（计算机软件与理论专业论文）远程教育中流媒体管理器的设计与实现.pdf

西 匕工业大学硕士睦文 摘要 摘要 远程教育是师生凭借现代信息网络技术与多媒体手段所进行的非面对面 的教育。其中网络教育是现代远程教育的一个重要方面，它利用i n t e r n e t 的功 能特性和丰富的资源来建立学习环境，以支持和促进学生的学习活动。 流媒体可以通过i n t e r n e t i n t r a n e t 实现对音像资料的点播或实时访问。 当客户申请的内容回放时，在机器上不会留下内容的本地拷贝。在现代远程 教育中，流媒体技术得到了大量应用，如何有效地管理数量正在不断增加的 流媒体课件成为网络课程开发者必须面对的问题。微软的a s p n e t 技术为 w e b 程序与流媒体课件数据库的交互提供了完整的技术基础架构。 本文提出了采用a s p + n e t 实现网络流媒体解决方案的具有普遍性的方 法，设计和实现了一个应用于远程教育中的基于a s p n e t 技术的流媒体管理 器。该系统具有优秀的扩展性和可维护性，不但可以应用于远程教育中，而 且可以移植到其他与流媒体相关的w e b 程序中而并不需要大的修改，这样的 系统具有很强的实用价值。 文章的研究内容主要包括以下几个方面：流媒体管理器的具体设计与实 现；采用a s p n e t 与流媒体服务器相结合的方法来建立流媒体管理器：通过 扩展n e tf r a m e w o r k 用户处理机制的方法实现站点的用户管理机制。 关键词：远程教育，流媒体，w e b 程序，a s p n e t 西北工业大学硕士论文 摘要 a b s t r a d d i s t a n c ee d u c a t i o ni st h em e a s u r e m e n tt h a tt e a c h e r sa n ds t u d e n t s r e s o r tn e t w o r ka n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g yt op r o c e s sd i s t a n c ei n t e r a c t i o n w e b b a s e de d u c a t i o ni so n eo fi m p o r t a n ta s p e c t si nd i s t a n c ee d u c a t i o n i t m a k e su s eo fa b u n d a n tr e s o u r c e so ni n t e r n e tt oe s t a b l i s hs t u d ye n v i r o n m e n t i tc a ns u p p o r ta n dp r o m o t es t u d e n t s s t u d ya c t i v i t y s t r e a m i n g m e d i ae n a b l e sr a l - t i m eo ro n - d e m a n da c c e s st oa u d i o 、v i d e o a n dm u l t i m e d i ac o n t e n tv i at h ein t e r n e to ra ni n t r a n e t 。s t r e a m i n gm e d i ai s p r o c e s s e da n dp l a y e db a c kb yac l i e n tp l a y e ra p p l i c a t i o n ，a si t i s r e c e i v e d ， l e a v i n gb e h i n dn or e s i d u a lc o p yo ft h ec o n t e n to nt h er e c e i v i n gd e v i c e 1 n d i s t a n c ee d u c a t i o n ，h o wt o m a n a g et h ei n c r e a s e sc o n t i n u o u s l ys t r e a m i n g m e d i am a t e r i a l si sb e c o m i n gam o r ea n dm o r e i m p o r t a n tp r o b l e m m i c r o s o f t a s p n 盯p r o v i d e st h ec o m p l e t et e c h n o l c i g ya r c h i t e c t u r ea n di tc a ni n t e r a c t b e t w e e nw e b p r o g r a ma n ds t r e a m i n gm e d i am a t e r i a ld a t a b a s e 。 t h i sp a p e rp u tf o r w a r dag e n e r a lw a yt h a ta d o p t sa sp n e tt or e a l i z e s s t r e a m i n gm e d i am a n a g e m e n ts o l u t i o n as t r e a m i n gm e d i am a n a g e rh a s b e e nd e s i 尊l e da n da c h i e v e di nd i s t a n c ee d u c a t i o nb a s e do na sp n t t h i s s y s t e mh a sa ne x c e l l e n t l ye x p a n s i b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t y i tn o to n l yc a n a p p l yt o d i s t a n c ee d u c a t i o n ，b u ta l s oc a n t r a n s p l a n t t oo t h e rr e l a t e d s t r e a m i n g m e d i aw e b p r o g r a m w i t h o u tm u c hm o d i f i c a t i o n t h e s y s t e mo w n s as t r o n g l yp r a c t i c a lv a l u e t h i sp a p e ri n c l u d e saf e wa s p e c t s ：t h ed e s i g na n d d e v e l o p m e n to ft h e s t r e a m i n g m e d i a m a n a g e r ；a d o p t i n g a s p n e ta n d s t r e a m i n gm e d i as e r v e rt o r e a l i z et h e s t r e a m i n gm e d i af i l e sm a n a g e m e n t ；e x p a n d i n gt h ee x i s t i n g c u s t o m e r m a n a g e m e n tm e c h a n i s mo f n e tf r a m e w o r kt o r e a l i z e st h e c u s t o m e rm a n a g e m e r i to ft h e s t r e a m i n g m e d i b m a n a g e r k e y w o r d s ：d 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 ，w e b p r o g r a m a sp n e t 西北工业天学硕士论文 第一章绪谤 第一章绪论 1 i 远程教育 远程教育( d i s t a n c ee d u c a t i o n ) 又称为远距离教育。现代远程教育是师生 凭借现代信息网络技术与多媒体手段所进行的非面对面的教育，它基于计算 机网络、数字卫星电视网和电信网三大信息网络之上。现代远程教育具有以 下主要特征t 1 9 ：教学信息交互性强，可通过视频会议系统、双向卫星电视、 计算机网络等进行教与学信息的实时、非实对交互；资源极为丰富，可通过 网络教学平台的资源库和所链接的海量资源库，方便地提取相关的学习资料； 真正不受时空限制，学习者可实现在任何地点、时间，从任何章节，按自己 可能的进度学习；以学习和学生为中心，可实现开放学习和灵活学习等人类 学习的理想。教育部面向2 i 世纪教育振兴行动计划提出“实施现代 远程教育工程，形成开放式教育网络，构建终身学习体”，指明“现代远程 教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育方式，是构筑知识经 济时代人们终身学习体系的主要手段。”此后，教育部又将“发展现代远程教 育，构建终身教育体系”确定为教育信息化的主要任务之一。一方面，远程 教育技术必须持续跟踪信息技术发展的前沿，特别是信息技术基础技术和平 台技术的发展：必须关注宽带网络技术从千兆向万兆以太网的发展，关注 i n t e r n e tl 向i n t e r n e ti i 发展，关注f pv 4 正向l p 、，6 过渡，关注g g g 有可能取 代w w w ，关注系统集成向，n e t 框架体系的转向，关注移动通信技术等等。另 一方面，远程教育的需求反过来成为技术发展的驱动力。网络学院教学平台 的不断升级完善就是教学需求推动技术发展的实例。因此，远程教育技术发 展的主流趋势就是从技术发展引领教学发展，开始向教学需求引领技术发展 的方向前进。由此我们可判断，教育观念和教学法的改革，必将推动远程教 育技术的发展，从而使得技术在跟踪技术前沿与教学应用需求双重动力的驱 动下，在信息传输技术、资源开发应用技术和远程教学技术等各领域，全面 向规范化、实用化、智能化方向发展 t e l 。截至2 0 0 2 年底，我国普通高校网络 学历教育已开设9 个学科门类8 i 个专业，开设网络课程总数6 8 2 6 ；3 ，我国试 点高校网络远程教育在校生总数已经超过i 0 0 万1 2 1 。 西北工业大学硕士论文第一章绪论 作为现代远程教育的重要方面，其中网络教育( w e b b a s e de d u c a t i o n ) 年4 用i n t e r n e t 的功能特性和丰富的资源来建立学习环境，支持和促进学生的学习 活动。世界各国都正大力开展包括网络教育在内的远程教育。美国加利佛尼 亚州立大学在自己的2 3 个分校都建立了相应的远程教育站点，科罗拉多州立 学校在5 7 个国家建立了自己的教育站点。目前我国教育网站发展迅速，早在 1 9 9 6 年国家教育部就批准了清华大学等4 所大学开展高等远程教育试点， 2 0 0 0 年又批准t 2 7 所重点高校加入试点，到目前为止，我国开展学历远程教 育的大学已经超过6 7 所【i 8 l 。 网络教学系统是一个复杂的系统，包括用于实时教学的授课系统，课后 进行辅导、答疑、考试的辅助系统，多媒体课件制作和管理系统等。这些系 统互相配合、相互补充才能构成一个完整的远程教学系统，网络教学系统由 实时授课系统和非实时辅助系统两部分组成。实时授课系统借助现代的通信 手段将教师现场授课的语音、数据、图像等实时地传送到远端教室或学生的 桌面系统上，这样既实现教学资源的共享又能获得较好的教学效果。非实时 系统包括的内容很多，比如用w w w 系统来发布消息，用f t p 系统来下载教 师的电子教案，用e - m a i l 系统来布置作业、提交作业、进行答疑。用b b s 系 统为学生提供学术讨论空间和虚拟的班级环境，利用多媒体的课件库为学生 提供声像并茂的自主学习方式等。其中使用流媒体的视频点播( r o d ) 技术， 更可以达到因材施教、交互式的教学目的。学生也可以通过网络共享自己的 学习经验和成果。大型企业可以利用基于流技术的远程教育系统作为对员工 进行培训的手段，这里不仅可以利用视频和音频，计算机屏幕的图形捕捉也 可以用流的方式传送给学员【4 】。 1 2w e b 技术 作为世界上最大规模的计算机网络，i n t e r n e t 通过t c p i p 和交换包来实现 计算机网络的通信。w w w ( w o r l dw i d ew e b 、w e b 或万维网) 成为其中的 关键技术。w w w 由日内瓦的c e r n ( e u m p e a n c e n t e r f o r n u c l e a r ) 开发，使 m h t m l ( 超文本标记语言) 在i n t e r n e t i 描述信息，也就是静态w e b 页。静 态w e b 页有很多局限性，例如无法个性化网页，无法与数据库交互等等。通 过采用动态w e b 页技术，利用客户端和服务器端技术为用户提供动态的w e b 西北工业走学硕士论文 第一一章绪皓 页，可以满足用户的不同需求。随着文本、图像、影像、声音和交互式应用 程序的统，w e b 已经成为发布文本、多媒体信息和信息交换的一种很有效 的手段。 w e b 技术的发展同时又推动了应用系统结构的发展，出现了b w o ( b r o w s e r w e bs e n ，e r d b m s ) 结构( 又称i n t e r n e t 计算环境) 。1 3 w d 结构 的发展使用户能够以更快的速度、更低的费用去创建和布置自己的应用系统， 大大加强与外部的联系；同时动态的、交互式的信息发布改进了对客户的服 务质量，提高了形象和知名度。但是由于在w e b 服务器中，信息以文本或图 像文件的形式进行存储，所以，w e b 查询速度很慢、检索机制很弱，而s q l s e r v e r 、o r a c l e 、i n f o r m i x 等专用数据库系统，只要给出查询条件便能很快得 到查询结果，能对大批量数据进行有序地、有规则地组织与管理。但w e b 的 亲切界面和广泛流行，又是这些数据库系统所无法比拟的。因此，w e b 与数 据库的结合，必然大大扩展w e b 功能。利用a s p n e t 技术可以达到w e b 与数 据库的紧密结合的效果，能够充分利用两者的优势，实现对大量用户和文件 的远程管理。 1 3 流媒体 网络技术、通讯技术、多媒体技术的迅猛发展对i n t e r n e t 产生极大的影 响，特别在以下几个方面：第一，联网方式多样化：从调制解调器拨号上网 到专线、i s d n 、有线电视、光纤、卫星网络等；第二，网络带宽的大大拓宽： 无论哪种联网方式，它们所提供的带宽不断的在扩大；第三，i n t e r n e t 提供 更多的服务：它不再局限于网络通信、e - m a i l 、简单的信息浏览、f t p 、t e l n e t 等，出现了大量诸如电子商务、远程教育、视频点播等新的服务和应用。在 这种情况下世界各地的传统影视媒体、教育学习机构、广播媒体纷纷加入到 i n t e r n e t 领域中，使自身的传播方式得到了扩充。面对有限的带宽和拥挤的 拨号网路，实现窄带网路的视频、音频、动画传输最好的解决方案就是流式 媒体的传输方式。透过流方式进行传输，即使在网络非常拥挤或很差的拨号 连接的条件下，也能提供清晰、不中断的多媒体内容给观众，实现了网上动 画、3 d 、音频、视频等多媒体的即时播放。 般来说，“流”包含两种含义，广义上的流是使音频和视频形成稳定和 西北工业大学硕士论文第一章绪论 连续的传输流和回放流的一系技术、方法和协议的总称，称为流媒体系统： 而狭义上的流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 种媒体格式，能从i n t e r n e t 上获取音频和视频等连续的多媒体流，用户可 以边接收边播放，使时间延迟大大减少。流媒体( s t r e a m i n gm e d i a ) ：是指在鄹 络中使用流式传输技术的连续时基媒体【：j 。流媒体在播放前并不下载整个文 件，它的数据流随时传送随时播放。流式传输的基本原理如图l i 所示f 3 l ： 图l 1 - 流式传输基本原理图 流媒体技术并不是单一的技术，它是融台很多网络技术之后所产生的技 术。它涉及到流媒体数据的采集、压缩、存储、传输以及网络通信等多项技 术。流媒体技术的出现使我们完全可以使用互联网进行视频点播。由于流媒 体经过了特殊的压缩编码，使得它很适合在互联网上传输，因此远程教育中 的大量课件采用了流媒体格式。客户端采用浏览器方式进行点播，基本无需 维护。可以采用先进的机群技术，对大规模的并发点播请求进行分布式处理， 使其能适应大规模的点播环境。将基于流媒体的视频点播技术应用于网络教 育前最非常广泛，并可以在此基础上开发新的应用方式。 1 4 n 盯架构 m i c r o s o f t 在2 0 0 2 年2 月正式发布了集成开发工具的，n e t 系列。 m i c r o s o f t 用了i 0 年时间完成了一个覆盖设计、开发、版本控制和组件重用 的整个应用程序生存期的工具组合。m i c r o s o f t 的工具涉及v b 、c + + 和种新 语言c 掌。还有一种称为v i s u a lj 撑的语言，它是对v i s u a lj + + 的过渡性升级。 v i s u a ls t u d i o n e t ( v s n e t ) 包括v i s u a lb a s i c n e t 、v i s u a lc + + 和c 襻。它统一了 所有m i c r o s o f t 语言的i d e ，并发布了v s n e t 的a p i ，使得第三方工具能够 作为内部插件与n 盯紧密集成。 西北工业大学硕士论文 第一章绪话 m i c r o s o f t 将n e t 服务器定义为中间件，用于将软件传送为服务，涵盖了 与应用程序部署、集成和数据存碚有关的功能。m i c r o s o f t 把w i n d o w s2 0 0 0 的下一个版本，称为w i n d o w s n e t ，这个n e t 企业服务器系列包括：m i c r o s o f t a p p l i c a t i o nc e n t e r2 0 0 0 ，用于部署应用程序集。m i c r o s o f tb i z t a l ks e r v e r 2 0 0 0 ，用于为集成业务处理和应用程序提供x m l 服务。m i c r o s o f th o s t i n t e g r a t i o n s e w e r2 0 0 0 ，用于提供对传统平台的访问。m i c r o s o f tm o b i l e i n f o r m a t i o n2 0 0 1 s e w e r ，提供了对p d a 、无线电话和其他移动设备的访问。 m i c r o s o f ts q ls e w e r 2 0 0 0 是m i c r o s o f t 的企业s q l 数据库。 m i c r o s o f t 把m i c r o s o f t n e t 定义为其下一代商业平台。实际上，n e t 是 一个产品，框架、服务和概念的组合，旨在为常规地或以w e b 服务来部署软 件提供技术基础结构。m i c r o s o f t n e t 包括以下几个部分1 8 1 ： n e tf r a m e w o r k ：是n e t 应用程序开发和部署所依赖的技术。 n e tp r o d u c t s ：是可以购买的n e t 的产品。 n e ts e r v i c e s = 是m i c r o s o f t 提供的商业服务和个性化服务。 n e tf r a m e w o r k 是用于建立、部署以及运行x m lw e b 服务和其他应用 程序的编程模型。也能够使用n e tf r a m e w o r k 去开发和部署传统应用程序。 论文主要使用n e tf r a m e w o r k 进行开发，所以下面进行详细叙述。 n e t f r a m e w o r k 由两个主要组件构成：公共语言运行环境( c o m m o n l a n g u a g er u n t i m e ，c l r ) ，它为开发、部署和执行应用程序提供引擎；统一 类( u n i f i e dc l a s s e s ) ，它涵盖了系统函数、数据访问、组件模型、事务处理以 及其他服务。n e tf r a m e w o r k 不能取代c o m + c p 间层服务，而是对它进行了 扩充。但是它引入了新的n e t 组件模型，可以让现有的v i s u a ls t u d i o 语言开 发人员部署c o m 组件。 为了提供语言无关性，n e tf r a m e w o r k 提供了公共语言基础结构c l t ( c o m m o nl a n g u a g ei n f r a s t r u c t u r e ) ，它已经作为国际标准得到e c m a 认可， 语言提供者必须支持cl i 以遵循n e t 标准。在n e tf r a m e w o r k 上运行的程序， 代码必须满足公共语言规范( c o m m o nl a n g u a g es p e c i f i c a t i o n ，c l s ) 。 公共语言运行环境c l r 是n e t 程序的执行引擎。c l r 的关键点是托管代 码，它能够自动地为遵循这一特性和结构的代码提供基础服务，这样就不用 西北工业大学砸士i = 冀 第一章绪沧 编写用来触发运行时服务的调用或接口了。由c l r 提供的一些服务在开发时 和运行时都包含对象建立和生存期管理、动态绑定、方法调用、组件级安全 强制以及内存、进程和线程管理。c l r 的异常处理能力具有跨多语言( 遵循 f r a m e w o r k 的语言) 运行的能力。 c l r 提供了单一的运行环境，它使用了中间语言l l ( i n t e r m e d i a t e l a n g u a g e ) ，中间语言编译到w i n d o w s 操作系统及基础硬件。它通过要求自 描述的组件来加强高级的面向对象的开发实践，这些组件识别它们是什么以 及如何动作。类似地，它也指定强数据类型。根据要求把逻辑、表示和数据 都分开，并进行声明和类型化。另外，c l r 的安全机制很灵活，它使用了一 种基于代码、基于角色和基于证书的安全度量，禁止代码触及诸如存储块之 类的任何内部资源。要改变这种设置，管理员可以通过指定“不安全代码” 来实现。 统一类包含了n e t 应用程序使用的所有服务。n e tf r a m e w o r k 为所 有n e t 程序标准化了所有类。f r a m e w o r k 提供的类涉及集合、i o 、数据类 型、数字和对诸如图形、网络连接、应用线程化、密码和数据访问之类的 w i n d o w s 服务的访问。另外，它也为开发人员建立的类库提供命名约定。 类框架内主要的技术包括【e l ： a sp - n e t 提供控件、安全、会话以及配置类，用于动态地产生w e b 页面。与以前 的a s p 版本相比，a s p n e t 利用n e tf r a m e w o r k 的高速缓存和实时编译器来 改善性能。 a d o n e t 提供支持数据访问的类，通过添加x m l 作为中间数据格式，扩展了现有 的a c t i v e x 数据模型d a t a o b j e c t s ( a d o ) ，使数据更易连接到不同的设备， 更容易添加进其他应用程序和数据库中。它通过维持数据集( 基于x m l 的高 速缓存) 里的数据，支持“松散连接”的体系结构( 数据库连接是非持续的) ， 数据集可以作为中间数据源进行处理。这样比处理基本数据源的真实结构要 容易一些。 w i n d o w sf o r m s 6 西北工业大学硕士论文第一章绪论 用于开发使用w i n d o w sg u k 图形用户界面) 的常规的桌面应用程序。 w e bf o r m s 用于开发服务器端控件，这些服务器端控件在h t m l 页面上显示给用户， 它能够检测正在使用的浏览器类型。 x m l 类 包含样式表、路径和串行化。 企业服务 涉及事务、消息和安全。 系统类 处理v o 、线程化、串行化、集台、诊断以及其他功能。 为了使一个程序集被编译成本机代码，或者让程序集运行于一个托管的 应用程序中，它必须在n e t 的公共语言运行环境( c l r ) r p 执行。c l r 为应用程 序提供了各种服务，其中包括内存管理和垃圾收集等。 能够用n e t 开发的应用程序类型包括：类库、控制台应用程序、w i n d o w s 应用程序、a s p n e tw e b 应用程序、a s p n e tw e b 服务和w i n d o w s 服务。这 里要采用a s p n e t ，建立一个w e b 应用程序，实现对流媒体课件库的管理。 1 5 研究课题的目的、意义 远程教育技术必须持续跟踪信息技术发展的前沿，特别是信息技术、基 础技术和平台技术的发展：本文对远程教育技术中从系统集成向n e t 框架体 系转向作了一些有益的探索。现在的远程教育平台之中有些是与高等院校紧 密结合的产品，有些是纯技术公司的产品。一般而言，高校产品有很强的理 论基础和优秀的教师资源，但无力将其很好地产品化，因此这种产品技术含 量不高，平台运行不稳定，扩展性不强，缺乏通用性。而由技术公司开发的产 品要么功能简单，要么缺乏解决教学细节的功能，即使功能强大也处于没有 可使用的课件资源的状况 2 0 j 。 从绪论中的数字可以知道，目前我国的网络课程总数超过6 0 0 0 1 ，试点 高校网络远程教育在校生总数已经超过1 0 0 7 3 ，网络课件的总数更是可观。 客观上需要一个高性能的软件来管理这些人数日益庞大的远程教育人员和数 目还在不断增加的流媒体网络课件。网络中的视频管理软件大多数是基于 7 西北工业大学硕士论文第一章绪论 a s p 技术之巴，这就造成了其扩展性和可维护性都不是很好：另外应用于远 程教育系统中的基于流媒体的管理软件并不多见，现有软件也无法扩展，无 法合理地管理流媒体文件。 作者参加了教育部新世纪网络课程建设工程项目的建设工作，独立设计 实现了西北工业大学机械原理网络课程的架构。通过对其中流媒体课件管理 部分的设计、实现和深入研究，作者总结出采用a s p n e t 实现网络流媒体解 决方案的具有普遍性的方法，使系统具有了优秀的扩展性和可维护性。该系 统不但可以应用于远程教育中，而且可以移植到其他与流媒体相关的w e b 程 序中而并不需要大的修改，这样的系统具有很强的实用价值。文章还对开发 中涉及到的一些关键技术及其在网络课程系统中的应用进行了理论研究。 文章的研究内容主要包括以下几个方面： 对使用n e t 技术实现基于流媒体的远程教育w e b 站点进行深入研究。 流媒体管理器的具体设计与实现：结合以上研究内容，构建教育部新 世纪网络课程建设项目中西北工业大学网络课程系统流媒体管理器。流媒体 管理器不但可以独立部署，而且可以作为整个网络课程工程中的一个模块来 使用。 设计中创新性地采用a s p n e t 与流媒体服务器相结合的方法来建立 流媒体管理器。另外还采用了全新的用户管理机制，通过扩展n e tf r a m e w o r k 用户处理机制的方法，创建站点的用户管理模块。 系统安全性研究：从知识产权的角度探讨利用版权保护技术解决流媒 体网站的安全性问题。 1 6 论文安排 文章的组织如下： 第一章绪论首先介绍了远程教育、w e b 技术、流媒体和n e t 架构，阐明 了选题目的和选题意义。 第二章讲述了设计实现流媒体管理器所涉及到的技术及相关理论，内容 包括：流媒体技术和a s p n 盯技术。 第三章论述了流媒体管理器的基础部分与用户管理模块的设计与实现细 节，创新地提出全新的用户管理机制。 西北工业大学硕士论文 第一章绪沧 第四章论述了流媒体管理模块的设计与实现，主要包括流媒体内容管理 子模块和文件管理子模块两个部分。 第五章论述了流媒体服务器的管理与配置，以及流媒体内容的版权保护 问题。 最后的结束语对作者研究工作做了一个总结，并提出需要进一步研究的 方向。 9 西北d j k 大学硕士论文第二章流媒体管理器开发中的关键技术 第二章流媒体管理器开发中的关键技术 2 1 流媒体介绍 2 1 1 流媒体技术特点 流媒体技术有以下几个特点 2 i ： 第一，普通的多媒体数据必须进行处理才能适合流式传输，这是因为普 通的多媒体文件尺寸很大，不能使用现有的窄带网络传输。另外普通的多媒 体文件也不支持流式传输。针对以上两点预处理的主要工作包括：一是采用 高效的压缩算法减小文件的尺寸，二是向文件中加入流式信息。 第二，流式传输的实现需要缓存。这是因为i n t e r n e t 包传输为基础进行 断续的异步传输，对一个实时a v 源或存储的a v 文件，在传输中它们要被分 解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包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，甚至先发的数据包还有可能后到。为此， 使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，从而使 媒体数据能连续输出，而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。通常高速 缓存所需容量并不大，这是因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据：通 过丢弃已经播放的内容，“流”可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续 尚未播放的内容。 第三，流式传输的实现需要合适的传输协议。w w w 技术是以h t t p 协议 为基础的， 而h t t p 又建立在t c p 协议基础之上。但是t c p 的特点决定了它并 不很适合于传输实时数据。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。 u d p 和t c p 协议的主要区别是两者对实现数据的可靠传递特性不同。t c p 协议中包含了专门的数据传递校验机制，当数据接收方收到数据后，会自动 向发送方发出确认信息，发送方在接收到确认信息后才继续传送数据，否则 将一直处于等待状态。与t c p 协议不同，u d p 协议并不提供数据传送的校验 机制。从发送方到接收方的数据传递过程，u d p 协议本身并不能做任何的校 验。可见在速度与质量的平衡中，t c p 协议注重数据的传输质量，但带来很 大的系统开销，而u d p 协议更加注重数据的传递速度。 l o 西北工业大学硕士论文第二章流媒体管理器开发中的关键技术 用户选择某一流媒体服务后，w e b 浏览器w e b 服务器之间使用 h t i p t c p 交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出 来：然后客户机上的w e b 浏览器启动a vh e l p e r 程序，使用h t t p 从w e b 服务器检索相关参数对h e l p e r 程序初始化。这些参数可能包括目录信息、 a v 数据的编码类型或与a v 检索相关的服务器地址。a vh e l p e r 程序及a v 服务器运行实时流控制协议( r t s p ) ，以交换a v 传输所需的控制信息。r t s p 提供了操纵播放、快迸、快倒、暂停及录制等命令的方法。a v 服务器使用 r t p u d p 协议将a v 数据传输给a v 客户程序( 一般可认为客户程序等同于 h e l p e r 程序) ，一旦a v 数据抵达客户端，a v 客户程序即可播放输出。在流 式传输中，使用r t p u d p 和r t s p t c p 两种不同的通信协议与a v 服务器 建立联系，是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行a vh e l p e r 程序所在客户机的目的地址。 第四，需要浏览器对流媒体的支持。一般情况下，浏览器是使用 m i m e ( m u l t i p u r p o s ei n t e r n e t m a i le x t e n s i o n s ) 来识别各种不同的简单文件格 式。所有的w e b 浏览器都是基于h t t p 协议的，而h t t p 协议都内建有m i m e 。 因此w e b 浏览器能够通过h t t p 中内建的m i m e 来标记w e b 上繁多的多媒体 文件格式，包括各种流媒体文件格式。为了能处理种特定文件格式，需对 w e b 服务器和w e b 浏览器都进行m i m e 类型设置。对于标准的m i m e 类型， 如文本和j p e g 图像，w e b 服务器浏览器提供内建支持；但对r e a l a u d i o 等 非标准的流媒体文件格式，则需设置a u d i o x - p n - r e a l a u d i o 等m i m e 类型。浏 览器对流媒体的支持首先是通过m i m e 来识别流媒体的类型，并调用相应的 程序或p l u g - i n 来处理；其次，m i c r o s o f ti e6 0 和n e t s c a p e6 0 这两个最常 用的浏览器都提供了丰富的内建流媒体支持。 2 1 2 几种主要的流媒体技术 目前比较流行的流媒体技术有r e a l n e t w o r k s 公司的r e a l s y s t e m 系列和 a p p l e 公司的q u i c k t i m e 系列等产品。其中m i c m s o f t 公司推出的w i n d o w s m e d i a 技术异军突起，以其方便性、先进性、集成性、低费用等特点，逐渐 成为建设流媒体网站的首选。 r e a i n e t w o r k s 公司的r e a l m e d i a 包括r e a l a u d i o 、r e a l v i d e o 和r e a l f l a s h 西北工业大学硕士论文第二章漉媒体管理嚣开发中的关键技术 三类文件。其中r e a l a u d i o 用来传输接近c d 音质的音频数据：r e a l v i d e o 用 来传输不问断的视频数据：r e a l f l a s h 则是r e a l n e t w o r k s 公司与m a c r o m e d i a 公司联合推出的一种高压缩比的动画格式。r e a i n e t w o r k s 公司自1 9 9 5 年发 布r e a l a u d i o1 0 以来，r e a l a u d i o 和r e a l v i d e o 产品在i n t e r n e t 网上相当流 行。其中所采用的s u r e s t r e a m ( 自适应流) 技术是r e a l n e t w o r k s 公司具有 代表性的技术。它通过r e a l s e r v e r 将a v 文件以流的方式传输，然后利用 s u r e s t r e a m 方式，根据客户端不同的拨号速率( 不同的带宽) 让传输的a v 信息自动适应带宽，并始终以流畅的方式播放【z e 】。但是费用高昂。 a p p l e 公司的q u i c k t i m e 于1 9 9 1 年发布，是a p p l e 公司面向专业视频编 辑、w e b 网站创建和c d - r o m 内容制作领域开发的多媒体技术平台， q u i c k t i m e 支持几乎所有主流的个人计算平台，是创建3 d 动画、实时效果、 虚拟现实、a v 和其他数字流媒体的重要基础。它由q u i c k t i m e 电影文件格 式、q u i c k t i m e 内置媒体服务系统和q u i c k t i m e 媒体抽象层组成。其最新推 出的q u i c k t i m e6 支持各种格式的静态图像文件；内置w e b 浏览器插件 ( p l u 刮n ) 技术；支持i e t f ( i n t e r n e te n g i n e e r i n gt a s kf o r c e ) 流标准以及 r t p 、r t s p 、s d p 、f t p 和h t t p 等网络协议；支持多种视频和动画格式。此 外，其优秀的压缩技术，使操作更加简单，可以使制作人员很轻松地将自己 的视频图像通过防火墙进行传送f i 8 l 。其缺点同样是费用问题与集成性问题。 想要在流媒体领域称雄的m i c r o s o f t 公司称，已经有4 5 家企业选择 w i n d o w sm e d i a 媒体播放器作为自己选用的流媒体软件，并参加了m i c r o s o f t 发起的“w i n d o w s 媒体宽带启动动议”，这是一个支持w i n d o w sm e d i a 媒体 播放器软件的企业联盟。这说明已经有越来越多的i n t e r n e t 媒体内容提供商 开始选择m i c r o s o f t 的技术，以取代r e a l n e t w o r k 沼公司暂且处于领先地位的 流媒体技术【1 8 l 。 m i c r o s o f t 公司的w i n d o w sm e d i as e r v i c e 是一个能适应多种网络带宽条 件的流式多媒体信息的发布平台，包括了流式媒体的制作、发布、播放和管 理的一整套解决方案。另外，还提供了开发工具包( s d k ) 供二次开发使用。通 过使用m i c r o s o f tw i n d o w sm e d i as e r v i c e 和它的开发工具包，可以开发出适 用于网络教育的流媒体课件。与a s p n e t 和数据库配合，可以实现远程管理 西北工业大学硕士论文 第二章流媒体管理嚣开麓中的关键技术 课件。w i n d o w sm e d i as e r v e r 是一个免费的流媒体服务器，建设系统投入很 少，而且系统的扩展性很好，维护简单，有操作方便简单易学的优点。在这 里选择它作为本文所开发系统的流媒体服务器。 图2 1w i n d o w sm e d i a 视频服务 m i c r o s o f tw i n d o w sm e d i as e r v i c e 的核心是m m s ( m i c r o s o f tm e d i a s e r v e r ) 和a s f ( a d v a n c e ds t r e a mf o r m a t ) 。所谓m m s 协议是用来访问并流 式接收w i n d o w sm e d i a 服务器中a s f 文件的一种流式协议，它是微软公司提 供的专门用来访问w i n d o w sm e d i a 发布点上的单播内容的协议。使用m m s 协议连接流媒体可以利用协议翻转技术获得最佳连接。协议翻转可以当 w i n d o w s m e d i a 服务器使用特定的协议进行连接失败时，从一种协议切换到 另外一种协议。m m s 协议可以分别结合u d p 或t c p 进行数据传送。而a s f 是一个开放的标准，能以多种协议在多种网络下进行数据传输。a s f 可以用 于组织排列音频流、视频流、图像以及脚本命令等多媒体数据的一种数据格 式，以数据包的形式通过网络传输。由于a s f 是一种开放的独立于编码方式 的数据格式，因此任何的压缩、解压缩编码方式都可以制作a s f 流。a s f 内 容既可以是一个扩展名为a s f 的文件，也可以是由w i n d o w sm e d i a 编码器生 成的实况数据流。也就是说，a s f 格式既可以传输事先录制好的多媒体节目， 也可以传送实时的节目，以这种方式实现流式多媒体内容发布具有很大的灵 活性。 w i n d o w sm e d i a s e r v i c e 系统能用于多种网络环境，基本的应用方式有点 播服务和单点或多点广播服务，另外还可以通过d i s t r i b u t i o n 方式把一个 西北工业大学硕士论文 第二章流媒体管理嚣开发中的关键技术 m e d i as e r v e r 输出的a s f 流输出到另外个m e d i as e w e r ，再向用户提供服 务。 智能流是m i c r o s o f tw i n d o w sm e d i at e c h n o l o g i e s 中的一组功能，可以 自动检测嘲络状况并将视频流的属性调整到最佳品质。因为w i n d o w sm e d i a t e c h n o l o g i e s 是客户服务器系统，因此客户和服务器彼此通过通讯来建立实 际的网络吞吐量，提示自动进行一系列的调整以使流的质量达到最佳。使用 智能流，用户将收到与其连接速度相符的连续的内容流。 要充分利用智能流的优点，则必须使用多比特率编码内容。要以多比特 率编码内容，应创建单独的w i n d o w sm e d i af o r m a t 流或包含以不同的比特 率编码的多个流( 音频、视频和脚本) 的文件。当多比特率w i n d o w sm e d i a 文件或实况流由播放器收到以后，只会播放其中的一个视频流；最适合当前 带宽状况的流。选择适当的流的过程由w i n d o w sm e d i a 服务器和w i n d o w s m e d i ap l