（电路与系统专业论文）远程教学系统中的amr编码和mvc模式网络语音控制研究.pdf

浙江大学硕士学位论文 y8 7 6 5 7 6 摘要 互联网技术的飞速发展，为信息交互提供了新的平台，同时推动着知识的快 速更新。互联网一方面为人们提供了快速的资讯渠道，另一方面加速了人们知识 的老化。传统的以教室为载体的集中式教学模式渐渐跟不上信息更新的步伐，在 这种状况下，新的基于h l b 哪e t 的分布式教学模式应运而生并越来越受到人们的 重视和喜爱，它逐渐成为教学系统的重要组成部分。 论文基于网络教学系统的功能需求和体系结构的特点，以流媒体技术中的编 码与传输理论为基础，并充分结合j 2 e e 分布式系统架构平台下m v c 综合软件 开发框架s o f 队的强大开发、管理功能，设计并实现了远程英语互动教学 系统。该系统的功能通过w e b 服务发布，并以第三代移动通信的语音编码标准 ( a m r ) 作为音频数据的压缩编码方式。同时，系统基于a v 0 i c e 识别引擎对在线 实时语音数据的识别结果，在为用户提供一个客观的评价标准的基础上，通过教 学规律专家系统引导用户循序渐进地学习。a m r 支持8 种兼容的编码速率模式， 能够很好地适应网络带宽的变化，提供稳定质量的语音服务。 论文深入研究了a m r 编码算法的各个功能模块，并基于相邻语音帧数据的 相关性特点，提出了对w o 处理中子带能量判决模块、矢量量化码本搜索模块 和基音周期计算模块的改进方案。同时，为了评定改进a m r 编码算法的性能和 系统的整体负载能力，论文设计了模块测试方案和系统综合测试方案，并对测试 结果进行了深入的分析。 关键字：远程教育，m 、，c ，s a ，a m r ，基音周期计算，活动语音检测，码本搜索 浙江大学硕士学位论文 a b s t r a c t d u et om ee x p l o s i v ed e v e l o p r r 坨n to fm e1 嘶如nt e 6 h n o l o 影，i d b m a t i o nh a s r e c e i v e dan e we x c h a l l g ep l a t f 0 加，a n dk n o w l e d g eh a sb e e nd e v e l o p i n gm o r ea n d m o r ef 如t i n t e m e tt e c h n 0 1 0 9 yi sc l m g i n gi n t e m 咖r 虹n ga n dc o m m l | l l i 洲o n e v o l u t i o 姐r ya n da f 凫c t sd e e p l ye v e r y o n e l sl i f e ，o no n eh a n d ，“b r i i 培sav e i yf 如tw a y t op e 叩l et og e t 也ei n f o m l a t i o nw l l i c ht h e yn e e d ，o nm eo m e rh a n d i tm a 壬r e sp e o p l e s h l o 、讥e d g ed e g e n e r a t em o r ea d m o r ee a s i e r i n 廿l es c e n e 恤ti m e m e tm a ：k e s t r a d i t i o n a lt e a c h i r 培m o d e lw l i c hb 嬲e do ns t u d 翱t s a g 舒e g a t i o nt ot e a c h i n g o m f a l l sb e b j n d 吐l ed e v e l o p m e m0 ft l l e 】m o w l e d g e su p d a t i n g ，t h en e wt e a c 址n gm o d d w 址c hb a s e do ni n t e m e th a sr e c e i v e dm o r ea 1 1 dm o r ea 慨t i o a c c o r d i n g t ot 惦s p e c 函c a t i o nr e q l 王主r e m e n to ft h er e m o t ce d u c a 虹d ns y s t e ma l n 也e a r c l l i t e c t l l r ef ba _ t l l r eo ft h es y s t c m ，曲ep 印e rd e s i g n sa 1 1 di n l p l e m e n t s 也eo n - l i l l c e n g l i s h 把a c h i n gs y s t e mw i i c hb a s e do na m rs p e e c he n c o d ea r i 上h m e t i cw t d c hi st h e s p e c i 丘c 戳i o no f t l l e3 gm o b i l ec o m m u n i c 丽o n 。t h ei m p l e m e n to f 钍撑t e a 幽抽gs y s t e m f 0 i l o w st h ew a yo fm v cs o f i 、a r ed e v e l 印m o d e l ，锄di tt a k e sa d v a n t a g eo fs o n a 抒锄e w o r kt os i n l p l i 母m ec o n s m l c 廿帆o fm ew h 0 1 es y s t e m t h es y s t e mp u b l i s h e sm e s e r v i c ev i aw 曲a 1 1 dc o l l a b o r a t e s 诵t hv i a v o i c er e c o g i l i z ee n g i n et op r o v i d ea o 巧e c t i v e j u d g 锄e mo f u s e r s o r a le n g l i s hq u a l 研 t h ep 印e rs t u d i e st h ea m re n c o d e ra r i t l l i m 蚯cd e e p l ya n dm a k e ss o m ee v 0 1 u t i o ni n s u b i b a n de n e r g y j u d g es u b m o d e lo f v r a dd e t e c tm o d e l 、v qc o d e b o o ks e 扑c hm o d e l a n dp i t c hc a l c u l a t e m o d e l a t l a g c ，i n o r d e r t o t e s t t h e 证l p r o v c m e n t o f t h e n e wc o d e c 面廿l m e 如a n dt h ep e r f 酾m a n c eo ft h cs y 咖m ，t 1 1 ep 印e rd e s i g i l st h et e s tm o d e l 蛆d a n a l y s e st l 】er e c o r d e dr e s u hd a 饥 k 岛w o r d ：r e m o i ee d u c 积o n m 忱，s o f i a ，枷t ，v 佃，p i t c hc a l c u l 疵，c o d e b o o ks e a r c h 浙江大学硕士学位论文 1 1 研究背景 第一章绪论 信息时代促进了多媒体技术的发展，同时也给信息共享和更新提供了一个世 界性的平台i n t e m e t ，它为信息传播提供了一个新的渠道，大大缩短了人们知 识的更新周期，并推动了教育领域的改革。传统的集中式教学模式渐渐跟不上知 识的更新速度，而基于流媒体技术并采用b ，s 系统构架的分布式远程教学模式更 能适应现代的特点，逐步成为新一代的教学方式。 1 1 1 远程教育的意义 随着m t e m e t 和多媒体技术的迅速发展，信息交流和共享趋向于网络化。当 今世界处于信息爆炸的时代，知识更新的周期越来越短，它对生产方式和生活方 式产生了重大的影响，同时也引起了教育领域的深刻变革。传统黑板加粉笔的教 学方式渐渐不能满足大量信息的教学内容，新的教学形式现代远程教育应运 而生，它使教育体制和教育模式产生新的重大的飞跃，它是实现高等教育大众化、 终身化和国际化的必然途径。远程教育是指师生凭借媒体所进行的非面对面的教 育，它使教师和学生能够不受距离远近的影响。同时对由于学生学习时间差异较 大所引起的问题提供了很好的解决方案，使学习资源具备高度的可存储性和反复 调用性。同时，对于在线的教学系统，老师和学生之间，学生与学生之间都能够 双向交互，从而提高了学习的效率。随着互联网技术的发展，尤其是流媒体技术 的不断成熟，远程教育通常采用网络化平台作为载体，形成分布式的网络教学系 统。网络教学系统极大地促进学校的教学改革，它能够充分利用网络信息资源， 非常有利于最新研究成果的发布和师生之间的交流，不但大大提高教学效率和质 量的，而且能够很好地培养学生自主学习，并发挥学生的积极性和创造性。同时， 网络教学系统能够在最大的范围内共享信息，向社会各个层次各个领域的人才提 供自我资源增值的教育服务。远程教育的发展和普及程度同时也是衡量一个国家 和地区科学技术水平和经济发展程度的重要标志。互联网的普及化和它一系列的 优点促使了网络教学系统逐步成为现代教育技术最大的研究开发基地和最大的 4 浙江大学硕士学位论文 技术交流中心，对现代教育技术的发展和人才培养起着巨大的作用。 1 1 2 远程教育系统的概述 网络教学系统是远程教育系统的最重要的组成部分，它的系统结构、可操 作性、灵活性、稳定性等一系列相关技术的研究成为目前信息高效传播平台的研 究热点。在网络教学系统的交互中，将信息从教师端传递到远程的学生端是最重 要也是最基本的要求，需要传递的信息载体是多元化的，包括视频、音频、文本、 图片等。音视频等多媒体资料数据量比较大，使用流媒体技术是可行性最高也是 最经济的解决方案。由于b ，s 模型能够独立于特定的操作系统平台，提供了异构 平台之间无缝衔接的技术，同时也很好地解决了传统分布式对象模型f 如 c o m c o m + l l 】，c o r b a 2 j ，e j b 【3 1 ) 中客户端与服务器之间必须基于相同的体系结 构进行紧密耦合的缺陷，因而以流媒体技术为核心的网络教学系统一般使用基于 w e b 服务的b s 系统模型进行架构。 1 1 2 1 网络教育系统的系统构成 网络教育系统在功能协作上可以分为客户端子系统、网络通讯与控制子系 统、媒体数据编解码子系统和服务器端予系统，另外对于高负载的应用，一般还 会增加负载均衡子系统。客户端子系统主要由浏览器构成，系统以浏览器插件 ( b h o l 4 j ，b r o w s e rh e l p e ro b j e c t ) 或者网页控件( 如a c t i v e x 控件) 的形式向用户提 供特定的流媒体服务。通过这种方式提供服务有利于系统的维护和稳定性、而且 系统升级非常简便，甚至能做到对用户完全透明。网络通讯子系统负责客户端与 服务器端的通讯和数据传输，包括客户端的媒体请求信息和验证信息、网络当前 带宽状态、逻辑数据通道拥塞控制信息、服务器的确认信息等。数据编解码子系 统，主要是根据网络带宽和客户端的资源选择最合理的编码模式，网络带宽一般 分为静态协商模式和动态检测模式，静态模式通常是在请求媒体资源时通过客户 端和服务器端协商确定，在服务的过程中保持不变；而动态检测模式则是服务器 端通过检测通讯状态动态的确定当前带宽，从而选择最合适的编码方式发送数 据，这要求客户端具有分层解码能力。服务器端子系统可以进一步划分为用户登 浙江大学硕士学位论文 录与权限认证子模块、媒体资源访问子模块、系统安全与状态监控子模块、数据 库瓷源缓存与共享调度子模块和负载均衡子模块，它们维护了服务器端的登录认 证、资源的动态加载和释放、系统本身的运行状态和对同时在线的用户的状态维 护、系统共享资源池的管理和媒体数据流的动态管理、当前用户请求的缓存和响 应服务器的选择调度等等。通过各个子系统的相互协作，网络教育系统不但能实 现以“观看记录片进行学习”模式的网络课堂，而且能够实现基于实时音视频采 集、编码、传输的互动教学系统。 1 1 。2 2 网络教育系统的相关技术 网络教育系统是一个基于w e b 服务平台的，集合了流媒体技术、数据库技 术和网络传输技术的综合应用系统。 w e b 服务是松散藕合的可复用软件模块，它建立在开放的) m 正，h t t p ， s o a bw s d l u d d i 等标准之上的技术。x m l 技术是w e b 服务的基石，s o a p 是w e b 服务的通倍协议，w s d l 是w e b 服务的描述语言，而u d d i 则是w e b 服务的发布和查询机制。最简单的w e b 应用由浏览器、w e b 服务器、数据库 服务器三层组成，三层体系结构被划分为：表示层( p r e s e n t 砸o n ) 、功能层( b l l s j n c s s l o g i c ) 、数据层如s o u r c e ) ”。基于b ，s 结构建的分布式网络应用系统能够很好 的解决异构平台互通、跨防火墙操作等问题，同时有良好的封装性，容易部署和 管理，便于系统升级等。j 2 e e 是个开发和部署分布式的多层应用系统的优秀 平台，它包含了e j b 、s e r v l e t s 、j d b c 等核心技术，而且平台提供了e j b 容器、 w e b 容器、应用客户容器、a p p l e t 容器四种容器软件实体为分布式组件 提供了一个企业级的安全稳定的运行环境。同时，由于j 2 e e 州是以j w a 语言为 载体的，从而系统具备了跨平台的特性和强大的伸缩性。功能完善的基于w e b 的应用系统往往结构复杂，给开发、维护、升级带来很大的困难。m v c 川( 模式 一视图一控制器) 软件开发模式的引入，很大程度上提高系统模块的独立性，而 模块之间的耦合性则大大降低，不但提高系统的开发效率，而且有利于系统的维 护和升级。m v c 模式是一种架构大型软件系统的模型，将显示逻辑、数据组织 逻辑和业务控制逻辑分开构架是他的核心思想，它在很大程度上提高了代码的灵 活性与复用性。目前，有很多基于m v c 模式搭建的应用框架，如s o f i a 叫、s t r u t s 浙江大学硕士学位论文 等，它们提高了w e b 应用系统的开发的效率。 流媒体技术是融合了网络通讯技术后所产生的跨领域的综合的多媒体技术， 它集成了数据的采集、编码、网络传输等多个领域的研究成果，将数字媒体信息 以流式传输( s 的锄) 的形式通过网络上传送到客户端是流媒体技术的关键。流技 术包括实时流式传输( r e a l - t h es 仃唧血曲和顺序流式传输( p r o g r e s s i v es 仃c 瓤曲蓟 两种形式，而媒体数据主要包括音频数据和视频数据，它们分别有特定的编码算 法，如音频编码包括p c m 、l p c 、c e l p 、朋艘等，而视频编码有m p e g 、h 2 6 l 、 h 2 6 4 等。构建于网络的流媒体应用系统，以一系列的网络通讯协议作为数据传 输和校验的软件载体，从而提供连续在线的音视频服务。其中网络传输协议主要 包括：实时传输协议r t p 、实时传输控制协议r t c p 、实时流协议r t s p 和i 峪， 协议。 此外，为了对用户信息和权限认证和维护系统的一致性，网络教学系统基于 数据库存储技术维护用户基本信息和学习进度信息的一致性。这样，一方面有利 于学生进行分层次的阶段性学习，另一方面也保证了系统的安全和稳定。 1 1 3 远程教育的发展 远程教育是通过将各种教育技术与现代通讯与传播技术相结合，使教师和学 生在时空上相对分离的教育形式，它以学生自主学习为主、教师助学为辅，在特 定的学习场合，还可以通过实时流媒体技术实现在线的教学。远程教育已经历了 由1 9 世纪中叶兴起的函授教育、2 0 世纪初兴起的广播电视教育，直到2 0 世纪 末期出现的双向交互网络教育等三个发展阶段。 函授教育是历史最悠久的远程教育方式，虽然现在的通讯事业已经相当发 达，各种通讯手段不断推陈出新，但函授方式还一直发挥作用。“远程教育”一 词的出现可以追溯到1 9 世纪中叶，当时远程教育以函授( c o r r e s p o n d e n c e ) 的教学 方式进行，教学材料通过邮寄的方式提供给求学者。世界上第一个远程教育大学 南非大学在1 9 5 1 年成立，专门从事函授教学。函授教育是现代远程教育的起 源。 2 0 世纪初，随着无线广播技术和电视的发明和广泛应用，为远程教育提供了 新的平台。主办者通过将教学内容录制成的电视和录音节目，然后通过广播台或 7 浙江大学硕士学位论文 电视台( 有线电视台) 播出，以供学生观看学习。1 9 6 9 年，英国开放大学的建立， 标志着以电视广播的方式为载体，向学者提供视听材料进行学习的第二代远程教 育系统的诞生。但是广播电视是以单向传输的方式向用户提供学习内容，无法实 现教师与学生、学生与学生之间的互动。 随着互联网技术的迅速发展，特别是流媒体技术的日益成熟，推动着远程教 育进入了基于计算机网络和多媒体技术的双向互动的教育模式。网络在远程教育 中以w e b 服务的形式向用户提供学习材料，同时通过使用音视频的编码压缩技 术和现代通讯技术，教师和学生之间可以进行实时的视频会议，直接进行跨空间 的互动教学。目前，已有不少大学、科研机构和公司开发了各具特色的远程教学 平台，如b r i d s hc o l u h l b i a 计算机科学系开发的w 髓一c t ，加拿大s i m o nf r a s e r 大 学开发的v i r t u a l u ，美国p e l l t l s y l v a n i a 州立大学开发的w i s h 。加拿大奥兹公司开 发的奥兹在线、美国安博公司开发的安博网络远程教育平台等。 由于我国人口众多，人均资源相对缺乏，远程教育对于我国的教育事业意义 尤为重大。为了实现教育的信息化和网络化，在1 9 9 4 年，相关部门开始建设中国 教育科研计算机网( c e r n e t ) ，如今，c e r n e t 正为己连接通达1 0 0 多个城市1 0 0 0 万用户提供服务。此外，以c h i i 洲e t 为主干的中国公众网络覆盖了整个中国， 网络用户己经超过了6 千万。目前我国已开发了一些网络教育平台，如北京师范 大学开发的v c l 鹳s 、北京大学开发的北大网络学堂、清华同方开发清华网络学 堂、北京网梯公司开发网梯教学平台、北邮在线开发的“北邮在线教学平台”等。 1 2 本论文的研究内容 网络化的远程教育系统是以流媒体作为核心技术的，流媒体系统综合了音视 频数据的采集、数据编码、网络“流”化、解码输出等一系列的基础技术。在流 媒体应用系统中，用户接收的音视频数据的质量一方面取决于编解码算法的性 能，另一方面取决于网络传输造成的延时、误码和丢包。目前，随着网络传输介 质的性能提升和网络交互技术的进步，由于网络传输发生的差错率大大降低。但 是对于网络教育系统来说，同时在线的用户量很大，同时提供实时的音视频流会 造成网络流量的局部剧增，从而形成很大的网络延时，甚至引起灾难性的网络丢 包和传输差错。另外，如果用户通过跨越多个网络的广域网请求服务，那么用户 浙江大学硬士学位论文 的有效带宽将会产生较大范围的动态变化，从而引起音视频数据流发生较大的波 动，即使引入缓存技术，也经常出现断断续续的现象。 论文的重点是设计一个基于b ，s 模式架构的具有在线口语练习功能的网络英 语教学系统，该系统能够根摆网络带宽状态“智能地”动态选择语音信号的编码 方式，从而提供稳定的音频数据服务。系统的动态编码调度算法根据当前网络带 宽的状态动态选择a m r 语音编码算法中的最佳码率模式，并对码书和声码器的 状态在不同算法之间转换进行平滑的过渡。论文研究的网络英语教学系统基于 m v c 模式构架，同时应用了以j 2 e e 核心技术为支柱的s o f n 应用框架作为开 发基础，因而具有很大的伸缩性和稳定性。s o f m 是一个功能强大的w e b 系统 的综合开发框架，它能够大大提高了在系统开发、维护和升级过程中的效率。 1 3 论文结构 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 绪论，介绍远程教学发展过程、意义和系统的结构特点 介绍流媒体系统的组成、控制协议和数据处理等相关技术 介绍j 2 e e 平台与m v c 软件开发模式的优点，重点介绍了s o f 认框架 对远程英语教学系统中妯r 语音编码技术进行了研究，并对算法中的 模块、l s p 量化和联合增益量化模块进行了改进 基于a m r 语音编码和m v c 开发框架s o f n 的在线英语教学系统 的系统设计与模块设计， 在线英语教学系统的模块实现与功能测试( 包括改进的a m r 算法测试 和系统模块功能测试) ，并对测试结果进行了深入分析 第七章总结与展望 9 浙旺大学硕士学位论文 第二章流媒体技术 随着互联网的迅速发展和普及，人们对于网络音视频传输等流媒体业务的需 求日益增加。流媒体技术是解决因特网上音视频应用的重要综合技术之一，并在 互联网的发展带动下，正成为网络传输技术的研究热点之一。流媒体系统作为 种基于i p 网络的宽带多媒体通信系统，对网络带宽的变化比较敏感。网络带宽 状态是变化的，如何在资源有限的i p 网络上提供高质量的，稳定的媒体服务是 流媒体系统设计的关键。 2 1 流媒体的概念 流媒体即流式媒体( s t r e a mm e d i a ) ，其灵活的数据编码算法与网络传输控制协 议使用户可以实时在线浏览媒体内容，而不需要在完整下载媒体文件到本地硬盘 后才能收看。流媒体技术是融合了网络通讯技术后所产生的跨领域的综合技术， 它涉及媒体数据的采集、压缩、存储、传输以及网络通信等多个领域【l ”。 多媒体信息主要通过两种形式在网络上传播：下载和流式传输。下载方式包 括f t p 、文件共享等，用户必须在下载媒体文件至本地后才能观看其内容。当多 媒体文件很大时，在网络带宽有限的条件下，常常要花数分钟甚至数小时，不适 合实时性要求比较高的应用场合。同时，下载方式对本地存储器的容量也有定 的要求，这就限制了p d a 、移动终端等低存储容量设备的使用。流式传输方式 则是通过服务器将多媒体信息以数据包的方式向网络用户实时地提供媒体内容， 客户端在接收到少量的数据包并进行解码后就能开始观看。流方式f l 副使用户只需 要缓存几秒的数据就能够观看媒体内容，非常适用于实时监控、远程互动教育等 场合。相比于下载方式，流式传输具有显著的优点：一方面因为只需要缓存少量 的数据，从而降低了对存储器容量的要求；另一方面，流式传输延时少，基本能 达到一般实时监测的需求。而且由于用户是以数据包的形式获得数据，从而无法 修改媒体本身的内容，有助于保护媒体文件的著作权。从广义上说，流媒体是使 音视频数据形成稳定和连续的传输流和回放流的相关技术、方法和协议的总称。 而从狭义上说，流媒体是相对于传统的下载一回放( d o w n l o a d p l a y b a c k ) 方式而言 的媒体编码( 或存储) 格式，用户能通过i n t e m e t 接收、缓存、解码输出媒体内容。 浙江大学硕士学位论文 2 2 流媒体的发展概况 流媒体技术将数字媒体以“流”( s n a m ) 的形式通过网络传送到客户端，人 们可以在线欣赏高质量的音视频信息。流媒体应用系统是基于硬件设备资源、网 络传输控制、媒体文件编码压缩及客户端的解码等几个重要因素构建而成的。早 期的流媒体主要应用在窄带系统上，因为受网络条件的制约，人们仅仅可以看到 一个很小的视频播放窗口。即使在具备一定带宽的局域网上，由于音视频编码算 法、客户端解码速度和服务器性能的限制，也很难欣赏到高画质节目。随着音视 频编码技术和互联网的发展，网络运营商纷纷投入到宽带互联网的建设项目中。 现在，人们在互联网上可以看到可以和v h s 、d v d 画质相媲美的数字流媒体。 流媒体系统在中国的宽带建设中被列为最主要的应用之一，越来越多提供网络在 线服务的运营商采用网络音视频媒体服务方案，以增强在网络服务上的优势。 目前，宽带化成为建设信息高速网络架构的重点，许多城市的城域网接入到 核心网络各个部分都实现了宽带化，从而架构了以i p 为基础的无阻塞数据承载 平台。在接入方面，目前接入方式从传统的通过电话线5 6 k 拨号逐渐演变到多种 宽带接入，比如a d s l ，l a n 等等。宽带网络为流媒体系统提供了相对充裕的 带宽条件，为流媒体的发展建立了必不可少的物理基础。 1 1 1 2 - 1 流式传输技术 流式传输技术是流媒体实现的关键。实时流式传输( r e a l d m es 仃e 锄i n 曲和顺 序流式传输q ) r o g r e s s i v es t r c 锄i n g ) 是流式传输的两种形式。顺序流式传输就是下 载模式，在特定的时刻，用户只能观看已下载的那部分内容，而不能浏览还未下 载的部分，它在传输期间不能根据用户连接的速度做动态编码速率调整。由于标 准的h t t p 服务器可以实现下载的功能，因而顺序流式传输经常被称作h t t p 流 式传输。顺序流式传输易于管理，与防火墙无关，但不支持广播。实时流式传输 基于媒体信号带宽与网络连接速度匹配原则，动态选择音视频编码方式，提供特 定带宽下最佳的质量服务。实时流与m t p 流式传输不同，它采用一系列的编码 技术和网络传输技术实现实时播放，适合现场直播节目。对于已经存在的媒体文 件，实时流模式还支持随机访问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。 祈江大学硕士学位论文 1 1 2 2 流媒体的主要技术及其比较 目前比较流行的流媒体存储格式主要有三种，分别是r e a ln 曲o r l 岱公司的 r e a lm e d i a 【1 3 1 ，微软公司的w m d o 耶m e d i a 【1 4 1 ，苹果公司的q u i c kn m e 【1 5 】。 r lm e d i a 包括三类流格式：r e a la u d i o 、r e a l d e o 及r e df l a s h 。分别代 表音频、视频和动画格式。r e a l 使用专用压缩算法，并通过s v t ( s c 幽m e d e o t e c h n o l o g y ) 技术提供多层次的视频质量服务。黜a l 通过s u s t r e 锄技术以适应 客户端硬件条件，将数据以最佳的压缩方式提供给用户。 微软公司的珊n d o w sm e d i a 流技术构建于a s f ( a d 咖c e ds 仃e a mf o 肌a t ) 数 据格式。a s f 支持任意的压缩解压编码方式。音视频数据以及控制命令脚本等 多媒体信息通过a s f 格式，以数据包( 称为a s fs 缸e a m ) 的形式通过网络传输， 实现流式多媒体内容发布。 a p p i e 公司的q u i c k t i m e 是包含了各种各样的流式或者非流式的媒体技术开 放架构。q l l i c k t i m e 采用s o e n s o n d e 0 作为视频压缩技术，而音频则采用 q d e s i 盟m u s i c 技术。q l l i c 娅m e 由q l l i c k n m em o v i e 文件格式、q u i c k i 协e 抽象 层及q u i c k t i n l e 内置媒体服务系统三个部分组成。q u i c k r i 缸e 媒体抽象层是综合 性的媒体软件架构，它定义了外界如何访问q u i c k t 协e 内置媒体服务系统并通过 硬件提升q u i c k 髓n e 的关键性能。 2 3 流媒体的网络传输协议 流媒体系统构建于网络，以一系列协议作为数据传输的保证，其相关网络协 议主要包括：实时传输协议r t p 【1 叼( r e a l _ t i n l et r 姐s p o r tp r o t o c o i ) 、实时传输控制 协议r 1 c p 【1 6 】f 1 8 】a l 础m1 _ m n s p o r tc o n 仃o lp r o t o c 0 1 ) 、实时流协议r t s p 唧 承e a l - t i m es 打蛐gp r o t o c 0 1 ) 、i 氇v p 【1 9 】协议s o u r c ei k s e r v ep m t o c 0 1 ) 。 实时传输协议r t p 和实时传输控制协议r t c p 一起提供流量控制和拥塞控 制。服务器利用r t c p 中的信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。 r 1 限是用于h l t e m d 上多媒体数据流的传输协议，它提供端对端网络传输功能， 适合通过组播和点播传送实时数据。彤呼依靠r t c p 提供可靠的传送机制、流量 控制和拥塞控制。 1 2 浙江大学硕士学位论文 r t c p 协议应用与数据包相同的分布机制将控制包周期性发送给所有连接 者。r t c p 主要功能包括：数据发布的质量反馈、监测并传输r t p 源持久传输层 的标识、速率控制和传输连接控制信息。 实时流协议r t s p ( r e a l t i m es 讹锄i n gp 加t o c 0 1 ) 是由r e a l n e 咖r k s 和 n e t s c a 共同提出的，定义了一对多应用程序通过i p 网络传送多媒体数据的方 式。r t s p 可以是双向的，在体系结构上位于r t p 和r t c p 之上，使用t c p 或 u d p 完成数据传输。r t s p 是应用层协议，控制实时数据的发送。r t s p 提供了 一个可扩展框架，使实时媒体数据的受控、点播成为可能。 r s v p 是i n t c m e t 上的资源预订协议，使用r s v p 预留一部分网络资源，能 在一定程度上为流媒体的传输提供q o s 。在r s v p 中，数据流是系列信息，有 着相同的源、目的( 可有多个) 和服务质量，q o s 要求以流说明形式通讯。流说明 是互连网主机用来请求特殊服务的数据结构，保证主机的数据在互连网传输。 r s v p 支持三种传输类型：最好性能( b e s t - e 助r t ) ，速率敏感( r a t e - s e n s i t i v c ) 与延迟 敏感( d e l a y s e n s i t i v e ) ，支持这些传输类型的数据流服务依赖q o s 实旖【1 6 1 【1 3 l 。 2 4 流媒体的主要应用 流媒体作为一种新型的信息共享载体，伴随着多媒体技术的发展和计算机网 络的普及，特别是企业网，宽带接入等硬件设备条件的提高，它从小规模应用走 向面向整个i n t e m e t 的应用。 2 4 1 远程教育 随着p c 的普及、多媒体技术的发展，给远程教育带来了新的机遇。基于 网络的远程教育系统的研究成为目前信息高效传播方式的研究热点之一。在远程 教学过程中，最重要也是最基本的要求是将信息从教师端传递到学生端，需要传 递的信息是多元化的，数据形式包括：如视频、音频、文本、图片等。将音视频 等多媒体资料使用流媒体技术传送到客户端，无论是从互动性原则，还是从经济 性原则来说，都是最佳的选择。而且对于一些互动性要求很高的教学内容，如： 语言学习、专业技能培训等，实时性( 或者说是导师和学生在线交流) 要求非常严 浙江大学硕士学位论文 格，流媒体系统更是可行性最高、最经济的解决方案。采用基于流媒体技术的互 动教育系统，加上图形捕捉技术，远程教育模式，不再是单纯依靠“看”和“听” 的静止式单向一维教学，而是学生可以“动手”操作的二维互动学习过程。 2 4 2 宽带网络视频点播 视频点播v o d d e o0 nd e m a n d ) 。采用传统的下载技术，客户端需要大量 的存储设备，服务器还要负荷大量的数据传输，无法进行大规模的点播。基于流 技术的v o d 采用了集群技术，分布式处理大规模的并发点播请求，并减轻服务 器的负担。信息家电的发展促使流媒体技术越来越广泛地应用于视频点播系统。 2 4 3 视频会议 视频会议综合了数据采集、音视频编码、网络数据传输多项技术，它是流媒 体技术的重要应用之一。目前，利用流媒体技术可以实现点对点的音视频通讯， 也可以进行多人视频会议。采用视频会议方式不但可以降低开销，而且有利与迅 速的交换信息，因而应用越来越广泛。 2 4 4 数字图书馆 数字图书馆是基于现代信息分类、编码存储、数字化管理等多项技术，将信 息通过网络传播的资源管理系统。它是互联网上信息资源的理想管理模式。数字 图书馆的理念就是把各类的信息，尤其是现存的一些多媒体资料如：c d 、v c d 等通过数字化编码后，可以通过h e n l e t 向所有想的到信息帮助的用户提供支持， 流媒体技术非常适合解决多媒体信息编码存储以及网络传播的过程中的难题。 2 5 小结 本章概述了流媒体的基本概念和技术特点，在总结目前流行的流媒体技术的 基础上，分析了它的核心架构，并对流媒体应用系统的主要组成部分和数据通信 协议进行了讨论。 1 4 渐江大学硕士学位论文 第三章w e b 系统的c 架构与j 2 e e 平 台概述 3 1 w e b 系统的特点 3 1 1 传统a s 系统的局限性 传统客户机服务器( c l i e n “s e r v e r ) 模型是把一个大型的应用程序划分为若干 个可独立运行的模块，分别驻留在客户机和服务器上。客户机和服务器两者都参 与一个应用程序的处理，通过分布协作的形式共享服务器端的资源，或者把网络 上的空闲资源集中起来完成大型的计算任务。构建分布式c s 多层应用系统的分 布式组件对象模型主要包括微软的c 0 m c 0 m 一”，0 m g 的公共对象请求代理程 序体系结构( c o r b a 2 1 ) 和s l l l l 的企业j a v ab e a l l ( e j b 【3 】) 。这些组件的分布式对 象模型，虽然在一定程度上简化了系统开发，但是基于以上技术的系统有一个共 同的缺陷：它们要求客户端与系统提供的服务本身之间是协议相关并紧密耦合 的，客户端和服务器端必须具有同类型的基本结构，如果一端的执行机制发生变 化，那么另一端便会崩溃，这个先天的技术局限性使得基于分布式组件的c s 系 统在异构的i n t e m e t 上显得非常笨拙和脆弱。同时，基于网络安全考虑，构架于 这些协议的通信往往被防火墙阻止，无法实现跨h l t e m e t 通信。另外基于传统的 c s 的系统随着规模的扩大，非常难以升级和维护【2 1 】【捌。 3 1 2 基于w e b 的b s 系统的优点 随着电子商务的迅速发展，独立应用系统解决方案无法满足实际应用的需 求，多系统之间的集成以及互操作促使了基于“浏览器明匣务器”模式的分布式 应用系统的产生。b s 模式是分布式的多系统协作系统架构方案，它通过将表现 层、逻辑层和数据层的分离简化客户端的复杂性，并根据应用需要对复杂的逻辑 层和数据层细化，从而形成多层w e b 应用系统。 w e b 服务建立在开放的) ( i 诅l ，h t t p ，s 0 a p ，、帽d l ，u d d i 等标准技术之上。 浙江大学硕士学位论文 服务流描述层w s f l ：服务发现层 ? 服务发布层 安 服 全 管务 理质 服务说明层w s d l性 量 x m l 消息层s o a p 网络层s m t p ，f t p ， 图3 1w e b 服务协议栈 w e b 的协议架构图3 1 所示。x m l 是 w e b 服务的基石，为s o a p w s d l 及 u d d i 的实现提供了协议基础，s 0 a p 是w e b 服务的通信协议，w s d l 是 w e b 服务的描述语言，而u d d l 贝日是 w e b 服务的发布和查询机制。w e b 服 务为异构系统间的集成及互操作提供 了解决方案，使整个i n t e 蛆e t 成为了p c 桌面的后台服务【2 3 1 【冽【2 鄂。 多层w e b 应用是在w e b 浏览器、w e b 服务器、数据库服务器组成的三层 b s 结构的基础上扩展得到的，三层体系结构被分割成三个相对独立的单元：表示 层( p r e s e n t a t i o n ) 、功能层( b u s i n e s sl o 画c ) 、数据层( d a t as o u r c e ) 【2 2 l ( 2 3 1 。 l 、表示层：w e b 浏览器，它基于 r i y r p 协议向网络上的w e b 服务器提出 服务请求，并把服务器的响应信息显示给用户。 2 、功能层：w e b 服务器和应用服务器，负责处理系统的事务处理逻辑。w e b 服务器主要负责对客户端应用程序的集中管理。w e b 服务器接受用户的 请求，并通过相应的扩展应用程序与数据库进行交互，而应用服务器主要 负责应用逻辑的集中管理。 3 、数据层：数据库服务器，负责数据的存储和组织、数据的备份和同步等。 它与w e b 服务器协作，实现对数据库查询、修改、更新等功能。 基于b s 结构的系统架构成为了目前跨平台系统的主流构建方式，它较传统 的c s 模型的系统有以下的优点【2 3 】【2 4 】： ， 1 、分布式应用：目前，软件以互联网为核心推动着当代商业运作逐步迈向电 子商务时代，采用b s 结构的系统很好的适应了这种变化趋势。 2 、异构平台互通：w e b 服务的最大的优势是提供了异构平台无缝衔接的技 术。克服了传统分布式对象模型如c 0 m + ，c o i 圆a ，e j b 的一个共同缺陷： 它们要求服务客户端与系统提供的服务之间必须基于个同类型的基本 结构，进行紧密耦合。、e b 的协议规范提供了更为标准界面规范和对象 界面发现机制，服务功能标准的服务描述语言w s d l 来表示，使用u d d i 1 6 浙江大学硕士学位论文 进行服务的发布与查询，对于授权认证、数据完整性、消息源认证、以及 事务的不可否认性等运用规范的方法进行描述、传输和交换。从而有效屏 蔽不同软件的平台差异，达到异构平台的互操作性。 3 、跨防火墙：由于防火墙技术，使得c o m + 、c o r b a 等技术在某些场合 下不能发挥作用，而通过使用w e b 服务可以在整个i t e m e t 上进行数据 交换和操作。 4 、 另外基于b ，s 架构的系统有良好的封装性，易于集成，容易部署和管理， 易于维护，支持广域网，扩展性好等。 3 2 j 2 e e 与m v c 模式的基本特点与层次结构 3 2 1j 2 e e 架构概述 j 2 e e 嘲( j a v a2p l a t f o r i n ，e r l t e r 叫s ee d i t i o n ) 是s l l n 公司推出的一种全新概念 模型。j 2 e e 是个构建和实施可移植的、高度可伸缩的企业应用程序的开放标 准。j 2 e e 基于一系列的核心技术：j a v as e l e t s 、j a v a s e r v e rp a g e s ( j s p ) 、j a v a d a t a b a s ec o l l i l e c t i 、，i t y ( j a v a 数据库连接，j d b c ) 、j a v am e s s a 擎s e w i c e s ( j a v a 消息 服务，j m s ) 、j a v at r a n s a c t i o n a p i ( j a v a 事务，n a ) ，j 2 e ec o n n e c t o ra r c l l i t e c t 哪e ( j 2 e e 连接器体系结构) 、j a v an a m i n ga 1 1 dd i r e c t o r yi n t e 面c e ( j a v a 命名和目录接 口，j n d i ) 、j a v a m a i l ( j a v a 邮件服务) 和e m e r p r i s ej a v a b e a l l s b ) 等。 s e r v l e t 是基于j 2 e e 应用程序编程接口( a p i ) 及相关类和方法的j a v a 程序， 它定义了w e b 系统功能实现的标准接口，以实现w e b 上请求和响应服务功能。 j a v a s e r v e rp a g e s ( j s p ) 是以跨平台开发语言j a v a 为载体的w e b 动态页面，它为 创建显示动态内容的w e b 页面提供了快捷方便的途径。j d b c 包括应用级接口 和服务提供者接口，提供j a v a 程序和数据库服务器之间的数据交互服务。j t a 为j 2 e e 平台提供了分布式事务服务支持，使得用户可以进行自定义的组合事务 操作。j m sf j a v a 消息服务) 为j a v a 进程相互之问发送同步的或异步的消息提供了 一种机制和编程接口，各个程序基于j m s 并通过标准的a p i 进行通信，开发者 不必再面对不同操作系统、数据表示方式和底层协议所带来的环境复杂性。j n d i 提供一种将j a v a 程序连接到外部命名和目录服务的机制，允许本地或网络资源 1 7 浙江大学硕士学位论文 映射到特定的注册名称，从而使得j a v a 程序可以查询在这些服务中的对象和数 据。j