基于網(wǎng)絡多媒體技術的思政教育平臺設計

劉雪菁

（核工業(yè)總醫(yī)院 蘇州大學附屬第二醫(yī)院，江蘇 蘇州 215000)

1 引言

思政教育一直是高校教育必不可少的，特別當前處于信息化時代，面臨大規(guī)模網(wǎng)絡信息，學生對社會的經(jīng)驗較少，心理不夠成熟，世界觀容易被網(wǎng)絡中負面消息干擾，所以對學生進行思政教育是非常有必要的[1-2]。近年來以傳統(tǒng)思政教育為基礎開發(fā)的思政教育平臺越來越多，信息化教育在現(xiàn)階段思政教育改革中起到了重要作用，設計高效的思政教育平臺可對當代學生政治思想產(chǎn)生積極影響[3]。

現(xiàn)如今，我國相關研究人員樓爾文等，在新時代條件下，新媒體網(wǎng)絡平臺的迅速發(fā)展為教育改革提供了新思路，把握時代脈搏并及時抓住新媒體網(wǎng)絡平臺帶來的機遇，結合時代條件，豐富思政教育的理論和內(nèi)容，創(chuàng)新思政教育的方法，不斷增強高校思政教育的實效性.探討新媒體網(wǎng)絡平臺時代下思政教育的利與弊，提出增強大學生思政教育實效性的途徑[4]。王冕等就網(wǎng)絡環(huán)境下中職教育多媒體教學的特點和實現(xiàn)方式進行了探討.在網(wǎng)絡技術飛速發(fā)展的影響下也衍生出新的教育模式-傳統(tǒng)多媒體教學與網(wǎng)絡技術的結合。中職院校如何通過對網(wǎng)絡技術及多媒體資源的整合，更有效的培養(yǎng)專業(yè)人才成為中職教育改革的關鍵問題[5]。國外相關研究人員Xia等研究了移動多媒體技術的迅速發(fā)展為遠程教學系統(tǒng)改進的影響。Flash 不僅支持圖像、語音和視頻，而且具有完善的面向?qū)ο蟪绦蛟O計，可以實現(xiàn)不同類型多媒體之間的交互[6]。并以《體操》課程為例進行效果測試，以期為多媒體教學平臺的改進和推廣提供數(shù)據(jù)支持，挖掘網(wǎng)絡教學未來潛在的發(fā)展方向。受互聯(lián)網(wǎng)教學模式影響，現(xiàn)有教學模式在教育與學習上比傳統(tǒng)更為靈活，實現(xiàn)了教育資源在平臺上的共享，有效提高教學質(zhì)量。本文針對當前基于網(wǎng)絡多媒體技術的思政教育平臺進行研究，為提升學生綜合素質(zhì)，保證學生個性化發(fā)展需求，提供有效的技術支持。

2 平臺組成

基于網(wǎng)絡多媒體技術的思政教育平臺，利用對計算機的管控，將壓縮技術作為核心技術，安裝位置可調(diào)節(jié)攝像機以及靈敏度較高的拾音器，對各路視頻與音頻素材進行采集，在硬盤錄像機中完成壓縮保存處理，同時利用網(wǎng)絡傳輸至服務器，實現(xiàn)平臺內(nèi)點播與直播。設計平臺可劃分成主教室部分與分教室部分，分教室部分是通過多個分教室構成的。詳細架構用圖1進行描述。

圖1 平臺整體架構

主教室為整個平臺的核心部分，主要用于放置硬件裝備，對不同分教室錄像進行管理，可同步查看不同分教室的情況。在主控管理PC 機上安裝分教室平臺管理軟件，從而完成對分教室平臺的管理和調(diào)度[7]。

3 關鍵技術

3.1 流媒體技術

流媒體技術選用Windows Media Service[8]，可在絕大多數(shù)帶寬上提供高質(zhì)量的音視頻服務，有助于分析學生對思政教育學習效果與行為的分析。

Windows Media Service 包含Media Encoder、Media Server以及Media Player[9]，如圖2所示。流媒體技術工作原理如下：將音視頻信號傳輸至編碼器完成編碼操作，針對編碼器輸出的數(shù)據(jù)流保存至存儲裝置，也可傳輸至Media Server。Server 可把實時節(jié)目流廣播至LAN，完成廣播。也可按照用戶要求播放節(jié)目，完成點播。一般用戶利用通用IE與流播放插件即可播放節(jié)目流。

圖2 流媒體基本結構

3.2 音視頻壓縮

為了減少存儲空間提高音視頻質(zhì)量，需對音視頻文件進行壓縮處理，將基于contourlet變換的圖像壓縮算法應用于音視頻壓縮中[10]。contourlet變換是通過拉普拉斯塔形分解與方向濾波器實現(xiàn)的，首先利用塔形分解完成多尺度分解獲取奇異點，再利用方向濾波器組把相似方向奇異點聯(lián)系在一起構成系數(shù)。拉普拉斯塔形分解對圖像進行低通濾波處理，獲取預測圖像，將其與原始圖像作差從而實現(xiàn)拉普拉斯分解，獲取帶通圖像，繼續(xù)對其進行拉普拉斯分解，實現(xiàn)多尺度分解處理。分解與重構過程用圖3進行描述。

圖3 拉普拉斯變換分解與重構

contourlet 變換會形成很多描述方向和紋理信息的多尺度系數(shù)，其中數(shù)值較大者信息量更大，與數(shù)值較小系統(tǒng)相比有更大的作用[11]。細尺度上有很多在0 左右波動的小系數(shù)，通過硬閾值將其濾除，保留相對較大的系數(shù)，保證更高的圖像質(zhì)量，便于壓縮，公式如下：

式中，h(x，y)用于描述經(jīng)閾值處理后系數(shù)，f(x，y)用于描述處理前變化系數(shù)，δ用于描述設定閾值，δ越大壓縮比越大。

最后對量化后系數(shù)進行編碼處理。

把上述圖像壓縮技術應用于音視頻壓縮中，把編碼算法處理步驟劃分成有損部分與無損部分，有損部分即進行正向contourlet轉(zhuǎn)換與量化操作，無損部分即不同熵編碼，完成量化后進行兩幀圖像的異或運算。圖4所示的是算法編碼與解碼處理步驟。

圖4 視頻壓縮編碼解碼處理

編碼過程如下：通過contourlet變換對視頻首幀圖像進行壓縮處理，并且對經(jīng)量化處理后的系數(shù)進行保存。針對之后的所有幀圖像，完成變換分解與量化處理后，和首幀圖像系數(shù)進行異或運算，針對獲取值完成熵編碼處理。解碼過程如下：通過contourlet變換完成視頻首幀圖像的解壓縮處理，并且對熵解碼后系數(shù)進行存儲，針對之后所有幀圖像，均和首幀圖像系數(shù)進行異或運算，然后完成反量化與變換分解處理。

通過上述方法完成視頻壓縮與解壓不會造成顯著噪聲，而異或運算后數(shù)據(jù)中0的數(shù)量會升高，適用于熵編碼，可有效增強視頻壓縮比。

3.3 同步技術

本節(jié)通過Encoder 工具為視頻流和文件等數(shù)據(jù)提供同步接口，教師播放思政教育PPT的PC機和Encoder工具間可互相連接。在進行思政教育時，若教師播放PPT，會向Encoder工具傳輸信息，Encoder工具接收該信息后在編碼形成的相應位置進行標識，同時添加相應備注信息。用戶接收含備注信息的信息后可通過標識對PPT播放時間與切換時間進行管理，實現(xiàn)同步。

3.4 數(shù)據(jù)傳輸技術

資源預留協(xié)議利用傳輸QoS 請求預留網(wǎng)絡資源，發(fā)送主機向接收主機傳輸RSVP Path信息，接收主機接收后發(fā)出反饋信息，由節(jié)點自行判斷是否可達到資源預留要求，若能達到要求，其會對相關資源進行保存，同時發(fā)送Resv 消息[12]。若每個路徑路由均可達到QoS 請求，Resv消息會抵達發(fā)送主機。如果鏈路上所有資源均被預留，那么發(fā)送主機會以預留資源路徑為基礎傳輸實時數(shù)據(jù)，完成思政教育平臺數(shù)據(jù)的實時傳輸。

所有具備RSVP 功能的節(jié)點均存在相應的流量控制體系，由相互作用的模塊組成。主機上應用程序向RSVP請求某種程度的服務質(zhì)量，這種情況會被傳輸給策略管理部分與許可管理部分。進程調(diào)用策略管理部門對用戶權限進行驗證，再實施資源預留統(tǒng)計。與此同時，通過許可管理模塊驗證節(jié)點資源是否充分，是否可達到RSVP請求的要求。若上述兩個部分的驗證均通過，那么把QoS參數(shù)添加至包分類器中，然后通過包調(diào)度器確定服務質(zhì)量，完成資源預留。并且RSVP把RSVP請求傳輸給數(shù)據(jù)通路的下一個節(jié)點。若其中一個或兩個部分均未通過驗證，那么發(fā)出請求的應用會接收到重新處理請求的信息。在進行數(shù)據(jù)傳輸時，路由運行和主機類似，每個節(jié)點采用的流程都是相似的，如果節(jié)點全部通過資源預留請求，那么數(shù)據(jù)流將得到請求的服務質(zhì)量。

3.5 多播技術

多播技術通常可利用多點對點連接與內(nèi)部多點播送，如圖5所示。

圖5 多播方式

針對點對點方式，本節(jié)將線路交換方式與分組交換方式結合在一起實現(xiàn)。這兩種方式均需令源發(fā)送端形成若干同樣的數(shù)據(jù)流，向所有接收端傳輸。從價格的角度分析上述方式成本較高。多個點對點連接的方式還會出現(xiàn)把不需要的超量負載添加至底層網(wǎng)絡的情況。然而在部分拓撲結構上，點對點方式不會造成更多負載，本節(jié)選用星型連接。多個點對點連接存在密度高的優(yōu)勢，這主要是由于多播是在特定成員間進行的。

多播還可通過底層傳輸實現(xiàn)多點播送。現(xiàn)階段大部分局域網(wǎng)均具備支持廣播的功能，針對廣域網(wǎng)，無線連接協(xié)議與面向連接協(xié)議也支持上述功能。在以上分析情況下，單個數(shù)據(jù)流的復制與傳輸是通過網(wǎng)絡實現(xiàn)的，無需編程。底層傳輸方式保密性較差，同時需開發(fā)高層多播協(xié)議，負擔很重。

綜上，將多點對點連接與底層傳輸多點播送結合在一起實現(xiàn)思政教育平臺的多點播送。

針對多點播送的邏輯類型，主要包括向封閉群體多點播送與向開放群體多點播送。針對向封閉群體的多點播送，首先需設定接收端列表，同時通過源發(fā)送端統(tǒng)一對其進行管理。針對開放群體多點播送，所有接收端均自主，同時允許其自由進入和退出。

本節(jié)通過TCP協(xié)議實現(xiàn)對實時音視頻多播程序的編寫，可完成向封閉群體多點播送與向開放群體多點播送。針對向封閉群體的多點播送，用server 程序?qū)σ粢曨l接收端進行制作，用client 程序?qū)υ窗l(fā)送端進行制作，源發(fā)送端可控制接收端的開斷，從而完成對其的集中管理。針對開放群體多點播送，用client程序?qū)σ粢曨l接收端進行制作，用server程序?qū)υ窗l(fā)送端進行制作，接收端可控制接收端的開斷。

4 實驗結果與分析

實驗分兩個部分進行，其中一部分針對學生使用設計思政教育平臺后對思政的興趣，以及成績等變化情況，另一部分針對平臺性能進行測試。

4.1 學習效果測試

實驗將本文設計的基于網(wǎng)絡多媒體的思政教育平臺應用于某高校思政教育中，對學生學習態(tài)度進行調(diào)查分析，實驗通過問卷調(diào)查的方式完成，調(diào)查結果被劃分成用前與用后，用前即在使用本文平臺前的調(diào)查，用后即使用本文平臺后的調(diào)查。任意選擇兩個班級當成對照班與實驗班，對照班共有50人，實驗班共有49人，對照班調(diào)查結果是沒有使用本文平臺的結果，實驗班是使用本文平臺的調(diào)查結果。

對照班與實驗班教學前后對思政學習態(tài)度總分差異如表1所示。

表1 兩組學生接受思政教育前后學習態(tài)度分數(shù)

由表1中的數(shù)據(jù)可知，對照班沒有使用本文設計平臺，教學前與教學后學習態(tài)度總分沒有很大差異，表明沒有使用本文設計平臺學生學習態(tài)度基本沒有改變。實驗班學生使用本文設計平臺學習后，較使用本文平臺前學習態(tài)度分數(shù)有顯著提高，可以看出本文設計平臺可有效提高學生對思政的學習興趣。

下面對學生使用本文設計平臺前后在學習方面的變化情況進行比較分析，結果見表2和表3。

分析表2和表3中的數(shù)據(jù)可知，本文設計平臺對思政教育有一定的作用，從不同方面的角度分析，可幫助學生的人數(shù)明顯高于使用平臺前，說明本文平臺實用性很強，被學生認可，有很高的應用價值。

表2 使用本文平臺前學生學習情況

表3 使用本文平臺后學生學習情況

4.2 平臺性能測試

本實驗選擇Windows 8.0 操作系統(tǒng)，平臺使用服務器帶寬是100MB，處理器選擇因特爾奔騰品牌。平臺需保證頁面響應時間低于4s。

在上述分析的基礎上，建立290 個虛擬用戶，本文吞吐量是141.22kMB。每2s 向本文平臺添加1 個虛擬用戶，在用戶量達到最高值的情況下，持續(xù)進行5min滿載測試。實驗測試本文平臺響應情況，結果用圖6進行描述。

圖6 本文平臺響應測試

分析圖6可知，本文平臺在處理用戶點選內(nèi)容時，服務器響應數(shù)量很少有出錯的情況出現(xiàn)，而且虛擬用戶逐漸增多，平臺響應逐漸穩(wěn)定，說明本文平臺性能穩(wěn)定。

5 結束語

本文平臺是針對思政教育設計的，將圖像壓縮技術應用于音視頻壓縮中，以最少的數(shù)據(jù)得到最優(yōu)質(zhì)量。通過Encoder工具為視頻流和文件等數(shù)據(jù)提供同步接口，利用多點對點連接與內(nèi)部多點播送實現(xiàn)多播。經(jīng)驗證，設計平臺實用性很強，被學生認可，響應穩(wěn)定。