硕士论文-基于流媒体的交互式Web教学系统的设计与实现.pdf

苏州大学 硕士学位论文 基于流媒体的交互式Web教学系统的设计与实现 姓名：吴银芳 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：崔志明 20080401 基于流媒体的交互式W E B 教学系统的设计与实现中文摘要 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 中文摘要 我们生活在一个信息时代，语音视频技术在互联网媒体传播和应用方面已渗透到 社会的各个角落，其中视频会议、视频点播、远程教育、视频转播等方面的应用空前 广泛，极大方便了人们的信息获取和情感交流。传统的网络教学系统局限于网上异步 教学，在教学的时实性，交互性，表现方式的生动性、丰富性等方面还有所欠缺。流 媒体技术采用“带有控制的视频流”技术和高性能的视频文件系统技术，为实现网上实 时内容的同步传输和播放，提供高质量的视频观看和课程讲座创造了条件。 流媒体技术应用在网络教学上，使得传统意义上的教学方式转变为生动形象的影 音模式，广播教学、语音教学、教学示范、消息发送、网络影院、远程管理、教学点 播等模式。它可以以其灵便连通的特点和友好高效的交互实现双向交流，模拟一个虚 拟的“面授”空间，为师生在空间和时间上都提供极大的便利。 本文以建构主义教学理论为基础，围绕W e b 教学的特点，结合语音视频技术的发 展，探讨了传统主流流媒体技术的相关协议和用途，并对比传统流媒体技术的特点， 介绍了一种新的不仅具有流视频更具有交互应用程序开发能力的技术_ F M S ( F l a s hM e d i aS e r v e r ) ，利用F M S 展开如何实现同步传输音视频流和交互式W e b 教学 系统的应用研究；介绍了系统的设计，主要功能和实现方法，具有一定的实用性和创 新性。 关键词：F l a s h 媒体服务器( F M S )实时信息协议流媒体交互教学实时教学 作者：吴银芳 指导老师：崔志明 A b s t r a c t D e s i g na n dR e a l i z a t i o no f A nI n t e r a c t i v eW e bT e a c h i n gS y s t 。e m B a s e d o n S t r e a m i n g M 。e d i a D e s i g na n d R e a l i z a t i o no fA nI n t e r a c t i v e W e b T e a c h i n gS y s t e mB a s e do nS t r e a m i n gM e d i a A b s t r a c t W el i v ei na l le r ao fi n f o r m a t i o n T h em e d i ab r o a d c a s t i n ga n da p p l i c a t i o nv i aI n t e m e t w i t la u d i oa n dv i d e ot e c h n o l o g yh a sp e n e t r a t e di n t oe v e r ya s p e c to fs o c i a ll i f e T h em o s t w i d ea p p l i c a t i o n sa m o n gt h o s ea r ev i d e oc o n f e r e n c i n g ，v i d e oo nd e m a n d ，r e m o t ee d u c a t i o n ， IV b r o a d c a s t i n g ，e t c T h e r e f o r e ，t h ea c q u i s i t i o no fi n f o r m a t i o na n de m o t i o n a le x c h a n g e s b e c o m em u c he a s i e r T r a d i t i o n a lw e bt e a c h i n gs y s t e mi Sc o n f i n e dt oa s y n c h r o n o u s t e a c h i n go n l i n e ，l a c k i n go fr e a l - t i m e ，i n t e r a c t i o n ，v i v i de x p r e s s i o no ra b u n d a n c e B yu s i n g “c o n t r o l l a b l ev i d e os t r e a m ”t e c h n i q u e sa n dh i g h - q u a l i t yv i d e of i l es y s t e m ，F l a s hm e d i a t e c h n o l o g ym a k e si tp o s s i b l et h a tW ea r ea b l et os i m u l t a n e o u s l yt r a n s m i ta n db r o a d c a s t r e a l - t i m ec o n t e n t s 谢t hl l i g h q u a l i t yv i d e oa n dc o u r s es e m i n a r so n l i n e T h ea p p l i c a t i o no fF l a s hm e d i at e c h n i q u e si nw e bt e a c h i n ge n a b l e sac o n v e r s i o no f t r a d i t i o n a lt e a c h i n gm o d ei n t oav i v i df i l mm o d e ，a sw e l la sr a d i ot e a c h i n g ，a u d i o - v i d e o t e a c h i n g ，t e a c h i n gd e m o n s t r a t i o n s ，m e s s a g i n g ，w e bt h e a t r e s ，r e m o t em a n a g e m e n t ，t e a c h i n g o n d e m a n de t c T h ec o n v e n i e n tc o n n e c t i o na n dh i g h l yi n t e r a c t i v ee x c h a n g em i m i cav i r t u a l s p a c eo f v i s a - v i s ”t e a c h i n g ，w h i c hf a c i l i t a t et e a c h e r sa n ds t u d e n t si nt i m ea n ds p a c e B a s e do nt h ec o n s t r u c t i v et e a c h i n gt h e o r y , w ef o c u s e do nt h ec h a r a c t e r i s t i c so fw e b t e a c h i n g ，a n d ，d i s c u s s e dt h er e l e v a n tp r o t o c o l sa n d u t i l i z a t i o n so ft h et r a d i t i o n a lm a i n s t r e a m F l a s hm e d i at e c h n o l o g yi nc o m b i n a t i o nw i t l lt h ed e v e l o p m e n ti na u d i o - v i d e ot e c h n o l o g i e s i nt h i sp a p e r I nc o m p a r et ot h ef e a t u r e so ft r a d i t i o n a lF l a s hm e d i at e c h n o l o g i e s ，w e i n t r o d u c e dan e w d e v e l o p m e n t a lt e c h n o l o g yt h a ti sF l a s hM e d i aS e r v e r ( F M S ) w h i c hn o t o n l yh a sF l a s h v i d e ob u ta l s oi sc a p a b l eo fd e v e l o p i n gi n t e r a c t i v ee x e c u t i v ep r o g r a m s W e u s e da n ds t u d i e dt h ea p p l i c a t i o no fF M Sw i t l la u d i oa n dv i d e ot e c h n o l o g i e st r a n s m i t t e d s y n c h r o n o u s l yi nr e a l - t i m ed y n a m i ca u d i ot e a c h i n gs y s t e m T h ed e s i g no ft h es y s t e m ， m a j o rf u n c t i o n sa n dm e t h o d so fr e a l i z a t i o nh a v eb e e ni n t r o d u c e da sw e l la Sc e r t a i n a p p l i c a t i o na n dc r e a t i v i t yo ft h i ss y s t e m K e y w o r d s ： F l a s hM e d i aS e r v e r( F M S )R e a l t i m eM e s s a g i n gP r o t o c o l S t r e a m i n gM e d i a I n t e r a c t i v eT e a c h i n gR e a l T i m eT e a c h i n g W r i t t e n b y ：W uy i n f a n g S u p e r v i s e db y ：C u iz h i - m i n g I I 苏州大学学位论文独创性声明及使用授权的声明 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所提交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进 行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含 其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不含为获得苏州大学 或其它教育机构的学位证书而使用过的材料。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人承担本声明的法律 责任。 研究生繇关银蒡 学位论文使用授权声明 苏州大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、清华大学论文 合作部、中国社科院文献信息情报中心有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本 人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文 外，允许论文被查阅和借阅，可以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分 内容。论文的公布( 包括刊登) 授权苏州大学学位办办理。 研究生躲奏嘘日期杪矿矗丝 导师签名 日期：芝篁! 塞：堇： 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第1 章引论 1 1 课题提出 第1 章引论 我们生活在一个信息时代，语音视频技术在互联网媒体传播和应用方面已渗透到 社会的各个角落，其中视频会议、视频点播、远程教育、电视转播等方面的应用空前 广泛，极大的方便了人们的信息获取和情感交流。在教学领域，实现异地化、网络化 的教学模式受到越来越多人的关注和重视。 网络技术的特点决定了网络教学不仅可以实现传统的广播、电视传播的基本模式 单向传播教学内容，更以其灵便连通的特点和灵活高效的互动实现师生之间的双 向交流。它是对传统教学模式的一次革命，能够集教学与管理于一体，突破传统网络 教学只能是异步交流的局限，为师生在空间和时间上都提供了极大的便利。 全球信息化是多媒体网络教学发展的必然趋势，如何构建网络环境下的教学模 “式，对于我们来说是个新的课题。知识经济的到来，对于2 1 世纪的人才培养模式、 教育模式提出新的挑战，发展创新教育，培养创新性人才是我们面临的又一个新的课 题。 1 2 研究的意义和目标 引人入胜的学习体验是优质教育的基础n 1 ，学生想快速有效地学习任何东西，提 高学习效率，你就必须看它、听它和感觉它，形象生动的音视频信息能为人类的学习 提供最生动、真实的场景，促进学习者有效学习。它具有提供多种感官刺激、具有丰 富的表现力、教学过程的可分离性等多方面优点，因此，利用语音、视频技术来实现 实时动态的网上教学系统成为当前的热门话题。在网络环境下，由于虚拟的教学环境， 师生处于准分离的状态，而教学过程只有通过交互，师生才可以做到互相激发，互相 第1 章引论基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 促进，加深了解，从而建立一种融洽、和谐的网络教学环境，增进师生之间的感情， 增强学生参加网络学习的信心，激发学习的积极性。具有同步的，交互性的类似虚拟 教室的网络教学系统作为网络教学的一个重要组成部分，可以填补目前的教学系统大 多采用基于传统文字、图形和非交互式的多媒体形式。此类教学系统具有如下的一些 特点： 1 、实时交互性：符合人们在接受教育时的传统习惯，使网络教育以更低的成本 和更高的效率，达到与现实教育完全相同的效果。 2 、易操作性：完全基于普通浏览器操作，不需要安装特别的支持软件，不增加 教师和学生的使用负担。 3 、多媒体性：除文字、文件的交互外，还支持音频和视频交互，可增加师生间 的感性交流，使课堂气氛更为真实、热烈，增强虚拟课堂的凝聚力。 4 、可控制性：与目前流行的聊天室和B B S 不同，系统本身通过权限管理，能有 效保持课堂秩序，提高上课的效率。 。 5 、实用性：有效整合利用原有教务系统中的数据，提高系统的规范性和实用性。 1 3 W e b 教学系统的发展现状和方向 现代教育技术依托互联网技术大力发展和推广网络教学，开展一系列的网络教学 活动，如网络授课、网上提交作业和批改作业、网上答疑、网上讨论，网上考试等等， 使网络活动能够实现离线异步师生交流活动，对于在教学过程中的一个重要环节 教学，目前的大多数网络教学系统还局限在网上异步教学的方式，主要由三部分组成： 网络多媒体课件系统、网络多媒体教室系统和网络远程教育系统乜钔。 1 网络多媒体课件系统。 课件本身是具备一定教学功能的教学软件。多媒体课件实现文字、图形、视频图 像、动画及声音等多种信息的交互传递，从而有利于实现和发展以学习者为中心的开 2 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第l 章引论 放型教学模式，提高C A I 系统的教学效果。将大量的多媒体课件分类整理，放置在多 媒体课件服务器上，构成了多媒体课件库。作为开发网络多媒体教室系统和网络远程 教育系统的基础，多媒体课件服务器可以提供任何时间、地点的访问，实现按需学习 和补充课堂教学以及进行远程教育。 2 网络多媒体教室系统。 网络多媒体教室系统是在一个教室中建立的局域网络系统，系统中设有服务器 ( 教师机) 、若干数量的工作站( 学生用机) ，教师将C A I 软件或者电子教案放入网络服 务器，通过操作把来源于多种教学设备的信息通过投影仪或学生屏幕展现在学生面 前，以达到传递图像、文字、声音等多媒体相关教学内容。在教学过程中，将授课内 容从教师机实时地传输到学员的计算机屏幕上，进行实时讲授、讨论、辅导、讲评等 多种形式的课堂教学。此类系统多用于中小学的信息实验课。 3 网络远程教育系统。 该系统主要通过三种服务器来实现上述目标。 a ) 多媒体课件服务器用于提供多媒体课件资源库和教学管理资源库。多媒体课 件资源库是基于w w w 技术实现的，采用H T M L 超文本标记语言，具有与传统文件 不同的多媒体特性和超文本链接形式，使网络中的文档格式统一，易于浏览、 修改，并适应于网络环境。资源库还存放教师的电子讲稿、应用软件、习题 答案等。教学管理资源库完成远程站进行管理的功能，包括：远程教学课程 介绍、学生注册、选课、学分登记、学籍管理及远程站的信息交流等。 b ) E m a i l 报务器提供电子邮件服务。利用电子邮件、电子公告板形式进行远程答 疑。在E m a i l 服务器中为每位任课教师开设电子信箱，按课程分类在电子公告 板中开设讨论区、公告栏及教师工作室。教师可以通过邮件、公告栏发布信 息，开展教学辅导，批改作业，公布试题答案并回答学生问题。 c ) F T P B 艮务器用于文件传输，同时提供远程登录服务。 3 第1 章引论基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 上述三种类型的教学模式尽管解决了学习的时间地点和大量教学资源展示等方 面的一些问题，但还是存在一些弱点，每种模式只能体现一种特点：比如对于多媒体 课件系统和网络远程教育系统，如果学生在学习过程中有什么问题，教师不会在第一 时间内发现，师生间往往不能进行多方面交流，这样最大的弊端就是沟通不及时，学 生很难真正具有深层次的主动选择权；而网络多媒体教室系统在空间上使师生受到局 限，师生必须到指定的同一个教室中，网络优势的作用发挥不大。因此，目前的网络 教学系统大多不能在教学的时实性，交互性，表现方式的生动性、丰富性等方面有效 结合，完美统一。 由此可见，交互性的网络实时教学系统在网络教学活动中的应用不多，而实时性 和交互性在网络教学过程中对教学效果的影响却非常重要，它是解决学习过程中存在 问题的主要方式，是网络教学系统开发中的研究方向和重点之一。 1 4 论文的研究内容 目前，流媒体技术应用于网络教育上，表现为视频点播和视频直播两种主要方式。 视频直播和点播的传播方式，使得传统意义上课本式的教学方式转变为生动形象的影 音模式，广播教学、语音教学、教学示范、消息发送、网络影院、远程管理、教学点 播等模式通过互联网传播开来。本文基于流媒体技术的实时性特点，探讨了当前主 流的流媒体主要相关协议和用途，同时探讨如何基于网络流媒体技术来实现实时网络 教学活动。并以F M s 为技术实现手段，来探讨如何实现具有音视频等实时传输功能的 交互式教育辅助系统：“基于流媒体的交互式W e b 教学系统”。 研究的具体内容如下： 1 研究了现代网络教学的理论基础一一建构主义教学理论及其三大要素，分析了 W e b 教学的特点，以此指导系统的开发。 2 对比当前主流的流媒体技术的相关传输方式、用途和使用的协议，提出了利用 4 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第1 章引论 F M S 流媒体技术来开发网络教学应用系统程序的优越性。 3 研究F M S 流媒体服务器的模型架构，如何使用R T M P 通讯协议、如何使用连接对 象进行网络通信，如何使用F l a s hR e m o t i n gM X 链接W 曲服务器、关系数据库等 其它应用服务器的方法。 4 根据F M S 流媒体技术的特点，研究了客户端与服务器交互的通信方式：数据流和 共享对象，利用它们实现了网络教学中的语音视频教学，电子白板教学，文字聊 天互动教学，课件播放等功能，给学生和教师提供了实时交流的通道。 5 设计了一个完整的网络教学系统的结构，包括客户端，服务器和后台数据库的管 理。为完善整个网络教学系统，方便进行教学管理，还设计了安全登录登出、教 师特权功能、课时统计、在线人员统计等功能。 第2 章W e b 教学的理论基础基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 第2 章W e b 教学的理论基础 2 1 建构主义教学理论要素 所谓建构主义( C o n s t r u c t i v i s m ) l 拘N 络教学是以皮亚杰提出的一种教学指导思想， 即“以学生为中心，教师为指导”，借助于网络平台传授给学生知识的新型教学方式H 1 。 建构主义教学理论为网络教学提供的理论依据，它主要强调以下几方面的因素： 1 学生的主体作用和教师的主导作用并重嗍 建构主义学习理论强调学习者是认知主体，是知识意义的主动建构者；同时又不 忽视教师的主导作用，整个教学过程中由教师起组织、指导和促进作用。 网络教学进程中，学生处于传递一接受学习状态，要提高学生的主体参与程度， 加强对学生的引导和帮助，促进学生自己寻找解决问题的途径，在问题解决过程中自 己进行意义的建构。这其中包括搜集辨别信息、提出假设进行验证以及与同伴合作交 流等环节。 教师在教学过程中的主要任务是激发学习者的学习兴趣，帮助学习者形成学习动 机，创设符合教学内容需要的多种情境和提示新旧知识之间的联系，帮助学生进行知 识的迁移，组织“协作学习”，把学习者的学习引向深入，监控学习者的学习活动，并 适时给予引导和帮助。 2 创建真实的、多样化情境嘲 建构主义学习理论认为，学习活动是在一定的情境即社会文化背景下进行的，而 且学习环境中的情境必须有利于学习者对所学内容的建构。创设符合学生认知发展水 平的情境，找到学习内容与学生认知结构的结合点，在创设自然科学领域中的学习情 境时，用最符合学生认知心理的外部刺激去促进他们对新知识的消化和吸收，完成意 义的建构。利用多媒体技术与网络通信技术搭建逼真的情境，有助于调动学生的所有 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第2 章W e b 教学的理论基础 感官和过去的经验去探索与解决问题。而只有在真实情境中的问题才具有挑战性和现 实意义。创设从各个侧面、各个角度表征知识的多样化情境，为学生的探索提供多条 路径，促进知识的融会贯通。真实的、多样化的情境，是进行支架式教学、抛锚式教 学和随机进入教学的前提条件。 。 3 开展“交互式学习” 建构主义学习理论主张“协作学习”贯穿在整个学习过程的始终。由于知识的复杂 性，学生不可能对知识有全面的理解，由于情境中问题的艰巨性，学习者不可能完全 独立解决，从而使教学过程中进行“交互式的学习”成为必然。那么在网络教学过程中， 也必须遵循这种主张来提高教学效果，学生与计算机、学生与教师、学生与学生之间 必须进行动态的信息交互。 l 学生计算机 学生可以通过点播音、视频课件、访问网络站点进行学习。学生不受时间和地点 的限制，根据自己的需要选择教学软件资源、信息类资源，学习内容或查询网上信息。 在认知工具计算机的协助下，学生的认知能力和解决问题的能力得到发展。 学生教师 在学生与教师的交互过程中，教师对学生进行学习启发与指导，同时学生及时将 自己的学习结果反馈给教师。学生在情境学习过程中，遇到了问题可以与教师一起共 同探讨问题，相互交流，可以通过电子会议系统、电子白板等实现同步协作，也可以 通过E m a i l 、B B S 等实现异步协作。 学生学生 “协作学习”可以在两个学生之间进行，也可以在多个学生之间进行；可以在教师 引导组织下进行，也可以直接在网上直接进行形式灵活多样的各种讨论。在对同一问 题用不同观点进行分析比较的过程中，学生将超越自己的认识，丰富对知识的理解， 而且在对各种观点进行组织和改造的过程中，提高意义建构的能力仃1 。 7 第2 章W e b 教学的理论基础基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 2 2 W e b 教学设计的特点 计算机网络为建构主义教学模式下的主动探索、协作交流提供了无与伦比的教学 平台。网络教学打破了地域和时间的局限，实现了双向交互、实时多点交流、广泛的 传播、快捷的数据信息收集等多种功能，以网络通信技术、多媒体技术为依托，为建 构主义教学理论支起了新的学习模式下的技术框架。以建构主义为理论指导的计算机 网络教学系统在设计上应体现如下的教学策略：通过演示模式，体现知识的意义建构 过程，提高学生的主体参与程度，加强对学生的引导和帮助；通过点播模式，提供丰 富的资源：通过交互协作模式，实现技术的互动，创设有意义的学习情境，促进学生 对知识的意义建构咖。遵循以上教学策略，基于流媒体的交互式W e b 教学除了拥有原 有网络教学的特点外，还应该具备以下的一些特点： 1 实时性 网络教学的设计必须遵循科学的教学规律。应充分体现其教学性，包括教学过程 中的各个环节设计，都必须符合学生的认知规律。提高教学中的实时性，让教师面对 面对学生进行指导和交流，及时解决学习中遇到的问题，比学生自学要起到事半功倍 的效果。 2 多媒体性 由于网络在带宽方面的高速发展，使网络教学的流信息传输不再是瓶颈，为了提 高学生的学习兴趣，网络教学应是多种教学资源的优化组合，能提供图文并茂的教学 内容。创造真实的情境，用不同的表现方式传达教学信息，通过视、听觉的形象系统 通道和视、听觉符号通道刺激调动学生的所有感官强化知识的记忆与理解，达到预定 的教学要求。 3 交互性 师生交互既是学生主体地位的客观需要，也是适应个别化学习方式需求和解决多 R 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第2 章W e b 教学的理论基础 样化教学问题的最好手段，只有拥有好的交互手段才会收到好的教学效果，在提问与 讨论中创造性的学习，让教师与学生，学生与学生之间通过网络进行双向交流，不仅 是人机交互、更要做到人与人的交互。 4 可管理性 构建主义教学理论提出的以学生为主体，教师为主导的教学理论，提倡学生的自 主学习，反对填鸭式的教育，但并不能因此忽略对学生的管理，学生个体性的差异要 求教师对学生的管理有侧重，在实时性的教学过程中，可以通过技术手段统计学生的 授课学时，提供统计报表和清单，可以很好的发现各学生的问题，为教学管理提供依 据。 9 第3 章交互式流媒体的技术支持基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 第3 章交互式流媒体的技术支持 3 1 传统流媒体技术 流媒体是指在I n t e r n e t I n t r a n e t 中使用流式传输技术的连续时基媒体，如音频、 视频或多媒体文件西1 。与传统的单纯下载相比较，流媒体明显的优点在于：由于不需 要将全部数据下载，因此等待时间可以大大缩短；由于流文件往往小于原始文件的数 据量，并且用户也不需要将全部流文件下载到硬盘，从而节省了大量的磁盘空间；由 于采用T R S T P 等实时传输协议，更加适合动画、音视频在网上的实时传输。 传统流媒体的传输主要分题庄逾式佳箍和塞盟逋基佳猃n 训。 顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻， 用户只能观看已下载的那部分，由于标准的H T r P 服务器可发送的顺序流式文件不需 要其他特殊协议，它经常被称作H T T P 流式传输。顺序流式传输比较适合高质量的短 片段，如片头、片尾和广告，由于该文件在播放前观看的部分是无损下载的，这种方 法保证电影播放的最终质量。流式文件是放在标准H T T P 或F T P 服务器上，易于管 理，基本上与防火墙无关。顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频，如： 讲座、演说与演示。它也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。 实时流式传输指那些要保证媒体信号带宽与网络连接相匹配，使媒体可被实时观 看到的传输方式。实时流与H T T P 流式传输不同，需要专用的流媒体服务器与传输协 议。实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快进 或后退以观看前面或后面的内容。理论上，实时流一经播放就可不停地收看，但实际 上，可能会发生周期性暂停。 顺序流式传输和实时流式传输的比较n ： 1 从视频质量上讲，实时流式传输必须匹配连接带宽，由于出错丢失的信息被忽略 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第3 章交互式流媒体的技术支持 掉，网络拥挤或出现问题时，视频质量会很差；如欲保证视频质量，顺序流式传 输更好。 2 要进行实时流媒体传输，其动力来源于数据所存放的服务器即流媒体服务器，实 时流式传输需要特定服务器，如Q u i c k T i m eS t r e a m i n gS e r v e r 、R e a lS e r v e r 与 W i n d o w sM e d i aS e r v e r ，这些服务器允许对媒体发送进行更多级别的控制，因而 系统设置、管理比标准H T T P 服务器更复杂。 3 实时流式传输还需要特殊网络协议，如： R T P ( R e a l t i m e T r a n s p o r t P r o t o e 0 1 ) ， R T C P ( R e a l _ t i m e T r a n s p o aC o n t r o l P r o t o c 0 1 ) ， R T S P ( R e a l T i m e s t r e a m i n g P r o t o c 0 1 ) R S V P ( R e s o u r c eR e s e r v e dP r o t o c 0 1 ) ，这些协议在有防火墙时有时会出现问题，导 致用户不能看到一些地点的实时内容；而顺序流的传输与防火墙无关。 3 2 F M S 流媒体服务器 从上述对传统流媒体的比较来看，如果能结合顺序流式传输和实时流式传输的优 点，做到既易于管理，又能保证质量，那么F l a s hM e d i aS e r v e r F M S 流媒体服务 器就是最好的选择。从本质上讲，F M S 是富互联网应用程序R I A ( R i c hI n t e m e t A p p l i c a t i o n ) 的一种应用，R 认可以结合桌面应用程序的反应快捷、交互性强的优点， 以及W e b 应用程序的传播范围广和易于传播的特性。F M S 作为一种流媒体服务器，它 的交互性是传统流媒体服务器所不能比拟的，它不仅可以有效地传输音视频数据，而 且可以进行图形文本等数据的实时通讯，并且它可以将这种流媒体能力与其他应用程 序服务器集成在一起，创建功能强大的富媒体应用程序。他的互动性、实时性、丰富 性为开发网络教学系统提供了颇具吸引人的特性，其优势不言而喻。 F l a s hM e d i aS e r v e r ( 简称F M S ) ，前身是M a c r o m e d i a 于2 0 0 2 年年末发布的F l a s h C o m m u n i c a t i o nS e r v e rM X 服务器( 简称F C S ) ，2 0 0 5 年改名为F M S 2 。由于M a c r o m e d i a 公司并给T A d o b e 公司，故最新版的F M S 3 是由2 0 0 7 年1 2 月A d o b e 公司发布的，它在很 1 1 第3 章交互式流媒体的技术支持基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 多视频网站得到了广泛应用，给全世界的人带来一种全新的通讯方式。 F M S 提供了一个富媒体应用程序的开发框架和部署环境。开发者使用M a c r o m e d i a F l a s h 和F l a s hM e d i aS e r v e r 来编写媒体应用程序，然后使用F l a s hM e d i aS e r v e r 来部署这 些应用程序，M a c r o m e d i aF l a s hP l a y e r 是终端用户的界面。F l a s hM e d i aS e r v e r 是A d o d b 产品中唯一的能够将音频和视频呈递给流行I 拘F l a s hP 1 a y e r 的服务器。 3 2 1 - F M S 的特点 F M S 服务器作为用于用户之间相互通讯的新平台，它集成了通讯功能和应用程序 功能，又添加了实时音频、实时视频和实时数据流等新特色，是一个完全基于软件环 境的多媒体实时通讯环境，代表了当前实时通讯领域内的发展方向，下面看一下它为 创建下一代通讯应用程序所包含的新特点n 引： 1 它创造了一个强大的开发平台，在该平台上不但可以用于执行代码、处理数 据内容，并且还可以进行通讯。 2 它将内容、通讯功能和应用程序界面生成S W F 文件，在F l a s hP l a y e r 这个通用 环境中运行，由于F l a s hP l a y e r 具有广泛的支持度、跨平台的特点及强大运行 性能，使得与F M S 进行通讯变得更加便利。 ， 3 它为交互性提供了强大、高扩展性的对象模型。基于类的开发将面向对象的 特点表现的淋漓尽致。 4 它提供了高效的组件架构模型，使用那些组件架构模型可以创建高效的F l a s h 通讯组件，而使用组件和其它的可重用模块，可以快速开发基于F M S 的通讯 应用程序。 5 它还可以与其它应用程序服务器进行交互，如、e b 服务器和关系数据服务器， 甚至其它F M S 应用程序。 6 它可以识别客户端的连接状态，对网络负载均衡提供支持。 7 它与F l a s h 影片应用程序之间的实时通讯方式可以是点播、多播或广播方式。 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第3 章交互式流媒体的技术支持 基于以上特点，F M S 服务器应用于网络教学系统的开发，对于实现网络视频广播 教学，电子白板演示，录制视频课程、回放视频课程，文字交流，文件共享，并且可 以将这些音频、视频和共享数据对象传递给多个客户端，为实现实时同步共享等一系 列功能提供了高效和灵活通便的方法。 3 2 2 F l a s hM e d i aS e r v e r 结构概要 A d o b eF l a s hM e d i aS e r v e r2 平台由两部分构成：A d o b eF l a s hP l a y e r 和服务器n 町。 F l a s h 影片应用程序( S W F 文件) 提供终端用户界面，在F l a s hP l a y e r 中运行，充当客 户机的角色，服务器提供通讯方式，服务器组件至少包括一个运行在F l a s hM e d i a S e r v e r 的服务器上创建的应用程序文件夹，文件夹中包含服务器通讯文件一一 A c t i o n S c f i p t 文件( A S C ) ，以及这个通讯应用程序可能用到的其他资源文件。服务端 脚本可以为通讯应用程序添加新的功能，灵活的控制共享状态信息，并且可以作为一 个负载平衡器调节多用户之间的实时交互。 F M S 有效结合B S 并I C S 两种模式：一方面，在大多数情况中，F l a s h 客户机程序都 通过W - e b 服务器使用H T T P 把它发送给F l a s hP l a y e r ，使用B S 模式；另一方面，F l a s h 客户机程序利用实时消息协议( R T M P ) 建立一个与F l a s hM e d i aS e r v e r 的持续连接， 允许一个不间断的数据流在客户机和服务器之间流动，这种通讯方式显然是C S 模式， 实现模式如图3 1 ： 第3 章交互式流媒体的技术支持基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 o F k B hC o r r l m l m l e a t l o nS _ ” 国 S _ 坩 c k d a t a h _ _ 图3 1F M S 结构图 多个用户( F l a s h 客户机) 也可以连接到运行在F l a s hM e d i aS e r v e r 上的同一个应用 程序，在这种情况下，F l a s hM e d i aS e r v e r 充当一个连接各用户之间的通讯信道。如图 3 2 ： C l i e n t l 一奢曩 _ l 盈2 圈 ， ， ， 、 1_ C l i e n I2 5 e r r1 3 1 图3 2F M S 结构图( 多用户连接状态) 3 2 3 F M S 的通信模型：数据流和共享对象 F M S 客户端与服务器交互的方式通过数据流和共享对象实现”引幢引，F M S 实际上为不 同的用户之间提供了相互交流的通道。 数据流和共享对象是基于C S 模式的应用，服务器主要负责数据的传输，由客户 端发送请求，服务器执行数据查询和计算并返回结果值给客户端，通常需要保持长时 1 4 一 | | o I 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第3 章交互式流媒体的技术支持 间的连接。 数握逋是一个时间基( t i m e b a s e d ) ，它是在服务器和客户端同步传递的音频、视 频和其它数据的信息流，数据流可以通过简单的发布和订阅方式实现。一个发布的数 据流可以实时的被播放，如图3 3 ： 图3 3 数据流发布及播放 数据流也可以被录制下来保存为F l a s h 视频文件( F L v ) 以后播放，如图3 4 ：录 制的数据流被存为F l a s hV i d e o ( F L V ) 格式，其中可以包含文本、音频和视频等信息。 当然也可以把存在的通过第三方的软件录制的视频和音频文件转换为f l v 格式的文件。 图3 4 数据流订阅 基皇过錾分本地和远程共享对象两种。 1 5 画一画一画紫 画一画一画节 第3 章交互式流媒体的技术支持 基于流媒体的交互式w 曲教学系统的设计与实现 本地共享对象可以看作是F l a s hc o o k i e ，可以在用户的本地机器存放用户数据，其 本：身为F l a s hp l a y e r 提供，可以无须F M S 的支持。 远程共享对象提供了信息和数据的同步，以及数据的存储，它是起实时作用的核 心，它让每个链接到服务器的客户端都能实时的得到共享的数据，如果有一个客户端 更改了共享的数据，其他客户端都能知道。F l a s h 客户端连接、提交给远程共享对象， 并且与服务器保持同步。如图3 5 ： C l i e n l l - _ l 一 争0 一 S e r v e r 图3 5 共享对象 一 一。哼 C I i e n l2 共享对象简化了在多用户之间共享数据的开发工作，一个F l a s h 客户端要获取远 程共享对象可以通过S h a r e d O b j e c t g e t R e m o t e 来指定连接，然后通过 S h a r e d O b j e c t c o n n e c t 连接远程共享对象，一旦连接成功，服务器会发送同步信息给各 个连接的客户端，客户端使用S h a r e d O b j e c t o n S y n c 来保持同步，图3 6 简单描述了其使 用过程。 基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现第3 章交互式流媒体的技术支持 图3 6 共享对象同步 3 2 4 重要的连接对象 客户端和服务器进行双向通信的前提就是建立连接，无论是共享对象和数据流都 必须建立在连接的基础上，因此连接对象非常重要。 建立连接的例子： 1 、r t m p t ：h o s t ：p o r t a p p a p p i n s t a n c e 】 2 、r t m p t ： ：p o r q l a p p 【a p p i n s t a n c e 】 第1 个连接的例子使用的是绝对U R L 地址，a p p 指的是应用目录( 这个目录在F M S 服务器的a p p l i c a t i o n s 目录下) ，a p p i n s t a n c e 指的是在应用程序目录下建立的实例名称。 如果不指定实例名称，当客户端申请连接F M S 服务器的实例时，会自动连接到F M S 上应用程序目录中默认的“一d e f i n s t 一 实例，最后一直与该实例保持连接。 第2 个连接的例子使用的是相对U R L 地址，它不显示服务器地址或者虚拟主机地 址，这意味着连接的服务器是本地的，即s 耐文件和F M S 服务安装在同一个服务器上。 通常建议使用第一种连接，便于F M S J J 艮务的迁移，第2 种连接在本地机器测试的。： 时候比较方便。 使用r t m p 协议连接到F M S 服务器的默认端口是1 9 3 5 ，4 4 3 ，8 0 ，优先级顺序1 9 3 5 最高，4 4 3 其次，8 0 最低，也可以使用其他端口，例如8 0 8 0 ，但必须指定。 建立在连接基础上并播放一个流的简单代码： e l i e n t _ n e = n e wN e t C o n n e c t i o n 0 ； S , l 立连接对象 c l i e n t _ n o c o n n e c t ( ”r t m p ：l o c a l h o s t m y a p p ”) ；连接到本地F M s 服务器的m y a p p 应用 程序中的默认实例 i n a s = n e wN e t S t r e a m ( c l i e n t _ n c ) ； 建立数据流对象 p l a y _ v i d e o a t t a c h V i d e o ( i n _ n s ) ； 将客户端视频组件与数据流结合 i n _ n s p l a y ( ”f l v N a m e ”) ；播放F M S _ 上名为“f l v N a m e 的f l V 文件 1 7 第3 章交互式流媒体的技术支持基于流媒体的交互式W e b 教学系统的设计与实现 3 3 应用层传输控制协议 F l a s h 应用程序与F M S 通讯时使用的是实时信息协议R e a l - t i m