（教育技术学专业论文）基于组播的校园网络教学系统的设计与实现.pdf

摘要 信息技术的发展，特别是电脑技术、多媒体技术、通信技术在教育中的广泛应用， 网络教育作为一种新型的教育形式应运而生，并且日益发展成熟。但是由于网络中的 多媒体资源数据量犬、适时性要求较高等因素，目前的网络带宽并不能满足多媒体资 源传输的要求。为了解决多媒体资源传输这一问题，我们提出了组播技术传输解决方 案。 组播技术早在上世纪的八十年代末就被提出，由于种种原因，组播技术一直没有 得到广泛的应用，作者通过广泛阅读大量文献，并利用学院提供的各种硬件设备进行 大量实验，在实验的基础上设计了基于组播的校园网络教学系统。 本论文首先分析了现代网络教育中多媒体资源传输存在的问题，然后简单介绍了 组播的概念、特点、协议等基础知识，最后结合现有的教学理论和学习理论提出基于 组播的校园网络教学系统设计方案。论文从流媒体文件的生成、流媒体文件的发布、 流媒体文件的前台播放和系统后台管理的制作四个方面详细介绍教学系统的实现。经 初步试验以后，结果表明，基于组播的校园网络教学系统能够克服单播占用大量带宽 的缺点，多媒体资源能够在网络中顺畅传输，能够满足学习者对多媒体资源的要求， 学习者界面简单方便，也基本符合学习者的使用习惯。 关键词：流媒体；组播；多媒体资源；网络教学 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致 谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得东北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：签! 登陵同期：矽球 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解东北师范大学有关保留、使用学位 论文的规定，即：东北师范大学有权保留并向国家有关部门或机 构送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权东北师范大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编 学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：地 指导教师签名：垫菡 日 期：2 鲤：竖：据日期：q ：! ：1 6 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：卓丑羔鞋牲 通讯地址： 电话： 邮编： 羹薹i ! 茎蚕毒i 酣i ! 羹i 墓尊l l l i 静菩譬；争；i 点戛驻事i 妻叠堑；专毒：_ ii i 蒌：t 套；毒：委雾h 鹱攀董事 擎蚕i 墨i 摹任耋! i 亭宁霎目l 一薹l 韭噩! 垂争 警；簪! 耋! 簧理霉鸯；蓬j j 囊二；连薹蕈毒# 耋 墨锤唾曼溪莓莓l j 焉若一善! 参琴皑言一( 爵羹慧i蓁露o g e l 主苗 ；i 蠢蚕i 雪羞 差 毒# 基雾i 誊l i 耋；鋈 手王纂堂毳薹 h 量差蓬；毒生i 至委! 曼甜萼；擎 毛翥l 孥羹i 羹重等幸耋；专莺j jl 孽点主i 毒 ；皂萋i ；聋! 蚕薹；音连二参卓i i 薹毒i 馨馨奄；薹l 孥蠡尊! ! l倒主霪塞电! 耄耄矍享三露毒毒 童差曲娶i 墓l j 洼 嚏皆蓥戛戛i j 饕 孽! 毫毫i 事事i i 霍曼i 二莩 謇f ；f 誊垂蓬的| 琶；每号i 薹譬萋耋季季 萋“囊号i 霉目娄誊| i ；垂i 盏毫薯醋犁i 匪巨基芰 ! i 并非；攀霎虽i | = i 薹i 塑i ；i 寻羁二j ? ；蓦囊 疆馨；皇! i ；! 旦i 垂至州兰主要“；薹燕以季垒毫i 妻l 萎薹 争蠡毫娄囊耋垂擎i 垂喜；拿曩垂： 皑爹l ；手鞋善墓喜妻 爿譬琴 i | | = ：! 壅蚕哺剖! ：! 皇曩甚戛雾鼍匿陲喹l l 望i 寻国器釜毒l 嚣鼍妻* ；基i 羔? 邑i 疆，壁擎l ! ；科嚣l 羔差基j 毒i 毒! 亨妻蚕i ；蠹拿；亏亏! ! 耋譬菇! 兰譬堕嚣? 。；宴强；薹嚣：= 喜咻引引套奎i i 翊= 苫矗：翼；耋釜兰冀盔垂；零蠢豸建i ；。蛩一阜蟒瓣踅；蚕i ；錾! l 嚣l 甏量：要鞲蠢i ! 曩争蓥l 莹i 理茑攀基；i i 一主i 萼! 蓥j ； i i 雾；釜 翦= ；蠢：曼薹| | 茬型? 鼍i 曩二室嬖拦鐾囊i 鎏娶 钆囊薹蚕e l 阿霉墨藩至奏暑曼鍪 嚣l 叠蠡 耋 i 亨三蓦茸。i ，| i 毫u ! 囊嚣摇暮套蓄ii j ；主三j 耋童寻糕窆li i ! 薹；未睡# 羹z 专；耋! 羹逶l 譬i ；# ；g _ 醇；堂 摹望寻争i 亨童_ i 斡薹罩磐专刚? j ；：二蓥嚣吾星忆毛呼圹耋障洲 盏i ；川耋塞圣耋孽m i i 哩害连? 譬强薯i ! 塞篝耄亍宅耳目曼嚣：瞿毒；i l 墼 咎专专 舄l ：一此 ；垂垂荨萎嚣；蠢 i 擎j j j 銎砒蓑 主滟 擎睡孽箭；量；莹乓籍韪野 i 剖韪i 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缩的多媒体文件解压后进行播放。此时多媒体文件的剩余部分将在后台的服务器内继续 卜载。与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式不仅使 启动延时大幅度地缩短，而且对系统缓存容量的需求也大大降低。因而采用流媒体技术 是解决当前网络远程教学中视音频传输问题的有效途径。 流媒体的传输有单播和多播两种方式，目前我国远程教育或校园网中，多媒体资 源主要是采用视频单播的方式传输，在个单播( u n i c a s t ) 环境罩，如果有n 个客户端 接受服务，就必须发送n 个数据报拷贝，因此会占用大量的带宽，而组播不管有几个客 户端，服务器仅需要发送个数据拷贝，网络上也只需传送一个拷贝，这样就可以节省 人量的带宽。目前教育中多媒体资源还比较少，随着多媒体资源的增加，采用单播方式 传输，目前的网络带宽是远远4 i 能满足需要的，其中多播传输能更好满足网络教学需要。 2 在校园网中，国内一些院校如清华大学、广州大学、中国海洋大学等在校园网内实现了 采用组播技术进行视音频传输，远程教育中采用组播技术的还很少，比如广东电信多媒 体通信网络就开展了l p 网上课室组播业务，参加学习的人员通过网上课室系统，既可 以听到老师的声音，又可以在屏幕上看到老师的形象动作，还可以通过控制系统。传送 图表、文件等学习资料，虚拟面对面的交流。 在国外，特别是美国，多数的高校校园网中都利用组播技术进行多媒体资源的传输。 远程教育机构也采用组播技术传输教育资源，有关资料表明在美国大多数的效益较好的 远程教育机构都是采用组播技术运行的。 第二章i p 组播概述 一、流媒体技术 所谓流媒体是指采用流式传输的方式在i n t e m e t 播放的媒体格式，而流式传输方式 则是将整个v 及3 d 等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视频服 务器向用户计算机连续、实时传送。 ( 一) 流式传输 流式传输的定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体( 如视频、音频等) 的技术 总称。实现流式传输有两种方法：顺序流式传输和实时流式传输。 1 顺序流式传输( p r o 伊e s s i v es t r e a m i n g ) 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，而不能跳到还未下载的那部分，顺序流式传输不像实时 流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的h r r p 服务器可发送这种 形式的文件，也不需要其他特殊协议，它经常被称作h r r 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，这种方法保证视频播放的最终质量。这意味着用户在观看前，必须经历延迟， 如果网速较慢延迟会更长。 顺序流式文件是放在标准 r r r p 或f 1 t 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 也不支持现场直播，严格说来，它是种点播技术。 2 实时流式传输( r e a l t i m es t r c a m i n 卫) 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止，但实际上，可能 发生周期暂停。 实时流式传输必须配匹连接带宽，这意味着在以调制解调器速度连接时图像质量较 筹。而且，由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频质量很差。要 想保证视频质量，顺序流式传输更好。实时流式传输需要特定服务器，如w i n d o w sm e d i a s e r v e r 、r e a l s e r v e r 与q u i c k t i m es t r e a m i n 2s e e r 。这些服务器允许你对媒体发送进行 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。实时流式传输还需 要特殊网络协议，如：r t s p ( r e a l t i m es t r e a m i i l gp r o t o c 0 1 ) 或m m s ( m i c r o s o _ f tm e d i a s e n r e r l 。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。 ( 二) 流式传输的原理 4 首先，多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输，这是因为目| i 的网络带宽对 多媒体巨大的数据流量来说还显得远远不够。预处理主要包括两方面：一是降低质量； 二是采用先进高效的压缩算法。 其次，流式传输的实现需要缓存。这是因为i l l t e m e t 是以包传输为基础进行断续的 异步传输。数据在传输中它们要被分解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包选择 的路由可能不尽相同，故到达客户端的时阳j 延迟也就不等。为此，使用缓存系统来弥补 延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，而不会因 网络暂时拥塞使播放出现停顿。 再次，流式传输的实现需要合适的传输协议。w w w 技术是以h t t p 协议为基础的， 而h 1 r r p 又建立在t c p 协议基础之上。由于t c p 需要较多的开销，故不太适合传输实 时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用h 1 t r p 厂r c p 束传输控制信息，而用r t p 厂u d p 来传输实时视音频数据。1 2 j 1 用户选择某一流媒体服务后，w e b 浏览器与w e b 服务器之间使用h t l l p 厂r c p 交 换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来 2 然后客户机上的w e b 浏览器启动a v h e l p e r 程序，使用h t t p 从w e b 服务器检 索相关参数对h e l 口e r 程序初始化。这些参数可能包括目录信息、a v 数据的编码类型或 与a v 检索相关的服务器地址。 3 a v h e l d e r 程序及a 厂v 服务器运行实时流控制协议( r t s p ) ，以交换a ，v 传输 所需的控制信息。与c d 播放机所提供的功能相似，r t s p 提供了操纵播放、快进、快 倒、暂停及录制等命令的方法。 4 a 服务器使用r t p ，u d p 协议将a 数据传输给v 客户程序( 一般可认为 客户程序等同于h e l p e r 程序) ，一旦v 数据抵达客户端，v v 客户程序即可播放输 出。 3 】 在流式传输巾，使用r t p ，u d p 和r t s p 厂r c p 两种不同的通信协议与p v 服务器建 立联系，是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行a h e l p e r 程序所在客户 机的目的地址。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器，其基本原理如图1 所示 图1 流媒体传输原理 ( 三) 支持流媒体传输的网络协议 的直观性原则，提高教学效率。利用网络共享优势，在课堂教学中访问远程主机，以获 取远程的大量学习资料。当然在此环境下，也不能完全忽视教师的主导作用。整个课章 多媒体网络学习情境的创设，教师是幕后策划，这就是教师主导作用的体现。教师可以 通过语言、动作来启发学生想象，引导学生自主的探索学习。 ( 2 ) 问题情境的创设 在网络学习环境下创设问题情境可以激发学生的学习兴趣，培养学生的独立探索问 题的能力。课堂提问只能照顾到个别学生，不利于全体学生的共同参与，而多媒体网络 的交互作用及网络交流工具解决了这个问题，有利于激发学生的学习积极性，可以使学 生按照自己的基础、学习兴趣选择要学习的内容并参与到相应的问题讨论和问题解决中 来，教师还可以引导学生学会使用f n t e m e t 中的搜索引擎等查询_ _ = 具，提高自己的学习 能力。 ( 3 ) 协作情境的创设 利用网e 交流工具创设协作化学习环境，对高级认知能力的发展、合作精神的培养 和良好的人际关系的形成都有明显的促进作用。随着认知学习理论的发展，人们发现只 强调个别化学习是不够的，在学习高级认知能力的场合( 比如对疑难问题求解) ，创设 协作化的学习环境往往能取得事半功倍的效果。目| j i 常用的协作化的教学情境有竞争 式、协同式、伙伴式、角色式等多种不同的形式。协作式学习最能体现网络特性，也最 有利于对创新人才的培养和素质教育的实施。 ( 三) 多媒体学习认知理论与基于i p 多播的校园网络多媒体教学系统 多媒体学习认知理论是指人类具有双重信息处理通道，人类对视觉、语言信息有分 别的信息处理系统。视觉信息在视觉通道中被处理，声音在听觉语言通道中被处理。听 觉和视觉处理的子系统都分别和长期记忆( 1 0 n g t e n nm 咖o r y ) 产生联结，且是一种双 向的关系。工作记忆( w o r k i n g m e m o r y ) 是用来处理和储存信息的短期认知系统，容量 有限，在人类高层次的认知作业中，如阅读，推理和理解，扮演着重要的关键角色。并 且，每个信息处理通道中可进行的处理量是非常有限的。比如，学习者在心理上同时只 能进行一句话和大约1 0 秒的动画的主动学习。心理将他们组织为相关联的语言和影像 的呈现，并将语言或图像的呈现和先前的知识整合进行。这一主动学习过程的结果是导 致有意义的学习成果，可支持问题解决的迁移。在基于计算机的环境中，外部的呈现包 括入耳的语言，入眼的视频，学习者必须从声音，图像中选择相关方面来进行处理。 利用这一理论对视频信息的运用形式有很重要的指导意义。多媒体学习理论可以为 视频信息的教学设计提供以下几个原则： 1 语音与视频信息应很好的结合 文字叙述的方式包括两种：屏幕上的文本或是语音。根据信息传递理论，文字和语 音具有同样的功能，对学习者传递同样的信息，因此，学生从叙述和文本中学习的效果 是相同的。而根据多媒体学习认知理论，视觉、语言通道容量有限，当语言以文字形式 呈现时，它至少首先是进入视觉处理通道在视觉系统中与影像起被处理的。这样，文 本与影像会在视觉处理系统中争夺注意力，产生分裂注意的效果。而当以语音的形式呈 1 2 现时，它们可以在语言通道中被处理，空出视觉通道的容量专用于更深入地处理影像信 息。这样，语音形式的叙述可减少视觉通道的负担，增加更深入的认知过程的机会。 2 尽可能的删除一些无关信息 通常，教学过程i | i 会夹杂些无关紧要的信息，有时教学设汁者试图通过加入一些 吸引人的信息来修饰所要呈现的内容，比如加入一段有趣但是不相关的视频内容，或加 入一段叙述或是背景音乐等声音。这样做会使材料更有趣，并可能激发学习者更努力的 学习，但是一些研究发现加入有趣但无关的信息并不会促进学习者的记忆，相反无关材 料可能会填满：r 组记忆，阻止学生建立联结。因此以晚明为目的的多媒体的呈现应尽可 能得简洁。 3 视频、音频信息应同步地呈现 当视频和语言的说明同时呈现时，同样的信息被同时传递，这样学习者只接受一次 信息；而如果将它们次序呈现则学习者需要接受两次信息。根据信息传递理论，当学生 在工作记忆中建立起相关的视觉、语言之间的联结时有意义的学习才发生。当同时呈现 视觉、语言时，学习者更可能同时在工作记忆中保持相关的视觉、语言呈现。相反，当 次第的呈现时，由于工作记忆容量的限制，使之不易同时存在于工作记忆中。【7 l 基于以上分析可以看出：三大学习理论对网络学习环境的设计有着重大的指导意 义，在它们指导下设计出的网络教学系统能充分调动学生的积极性，发挥首创精神，使 教师与学生之问有了更为密切的联系。 二、多播工作环境要求 ( 一) 组播源和接收者必须支持组播 实现i p 组播传输，组播源和接收者以及两者之间的下层网络都必须支持组播。主 要包括：主机的t c p i p 实现支持发送和接收1 p 组播；主机的网络接口支持组播。 ( 二) 有一套i p 地址分配策略 有一套i p 地址分配策略，并能将第3 层i p 组播地址映射到第2 层m a c 地址。 如：以太网支持l p 组播地址到以太网组播地址的映射规则为：将l p 组播地址的低2 3 位简单地代替特定的以太网地址如0 1 ：0 0 ：5 e ：0 0 ：0 0 ：0 0 中的低2 3 位。 ( 三) 有一套组管理协议 有一套用于加入、离开、查询的组管理协议，即i g m p ，i g m p 是i p 组播通信专用 的i n t e m e t 组管理协议，用于管理组播组成员加入或脱离组播组。当一个主机加入一个 组播组时，利用i g m p 协议，使用i p 地址2 2 4 0 o 2 通知所有子网l 中的路由器，以便 在路由器上建立相应的组播路由，表明在该子网l 中存在属于那个组播组的成员，以后 当路由器接收到发送给那个组播组的数据时，就会将数据转发给子网l 对应的成员，所 以，要实现i p 组播，组播组成员问的路由器都必须提供对i g m p 协议的支持。 ( 四) 所有介于组播源和接收者之间设备均需支持组播 1 所有介于组播源和接收者之间的路由器、集线器、交换机、t c p 口栈、防火墙均需 支持组播，目前，i p 组播技术得到硬件、软件厂商的广泛支持，如新生产的以太网卡几 乎都支持组播；思科的路由器不仪支持d s m r p 和p i m 路由协议，i g m p 组管理协议， 而且支持思科专有的组管理协议c g m p ；再如微软的w i n d o w s9 5 支持i p 组播和 i g m p v l ，而w i n d o w s9 8 还支持l g m p v 2 ，对于不支持i p 组播传输的中间路由器件可 采用i p 隧道( t u n n e l i n g ) 技术作为过渡方案，这些说明i p 组播技术的应用环境已基本 具备。【8 j 三、校园网组播的设计思想、原则 教学情景能否吸引学生的注意力对多媒体直播课堂而苦至关重要，授课过程中学生 不能和教师进行面对面的直接交流，使得教学情景再创造成为授课过程成败的关键。本 系统采用采集卡、摄像机等多种信息载体将主播端的实况通过接收端的播放器、音箱等 媒体呈现出来，以达到教学情景再创造的目的。 ( 一) 多媒体文件能够在网络中流畅传输 由于多媒体文件数据量大、实时性要求较高，而现在网络带宽又不能满足大量多媒 体文件同时在网络中传输。在采用流式传输方式的系统中，用户不必像采用下载方式那 样等到整个文件全部下载完毕，而是只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计 算机上利用解压设备( 硬件或软件) 对压缩的多媒体文件解压后进行播放。此时多媒体 文件的剩余部分将在后台的服务器内继续下载。与单纯的下载方式相比，这种对多媒体 文件边下载边播放的流式传输方式不仅使启动延时大幅度地缩短，而且对系统缓存容量 的需求也大大降低。因而采用流媒体技术是解决当前网络远程教学中视音频传输的问题 的有效途径。在一个单播( u n i c a s t ) 环境早，如果有n 个客户端接受服务，就必须发送 n 个数据报拷贝，因此会占用大量的带宽，而组播不管有几个客户端，服务器仅需要发 送一个数据拷贝，网络上也只需传送一个拷贝，这样就可以节省大量的带宽，同时也能 够保证多媒体文件的流畅传输。 ( 二) 为学生提供良好的学习环境 学生支持主要就是要以学生为中心，为学习者提供良好的学习支持环境，支持学习 者方便的接入和使用，不需要繁琐的安装，并且支持随时加入或恢复中断前的状态，保 证课堂教学的正常进行。学习者可以清楚地看到教师讲课的实况内容，并可以和教师进 行实时和非实时的交流。 ( 三) 为教师提供简单方便的管理后台 整个教学系统需要教师进行管理和维护，教师的教学视频教学资源等应很方便的通 过服务器及时的传递到客户端，教师还可以很方便的管理教学内容，通过教师界面可以 和学生进行实时交流，回答学生的问题。 ( 四) 提供大量可使用的学习资源 提供大量可使用的学习资源，并且支持按不同关键字进行模糊搜索，把每+ 次实时 1 4 播放的视音频存储到服务器里，并把这些资源位置放入数据库，在用户界面分明别类的 将这些资源列出呈现给学习者，如果学习者错过了实时观看的机会，或者查找资源里的 些信息就可以直接点击资源名称播放这些视音频资源，并且设置按不同关键字进行搜 索的搜索引擎，以方便学习者查找。 与每一视频课堂相对应，教师要为学生提供适当 的辅助学习资源供学牛查找。 四、校园网组播系统构成 基于组播的校园网络教学系统的设计主要是为了更好的传输教师讲课的视音 频，流媒体传输技术是解决多媒体资源传输的有效方法，目前市场上主流的流媒体技术 有三种，分别是r e a l n e t w o r k s 公司的r e a l m e d i a ，m i c i o s o f t 的w i n d o w s e d i a 和a p p l e 公司的q u i e k t i m e 。这三家公司都有自己的专利算法、专利文件格式甚至专利传输控制 协议。a p p l e 公司的q u i c kt i m e 是一个非常老牌的媒体集成技术，是数字媒体领域事 实上的工业标准，但是a p p l e 公司的产品价格比较高专业性比较强，r e a l n e t w o r k s 公司 是在2 0 世纪9 0 年代中期首先推出了流媒体技术，并随着互联网的急速发展壮大，在市 场上处于主导地位并拥有最多的用户，m i c r o s o f t 是三家公司中最后进入这个市场的， 但是m i c r o s o f t 公司依靠其在操作系统方面的优势迅速占据了一定的市场。综合考虑各 方面的因素并结合实际，我们选择m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s i e d i a 技术。 资 源 j 年 视频编码器 图2 校园网组播结构图 基于组播的校园网络教学系统结构如图2 所示，本系统共出三大部分组成，视音频 的采集、编码和压缩：视音频资源的发布和存储；视音频文件的客户端播放；另外为了 给学习者提供一个更好的学习环境，我们还设置了一些辅助模块如电子白板、自动答疑、 讨论交流、评价反馈、点播系统、相关资源等。 1 5 通过视频采集卡采集实时的视音频，将这些采集的视音频经过编码和压缩后，形成 流媒体文件存储( 直播的方式不需要文件存储) ，流媒体服务器根据用户的请求把媒体 文件( 或者直播的媒体流) 通过多播的形式传递到用户端的媒体播放器。基于组播的网 络教学系统工作流程如图3 所示 图3 基于鳃播的网络教学系统j 二作流程图 器 流媒体文件转发的整个过程，视频控制系统对转发站点进行控制，建立和管理转发 站点上的i p 组播数据组的传输。控制系统要完成指向需求用户的数据发送，同时通过 计算机控制系统随时监控视频传输的质量和网络其他各项参数启动调整带宽。计算机实 时控制的好坏直接决定了i p 组播的效果。【9 i 流媒体文件的采集压缩、文件的发布以及流 媒体的传输等各个环节都会影响到流媒体的质量，为了实现较好质量的流媒体实时播 放，我们需要着重考虑考虑编码压缩的性能、效率；媒体服务器的性能；媒体流传输控 制这3 个最关键的因素。 第四章基于组播的校园网络教学系统在教学中的应用实现 一个完整的w i n d o w sm e d i as e r v j c e 系统包括三大部分：流媒体文件的制作、流媒 体文件的发御和流媒体文件的播放。 一、流媒体文件的生成 ( 一) 采集卡 采集卡也称视频采集卡，按照其用途可分为广播级视频采集卡、专业级视频采集卡、 民用级视频采集卡三类。广播级视频采集卡采集的图像分辨率高，视频信噪比高，但采 集的视频文件庞大；专业级的视频采集卡比广播级的性能稍微低一些，分辨率两者相同， 但压缩比稍大一些；民用级视频采集卡相对前两者而言，性能低一些，压缩比更大一些。 0 s p r e v 采集卡是为多媒体数据流设计的专业级视频捕捉卡，它在互联网上掀起视频流 的革命，现在o s p r c y 已经成为事实上的工业标准，r e a l n e t w o r k s 公司、微软公司等许多 著名公司都把o s p r e y 作为首选。0 s p r e y 采集卡的功能如下： 1 在单一的一台n t 工作站下实现多卡对多个视频源进行流处理。 2 支持大多数的视频和音频的应用程序接口。 3 除了进行流处理外，还可以在网上进行视频会议。 4 能跨平台运行在多种计算机操作系统上。 5 支持多种视频源在计算机上重现活泼的电视质量的画面。 ( 二) w i n d o w sm e d i ae n c o d e r 编码器 w i n d o w sm e d i ae n c o d e r 编码器可以将实况的或预先录制的音频和视频转换为 w i n d o w s m e d i a 格式，w i n d o w s m e d i a e n c o d e r 编码器可以为客户计算机输送实况内容， 或是将实况内容转换为文件以备以后使用。音频和视频的实时源可以是插入声卡和视频 卡的任何设备，包括话筒、摄像机、摄像头、视频播放器等，被保存的源是音频和视频 文件。 w i n d o w sm e d i a 编码器9 o 提供了四种最常用的编码方案：广播实况事件、捕获音 频和视频、转换文件和捕获屏幕，如图4 。 图4 新建会话窗口 广播实况事件：通过安装在计算机上的设备捕获音频和视频，然后对这些内容进行 实况广播。广播方式有两种：通过推传递将流传输到流媒体服务器上和播放器通过拉传 递直接从编码器接收流。 捕获视频或音频：通过安装在计算机上的设备捕获音频和视频，然后将捕获的内容 转换为w i n d o w sm e d i a 以便以后进行分发。 转换文件：将音频或视频文件转换为w i n d o w sm e d i a 格式。 捕获屏幕：捕获计算机屏幕上的图像包括鼠标的移动，可以捕获屏幕上的一个区域 或特定的窗口。 要进行视音频的实时传输，教师端要配备视频采集卡、摄像机和麦克，并且要安装 w i n d o w s 舶e d i ae n c o d e r 编码器，通过视频采集卡、摄像头和麦克将老师讲课的实时视 频录制下来，直接通过w i n d o w sm e d i ae n c o d e r 编码器进行编码压缩处理，将视音频编 码成a s f ( 或w m v ) 流格式，这些视频流可以通过编码器推传递方式或者拉传递的方式 传递到视频多播服务器。也可以通过采集卡和声卡捕获音频和视频，然后将捕获的内容 转换为w i n d o w sm e d i a 以便以后进行分发。 二、流媒体文件的发布 前+ 章已经介绍主流的流媒体服务器目前有r e a l n e t w o r k s 公司的r e a lh e l i xs e f v e r ， m i d o s o f t 的w i n d o w s m e d i as e n ，e r 和a p p l e 公司的q u i c k t i m es e r v c r 。由于m i c i o s o f i 的 w i n d o w sm e d i as e e r 集成在w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 中，对用户免费，并且使用比较方便， 所以我们选择w i n d o w sm e d i as e r v e r 作为媒体服务器。 在w i n d o w sm e d i a 服务器组件多播a s f 流之前，必须首先提供广播站、节目和 流信息。如果没有该信息，w i n d o w sm e d i a 服务器将只能发送点播a s f 文件流。 图5 和表1 显示m i c r o s o f t w i n d o w sm e d i ap l a y e r 如何访问多播a s f 流。 图6 为流对象指定一个源 所以在下一步“指定流对象来源u rl ，屏幕上输入到w i n d o w sm e d i a 编码器的 w i n d o w sm e d i au r l ，可以用m s d b 协议或r r p 协议，用d n s 或i p 地址标示编码器 名称，建议使用i p 地址，如果编码器的端口不是7 0 0 7 一定要注明端口号，如图7 所示。 图7 指定流对象u r l 在叶旨定流格式信息”屏幕上，指定流来源的路径，以便将流格式信息添加到广播站 定义中。 6 将多播广播站信息文件( n s c 文件) 存储到m i c r o s o f tw i n d o w sm e d i a p l a v e r 可 以访问的位置。n s c 文件包含播放器所必需的重要信息，确定如何接收多播包以及解码 多播流，播放器将从h t t p 服务器或网络共享中下载此文件。 在“导出广播站信息文件的路径”屏幕上，键入n s c 文件存储位置的路径。 在“广播站信息文件u rl 屏幕上，指定u r l 或u n c 路径，w i n d o w sm e d i a p l a v e r 将使用它来访问己存储的n s c 文件。 7 在“选择发布方法”屏幕上，选择用束发布流的方法。这里我们选择创建一个具 有 标记的_ h t m 文件，该标记连接到一个a s x 文件；也可以选择为m i c r o s o f tw i n d o w s m e d i ap l a y e r 创建一个含有 和 的_ h t m 文件。 8 在“准备发布”屏幕中，复查已选择的选项列表。如果要编辑任何选项，请单击“后 退”返回到相府的广播站信息。 多播广播站建立好以后会出现一个测试页面，点击测试可以检查广播站是否建好， 检验广播站建好后，通过后台管理界面将刚才创建的a s x 文件的路径加入播放列表，这 样在用户界面上就可以直接点击相应文件名称观看教师讲课的实时视音频了。 三、后台管理的制作 ( 一) 后台管理制作所采用的技术 1 a s p n e t 技术 本系统后台管理采用a s p n e t + a c c e s s 技术设计制作，采用a d o n e t 连接s q l s e n r e r 数据库。a s p n e t 又称a s p + ，但是它不是a s p ( a c t j v es e n 佗rp a g e s ) 动态服务器网页 技术的简单升级，而是微软提出的n e t ( 如图8 ) 框架的一部分，它足种以n e t 框 架为基础开发网上应用程序的全新模式。n e t 的核心内容之一就是要搭建第三代互联 网平台，从而最大限度的实现资源共享。 a sp n e t 是m 玎框架中用来开发网络应用程序的，它其实不是一种语言，而是一 个框架，在这个框架下可以采用n e t 、例等其他语言开发网上程序。利用这种技术 可以创建动态的、快速的、交互的w e b 站点，产生交互式动态网页。由于它具有开发 简单、移植方便、开发效率高等优点，受到了大多数网络教育开发者的青睐。 ，n 玎枢架” ( 黼f l 糊e 种o f k ) t ； 困围困圈 i 基础粪库* l i 公其语言运行库一 i i v 呱n d o 粥操作襄统t 图8 n l 玎框架 在a sp n e t 中既可以用v b n e t 语言也可以用其他语言来开发应用程序，本文主 要讨论应用v b n e t 语言开发网络教学系统。在v b n e t 中所有的控件都是用类实现的。 最能体现a sp n e t 强大功能的就是它可以通过n e t 框架提供的a d 0 m 玎对数据库进 行存取等操作，这些控件及功能是我们开发任何网络应用程序所不可缺少的，也是本系 统丌发所使用的。 2 数据库技术 所谓数据库就是按照一定数据模型组织、存贮在一起的，能为多个用户共享的、 与应用程序相对独力、相互关联的数据集合。简单的说，数据库就是把各种各样的数据 按照一定的规则组合在一起形成的“数据”的“集合”。数据管理技术大体经历了三个阶段： 人工管理阶段、文件管理阶段以及数据库管理阶段。帮助用户建立和管理数据库的软件 系统称为数据库管理系统。基于关系型数据模型的数据库管理系统称为关系型数据库管 理系统。现在比较流行的关系型数据库管理系统有s q ls e r v e r 、i b md b 2 、0 r a c l e 、 s y b a s e 、i n f o r m i x 等，常用的小型数据库管理系统有a c c e s s s 、p r a d o x 、f o x p r 0 等。在 a s p n e t 中一般使用s q l s e r v e r 或a c c e s s s 数据库。s q l s e e r 运行稳定、效率高、速 度快，但配置起来较困难，移植也比较复杂，适合大型网站使用；a c c e s s s 配置简单、 移植方便，假效率低，适合小型网站。本论文所设计开发的学习支持系统采用了a c c e s s 数据库系统，主要考虑以下几个方面：第一，a c c e s s 数据库配置简单、移植方便、操作 容易。第二，对于一般的个人网站或是网络学习课程，a c c e s s 数据库绰绰有余。第三， 如果希望以后用a c c e s s 数据库开发的程序转化为s q ls e e r 数据库也非常简单，只要 利用s o l s e r v e r 的导入功能就可以将a c c e s s 数据库转化为s q l s e e r 数据库【1 0 】。 ( 二) 实现功能 后台管理界面主要实现的功能包括视频直播的管理，自动答疑管理，评价反馈管理， 相关资源管理，点播系统管理，讨论交流管理和网络同志管理。界面如图9 所示。 图9 后台管理界面 视频直播管理模块，通过界面上的表单添加视频课堂，包括视频课堂名称、主讲人、 播放时间、主要内容以及适合哪些学习者学习等信息，还可以通过修改和删除界面修改 和删除这些信息。 相关资源管理模块，针对每一视频课堂，教师需要为学生提供一些与课堂紧密相关 的资源，通过相关资源管理模块将这些资源添加到数据库，以供学习者学习时使用，这 样学习者既可以节省时间，又能得到有效的学习资源。 自动答疑管理模块包括四个部分：新问题的回答、未回答问题的删除、已回答问题 的修改、已回答问题的删除。学生新提问的问题在“新问题的回答”中显示出来，教师可 以对这些问题进行回答，并通过这些问题了解学生的学习情况，教师如果感觉问题没必 要川答可以在“未回答问题删除”中删除，如果对已经回答过的问题感觉不妥，还可以进 行修改和删除。 2 3 评价反馈管理模块，学习者可以和教师进行单独交流，在这里教师可以看到学生的 一些评价反馈意见和问题，然后对提问者单独作答。 视频点播管理，我们可以把教师讲课的视音频文件保存到硬盘，通过点播管理把这 些视音频的路径添加到数据库，学习者需要查看某个文件时可以在用户界面上点击播 放，还可以对一些文件进行修改和删除。 ( 三) 主要代码 视频直播管理是本系统设计的重点，主要代码如下 连接数据库： s u bc l i c k ( ) d i m c o na sn e w o l e 曲c o n n e c t i o n ( ”p r o v i d e r = m i c r o s o f l j e t o l e d b 4 o ；d a t a s o u r c e = ”s e e l m a p p a t h ( ”k u i 【u m d b ”) ) d i md sa sn e wd a t a s e t c o n o p e n d i mo l ea sn e wo l e d b d a t a a d a p t e f ( ”s e l e 宅t 4 f o ms h i p i n ”，c o n ) o l e f i l l ( d s ，”t a b s t u d e n t ”) d g d a t a s o l l t c e = d s t a b l e s ( ”t 矗b s t u d e n t ”) d e f a l m v i e w d g d a t a b i n d n d o s e c o n = n o t h i n g e n ds u b 添加课堂： 课堂名称： 暂缺，a s p ：t e x t b o x 4 ，4 主讲教师： 暂缺 讲课时问： 牵宇缺 适合学习对象： 暂缺 御b 地点： 暂缺 内容简介： 暂缺 w i n g f o ra s p e c t s ：t l l eb u i l d i n go fm u l t i - m e d i af i l e ，t h e p u b l i s h i n g ofm u l t i - m e d i a f i l e ，t h e p l a y i n f 鼻i 苴帚誉喜i i i 矍薹i i 妻l 科r 荠；b 王战齐r 亡基写嚣矗n i 霉旦错；l 奏箝喜萋。鞋碧v l 群气壁 ；葡 i 主；壁k ；章辩d l i 妻嚣蠢p 一葛鞋。i ；渲r “薯荩蓦封蓦l 撩e 菖萋，p r 0 2a ss t r j n gd i m s t r id，introw a si n t e g e r d i mo b jast e x t b o xd i mo b j1a st e x t b o x dim o b j 2a s textbox i n t r o w =e i t e m i t e m i n d e x o b j = d g items(introw)cells(1)controls(o)o b j 1=dg i t e m s ( i n t r o w ) c e l l s ( 1 1 ) c o n t r o l s ( 0 )o b j 2 = d g items(introw)cells(12)controls(o)p r o = o b j x 四、前台网站的制作 ( 一) 学习者界面 前台网站制作遵循方便、美观的原则，页面的布局应该符合学习者的使用习惯，另 一方面使用起来应该简单方便，学习者很容易找到自己需要的内容，为学习者提供的工 具也应该简单易用。客户端软件的主要功能是接收服务器端推送( p u s h ) 的多媒体数据， 并对压缩的多媒体数据进行解压缩等系列相关操作并以适当的方式呈现给用户。 客户端界面如图1 0 所示，界面主要包括，嵌入网页中的w i n d o w sm e d i a 播放器、 视频课堂列表和一些辅助功能模块。在给定的时间内学习者通过点击课堂名称就可以播 放教师的讲课实况。另外在学习的过程中学习者还可以通过自动答疑、评价反馈、讨论 交流这些辅助功能模块与老师和同学进行实时或非实时的交互。 图1 0 用户界面 ( 二) 学习者界面各功能模块 1 课堂列表和视频直播 学习者进入客户