資源的共享?，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的授課方式一般有同步授課和異步授課兩種：同步授課可實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)員之間的交互學(xué)習(xí)、實(shí)時(shí)交流，但需要占用較大的寬帶；異步授課是指采用Web技術(shù)，事先將多媒體課件放到服務(wù)器上，用戶需要時(shí)可將其下載到本地計(jì)算機(jī)上播放，但由于數(shù)據(jù)量大需占用大量的服務(wù)器空間，且用戶下載需要等待一定的時(shí)間。由于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，很難將結(jié)構(gòu)類型復(fù)雜、內(nèi)容龐大的教學(xué)資源文件在教師端和學(xué)生端進(jìn)行有效、實(shí)時(shí)地傳輸。但流媒體技術(shù)的出現(xiàn)對(duì)解決上述問(wèn)題提供了極大幫助，利用該技術(shù)可以在任意時(shí)間把各種龐大的教學(xué)資源如視頻、音頻、文本、圖像、課件、動(dòng)畫(huà)等，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)傳輸給任意地點(diǎn)的學(xué)習(xí)者，使現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)更好的發(fā)揮其教育功用[1]。

1流媒體技術(shù)簡(jiǎn)介

流媒體（Streaming Media）是指應(yīng)用流技術(shù)將連續(xù)的多媒體文件分割壓縮后在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸與播放的媒體格式。

1.1流媒體技術(shù)原理

流媒體技術(shù)是將完整的多媒體文件（如視頻、音頻等）經(jīng)過(guò)壓縮后保存在網(wǎng)站服務(wù)器上，流媒體的傳輸需要緩存的支持。當(dāng)用戶點(diǎn)擊播放多媒體文件時(shí)，系統(tǒng)會(huì)先創(chuàng)建一個(gè)緩存，然后采用流式傳輸技術(shù)分段傳輸數(shù)據(jù)，用戶可以邊下載邊播放。

多媒體文件通過(guò)Internet進(jìn)行傳輸時(shí)先被分解成許多數(shù)據(jù)包，然后進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸，但是，由于網(wǎng)絡(luò)是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)變化的，各個(gè)數(shù)據(jù)包選擇的路由可能不同，導(dǎo)致各數(shù)據(jù)包到達(dá)客戶端的順序會(huì)不同于服務(wù)端發(fā)送的順序?；谶@種情況，要使得客戶端按照正確的順序播放多媒體文件，就需要使用緩存系統(tǒng)來(lái)彌補(bǔ)延遲和抖動(dòng)，客戶端收到數(shù)據(jù)包后先緩存起來(lái)，播放器再?gòu)木彺嬷邪创涡蜃x取數(shù)據(jù)。采用了緩存機(jī)制后，即便發(fā)生網(wǎng)絡(luò)擁堵，數(shù)據(jù)量不能及時(shí)到達(dá)客戶端，也不會(huì)影響播放，因?yàn)椴シ牌骺梢宰x取以前緩存的數(shù)據(jù)，等到網(wǎng)絡(luò)正常后，新的數(shù)據(jù)會(huì)繼續(xù)添加到緩存中。但這并不會(huì)給客戶端造成較大的負(fù)荷，因?yàn)楦咚倬彺嫠璧娜萘枯^小，所以，普通的客戶端可以完全滿足對(duì)流媒體文件的接收。一般用戶端接收機(jī)的高速緩存使用環(huán)形鏈表結(jié)構(gòu)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，這樣當(dāng)接收到的內(nèi)容一旦播放完畢便要被丟棄，釋放出原有緩存空間重新接收緩存其他未被播放的數(shù)據(jù)包，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包的實(shí)時(shí)流動(dòng)更新，直至傳輸結(jié)束[2]。

1.2流媒體的傳輸協(xié)議

流媒體的傳輸采用的是效率較高的RTP/UDP協(xié)議，雖然TCP傳輸協(xié)議可靠性較高，但其開(kāi)銷多，難以滿足流數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，但是TCP協(xié)議可以用來(lái)傳輸控制信息。流媒體傳輸原理如圖1。

Web服務(wù)器為用戶提供流媒體的操作界面。當(dāng)學(xué)習(xí)者在瀏覽器上選擇播放某一視頻時(shí)，Web服務(wù)器接到請(qǐng)求后會(huì)將這一資源的流媒體服務(wù)器地址、路徑等信息提供給客戶端，然后啟動(dòng)流媒體播放器，連接流媒體服務(wù)器，播放流媒體文件。流媒體播放器與流媒體服務(wù)器之間的信息交換與控制使用的是RTSP協(xié)議，完成對(duì)流媒體文件的播放、暫停、快進(jìn)、后退等操作的命令和方法。通過(guò)RTSP協(xié)議，客戶端向服務(wù)器提出了播放某一流媒體資源的請(qǐng)求，服務(wù)器響應(yīng)了這個(gè)請(qǐng)求后，就可以把流媒體數(shù)據(jù)傳輸給客戶端了[3]。

但是，對(duì)于流媒體數(shù)據(jù)的傳輸并不是依靠RTSP協(xié)議，而是基于UDP的RTP協(xié)議，RTSP協(xié)議在傳輸過(guò)程中具有控制數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖饔谩?/p>

1.3流媒體的播放方式

流媒體服務(wù)器可以提供的播放方式主要有三種，即：?jiǎn)尾?unicast)、組播(Multicast)和廣播(Broadcast)。單播是指每個(gè)客戶端單獨(dú)與流媒體服務(wù)器建立數(shù)據(jù)通道，服務(wù)器只將數(shù)據(jù)傳給這一個(gè)客戶端。用戶通過(guò)單播方式可以滿足自己的個(gè)性化需求，可實(shí)現(xiàn)暫停、快進(jìn)、后退等功能。其缺點(diǎn)是對(duì)流媒體服務(wù)器的性能要求和網(wǎng)絡(luò)速度要求很高，當(dāng)單播用戶較多時(shí)，造成服務(wù)器負(fù)擔(dān)較重，造成播放停頓或停止。組播方式是基于“組”的播放方式，流媒體服務(wù)器發(fā)出數(shù)據(jù)時(shí)，某一特定的組能夠接收到，其他之外的客戶端則接收不到，這就大大減輕了服務(wù)器的負(fù)擔(dān)。但是接收到流數(shù)據(jù)的組，并不能控制流，也就是在播放時(shí)不能根據(jù)自己的需要進(jìn)行暫停、快進(jìn)、后退等操作。廣播是流媒體服務(wù)器發(fā)出的數(shù)據(jù)可以被同一網(wǎng)段上的所有客戶端所接受，它是組播的一個(gè)特例。組播和廣播都是只傳輸一份流數(shù)據(jù)，發(fā)送給多個(gè)客戶，這樣可以保證流數(shù)據(jù)占用最小的網(wǎng)絡(luò)寬帶。

圖1流媒體傳輸原理圖

2流媒體在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用

流媒體在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用極大的提高了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)質(zhì)量，推動(dòng)了現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展，其應(yīng)用主要有以下幾點(diǎn)：

2.1實(shí)現(xiàn)教學(xué)課堂的網(wǎng)絡(luò)直播

遠(yuǎn)程課堂教學(xué)是現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在傳統(tǒng)的遠(yuǎn)程教育中，學(xué)生想通過(guò)視頻學(xué)習(xí)或觀看講座的前提是已經(jīng)有錄制好的視頻文件存儲(chǔ)在服務(wù)器上，然后學(xué)生下載到客戶端，才能觀看。流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中得以應(yīng)用之后，學(xué)習(xí)者可以在Internet網(wǎng)絡(luò)上直接觀看教學(xué)直播，無(wú)需事先錄制媒體文件，而是采用實(shí)時(shí)生成的多媒體流的方式直接進(jìn)行廣播，學(xué)習(xí)者可以不受地點(diǎn)的限制，在任何一臺(tái)多媒體計(jì)算機(jī)上受到課堂教育，創(chuàng)建一種“面對(duì)面”的教學(xué)環(huán)境，縮短教學(xué)雙方的空間距離。直播結(jié)束后，還可以生成基于流媒體方式的教學(xué)節(jié)目，存儲(chǔ)到流媒體服務(wù)器上，方便學(xué)生隨時(shí)點(diǎn)播。

遠(yuǎn)程廣播實(shí)現(xiàn)方式如圖2，攝像機(jī)及話筒采集到的視頻、音頻信息經(jīng)數(shù)字化之后傳輸給Windows media encoder進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮編碼，生成實(shí)時(shí)的ASF數(shù)據(jù)流，編碼輸出的節(jié)目流經(jīng)Windows media server實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上直播。S代表學(xué)生端。

圖2遠(yuǎn)程廣播實(shí)現(xiàn)示意圖

2.2視頻點(diǎn)播，自主學(xué)習(xí)

采用流媒體技術(shù)以后，學(xué)習(xí)者可以即時(shí)點(diǎn)播所需的多媒體文件，只需要幾秒鐘的下載時(shí)間，便可以邊下載邊播放，而不用像以前一樣下載到本地計(jì)算機(jī)，節(jié)省了下載的時(shí)間和客戶端的存儲(chǔ)資源。學(xué)習(xí)者可以自由選擇學(xué)習(xí)時(shí)間和地點(diǎn)根據(jù)自己的學(xué)習(xí)進(jìn)程選擇適當(dāng)?shù)恼n程，點(diǎn)播視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。同時(shí)，學(xué)習(xí)者在觀看視頻的過(guò)程中可以靈活控制觀看進(jìn)度，對(duì)視頻進(jìn)行快進(jìn)、后退、暫停等操作。在這種學(xué)習(xí)方式中，學(xué)生完全掌握學(xué)習(xí)的主動(dòng)權(quán)，可以根據(jù)自己的情況，自由選擇教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)進(jìn)度，學(xué)生不再是被動(dòng)地接受知識(shí)，而是積極主動(dòng)地參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中[4]。

2.3遠(yuǎn)程交互式教學(xué)

借助流媒體技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)教師端與學(xué)生端的遠(yuǎn)程互動(dòng)，加強(qiáng)師生之間的交流，達(dá)到更好的教學(xué)效果。交互模式包括異步交互、同步語(yǔ)音交互、同步文本交互、同步視頻交互等方式，通過(guò)同步交互可以實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生的實(shí)時(shí)互動(dòng)，方便與教師對(duì)學(xué)生的在線指導(dǎo)。交互過(guò)程要借助攝像機(jī)、話筒等設(shè)備對(duì)視頻、音頻信息進(jìn)行采集和處理，然后上傳流媒體服務(wù)器，流媒體服務(wù)器再發(fā)布到終端計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)交互式教學(xué)。流媒體技術(shù)結(jié)合其他多種網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)技術(shù)，再充分利用傳統(tǒng)多媒體教學(xué)資料庫(kù)，我們將能夠更有效地開(kāi)展基于網(wǎng)絡(luò)的教學(xué)，提高教學(xué)效果[5]。

3總結(jié)

流媒體技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用給網(wǎng)絡(luò)教學(xué)帶來(lái)了新的活力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，流媒體技術(shù)也將有長(zhǎng)足的進(jìn)步，其在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用也將更加廣泛和成熟，將更好的促進(jìn)現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的發(fā)展，為我國(guó)終身教育體系和學(xué)習(xí)型社會(huì)的建立貢獻(xiàn)了力量。

參考文獻(xiàn)：

[1]周穎,曹茜,周恕義.流媒體技術(shù)及其在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備,2006,6:1-7.

[2]孫瑩瑩.流媒體技術(shù)與現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育[J].長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版）,2010,7(3):400-401.

[3]林天峰.Linux服務(wù)器架設(shè)指南[M].北京:清華大學(xué)出版社,2010,523-526.

[4]胡集儀.流媒體技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用[J].中國(guó)教育改革與教學(xué)研究,2011,12:23-24.

[5]謝慧萍.流媒體技術(shù)在校園網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用[J].價(jià)值工程,2012,9:133.