（教育技术学专业论文）视频点播系统在远程教学中的应用研究.pdf

iv 摘 要 自 20 世纪 80 年代之后， 计算机多媒体和网络技术的发展给现代远程教育带来了新 的气息。目前世界上已有 100 多个国家开展了远程教育，尤其是建立在 internet 基础上 的远程教育，已经在世界范围内得到普及。我国对远程教育也十分重视，1991 年 1 月， 国务院批准实施的 面向 21 世纪教育振兴行动计划 中指出： “实施现代远程教育工程， 形成开放式教育网络，构建终身学习体系” 。目前远程教育已经在全国许多高等院校开 展起来，逐渐成为高校教育的一个分支，异地学生可以通过这种远程教育的一些传播手 段，收听和收看相关的教学课程，达到学习的目的。随着计算机网络技术和数字技术的 迅速发展，远程教育已经进入了数字化、智能化、个性化的发展阶段，这些技术为传递 最新的教学信息与知识提供了更多的途径。它们大大促进了远程教育的普及与发展，使 得随时随地学习逐步变为可能。 人们对多种媒体信息的需求不断增加，不再满足于只是简单的文本浏览、下载等， 而需要有能承载交互的视音频信息资源。vod 视频点播技术是近年来新兴的一种媒体 传播形式，是计算机技术、多媒体技术、网络通信技术等多种技术产生的一种新技术。 该技术支持即点即放，体现“用户自主”的崭新概念，用户可根据自己的兴趣、爱好自 主选择需要的视频节目，从根本上改变了传统信息传输的单向性。使用户充分具有了主 动性、选择性、控制性。将流媒体技术与视频点播结合起来作为远程教育的传播手段， 是目前普遍流行的技术手段。 许多学校或者企事业单位都已经建立了自己的精品课程或 者远程视频网站供学生学习。把视频技术融入于教学之中是当前远程教学的趋势。 本文对当前应用于远程教学的视频点播系统做了分析和研究。 简要介绍了视频点播 技术的组成原理和流媒体技术的传输方式，详细分析了当前应用于远程教学的视频形 式，与此同时，对视频点播技术应用于教学的教育技术学理论依据做了总结。在此基础 上， 实现了一个在线视频教学系统。 该系统采用 b/s 架构， c#作为编程语言， sql server 2005 作为系统数据库。主要包括教学管理子系统，教学点播子系统两个模块。教学管 理子系统包括人员管理，视频管理，信息管理等功能；教学点播子系统包括观看视频， 下载资源，评价交流等功能，所选用的视频播放器支持多种视频格式的在线播放。该系 统的开发顺应了当前远程网络教学的方式，具有性能良好，成本低廉，使用价值高的优 v 点，对于优化学习资源，促进学习者的学习起到积极的作用。 关键词：远程教学，视频点播，在线视频教学系统 vii abstract since 1980s, the development of computer multimedia and network technology to has brought new flavor in contemporary and long-range education. currently there are more than 100 countries in the world, especially in the remote education based on established in the internet education, has been in the remote worldwide gained popularity. china also attaches great importance to the distance education, january 1991, when the state council approved “the implementation of the 21st century education revitalization action plan” puts forward: carry out the modern distance-education project ,form the open education network ,set up a life-learning system definitely. at present the remote education has been started in many universities throughout the nation and gradually became a branch of college education, students in different places can listen and watch related teaching course which is useful for them or they are interested in ,by some dissemination means of this distance education, then achieve the purpose of study. along with the rapid development of the computer network technology and digital technology, the distance education has entered a digital, intelligence, and personalized stage, and these techniques provides more ways to transmit the latest teaching information and knowledge. they greatly promoted the development and popularization of remote education, making it possible to study anywhere at anytime. because of the increasing demand of media information，people no longer content to just simple text browsing, download, etc., but they need interaction-carried audio information resources. video on demand technology is a kind of media communication form rising in recent years, it is a modern video technology which includes computer technologies, multimedia technologies, network communication technology. this technical support point-and-show, reflect the user independent brand-new concept, the user can select the viii video show independently according to their own interests and need, it radically changed traditional information transport one-way sexual, and making the user actively,selectively and controvely. combining streaming media and video technology as remote education demand, and now it is the most popular means of dissemination. many schools or enterprise or business have been built their own exquisite course or remote video site for learners. embedding the video technology in distance teaching is a current trend. this article analyzed and investigates the application of remote teaching vod system. briefly introduces the composition of video technology and streaming media technologys transmission, a detailed analysis of the current application of long-distance teaching video form, meanwhile, video demand technology applied to teaching theory basis for education technology make a summary. an online video teaching website was designed and implementation on this basis. this website adopts b/s structure, using c# as programming language, sql server 2005 as database development environment.it mainly includes teaching management subsystem and vod subsystem two modules and support various video format playing. teaching management subsystem including personnel management, video management, information management functions; teaching video include watching vod subsystem,download resources, communication, and video player selected support multiple video format online play. this vod teaching website meets the need of current remote network teaching methods, it has the characteristics of good performance, very valuable but low cost moreover. it optimized learning resources and promote learning in the process of learning. key words: remote teaching, video on demand, online video teaching website. iii 关于学位论文独创声明和学术诚信承诺 本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导 师的指导下独立完成的， 对所研究的课题有新的见解。 据我所知， 除文中特别加以说明、 标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括其 他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对 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了谢意。 在此本人郑重承诺：所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为，文责自负。 学位申请人（学位论文作者）签名： 201 年 月 日 关于学位论文著作权使用授权书 本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者，本人完全了解并同 意河南大学有关保留、使用学位论文的要求，即河南大学有权向国家图书馆、科研信息 机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文（纸质文本和电子文本）以供公众检 索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的，可 以采取影印、 缩印、 扫描和拷贝等复制手段保存、 汇编学位论文 （纸质文本和电子文本） 。 （涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书） 学位获得者（学位论文作者）签名： 201 年 月 日 学位论文指导教师签名： 201 年 月 日 绪论 1 1 绪论 1.1 研究背景 随着科学技术和信息产业的迅速发展，计算机技术，多媒体技术和网络技术已经遍 布了社会生活的各个方面，人类的工作和生活因此发生了巨大的变革，教育领域也不例 外。信息技术的变革打破了传统的教学方式，改变着教学模式，教学内容，教学手段， 教学方法， 甚至整个教育思想， 教学理论和教育体制， 对传统的观念产生革命性的冲击。 远程教育正是随着这股技术的发展潮流产生的。远程教育是以学习者为主体，以计算机 技术、多媒体技术、通信技术和 internet 网络等高新技术为主要教学手段和传播媒体， 是将图像、文字、动画、音频和视频相结合的一种新型的交互式网络教育方式。当前， 世界上许多国家都十分重视教育信息化建设的发展，积极采取措施，努力扶持和发展这 种全新的教育方式，提高远程教育的普及化程度。根据世界经合组织调查研究表明，到 2002 年，世界上已经有 100 多个国家开展了现代远程教育，全世界 85的大学在网上 拥有自己的网站，其中有 l/4 已推出现代远程教育课程1。我国政府同样高度重视教育 的信息化工作，1996 年开通了“中国教育和科研计算机网” ，目前已连接全国 500 多所 高校，在基础教育领域，全国已有近千所中小学组建了校园网。远程教育这种教学模式 通过计算机网络交互式地实现了远距离、快速度、高质量的教学体系，对整个教育结构 产生了重大而深远的影响，是未来教育发展的一种趋势。在远程教育过程中，可以通过 internet 使得各种教学资源，穿越时间和空间，以迅速快捷，生动活泼的传输方式将知 识传播到那些渴望知识的群体中，以满足新时代的需求。 由学习比率的研究表明，在人们的学习中，通过视觉获得的知识站 83%，听觉占 11%，嗅觉占 3.5%,触觉占 1.5%，味觉占 1%，视觉与听觉的结合，获得知识的总和将 达到 94%2。 因此视听在学习中所起的作用最大， 如果在教学中将视觉和听觉结合起来， 将大大提高教学效率。因此视频教学是远程教育中最佳的教学信息传播媒体。视频点播 技术和教学相结合，顺应了教育信息化的潮流，能够带动数字化学习，是远程网络教学 不可缺少的一部分。 视频点播系统在远程教学中的应用研究 2 vod 技术最开始应用于娱乐业，后来逐步扩大应用范围，因其交互性强，满足用 户自主需求等优点，又渗透到教育行业，使学习者的学习方式发生了深刻的变革，vod 技术必将成为今后远程教育发展的一个重要课题。 目前基于网络的视频点播系统主要是 和流媒体技术相结合实现的。无论是在线点播还是实时远程教学，大部分都离不开流媒 体技术的支持。不少学校的精品课程或者远程教学网站都配置了流媒体服务器，以提供 各种流媒体支持的视频播放、点播服务。流媒体是近几年国内外关于多媒体数据传输与 播放的研究热点，近年来，校园数字化建设是教育界的一大趋势，各个学校把这项利国 利民的政策进行的如火如荼。 数字化校园建设的实质是教育管理部门和学校通过信息化 的手段，实现对各种教学资源的集成、整合和优化，实现资源的充分利用和有效配置， 教师与学生实现教学过程与学习过程的优化，从而实现提高工作，学习的效率和效益。 vod 系统正可以迎合这种需求趋势。因此，研究视频点播系统是我国教育界的需要。 1.2 研究综述 1.2.1 远程教育的发展现状及趋势 远程教育起源于函授教育。1840 年，英国人伊萨克皮特曼把速记教程通过邮件 寄给学生，因此被教育界公认为是函授教育的创始人。1849 年，英国伦敦大学首创校 外学位制，允许国内任何高等学校的学生报考伦敦大学的学位课程，并为注册报考者提 供函授教学，因此，1849 年被认为是世界远程教育的诞生年。远程教育的发展经历了 三个阶段。第一阶段成为函授教育；第二阶段是自 20 世纪以后，以幻灯片，录音，电 话， 电影等手段进行的教育； 第三阶段是 20 世纪 90 年代以来， 以计算机互联网为依托， 在 internet 上进行不受空间和时间限制的教育形式。 美国是世界上远程教育开展最先进和广泛的国家之一。1996 年，美国政府提出了 “教育技术规划” ，这项政策在很大程度上改变了美国基础教育领域内教与学的手段、 方式和过程，为美国教育界在教育国际化中抢占新的制高点做了准备。据美国联邦教育 部国家教育统计中心的调查，1997-1998 年，美国 5020 所大学中有 1690 所提供远程教 育课程，占高等学校总数的 34，约 166 万学生注册接收各种形式的远程高等教育， 占所有高校在校生总数的 11.6%3。 到 2000 年， 60的美国高等院校向全社会提供各种 远程教育服务，接受这项远程高等教育服务的学生约占全日制在校生的 32。据统计， 绪论 3 在美国通过网络进行学习的人数正以每年大于 300的速度增长。目前在美国己有超过 7000 万人通过 e-learning 的方式获得工作技能和知识，美国企业中有超过 60通过 e-learning 方式对员工进行培训和继续教育。 在英国，英国政府已经将网络化教育作为保证人才培养的具有战略性的措施。1998 年至 2004 年间， “英国国家学习网”这一项目就投入了 18 亿英镑的专项资金，建立了 一个面向全民的社会资源网，此项举措对推进教育信息化进程起到了十分重要的作用。 2000 年， 英国教育和就业政府官员戴维 布伦斯特宣布要建立新型的网上 “电子大学” ， 要在全球教育行业的激烈竞争中夺得先机。2001 年 2 月，英国高等教育基金理事会拟 定了 “e-university”计划，要整合英国各大学的力量建立一所网上大学。至今，英国 全国各级学校都建立了自己的网上学校，其远程教育水平也处在世界领先地位。 在日本，早在 1996 年，日本国立多媒体教育研究所建立了空间合作系统 scs。所 有参与此系统的高等教育院校可以通过卫星相互授课，专题报告，演示，研讨等互动。 日本的文部科学省在 1999 年 7 月利用教育信息卫星通信发起了“e1 网络开放学院”示 范工程，扩大国民的终身学习机会4。 我国远程教育起步于 20 世纪 80 年代初，以中央广播电视大学的创办为标志。然而 真正意义上的远程教育是从运用网络远程教育开始的。1994 年，我国开始建设中国教 育科研网，教育部在全国教育事业第十个五年计划中指出： “要把教育信息化工程 列入国家重点建设工程，以信息化带动教育现代化，重点支持并加快以中国教育科研网 和卫星视频系统为基础的现代远程教育网络建设，建成一批网络学校” 。教育部于 1998 年首先在清华大学、北京邮电大学、浙江大学、湖南大学四所高校进行远程教育试点。 此后，高等院校中加入远程教育试点行列的还有中央广播电视大学和北京大学。2000 年，教育部批准建立网络学院进行现代远程教育试点的高等院校数量达到 31 所，以期 依托重点高等院校实现现代远程教育的跨越式发展。2003 年，已有 67 所普通高校经教 育部批准开展了现代远程教育试点工作， 在全国范围内以远程教学方式接受教育的学生 己超过 80 万人。 目前我国的现代远程教育模式主要有：基于网络和卫星的远程教育、基于网络的远 程教育5。前者是利用卫星实现音频视频传输，进行远程授课，缺点是对硬件要求比较 高，投资大；后者是利用网络提供教学资源，方便而且简单易行。随着网络带宽的不断 提高和数据压缩等技术的不断进步，基于网络的远程教学得到很快的普及，因此，必将 视频点播系统在远程教学中的应用研究 4 成为将来远程教学的主流。目前，全国有 200 多家具有一定规模的网校，与此同时，一 批教育专业网络也建立起来，例如，中国教育教学网，中国教育考试网，中国教育信息 导航台等 未来远程教学的主要趋势为 (1)信息化和网络化。互联网提供的全世界范围的信息 资源的共享以及有利的通信手段，高性价比必将在未来教育中发挥巨大的作用。它会使 教学模式有较大的改变， 使教育真正成为无围墙的开放式大学， 突破空间， 时间的限制， 使学习者能够随时随地进行学习。教育的信息化和网络化有利于培养具有高度创造性， 能适应激烈竞争的人才，将会使教育模式与体制有较大的变革。(2)多媒体和超媒体化 多媒体技术所提供的人机交互性， 信息多样性和集成性将成为未来教育技术的基础。 (3) 智能化， 智能化是信息技术发展的最重要的方向之一。 把人工智能技术应用于教育之中， 能够加强教学的互动性，才能使计算机辅助教学(cai)真正做到因材施教。由于技术的 原因，cai 系统中还很少具有智能效果，但是它是只能教学系统的未来趋势。 1.2.2 视频点播系统的发展现状 早在 1986 年， 南贝尔(bell south)公司就开始了关于视频点播系统的实验。 1993 年， 大西洋贝尔(bell atlantic)公司尝试着将经过mpeg-1数据压缩的节目传送到上千个用户 的机顶盒，并且通过机顶盒解码后传给用户。并且尝试在电话线上进行电视视频拨号音 的实验。 nynex 公司在同一年也开始将第一套试验性的点播电视系统服务提供给曼哈顿 的市民。 1994 年 12 月 14 日， 在美国召开了 time warner 全业务网(fullservice network ) 新闻发布会，后来通常称这一天为点播电视的诞生日6-8。 早期的 vod 系统应用于娱乐产业。最早的应用于卡拉 ok 的 vod 系统是“半自 动” 的， 每个点播房间对应一台影碟机， 这台影碟机位于控制中心， 根据用户点播请求， 控制中心的操作员将相应碟片放置于影碟机中。这种视频点播系统由于要借助手工操 作，导致效率低下和稳定性差，并且当许多用户点播同一个节目时，排队等待时间需要 很长。 第二代的 vod 系统是将所有播放的节目放置在服务器硬盘中，系统终端通过有线 电视同轴电缆(hfc)或局域网将点播请求送到点播服务器再进行视频播放。第二代视频 点播系统没有对视频文件进行足够优化，不能支持大规模的并发点播，维护量也很大， 客户端需要安装专用程序和专用视频压缩卡，不适于应用在局域网或城域级环境中。 绪论 5 第三代的 vod 系统是基于 web 平台设计， 可与 internet 平滑接入的视频点播技术。 这种视频点播系统的客户端采用浏览器方式进行点播，基本无需维护；因其将互联网作 为依托，所以给人们带来了极大的方便，普及率很高。随着网络的发展，流媒体的出现 更是对在线视频点播提供了极大的技术支持，使 vod 的到了跨越式的发展。 目前已有大约 500 万个用户通过视频点播服务观看打包付费电视节目和电影。 随着 有线，卫星，宽带（电信）之间在视频业务方面的竞争日趋激烈以及市场和技术的逐渐 成熟， 未来视频点播的发展很有前景。保守估计，到 2007 年的全球用户总数将是目前 的 3 倍多。在国内，国家广电总局已在 26 个省，区，市批复的有线数字电视试点有 46 个之多。同时市场上很多有线电视网络公司已经开展视频点播业务。 1.3 研究意义 随着我国经济社会的发展，社会的竞争日益激烈，学习的地位随之不断提高，人们 已经不能满足于仅仅在学校里才能获得的知识，在这个竞争激烈的社会，人们是需要不 断的充电，不断的学习的。教育部面向二十一世纪教育振兴行动计划指出，现代远 程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式， 是构筑知识经济时代人 们终生学习的主要手段。因此，教育显得日益重要。利用 vod 系统开展远程教学有两 大优点：首先，它的视频传输特性好，这是一般的网络教学达不到的；此外，vod 系 统的视频传播是双向的，学习者可以根据自己的具体情况，自行安排学习时间，这是 vod 教学明显由于广播电视教学的地方9。随着网络的普及，以视频为依托的现代远 程教学实现了在任何时间在任何地点可以学习任何内容， 这促进了现代远程教育产业的 存在和发展，也为现代远程教育提供了广阔的空间。 1.4 相关概念界定 (1)视频点播系统 视频点播（vod，video on demand）是对用户提供交互式视频服务的一种业务， 它可以让多个用户同时访问影片、视频节目、游戏、信息等。它与一般的视频节目的接 受方式不同，具有高度的交互性，自主性。 (2)流媒体 视频点播系统在远程教学中的应用研究 6 流媒体(streaming media)是指对采用流式传输的方式在 internet 播放的媒体格式。 音频、视频和其它多媒体可以在计算机网络上以边下载边播放的形式进行播放的技术。 狭义上是指区别于先前的下载，播放方式而提出的媒体文件格式，能够获取连续的视音 频等多媒体流，用户无需下载，边接收边播放，缩短了用户的等待时间。广义上是指： 能够将视频和音频文件压缩，形成以流媒体形式的传输文件的技术、方法和协议的总体 称谓。 (3)在线视频点播教学系统 在线视频教学系统是利用互联网技术，视频点播技术以及必要的流媒体技术，把图 像、视频、声音、动画以及文字等各种多媒体信息引入教学过程的一种网络教学平台， 是利用网络技术、计算机技术、流媒体技术进行现代化教学活动的一个系统概念。是目 前远程教学的形式之一。 1.5 论文主要任务 本论文通过研究视频点播技术的工作原理和关键技术， 针对目前多媒体视频技术应 用于教学中的形式，总结实现了一个视频教学系统，以改善教学方案。本文主要完成了 以下几项工作： (1)对视频点播技术的技术进行研究； (2)对目前视频点播技术运用于教学的现状进行总结分析 (3)网络视频教学系统的设计 (4)课件的制作与发布 (5)网络教学系统的运行与实现 视频点播系统概述 7 2 视频点播系统概述 2.1 视频点播简介 2.1.1 含义 视频点播系统 vod（video on demand）也称为交互式电视点播系统，是一种受用 户控制的视频分配业务，它使得用户可以交互的访问服务器端所存储的资源。它的实质 是信息的使用者根据自己的需要主动获得多媒体信息10。 视频点播技术是伴随着计算机 技术（特别是多媒体数据压缩解压缩技术）和通讯技术的发展，综合了计算机技术，通 讯技术，电视技术而迅速兴起的一门综合性技术11。 vod 视频点播综合采用了计算机、通信、电视等技术，利用网络的优势，集静态 图片、文字、动态影视图像、声音等资源为一体，利用计算机多媒体技术与网络技术的 发展，它彻底改变了过去以被动形式收看节目的状况，实现了即点即放，按照自己的需 求收看节目任意播放，为用户提供实时、交互、按需点播的服务。从某种意义上讲，视 频点播技术的出现是视频信息技术领域的一场革命，也是对传统收视方式的一个挑战， 因此引起了社会的高度重视。 2.1.2 应用 视频(video)包含了动态画面，声音等内容，是图像、文本等简单媒体格式所不能提 供的，这无疑能够给用户提供更多、更丰富的信息，吸引用户的兴趣。视频点播系统在 娱乐，教育，商业等领域有多种应用，如:影片点播，远程教学，交互视频游戏，热点 新闻点播，交互式购物，交互式广告等。如今，第三代 vod 以 internet 为依托，其服 务范围随着网络的应用扩大得更广更深。 第三代视频点播系统提供的主要服务有远程网 络教学，在线视频教学，网上视频网站，股票交易、订票预约、旅游指南、家庭购物等。 这些向用户提供的服务基本上都是和 internet 结合在一起来实现的。可以说，这一技术 视频点播系统在远程教学中的应用研究 8 的出现使用户真正实现了收视主动权，可以按自己的需求来安排工作和娱乐时间，极大 地提高和改善了人们的生活质量和工作效率，对于用户来说，这是十分方便和新颖的。 2.2 视频点播系统组成 视频点播技术使人们可以根据自己的兴趣，不用借助录像机、影碟机便可在电脑或 电视上自由地选择节目库中的视频节目， 是可以对视频节目内容进行自由选择的交互式 系统。视频点播的应用，丰富了人们的工作、学习和文化生活。视频点播系统是典型的 分布式多媒体计算机系统，一般情况下，一个视频点播系统主要三部分构成：服务端系 统，网络系统，客户端系统。如图 2-1 所示的视频点播系统的组成图： 图 2-1 视频点播系统的组成 (1) 服务器端 视频服务器主要由各种管理服务器，存储系统以及控制网络部分组成。视频点播系 统的管理服务器主要完成一些影视材料的整理和计费工作， 用户信息管理以及安全保密 等工作。视频服务器主要是为用户提供视频数据源(点播内容)，响应用户(客户机)提出 的请求，协调多个用户的传递，一般在一个视频服务器上可以安装成百上千个电影和影 视节目，供用户点播12。视频服务器的目标是实现压缩媒体数据的存储，按请求进行媒 体信息的检索和传输。 视频服务器增加了许多新功能来支持业务需求，比如：媒体数据存储，信息流的实 时传输，qos 服务保证，信息流的实时传输等。对于交互式 vod 系统来说，服务端系 视频点播系统概述 9 统还需要实现对用户实时请求的处理，访问许可控制，vcr 功能(即快进，暂停，重放 等)的模拟13。视频服务器的技术要求：(1) 存储容量大；(2)分发时间短；(3)节目种类 多；(4)支持并发同步数据流；(5)服务质量保证；(6)成本的有效性。 (2) 网络系统 视频信息的传输对带宽要求很高，系统要同时为成百上千的用户提供视频点播服 务，这种大量的并行视频流信息对网络传输提出了更高的要求，不但传输数据，而且还 要传输控制信息。由于媒体服务系统的网络部分投资巨大，所以在设计时不仅需要考虑 当前的媒体应用需要，而且还要考虑将来发展需要和兼容性14。 网络系统由宽带主干网和用户接入网两个部分组成， 是影响连续媒体网络服务系统 性能的关键部件。用户接入网和宽带接入网主要是为用户提供节目和信令数据的传输， 交换。宽带主干网一般采用 atm 信元交换作为视频点播的最佳选择。因为 atm 信元 交换综合了电路交换和分组交换的优点，此外还具有传输速率高，提供宽带动态分配， 适应多种业务，延迟小等优点。 用户接入网是指最后进入用户的一般网络。实现这种接入网的技术多种多样，国内 外常用的用户接入网有四种：光纤和同轴电缆混合网，光纤和双绞线混合高速网，无限 屏蔽双绞线网，模拟数字调制 catv 同轴电缆网。结合我国的实际情况，比较理想的是 光纤和同轴电缆混合接入方案，它具有足够的带宽，扩展能力强，易于安装不需要独立 供电等优点。 (3)客户端系统 在计算机系统中，视频点播系统的客户端系统是由带有显示设备的 pc 终端完成； 在电视系统中，视频点播用户需要一个机顶盒作为用户的控制装置。机顶盒是用户的演 播设备，外部输入设备，同时它还是一个视频通信频道的桥梁，此桥梁把机顶盒连接到 服务提供者的网络上。 另外， 机顶盒为软件开发者提供一种环境， 是开发和应用的接口， 例如，为了满足用户的多媒体交互需求，客户系统的界面必须加以改正。由此可见，由 于视频点播面向家庭的特性，机顶盒标准的制定显得颇为重要，相应的软硬件开发是个 很大的市场空间。 2.3 视频点播系统的分类 (1) 准视频点播 视频点播系统在远程教学中的应用研究 10 准视频点播 nvod(near video on demand)是单向数字电视系统增值业务之一，是 利用视频服务器将一个数字电视节目在几个数字通道中延时播放， 使用户在点播该节目 时可以等待一段时间后完整地观看该节目15。 世界上大多数数字电视都采用准视频点播 方式。准视频点播将一个节目每隔一段时间如 15 分钟进行重播，用户观看电视节目时 交换机将终端与最近将要从头开播的频道连通，用户能在最短的等待时间内收看到节 目。每套节目轮流播放的频道越多，节目的其实间隔时间就越短，用户等待的时间不会 超过某个时间间隔。然而准视频点播和 vod 还是有区别的，比如，vod 需要双向网络 支持，因为点播指令需要有一个路径送到点播服务器处，另外，vod 的在线点播用户 数上升时，会发生传输网络拥挤情况，造成点播失败。而 nvod 按广播方式传送节目， 网络流量固定，与电波用户数无关，并且不需要双向网络支持。这也算是 nvod 的优 点之一。 (2) 真视频点播 真视频点播 tvod 也被称为视频点播 vod。它真正支持即点即放16。tvod 系统 通过为每个点播用户开设单独的播放流来实现其定制服务， 为每个点播用户分配相应的 带宽，根据用户的请求对播放流进行各种控制。真视频点播系统的用户可以按照自己不 同的需求随时点播收看节目，同时可以控制节目播放方式，如暂停，快进和快退等。虽 然 tvod 系统对传输网络和有线电视网络前端技术要求比较严格，但是 tvod 视频点 播系统能够及时响应用户的点播，这点足以使 tvod 有广泛的应用市场。 (3) 交互式视频点播 交互式视频点播支持即点即放，可以让用户对视频流进行交互式控制，它比前两种 方式有很大程度上的改进。 这时， 用户就可像操作传统的录像机一样， 实现节目的播放， 暂停，快进，快退和自动搜索等17。随着科技的发展，交互式视频点播是远程教学的发 展趋势，目前主要的形式有视频会议，虚拟课堂等。 2.4 视频传输的方式 依据视频点播的信息流的传输方式，vod 的传输方式可分为点播、多播，直播、 广播、单播与，下面我们就对这几种点播方式进行简要介绍。 (1) 点播(on-demand) 视频点播系统概述 11 点播是指计算机在网络中所建立的点对点的连接， 连接是客户端与服务器之间的主 动的连接，它提供了对流的最大控制。在点播连接中，内容以流的形式从服务器传到客 户端，用户通过选择内容项目来初始化客户端连接，用户可以开始、停止、后退、快进 或暂停流。但是这种方式也有缺点，由于每个客户端各自都需要连接服务器，会占用大 量网络带宽。 (2) 直播(live) 视频直播是采用广播的原理， 将实况信息输出到前端， 使用户可以直接收看节目18。 视频广播采用的传送技术是 ip 多点，通过互联网或内部局域网将视频信息以流的形式 向客户端广播，客户端通过相应的媒体播放器即可实时接受播放。它可以现场直播、也 可以定时广播。确切来讲，视频直播可分为组播、单播以及广播三种方式。 a.单播：在客户端与流媒体服务器之间必须建立一个单独的数据通道，送出的每个 数据包只能从一台服务器传送给一个客户机， 我们将这种传送方式称为单播。 在单播中， 用户被动接收流文件，不论客户端是否愿意接收，服务器都将发布单播流，客户端也有 权不接受； b.广播：广播的主要特点是客户端在广播过程中只能接收流而不能控制流。比如， 在客户端的用户不能进行快进、暂停或后退的操作。在单播发送方式中，服务器端需要 将数据包复制为多个拷贝，以多个点对点的方式分别发送到需要它的那些用户客户端。 使用广播方式发送时，系统不管用户是否需要，都会将单独一个数据包拷贝发送给网络 上的所有用户。广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。单播是 通过发送数据的多个副本，广播则是将数据发往整个网络，而不管数据是否都是用户需 要的，因而这两种传输方式会非常浪费网络带宽。 c.组播：组播是由客户端决定是否监听多播地址，在发送者和每一个接收者之间实 现一点对多点网络连接。如果一台发送者同时给多个的接收者传输相同的数据，也只需 复制一份的相同数据包。它提高了数据传送效率，减少了骨干网络出现拥塞的可能性。 组播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上， 也不会将数据包发送给不需要它的那些 客户，保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽。 视频点播系统在远程教学中的应用研究 12 2.5 关键技术 视频点播技术是一门综合技术,综合了计算机，通信，电视技术等发展起来的。概 括来讲主要有三大关键技术，即多媒体数据压缩技术、多媒体网络传输技术和多媒体数 据库技术19。 (1) 多媒体数据压缩技术 多媒体压缩技术的研究内容有压缩/解压缩速度，数据压缩比以及间接快速的压缩 算法。它是多媒体技术中的核心技术。以压缩/解压缩后的数据是否与压缩前的原始数 据完全一致作为标准， 可以把数据压缩方法划分为无失真压缩和失真压缩两类20。 目前 主要的视频压缩标准有 h.26x 系列、jpeg 系列和 mpeg 系列。 h.26x 系列的 h.261， h.262，h.263，h.263+，h.263+是由 itu-t 发布的视频会议标准。mpeg 系列标准有 mpeg-1，mpeg-2，mpeg-4，mpeg-7 和 mpeg-21，是由 iso/iec 公布的。数据压缩 与编码格式密切相关，目前视频领域常用压缩编码格式为 mpeg21。mpeg 标准是一 种高压缩比的情况下，仍能保证高质量画面的压缩标准，最适用于 vod 的存储，点播 和网上传输。其研究课题包括：数据压缩比，压缩/解压缩速度以及简捷快速的压缩算 法，目前 mpeg 已成为工业标准，对于 vod 的产生和发展有重要作用。 (2) 多媒体数据库技术 由于视频点播系统中需要存储的数据量巨大,系统服务器会随着应用的扩展积累大 量的多媒体数据。服务器端的数据库存储管理系统基本性能就是要有足够大的容量，而 且必须要保证用户能迅速方便的找到所需要的资源，有效的完成对资源的管理。多媒体 资源的数据量非常庞大， 我们可以在视频服务器端采用专用的硬件平台来实现视频数据 的访问，这样就能要解决如此巨大的存储问题。因此，在 vod 系统的结构设计中必须 采用优化策略，可以利用数字图书馆技术，使 vod 系统中的多媒体信息处理部分与存 储部分在逻辑上分开实现，以改善系统性能。vod 系统的结构设计直接影响着系统性 能，因此在 vod 系统的结构设计中必须采用优化策略，以提供清晰的逻辑，其优点首 先是易于用户理解，操作和使用22。 (3)多媒体网络技术 多媒体数据由于数据量比较大，因此对网络环境提出了更高的要求，首先要有带宽 的保证， 其次是对网络延迟敏感， 所以多媒体网络必须具有相应有效的控制机制和技术， 视频点播系统概述 13 以保证网络满足系统的要求。vod 系统得以实现的有力保障是高速接入网和高速互联 互通的传输网。vod 中的视频音频数据时间相关性很强，对网络的延迟特别敏感，网 络的带宽和传输的实时性要求尤为突出。因此，应保证在任意的网络交换能力下提供给 用户可靠稳定的带宽及高传输速率， 具备合理动态分配网络带宽以适应多媒体数据高速 率和突发性传输的要求，以保证实现高质量，平滑和动态视频的多媒体数据流传输23。 视频点播系统在远程教学中的应用研究 14 3 视频点播在远程教学中的应用 3.1 教育技术学理论依据 3.1.1 建构主义理论 建构主义理论是20世纪50年代以来在批判的继承行为主义学习理论的基础上产生 的，是目前国际上在教育领域颇具影响的一种理论。代表人物有瑞士著名的儿童心理学 家和发生认识论专家皮亚杰(j.p. piaget)。随着多媒体和网络的应用普及，建构主义理论 已成为解释学习发生的主流思想。建构主义学习理论认为，学习是一个积极主动的建构 过程，学习者不是被动地接受外在信息，而是根据先前认知结构主动地和有选择性地感 知外在信息建构其意义，所以学习不是行为主义所描述的刺激-反映过程，而是一种 双向性的建构过程，即：一方面，通过使用先前知识，学习者建构当前事物的意义，以 超越所给的信息；另一方面，被利用的原有知识结构并不是从记忆中原封不动的提取， 而是本身也要根据具体实例的变异性而受到重新建构24。学习并不是单纯的信息积累， 它同时包含由于新旧经验的冲突而引发的观念改变和结构重组， 因为每个学习者都在利 用自己原有的经验系统对新的信息进行编码，并且建构自己的理解，原有知识又因为新 经验的介入而发生改变和调整。学习过程也不简单是信息的输入，存储和提取，而是新 旧经验之间的双向的相互作用的过程。 建构主义学习理论认为学习是学习者主动建构内 部心理结构的过程，强调学生在学习过程中主动建构知识的意义，并力图在更接近、更 符合实际情况的情景性学习活动中，以个人原有的经验、心理结构和信念为基础来建构 新知识，赋予新知识以个人理解的意义25-26。 建构主义理论认为在将具有一定发展层次的个体加入到社会交互活动中后， 会产生 适合社会活动的更高个体发展状态。 它指出协作性学习和个别化学习将会产生不同的学 习效果，充满交互的协作性学习会使学习者获得更高水平的认知能力的发展。因此，学 习既是个人的建构活动，也是学习者共同体的合作建构过程。学生用自己的方式建构对 事务的理解，不同的人看到的是同一事物的不同方面，所以不存在唯一标准的理解。学 习者个体的建构活动要在特定的社会背景中进行， 并且必须和学习共同体的建构结合在 视频点播在远程教学中的应用 15 一起，否则很难对事物进行合理的理解。通过学习者之间的合作，既能使个体的理解更 加丰富和全面，又可以使只是到达必要的一致性。由于学习是学习者在一定的情景即社 会文化背景下，借助其他人（包括教师，同学，伙伴，同事）的帮助，即通过人际间的 协作活动而实现的主动建构知识意义的过程， 因此建构主义学习理论强调以学习者为中 心，认为“资源” ， “会话” ， “协作”和“情景”是建构主义学习环境中的基本要素或基 本属性27。 这四个要素为学习者的学习活动提供了强有力的支持。 基于网络的远程教育 视频教学系统为学习者的学习提供了上述四大要素， 基于网络视