（计算机应用技术专业论文）基于net的流媒体课件管理和教学系统.pdf

摘要 摘要 随着计算机网络技术的发展，特别是互联网技术的发展，网络的应用领域越 来越广泛，现代远程教育就是建立在其上的典型应用。现代远程教育也称为网络 教育是把网络视为教学的工具或媒体，并在互联网上实现教学活动，其最大优点 在于它突破了传统课堂中时空的限制，做到了优质教学资源的共享。互联网上的 技术发展，如网络传输、w e b 、流媒体等技术的发展，使网络上的信息不仅局限文 字、图片之类的静态内容，音频、视频数据也可以在网上发布，这样就可以做到 即使教师和学生身处异地也可以通过网络进行言传身教的教学活动。 网络以其丰富的信息资源、友好的交互性能以及优良的开放性等特点而越来 越受到人们的青睐，在网上开展远程教学己成为现代教育的热点。当前，网络带 宽和传输速度还相对偏低，对于体积庞大的包含音视频信息的多媒体文件，网上 传输还存在诸多问题，应用流媒体技术在网络上传输多媒体文件是目前使用的较 先进的技术，它使得网上多媒体远程教学的实现成为可能。利用i n t e m e t 实现网络 教学可以分为同步式和异步式两种：同步式教学主要应用i n t e m e t 的网络音视频技 术，通过地网( d d n a d s l a t m ) 或天网( 卫星) 将多媒体教室中教师授课内容和授课 情景实时转播到远端多媒体听课教室，学生可在远端即时回答老师的提问或向老师 提问，实现了与真实课堂类似的实时交互式教学；异步教学的重要学习方式是课 件点播( c o u r s e w a r eo nd e m a n d ) ，即将多媒体课件放在服务器上，学生依据个人学 习进度通过网络点播所需课件进行自主学习，同时与教师在网上辅导答疑、网上 讨论等环节相结合，完成网络教学的异步教学过程。 本文阐述了围绕网络教育重要的知识媒体一流媒体课件，在先进的教学理论指 导和充分分析网络教育教学系统中教学管理、课件管理、交互教学等教学活动的 基础上，利用，n e t 技术和数据库技术，实现了流媒体课件的管理和点播，以及老师 和学生在线交互功能，设计出了一套基于n e t 的流媒体课件管理和教学的异步网 上教学系统。本系统的特点是综合考虑了教学管理人员、课件管理人员、教师和 学生在网络教育组织中的角色和活动，分层管理，实现了以学生为中心的教学思 想。 关键词：流媒体现代远程教育网络教育m i c r o s o f t n e t 流媒体课件 a b s t r a c t a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r k ，e s p e c i a l l yo fi n t e m e t ，i t sf i e l di n a p p l i c a t i o nb e c o m e sm o r ea n dm o r ew i d e l y , s u c ht h a tt h em o d e md i s t a n c ee d u c a t i o ni s ac l a s s i cs a m p l e t h em o d e md i s t a n c ee d u c a t i o ni sn a m e dn e t w o r ke d u c a t i o na sw e l l w h i c hi st e a c h i n go nt h ei n t e r a c tb ym e a n so fi n t e m e ta st o o l sa n dm e d i a t h em o d e m d i s t a n c ee d u c a t i o nh a v ep r o v i d e dt h eb e s ta d v a n t a g e dm e r i tf o rb r e a k i n go u tt h e l i m i t a t i o no nt i m ea n ds p a c eo ft r a d i t i o n a le d u c a t i o nt os h a r ee x c e l l e n te d u c a t i o n a l r e s o u r c e t h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g yo ni n t e m e t ，s u c ha sn e t w o r kt r a n s f o r m a t i o n ， w e ba n ds t r e a mm e d i a , n o to n l yt r a n s f e r st h es t a t i ci n f o r m a t i o na sf i l e so ri m a g e s ，b u t a l s od i s t r i b u t e st ot h ea u d i oa n dv i d e oo nn e t w o r k a b o v ea l l ，t e a c h e r sa n ds t u d e n t sw i l l t e a c ho nn e t w o r ke v e na td i f f e r e n ts p a c ea tt h es a m et i m ea si nac l a s s r o o m n e t w o r kb e c o m e sm o r ea n dm o r ef a v o r a b l ew i t hi t sr i c hi n f o r m a t i o nl t s o u r c e ， f r i e n d l yi n t e r a c t i v ep e r f o r m a n c ea n de x c e l l e n to p e n i n g ；m o d e me d u c a t i o nh a sf o c u s e d o nt h ed i s t a n c ee d u c a t i o no nn e t w o r k a tp r e s e n t ，b a n d w i d t ha n ds p e e do nn e t w o r ka r e r e l a t i v el o w ，w h i c ht r a n s f e rt h em u l t i m e d i ac o n t a i n i n gm u c hi n f o r m a t i o no fa u d i oa n d v i d e o ，s ot h e r ea r em a n yp r o b l e m s i ti sab e t t e ra d v a n c e dt e c h n o l o g yt h a tt h es t r e a m m e d i at e c h n o l o g yt r a n s f e r st h em u l t i m e d i aa tp r e s e n t ，a n di tc o m e st r u et h a tt e a c h i n go n n e t w o r ki sp o s s i b l e n e t w o r ke d u c a t i o nt e a c h i n go ni n t e m e td i v i d e si n t os y n c l l r o n o u s a n da s y n c h r o n o u st e a c h i n gt w oc l a s s e s t h es y n c h r o n o u st e a c h i n gt r a n s f e r st h e m u l t i m e d i ac l a s s m o m ss c e n ea n dt e a c h e r sm e d i ai nt e a c h i n gw i t hd d n a d s l a t m a n ds k ys a t e l l i t et od i s t a n c ec l a s s r o o ma tr e a l t i m eb yi n t e m e ta u d i oa n dv i d e o t e c h n o l o g ys ot h a tt h et e a c h e rq u e s t i o n st h e i rs t u d e n t sm a dt h e i rs t u d e n t sa s kt h e q u e s t i o na sw e l lo rt h es t u d e n t sc o n s u l tt h e i rt e a c h e r , w h i c hr e a l i z e st h es i m i l a rt e a c h i n g a tac l a s s r o o m t h ec o u r s e w a r eo nd e m a n d ( c o d ) i sai m p o r t a n ts t u d ym e t h o di n a s y n c h r o n o u st e a c h i n g ，t h a tt h ec o u r s e w a r ew a ss t o r e di n t h ec o m p u t e rs e r v e r ，t h e s t u d e n td e m a n dt h ec o u r s e w a r ea c c o r d i n gt ot h e i rp l a nt os e l f - s t u d y , a c c o m p a n y i n gt h a t t h et e a c h e r sa n s w e rt h es t u d e n t s q u e s t i o no ni n t e m e t ，b b sa tt h es a m et i m e ，w h i c h c o m p l e t et h ea s y n c h r o n o u st e a c h i n g i i a b s t r a c t t h i sp a p e rm a i n l yd e s c r i b e saa s y n c h r o n o u st e a c h i n gs y s t e mo ni n t e r a c tt h a tt h e i m p o r t a n tm e d i a - s t r e a mm e d i ac o u r s e w a r eo fn e t w o r ke d u c a t i o ni n v o l v e di sm a n a g e d a c c o r d i n gt on e t w o r ke d u c a t i o nt e a c h i n gm a n a g e m e n t ，c o u r s e w a r em a n a g e m e n ta n do n d e m a n d ，a n ds y s t e mc o n s t r u c t si n t e r a c t i v et e a c h i n gb e t w e e nt e a c h e r sa n ds t u d e n t sb y a d v a n c e dt e a c h i n gt h e o r ya n dc o m p l e t e da n a l y s i s t h es y s t e mw a sb a s e do n n e t t e c h n o l o g ya n dd a t a b a s e ；i ta c c o m p l i s h e ss t e a mm e d i ao nd e m a n da n da ni n t e r a c t i v e t e a c h i n gs y s t e mo n l i n e i ti st h ef e a t u r et h a tt h es y s t e mw a sc o n s i d e r e di n t e g r a l l y u n i t i n g t e a c h i n gm a n a g e r ，c o u r s e w a r em a n a g e r ，t e a c h e r sa n ds t u d e n t sa c c o r d i n gt ot h e r o l e ，r i g h ta n da c t i v i t yi nan e t w o r ke d u c a t i o no r g a n i z a t i o n t h es y s t e mw a sm a n a g e d b yl a y e r sa n dc o m p l e t e di no r i e n t - s t u d e n t se d u c a t i o n a li d e a s k e yw o r d s ： s t r e a mm e d i am o d e md i s t a n c ee d u c a t i o nn e t w o r ke d u c a t i o n m i c r o s o r n c ts t r e a mm e d i ac o u r s e w a r e i i i 第一章绪论 1 1 课题背景 第一章绪论 随着计算机网络和信息技术的发展，特别是i n t e r n e t 网的发展，使得网络 技术的应用领域不断地发展和扩大。在i n t e r n e t 网普及的今天，计算机网络不论是 在基础硬件、网络带宽的可靠性、经济性上，还是在网络应用的信息技术上都给 普通大众提供了一个“随处可见”的应用工具和环境，它已渗透到当今社会生活 的方方面面，电子商务、电子政务、电子银行等基于计算机网络的应用充分说明 了这一点。 1 9 9 8 年在国家教育部制定的“面向2 1 世纪教育振兴行动计划”中，明确地 提出将实施现代远程教育工程作为科教兴国的重要战略步骤，目前包括中央广播 电视大学在内的6 8 家高等院校被教育部批准为现代远程教育试点院校，允许在国 内开展学历和非学历教育的网络远程教育试点工作。现在我国的网络教育已有几 百万学生和上百万的毕业生，网络教学作为远程教育的一种重要形式，正借助计 算机和互联网技术在我国乃至全世界范围内全面展开。 传统的教学以教师在课堂授课为主，局限在教室和学校校园范围内。在今天 国家提倡建设学习型社会，构建终身学习体系的指导思想下，学校尤其是拥有大 批优质教学资源的高等学校如何为社会提供更大的服务，实现与社会的优质教学 资源共享是一个不能回避的问题，而流媒体技术和网络技术以及相关信息技术的 发展为解决此问题提供了一条最佳的途径。 本课题就是在充分分析和调研目前网络教育发展现状的基础上，结合实际的 教学技术手段和管理组织模式，研究出一套基于n e t 的信息化管理系统，实现在 教师和学生时空分离的环境下，实现网络流媒体课件管理和围绕流媒体课件进行 师生互动的网络异步教学过程。 电子科技大学硕士论文 1 2 网络教育现状 1 2 1 远程教育历史 教学的实质是教师借助教学媒体向学生传播教学内容的过程，根据这一特点 我们把教学分为课堂教学和远程教学两种类型，即教师和学生处于课堂内的现场同 步教学与教师学生时空分离的异步教学。远程教学经历了传统的两个阶段，即以 印刷品为媒介的函授阶段和以广播及电视为主要媒介的广播电视阶段。近年来随 着计算机网络技术的发展和i n t e r n e t 的普及，以现代计算机技术、多媒体技术和通 信技术等信息技术为基础的现代远程教育已成为热点，它在克服和完善传统远程 教育教学双向沟通渠道，学习时间、地点的限制以及教学内容的呈现等方面都有 传统远程教育无可比拟的优势。现在的远程教育已步入基于i n t e r n e t 的网络教育应 用模式时代。 早在2 0 0 0 年1 0 月，北京第六届中国国际现代教育技术及设备展览会专题报 告会上，专家们就把中国远程教育的发展归结为三大步：函授、广播电视大学、 以网络为主要特征的现代远程教育。 1 2 2 网络教育当前实现的技术基础和体系结构 现代远程教育采用七大媒体：互连网、电视、电话会议、广播、电子教材、 文字教材、面授。中国现代远程教育工程将是在中国教育和科研计算机网 ( c e r n e t ) 和卫星电视教育网基础上，采用现代信息技术，并加以改造和发展， 使之形成开放式教育网络，构建终身学习体系。 网络教育是借助目前比较发达的卫星电视、电信及计算机三大网络，按照双 向或多向接收的方法，提供基于w w w ，实行教学分离，以学生为主体的自主学 习、交互式答疑和讨论环境以扩大教育规模的一种新型教育方式。当前网络教育 以面向社会招生为主，为在职人员适应知识经济社会提升自身知识水平提供了一 种继续教育的新型教育形式。在网络教育教学过程的实施中，替代传统课堂教学 学生、教师同处一地的授课方式，是教师授课的卫星、网络会议的同步直播，但 综合考虑教学成本以及教学对象的特点，网络多媒体课件已成为很多网络教学的 主要教学媒体，它主要是优秀教师授课的实况和教学内容的形象化体现，多媒体 2 第一章绪论 课件音视频的技术基础是网络流媒体技术。目前网络教育的学生在专业教学计划、 教学大纲的指导下，大多采取基于流媒体的多媒体课件学习结合网上答疑、部分 面授、自主学习的学习方式。 在网络教育新型教育方式下，一方面要求学习者要以自主学习的方式进行学 习；另一方面要求教育者必须提供完善的学习支持服务系统。自主学习的实现必 须依托网络教育支持系统的支持，网络教育支持系统在网络教育中占有很重要的 地位。基于w e b 教学的支撑平台包括以下四个部分：网络教学系统、网络教学管理 系统、网络课程开发工具和教学资源管理系统，包括用于实时教学的授课系统， 课后进行辅导、答疑、考试的辅助系统，多媒体课件制作和管理系统等。这些系 统互相配合、相互补充才能构成一个完整的远程教学系统，其体系结构如图1 1 【4 】 网络教学系统是一套提供远程教学服务的系统软件，是一个复杂的系统。网 络教学系统由实时授课系统和非实时辅助系统两部分组成。实时授课系统借助现 代的通信手段将教师现场授课的语音、数据、图像等实时地传送到远端教室或学 生的桌面系统上，这样既实现教学资源的共享又能获得较好的教学效果。由于目 前网络带宽和连接的可靠性、卫星传输的性价比等方面的原因，课堂的同步直播 只有在面向行业的集中培训中采用。非实时系统包括的内容很多，比如用w w w 系统来发布消息，用f t p 系统来下载教师的电子教案，用e m a i l 系统来布置作业、 提交作业、进行答疑，用b b s 系统为学生提供学术讨论空间和虚拟的班级环境， 利用多媒体的课件库为学生提供声像并茂的自主学习方式等。其中使用流媒体的 视频课件点播( c o d ) 技术，更可以达到因材施教、交互式的教学目的。学生也可以 通过网络共享自己的学习经验和成果。 目前很多网络远程教学主要是采取流媒体课件光盘和网络点播学习，辅之以 网络同步视音频答疑以及w e b 网页辅导材料和e m a i l 、b b s 等异步的方式进行教 学。 1 3 论文结构 文章的组织如下： 第一章绪论首先介绍了课题产生的背景、远程教育的历史以及当前技术和社 会条件下网络教育实现的技术基础和体系结构。 第二章系统地阐述了指导网络教育的学习理论，以及计算机网络环境下的教 育模式和类型，最后讲述了i n t e m e t 下的网络教育实现结构和手段。 电子科技大学硕士论文 第三章主要叙述了网络教育的核心技术之一流媒体技术，包括流媒体技术原理和传输 格式，列举了流媒体技术的三大主要标准以及与流媒体传输相关的网络协议。 第四章m i c r o s o f t n e t 概述，介绍了m i c r o s o f t n e tf r a m e w o r k 的基本构成 和特点，m i c r o s o f t n e t 系统的编程环境、以及a d o n e t 。 第五章：基于n e t 的流媒体点播服务器系统的设计，阐述了采用三层b s 结 构，利用m i c r o s o f t n e t 技术，设计出一套适应于当前教学管理和组织形式的流媒 体课件视频点播系统及b b s 论坛的异步辅导系统，最后列出了系统的功能模块。 第六章：基于n e t 的流媒体点播服务器系统的实现，描述了流媒体点播服务 器系统的实现关键技术和方法。 第七章总结 4 第一章绪论 图1 1远程教学系统 5 电子科技大学硕士论文 第二章计算机网络环境下的网络教育 2 1 网络教育的基础理论 在以研究学习实质、学习过程和学习规律与条件为内容的学习理论中，建构 主义( c o n s t r u c t i v i s m ) 的学习理论逐步成为人们在当前新的社会历史条件环境下指 导教学的主要理论。 建构主义也译作结构主义，它在知识观、学生观和学习观上提出了一系列新 的理解和解释，对当前的网络教育有着重要的启发意义。建构主义所认为的学习， 由情境，协作、会话、意义建构四大要素构成，概括的说，就是学习者在一定的 ( 问题) 情境下，通过与学习伙伴进行会话、协作，完成意义建构的过程【1 j 。建构 主义强调知识的动态性，强调学习者经验世界的丰富性和差异性，强调学习的建 构性、社会性和情境性。学习者在一定的情境和社会背景下，借助教师和学习伙 伴的帮助，利用必要的学习资源，通过意义建构的方式而获得对知识的学习和掌 握。因此，教师是意义建构的帮助者，促进者，学生是信息加工的主体，是意义 的主动建构者。 在建构主义学习环境中，课堂教学中心从教师转向学习者，核心在于学习者 主动将新的信息和经验与其原有的知识基础相融合的过程，因此网络教学正是适 应了建构主义理论的需要。 2 2 网络教学模式 网络教学是在先进教育思想的指导下，运用网络资源，通过教师指导，促进 学生积极自主学习，加强师生交流，加强师生协作研讨，优化教学过程，它主要 包括以下几方面的内容： ( 1 ) 网络教学是通过网络进行的教学，在这一过程中，网络作为知识与信 息的载体而存在，可看作为书籍、视听、媒介等教育媒体的自然延伸，所不同的 只是网络具有更高的信息容量，也继承了某些教育媒介的特点；不但可代替传统 教育媒介而存在，功能与效率方面也更强，网络教学这一概念，可以视为教学的 第二章计算机网络环境下的网络教育 工具或媒体。 ( 2 ) 网络教学是开发和利用网络知识与信息资源的过程，在此意义上，网 络成为学习资源，网络教学则是对此资源的开发、利用与再生。 ( 3 ) 网络教学还意味着把网络作为教学的一种环境，正如传统的教学发生 在教室之内，网络教学则视网络为一个大的教室，只不过这个教室已经超越了时 空的界限，大到能覆盖全球，没有教师与学生之分，没有区域与时间的判别，因 任何时间、任何地点，向任何人去进行学习。 因此网络教学概括起来就是：网络作为教学的工具，网络作为教学的资源， 网络作为教学环境。 基于计算机网络环境下的教学模式大体可以分为【2 】： 1 传授式教学 由于计算机网络具有信息共享的主要特点，教学过程中可以将大量与教学相 关的信息及时输入到本地服务器的数据库或文档中，供学习者访问和查询。 这种模式适用于在具有局域网的计算机教室中进行，它比较适合有教师在 现场指导的情况下，开展个别化的教学。典型的案例是外语的数字语音室教学。 2 研究式学习 在多媒体教学网络的教学中，教师创设问题情境，利用网络向学生传送课件 或提供大量与问题相关的信息资源，供学生在解决问题过程中查阅，学生围绕问 题寻求解决办法。 3 协作式教学 基于网络的协作式学习，是在计算机网络及多媒体技术支持下，将分散在各 地的计算机有机地连接在一起以实现教学信息在网络上的高效率传播，为协作学 习提供学习资源与协作信息的交换等多种支持。 在协作学习的过程中，学习者可以以协作、互助学习小组的身份登录网络， 参与协作学习；也可可以个体身份登录网络，参与协作学习。 我们在当前的网络信息化环境下要建构的网络教学模式虽然同传统的教学 模式保持继承关系，但又因网络教育的自身特点而被赋予新的内涵，它是由不同 方面构成的复合性的教学模式。【3 】 1 网上交互教学模式：实时教学与非实时教学是网络远程教育的两种基本 方式。前者指不同空间的同步教学，后者指不同空间的异步教学，二者的共同特 点是交互。交互式教学使得传统的师生面对面教学被赋予现代意蕴。网上交互式 教学作为网络教育的重要模式，体现了现代远程教育的特点和优势，它是传统的 电子科技大学硕士论文 教育教学所不可比拟的。而从实践中看，交互式教学的特点和优势还远没有得到 充分发挥。这一方面是受着技术手段和条件的限制，另一方面是交互的内容还需 要进一步开发，交互的方式也要考虑受教育者的可接受性。为此，各级办学与教 学机构都应该着力解决技术手段和物质条件问题，这是网上交互式教学的基础。 与此同时，还要进行网上教学资源的开发，组织教学力量负责网上答疑，使网上 交互真正落到实处。 2 个体消化学习模式：网上交互是现代远程教育的一种模式而不是唯一模 式，这是因为网上授课往往只能注重教学内容的“一般”而很难兼顾学生个体需 求的“特殊”。显然，建立个体消化的学习模式是十分必要的。目前实践中存在的 问题是在线教学的“一般”多于“特殊”，个体消化学习模式还没有真正建立起来。 其实，个性化学习本来就是网络远程教育的固有特点，教学模式的建构要以有利 于学习者的个体发展为重要标准。为了促进学习者个体的发展，显示学习的个性 化，在模式的建构上必须考虑两个方面的问题：其一，在线教学应尽可能地兼顾 “。特殊”，在严格把握教学的一般规格要求的前提下为满足学习者的不同要求提供 更多的网上资源，供学习者自主学习，各取所需。其二，建立健全学习者个体消 化学习的机制，如制定自学指南，包括自学内容、方法等，使其自学既有所遵循， 又有工具。 3 j 、组交流互动模式：在线授课是师生间的交互，个体消化则主要是学习者 的自我反思。小组交流既不是传统模式中没有教师指导的学生之间的交流，也不 是传统模式中学生之间面对面的交流，而是师生共同参与、网上网下交织进行的 多层次、多向度的交流。教师与学习者的对话主要借助于“网”，学习者之间的交 流不仅局限在网上，也可以在网下进行。 2 3 in t e r n e t 下的网络教育和实现手段 多媒体远程教育是教育发展的需要，也是计算机、网络与通信、多媒体以及 数据库等相关技术发展相结合的产物。有许多学者对远程教育系统及其模式进行 了分类研究，丁兴富教授综合前人的研究成果，提出基于媒体教学模式和远程学 习模式二维角度的远程教育系统的分类( 见表2 1 ) 【5 】【6 】 第二章计算机网络环境下的网络教育 类型名称特点描述与实例 远程媒体教学应用信息技术和教学媒体进行远程教学的模式 函授教学( 第一代)独立函授院校，传统院校的函授部或函授学院 函授模式 欧美的函授教育，较多通信和电话等基于技术的教学辅导 咨询模式 前苏联、东欧及中国的函授教育，较多面授等人际交流 媒体教学( 第二代)应用多种媒体开展远程教学的自治的远程教学院校 视听媒体辅助模式欧洲和世界各地的开放大学 视听媒体主导模式中国广播电视大学、日本放送大学等 电子远程教学( 第三代)电子远程大学、虚拟大学、全球虚拟大学 双向交互视频会议模式美国国家技术大学、日本大学空间合作系统等 计算机网络教学模式网络大学、在线教学、英国网上工业大学等 网页课件发送模式基于w e b 的网络课程、网络视频点播等 网络课程异步通信模式电子邮件、b b s 、计算机会议等 网络课程同步通信模式网络可视电话、网络实时讲课、网络实时会议等 远程开放学习远程学习环境、组织形式和方式方法 个体化学习模式以家庭为基地学生自主学习为主、助学为辅 开放灵活学习模式网络大学、虚拟大学、全球虚拟大学 半开放灵活学习模式英国开放大学，加拿大阿萨巴斯卡大学等 集体学习模式以工作单位或社区学习中心为基地的集体学习模式 相对封闭固定学习模式中国广播电视大学，中国的函授学习，美国国家技术大学 表2 1 基于媒体教学模式和远程学习模式的远程教育系统分类 网络教学和远程教育都是距离教学，无论从教学内容建设，还是平台建设的 技术支持上，应该说高校的远程教育是校内网络教学的延伸，而校内网络教学是 远程教育的基础。 i n t e r n e t 是世界上最大的互联网，它是一个以tcp ip 网络协议连接各个 国家，各个地区和各个机构计算机网络的数据通信网。在i n t e r n e t 上实现教学的最 大优点在于它突破了传统课堂中人数及地点的限制。在i n t e r n e t 上实现教学，其学 习人数可以无限多，而且世界各地的学生都可以参与学习，不必集中于同一地点。 其最大缺点是缺乏在课堂上面对教师的那种氛围，学习情景的真实性不强，利用 i n t e m e t 实现网络教学可以分为同步式和异步式两种： 1 、同步式教学 这种模式除了教师、学生不在同一地点上课之外，学生可在同一时间聆听教 师教授以及师生间有一些简单的交互，这与传统教学模式是一样的。在教学过程 9 电子科技大学硕士论文 中，教师事先准备好讲授的材料，这些材料通常是以多媒体信息方式呈现，包括 文本、图形、声音，甚至还有一些视频内容。 同步式教学主要应用i n t e r n e t 的网络音视频技术，通过地网( d d n a d s l a t m ) 或天网( 卫星) 将多媒体授课教室中教师授课内容和授课情景实时转播到远端多媒 体听课教室，学生可在远端即时回答老师的提问或向老师提问，实现了与真实课堂 类似的实时交互式教学。 2 、异步式教学 异步式教学利用i n t e r n e t 的w w w 服务及电子邮件服务就可以满足基本要 求。这种模式是由教师将教学要求、教学内容、以及教学评测等教学材料，编制 成h t m l 文件，存放在w e b 服务器上，学生通过浏览这些页面来达到学习的目的。 当学生遇到疑难问题时，便以电子邮件的方式询问教师，教师再通过电子邮件对 学生的疑难问题给予解答。在此过程中，学生还可阅读一些教师提供的参考资料。 学生不仅可以通过b b s 或电子邮件向教师请教，也可以通过b b s 或电子邮件与其 他学习者讨论交流。 异步教学的另外一个重要学习方式是课件点播( c o u r s e w a r eo nd e m a n d ) ，将 多媒体课件放在服务器上，学生依据个人学习进度通过网络点播所需课件进行自 主学习。课件点播与网上辅导答疑、网上讨论、网上自测等环节相结合，完成了 网络教学的异步教学过程。当前网络教育以在职人员的继续教育为主，课件点播 在网络教学中起着越来越重要的作用。 在i n t e r n e t 上实现讨论学习的方式有多种，最简单实用的是利用现有的电子 公告牌系统( b b s ) 。这种系统具有用户管理、讨论管理、文章讨论、实时讨论、用 户留言、电子信件等诸多功能，因而很容易实现讨论学习模式。这种模式可以由 专职教师监控，即由各个领域的专业教师在站点上建立相应的学科主题讨论组， 学生可以在自己学习的特定主题区内发言，并能针对别人的意见进行评论，每个 人的发言或评论都即时地被所有参与讨论的学习者所看到。 由于目前互联网上运行的ipv 4 不具有服务质量保证，不能预留带宽，不 能限制网络时延，因此，广域网上的ip 网网络主要用于开展远程教育中实时性 要求不高，网络占用少的异步教学活动。同步的流媒体广播教学，基于桌面视频 会议系统的同步教学，在广域的ip 网上效果不理想，当前主要用来对远程网络 教育学生进行答疑使用。 本设计就是实现在网络上通过课件点播( c 0 d ) 和网上讨论学习的形式实现异 步式教学。 1 0 第三章流媒体技术和相关网络协议 3 1 多媒体格式 第三章流媒体技术和相关网络协议 由于现代远程教育是在卫星电视、电信及计算机三大网络环境支撑下开展的 网络教育，通常现代远程教育的教学媒体由以下几部分组成： 网络：网络课堂、网络课程、教学模块、视频会议、e m a i l 、b b s 、i p 电话、 i p 数据广播等。 电视：广播电视、v o d ( 视频点播) 、v b i 等。 电子教材：磁带、磁盘( c o r o m 、v c d 、d v d ) 、c a i 课件等。 电话：常规电话、语音信箱、传真、录音电话等。 文字教材以及补充形式的面授 可见，多种媒体技术在卫星电视、电信及计算机三大网络环境下的应用是网 络教育的核心技术，而计算机多媒体技术是处理各种媒体技术的关键。多媒体技 术是指能够同时获取、处理、编辑、存储和呈现两个以上不同类型信息媒体的技 术，这些信息媒体包括文本、图像、图形、动画和活动图像等。换句话说，多媒 体技术提供了三种新的能力，即在通信中结合电视的音像能力、出版发行能力和 计算机交互处理能力。多媒体技术是基于计算机技术的综合技术，包括数字信号 处理技术、音频和视频技术、计算机硬件和软件技术、人工智能和模式识别技术、 通信和图像技术。它是正处于发展过程中的一门综合性的高新技术【7 】o 网络远程教学不仅要突破教室的时空间概念，而且远程教学系统作为基于互 联网的一种新的教学方式，它不能完全沿袭传统的教学方式，必须是以学习者为 中心，教师从知识的传授者和教学的组织者转变为学习的帮助者和引导者的主控 式教学方式。在网络教育的教学过程里如何向学生呈现教师经过教学设计的教学 内容是一个非常重要的关键问题。无论是课堂上的同步教学还是网络环境里的异 步教学过程，聆听教师的授课是不可缺少的环节，授课教师包括教师在授课过程 中使用的媒体，可以使用计算机多媒体技术处理成音视频媒体，供学生在课后或 业余空闲学习时间里重复浏览学习，是网络教育与传统教育迥然不同的地方。 在计算机多媒体技术中的音频、视频技术采用的是全数字技术。模拟音频、 视频信号的数字化编码( 模数转换) 是将人所能接受的模拟音频、视频信号转换 电子科技大学硕士论文 为计算机能够识别的数字信息，它是数字音频、视频处理技术中的基础【6 j 。 以前，由于受到网络带宽的限制，互联网上的数据都是以文字、图片之类的 静态内容为主，而那些音频、视频数据很难在网上发布，因为一般非压缩的广播 级品质视频需要1 6 0 m b p s 的网络带宽，非压缩c d 音质的音频则需要大约2 8 m b p s 的网络带宽。目前，部分网络用户的带宽还只是5 6 k b p s ，这与音频、视频的传播 要求相差甚远。网络带宽很难在短期内得到迅速提升，因此要实现网上音频、视 频传播就必须在传播文件本身下功夫，这样就出现了流媒体技术。( s t r e a m i n g ，即把 音频、视频数据经过压缩存放在网络服务器上，然后其他计算机就可以边下载解 压缩边播放) 。 3 2 流媒体技术 3 2 1 流媒体技术原理 在网络上传输音频、视频等多媒体信息目前主要有下载和流式传输两种方 案。流媒体指在i n t e m e t 中使用流式传输技术的连续与时间相关的媒体。流式传输 定义很广泛，现在主要指通过网络传送媒体( 如视频、音频) 的技术总称。 流媒体技术的核心在于所采用的编解码系统，它主要实现对音频、视频文件 的压缩和解压缩，从而实现在低速网络上的传播。同样，在远程教学中，我们也 可以引入流媒体技术在网上传输多媒体课件信息，达到更好的播放效果。与多媒 体播放相比，流媒体技术更注重实时性。在流媒体出现之前，用户只能将音、视 频文件完全下载完后才能播放，缓慢的网速让用户无法接受。采用了流媒体技术 就可以边下载边播放，用户端与流媒体服务器建立连接后，只需等待很短的数据 缓冲时间，用户就可以收看或收听在线节目了。 流媒体无须下载，就可在线即时收听收看媒体。它有很大的压缩比因此消耗 更少的带宽和存储空间，并且有很大的压缩范围，可适应从窄带到宽带任意的网 络带宽。流式传输的实现需要合适的传输协议。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 曙厂r c p 来传输控 制信息，而用r t p u d p 来传输实时多媒体数据。 流式传输的过程一般是这样的：用户选择某一流媒体服务器的连接后，w e b 浏览器与w e b 服务器之间使用h 1 四t c p 交换控制信息，以便把需要传输的实时 1 2 第三章流媒体技术和相关网络协议 数据从原始信息中检索出来，然后客户机上的w e b 浏览器启动一个与媒体播放相 关的h e l p e r 程序，使用厂r p 从w 曲服务器检索相关参数对h e l p e r 程序初始化。 这些参数可能包括目录信息、a n 数据的编码类型或与a v 检索相关的服务器地 址。初始化后，a nh e l p e r 程序与流媒体服务器之间运行实时流协议f r t s p ) 以交换 v 传输所需的控制信息，与c d 播放机或v c r s 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。同时，a n 服务器使用 r t p u d p 协议将媒体数据源源不断地传送给a n 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a v 数据抵达客户端，a w 客户程序即可播放输出。 缓冲存储是流式传输实现的基本技术，流式传输的实现需要缓存。因为 i n t e r n e t 以包传输为基础进行断续的异步传输，对一个实时a v 源或存储的v 文 件，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，故到达客户端的时间延迟也就不等，甚至先发的数据包还有可 能后到。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，而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。通 常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据，通过 丢弃己经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放 的内容。其效果如图3 1 图3 1 流式传输的实现需要合适的传输协议。需要说明的是，在流式传输中，使用 r t p u d p 和r t s p t c p 两种不同的通信协议与a ，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 v 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3 2 所示。 电子科技大学硕士论文 数据流r t p u d p 图3 2 流式媒体传输的工作原理 现在常见的视频和音频文件格式如表3 1 表3 1 常见的视频和音频文件格式 文件格式扩展名 媒体类型与名称压缩情况 ( v i d e o | 氏u d i o ) m 0 v q u i c k t i m ev i d e ov 2 0 可以 m p g m p e g1 d e o 有 m p 3 m p e g l a y e r3a u d i o 有 w a v舫v ea 口d i o 没有 a i fa u d i oi n t e r c h a n g ef o r m a t 没有 s n ds o u n da u d i of i l ef o r m a t没有 a ua u d i of i l ef o r m a t ( s u n o s ) 没有 a l u d i ov i d e oi n t e r l e a v e dv 1 0a v l 没有 ( m i c r o s o f tw i n ) 1 4 第三章流媒体技术和相关网络协议 现在常用流式文件格式见表3 2 表3 2 常用流式文件格式 文件格式扩展 媒体类型与名称 ( v i d e o a u d i o ) a s fa d v a n c e ds t r e a m i n gf o r m a t ( m i c r o s o f t ) n nr e a lv i d e o a u d i o 文件( p r o g r e s s i v en e t w o r k s ) m 0 v q u i c k t i m ev i d e o r ar e a la u d i o 文件( p r o g r e s s i v en e t w o r k s ) r p r e a lp i x 文件( p r o g r e s s i v en e t w o r k s ) r tr e a lt e x t 文件( p r o g r e s s i v en e t w o r k s ) s w fs h o c kw a v ef l a s h ( m a c r o m e d i a ) c s f 科建流媒体( ( c o l l e g e s o f t ) 3 2 2 流媒体传输格式 实现流式传输有两种方法：实时流式传输( r e a l t i m es t r e a m i n g ) 和顺序流式 传输( p r o g r e s s i v es t r e a m i n g ) 。 ( 1 ) 顺序流式传输 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部分，顺序流式传 输和实时流式传输不同，在传输期间不会根据用户的连接速度做调整。通过标准 的h t - f p 服务器可发送这种形式的文件，它经常被称作h t t p 流式传输。它不支 持交互式操作，严格说来，它是一种点播技术。 顺序流式文件放在标准的h t t p 或f t p 服务