（计算机应用技术专业论文）多媒体白板系统及其在远程教育中的应用.pdf

大连理工大学硕士学位论文 摘要 随着w c b 技术的飞速发展，网络己经成为现代人不可或缺的一种交流方式。分布式 对象技术和多媒体技术的不断发展和结合给人们提供了新一代通信手段，为跨地区的人 们提供一个相互交流、讨论问题和协同工作的环境，并以其实时性、交互性和大众化等 优秀特点在教育领域得到广泛应用。 近几年来，以i n t c m o t 为主的现代远程教育模式越来越受人青睐。本文在对国内外远 程教育现状充分了解的基础上，将分布式应用技术与现代远程教育的教学模式相结合， 设计并实现了一个多媒体白板系统，利用该白板系统进行网上实时远程教学活动。该系 统以双主互动式原则为指导，采用r m i 灵活的远程调用与回调的分布式对象技术，完成 了实时授课与协同讨论两种学习模式的设计与实现。 本文以远程教学为背景，以r m i 与a p p l c t 相集成的动态技术为技术基础，对多媒体 白板系统的实时协作性进行了详细的分析与设计，主要实现了文本自板、图形白板和音 视频的实时传输与共享等功能。在将多媒体白板系统应用于远程教育系统的过程中，本 文对实时提问控制策略进行了重点研究，有效地控制了实时授课过程中的提问流程，实 现了教师和学生、学生和学生之间的远程交流与协作，为教师和学生提供了一个良好的 教学与交流协作平台。 本文实现的多媒体白板系统，实现了文本白板和图形白板的一体化保存，避免了文 本与图形分开保存所带来的速度和管理问题，是本文的一个显著特点。另外，由于本文 实现的远程教学系统建立在w e b 服务器和r m i 应用服务器之上，使系统具有很强的伸缩 性、通用性、兼容性和可操作性，使两者能够专注于特定的角色和功能。由此而建立的 开放性、协作性的教学环境，对于有效地发挥现有各种教育资源优势、实现资源的合理 配置有非常重要的作用。 关键词：远程教育；r m i ；文本白板；图形白板；音视频 大连理工大学硕士学位论文 m u l t i m e d i aw h i t e b o a r ds y s t e ma n di t sa p p l i c a t i o ni nd i s t a n c ee d u c a t i o n a b s t r a c t w i t ht h ef a s td e v e l o p m e n to fw e bt e c h n o l o g y , n e t w o r kh a sb e a m ea l li n d i s p e n s a b l ew a yt o p e o p l e sc o n l m u n i c a t i o ni nt h em o d e ms o c i e t y t h ec o n t i n u o u sd e v e l o p m e n ta n d c o m b i n a t i o no f d i s t r i b u t e do b j e c tt e c h n o l o g ya n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g ys u p p l i e san c ww a yo f c o m m u n i c a t i o n a n dc r e a t ea ne n v i r o n m e n tf o rc o m m u n i c a t i n g , 0 i s e u s s 啦a n dc o o p e r a t i n gf o rt h ep e o p l ef r o m d i f f e r e n tp l a c e s i ti sw i d e l yu s e di nt h ee d u c a t i o nf i e l db e c a u s eo fi t sr e a l - t i m e i n t e r a c t i v e , g e n e r a l , a n ds i m i l a rk i n d so f a d v a n t a g e s i nr e c e n t l yy e a r s ，t h em o d eo fm o d e mr e m o t ee d u c a t i o nb a s e do ni n t e r a c tb e 0 3 m e sm o r ea n d m o r ep o p u l a r o nt h eb a s i so fk n o w i n gt h ec m r e n td e v e l o p m e n to fr e m o t ee d u c a t i o nh o m ea n d a b r o a d , t h i sp a p e rc o m b i n e st h ed i s t r i b u t e dt e c h n o l o g ya n dt h et e a c h i n gm o d eo fm o d e mr e m o t e e d u c a t i o n , am u l t i m e d i aw h i t e b o a r dw a sd e s i g n e da n di m p l e m e n t e d , w i t hw h i c ht oc o n d u c t r c a l - t i m et e a c h i n g t h i ss y s t e mu s e st h el w o - w a ya c t i v ep r i n c i p l ea st h eg u i d e l i n e , e m p l o y i n gt h e f l e x i b l er e m o t ec a l l i n go fr m ia n dt h ed i s t r i b u t e do b j e c tt e c h n o l o g yo fc a l l b a c k , a n dt r i e st om a k e t h eb o t hm o d e s ，r e a l - t i m et e a c h i n ga n d0 i s e u s s i n gc o o p e r a t i v e l y ，c o m et r l l c t h i sp a p 盯d e s i g n sa n di m p l e m e n t st h er e a l t i m ec o l l a b o r a t i o no fm u l t i m e d i aw h i t e b o a r d d e t a i l e db a s e do i lt h ec o m b i n a t i o no fr m ia n dt h ed y n a m i ct e c h n o l o g yi n t e g r a t e di n t oa p p l e t i t m a i n l yi m p l e m e n t st h et e x tw h i t e b o a r d ，g r a p hw h i t e b o a r d , t h er e a l t i m et r a n s f e r r i n ga n ds h a r i n go f a u d i oa n dv i d e o ，e t c d u r i n gt h eo d u r s eo fa p p l y i n gt h em u l t i m e d i aw h i t e b o a r di n t o 铂e m o t e e d u c a t i o ns y s t e m , t h i sp a p e rp u tm o l ee m p h a s i so nt h er e s e a r c ho ft h ec o n t r o l l i n go fq u e s t i o n i n g , w h i c hm a n a g e st h ep r o c e d u r eo fq u e s t i o n i n gi nr e a l - t i m et e a c h i n ge f f e c t i v e l y i tm a k e st h er e m o t e c o m m u n i c a t i o na n dc o o p e r a t i n gf o rt e a c h e r sw i t hs t u d e n t s , s t o d c l a t sw i t hs t u d e n t sc o m et r u e m e a n w h i l e ，i tp r o v i d e sag o o dt e a c h i n ga n dc o m m u n i c a t i n gp l a t f o r mf o rb o t ht e a c h e r sa n d s t u d e n t s t h em u l t i m e d i aw h i t e b o a r dp r e s e n t e di nt h i sp a p e rs a v e st h et e x tw h i t e b o a r da n dg r a p h w h i t e b o a r d a t t h es a m e t i m e a n d a v o i d s o f t h e p r o b l e m s o f s p e e d a n d m a n a g e m e n t t h a t t h es e p a r a t e s a v es u f f e r s ，w h i c hi sa l s oan o t a b l ef e a t u r eo ft h i sp a p e r b e s i d e s , b e c a u s et h ei m p l e m e n t a t i o no f t h er e m o t et e a c h i n gs y s t e mi sb a s e do nt h ew e bs e r v e ra n dr m i a p p l i c a t i o ns e r v e rt h a tm a k e st h e s y s t e mf l e x i b l e , c o m p a t i b l ea n do p e r a t i n n a l , a n da l s om a k e st h eb o t hc o n c e n t r a t eo nt h es p e c i f i c r o l ea n df u n c t i o n t h et e a c h i n ge n v i r o n m e n tb u mw i t ho p e na n dc o o p e r a t i o np l a y si m p o r t a n tr o l e i n e x e r t i n gt h ea d v a n t a g eo fc u r r e n te d u c a t i o n r e s o u r c e sa n di m p l e m e n t i n gt h er e a s o n a b l y d e p l o y m e n to f r e s o 峭 多媒体白板系统及其在远程教育中的应用 k e yw o r d s ：d i s t a n c ee d u c a t i o n ；r m i ；t e x tw h i t e b o a r d ；g r a p h i c sw h i t e b o a r d ；a u d i o a n dv i d e o l v 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，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的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 作者签名：王画强日期：丛q 6 ：鲨 大连理t 大学硕十研究生学位论文 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学位论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名 导师签名 础 丕鳓 玉洲年| y 窍i g 日 大连理工大学硕十学位论文 引言 随着信息技术、特别是网络技术、分布式对象和多媒体技术的飞速发展，人们已经 开始从观念上改变获取信息的方式，逐渐从被动地接收信息变为主动地获取信息，进而 发展为主动地制造、提供信息，形成了电子信息交流及协作环境。在教育方面，网络汇 集了各种各样的网络资源和交互式多媒体信息，它的多平台交互和多媒体传输功能为远 程教学提供了新的教学环境和教学手段。近年来，国内外通过网络实现信息交流、资源 共享与交互协作，已经成为计算机网络教学研究的热点。以网上交互式学习为主要特点 的现代远程教育在我国得到了巨大发展，它己成为我国教育的重要组成部分。 远程教育也称远程教学，它是相对于传统的学校教育而言的。根据网络远程教学系统 具有的开放性、灵活性、交互性、分散性等特点，通常将其分为异步式远程教学、同步式 远程教学、和交互式实时远程教学。其中交互式实时远程教学模式是人们所憧憬的远程教 学模式。因此本文开发了一个多媒体白板系统，用它来实现交互式实时远程教育活动。 实时协同远程教学强调的是教学活动的实时性和交互性，以尽可能获得与现实课堂 教学一样的协作和效果。这里的实时性主要是指教师的讲课过程和学生的听课过程同时 发生，学生的提问和教师的解答同时发生，学生之间的分组讨论同时发生等。一切的教 学行为在类似师生之问或学生之间直接面对面的环境中实时地发生。而交互性指的是学 生与教师之问、学生与学生之间的直接交互。 世界各国非常注重实时协作系统的研究，如德国以f e r n 大学为代表的远程教育正 试图建立一个完整的网络远程教学体系，结合网上辅导( i m e n t o r i n g ) 、电子会议 ( i m e e t i n g ) ，虚拟课堂o c l a s s ) 。虚拟研讨会( i s e m i n a r ) 和网上广播o c a s o 五种不同的交互 模式，实现即时交互、分工协作和全球范围学习的一种综合平台。 我国绝大多数远程教育试点的院校目前都利用视频会议系统( v i d e oc o n f e r e n c e ) 来 开展网上教学，基于视频会议系统的远程教学基本上是传统课堂的网络化，其建设和运 行成本都很高，且难以支持多种教学模式，特别是难以支持以学生为中心的个性化、探 索式和协作式教学模式。虽然清华大学、复旦大学、华中理工大学等多所重点高校已经 建成一些远程教育系统，实现了组建电子教室，支持电子点名、电子举手、音频视频 点播、b b s 实时讨论等功能，但是这些系统都是针对特定平台的专用系统，造价很高， 只适用于范围集中的局域网环境。同时由于网络通信协议、通信技术和网络带宽等限制， 多媒体传输时断时续，效果不很理想，加之各所远程教育学校相互独立，系统兼容性不 好，教学互访与交流比较少，人力、课件等资源共享程度低，造成网上教学资源比较匮 乏，学生互相讨论、协作较少。 多媒体自板系统及其在远稃教育中的应用 为推动我国远程教育健康有序地发展，加强远程教育教学支持服务，确保网络教育 的质量，2 0 0 3 年，全国高校远程教育协作组在安徽黄山举办了现代远程教育公共服务体 系研讨会，旨在进行多方位的研究与协作，建立一项现代教育技术的系统工程，以促进 和推动我国社会化远程教育公共服务体系的健康发展。 可见，加强学校之间的合作及学生之间交流与协作是远程教育发展的趋势，研究出 开放性和共享协作性更强的实时交互式现代远程教育系统，将有助于实现教育网络的公 共服务一体化，有助于老师以多种方式提高教学质量，有助于学生在多媒体交互的过程 中共同学习。 近年来，多媒体白板以其较高的实时性和交互性在远程协作、网络会议等方面受到 了广泛的欢迎。它可以将文本白板、图形白板、桌面共享、音视频实时传输等集成在一 起，结合分布式技术实现多用户交流讨论等协同合作功能。 分布式对象技术应用越来越广泛，由于c o r b a 系统设计的复杂性使应用可能性大 为降低，而r m i 技术以其远程调用就像调用本地过程一样简便、远程通信以及同样可 以跨平台的优势，使r m i 技术在远程操作、交互控制及分布式在线游戏( 比如联众) 等方 面应用非常广泛。它较轻松实现了异构环境下信息资源的共享和协作，实现了健壮的分 布式应用计算框架。而且基于r m i 的网络系统本身构建了一个基于全局服务器控制下 的p 2 p ( p e e rt op e e r ) 模式的对等网络，它将大量节约服务器资源。对于构建一个实时性能 好、交互协作方便以及传输速率高的实时协同远程教育系统，r m i 和w e b 技术则提供 了可靠的理论基础。 本论文就是以多媒体白板系统为基础，通过采用r m i 灵活而方便的远程调用与回 调机制，建立了基于w e b 的交互式远程教学的基本构架，实现了一种实时协同式的交 互学习平台，为教师和学生提供了一个理想的、友好的协同学习交流环境，达到了图、 形、声、文并茂的效果。主要特点是实现了动态的小组讨论、灵活的发言权控制策略以 及良好的分布性和实时性。其系统体现的主要性能和技术思想如下： ( 1 1 系统能运行在不同的异构环境中，分布性、兼容性能好，有利于学生知识的建 构，容易满足人们各种学习需求。 ( 2 ) 远程调用方便，讨论交流形式丰富多样，交互协作性强，有利于进行探究式的 学习，达到相互促进，共同提高。对象化的动态教学课堂，为分组协作、讨论等提供了 有力的平台。 ( 3 ) 系统同步与协同地处理信息，灵活简便地在线提问及整体控制，调动学生学习 的积极性，激发学习兴趣，活跃课堂气氛。 大连理工大学硕士学位论文 本系统按照功能划分为多媒体实时授课、小组讨论、在线答疑等模块。多媒体实时 授课模块实现了实时文字交流、实时图形交流、实时音视频授课、桌面共享、实时影音 文件播放等功能；小组讨论模块提供了动态新建学习讨论小组的功能，在自己小组内可 以使用白板，实现多个人相互学习、协同讨论与多人合作。教师可以自由进入各小组房 间进行“课堂巡视”给予指导；在线答疑模块为教师和学生提供了一个交互问答的功能， 并通过有效的提问控制策略服务使课堂变得生动而有序。 全文除引言、结论部分外共分为五章。 第一章：基础理论知识。主要介绍了多媒体网络技术、电子白板、分布式对象技术 和现代远程教育技术的发展以及开发实时交互式远程教育的主流技术，阐述了r m i 技 术的基本理论和工作原理，介绍了分布式应用的实现与运行步骤。 第二章：系统的分析与设计。主要对进行实时远程教育活动的多媒体白板系统的功 能进行需求分析和目标分析，提出了实时和协作的模型，并对r m l 分布式调用技术的 可行性进行论证，提出了基于r m i 的分布式多层架构。 ， 第三章：r m i 服务器与客户端的详细设计与实现。主要分析设计了三个服务器回调 接口，实现了实时协同处理的模型和中间层应用服务器提供的“动态课堂”的功能。 第四章：系统的实现与应用。利用r m i 与a p p l e t 相集成来实现多媒体白板系统， 并将它应用到远程教育的实时课堂中。详细介绍了系统w e b 客户端各个模块的实时功 能、方法的实现、远程r m i 接口方法的调用及界面设计。 第五章：系统运行效果。对系统在不同的环境中进行了测试，取得了良好的效果。 3 多媒体白板系统及其在远程教育中的应用 1 理论基础 1 1 远程教育 远程教育的起源可追溯到1 9 世纪中后期。当时，廉价的邮政服务在欧美得到大力 发展和推行，教师将教材、学习指南等印刷品以邮件方式邮寄给异地的学生，教师和学 生之间以信函方式完成疑难解答、作业评阅等教学活动。学生完成指定学习任务，通过 结业考试后便可获得课程成绩。这是远程教育的最早雏形，即第一代远程教育。至今， 这种教育形式仍然存在，如我国的函授教育。 2 0 世纪初，人们开始将广播、录音等媒介应用到教育中。2 0 世纪6 0 年代至7 0 年 代，教育者们开始将无线电、电视、电话及录音磁带结合形成教材和学习指南为远程学 生提供教育服务，这些属于第二代远程教育。 交互技术和数字化技术为第三代远程教育奠定了基础。2 0 世纪8 0 年代以来，远程 教育集成了许多新的技术，如卫星、交互视频、语音答录、计算机、计算机网络、电子 邮件和w w w 等技术。从而使第三代远程教育比前两代有了突破性的进展，即允许教 师和学生间同步( 实时) 或异步( 非实时) 地以文本、图形像、音频或视频等形式进行交互 式教学活动。 严格地讲，人们通常所说的远程教育指的是第三代远程教育，即除了教师和学习者 在地理位置上具有远程分布的特点外，还具有两个本质特点：基于计算机网络和具有交 互性，即在现代远程教育中，教师与学生、学生与学生可以通过计算机网络开展教学各 环节的交互协作活动，如辅导、答疑、交流讨论、协同实验等。从这个意义上讲，第一 代和第二代远程教育只能称作远程教学( d i s t a n c et e a c h i n ga n dd i s t a n c el e a r n i n g ) 。 1 1 1 远程教育的教育技术、教育方法和策略 成功的远程教育在很大程度上依赖对教学内容和学生要求的理解、教学活动的有效 协作，以及对远程教育很好的规划、组织、实施、评价和不断完善。远程教育的教学环 境与传统教育有很大差别。首先，传统课堂教学中，教师可通过视觉或暗示等方式获得 学生的反应，从而动态地调整教学方法和方式；而远程教育中，教师和学生在地理位置 上被远程分开，教师很难像传统课堂教学一样控制教学过程、及时得到一些潜在的反馈， 如远程的学生可能睡着了，而教师却浑然不知等。其次，在远程教育中，学生之间存在 极大的个体差距，在年龄、能力、兴趣、文化和社会背景，甚至语言上都存在极大的差 别，因此，传统教育中成功的教育方式、教育方法和策略简单地照搬到远程教育中未必 能产生良好的效果。研究适合远程教育的教育技术、教育方法和策略十分必要。如何在 一4 一 大连理1 = 大学硕十学位论文 远程教育中合理有效地使用各种教学媒体、教学方式，如何对学生的学习情况进行追踪、 分析，并提出合理化的学习建议或指导，如何在教学过程中，考虑学生的心理、社会以 至于文化的差异，这是一个涉及计算机科学、心理学、认知科学、教育学、社会学、人 类工程学等多学科的综合研究领域【，需要进行大量的探索，并在实践中不断完善和发 展。 1 1 2 教学模式 网上教学模式根据实际教学应用可以分为三种模式1 2 1 。 第一种是广播模式，它又分为两大类，一种是非实时反馈模式，是由教师、网络和 学生三个关键要素组成，在教学过程中，教师通过网络将各种形态的讲授、答疑信息和 批改的电子作业( 如文本、数据、动画、音频、视频等) 传送给教学服务器进行远程广播， 学生通过教学终端接受相应信息，查看相应的辅导材料，完成学习作业。另一种是实时 反馈模式。实时反馈模式又称为会议模式，也有人称之为实时的网络课堂，这种教学形 式是在计算机网络会议系统的支持下，师生双方通过实时的教学过程完成学习任务，是 传统教学过程的典型模拟，师生之间是传授关系。与传统的课堂的根本区别在于：师生 之间是以电子媒介交流代替了传统课堂中的面对面的交流，以虚拟电子课堂代替了实物 课堂环境。在这种远程教育环境中，可以开展异地的实时授课、协同作业、分级讨论等 多种形式的教学，形成了一个跨越空间地域的虚拟教室。由于教学成本、管理、硬件环 境以及技术条件等方面因素的限制，这种模式仍处于进一步探索的阶段，还未能广泛地 涉足远程教育实践。 第二种是协同模式。它是基于认知理论的网络远程教育模式，它为学习者提供了共 享信息、交流合作的学习氛围。教学任务的完成和教学目标的实现有赖于师生之间和学 生之间的协作和讨论，两者之间是交流合作的关系。基于这种形式的远程教育，学生可 以查询、选择自己所要学习的课程及其有关学习材料，根据自己需要选择参加相应的协 作组。这种形式的远程教育更适合于高级认知问题的解决，有利于学生自主学习能力、 合作能力、信息能力和创新能力的培养。 第三种是自主学习模式。自主学习模式是根据社会和自我的需要，通过网络，由学 生自我确定学习目标、组织学习内容，安排学习活动和自我评价学习结果的一种教育方 式。 1 1 3 远程教育的教学协同研究 计算机支持协同作业( c o m p u t e rs u p p o r t e dc o o p e r a t i v ew o r k ，c s c w ) 是指利用计算 机技术、网络与通信技术和多媒体技术等将时间上不同步、空间上远程分布，而工作上 多媒体白板系统及其在远稃教育中的应用 又相互依赖的多个协作成员及活动有机结合起来，以共同完成一项任务的环境和技术。 由此可知，远程教育实际上是c s c w 在教学中的具体应用。远程教育中，学生除了通 过与计算机、课件进行交互外，教师和学生之间、学生和学生之间还存在协作，如学生 提问、教师解答、分组讨论、协作解题等。远程教育的教学协作研究主要分为两大类： 一类是群体工作过程研究，着重研究远程教育中群体工作的特性和方法。另一类是促进 群体工作的技术研究，它主要研究如何利用计算机技术、多媒体技术、网络通信技术等 创造出开放的、多媒体交互的集成协作环境，提高群体教学协作的效率和质量。 远程教育的教学协同主要涉及的技术有如下几个： ( 1 ) 协同感知技术 在远程教育的实时交互教学模式下，教师的授课内容，如文本、图形图像和音频等， 以及交流或讨论过程中发言人的语音或表情等共享信息必须通过网络实时地传送给参 与教学协同的各个对象，以维持协作环境和协作过程的一致性，即“你所见即我所见”。 ( 2 ) 多媒体通信技术 多媒体交互是远程教育中不可缺少和重要的内容。在通信中由于网络本身固有的异 步性、传输的串行性和存在冲突性，且传统网络协议不能很好地支持多媒体通信，这些 都将导致信息传输的随机延迟，破坏多媒体信息中各媒体信息间的相互约束关系。因此， 必须研究适合远程教育环境的网络通信和技术，以满足远程教学多媒体协作应用要求。 ( 3 ) 多用户协作机制及管理技术 远程教学中，分布在异地的教师、学生等对象通过协作来完成教学活动。协作机制 不仅影响协作成员的个体行为，而且影响到群体协作的有效性和效率。因此，对协作过 程必须进行高效的管理和控制，使各对象在协作中具有不同的权限，扮演不同的协作“角 色”，从而使协作能有条不紊和高效地进行。 ( 4 ) 人机接e l 和多用户接口技术 传统的应用，如多用户数据库系统等可以支持多个用户的同时交互，但并不支持用 户间以合作的方式进行交互。每个用户都感觉只有他一个人在使用系统，而感知不到其 他用户的存在。而远程教育中的各对象除了直接与本地系统进行人机交互外，更重要的 是通过多用户接口知道其他用户的活动，以便进行协作或决策等活动。多用户接口的基 本要求是： 支持多种显示，即在不同的节点上能根据要求直观地显示共享信息。 支持不同的观点和信息表示，即允许协作成员对协作信息和结论发表自己看法 和根据不同权限或角色来表示共享信息。 ( 5 ) 分布式多媒体数据库技术 一6 一 大连理工大学硕士学位论文 在教学协作过程中，涉及大量多媒体信息，如教学内容、交互信息、各协作对象实 体及其状态信息的存储、访问、查询等，实现的方法可使用传统的关系数据库+ 文件系 统方法、超文本超媒体方法来进行组织和管理，而最有效的方法应为多媒体数据库技 术，因为多媒体数据库支持丰富的媒体数据类型、媒体对象的同步、支持非结构化数据 的查询和复杂的查询，具有高效存取媒体数据的物理结构和逻辑组织结构等。在协同应 用中，主要对多媒体对象的时空合成与表现、多媒体信息的存储、索引和机制、分布式 多媒体数据库接口技术等方面进行研究。 1 1 4 现代远程教育的技术手段及其实现 现代远程教育是一个非常复杂的系统，从教学方式上讲主要有实时教学方式和非实 时教学方式。 由于目前有电话网、有线电视网和口网三大网络体系，每个网上均有很多技术可 以直接用于远程教学系统，为远程教学服务，所以说具体采用何种网络技术来构建远程 教学系统，要根据各自具体的应用和特点来确定。 现代的远程教学系统流程图如图1 1 所示。应该包括如下几个部分四： ( 1 ) 实时视频交互系统：主要用于实时授课，也可用于面对面的讨论、答疑等场合。 实时视频交互系统的视频终端可以是独立的通信设备，如会议电视，教师通过会议电视 给分布在各地的学生授课，学生可以及时提问，回答问题，与教师实现“面对面”的交 流。也可以是基于仰的专用软件，通过计算机终端，在口网络上进行实时视频交互。 图1 1 现代远程教育流稃图 f i g 1 1c h a r to fm o d e r nd i s t a n c ee d u c a t i o nf l o w 多媒体白板系统及其在远稃教育中的应用 ( 2 ) 基于w e b 的远程教育课件系统：远程教学中的非实时部分，一般以浏览w e b 主页的形式提供远程教学服务。学生、教师和系统管理员可以通过浏览器访问远程教学 w e b 服务器，进行远程教学活动。 ( 3 ) 媒体流广播点播系统：媒体流指的是视频、音频、数据等多媒体数字化信息在 传输中形成的一种“流”。在实时授课的过程中，可以实时采集视音频，再经专门的多 媒体课件制作系统，与教师提供的教案脚本后期合成，制作成供学生课后点播的精品多 媒体课件。 其工作过程【4 】有如下几步： ( 1 ) 主讲教室的实况经过播控室进行音、视频的处理，然后通过交互式视频会议系 统传播到远程听课教室，远程教室的学生也可通过此视频会议系统与主讲教师进行实时 交互。 ( 2 ) 经播控室播出的教学内容除送往远程教学站以外，同时经同步制作系统( 或后期 制作系统1 生成视频流课件提供给网络教学网站供学生点播使用。 ( 3 ) 网络教学网站上装载着大量的各学科专业的电子课件( 包括基于w e b 的普通电 子课件、视频流课件) ，同时运行着远程教育支撑平台( 如：学生系统、教师系统、教学 管理系统、考试系统等) ，给学生提供了一个完备的网络教学环境。 ( 4 ) 远程教学站具备自己的局域网，运行着自己的镜像服务器对网络教育学院的网 络教学服务器进行镜像，镜像服务器上具有绝大部分的与本远程教学站所招学生相关的 教学内容，这样，学生就可以通过当地远程教学站点播其镜像服务器上的教学内容，这 种方式可有效地解决由于i n t e r a c t 带宽受限而影响学生正常学习的问题。 因此，远程教学站的学生的教学内容主要来自三个渠道：基于视频会议的实时授课 系统、网络教育学院的教学网站和当地远程教学站的镜像系统。 另外，也是非常重要的一点，远程站点的学生可以通过i n t e r a c t 登录到网络教育学 院的网站上，以学生的身份查询相关信息、上交作业、参加与所学课程有关的讨论、进 行网上模拟测试等，这样，一个用于远程教学的比较完备的系统就形成了。 1 2 多媒体网络技术 多媒体技术的主要目标之一就是满足人们对各种信息的处理和交流的需要，没有信 息的交流多媒体技术也将不会有如此迅速的应用和发展。因此，以信息交流为主要任务 的多媒体通信在多媒体技术领域中必然占有及其重要的地位。 多媒体通信技术是多媒体技术和通信技术的结合，是整个多媒体技术的一个重要组 成部分。在多媒体通信中，所传输和交换的信息类型不只是一种，而是多种信息类型的 8 一 大连理工大学硕士学位论文 综合体。由于通信发展的多媒体趋势，终端设备要处理不同的信号，如图像、声音、文 本等，通信线路不仅要实现一般的传输而且还要能将这些信号混杂起来传送信息传送 有时必须是实时的，有时可以非实时，那么担任将信息传送到目的地的交换功能也必须 能传输多种信号，适应多媒体的要求。 1 2 1 多媒体通信体系结构 有关多媒体通信的体系结构模式仍然处于研究阶段。删t 的1 2 1 1 建议为b i s d n ， 提出了一种适应于多媒体通信的体系结构模式，如图1 2 所示【5 1 。 ( 1 ) 传输网络：它是体系结构模式的最底层。它包括l n 、m a n 、w a n 、1 s d n 、 b i s d n ( a t m ) 、f d d i 等高速数据网络。该层为多媒体通信的实现提供了最基本的物理 环境。 ( 2 ) 网络服务平台：该层主要提供各类网络服务，它使用户能直接使用这些服务内 容，而不需要知道底层传输网络是怎样提供这些服务的，即网络服务平台的创建使传输 网络对用户透明。 一般应用 特殊应用 媒体通信平台 网络服务平台 传输网络 l a nl s d nb 1 s d nf d d l 刚 ( a t m ) 等网络 r a n 图1 2 多媒体通信体系结构模式 f i g 1 2m u l t i m e d i ac o m m u n i c a t i o ns t r u c t u r em o d e l ( 3 ) 媒体服务平台：该层主要以不同媒体( 文本、图形、图像、语音) 的信息机构为 基础，并支持各类多媒体应用。 ( 4 ) 一般应用：该应用层所支持的应用是人们常见的些多媒体应用，如多媒体文 本检索、宽带单向传输、联合编辑以及各种形式的远程协同工作。 ( 5 ) 特殊应用：该应用层所支持的应用是指业务性较强的某些多媒体应用，如电子 邮购、远程教育等。 就其形式而言，典型的多媒体通信系统的组成和现有的通信系统大体上类似，仍然 由终端设备和端接设备组成。多媒体的终端设备通常承担多种多媒体的输入和输出、多 9 一 多媒体白板系统及其在远稃教育中的应用 媒体信息的处理，多种媒体之间的同步等任务。端接设备主要承担多种媒体信息传送的 网络连接、对网上传输信息的分配与管理等任务。 多媒体通信由多媒体技术和通信技术相结合组合而成，具有如下三个鲜明的主要特 征： ( 1 ) 多种媒体的集成性。多媒体通信系统应该能传送两种以上的媒体信息，如视频 图像、文本数据、声音等。并具有对这些媒体的处理、存储和传送的能力。 ( 2 ) 交互式工作。多媒体通信系统必须能以交互方式进行工作，而不是简单的单向、 双向传输或广播，因此，它能够真正实现多点之间、多种多媒体信息之间的自由传输和 交换，如果需要，这些信息的交换要做到实时进行。而且，多媒体终端用户对通信的全 过程有完整的交互控制能力。 ( 3 ) 媒体之间的同步性。在网络功能方面，各种媒体交互是通过网络传送的而不是 通过软盘或光盘等存储介质进行机械传递的。通过网络传送的各种媒体的信息必须保持 它们的时间上或事件上的同步关系。 在多媒体通信的发展中，涉及到许多关键技术，其中对于多媒体通信系统来说最为 重要的四点为： ( 1 ) 多媒体信息处理，特别是多媒体信息的压缩技术。 ( 2 ) 多媒体通信的网络技术和多种媒体问的“同步”、实时传输等。 ( 3 ) 分布式多媒体信息处理技术及计算机支持协同工作。 ( 4 ) 多媒体终端技术。 1 2 2 多媒体应用对网络的需求 随着多媒体技术的发展，多媒体应用已不在是简单地传送一些静止的图片或文本 了，而是要传送实时的多媒体信息，对计算机网络的性能要求也越来越高了。需要兼顾 带宽和实时传输。如传送声音信号，要达到c d 的音质，需要1 m b i t s s 的传输速率。对 于声音等实时交流，还对最大时延、最大时延抖动有要求。另外，不同的媒体信息对网 络的需求也不同。 在多媒体的网络应用方面，最典型的应用和最主要的问题就在于实现实时性强的视 频和音频信息的传送。因为视频，音频的信息量非常大，所以，在网络应用方面，一方面 要采用压缩编码技术，以最大限度的减少网络的信息传送量，降低网络负载；另一方面， 还需要提高网络传输速率，发展适合多媒体应用需要的新的网络结构和协议。 在多媒体信息集合中，不同的媒体信息具有不同的特点，视频信息、音频信息是流 信息，有跟时间相关联的特点；图形、文字信息是静态信息。此外，还有既具有动态又 大连理工大学硕十学位论文 具有静态的信息的混合信息。每种信息的自身的特点，决定了它对网络传输的服务要求 不同。对于视频、音频信息在多媒体网络的实时应用如视频会议系统中，就需要网络 的传输具有实时性、同步性。由于视频、音频产生的信息量非常大，网络还应具有高速 传输的能力。而像图形、文字等静态信息，对网络的实时传输的要求相对弱一些，但要 求网络一定要进行准确的传输。因此，多媒体网络应用对网络的服务有多种不同的需求， 主要有以下几方面需求。 虚信道的建立和控制要求。在传输多媒体信息中，一种有效的方式是建立不同类型 的虚拟信道，以负责不同性质的媒体信息的传输。每个虚拟信道根据它所负责的媒体信 息的特点，被赋予了与之相对应的网络服务质量参数，保证了对该类信息的高效传输， 也保证了协同较佳的整体性能。 支持点到点、点到多点和广播通信的配置，以满足更多类型的多媒体应用。现在的 网络应用，不仅仅是点对点的那种简单的应用类型，人们对点到点多点的应用方式也产 生了浓厚的兴趣。比如在视频会议系统中，多点会议将是一个非常重要的应用功能。 在多点通信的应用模式中，要求网络有建立虚拟网络的能力。通过建立虚拟网络， 可以把多点通信的结点纳入同一虚拟网络，简便了多点通信功能的开发和应用。由于多 媒体信息的传送要求网络提供服务比较多，因此，对网络的调控能力要求就相应的较高。 比如，对实时性传输的支持技术，对网络流控和拥塞的处理技术等，都有较高的要求。 1 3 电子白板 1 3 1 电子白板的概念 所谓电子白板，是计算机支持协同工作系统中的一个重要的同步交流工具，是利用 一定的通信手段建立一个电子环境的虚拟公用区域，使位于不同地点的人员可以在“共 同”的屏幕上讨论问题，允许多个远程参与者共享同一块工作空间，参加协作的各个成 员的计算机上都有一个白板的视图，白板上的内容既可以是一些基本的简单图形，也可 以是文字、图形，或者是音频、视频，让每个参与者都可以使用这些元素来进行交流跟 协作，其中任何一方的活动都能实时的传送到其他所有用户的视图上l “。它的主要应用 范围是在分布式环境下 电子白板是一种多用途的实时交流工具可以应用于网络视频会议、多媒体实时教 学、科研讨论等范畴 7 1 ，像日本的m a t s u en a t i o n a lc o l l e g eo ft e c h n o l o g y 和c o l l e g eo f s c i e n c ea n di n d u s t r i a l t e c h n o l o g y 合作，开发了专门适用于学生和教师进行网络教学的电 子白板系统1 8 】。电子白板的主要功能是使多人可以进行实时的文字、图形等信息的交流。 多媒体白板系统及其在远稃教育中的应用 当一个用户修改了其中数据之后，立即把修改通知给其他用户，让他们及时更新自己的 白板视图，其更新结果立即反映在其他所有用户的视图上。 本文中的电子白板在完善现有电子白板的基础上，对其功能进行了扩展，利用j m f 技术和r t p 协议，实现了支持实时多媒体音视频流传输的电子白板，故在本文中称之 为多媒体白板，构造了一个方便灵活的协作工作环境。 1 3 2 电子白板的结构 电子自板的结构主要有集中式和分布式的结构。现有的电子白板一般都采用集中式 模型。其中的集中式结构又可以分为两种模式：一种是传统的基于c s ( c l i e n t s e r v e r ) 的 模式，即客户机与服务器模式这种模式下，信息应用t c p u 进行传输，所有的白板客 户都将消息发送给服务器，然后由服务器逐一转发给所有注册地客户；另外一种是基于 b s ( b r o w s e r s e r v e r ) 的模式，这种模式下客户端是标准的浏览器，服务器为标准的w e b 服务器。比较这两种模式的特点，( s 模式可以很好地解决交互性问题，提供强大的功 能，但是在客户端上需要按照专用的软件，从而限制了系统的应用范围；b s 模式可以 用在i n t e r a c t 上，系统的客户端不必安装专门的软件，只要有浏览器就可以用，十分方 便，但是系统的交互性就会减弱。 现有的电子白板系统通常采用集中式模式共享数据，所有的用户都与服务器相连， 只向服务器发送消息，并接受来自服务器的消息。这种方式保证了数据传输的可靠性和 有序性，实现起来比较简单，在参加系统的人数较少时，能够有较高的效率。但是当参 加人数增加，并且伴随着大量的数据，如音频、视频和图像信息的传输时，服务器就会 成为数据转发的瓶颈。 针对集中式白板，人们开始研究分布式的电子白板系统，其中基于组播( m u l t i c a s t ) 传送数据的方式为减少网络中的数据副本开辟了一个新天地。基于组播的电子白板系统 【9 】是完全分布式的系统，这种模式下，所有参加组播组的白板成员直接向组发送消息， 所有的用户都向一个指定的组地址发送消息，并在指定的组地址上接收消息，所有的数 据在每个网络段上只有一个副本，由支持组播的路由器转发和复制数据副本，节约了带 宽；并且没有一个集中的管理者( 服务器) ，也就杜绝了在某一个节点上形成瓶颈的可能 性。但是组播不易控制，以及组播是基于u d p 协议的，可靠性方面还有待进一步研究。 现阶段真正基于组播的完全分布式的电子白板的系统是少之又少。 1 4r m i 技术 r m i l l o l 技术是一种分布式对象技术，分布式对象技术主要是在分布式