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东北大学硕士论文摘要 流媒体课件同步制作系统的设计与实现 摘要 现代网络教育是以网络教育管理系统为框架，以计算机、多媒体技术和通信技术为 基础，对教育资源进行组织和发布的过程。一个网络教育系统要获得成功，除了有合理 的教育理念和管理系统为保证外，最重要的是要拥有优异的课件。网络教育的核心是教 学资源，所以课件的优良程度是网络教育系统成功的关键，因此课件制作在实现网络教 育中的意义非常重大。流媒体技术是近年来发展起来的新型视音频多媒体信息技术，能 够满足连续媒体实时性和高吞吐量的要求，广泛的应用于现代网络教育中，特别是在流 媒体课件制作中。 本文详细介绍了流媒体课件同步制作系统开发的意义，分析了流媒体课件同步制作 系统的功能结构；说明了流媒体技术、w i n d o w sm e d i a 技术、h o o k 技术、压缩，解压 技术、网络传输技术、位图技术和无标题窗口等关键技术在本系统中的应用；阐述了利 用这些技术开发流媒体课件同步制作系统的方法及相关算法；并着重介绍了如何基于 h o o k 技术、压缩，解压技术、位图对比技术和网络传输技术等，利用c _ hb u i l d e r6 0 开发流媒体课件同步制作系统，实现课件录制的功能及课件的编辑与播放功能的具体流 程。 关键词：流媒体；h o o k 技术；压缩解压技术；网络传输；w i n d o w sm e d i a 技术 东北大学硕士论文 a b s t r a c t d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f s y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n gs y s t e m o fs t r e a m m e d i ac o u r s e w a r e a b s t r a c t w i t h i nt h ef i a m 部, c o r ko f t h ee d u c a t i o n a lm a n a g e m e n ts y s t e mo f n e t w o r k , m o d e mo n l i n e e d u c a t i o ni st h ep r o c e s so f e d u c a t i o nr e s o u r c e so r g a n i z a t i o na n dr e l e a s i n g ，b a s e d0 n c o m p u t e r , m u l t i m e d i at e c h n o l o g ya n dc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g ya n dt h em o s ti m p o r t a n tf a c t o rf o ra s u c c e s s f u lo n l i n ee d u c a t i o ns y s t e mi st h ee x c e l l e n tc o u r s c w a r c sb e s i d e sr a t i o n a le d u c a t i o n i d e aa n dm a n a g e m e n ts y s t e m t h ec o r eo fo n l i n ee d u c a t i o ni st e a c h i n gr e s o u r c e s ，s ot h e q u a l i t yo ft h ec o l r s e w a r ei st h ek e yt ot h es u c c e s s f u lo n l i n ee d u c a t i o ns y s t e m t h e r e f o ri ti s o fg r e a ts i g n i f i c a n c et om a k i n gc o u x s e j c - a r ei nn e t w o r ke d u c a t i o nr e a l i z a t i o n a san e w m u l t i m e d i at e c h n o l o g yo fa u d i oa n dv i d e od e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s ，s t r e a mm e d i a t e c h n o l o g yc a ns a r i s f yt h er e q u i r e m e n to fr e a lt i m em dh i g l lt h r o u g h p u t ，a n dh a v eb e e n a p p l i e dt om o d e mn e t w o r ke d u c a t i o nw i d e l y , e s p e c i a l yt os t r e a mm e d i ac o u t s e w a r c t h i st h e s i si n t r o d u c e st h es i g n i f i c a n c eo ft h ed e v e l o p m e n to fs y n c h r o n o u sm a n u f a c - t u r i n gs y s t e mo f s t r e a mm e d i ac o u r s e w a r c ，a n a l y z e st h ef u n c t i o ns t r u c t u r eo f t h es y n c h r o n o u s m a n u f a c t u r i n gs y s t e mo fs t r e a mm e d i ac o u r s e w a r e ；s h o w st h ea p p l i c a t i o no fs t r e a mm e d i a t e c h n o l o g y , w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g y , h o o kt e c h n o l o g y , c o m p r e s s i o n d e c o m p r e s s i o n t e c h n o l o g y , n e t w o r k t r a n s i m i t i o nt e c h n o l o g y , b i t m a p t e c h n o l o g ya n d u n t i t l e dw i n d o w t e c h n o l o g y , e t e a n dg i v e st h ed e v e l o p m e n tm e t h o da n da r i t h m e t i c sb a s e do nt h e s e t e c h n o l o g i e s ；e m p h a s i z e so nu t i l i z i n g t h e s et e c h n o l o g i e st o d e v e l o pt h es y n c h r o n o u s m a n u f a c t u r i n gs y s t e mo fs t r e a mm e d i ac o u r s e w a r c 、v i t ht h ed e v e l o p m e n tt o o lc + + b u i l d e r 6 0 ，a n dt oi m p l e m e n tt h ef u n c t i o n so f c o u r s e w a r er e c o r d i n g ，e d i ta n dp l a y k e yw o r d s ：s t r e a mm e d i a ；h o o k ；c o m p r e s s i o n d e c o m p r e s s i o nt e c h n o l o g y ；n e t w o r k t r a n s i m i t i o n ；w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g y i i i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取得的研究成果除加 以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包括本人为 获得其他学位而使用过的材料。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诚挚的谢意。 学位论文作者签名：另辔，f 毛 签字同期：易一) 7 弓 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位论文的规定：即 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借 阅。本人同意东北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、交 流。 ( 如作者和导师同意网上交流，请在下方签名：否则视为不同意) 学位论文作者签名：名1 毛 导师签名： 步 签字日期：。沙莎夕夕弓 签字日期： - ? - 东北大学硕士论文第一章绪论 第一章绪论弟一早三百t 匕 1 1 国内外现状 随着信息技术的飞速发展，网络教育作为一种新兴的教育模式，近年来在国内外得 到了迅速的发展。我国自1 9 9 6 年成立了首家网校，至今已成立了中小学网校1 0 0 多所， 而面向高等教育的网络教育学院( 或远程教育学院) 也已经有6 7 所试点院校。网络教 育是我国科教兴国的一个重要战略部署，是高校自身发展的需要。教育要实现现代化， 教学方法、教学设施、教学形态及教学手段的现代化是必不可少的。网络教育在很多方 面都具有传统教育所不具备的优势，使得学校现有的教育资源可以在更广泛的范围内共 享，更好的为社会服务，同时也可以为学校带来更大的经济效益。现代网络教育作为计 算机网络技术与多媒体技术迅速发展的产物，不仅成为了许多大学传统教学方式的有益 补充，而且已成为了现在社会办学教学方式的主体。 以互联网网络技术为基础的网络教育系统在我国正发挥着重要作用，它主要由同步 远程教学、异步远程教学2 大部分组成。 同步远程教学是指为了模拟真实课堂教学方式的双向实时交互式网上教学。教师远 程直播教学，其数据量巨大和网络带宽较窄是2 个难解决的问题。 异步远程教学是指采用基于网格技术的多媒体教学平台，将教学课件或信息存放在 信息服务器中，学生可通过网络接入多媒体教学服务网，以点播方式进行课件的下载。 学生不管身处何地，均可进行文化科学知识的学习。 流媒体技术是在网络上传输视频和音频等多媒体信息的最新技术，现正在只益受到 重视并透渐得到广泛应用，特别是在网络技术为基础、以课件为主要教学资源的网络教 育系统中。流媒体技术的出现，为人们的学习提供了形象生动的音频、视频信息。流媒 体技术解决了多媒体信息在常用的中、低带宽网络上的传输问题，在网络教育乃至在教 育领域都有着广阔的应用前景【2 1 。 在一般的异步远程教学中，通常用户先将多媒体课件下载到本地计算机，再进行播 放( 即下载完毕再回放) ，这种方式有3 点不足： ( 1 ) 课件需要长时间下载，在网络状况不是很好的情况下，有时下载一节课件所需 要的时问甚至会达到让人无法忍受的程度。 东北大学硕士论文第一章绪论 ( 2 ) 本地计算机存储空间要大，一般来说一节课件占用的存储空间大约需要4 0 m ， 一门4 0 学时的课程所占用的存储空间大约需要i 5 g 。 ( 3 ) 课件资源容易传播，不能很好的保护授课教师及具有课件所有权的单位和个人 的知识产权。 而采用流媒体技术则可解决很好的解决上述问题。流媒件技术允许播放器及时反应 而不用等待整个文件的下载，既不需很多下载时间，又不需计算机很大存储空间，还不 能让用户传播下载流媒体文件。 流媒体技术对远程教学的最大贡献是实现了课件的流媒体制作与点播，实现了网上 实时内容的同步传输和播放，建立了师生之问，学生之间的实时交互的远程教室( 即同 步远程教学) 。而且还可通过互联网，按自己的时问和兴趣进行个别化学习、师生之间 通过电子邮件、b b s 等自由讨论，进行学习( 即异步远程教学) 。 网络学院基础网络的建设为信息量巨大的音频和视频节目在网络上的传播创造了 硬件条件，而流媒体技术则解决了如何在网络上传输动态视频和音频节目的难题。 在网络教育中，流媒体技术具体可应用在以下几个方面： ( 1 ) 在线学习使用实时采集和发布设备，配合流媒体技术可利用校园网来现场直播 课堂教学，学生在校园网的任何一个接入点都能实时观看。现场直播结束后，即可生成 基于流媒体方式的教学节目，并且存储到校园网的服务器卜，学生呵随时从服务器上回 放教学的整个过程。 ( 2 ) 网上教学与培训l 利用流媒体技术制作网页型的教学课件，能做到教师讲解的视 频图像、音频信号和讲义内容同屏显示，而校园网的带宽可保证音、视频内容平滑流畅， 学生上网即可学习课程。使用流媒体技术制作的动画或演示可以直接插入到网页中，学 生可以使用网页型在线帮助，获得操作演示。在技能培训方面，许多基本的培训项目， 可以使用文字、图像、声音和视频来制作多媒体演示，使教学过程生动形象。 ( 3 ) 娱乐休闲建立带有多媒体交互式的主页，发布实时新闻或已有的电影、音乐等 节目。使师生可从网络上观看现场直播的体育比赛、文娱节目等，可点播英语节目、影 视节目、m t v 节目等，使师生从网络上获得各种各样的信息，丰富业余生活，提高生 活质量。 现代网络教育是以网络教育管理系统为框架，以计算机、多媒体技术和通信技术为 基础，对教育资源进行组织和发布的过程p 1 。为了推动网络教育的发展，教育部出台多 项政策，同时教育界学者和信息产业界专家等诸多人士，在理论上对网络教育做了许多 东北太学硕士论文第一章绪论 探讨，取得不少共识，其中建设以网络课程为核心的网上教学资源是网络教育中的一项 不可或缺的重要内容。在网络课程的建设中，流媒体课件的建设又是一个重要内容，它 的数量和质量直接影响着网络课程的质量。一个网络教育系统要获得成功，除了有合理 的教育理念和管理系统为保证外，最重要的是要拥有优异的课件。课件是现代网络教育 资源系统体系结构中的重要一环，课件制作的优劣直接关系到网络教育的质量，因此教 学课件的制作是一项非常重要的工作。随着网络的普及，网络环境的开放性、资源的丰 富性、资源易获取性等特征使刚络教育事业得到了进一步深化和普及，课件制作在实现 网络教育中的意义更为重大了。 前已述及，现阶段网络教育学院一般采用以全实时交互集中授课为主，以非实时教 育为辅的教学方式。流媒体课件制作系统是网络教育学院辅助教学平台重要的组成部 分。网络教育学院制作的流媒体课件主要有以下几种形式： ( 1 ) 基于流媒体技术和网页技术的单视频课件。采用这种技术制作的课件利用流媒 体束实现教师音视频的播放，利用网页技术还还原教师对教案的操作过程。这种课件的 优点是课件文件较小，比较适合于网上点播。但由于使用网页技术还原教师对教案的操 作过程，会丢掉很多细节，有些操作过程也很难用网页技术还原，因此这种课件只适合 于一些文科课程。 ( 2 ) 基于s m i l 同步语言的双视频课件。这种课件是采用数字化同步录制系统提供 的原始素材，即在授课过程中教师上课的实况被录制下来，其中包括教师授课的全部影 像和所有计算机屏幕信息。录制教师影像一般采用专用的数字采集卡等设备来录制教师 授课实况，形成数字文件保存到计算机上( 一般为a v i 格式的文件) ，与此同时教师的 计算机屏幕演示过程通过专用截屏软件截录_ f 来，形成媒体文件( 一般为a v i 格式的文 件) ，教师授课完成后，再将计算机屏幕信息文件( 电子教案、公式推导、操作演示) 和教师影像文件进行非线性的编辑、压缩，最后分别生成流媒体文件，再利用s m i l 语 言把这两种流媒体同步合成，制作为流媒体课件在网上发布，供学生下载和浏览。这种 课件的最大优点是完全真实还原了授课教师操作教案的过程，但由于每个课件罩有两个 视频，而且需要同步播放，因此这种课件不太适合网上点播。另外课件在播放的时候由 两种视频的格式问题，经常造成播放困难。 ( 3 ) 基于流媒体技术和f l a s h 技术的流媒体课件。采用这种技术的流媒体课件是 利用流媒体播放教师的音视频，利用f l a s h 还原教师操作教案的过程。这种课件能较 好的还原教师操作教案的过程，同时也比较适合于网上点播，但用f l s h 还原教师操作 东北欠学硕士论文第一章绪论 教案的过程具有一定的难度，需要花费大量的后期制作时刚，大大延长了课件的制作周 刳，仅适用于制作少量精品流媒体课件。 上述几种课件都需要专业的录制设备来录制原始素材，然后冉进行后期编辑，生成 流媒体课件，因此谍什的制作周期部比较长，另外由于录制原始素材文件需要相应专业 的软硬件设备配置，因此设备的投入比较大，另外教师影像和屏幕信息的录制的足通过 不同的专业的软件柬实现的，具有较大的操作的复杂性，并且由于素材录制完毕后需要 专业的课件制作人员对素材进行处理、加l 然后才可以将二者合成为课件，再通过手 工添加索引最后形成流媒体课件，没有实现课件制作过程的自动化，课件的制作需要大 晕的人力和物力，课件的制作成本较高，而且制作周期长，制作效率比较低。 】2 本次设计所要达到的目的 通过对流媒体课件同步制作系统的设计与实现，针对实时课件制作为课件制作人员 提供唰步制作系统，针对课件的后期编辑为课件编辑人员提供编辑系统，为学生等课件 使用人员在观看课件的时候提供专用的播放系统。 1 21 录制子系统要达到的目的 f 1 1 流媒体课件的录制与教师的授课过程要同步进行。 ( 2 1 流媒体课件的制作要具有方便性。 ( 3 1 在课件制作时不需要授课教师进行任何操作，同时系统也不能影响教师的正常 授课； ( 4 ) 所制作的流媒体课件要具有易用性。 ( 5 1 流媒体课件应适用于网上点播与传输，还应具有索引功能。 f 6 ) 尽量减小整个系统中设备的投入。 1 2 2 编辑子系统要达的目的 f i ) 课件的编辑系统应具有媒体编辑的常用功能，能够对流媒体课件进行剪切、删 除、复制、粘贴等操作。 ( 2 1 能为在教师授课过程中出现的意外情总提供必要的补救措施，比如授课过程中 会由于技术等原冈出现授课中断的隋况，可以利用课件编辑工具把因为授课中断而造成 的几个的课件片断合成为一节完整的课件。 的几个的课件片断合成为一节完整的课件。 4 东北大学硕士论文第一章绪论 ( 3 ) 编辑系统应照顾到用户对媒体的编辑习惯，尽量减小编辑操作的复杂性。 1 2 3 播放子系统要达到的目的 ( 1 ) 播放系统应具有课件播放的易用性与界面的友好性，尽量照顾到用，、对常见媒 体播放系统的使用习惯。 ( 2 ) 播放系统不但可以播放系统所制作的流媒体课件，同时也可以播放常见格式的 媒体。 整个系统还应保证运行的稳定性，尽量减少软硬件的投入以及制作过程中的人力投 入，以尽可能的降低课件的制作成本。 1 _ 3 本次设计的意义 现阶段大部分网络教育学院的课件制作还处于传统的手工录制阶段，存在制作周期 长、上传速度慢等缺点，没有实现制作过程的自动化，从而造成了人力资源的严重浪费， 课件制作工具急待改进，流媒体课件同步制作系统的开发正适应了这种形势，流媒体课 件同步制作系统能在教师讲课的过程中自动同步制作课件，不需要额外的人力物力，并 且制作出的课件压缩比较高，满足了课件的网上传输及网上点播的需求，课件以双视频 的形式完全还原了老师的实际授课情况，使同学们在观看或点播课件的时候如重新在教 室听课一般，课件还具有自动获取索引等特点，方便了对课件的观看和点播。本次设计 的成果运用，将会减轻课件制作人员的工作复杂度、节省人力、物力和时间，提高课件 制作的效率与质量。 1 4 论文总体框架 本论文共分六章，第一章绪论，介绍了国内外现状，本次设计的目的、意义、设计 思路和方法及总体框架；第二章系统结构分析，通过对网络教育学院实时和非实时授课 模式的介绍，分析了传统课件制作流程的不足之处，从而得出了流媒体课件同步制作系 统的制作流程，通过该流程进一步分析了系统的结构及功能，把整个系统分为三个子系 统四个组成部分，第三章是录制系统，主要阐述了录制系统主要功能，分别阐述了音 视频的录制、屏幕流的录制、索引的录制的原理及用到的相关技术和算法；第四章是编 辑系统，主要阐述了编辑系统所涉及的主要技术，编辑系统的主要功能及系统的实现； 第五章是播放系统，主要阐述了播放系统的设计原理及技术，播放系统的具体实现并简 s 东北大学硕士论文第一章绪论 单介绍了整个系统的编程环境：第六章是结束语，说明了本次设计与实现的主要工作和 结论及系统存在的问题和不足，最后是参考文献和致谢。 第二章系统结构分析 第二章系统结构分析 当前大部分网络教育学院的授课模式般采用以全实时交互集中授课为主，以非实 时教育为辅的教学方式。网络教育学院的实时授课是在基于a t m 网的视频会议系统和 基于w e b 的s a m e t i m e 会议系统上进行的，视频会议系统主要由视频终端和m u c ( 多点控制单元) 等组成；s a m e t i m e 会议系统主要由s a m e t i m e 服务器及 s a m e t i m e 客户组成。在每掌课授课之前，工作人员需要在视频什么系统上开设一个 会议，同时存s a m e t i m e 服务器上也要丌设一个会议。教师端和远方听课教室端作为 客户端通过视频终端登录到视频会议上去，通过s a m e t i m e 客户端登录到s a m e t i m e 会议上去。在视频会议系统中，授课教师的音视频做为广播信号上传到m c u 上去，远 方听课教室通过视频终端登录到视频会议系统上接收教师授课时的音视频信号。在 s a m e t i m e 会议系统中，教师用教师用计算机登录到s a m e t i m e 服务器，并作为会 议的主持人，把自己的屏幕共亨，远端听课教室的作为会议的参与者也登录到 s a m e t i m e 服务器上，收看教师共亨的屏幕。这样远方教室的学生就通过视频会议系 统收看教师授课时的音视频，通过s a m e t i m e 会议系统收看教师授课时的教案，同时 通过这两个系统还可以实现教师与学生的交互，如教师提问，学生回答等教学活动。整 个系统的授课模式如图2 1 所示。 图2 1 授课模式示意图 f i g21m o d e lo fs c h o o l t e a c h e r i n gi l l u s t r a t i o n 东北走学硕士论文第二章系统结构分析 2 1 传统的课件制作流程 为了适就网络教育的资源建设需要，满足部分不能全部实时上课学生听课的需要， 同时也为了满足学生课后复习的需要，网络教育学院在实时授课系统的基础上，建设了 异步学习支持系统，通过该系统完成对非实时教育的支持。异步学习支持系统主要是把 实时授课系统中的全部课程的音视频及教师的教案制作成网络课件，供学生课后自主 学习时使用。在异步学习系统中，作为课件制作的课件制作系统是整个系统的重要组成 部分。网络教育学院课件制作该系统的基本流程是： ( 1 ) 用专业的录制软件把教师的音视频录制成a v i 文件( m p e g l 格式) ，连同教师 上课用的讲议( p p t 文件) 作为原始素材，在教师授课完成后，把a v i 文件通过非线性 编辑系统进行非线性编辑，然后再压缩成流媒体文件。 ( 2 ) 把p p t 文件转换成网页文件( h t m l ) 。 ( 3 ) 把流媒体文件和网页文件运用在网页中插入对象的技术合进行整合，使之可以 同步播放。 ( 4 ) 以手工方法式添加上索引，最后形成一节流媒体课件，把课件放到网上供学生 下载观看。 整个课件的制作程序可以由图2 2 示意。 幽2 2 课什制作系统流程酗 f i g22m a n u f i a c t u r i n gs y s t e mo f c o u r s e w a r ef l o w c h a r t 该流程制作的流媒体课件的流媒体质量较高，因为经过专业的非线性编辑系统编 辑，可以精确的对录制的原始素材进行裁剪，输出高质量的流媒体文件。但使用非线性 编辑系统对原始素材进行编辑会占用大量的时间，一般来说制作一节流媒体课件所需要 的时间与教师授课时间之比3 5 ：l 。表2 1 是东北大学网络教育学院每学期制作流媒体 东北大学硕士论文第二章系统结构分析 课件的工作量计算情况。如果把网络学院所开课程全部做成流媒体课件，显然需要大量 的人力和设备。以2 0 0 2 2 0 0 3 年度为例，全年课件制作工作量为1 4 0 0 0 学时左右，换算 成日寸阳j 大约是11 6 0 0 小时，以每个课件工作人员年工作1 4 0 0 小时计算，则需要课件制 作人员9 人，事实上东北大学网络教育学院课件制作人员最多时达1 6 人，而且随着招 生规模的扩大，如果继续使用传统的课件制作流程，则这一数字还会增加。另外教师教 案是后期处理的，会造成课件所反映的教学过程与实际过程的差别，从而影响学生使用 课件的效果。 表2 1 东北大学网络教育学院年度课件制作工作量统计表 t a b l e2is t a t i s t i c so f w o r k l o da b o u tm a n u f a c t u r i n gc o u r s e w a r eo f d e c o f n e u 学年总学时数录制时间编辑时间添加索引时间合计学时 2 0 0 1 2 0 0 2 年度 3 2 0 03 2 0 04 8 0 03 2 0 01 1 2 0 0 2 0 0 2 2 0 0 3 年度4 0 0 04 0 0 06 0 0 0 4 0 0 01 4 0 0 0 f2 0 0 3 2 0 0 4 年度 4 8 0 04 8 0 07 2 0 04 8 0 01 6 8 0 0 综上所述无论在实时性还是课件的质量方面，传的流媒体课件制作流程和制作技术 显然已经不再适应网络教育的发展。 2 2 流媒体课件同步制作流程 流媒体课件同步制作系统要达到1 3 节中所提到的设计的意义和目的，就需要对上 面的制作流程进行改进。通过上面的阐述可以看出，在传统的课件制作流程中，在教师 授课完成后还有许多工作要进行后期处理，这些工作主要有以下几项： ( 1 ) a v i 素材的非线性编辑及压缩成流媒体。 ( 2 ) 教案的后期处理，即把p p t 等转换成h t m l 网页格式文件。 ( 3 1 索引的手动添加。 ( 4 ) 课件的手工合成，即把前三步产生的结果合成为一节完整的流媒体课件。 为了实现同步制作的目的，上述这些工作流程都应该是自动完成的，而且是在教师 授课完成时，这些工作都要自动完成。课录件录制计算机不单单要录制教师的音视频， 还应同时录制其它的内容，录制也不再需要专门的硬件设备及软件系统，以减少系统的 复杂性和设备的投入，增加课件制作人员的操作方便性。为达到上述目的，流媒体课件 同步制作系统的设计中，不再使用专业的视频采集卡来录制教师的音视频。由于学生 都课件的教帅视频质量要求不高，所以可以利用流媒体相关技术直接录制。教师机屏幕 9 东北大学硕士论文第二章系统结构分析 的录制也不再使用专业的截屏软件，而是通过自行设计的算法来进行屏幕录制，从而达 到减小设备投入、提高制作效率的目的。另外系统还可以自动录制生成教师授课内容的 索引，从而省去了传统课件制作流程中的课件索引手动添加的过程。 整个制作系统需要录制以下三部分内容： ( 1 ) 流媒体，即教师的音视频，录制的音视频要同步转换成流媒体，这样也f i 需要 后期制作时所需要的非线性编辑系统。 ( 2 ) 屏幕流，即教师的讲议演示过程该录制是由自行设计的录制算法完成的，不 再需要专业的截屏软件。 ( 3 ) 索引流，即教师授课内容的索引数据，通过对索引流的自动录制，不再需要手 工的后期添加。 在教师授课结束后再把上述三部分内容自动合成为流媒体课件，流媒体课件同步制 作系统的课件制作流程如图2 3 。 图2 3 流媒体课件同步制作系统流程图 f i g 2 3s y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n gs y s t e mo f s 仃e a mm e d i ac o u r s e w a r ef l o w c h a r t 从图2 3 可以看出，流媒体课件同步制作流程省去了原来的课件制作流程中教师授 课后课件制作人员的工作。在教师授课完成后，流媒体课件就已经制作完成了，如果教 师在授课的过程中没有太多的问题，这时的课件就可以提供给学生观看或点播了，如果 课件需要编辑，则可用该系统提供的课件编辑工具对课件进行编辑，然后再把编辑后的 课件提供给学生，学生利用该系统提供的课件播放器进行课件的播。 还是以东北大学网络教育学院2 0 0 2 2 0 0 3 年度课件制作工作量数据为例，如果采用 图2 3 所示的流媒体同步制作系统流程进行课件制作，则全年的工作小时数会减小到 东北大学硕士论文第二章系统结构分析 3 8 0 0 小时左右，需要的课件制作人员数为3 人，较用传统制作方法的9 人减少了6 人 大大减少了人力、物力等的投入。 2 _ 3 系统的结构分析 结构化方法采用“分解”的方式来理解一个复杂的系统f 4 l 。通过对传统的课件制作流 程及流媒体课件同步制作系统的课件制作流程的分析，按照功能把流媒体课件同步制作 系统分为三个子系统四个组成部分，三个子系统分为录制系统、编辑系统和播放系统。 录制子系统主要完成流媒体课件的录制与生成工作。录制子系统要录制的内容主要 有教师的音、视频、教师授课时的屏幕变化数据以及对教师授课内容索引的自动录制。 录制子系统还要把录制的内容进行合并，完成课件的合成并生成流媒体课件。 编辑子系统主要完成课件的后期编辑，也可以实现课件的合成功能。 播放子系统主要完成对通过录制系统或编辑系统所生成的课件的播放，同时还可以 播放其它的媒体文件。 录制子系统根功能又分为两个部分：教师端部分和录制端部分，这样整个系统被分 成为四个组成部分，这四个部分分别为：教师端、录制端、课件编辑、课件播放，它们 之问的结构如图示2 4 。 图2 4 系统结构 f i g24s y s t e ms f f u c t u r e 录制系统生成流媒体课件，经过编辑系统编辑后( 可选) 提供给学生，学生利用播 放系统实现对流媒体课件的播放。 根据上面对系统的流程及结构分析，可以知道系统的外部实体主要有音视频采集 设备、计算机系统、课件制作人员及课件使用人员，由此得了系统的总体功能图。 东北大学硕士论文 第二章系统结构分析 计算机系统 幽2 5 流媒体课件l 司步制作系统总体功能蚓 f i g2 5s y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n gs y s t e mo fs t r e a mm e d i ac o u r s e w a r ec o l l e c t i v i t yf u n c t i o n 在前面我们把流媒体课件同步制作系统分为三个子系统，它们分别是录制系统、编 辑系统和播放系统，这三个子系统相对独立又相互关联，它们之间的关系可用图2 6 表 示。录制系统把原始的音视频数据、屏幕数据和索引数据录制成原始的流媒体课件：编 辑系统对原始的流媒体课件进行编辑，生成相对精致的流媒体课件；播放系统为课件的 使用者实现对流媒体课件的播放。 系统配置数据 画 f 曹 计算机系统 系统时间 画 ：旦： 计算机系统 流媒体 豳2 6 流媒体课件同步制作系统关系图 f i g26s y n c h r o n o u sm a n u f a c t u r i n gs y s t e mo f m e d i ac o u r s e w a r er e l a t i o nc h a n 学生 东北大学硕士论文 第二章系统结构分析 录制系统主要完成流媒体课件的录制，具体的要完成三方面的录制任务，一是对教 师音视频的录制，二是对教师用计算机屏幕变化的录制，三是对教师用教案授课时对 索引的录制。编辑系统在编辑的时候需要把流媒体课件进行分离，重新生成流媒体、屏 幕流和索引流，然后利用同步剪切技术分别对这三种流进行同步剪切，编辑完成后再重 新合成流媒体课件。播放系统也需要把流媒体课件进行分离，然后利用相关技术同步播 放这三种数掘流，从而实现对流媒体课件的同步播放。 2 4 系统的开发和运行环境 ( 1 ) 系统的开发环境 流媒体课件同步制作系统是在c + + b u i l d e r6 0 环境下编程实现的，c + + b u i l d e r 是 b o r l a n d 公司的一个集成化c 十十开发环境，c hb u i l d e r 不权继承了d e l p h i 使用简便、功 能强大和效率高等特点，而且还结合了c + + 语言灵活性强的优点f 5 1 。c + + b u i l d e r 含有丰 富的可视化控件，本系统中的屏幕流播放、流媒体播放、网络传输等功能的实现都是借 助c + + b u i l d e r 中的相关控件完成的【6 【”。 由于位图数据的压缩采用的是用d e l p h i 中的z l i b 技术，陔系统中用z l i b e x p a s ， 加入c h b u i l d e r 中编译后，生成z l i b e x ，h p p 文件即可实现对数据的压缩解压缩。 教师音视频的录制是在w i n d o w sm e d i ae n c o d e rs d k 基础上开发实现的，因此系统 还需要安装w i n d o w sm e d i a 编码器系列9 ，同时在播放系统的开发中还需要安装 w i n d o w sm e d i ap l a y e r 9 。 ( 2 ) 系统的运行环境 系统f 常运行所需要的基本硬件配置为： p 3 8 0 0 以上c p u ，2 5 6 m 内存。 视频输入设备及声音采集设备。 网络环境。 推荐配置为p 4 1 8 g ，5 1 2 m 内存，数字d v ，专业m i c ，1 0 0 m 网卡( 单机运行则 不需要网络环境) ，播放端则不需要视频输入设计及声音采集设备。 录制系统所需要的软件环境为： w i n d o w s2 0 0 0 或w i n d o w sx p 操作系统 w i n d o w sm e d i ae n c o d e r9 p o w e r p o i n t9 8 或以上版本。 1 1 东北大学硕士论文第二章系统结构分析 推荐环境为w i n d o w sx p 操作系统；w i n d o w sm e d i ae n c o d e r9 ；p o w e r p o i n t2 0 0 0 。 播放系统所需要的软件环境为： w i n d o w s2 0 0 0 或w i n d o w sx p 操作系统 w i n d o w sm e d i ap l a y e r9 推荐环境为w i n d o w sx p 操作系统：w i n d o w sm e d i ap l a y e r9 。 4 东北大学硕士论文第三章录制系统 第三章录制系统 通过在第二章中的结构分析，明确了流媒体课件同步制作系统的工作流程，并根据 该流程把整个系统分三个子系统和四个部分，录制系统、编辑系统和播放系统，四个部 分分别为教师端、录制端、课件编辑和课件播放。把录制系统根据功能一步划分，得到 录制系统的功能划分图3 1 ，在图3 1 中把录制系统划分为录制音视频、录制屏幕、录 制索引和课件合成四个功能模块。 一未编辑的流媒体课件+ 图31 录制系统功能划分图 f i g31p a r t i t i o nc h a r to f r e c o r ds y s t e mf u n c t i o n 3 1 基于流媒体技术的音视频录制 在图3 1 所示的录制系统功能划分图中，“录制音视频”所要完成的主要功能是对 教师音视频的录制，它基于流媒体技术，通过音视频设备把教师的音视频同步录制成 流媒体。 3 i 1 流媒体技术概述 在流媒体课件中，流媒体占有很重要的地位。在互联网和局域网中使用流式传输技 1s 东北大学硕士论文 第三章录制系统 术连续传送的娱体称为流媒体。实现流媒体的技术称之为流媒体技术1 8 】【9 i 。区别于常见 格式的媒体，流媒体特别适合于在网上课件，因为流媒体在网上传播时不象其它媒体那 样，等整个媒体全部下载到客户端 播放，而是在得到客户的请求后，边向用户端传送 数据，边在用户端播放该媒体，不用象前面提到的那样等全部传送完成后再播放，这样 用户不用花时划等待。 流媒体技术是在网络上传输视频和音频等多媒体信息的最新技术，现正在f 益受到 重视并逐渐得到广泛应用。在流媒体技术尚未问世之前，一般从网络上下载视频和音频 文件到本地硬盘后，再启动媒体播放软件进行播放，这样做一是耗时( 下载时间长) ： 二是需硬盘存储空间大( 一般视频、音频文件较大) ；三是容易传播( 制作单位的知识 产权不能得到保护) 。而流媒体是采用流式传输的方式来传输视频和音频，这种方式由 服务器向客户机发送稳定和连续的多媒体数据流，客户机一边接收数据，一边以稳定的 流回放( 将数据转换为视频显示和音频输出) ，而不是等数据完全下载后再播放，而且 边播放边丢弃数据。这样做，一是耗时不多( 立即收听、收看音频和视频、等待时间很 短) ，二是节省客户机存储空间( 用户不必将数据下载到本机上) ，三是客户不能传播 流媒体文件( 保护了制作单位的知识产权) 。 压缩编码技术和流式传输技术是实现流媒体的关键技术。所谓压缩编码是指采用一 定的编码方式，将文件的数据结构进行重组，一方面去掉一些重复或占而不用的空削， 以达到减小文件尺寸的目的；另一方面，将文件分成压缩包，形成数据流，将原有的多 媒体文件转化为具有流格式的流媒体。 所谓流式传输技术是指把声音、影像或动画等信息通过音、视频服务器同用户计算 机相连，进行实时传送，用户只需经过几秒或十几秒的启动延时即可观看的技术。 流式传输有2 种方法：即顺序流式传输和定时流式传输【1 0 】。 ( 1 ) 顺序流式传输指按前后次序下载，即用户只看到下载的部分。其优点是播放 质量高，传输途中无损耗，缺点是用户等待的时间稍长，尤其是在连接速度慢的时候。 ( 2 1 实时流式传输此方法采用流媒体服务器和专用的传输协议，优点是适合实况转 播，并可重复观看，缺点是对带宽有一定的要求，网络拥挤时，视频质量难以得到保证。 流媒体传播形式有2 种：流媒体广播和用户点播( v o d ) ，不论是哪一种类型的 流媒体，均包括以下过程： ( 1 ) 对人物、事件进行录制； f 2 ) 编辑内容，并做数字化处理： 16 东北大学硕士论文 第三章录制系统 ( 3 ) 将经过数字化处理的音、视频内容进行编码，使之成为流媒体格式； f 4 1 将其保存到安装了流媒体软件的宿主服务器中； ( 5 ) 服务器根据用户的需要来提供数字化内容； f 6 ) 用户利用播放程序观看数字化音、视频节目。 如果为了满足实时性的需要，还可以使用w i n d o w sm e d i ae n c o d e rs d k 等技术，直 播从视频源中录制生成流媒体。关于该项技术将在本章的后续章节中述及。 3 1 2 音视频录制的实现 当前主要有三种格式的流媒体，一种是m i c r o s o f t 公司的w i n d o w sm e d i a 格式的流 媒体文件，一种是r e a ln e t w o r k s 公司的r e a l 格式的流媒体文件，一种是q u i t t i m e 公 司的q u i t t i m e 格式的流媒体文件【。由于w i n d o w s m i d i a 格式的流媒体文件比较普及， 同时提供的开发开发工具功能丰富，因此本次设计中流媒体格式采用m i c r o s o f t 公司的 w i n d o w sm e d i a 格式。 m i c r o s o f t 为用户的流媒体开发在三个层次上提供s d k ，在最低层提供的是 w i n d o w sm e d i af o r m a ts d k ，在该层上提供了丰富的接口函数，用户可在该层上灵活的 丌发出各种应用，主要是针对高级系统格式( a s f ) 【1 2 】，但该层上编程比较复杂。在 w i n d o w sm e d i af o r m a ts d k 之上，m i r o s o f t 为用户提供的是w i n d o w sm e d i ae n c o d e r s d k ，该层封装了w i n d o w sm e d i af o r m a ts d k 的一些功能，提供了对流媒体的录制、 剪切、合成等常用功能，而且编程相对于在w i n d o w sm e d i af o r m a ts d k 之上要容易。 在最上层提供的是w i n d o w sm e d i a p l a y e r s d k ，该层封装了前两层的一些应用，提供了 流媒体的播放方面的相关功能。综合以上提及的三层s d k ，w i n d o w sm e d i ae n c o d e rs d k 比较适合用来进行教师音视频录制的开发，w i n d o w sm e d i ae n c o d e rs d k 主要是用来把 音视压缩或转换成w i n d o w sm e d i a 格式的媒体文件或媒体流。用户也可能利用s d k 丌 发出其它的流媒体产品，比如通过连接到计算机系统的数字设备来制作流媒体，或者把 现在的音视频媒体转换成流媒体。利用w i n