（计算机系统结构专业论文）流媒体技术及其在网络课件中的应用.pdf

重庆大学硕士学位论文中文摘要 摘要 从上个世纪末开始，远程教育已经成为教育学和计算机科学领域研究的热 点问题。现代远程教育将计算机技术、多媒体技术、网络和通信技术应用在教 育领域，引起了现代入学习方式的一场重要革命。现代远程教育不受时空限制 的特点给人们带来了诸多的便利，为生活在快节奏的现代社会中的人们提供了 更多的接受教育的机会。但是，由于教师不再能像传统教育中那样，对学生进 行面对面的授课，现代远程教育仍然面临着诸多挑战。教师必须学习新的教育 技术，适应新的教学环境。教师不再能够通过传统教学中观察学生反应或者表 情的方式了解学生接收知识的信息。 流媒体是流式传输的时基媒体。流媒体技术是一种新的网络多媒体技术， 它把数据压缩技术，媒体流调度策略和网络数据传输与控制技术有机的结合在 一起。流媒体技术的目的在于缩短客户对多媒体数据回放的等待时间和为用户 提供较好的服务质量，有效的解决了网络带宽局限的问题。流媒体技术的兴起， 掀起了网络多媒体的使用高潮。本文对流媒体技术的各个组成部分的工作原理 和相关技术作了详细的分析与讨论。 本文以国家十五科技攻关项目课件制作与转换工具课题为背景，结合 当前国内外标准化规范，对视频流媒体网络课件资源标准化进行了深入地研究。 作者利用符合x m l 语法格式的s m i l 语言的优势，采用给流媒体资源添加标签 的方式，提出了一种新的视频流媒体课件资源标准及描述方式。同时，作者制 作了一个把非标准的视频流媒体资源转换成标准的视频流媒体资源的标准化工 具一课件转换工具。 作者在流媒体课件资源标准化的基础上，提出了一个基于流媒体技术的网 络课件模型，并给出了一个课件生成工具的具体实现。该模型以流媒体技术为 基础支撑载体，结合了现代教育界的建构主义教学理论，重点论述了流媒体技 术及课件模型的构架a 论文最后采用了v i s u a lc + + 6 0 初步完成了基于该模型的 课件生成工具的实现。 关键词：现代远程教育，流媒体，建构主义教学理论，网络课件，s m i l 垩鏖奎堂堡主堂垡笙苎 垂苎塑量 a b s t r a c t d i s t a n c ee d u c a f i o nh a sb e c o m eo n eo f 也ee d u c a t i o ni s s u e so fe d u c a t i o na n d c o m p u t e rs c i e n c ef i e l d s f r o mt h ee n do fl a s tc e n t u r y m o d e md i s t a n c ee d u c a t i o n i m p l e m e n tc o m p u t e r , m u l t i m e d i a ，n e t w o r k ，c o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y i n t o e d u c a t i o n ，w h i c hl e a dt oe d u c a t i o nr e f o r mo fm o d e r np e o p l e sl e a r n i n gs t y l c t h e u n l i m i t e d g e o g r a p h i c a l l o c a t i o na n dl e a r n i n gt i m eb r i n g st h el e a r n e r sal o to f c o n v e n i e n c e ，w h i c h ，i nt h er a p i dp a c em o d e ms o c i e t y , o f f e r sp e o p l em o r ec h a n c et o e n j o y e d u c a t i o n b u tm o d e md i s t a n c ee d u c a t i o nf a c e sm a n yc h a l l e n g e ss i n c e t r a d i t i o n a lt e a c h e r sc a nn ol o n g e rt e a c hs t u d e n t sc l a s s e sf a c et of a c e ，t h e ym u s tl e a r n n e we d u c a t i o nt e c h n o l o g ya n da d a p tt h e m s e l v e st ot h en e w t e a c h i n ge n v i r o n m e n t s o i t sd i f f i c u l tf o rt e a c h e r st o g e ti n f o r m a t i o na b o u ts t u d e n t s s t u d yp e r f o r m a n c eb y t r a d i t i o n a lw a ys u c ha so b s e r v a t i o ns t u d e n t s r e s p o n s e so re x p r e s s i o n s t h u st e a c h e r s m u s tf i n do u tt h es t u d e n t s p e r f o r m a n c ei n f o r m a t i o nt h r o u g ht h ed a t as e t si nd i s t a n c e e d u c a t i o ns y s t e m b u tt h i so f t e np r o v i d et e a c h e r sw i t i li n f o r m a t i o nf r o mo n l yo l l e p e r s p e c t i v e , t e a c h e r ss t i l l h a v et o i n t e g r a t ei n f o r m a t i o nf r o md i f f e r e n tp e r s p e c t i v e s a n dr e l a t et h es e p a r a t ei n f o r m a t i o n ，t h e nt h e yw i l lh a v ea ni d e aa b o u tt h et e a c h i n g q u a l i t ya n ds t u d e n t s p e r f o r m a n c e s t r e a m i n gm e d i a t i m e - b a s em e d i a t r a n s p o r t e dl i k es t r e a m s t r e a m i n gm e d i a i sa n e wt e c h n o l o g yo fn e t w o r km u l t i m e d i a i tc o m b i n e dt h e t e c h n o l o g y o fd a t a c o m p r e s s ，a n dm e d i as t r e a ms c h e d u l i n gs t r a t e g y , a n dn e t w o r kd a t at r a n s p o r ta n d c o n t r 0 1 i tr e l e a s e dt h ep r o b l e mo fn e t w o r kb a n d w i d t h t h i sp a p e ra n a l y z e dt h e s t r e a m i n g m e d i at e c h n o l o g y , a n dd i s c u s s e dt h ep r i n c i p l e so f s t r e a m i n gm e d i a t h ea u t h o rr e s e a r c h e dt h ec r i t e r i o n sa b o u ts t r e a m i n gm e d i ai nh o m ea n da b r o a d ， p r o v i d e d an e ws t a n d a r do fs t r e a m i n gm e d i an e t w o r kc o u r s e w a r e r e s o u r c e s s m i l ( s y n c h r o n i z e d m u l t i m e d i a i n t e g r a t i o nl a n g u a g e ) c o n f o r m s t ox m l s y n t a x s o t h ep a p e rd e s c r i p tt h es t a n d a r ds t r e a m i n gm e d i a 、撕ms m i l a tt h es a m et i m e t h e a u t h o rc r e a t e da nt o o lo fc o u r s c w a r e s w i t c h i n g w h i c hs w i t c hn o n - s t a n d a r d c o u r s e w a r et os t a n d a r dc o u r s c w a r e b a s e do na n a l y s i so ft h et o o lo fc o u r s e , y a ms h i f h n g ，an e wm o d e lo f s 廿e a m j n g m e d i an e t w o r kc o u r s e w a r ei si n t r o d u c e d t l f i sm o d e lc o m b i n e dt h e t h e o r y o f c u n s t r u c t i v i s m ，a n du s e ds t r e a m i n gm e d i a a tt h ee n do ft h ep a p e r , t h ea u t h o r r e a l i z e dt h e c o u r s e w a r e p r o d u c i n g t o o lw i t hv i s u a lc 抖6 0 u 重庆大学硕士学位论文英文摘要 k e y w o r d s ：m o d e md i s t a n c ee d u c a t i o n , s t r e a m i n gm e d i a , c o n s t r u e t i v i s m ，n e t w o r k c 0 1 u s e w a l e ，s m l i l i 重庆大学硕士学位论文 l 绪论 1 绪论 1 1 流媒体网络课件模型的研究意义 2 1 世纪以高科技为核心的知识经济将占主导地位，国家的综合国力和国际 竞争力将越来越取决于科学技术创新水平。教育作为值是创新、传播和应用的 基础，培养和输送人才的摇篮，已经成为经济发展和社会进步的基础。过去仅 供少数人使用的教育资源能够为更多不同年龄层、不同社会阶层和背景的人们 所用。教育的开放，是现代教育的标志，也是教育改革发展的必然趋势。而伴 随终身的学习需求而来的是学习模式的改变。1 1 9 】 在以学生为中心的现代远程教育教学模式中，教师不再像传统教学中那样 占据主导地位，更大程度上扮演的角色类似于课件内容设计者、问题解答与讨 论者。教师要想完成较好的教育效果，先进的技术和教学理论是必不可少的， 网络课件在现代远程教育教学系统中占据着核心的地位，网络课件的优劣严重 关系着教学效果的好坏。 本文作者希望通过研究，简化网络课件制作流程，提高网络课件质量。提 高学生学习效率，促进我国现代远程教育事业的发展。 1 2 国内外研究现状 现代远程教育作为一种新的教学模式，近年来在国内外备受重视，美英等 国的若干所大学已经通过因特网。面向全球进行远程教学，课件制作工具也很 丰富。国外的有： m a c r o m e d i a 公司的f l a s h 、d i r e c t o r 动画功能及交互功能强大 a u t h o r w a r c 创造了基于图标的创作方式，用可见的流程贯穿课件制作 的整个过程，清晰有序。功能强大，只是操作复杂，使用困难，要经过 专业培训。 a s y m e t r i x 公司的t o o lb o o k ：t o o lb o o k 的动画能力介于a u t h o r w a r c 与 d i r e c t o r 之间，适合用于儿童教育软件，不适合于高等教育。 m s 的p o w e r p o i n t 有强大的超级链接功能，易于上手，对于交互性要求 较高的课件显得力不从心。 国内的有： 方正奥思( f o u n d e r a u t h o r t o o l ) 北大方正电子有限公司印艺事 业部研究开发的一个可视化、交互式多媒体集成创作工具。支持丰富的 媒体播放方式、过渡效果和动态效果，能实现灵活的交互性。 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 课件大师武汉凡高软件公司出品，支持众多的多媒体格式，创造了子页 的设计思想。 广州凯迪广州凯迪软件有限公司，完全摆脱了编程方式、操作简便，强 大的动画制作功能、自我创作能力强大、直面教育实际有记分牌( 自动 统计分数) 等功能。 洪图( h o n gt o o l ) 采用卡片式思想设计，用所见即所得的编辑方式。 这些课件制作工具的共同的缺点就是( 1 ) 不适合网络传输( 2 ) 课件资源 是非标准资源。 1 3 论文研究的主要内容 本论文主要研究内容如下： 1 视频流媒体课件资源元数据的标准化。制定视频流媒体课件资源元 数据的标准，并且在这个标准的基础上，开发一个课件资源标准化 工具，把所有非标准视频资源转换为标准的视频资源。 2 提出了一种网络课件设计思想和教学模型。利用流媒体技术，结合 建构主义教学理论，在课件资源标准化的基础上，提出一种符合国 家标准的网络课件设计思想和理论模型。 3 结合上述思想，开发出一个该网络课件自动生成工具。 4 系统应用效果评估。在网络学校应用改课件生成工具，测试评估使 用效果。 1 4 论文的实验背景 本文作者参与了“十五”国家科技攻关计划：网络教育关键技术及示范工程 项目课件制作与智能答疑工具子课题，该课题对课件资源的标准化进行了 详细的研究与设计，作者主要承担视频流媒体课件的标准化设计与实现，对现代 远程教育中的流媒体课件有较为深刻的理解。论文研究是作者在参加该课题的 基础上展开的。 该课题的研究对教育模式的改革，对人才的培养有极其重要的作用，对整 个教育环境核心的转变有着重要意义。首先是教师备课工作大大减轻，数据库 中的知识点和素材信息可以随时得到更新，这保证了教师能及时教授学科最新 的信息，扩大了学生的知识面和观念。其次是学生的疑问答复周期缩短及信息 获取的来源扩大：学生的几乎所有问题都可以在自动答疑机器中得到解决，形 成有问必答的局面，学生的辅助信息来源从几本参考书延伸到整个互连网络知 识空间，给了学生最大自由的知识获取来源。 同时本文作者参与了重庆大学网络教育学院c 语言程序设计这门课程 2 重庆大学硕士学位论文1 绪论 协助教学工作，在具体的实践中，采用了当今教育界比较流行的建构主义教学 理论，取得了显著效果。 3 重庆大学硕士学位论文2 现代远程教育概述 2 现代远程教育概述 2 1 现代远程教育出现的背景 远程教育不是一种新型的现象，在人类步入2 0 世纪之后，远程教育就出现 了。研究表明，采用合理的教学方案，远程教育和面对面的传统教育一样有良 好的教学效果。 远程教育经历了函授教育、广播和电视教育。在上个世纪末，由于经济的 根本转变，造成了全球远程教育的重大变化，远程教育发展到了今天的现代远 程教育阶段，这是社会和科技进步的结果。 知识作为国家经济繁荣的最重要的“商品”出现，这一变化具有深远的意 义，在历史上还有一次这样的变化，就是从农业经济道工业经济的转变。高科 技和高技能服务的不断加速发展，正在改变人们在工业经济中的生活和工作方 式，这些变化，目睹了知识经济时代的到来 2 】。知识经济的出现对远程教育有 双面的影响： 1 信息技术已经对教师教学、学生学习和教学活动的管理产生了深刻的影 响。 2 许多商家、企业都认为他们是知识的生产者和传播者，从而结束了教育 一直都被传统教育机构垄断的局面。如今，众多的“网校”就是例证。 现代远程教育主要是采用计算机网络技术和信息技术，这些对我们的生活 产生深刻影响的技术，越来越为人们所接受，尤其是青少年。现代远程教育突 破了传统教育在时间和空间上的限制，使得受教育者可以随时随地学习自己感 兴趣的知识，即学习者( a n y o n e ) 可以运用计算机网络，在任何时间( a n y t i m e ) 、 任何地点( a n y w h e r e ) 、学习任何课程( a n yc o t l r $ e ) 的任何章节( a n yc h a p t e r ) 。 现代远程教育的这些优势，恰能满足知识经济时代人们为了在竞争中取胜，更 加渴望学习知识的需要。现代远程教育已经在全球范围被接受。 2 2 现代远程教育的教学模式 现代远程教育中，学生是教学活动的中心。学生可以有多种可选择的学习 模式。根据学生和教师之间响应时间、交互性的可能关系，可以把现代远程教 育中的教学模式分为如下两大类：实时交互式教学模式和非实时交互式教学模 式。实时交互式教学模式是指教师和学生在同个时间实时、相互交互地进行 教学和学习的过程。非实时交互式教学模式是指，教师和学生不受时间和空间 的限制，进行交互( 包括教师和学生之间的交互以及学生之间的交互) ，从而实 4 重庆大学硕士学位论文2 现代远程教育概述 现教学和学习的教学模式。这两类教学模式贯穿于现代远程教育中的各个环节。 如教学环节、课后作业环节、辅导答疑环节、测验考试缓解等等。 由于现代远程教育不受时间和空间的限制，学生就可以根据自己的时间、 地点和兴趣的不同选择不同的学习模式进行学习。学生可以选择在指定时间参 加由教师主持的课程、与老师和同学进行实时的交流讨论，也可以选择在自己 方便的时间进行视频点播，观看教师授课的视频片断，或者选择浏览多媒体课 件进行自学，参加非时实的课程讨论，对于需要请教教师帮助的问题可以通过 实时答疑或者非实时答疑得到答案。 除了在时间、空间上的自由外，学生还可以在提供的课程中选择学习任何 感兴趣的课程，还可以不受专业的限制，这使那些非学历教育的学生获益匪浅， 极大的扩宽了传统学历教育的口径。另外，学生可以选择优秀的教师和教材。 计算机网络的优势在于“缩短”了人们之间的地理距离，实现了资源的共享， 学生可以选择自己喜欢的教师和适合自己的教材进行学习。可以看出，现代远 程教育中，计算机技术、网络与通信技术、多媒体技术的结合营造了多姿多彩 的学习内容，学生的自由探索满足了自身的兴趣爱好，学生的学习更加自主、 灵活、多样。 与传统教育相比，现代远程教育中，教师角色的地位和作用发生了巨大变 化。教师不再占据主导地位，学生成为教学活动的中心，习惯传统教学模式的 教师不得不学习新的技能来担负起扩大的任务，教师不但要教授课程，而且还 要组织内容和形式都适合学生独立学习的教学资源。除了学习新的技术之外， 教师面对的将是比传统教育中地理分布更广、生活背景更为多样、年龄层次跨 度更大、具有不同社会经历的学生群体。尽管通过先进的网络交互技术，在实 是授课时，教师可以通过外部设备观察学生的表情和反应，然而，外部设备呈 现出来的学生景象，已经失去了视觉上引起的教师由意识或者潜意识地调整教 学思路或者表达方式来迎合学生需要的作用 3 。 可见现代远程教育中的教学方法对习惯传统教学的教师提出了挑战。 综上所述，我们把现代远程教育的特点和挑战归纳如下。 现代远程教育的特点： 1 学生是远程教育模式的中心，一切的教学资源、教学策略的建设和 制定都是以学生的需要为主题。 2 学生的学习不再是被动的接受，而具有主动探索、主动交流、自主 学习的特点。 3 教师不再占据教学中的主导地位，教师是教学资源内容和教学活动 的建设者，教师与学生在教学过程中共同探讨。 5 重庆大学硕士学位论文 2 现代远程教育概述 4 为学生提供个性化教育是最重要的特点之一。 5 实现优秀教学资源的共享。 6 。现代远程教育突破了时空限制，增加了学习机会，有利于扩大教学 规模，提高教学质量，降低教学成本。 现代远程教育面临的挑战： 1 教师需要学习新的技能担负扩大的角色职责。 2 教师不再是教学中的权威，很多时候是和学生共同探讨、共同学习、 共同进步，教师必须适应这种变化。 3 现代远程教育中教师失去了“面对面”了解学生反馈的途径，必须 寻求新的途径发现反馈来及时调整教学策略。这影响到远程教育的 质量。 4 提供个性化教育服务。 远程教育是对传统教育模式的一次革命，它能够集教学和管理于体，突 破了传统“面授”的局限，给学员在空间和时间上都提供了便利条件。在远程 教学过程中，最基本的要求是将信息从教师端传递到异地的学员端，而需要传 递的信息是多元化的。这其中包括各种类型的数据：如视频、音频、文本、图片 等。将这些资料从端传递到另端是远程教学需要解决的重要问题。就目前 来讲，能够在互联网上进行多媒体交互教学的技术多为流媒体。事实上采用流 媒体技术制作课件，用于网络教学，是当今世界网络教育领域中最先进、最流 行的解决手段，因为在当今远程教育中，只有采用流媒体技术专可以为学员提 供视频、音频、文本、图片一体化的真正的多媒体互动教学。 2 3 网络课件在现代远程教育中的地位和作用 在现代远程教育系统体系结构中，如图2 1 所示，包括4 大模块：网上教学 支持系统( s u p p o r ts y s t e m o f n e t w o r ke d u c a t i o n ) 、网上教务管理系统( e d u c a t i o n m a d m i n i s t r a t i o no fn e t w o r k ) 、网上课程开发工具( e x p l o i t a t i o nt o o l so fn e t w o r k c o u r s e w a r e ) 、网上教学资源管理系统( a d m i n i s t r a t es y s t e mo f n e t w o r ke d u c a t i o n ) ， 其中网上教务管理系统和网上课程开发工具两个模块又可细分为6 个子系统： 课件点播系统( c o u r s e w a r e v o ds y s t e m ) 、辅导答疑系统( t u t o r s h l ps y s t e m ) 、作 业评阅系统( e x e r c i s es y s t e m ) 、虚拟实验系统( v i r t u a le x p e r i m e n ts y s t e m ) 、网 络题库系统( n e t w o r kt o p i cb a s es y s t e m ) 、远程考试系统( d i s t a n c ee x a m i n m i o n s y s t e m ) 。其中网络课件的位置处于网上教务管理系统模块的课件点播予系统 匕。 6 重庆大学硕士学位论文2 现代远程教育概述 r 。- - - 。 the a r c h i t e c t u r eo f m o d e md i s t a n c ee d u c a t i o n s u p p o r ts y s t e m o f n e t w o r k e d u c a t i o n i f _ , d u c a t i o n a la d m 豳a t i o n o fn e t w o r k l i e x p l o i t a t i o nt o o l so f n e t w o r kc o i l r $ e w a r e a d m m s t m t ；s y s t e mo f n e t w o r ke d u c a t i o n _ - 图2 1 现代远程教育系统体系结构 f i g u r e2 1t h e a r c h i t e c t u r eo f m o d e md i s t a n c ee d u c a t i o n 2 4 本章小结 本章简要介绍了现代远程教育出现的背景，发展的现状，论述了现代远程 教育的教学模式以及网络课件在远程教育中的地位。 7 重庆大学硕士学位论文3 流媒体技术概述 3 流媒体技术概述 3 i 流媒体技术简介 在网络上传输音视频( a v ) 等多媒体信息，因为文件一般都比较大，通常 在下载时，对客户端的存储需求比较大，另外还存在播放启动延时，常造成声 音、图像的不连续。同时由于网络带宽的限制，下载常常要花数分钟乃至数小 时。 图31 流媒体传输原理 f i g u r e 2 1t h ep n n c i p l eo f s t r e a m i n gm e d i at r a n s p o r t 雨流式传输则把声音、影像或动画等信息由音视频服务器向用户计算机连 续地、实时地传送。在采用流式传输的系统中，用户只需经过几秒或十数秒的 启动延时即可进行观看，而不必等到整个文件全部下载完毕，文件的剩余部分 将在后台从服务器内继续源源不断地下载。流式传输不仅使启动延时大大地缩 短，而且对缓存容量需求也大大降低。在i n t c m e t i n t r a n e t 中使用流式传输技术 的连续时基媒体就称为流媒体。 流媒体实现的关键技术就是流式传输，实现流式传输要有以下3 个必要条 件： 1 多媒体数据必须进行预处理才能适合流式传输，这是因为目前的网络带 宽对多媒体巨大的数据流量来说还显得远远不够。预处理主要包括两方 面：一是采用先进高效的压缩算法，二是适当降低质量。 2 流式传输的实现需要缓存。这是因为i n t e r a c t 是以包传输为基础进行断 续的异步传输。数据在传输中要被分解为若干包。由于网络的动态变化， 各个包所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a 为此，使用缓存系统来保证数据包的顺序正确，并弥补延迟和抖动 的影响，从而使媒体数据能连续输出，而不会因网络暂时拥塞使播放出 8 重庆大学硕士学位论文3 流媒体技术概述 现停顿。 3 流式传输的实现需要合适的传输协议。人们熟悉的w w w 技术是以 h t l 甲协议为基础的，丽h t t p 又以t c p 协议为基础。由于t c p 需要 较多的开销，故在传输实时数据时有缺陷。在流式传输的实现方案中， 一般采用h t t p t c p 来传输控制信息，而用r t p u d p 来传输实时 声音数据。 3 2 流媒体传输协议 实时传输协议是流媒体系统中的关键技术。流媒体在因特网上的传输，只有 采用合适的协议才能更好地发挥流媒体的作用，保证传输质量q o s 。 图3 2 流媒体协议棱 f i g u r e3 2p r o t o c o ls t a c ko f s t r e a m i n gm c d l a 流媒体传输协议主要有：( 1 ) 实时传输协议r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r t p r o t o c 0 1 ) 是用于i n t e r a c t 上针对多媒体数据流的一种传输协议。( 2 ) 实时传输 控制协议r t c p ( r e a l t i m e t r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) ，和r t p 一起提供流量控 9 重庆大学硕士学位论文 3 流媒体技术概述 制和拥塞控制服务。( 3 ) 实时流协议r t s p ( r e a l - t i m es t r e a m i n g p r o t o c 0 1 ) ，针 对“一对多”韵应用程序使其有效地通过i p 随络传送多媒体数据。( 4 ) r s v p 协议( r e s o u r c er e s e r v ep r o t o c 0 1 ) ，i n t e r n e t 上的资源预订协议。( 5 ) w e b 服务 器和w e b 浏览器通过m i m e - - m u l t i p u r p o s e i n t e m e tm a i le x t e n s i o n s ( 通用因持网 邮件扩展) 来识别流媒体并进行响应处理的。它不仅用于电子邮件，还能用来 标记在i n t e r n e t 上传输的任何文件类型。流媒体传输协议栈如图3 2 所示。 3 2 1 实时传输协j , 史( r t p ) t 2 6 1 和实时传输控制协议( r t c p ) r t p ( r e a lt i m e t r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) n - - 些实时数据如声音署视频，提供端到 端的传送服务。这些服务包括：开销类型标识、序列标号、时间标签、传送监 视。通常，它是运行在u d p 上面的，以利用u d p 提供的复用和校验功能。但 是r t p 也可以运行在其他的网络协议之上，如t c p 或a t m 等。 r t p 本身并不提供任何保证按时传送和其他的服务质量( q o s ) ，它依赖于底 层来实现这些功能。它不保证传送，也不阻止乱序传送，也不假设底层是可靠 的并按照顺序传送数据。r t p 中的序号允许接收者按照发送的顺序重新组织数 据。 尽管r t p 的设计主要是用来满足有多人参加的视频会议的需要，但是它并 不局限于此。连续数据的存储，交互分布式仿真，控制和测量等应用也可以使 用r t p 。 r t c p ( r e a lc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 是用来监视服务质量和会议过程中交换信息 的。但是这种交互也仅仅是非常简单的交互，它不提供明确的成员建立机制， 不能满足所有的通信需要，因而需要另外的会议控制协议来满足。 通常r t p 并不作为一个独立的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一 部分，它只是一个不完整的协议框架，它只规定了应用中的一些通用的功能。 在实际使用时，需要进行裁剪。 以建立在u d p 上的应用为例，通常在程序启动时，会打开两个连续的端口， 通常偶数端口给r t p ，奇数端口给r t c p 。通过r t c p 建大连接，会话过程中通 过r t p 传送多媒体数据，各参与者周期性地传送r t c p 包。r t c p 包中含有己 发送的数据包的数量、丢失的数据包的数量等统计资料，因此，服务器可以利 用这些信息动态地改变传输速率，甚至改变有效载荷类型。r t p 和r t c p 配合 使用，它们能以有效的反馈和最小的开销使传输效率最佳化，因而特别适合传 送网上的实时数据。如图3 _ 3 所示。 1 0 重庆大学硕士学位论文3 流媒体技术概述 图3 3 建立在u d p 上的应用 f i g u r e3 3a p p l i c a t i o n so n u d p 3 2 2 实时流协议( r t s p ) 怛4 j r t s p 是由r e a ln e t w o r k s 和n e t s c a p e 以及哥伦比亚大学共同提出的。它是 从r e a ln e t w o r k s 的“r e a la u d i o ”和n e t s c a p e 的“l i v em e d i a ”的实践和经验 发展来的。第一份r t s p 是由i e t f 在1 9 9 6 年8 月9 日正式提交后作为i n t e r a c t 的标准，在此后此协议经过了很多明显的交化，它的应用现在是广泛的，i b m n e t s c a p e 、a p p l e 、i b m 、s i l i c o ng r a p h i c s 、v x t r e m e 、s u n 还有其他公司都宣称 它们的在线播放器支持r t s p ，不过微软一直都坚持不支持此协议，不知道这种 局面还会持续多久。 r t s p ( r e a lt i m es t r e a m i n gp r o t o c 0 1 ) 是一个应用层协议，用来控制具有实时 特性的数据的传送。它提供了一种可扩展框架，使得可控的、点播的实时数据 的传送成为可能。数据源可以是直播数据或者存储的媒体片断。此协议被设计 用来控制多个传送会话实现传送通道如：u d p 的选择t c p 或u d p 的多播， 可以使用基于r u 的传送机制。 图3 4r t s p 服务器实现结构图 f i g u r e3 4r t s p s e r v e rr e a l i z a t i o n s 重庆大学硕士学位论文 3 流媒体技术概述 r t s p 建立并控制一个或几个时间同步的连续流媒体。尽管连续媒体流与控 制流是可以交叉的，但是通常它本身并不发送连续流。也就是说，它通常是充 当媒体服务器的网络远程控制的角色。r t s p 的连接没有绑定到传输层连接，如 t c p 。在r t s p 连接期间，用户可以打开或关闭多个对服务器的可靠传输连接， 用来发送r t s p 请求。此外，可使用无连接传输协议，如u d p 。r t s p 控制的数 据流可以使用r u ，但是r t s p 的操作并不依赖于这种传送连续媒体的机制。此 协议在语法和操作上与h 1 1 。f p 1 1 类似，所以很多h t t p 的扩展机制通常都可以 被加到r t s p 上。 r t s p 支持如下操作： 1 。从媒体服务器上检索媒体。用户可以通过h t t p 或其他方法提交一个演 示描述。如演示是多播，演示描述就包含用于连接媒体的多播地址和端 口。如演示仅通过单播发送给用户，用户为了安全应提供目的地址。 2 邀请媒体服务器进入会议。媒体服务器可被邀请参加正进行的会议，或 回放媒体。或记录其中的一部分，或全部。这种模式在分布式教育应用 上很有用处，会议中几方可轮流远程控制按钮。 3 将媒体加到现成讲座中。如服务器告诉用户可获得附加媒体内容，对现 场讲座显得尤其有用。如h t t p 1 1 中类似，r t s p 请求可由代理、通道 与缓存处理。 r t s p 是应用层协议，与r t p 、r s v p 一起设计来完成流式服务。 r t s p 有很大的灵活性，可被用在多种操作系统上，它允许客户端和不同厂 商的服务平台交互。 r t s p 在体系结构上位于r t p 和r t c p 之上，它使用i 盯p 完成数据传输。 它可控帝4 流式媒体数据通过网络传输到客户端。 r t s p 可以保持用户计算机与传输流业务服务器之间的固定连接，用于观看 者与单搔( u r e c a s t ) 服务器通信并且还允许双向通信，观看者可以同流媒体服务器 通信。 提供类似“v c r ”形式的铡如暂停、快进、倒转等操作。操作的资源对象 可以是直播流也可以是存储片段。 3 2 3 资源预馨协议( r s v p ) 2 3 1 1 2 5 】 由于音频和视频数据流比传统数据对网络的延时更敏感，要在网络中传输 高质量的音频、视频信息，除带宽要求之钋，还需其他更多的条件。 r s v p ( r e s o u r c er e s e r v ep r o t o c 0 1 ) 是正在开发的i n t e r a c t 上的资源预留协议，使用 r s v p 预留一部分网络资源( 即带宽) ，能在一定程度上为漉媒体的传输提供q o s 。 r s v p 的工作原理。首先，发送方应该向接收方发送一个r s v p 信息。r s v p 1 2 重庆大学硕士学位论文 3 流媒体技术概述 信息同其他u 包一样通过各个路由器到达目的站点：接收端接收到发送端发送 的路径信息之后，由接收端逆向发起资源预留的过程；资源预留信息沿着原来 信息包相反的方向，对路由器逐个进行资源预留。 如图3 5 所示的例子，假设一个应用需要预留2 m b i t s 的带宽，则资源预 留信息逐个询问沿途的路由器，其现有资源是否可以完全满足该应用数据流的 要求。如果资源预留信息成功地回到发送方，则发送方就可以成功地在这条已 经预留资源的路径上发送应用数据了；否则，应用将无法进行。 工作流程可以详细分为如下5 步： 1 发送方将一个r s v p 路径消息发送给接收方。 2 。接收方应用接收到路径消息。 3 接收方沿着r s v p 消息过来时相反的方向预留资源。 4 路由器检查路径消息，看是否可以满足要求的条件。 5 发送方接收到一个资源预留的消息。 6 发送方开始发送数据包。 r s v p 是u 路由器为提供更好的服务质量向前迈进的具有深刻意义的一步。 传统上u 路由器只负责分组转发，通过路由协议知道邻近路由器的地址。而 r s v p 则类似于电路交换系统的信令协议一样，为一个数据流通知其所经过的每 个节点叫路由器) ，与端点协商为此数据流提供质量保证。r s v p 一出现，立刻 获得广泛的认同，被认为较好地解决了资源顸留的问题。 图3 5 r s v p 工作原理 f i g u r e 3 5r s v pw o r k i n gp r i n c i p l e s w e b 服务器和w e b 浏览器都基于h t t p 协议，而h t t p 都内建有m i m e ， h t t p 正是通过m i m e 标记w e b 上繁多的多媒体文件格式。m i c r o s o f tl e 4 0 和 1 3 重庆大学硕士学位论文 3 流媒体技术概述 n e t s e a p e4 0 这两个最常用的浏览器都提供了内建流媒体支持。 3 3 流媒体文件格式 通过文件共享的方式播放标准的媒体压缩文件也可以实现网上的共享，但 是那样只适合局域网的环境，对于i n t e r n e t 往往还是用文件传送的方式。为了减 小用户的播放延时和存储空间，实现边下载边播放，并保证一定的播放质量， 这就需要对压缩文件进行特殊的处理，添加些附属信息，如计时、压缩和版 权信息，这就是流式文件格式。 提供流媒体的播放需要专门的媒体服务器，如r e a ls e r v e r 、w i n d o w sm e d i a s e r v e r 等。当然这些文件不仅可以实时播放，存放在本地播放也是没有问题的。 在这里主要介绍了三大流媒体公司r e a l 、m i c r o s o f t 、a p p l e 的流格式文件。 3 3 1r e a lm e d i a f l 】 4 】 9 】 1 0 】 r e a lm e d i a 由r e a ln e t w o r k s 提出。r e a lm e d i a 是目前i n t e r n e t 上最流行的 跨平台的客户朋务器结构多媒体应用标准，其采用音频视频流和同步回放技术 实现了网上全带宽的多媒体回放。其主要的文件格式有： r a 格式是一种新型流式音频r e a la u d i o 文件格式，用以传输接近c d 音质 的音频数据。r v 格式则是流式视频r e a lv i d e o 文件格式，主要用来在低速率的 网络上实时传输活动视频影像。 r p ( r e a lp i x ) 格式是新近发表的r e a lm e d i a 文件格式的一部分，是允许 直接将图片文件通过i n t e r n e t 流式传输到客户端。通过将其他媒体如音频、文本 捆绑到图片上可以制作出各种目的用途的多媒体文件。r e a lp i x 文件是可以用 r e a ls e r v e r 发送到r e a l p l a y e r 直接播放的， r t ( r e a l t e x t ) 格式也是新近发表的r e a lm e d i a 文件格式的一部分，发布 这种格式是为了让文本从文件或者直播源流式发放到客户端。r e a lt e x t 文件既 可以是单独的文本也可以是在文本的基础上加上其他媒体，具体哪种形式完全 由需要决定。r e a lt e x t 文件也是可以用r e a l p l a y e r 流式播放。 3 3 2w i n d o w sm e d i a t l l 【2 】 4 】【9 1 a s f ( a d v a n o e ds t r e a m i n gf o r m a t ) 文件是m i c r o s o f t 为了和现在的r e a lp l a y e r 竞争而发展出来的一种可以直接在网上观看视频节目的文件压缩格式。由于它 是用m - p e g - 4 的压缩算法，所以它的压缩质量如果不考虑文件大小的话，完全 可以和v c d 媲美，比同是视频格式的+ r t n 好很多。关于这神格式，m i c r o s o f t 有明确说明：“a s f 是一种支持在各类网络和协议下进行数据传递的公开标准。” a s f 用于排列、组织、同步多媒体数据以通过网络传输。a s f 是一种数据格式， 然而，它也可用于指定实况演示的格式。a s f 不但最适于通过网络发送多媒体 1 4