（计算机软件与理论专业论文）基于smil的多媒体远程教育写作系统研究.pdf

摘要 摘要 多媒体远程教育是近年来迅猛发展的一种崭新的教学方式，它是多媒 体技术和网络技术相结合的产物。在远程教育系统中，多媒体课件是系统 的核心。由于h t m l 语言编写的网页形式的课件普遍存在着制作麻烦，同 步和共享困难的缺陷。而作为新生力量的流媒体课件目前还仅是商业模式 的简单迁移，未能充分发挥其教育功能。因此，利用s m i l 语言编写积件 式的流媒体课件成为课件制作的新方向。 本文首先对远程教育和课件资源的发展现状作了简单介绍，在分析了 流式传输、s m l l 语言和积件技术各自在课件制作方面的优势之后，构建了 一个集流媒体窄带传输特性、s m i l 语言动态集成特性和积件技术的模块化 特性于一体的远程教育多媒体课件写作系统。同时，文中对服务器系统和 资源库的建设作了较详细的设计，采用以资源编码为基础，磁盘目录树和 数据库相结合的混合式资源库结构，服务器部分采用开放式便于扩充的组 合式服务器体系结构。 由于目前各种专业的s m i l 编辑软件并无汉化版本，而且在使用上也 较为复杂，不符合积件组合平台简单易用的要求，本文在分析比较当今各 种课件制作工具优缺点的基础上，以v i s u a lc + + 6 0 为开发工具，从空间布 局和时序组织两方面着手，设计开发了一个类似o u t l o o k 界面风格的s m i l 创作软件。该软件界面友好，操作简单，可满足各层次计算机用户的使用 需求。 关键词远程教育：流媒体；同步多媒体集成语言；多媒体课件；积件 燕山大学工学硕士学位论文 a b s t r a c t m u l t i m e d i ad i s t a n c ee d u c a t i o ni san e wi n s t r u c t i o nm o d e ，w h i c hh a sg o t r a p i dp r o g r e s si nt h e s ey e a r s i t s a l li n t e g r a t i o no fm u l t i m e d i at e c h n o l o g ya n d n e t w o r k s t e c h n o l o g y i n t h ed i s t a n c ee d u c a t i o n s y s t e m ，t h e m u l t i m e d i a c o u r s e w a r ei st h ec o r eo ft h et u t o r i n gs y s t e m t h en e t w o r kc o u r s e w a r em a d eb y h t m lh a sm a n yd e m e r i t s s u c ha sl a b o r i o u st om a k ea n dd i f f i c u l tt os h a r ea n d s y n c h r o n i z el e a r n i n gr e s o u r c e s i ，7 瑶s t r e a m i n g c o u r s e w a r ea san e wm o d ei sj u s t a s i m p l ea p p l i c a t i o no f c o m m e r c i a ls t r e a m i n ga n di t sf u n c t i o no fi n s t r u c t i o nh a s n o tb e e na p p l i e df u l l y s os t r e a m i n gi n t e g r a b l ew a r em a d eb ys y n c h r o n i z e d m u l t i m e d i ai n t e g r a b l el a n g u a g e ( s m i l ) b e c o m e san e ww a yo ft h ep r o d u c t i o n o fc o u r s e w a r e f i r s t l y t h ep a p e ri n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n to fd i s t a n c ee d u c a t i o na n d c o u r s e w a r ei ns i m p l e t h e na n a l y s e st h em e r i t so fs t r e a m i n gm e d i a ，s m i la n d i n t e g r a b l ew a r e t h ef o r m e r c a nb et r a n s m i t t e di nn a r r o wb a n d w i d t h t h es m i l d o c u m e n tj u s ti n t e g r a t e st h em u l t i m e d i ar e s o u r c e sb yt h e i ru r l a n dt h e i n t e g r a b l ew a r el o o k sl i k eam o d u l e s ot h ep a p e rd e v e l o p sah a n d ya u t h o r i n g s y s t e m o f m u l t i m e d i ac o u r s e w a r e ，w h i c hh a st h em e r i t so f t h e ma tt h es a m et i m e t h ep a p e ra l s od i s c u s s e st h ed e s i g n so ft h es e r v e ra n dt h er e s o u r c e d a t a b a s e s y s t e mi nd e t a i l t h er e s o u r c e d a t a b a s es y s t e mh a sac o m p l e x s t r u c t u r e w h i c hi s b a s e do nt h ec o d ea n di sa ni n t e g r a t i o no ft h e d i r e c t o r y o fd i s ka n dt h e t e c h n o l o g y o fd a t a b a s e t h es e r v e r s y s t e m h a sa l l e x p a n s i v e l y c o m b i n e d z w a c t w e i np r e s e n t ，n o n eo ft h ee d i t o r so fs m i i 。h a sc h i n e s ee d i t i o n f u r t h e rm o r e t h e ya r ed i f f i c u l tt ou s ea n d n o ts u i tt h en e e do f p l a t f o r m ，w h i c hi su s e d t om a k e i n t e g r a b l e w a r e a f t e ra n a l y s e st h em e r i t sa n dd e m e r i t so fs o m et o o l sf o r c o u r s e w a r e t h ep a p e rd e v e l o p sav i s u a la u t h o r i n gp l a t f o r mu s i n gc + + w h i c hi s l a u n c h e do nt h ep o i n t so fs p a c ed i s t r i b u t i o na n ds c h e d u l e t h ea u t h o r i n gh a sa l i a b s t r a c t f r i e n d l yi n t e r f a c el o o k e dl i k eo u t l o o ka n di se a s yt ou s e ，w h i c hc a nm e e tt h e n e e do fa l lu s e r s e m i r e l y k e y w o r d sd 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 ；s y n c h r o n i z e dm 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 ；m u l t i m e d i ac o u r s e w a r e ；i m e g r a b l ew a r e 1 i i 第1 章绪论 第1 章绪论 随着新世纪的到来，人类社会开始进入一个知识经济的时代。这是一 个知识创造财富、知识决定命运的时代，社会需要越来越多掌握丰富知识 的高素质的劳动者来推动社会的发展。同时，这也是一个知识爆炸的时代， 知识的总量爆炸性地增长，知识的更新速度也是以往任何时代所无法比拟 的。在这样的时代，劳动者面临着巨大的挑战：一方面是需要掌握的知识 总量急速增长，另一方面是已有的知识迅速老化。劳动者不仅需要通过学 校学习掌握丰富的专业基础知识，更重要的是要在工作过程中不断地更新 自己的知识结构以适应科学技术迅猛发展的需要。因此，我们的教育已经 进入了一个“终生教育”的时代。劳动者必须在其一生中不断地学习新的 知识和技术。这对我们的教育提出了新的挑战和要求，传统的学校课堂教 育在满足不同地点和不同时间学习的人们的需要方面明显地力不从心。在 这样的时代背景下，网络远程教育呈现出了巨大的优越性，为教育事业注 入了新的活力。 1 1 远程教育的发展过程及其特点 1 1 1 远程教育的发展 远程教育是对教师和学生在时空上相对分离，学生自学为主，教师教 学为辅，教与学的行为通过各种教育技术和媒体资源实现联系、交互和整 合的各类学校或社会机构组织的教育的总称【lj 。远程教育源自欧美，至今已 历经数代的演变，是一种与传统教育完全不同的教育模式。 第一代函授教育始于1 8 4 0 年，以印刷资料为主要沟通媒介，通过邮寄 文字、印刷品等阅读资料传播知识。第二代广播电视教育是在第一代远程 教育的基础上，兼采用广播与录像媒体，利用收音机、电视机与录音机等 设备进行教学。第三代现代远程教育是在2 0 世纪6 0 年代随着信息科学技 术发展而出现的新的教育形式。它集面授、电视、网络教育各自的优势于 燕山大学工学硕士学位论文 一身，融文本、图像、音频、视频等信息传播媒介为一体，在数字化环境 下实现交互式学习【2 】o 1 1 2 现代远程教育的特点 现代远程教育是以开放的、灵活的、终生的教育发展为目标，它是对 传统教育的延续发展，同时，也是对传统教育的巨大变革，它打破了传统 教育的局限，具有传统教育不可比拟的优点： 首先，以互联网络和多媒体技术为主要媒介的现代远程教育，真正突 破了学习空间的局限。现代远程教育提供的是开放的教学内容，学习者不 受职业、学历条件的限制，在任何地方只要能够连接到网络，就好象坐在 教室里上课一样。它将有利于缓解偏远地区受教育难的问题，为教育社会 化和社会教育化创造有利条件。 其次，现代远程教育也不受学习时间的限制，每个人都可以在任何时 候点播需要的任何教育资源，获得自己所需的各种教育内容，创造一种“适 时”的学习模式。这种教育不再是一次性的学校教育，它是实现终生教育 的最佳手段。 第三，现代远程教育的意义不仅在于突破了传统校园的围墙，还在于 它带来了教学模式的变迁。它把传统的以“教”为主的教学方式，改变为 以“学”为主。针对每一个学习者，它能够通过各种交互手段及时反馈和 调整学习内容，按最有效的个人化原则来组织学习，真正体现因材施教， 全面提高学习者各方面的素质【3 】o 第四，现代远程教育能调动多媒体、网络等各种现代化手段为教学服 务。多媒体形式的教学资源可以使教学过程图文并茂、声像结合、生动逼 真，而且通过计算机的仿真或模拟处理，使得那些抽象、枯燥的教学内容 变得生动、直观，便于学习者理解和接受，并进一步激发学习者的学习兴 趣和求知欲。 最后，现代远程教育有利于教育资源的优化组合与共享，提高教育的 效率和效益。一方面，网络将各地的学校、研究所、图书馆和其它各类信 息资源，包括大量数据、档案资料、程序、教学软件、兴趣讨论组等学习 2 第1 章绪论 资源连接起来，形成一个高度综合的资源库；另一方面，进行教育上的资 源优势互补，世界各地的名师、名校、可以从不同的角度提供相同知识点 的学习素材和教学指导，网络中的所有用户都可以共享这些学习资源，使 他们能够最大限度地使用最优秀的教学信息，取得较好的学习效果【4 j 。 同时，现代远程教育利用网络给学习者提供了最丰富的信息，使学习 由被动的记录外界信息的过程变为学习者主动选择信息的过程。 1 2 国内外远程教育的发展现状 1 2 1 国外远程教育发展现状 美国是普通高等教育发达的国家，有很多世界一流的大学，但他们仍 投入大量的人力和财力发展现代远程教育。目前，美国几乎所有的大中小 学都已经接入i n t e m e t ，并不同程度地开展远程教育。美国政府为了推进现 代远程教育制定了著名的i n t e m e t 2 计划。该计划称要把教育广泛架构在 i n t e m e t 上。无论是政府教育部门，还是科研机构及各级学校，都通过 i n t e m e t 2 连接起来，要将其教育的最终端口连接到每一个家庭，每一所学校， 甚至每一间教室，以形成广泛的协作式学习和资源共享，使全体美国国民 在未来都可以享受到i n t e r n e t 带来的全新学习环境。 在英国，政府对在线教育的投资力度也非常大，在全国各级学校几乎 都建立起了自己的网络学校。 在澳大利亚，距离一直是限制教育的主要问题，因此，澳大利亚的现 代远程教育居世界领先地位。网校已成为澳大利亚社会和经济生活中不可 缺少的部分。 日本许多大学、高中和企业利用卫星通信或综合业务数字网将授课现 场和听课现场连接起来，实现同时异地的远程教育。 根据有关资料显示，到目前为止，世界上已经有1 0 0 多个国家和地区开 展了远程教育，远程教育已经成为国际教育发展的共同趋势。比较著名的 有美国的斯坦福大学和加利福尼亚大学、瑞典的l u n d 大学、香港的公开 大学、韩国的金南大学、釜山大学等【5 】。 燕山大学上学硕士学位论文 1 2 2 国内远程教育发展现状 我国的远程教育起步较晚，经历了函授教育、广播电视教育阶段，已 进入以网络为基础的新阶段。在国务院批转的教育部面向2 1 世纪教育振 兴行动计划中明确指出，要把发展远程教育作为一种新的教育方式，作 为构筑2 1 世纪终生学习体系的主要手段，作为在我国教育资源短缺的条件 下办好大教育的战略措施，作为国家重要的基础设施来加大建设力度。在 基础教育方面，近年来各地自发地涌现出一大批中小学教育网校；在高等 教育方面，自1 9 9 8 年教育部批准在清华：大学、北京邮电大学、湖南大学和 浙江大学开展现代远程教育试点工作迄今，已经发展到6 7 所，接受远程教 育的学生已接近1 0 0 万；在成人教育方面，我国各地原有的远程教育系统正 在向网络转移，形成多神媒体共存的新格局f 6 】。 1 3 远程教育课件资源现状 课件是由一系列知识点组成的实施相对完整教学的辅助教学软件，是 时空分离的远程教育系统中主要的教育资源，课件的发展状况直接制约着 远程教育的发展。 1 3 1 课件的发展趋势 从2 0 世纪7 0 年代末、8 0 年代初课件的概念由国外引入国内以来，课 件的设计、开发和应用逐渐成为我国学校教育应用信息技术的中心。在课 件开发设计的实践中，新的发展趋势主要有积件、电子作品、包件、点件 等形式： ( 1 ) 积件是由教师和学生根据教学需要自由组合运用多媒体教学信息资 源的教学软件系统，由积件库和积件组合平台构成。它的核心是人的主体 性、教学资源的基元性、可重组性、自繁殖性和开放性等【_ ”。 ( 2 ) 电子作品是为了表达教师和学生的创新思想、问题解决的结果或某 个想法而设计和制作的，因而电子作品集是以学生为中心的教学活动的产 4 第1 章绪论 物，是创新教育思想在学校课堂教学中的体现，具有创新性、学生主体性、 涉及知识与领域的广泛性、自激励与他激励性、不可预测性、开放性和自 繁殖性等特点| 8 j 。 ( 3 ) 包件是一个可以进行完整课堂教学的软件包，包括学生作品评价量 规、单元教学计划、教师支持材料、学生作品范例等。原则上前面所说的 课件、积件、学生电子作品等都可以包括在其中。“包件”概念来自“英特 尔未来教育”教师培训项目，它把教师培训的重点已经从课件设计丌发转 移到信息化环境下的教学设计【9 】。 ( 4 ) 点件思想倡导“以四两拨千斤”。所谓点件，就是针对某一个知识点 ( 重点或难点) ，以一定的理论作为指导，制作而成的微型课件，一般长度为 三、五分钟，避免了像有些课件那样拖沓冗长地进行满堂“电”灌，可以 真正起到辅助教学的作用。开发过程中，点件比课件具有更高的要求。它 要求选题精准( 重点、难点或某些知识点) ，能够抓住学生的疑点和兴趣点， 设计要有创意，针对性要强。点件是“晶核”，以其为核心，根据不同的对 象，可以自由组织成课件| l 。 1 3 2 课件写作工具的发展现状 在远程教育模式下，学习者主要通过系统提供的各种工具和资源进行 自主学习，因此一个课件不仅要包括文本、图像、音频、视频、动画等教 学素材，还应结合一定的教学理论，这对课件的创作工具提出了较高的要 求。目前，课件写作工具处在一个发展的阶段，根据它们提供的编辑方式 的不同，大致可以分为基于脚本、基于流程图、基于时序、基于页面四类。 ( 1 ) 基于脚本这种写作工具主要是提供一套脚本语言，帮助课件制作 者控制各种媒体资料的播放，即控制节目流程。一些常用的多媒体功能在 脚本语言中都是以指令或语句来实现，使用这类工具来编制多媒体节目类 似于写程序，因而比较适合有编程经验的人使用。常见的脚本著作工具是 美国a s y m e t r i x 公司的m u l t i m e d i a t o o l b o o k 。 ( 2 ) 基于流程图代表产品为美国m a c r o m e d i a 公司的a u t h o r w a r e 。它使 用流程图的方式来安排节目流程。一个流程由多个图标组合而成，每个图 燕山大学工学硕士学位论文 标完成一定的功能，无需编程即可在屏幕上直接制作完成集视频、图、文、 音于一体的多媒体应用系统，主要用于开发交互性的教育培训软件。 ( 3 ) 基于时序其代表产品为m a c r o m e d i a 公司的d i r e c t o r 。这类工具以 时间线的方式表达整个多媒体节目中各个媒体素材的相对关系，强调各种 媒体信息的同步控制，将抽象的时间观念予以视觉化。这类产品方便控制 媒体的同步，操作简便，形象直观，在一个时间内可以任意调整多媒体素 材的属性( 如位置、是否配音、转向、出图与消失方式的特技类型等) ；其缺 点是要对每一个素材的呈现时间作出精确的安排，而具体实现时可能还要 做很多调整，增加了调试的工作量，而且对于交互动作及逻辑判断的处理 并不灵活。 ( 4 1 基于页面代表产品为美国a p p l e 公司的h y p e r c a r d 。它将多媒体素 材组织成网页，利用超文本的方法迸行创作。它允许课件的使用者以非线 性的方式读取多媒体数据，由一个主题连接到另一个主题，使信息的呈现 成交互式“。 1 4 课题主要研究内容 由于现代社会对教育的需求迅速增加，传统的教育模式已经不能满足 这种需求，基于网络的现代远程教育正逐渐成为一种重要的知识传播途径。 当前绝大多数远程教育系统提供的教学课件都是超文本标记语f f ( h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ，h t m l ) 编写的网页。由于h t m l 语言和网络硬件条 件的限制，使得网页形式的教学课件的演示效果并不令人满意，而且还存 在着制作麻烦、同步和共享困难等诸多缺点。而作为远程教育新生力量的 流媒体课件，目前还仅是商用模式的简单迁移，未能充分发挥其教育功能。 当前多媒体课件一般由专业人员而不是教学老师制作。专业人员很难 领悟课件中所包含知识的内涵，而普通教学老师又不懂课件的制作。为了 作出令人满意的课件，需要专业人员和教学老师进行多次的交流，无形中 又延长了制作周期。同时，课件本身也具有整体性、固定性、特定性和封 闭性的弊端，成品后不易修改，不能由师生根据需要重组改造。因此需要 第1 苹绪论 一种演示效果出色的课件形式和一种操作简单、功能强大的课件创作工具 以及一个面向i n t e m e t 共享的教学资源库。随着同步多媒体集成语言( s y n c h r o n i z e dm u l t i m e d i ai n t e g r a t i o n l a n g u a g e s m i l ) 的发展与应用，同时具有流 媒体和积件技术优势的课件成了研究的热点。 本文的主要研究内容是构建一种集积件的模块化特性、流媒体的网络 传输优势、s m i l 语言的动态集成功能于一体，适合窄带网络传输，资源共 享方便的多媒体远程教育系统。同时设计开发一个简单易用的课件创作工 具，使那些不懂得具体编程语言的工作者也能投入到课件的开发中，减轻 专业人员的负担。通过本课题可以丰富网络教学课件的形式和内容，实现 网络资源的共享，在i n t e m e t 上提供一种类似电视效果的新颖授课方式。 本文共分五章，具体的章节内容安排如下： 第一章介绍了远程教育的发展、优势、国内外发展现状以及课件资源 的发展情况，并给出全文的整体结构。 第二章主要介绍了流媒体技术的工作原理、常见的流媒体技术以及主 要应用领域等内容。 第三章首先介绍了可扩展标记语言( e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ，x m l ) 的优点，接着对文档对象模型及文档类型定义做了简要的介绍，最后详细 介绍了目前流行的流媒体同步集成工具s m i l 语言。 第四章通过分析s m i l 语言和积件技术，对远程教育系统的整体结构 进行了详细的阐述，并对服务器和资源库部分的设计思路进行了论述。 第五章详细论述了课件创作平台的设计思想、开发工具的选择以及具 体功能的设计和实现情况。 最后，总结了本文的研究工作并提出下一步的设想。 1 5 本章小结 本章首先介绍了远程教育的发展过程及其特点，然后对国内外的发展 现状作了介绍。通过对远程教育中课件资源的发展情况与存在的问题进行 分析，提出了本课题的研究内容及意义。最后介绍了全文的结构安排。 7 燕山大学工学硕士学位论文 第2 章流媒体技术概论 随着网络时代的到来并不断深入，网络上传递的信息种类越来越多， 从最初的文本信息发展到目前文字、图像、音频、视频、动画等几乎所有 种类的信息。传递信息种类的增多，特别是需要同时传递多种信息时，对 计算机网络的数据传输技术也提出了新的要求。在不断提升网络带宽的同 时，网络多媒体技术也在不断的发展，包括数据的压缩编码和用于发布媒 体的服务器技术。流媒体正是近年来新兴的网络多媒体实用技术。 2 1 流式传输基础 在网络上传输视音频等多媒体信息，目前主要采用下载和流式传输两 种方式。多媒体文件一般都较大，由于网络带宽的限制，下载方式常常要 花数分钟甚至数小时，延迟很大，而且需要较大存储空间。流式传输采用 边下载、边播放、边丢弃的方式不仅使启动延时成十倍、百倍地缩短，而 且不需要太大的缓存容量，还避免了用户必须等待整个文件全部从i n t e r n e t 上下载才能观看的缺陷【12 1 。流媒体实现的关键技术就是流式传输。实现流 式传输有两种方法：顺序流式传输和实时流式传输。 2 1 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， 由于不支持随机访问，在给定时刻用户只能观看已下载的那部分内容，而 不能跳到未被下载的部分。顺序流式传输不像实时流式传输那样可在传输 期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的h t t p ( h y p e r t e x tt r a n s f e r p r o t o e 0 1 ) 服务器可发送这种形式的文件，也不需要其它特殊协议，它经常被 称作h t t p 流式传输。顺序流式文件放在标准的h t t p 或f t p ( f i l et r a n s f e r p r o t o c 0 1 ) & 务器上，易于管理，基本上与防火墙无关。顺序流式传输不适合 长片段和有随机访问要求的视频，如：讲座、演说与演示。它也不支持现场 第2 章流媒体技术概论 广播，严格说来，它是一种点播技术。 2 1 2 实时流式传输 实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接匹配，使媒体可被实时 观看到。实时流和h t t p 流式传输不同，它需要专用的流媒体服务器与传 输协议。实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访 问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容i l ”。理论上，实时流一经 播放就不可停止，但实际上如果带宽不够则可能发生暂停。因此，实时流 式传输必须匹配连接带宽【l4 1 。实时流式传输和h t t p 流式传输不同，它需 要专用的流媒体服务器，如r e a l s e r v e r ，w i n d o w sm e d i as e r v e r 和q u i c k t i m e s t r e a m i n gs e r v e r ，允许用户对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设 置、管理比标准h t t p 服务器更复杂。另外，实时流式传输还需要特殊的 网络协议，如：r t s p ( r e a l t i m es t r e a m i n gp r o t o c o l y 或m m s ( m i c r o s o f t m e d i a s e r v e rp r o t o c 0 1 ) 。这些协议在有防火墙时可能会出现问题，导致用户不能看 到一些地点的实时内容1 1 “。 2 2 流式传输过程与原理 实现流式传输一般都需要专用服务器( 媒体服务器) 和媒体播放器。流式 传输的基本原理如图2 - 1 所示。 w e b 浏览器w e b 服务嚣 捕放说明i 定位 悭竺墼墨隋磊面面茅_ 璧堕! 堕到 图2 - 1 流式传输基本原理” f i g 2 - 1b a s e dt h e o r yo f s t r e a m i n g t r a n s m i s s i o n 。t 1 6 】 f 1 ) 用户选择某一流媒体服务后，w e b 浏览器与w e b 服务器之间使用 h t t p t c p ( t r a n s m i s s i o nc o n t r o lp r o t o c o l y 交换控制信息，以便于把需要传输 的实时数据从原始信息中检索出来，这个超级连接并不是直接指向流媒体 9 燕山大学工学硕十学位论文 文件，而是指向一个播放说明文件，这个文件是有关流媒体文件本身的文 件，也称元文件，包含有实际的流文件地址。播放说明文件封装在h t t p 相应消息中。 ( 2 ) 客户机上的w e b 浏览器接收到h t t p 响应消息后，就检查响应消息 中的媒体数据的类型，调用相应的媒体播放器，然后把响应消息中的播放 说明文件传送给媒体播放器。 ( 3 ) 媒体播放器及媒体服务器运行实时流控制协议( r t s p ) ，以交换流媒 体传输所需的控制信息，如播放、快进、快倒、暂停及录制等。 ( 4 ) 媒体服务器使用r t p ( r e a l t i m et r a n s p o r tp r o t o c 0 1 ) u d p ( u s e rd m a g r a r n p r o t o c 0 1 ) 协议将流媒体数据传输给媒体播放器客户程序，一旦流媒体数 据抵达客户端，媒体播放器即可播放输出1 1 ”。 2 3 常见的流媒体技术 2 3 1 智能流技术 w i n d o w sm e d i a 中的m u l t i p l eb i tr a t e ( 多比特率) 技术和r e a l s y s t e m 中 的s u r e s t r e a m 技术都属于智能流技术。智能流技术的采用，使服务器和播 放器之间可以根据网络带宽动态地进行沟通和调整。 编码工具可以对同一多媒体数据按多种压缩比率进行编码，同时生成 适合不同网络带宽需要的多种传输速率的数据流，并保存在单一文件中。 当播放器连接到一个能提供多速率数据流的媒体服务器时，服务器会自动 检测该播放器的连接速度，并根据客户带宽自动无缝地切换到相应速率下 的流媒体相应部分，将它传送给用户。当播放器的网络连接中出现数据包 丢失现象时，服务器就会转向发送更低带宽的数据流。转向低带宽数据流 会导致节目质量一定程度的下降。当播放器的连接速度上升后，服务器又 会自动转向提供更高带宽的数据流，而且这中间的转变过程是瞬间完成的， 节目流的接收并没受到中断或间隔。因此，尽管用户点播的是同一节目流， 但由于网络环境不同，接收到的是不同质量的流信息，用户可得到最好的 视音频质量i ”j 。 第2 章流媒体技术概论 2 3 2 流媒体传输协议 流媒体在i n t e m e t 上的传输必然涉及到网络传输协议，其中包括i n t e m e t 本身的多媒体传输协议，以及一些流式传输专用协议等。只有采用合适的 网络传输协议才能更好地发挥流媒体的网络传输优势，从而保证其传输的 质量( q u a l i t y o f s e r v i c e 、q o s l 。 2 3 2 1 实时传输协议r 1 1 p 与实时传输控制协议r t c pr t p 是应用于 i n t e m e t 上针对多媒体数据流的一种传输协议。r t p 被定义为在一对一或一 对多的传输情况下工作，其目的是提供时间信息和实现流同步。g y p 通常使 用u d p 来传送数据，但它也可以在t c p 或a t m ( a s y n c h r o n o u s t r a n s f e r m o d e ) 等其它协议之上工作。当应用程序开始一个实时会话时将使用两个端口： 一个给r t p ，一个给r t c p ( r e a l t i m et r a n s p o r tc o n t r o lp r o t o c 0 1 ) 。r t p 本身 并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不能提供流量控制或 拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。通常r t p 算法并不作为一个独立 的网络层来实现，而是作为应用程序代码的一部分，属于应用层协议。r t c p 和r t p 一起提供流量控制和拥塞控制服务。在r t p 会话期间，各参与者周 期性地传送r t c p 包。r t c p 包中含有已发送的数据包的数量、丢失的数据 包的数量等统计性的信息，因此，服务器可以利用这些信息动态地改变数 据的传输速率，甚至改变有效载荷的类型。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【18 1 。 2 3 2 2实时流协议r t s p r t s p 是由r e a l n 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，该协议定义了一对多应用程序如何有效地通过网络 传送多媒体数据。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t c p 或r t p 完成数据传输。它是一个双向的多媒体流化控制协议，用于控制具 有实时特性的数据的发送，但r t s p 本身不传输数据，必须利用底层传输协 议提供的服务，数据的封装与q o s 的控制仍然是基于r t p r t c p 。r t s p 提 供对多媒体数据流类似于v c r ( v i d e oc a s s e t t er e c o r d e r ) 控制的功能，如播 放、暂停、快进等。也就是说，r t s p 对多媒体服务器实施远程控制。r t s p 燕山大学工学硕士学位论文 定义了控制中所用的消息、方法、状态及头域等，此外还定义了与r t p 的 交互操作。 2 3 2 3 资源预订协议r s v p 由于音频和视频媒体的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 求之外，还需要其它更多的条件。r s v p ( r e s o u r s e r e s e r v e p r o t o c 0 1 ) 是e 在开 发的i n t e m e t 上的资源预留协议，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 。在某些试验性的系统如网络视频会议工 具v i c 中就集成了r s v p ”】。 2 3 3 流媒体文件格式 2 3 3 1压缩媒体文件格式压缩格式又被称为压缩媒体格式，与标准媒体 文件一样包含了描述声音和图像的信息，但它的文件被处理得更小。显然， 压缩过程改变了数据位的编排。在压缩媒体文件再次成为媒体格式前，其 中所包含的数据需要解压缩。由于压缩过程自动进行，并内嵌在媒体文件 格式中，通常在存储文件时没有注意到这点。该过程如图2 2 所示。表2 1 所示是常用视频、音频压缩文件类型。 小空件 图2 - 2 文件压缩过程i l ” f i g 2 - 2p r o c e s so f f i l ec o m p r e s s i o n 1 7 1 2 3 3 2 流式文件格式流式文件格式经过特殊编码，使其适合在网络上边 下载边播放，而不是等到下载完整个文件才播放。虽然可以在网上以流的 方式播放标准的媒体文件，但效率不高。将压缩媒体文件编码成流式文件， 必须加入一些附加信息，如计时、压缩和版权信息。编码过程如图2 3 所示。 常用流式文件格式如表2 - 2 所示。 2 3 3 3 媒体发布格式媒体发布格式不：是压缩格式，也不是传输协议，其 本身并不描述视听数据，也不提供编码方法。它可以为应用不同压缩标准 1 2 日 羼 第2 章流媒体技术概论 表2 - 1 常用压缩文件类型f 1 7 】 t a b l e2 - 1c o m m o n o ! so fc o m p r e s s e d f i l e 文件格式扩展名( v i d e o a u d i o )媒体类型与名称 压缩情况 q u i c k t i m e v i d e o v 2 0 以上 可以 m p g 仰e g - 1v i d e o有 m p 3 m p e g l a y e r3a u d i o 啊 w h v ea o 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 u d i of i l ef o r m a t ( s u no s ) 设有 a u d i ov i d e oi n t e r l e a v e dv 1 ，0 r m i c r o s o f lw i n )町以 隰j 曰一耋a 避黧刭 表2 - 2 常用流式文件类型【1 7 】 t a b l e2 - 2c o m m o n t y p e so fs t r e a m i n g f i l e 【1 7 】 文件格式扩展( v i d e o a u d i o ) 媒体类型与名称 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 ) r 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 ) r 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 l 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 ) n r 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 ) v i v om o v i e 文件( v i v os o f t w a r e ) 1 3 燕山大学工学硕士学位论文 和媒体文件格式的媒体发布提供一个统一的标准，以特定方式安排数据有 助于流式多媒体的发展。在这里，媒体发布格式起到播放列表的作用。播 放列表是所想观看或聆听的文件的自定义列表。播放列表可以将不同媒体 内容集中在一起，按指定的任意顺序播放。媒体发布格式是视听数据安排 的惟一途径，物理数据无关紧要，仅需要知道数据类型和安排方式。大多 数的这种文件都可以用文本编辑器随意打开和修改。这样就为应用不同压 缩标准和媒体文件格式的媒体发布提供了一个事实上的标准方法。常用媒 体发布格式如表2 - 3 所示。 表2 - 3 常用媒体发布格式1 1 7 1 t a b l e2 - 3c o m m o nm e d i ai s s u a n c ef o r m a t i 】 媒体发布格式扩展媒体类型和公司名称 a s f a 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 ) s m i l s m i s y n c h r o n i s e dm u l t i m e d i ai n t e g r a t i o nl a n g u a g e r a m f i l e ( r e a l n e t w o r k s ) r p m e m b e d d e dr a m f i l e ( r e a l n e t w o r k s ) a d v a n c e ds t r e a m i n gr e d i r e c t o r ( m i c r o s o f t ) x m le x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e 2 3 4 流媒体技术的主要解决方案 到目前为止，为解决网上视音频文件的传输，已经开发的流媒体视音 频技术方案有很多种。但是在i n t e m e t h 使用较多的流媒体格式主要有 r c a l n e t w o r k s 公司的r e a i m e d i a 、m i c r o s o f t 公司的w i n d o w sm e d i a 和a p p l e 公司的q u i c k t i m e 。下面对这三种解决方案进行简要介绍。 2 3 4 1 r e a l n e t w o r k s 公司的r e a l s y s t e mr e a l n e t w o r k s 公司是世界领先的 网上流式视音频解决方案的提供者，提供从制作端、服务器端到客户端的 所有产品。该公司的流媒体制作及播放系统r e a l s y s t e m 是一个完整的数据 流应用软件系统，可以将文本、图像、音频、视频、动画等内容转换为流 媒体，在所有带宽上进行播放。对于节目播放者来说，r e a i s y s t e m 提供了 一套功能强大、操作简便的制作工具，能够方便地将实时采集的视音频信 1 4 第2 章流媒体技术概论 号、录像带、计算机文件等转换为r e a l 格式的数据流文件；对于开发者来 说，r e a l s v s t e m 是一种开放的、基于标准的、可扩展的应用平台；对于最 终用户来说，r e a l s y s t e m 提供了功能齐全、界面友好的播放软件。它的客 户端播放器r e a l p l a y e r 的全球注册人数已经超过三亿。r e a l n e t w o r k s 公司最 新的网上流式视音频解决方案r e a l s y s t e m i q 被认为是窄带网上最优秀的流 式媒体传输系统，其允许的网络带宽限制从2 8 f 8k b p s 的拨号上网到1 0 m 的 局域网，允许点播的人数从1 0 0 流到1 0 0 0 流，甚至无限流。最新的r e a l s y s t e m 版本是r e a l s e r v e r9 0 ，又称h e l i xs e r v e r 。目甑作为流媒体领域的主导厂商， r e a l n e t w o r k s 公司凭借其优秀的技术，占领了一半多的网上流式视音频点 播市场。 2 3 4 2m i c r o s o f t 公司的w i n d o w sm e d i a 流媒体领域巨大的市场前景，使 得众多厂商倾力投入其中，微软公司近年来也参加了此领域激烈的竞争。 微软公司推出的w i n d o w sm e d i a 技术以其方便性、先进性、集成性、低费 用等特点，逐渐被人们所认识和接受。w i n d o w sm e s a 的前身是微软公司的 n e t s h o w 产品，随着流媒体的广泛应用，推出了整套的流媒体制作、发布和 播放产品，其服务器端的w i n d