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远程教育教学支持系统的研究l 实现 摘要 基于i n t e m e t 的远程教育教学系统是现代远程教育的方向，支持网上教学的 远程教育平台在其中扮演着重要的角色，它的性能和功能直接决定了远程教育的 教学质量、教学手段、学习效果。本系统是一个基于j 2 e e 平台的，综合采用 j s p j a v a b e a n s ，a p p l e t 、j a v a 反射机制、j d b c 等j a v a 相关技术开发的远程教学 支持系统。 系统的开发建立在w e b 服务器、应用服务器和数据库服务器的多层架构上。 采用多层结构的方式使得系统具有很强的伸缩性、通用性、兼容性和可操作性， 每一层能够专注于特定的角色和功能。 系统通过w e b 方式完成用户与系统的交互，采用j s p 与j a v a b e a n s 相结合的 方式实现数据信息的访问，使得程序代码的开发效率和质量提高、开发周期缩短、 减少了后期的维护工作量。 本教学支持系统实现了对基本的远程教学活动的支持，实现实时交流子系 统、自主学习、答疑讨论、公告板系统等多个模块。解决了网络环境下实施远程 教学过程中的教学和交流两个主要问题。 教学系统通过多种方式实现教师和学生、学生和学生之间的交流。并在系统 中实现一个实时交流子系统解决网络环境下教师和学生实时答疑的问题。该子系 统的实现是采用j a v a 反射机制，设计和实现了一个通用的服务器，它可以实现 绝大多数基于s o c k e t 的网络服务，实时答疑的各项功能就是在通用服务器的支 持下实现的具体服务。采用j a v a 反射机制可以把可能变化的部分分离出来，由 程序动态加载那部分实现。这样大大减少了程序的耦合性，从而提高软件的复用 性，有利于教学系统以后的功能扩展。 教学支持系统采用视音频流的方式解决网络环境下的教学问题。采用 r e a l n e t w o r k s 公司的流媒体方案解决流媒体格式的课件发布和播放问题：在本教 学系统中用播放器来发布多媒体课件，这样的方式加快了课件的开发速度；并设 计和实现了一个课件制作模块用s m i l 标记语言并结合r e a l 播放器的功能， 实现通过多种媒体形式的交互表达教学内容的目的。 关键字：远程教育j a v a 反射技术，流媒体，s m i l 两北人学计算帆千： 学系垧i 砰巍生毕业论文 远程教育教学支持系统的研究与实现 a b s t r a c t i 】 s y s t e m o fd i s t a n c ee d u c a t i o ni st h eb a s eo f d i s t a n c e e d u c a t i o n i t s p e r f b r m a n c ea n df h n c t i o n sd i r e c t l y d e c i d et h e t e a c h i n gq u a l i t ya n ds t i i d y i n g e f 珏c t t h es y s t e mi sd i s t a n c ee d u c a t i o ns u p p o n e ds y s t e mb a s e do nj 2 e e t h r e e - t i e rs t n l c n i r e ，w h i c ha p p i y sj s j a v ac o m p o n e n t t e c h n o i o g y ，a p p l e t j a v a r e n e c t i o nj d b ca n ds oo n t h e 叫s t e me m p l o y sj 2 e e t h r e e - t i e rb a s e ds t r u c t i i r e t h ei m p l e m e n t a t i o no f m u l t i - t i e rs t r u c t u r ee n a b l e st h e s y s t e m t oh a v e d i s t i n g u i s h e dq u a l i t yo fn e x i b i b 蜉， c u r r e n c ya dc o m p a t i b i l i 蜉 u s e r si n t e r a c to nt h es y s t e mv i aw e b t h es y s t e me m p l o y st h et e c h n o l o g yo f j s pa n dj a v a b e a n st oa c c e s s d a t a ，w h i c h s h o r t e n st h e c y c l e o f s y s t e m d e v e i o p m e n ta n dr e d u c e st h e m a i n t e a n c ew o r l l t h e t e a c h i n gs y s t e mm a i l yr e s o i v e s 押oq u 器t i o n s ，r 蛆l - t i m ec o m m u c a t j o n 粕d t e a c h i gb y n e t w o r k t h i ss y s t e ms p p l y sm a n ym e t h o d sb yw h j c hu s e r sc a nc o m m u n i c a t ew i t h 船c ho t h e r s as u b s y s t e mo fr e a l t i n l ec o m m u n i c a t i o n g 沁e ss u p p o r t t ot 蛆c h e r s a ds t i d e n t s r e a l - “m ed j s c u s s i o n t h es u b s y s t e mu s e sj a ar e n e c t i o nt o i m p i e m e n t au n i v e r a is en r e r ，w h i c hc a nh e l pt h ef u t u r ef u n c a i t i o se x t e n s i b i l i t y t h e t e a c h i n gs y s t e ma d o p t saw a y o fv i d e oa n da u d i os t r e a m i n gt os u p p o r t 曲ed i s t a n c et e a c h i n g t h ec i r c u m m s t a n c eo fn e t w o r l 【i ta p p l y st h es o l u t i o no f 玉k a l n e t w o r l 【sc o m p a n y ss t r e a mm e d i a ，u s e sm e d ap i a y e rt op l a yc o u r s e w a r e a n du s e ss m i ia n dr e a l o n ep i a y e r sp er = f o r m a n c et oc o m b i n ed i f 扎r e n tk i n d so f c o u r s e w a r e k e y w o r d s ： d i s t a n c ee d u c a t i o n r e n e c t i o n ，s t r e a mm e d i a ，s m i l 两北大学计算机科学系蛳 。研忱生毕业论史 独饿性声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取褥麴研究成采。据我辨鲡，除了文串特羯搬以标注躲缝方外，论文 孛不毽含箕德天已经发裘蓑撰写过懿磷究残聚，也不包含为获雩寻琵就 大学域其它教育机构的学位证书丽使用过的材料。 签器晓浅 2 e 瓣年5 嚣2 7 基 远程教育教学支持系统的研究与实现 第一章绪论 1 1 远程教育的起源、发展及其意义 以计算机互联网为核心的信息技术的快速发展与逐步普及，把人类社会推入 崭新的信息时代，这给教育事业带来无限的生机和广阔的发展空间，也为大力发 展网络远程教育提供新的契机 1 1 1 什么是远程教育 远程教育1 是英文d i s 诅n c e e d u c a t i o n 的中文译名( 也有译为“远距离教育”) 。 在国际教育界，d i s t a n c ee d u a c a t i o n 这一概念是在2 0 世纪7 0 年代中期开始流行， 并作为概括远程教育这一特定领域教育现象的统一术语。现代远程教育( m o d e m d i s t a l l c ee d u c a t i o n ) 的发展源于远程教育。现代远程教育就是以计算机、卫星电 视和电信三大通信网络为基础，师生在时间和空间上处于分离的，以自主学习为 主的一种有组织、有计划的培养人的活动。其本质特征是开放。性、交互性、自主 性、媒体技术性。 1 1 2 远程教育的发展历程 随着教育媒体的更新，远程教育经历了三个发展阶段：第一代是函授教育： 第二代是广播电视教育；第三代是以多媒体技术为主要教学手段的双向交换电子 通信教育，即现代远程教育。现代远程教育包含了第一、二代远程教育它既不 是传统教育的对立场，也不是传统教育的简单扩展。第一、二代远程教育是单向 传输的，其信息传输速度和质量都不能令人满意。建立在计算机网络技术和多媒 体数字技术之上的第三代现代远程教育改变了这一切，它的技术支撑是以多媒体 计算机网络、卫星电视网络和电信网络为基础的技术的进步，尤其是数字技术以 其快速的传递速度和逼真的清晰度缩小了面对面教学与远程教育差异，为学习 者建立了良好的交互性，实现了远程教育的实时或非实时的双向交流。以现代科 学技术为基础的远程教育技术是革命性它永远处于不断创新和不断提高阶段， 技术的革命不仅带来了现在远程教育蓬勃发展，也使现代远程教育更加人性化。 两北大学计算机科学系蛳1 ：研究生毕业论文 远程教育教学支持系统的研究与实现 随着网络带宽的不断提高和支持实时多媒体协议的研究和发展，以及新的高 效压缩技术的使用，远程教学将支持教师和学生、学生与学生之间以多种媒体( 特 别是音频和视频) 进行实时同步交流。同时，虚拟现实技术在远程教育中得到使 用，使网上开放大学的各种活动能更加直观、形象、自如和高效地进行，彻底消 除时间和空间上地差别，增强系统的人机交互能力。 1 1 3 远程教育的意义 随着我国社会经济的飞速发展，人民群众提高自身素质、终身学习的需求不 断增强，普通学校教育由于长期传统教学模式、教学思路、教学方法上的强大惯 性，再加上受师资、设备、后勤、地域等多方面的制约，难以满足社会对教育的 巨大而多样化的需求，随着社会的发展，这种供需矛盾将会越来越尖锐。因此， 大力发展现代远程教育，对于促进我国教育的普及和建立终身学习体系，有效的 发挥现有各种教育资源的优势，实现教育的跨越式发展，具有重大的现实意义， 也是在我国教育资源短缺的条件下办好大教育的战略措施。对此，党和国家十分 重视发展现代远程教育。 1 2 建设远程教育支撑平台的意义 建立远程教育支撑平台，是实施现代远程教育的技术基础，没有远程教育支 撑平台，便没有现代远程教育的实施。只有结合我国的教育现状，在现有的信息 化建设基础上利用高新技术，建立起具有互动性强、教学个性化、教学资源共 享、多媒体数字教学等特点的远程教育平台，才能够在支撑平台的基础上，利用 平台提供的各种功能，开展远程教育。 1 3 远程教育支撑平台的技术现状和发展趋势 在i n t e m e t 普及之前，远距离教学是通过电话。电视，录象带和信件等方式 异步地传递教学信息最近几年，开始采用基于i n t e m e t 的远程教学，w o r l d w i d e w e b 被公认是最强大的课程信息发布媒体，成百上千的课程已经上网，还有更 多的学校和老师正在考虑开展基于w e b 的教学。基于w e b 的教学( w b i ： 诬北大学计算机科学系硕l ：研究生毕业论文 远程教育教学支持系统的 i j f 究与实现3 w e b b a s e di n s t r u c t i o n ) ，就是用万维网作为教学媒体，传送教学内容，在网上实 施教学、管理教学，并进行网上测试和网上交流。 一个完整地支持基于w e b 教学的支撑平台应该由三个系统组成：网上课程 开发系统、网上教学支持系统和网上教学管理系统分别完成w e b 课程开发、 w e b 教学实施和w e b 教学管理的功能。现在市场上的许多产品都是从这三方面 的某一方面发展起来的，经过多年的积累和扩展成为可以支持w e b 上课程开发、 教学传递和管理的综合平台。比如a m h o n v a r e 和t 0 0 l b o o k 都是很著名的多媒体 开发工具m a c r o m e d i a 公司的a u t h o n a r e4 0 ( h t t p ：w w w m a c r o m e d i a c o m s o f n v a 耐a u 血。州a r e 1 已经可以开发网上课程，与该公司的p 拙w a r e 软件配合实现 网上教学。另外一类远程教学支撑平台是从网页开发工具和网站建设工具角度出 发，如 m a dd u c k技术公司开发w e bc o u r s ei na b o x f n 口：，w w w m a d d u c k c o 耐i n d e x _ h 廿n 1 ) ：还有一类远程教学支撑平台从网上测 试工具发展而来，如a l l e nc o m m u n j c a t i o nh l c 的q u e s t n e t + ，与该公司的d e s i g f l d s e d 弦软件配合可以进行深入的课程设计和分析( m p ： w 州。a l l e n c o m m ，c o 耐) 。 后两类平台一般要比第一类平台更强调无须学习编程，无需掌握h t m l 就可以 开发出所需要的课程，可以满足网上教学的常规要求，只是所开发的课程有结构 雷同、个性不强、发挥余地有限的缺点。目前远程教学平台的开发热点也主要是 集中于网上教学管理系统和教学支持系统的开发，对教学过程提供全面但是比较 基础的支持，如学生注册、教学传递、教学追踪等，在此之上的进一步发展必然 是提供对课程开发以及教学过程较深层次的支持。 1 4 研究内容与目标 网上教学支持系统是远程教育支撑平台系统中重要的部分，它支撑起网上 教学活动的各个环节，为参与网上教学的教师和学生提供授课、学习、考试、答 疑、交流的平台。一个教学支持系统在_ 丌发过程中要解决的问题主要有： 第一是关于教学。在传统教学中，教师和学生处于同一个课堂，教师直接 面对学生进行教授，通过丰富的表情，手势，声音来传授教学内容。这些表情、 手势、声音都可以被处于同一个课堂内的学生毫无问题的接收到，从而理解教师 教授的知识内容。而远程教学的特点是师生在时间和空间上处于分离状态所以 西北大学计算机科学系瑚j 叶究生毕业论文 远程教育教学支持系统的研究与实现4 教学支持系统必须使得在网络环境下这种知识传授方法仍然可以使用，使学生仍 然可以听到教师的教课声音和看到教课过程，在心理上感觉与传统的教育没有太 大的区别，使这种通过网络的学习方式更易于接受和推广。 第二是关于教学交流，除了课堂讲授外，课堂上和课堂下的交流也是传统教 学中重要环节，教师与学生之间的交流，弥补了教师在课堂讲授中疏漏，也使教 学效果得到即时的反馈；学生和学生之间的交流，可以彼此帮助，互相激励。而 在远程教育的方式下教师和学生都是处于分散状态，因此，教学支持系统也必须 给教师和学生提供一个方便的交流环境，使得教师和学生或者学生和学生在网络 环境下也可以毫无阻碍的进行交流。 针对在网络条件下的教学的问题，本教学支持系统主要采用了视频流方式实 现教学活动。并且在教学系统中提供了多个环境以实现师生之间的交流。 本文将从几个方面对教学支持系统的分析、设计、实现进行探讨，论文的结 构安排如下： 第一章，绪论。介绍了本论文的研究题目，意义，及论文结构。 第二章，对流媒体和流媒体的相关技术进行了探讨。 第三章，研究和分析了系统中采用的各种j a v a 技术。包括j s p 、j a v a b e a n 、 j a v a 反射机制的概念、特性和原理。 第四章，进行系统分析和设计。给出了系统的层次结构，进行了系统的需求 分析，采用面向对象思想、运用u m l 方法给出了系统的用例圈和系统的功能 结构图。在分析的基础上对系统总体进行了表结构设计、数据信息组织结构 设计，给出了系统环境和系统开发工具，这一章的内容为系统的实现打下了 坚实的基础。 第五章，讨论了教学系统的实现。重点论述了实时交流子系统的实现、用s m i l 标记语言控制流媒体的播放的实现。 第六章，总结与展望。对系统进行了回顾和总结，并对未来的研究工作及其 前景进行了展望。 两北大学计算机科学系蛳j 研究生毕业论文 远程教育教学支持系统的研究与实现 第二章流媒体技术 流媒体技术是当今在网络上较为流行的新兴技术，被应用到多个领域。在本 章研究和探讨了这一技术。 2 1 流媒体技术 2 1 1 什么是流媒体 互联网经历了从字符到文本再到多媒体应用的巨大发展之后，人们获得信 息的途径和方法得到了极大的丰富。随着网络设备的不断升级，也为在互联网上 传输多媒体数据提供了可能。但是多媒体文件一般都比较大，例如一个2 0 分钟 的电影在6 4 k b p s 速率的网络上下载需要大约一个小时左右的时间，为了解决这 个问题流媒体技术( s 仃e a i i l i n gm e d i a ) 应运而生。 流媒体指在i n t e m e t ，i n 锄e t 中使用流式传输技术的连续时基媒体，如：音 频、视频或多媒体文件。 流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，流式 媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。可以看出流媒体 实现的关键技术就是流式传输。流式传输主要指通过网络传送媒体( 如视频、音 频) 的技术总称，实现流式传输有两种方法：顺序流式传输( p r o 乒e s s i v es t r e a r n i n g ) 和实时流式传输( r e a l t i m es t r 咖i n g ) 。 顺序流式传输是把流文件放在标准的h t t p 或f t p 服务器上，顺序下载， 在下载的同时用户可同时观看，但是不能随意的挑选观看某一段内容，而且顺序 传输不像实时流式传输在传输期间可以根据用户连接的速度做调整，而且不支持 现场广播。由于标准的h t t p 服务器可实现这种传送，它经常被称为h r r p 流式 传输。这种传输使用的是h n p 协议数据是可以穿过防火墙的。顺序流式传输 比较适合高质量的短片段，由于该文件在播放前观看的部分是无损下载的，这种 方法保证电影播放的最终质量。但这意味着用户在观看前，必须经历延迟，对较 慢的连接尤其如此。 西北大学计算机科学系碗i 研兜生毕业论文 远程教育教学支持系统的研究与实现 实时流式传输保证媒体信号带宽与网络连接配匹，使媒体可被实时观看 到。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。实时流式传输与h t t p 流式传输不同，它 需要使用专用的流媒体服务器，如q u i c k t i m es t r c a m i n gs e r v e r 、r e a l s e r v e r 与 w i n d o w sm e d i as e r v e r 。这些服务器允许你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。实时流式传输还需要特殊网络协 议，如：r t s p ( r e a l t i m es t r e a m i n gp m t o c 0 1 ) 或m m s ( m i c r o s o r m e d i as e r v e r ) 。这 些协议在有防火墙时有时会出现问题，导致用户不能看到一些地点的实时内容。 2 1 2 流媒体技术原理 在网络中要真正实现流媒体技术，需要完成流媒体的制作、发布、传输、播放 四个环节。 普通的多媒体文件因为尺寸太大必须经过压缩才能适合在网上传输，而且在 文件中要加入流式信息；由于在i n t e m e t 中的文件传输都是建立在t c p 协议基础 上的而t c p 需要较多的开销，不太适合传输实时数据。所以一般都采用建立 在u d p 协议之上的r t p 瓜t s p 来传输实时的影音数据，而用h t t p 厂r c p 来传输 控制信息：因为i n t e m e t 以包为基础进行断续的异步传输，对一个多媒体文件， 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，必须使用缓存技术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。缓存的目的是为了在某一段时间存储需要使用 的数据，数据存储在缓存中的时间是暂时的，播放完的数据即刻被清除，通过丢 弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的缓存空间来缓存后续尚未播放的内 容，因此，播放流媒体文件时不需要太大的磁盘空间；实现流式传输一般都需要 专用服务器和播放器，其基本原理如图2 1 所示。 两北大学计算机科学乐倾 。研究生毕业论文 远程教育教学支持系统拍研究与实现 2 1 3 流媒体文件格式 圈2 1 流式传输基本原理 有时候我们要把一个大的媒体文件进行压缩，压缩格式的文件尺寸大大减 少，但是它仍然包含了描述一段声音和图象的同样信息。在压缩媒体文件再次成 为媒体文件前，其中数据需要解压缩。压缩过程如图2 2 所示。 大尺寸较小尺寸 圈一蜃 兰三一：| 篓“ 标准媒体文件格式压缩软件，硬件压缩格式的文件 图2 ，2 文件压缩过程 而流式文件是经过特殊编码，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能播放。可以在网上以流的方式播放标准媒体文件，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。表2 1 列举了常用的流式文件类型。 大文件 圈一 标准媒体文件格式 流式文件 茎萤 ：曼；星， 一+ 星黉羞2 一善薰蓥譬暮呈 室詈荤星 ；i 曼 图2 3 流式文件编码过程 流式媒体文件格式 两北大学计算机科学系顿二卜研究生毕业论文 远程教育教学支持系统的研究与实现8 文件格式扩展( v i d e o 舱u d i o )。媒体类型与名称 l a s f 斗d v a n c e ds ”e a m i n gf o r m a t ( m j c r o s o f t ) n 】15 r e a lv i d e 州a u d j o 文件( p r o g r e s s v e n e t w o r k s ) r ar e a la u d j o 文件( p r o g r e s s i v e n e t w o r k s ) 仲l r e a 】p i x 文忭( p r o g r e s s i v en e m o r l ( s ) r t；r e a lt e x t 文什( p r o g r e s s i v e n 丽v o r k s ) ：s ，fs h o c kw a v ef 【a s h ( m a c m m e d i a ) 2 1 4 媒体发布格式 表2 1 常用流式文件类型 媒体发布格式不是压缩格式，也不是传输协议，其本身并不描述多媒体数据 也不提供编码方法，媒体发布格式是用来以特定的方式安排影音数据的播放的 ，在其中只涉及媒体类型和安排方式。虽然流媒体发布文件在流媒体播放过程中 不是必须的，但使用媒体发布格式有助于流式多媒体的发展以及使用。例如：实 际的流媒体文件可位于多个不同的存储地点，而由流媒体发布文件中的信息控制 这些流媒体的播放，而且由流媒体发布文件隐藏流媒体文件的实际位置也是很 好的做法。常用的媒体发布格式如表2 2 所示 媒体发布格式扩展媒体类型和名称 a s f 。a d v a n c e ds t r e a m i n gf o 丌n a t ：s m i i s y n c h m n i s e dm u i t i m e d i ai n t e 鲈a t i o nl a n g u a g e r a mr a m f i l e n ) m e m b e d d e dr a m f i e 2 2 流媒体传输协议 表2 2 常用的媒体发布格式 用i n t e m e t 传输多媒体数据会有困难，其一就是与纯文本数据相比，多媒体 数据需要占用更多的网络带宽。其二是多媒体数据应用需要实时的网络传输，音 频和视频数掘必须连续的播放，如果数据不能按时抵达目的地多媒体播放就会 停止或中断，而且在出现数据延迟地时候还得建立合理地延时数据的丢弃和重发 两北大学计算机科学系砸l 珊吼生毕业论_ 史 远程教育教学支持系统舶研究与实现 机制。其三是流媒体数据突发性很强，对大多数的多媒体应用程序来讲，接收端都 有缓存限制，如果不能够很好的调节数据流的平稳度，那么就会导致缓存的上溢或 下溢最终效果会很差解决上述问题除了要提高网络速度外，还需要种实时 传输协议来传输多媒体数据”1 i 盯p ( 实时传输协议) ，用于i n t e m e t 上针对多媒体数据流的传输，它被定 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。它通常使用u d p 协议来传送数据，但也可以工作在t c p 或a 1 m 等其他协 议之上。当应用程序开始一个r t p 会话时将使用两个端口：一个给r 啤，一个 给r t c p 。r r r p 本身并不能为按顺序传送数据包提供可靠的传送机制，也不提供 流量控制或拥塞控制，它依靠r t c p 提供这些服务。 r t c p ( 实时传输控制协议) ，r t c p ( r 髓1 t i m e t r a n s p o nc o n lp r o t o c 0 1 ) 和 i h p 一起提供流量控制和拥塞控制服务。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。 r t s p ( 实时流协议) 是应用级协议，它必须以底层的r t p 、r s v p 等协议为 依托，才能提供完整的流媒体传输服务。r t s p 控制实时数据的发送，提供了一 个可扩展的框架，使实时数据，如音频与视频，的受控、点播成为可能。 r t s p 提供的操作主要有三种：1 ) 从媒体服务器上取得多媒体数据，客户端 可以要求服务器建立会话并传送被请求的数据。2 ) 要求媒体服务器加入会议， 并回放或录制媒体。3 ) 向已经存在的表达中加入媒体，任何附加的媒体变为可 用时，客户端和服务器之间要互相通报。r t s p 协议中客户机和服务器都可以发 出请求，即r t s p 协议是双向的。 2 3 流媒体播送技术 流媒体具有多种播送技术，包括单播、多播、点播、广播和智能流技术h 1 。 单播( u n i c a s t ) 就是客户端与服务器之间点对点的连接这是大多数网络通 信的连接方式。在流媒体播放过程中客户端与媒体服务器之间需要建立一个单独 的数据通道，从一台服务器送出的每个数据包只能传送给一个客户机。仅当客户 端发出请求时，服务器才发送单播流。这种方式会对服务器造成很大的负担，而 且对网络带宽的占用也是巨大的。单播方式只适合于客户端数量很少的情况否 西北大学计算机科学系倾l 研究生毕业论文 远程教育教学n 支持系统的研究与实现1 0 则的话很难保证播放的质量。 多播( m u l t i c a s t ) 也称组播多播是一种多地址广播，其发送源和接收端是 一对多的关系，服务器只向一组特定的用户发送一个数据包，组中的各个用户可 以共享这一数据包。多播技术可以让单台服务器承担数万台客户端的数据播送， 同时保证较高的服务质量。它主要是依靠与数据包的拷贝数量少和发送目的地址 少这一点，减少了网络中传输的数据总量，从而保证了流媒体传输的最小带宽占 用，同时也减少了服务器承担的负载。多播也有局限性，它需要全网内的路由器 支持多播，否则许多用户是无法接收到多播数据的。多播技术本身不适合v 0 d 应用，因为每个用户的需求不样，无法形成一个统一的多播流。 点播( o n _ d e m a n d ) 是指用户通过主动选取播放内容来初始化的连接方式。 在点播中客户端占有主动权，对媒体流可以做开始、停止、后退、快进等操作。 实际上点播就是一种形式的单播，一样占有大量的带宽。 广播( b r o a d c a s t ) 是客户端被动的接收媒体流，对媒体流不具有任何的控制 操作。它是将数据包的拷贝发送给网络中的所有用户，而不管用户是否需要，在 一定程度上同样造成了带宽资源的浪费。 智能流就是在不同类型编码方式基础上为多种不同带宽提供适合的影音的 技术，微软和r e a l n 咖r k s 两大公司均提供智能流技术，只不过叫法不一样， 微软称自己的智能流技术为“m u l t i p l eb i t r a t e ”( 多比特率编码) ，而r e a l n e 柳o r l 【s 公司的技术是“s u r e s 仃e a l l l ”。智能流一般都有如下几个特点： 1 ) 多种不同速率的编码保存在一个文件或数据流中 2 ) 播放时，服务器和客户端自动确定当前可用的带宽，服务器提供适当比 特率的媒体流。 3 ) 播放时如果客户端的连接率降低，服务器会自动检测带宽变化，并提 供更低带宽的媒体流。如果连接速率增大，服务器将提供到更高带宽的 媒体流。 4 ) 关键帧优先音频数据比部分帧数掘重要。 智能流技术能保证在很低的带宽下传输音频视频流。 2 4 流媒体服务与w e b 服务 西北大学计算机科学系岫【。研究生毕业论史 远程教育教学支持系统的研究与实现 在w e b 服务下也能够实现流媒体的播放，但是w e b 服务与流媒体服务在很 多方面有着根本不同，要想充分发挥流媒体技术的优势，还是非流媒体服务莫数。 从根本上说由于采用的协议不同，导致w e b 服务和流媒体服务在应用上也 是相差甚远。w e b 服务使用的是n p 协议，而流式服务使用的都是各种流式协 议，像r e a l n e t 、v o r k s 公司的流技术使用r t s p 协议，微软公司则使用m m s 协议。 流式协议中的很多功能和机制都是h 印协议所不具备的。比如h t t p 协议中就 没有“t i m e l i n e s ”( 时间线) 的概念，因此在传输流媒体文件时会出现停顿和延 迟等现象。还有智能流技术，以及现场直播、每个流的带宽分配等等系列流媒 体服务提供的功能w 曲服务都无法实现，例如：要用w e bs e r v e r 为多种不同带 宽的用户提供合适的影音文件，就必须为每一种不同目标带宽的用户单独编码， 然后用s m i l 语言告诉播放器针对哪种播放速率选择哪个文件播放，实现过程比 起流媒体服务中的智能流技术就复杂的多了。 2 5s m i l 同步多媒体集成语言 s m i l “1 ( s y n c l l r o i l i z e d m u l t 哪e d i a i n t e g r a t i o nl a i l g u a g e ) 是同步多媒体集成 语言的缩写是由w 3 c 制订并推广的标准。w 3 c 是一个i n t e m e t 标准化组织，英 文全称是w o r l dw i d ew e bc o n s o n j u m ，w 3 c 以论坛的形式推动和发展w e b 技术， 并制订和颁布了h t m l 、l 、s m i l 、s v g 、c s s 等多项标准。 随着互联网的飞速发展，越来越多的静态图像、音乐、动画、流媒体内容逐 渐应用到了网站中来。这就产生了一个问题，在w e b 上无法将这些丰富多彩内 容很好的组织到一个多媒体演示中。尽管m i c m s o f t 、r e a l n e t w o r k s 、a p p l e 、 m a c r o m e d i a 等公司相继开发了各自的音、视频，乃至动画等浏览器插件，但是 仍然不能很好的解决不同媒体格式之问或同一媒体格式之间的组织协调关系，在 这样的环境下，w 3 c 于1 9 9 8 年6 月正式制订并推出了s m i l 标准，现在的最新 版本是在2 0 0 1 年6 月推出的s m i l 2 o 版本。 我们知道h t m l 语言只能够描述超文本数据，而无法用于多媒体数据的描 述，虽然可以通过各种插件的形式在网页上播放多媒体内容，但是这种播放基本 上不具有交互的功能，而且也无法有效的组织和管理多媒体内容。s m i l 则是专 门为多媒体内容而设定的描述语言，是基于x m l 技术的专门为流媒体而制订的 两北大学计翦：机科学系倾l 。研究生毕业论史 远程教育教学支持系统的研究与实现 语言标准。它的作用在于可以为一组多媒体内容按照时序、布局、链接等形式进 行组织，这些多媒体内容可以是音频、视频、动画、图像等，并最终形成一个完 成的在w e b 上运行的多媒体演示。s m i l 语言可以创建一个名为s m i 格式的文 件用于定义网络多媒体的播放。 s m i l 的特点主要有如下几个方面： 1 本身不是多媒体文件 s m i l 文件是文本格式文件，在涉及到具体的多媒体文件时，只给出它的u r l 地址( 本地地址或者远程地址) 。因此涉及的每一个多媒体文件都是独立存在，只 有在播放时才组合到一起，具备很强的扩展性和灵活性。而且使用的多媒体格式 不受限制。 2 支持超链接 s m i l 作为第一种基于w e b 的多媒体集成语言，支持超链接为其提供了更好 的交互性。 3 合理利用带宽 利用s m 语言，可以避免在同一时刻播放多个多媒体文件，特别是数据量 较大的音、视频文件。这样就不会因为同一时间产生很多的数据量而导致播放停 顿的现象。 4 平台无关性 s m i l 提供了一个统一的标准，它能够被i e 、n e t s c 印e 等浏览器一致的执行， 因此用户不用担心出现像h ，r m l 在不同浏览器中不兼容的问题。 s m i l 是既可以用于流式和非流式多媒体内容的播放，但是s m i l 配合流媒 体应用才是最佳的组合。 在s m i l 的发展中，微软和r e a l n e t w o r k s 公司对它的支持有所不同。在 s m i l l o 的制订过程中，微软与其他成员共同起草了s m i l l o 的规范。但是，由 于与其他成员有不同意见微软在s m i l l o 规范最后通过阶段将其名字撤了下 来。与此同时m i c r o s o r 公司还向w 3 c 提交了自己的同步多媒体标准 “h t m l + t i m e 4 叭。微软在i e 5 中引入h t m l + t i m e ( t i m e d i n t e r a c t i v em u l t i m e d i a e x t e n s i o n s l 加入了对h t m l 页面的时序和媒体同步的支持，使用的语法与s m i l 类似。h t m l + t i m e 中的元素可以被w i n d o w sm e d i as e r v i c e s 识别。而 两北_ 人学计算机科学系倾l 研究生毕业论文 远程教育教学支持系统的珂f 究i 实现 r e a l n e t w o r k s 则对s m i l 推崇有佳，r e a 】p l a y e rg 2 成为第个支持s m i l 的流媒 体播放器软件，以后的r e a l p l a y e r 7 、r e a l p l a v e r8 也都支持s m i l l o ，并在新推 出的r e a l o n ep 1 a y e r 中开始支持s m i l 2 o 标准。 2 6 主流流式媒体解决方案比较 在i n t e m e t 产生的相当长时间内，网上的应用一直局限于下载使用的模式下， 但自从1 9 9 5 年p r o 伊e s s i v en e t w o r k 公司，也就是后来的r e a l n e t w o r k 公司，推 出的第一个流产品以来i m e m e t 上的各种流应用迅速涌现，逐渐成为网络界的 研究热点。流媒体( s m e d i a ) 技术的出现使得在窄带互联网中传播多媒体 信息成为可能。 随着互联网的迅猛发展与普及，流媒体这项将被广泛应用在网上新闻发布、 在线直播、网络广告、远程教育、实时视频会议等多方面的媒体传送技术受到了 越来越多的关注。一项报告显示，2 0 0 4 年流媒体市场服务的收入就将达到2 8 亿 美元。因为流媒体市场诱人前景，流媒体市场始终处在不平静之中。目前在流媒 体领域，竞争的公司主要有三个：微软、r e a l n e t w o r k s 和苹果公司，而相应的产 品就是：w i n d o w sm e d i a 、r e a l s y s t e m 和q u i c k t i m e 。他们都制订了自己的流媒 体文件格式和流媒体传输控制协议各自提出了自己解决方案。 微软公司开发流式媒体格式要比a p p l e 和r e a l n e t 、r k s 晚，但微软公司凭 借其自身的操作系统方面优势，通过在w i n d o w s 中捆绑m e d i ap l a y e r ，并将与之 相关的软件全部免费给用户使用，逐渐赶上来成为r e a l n e t w o r k s 公司的主要竞 争对手。它推出的最新版本是在2 0 0 2 年发布的w i n d o w sm e d i a9s e r i e s 8 1 ，包 括w i n d o w s m e d i as e r v i c e s9s e r i e s ( 发布流媒体服务器) 、w i n d o w sm e d i ae n c o d e r s e r i e s ( 编码器) 、w i n d o 娜m e d i ap l a y e r9s e r i e s ( 播放器) 等，提供了在微软 不同操作系统上运行的版本。w i n d o w sm e d i a s e r v i c e s9s e r i e s 是w i n d o w sm e d i a 9s e r i e s 平台中的服务器部分。它与w i n d o w sm e d i ae n c o d e r 、w i n d o w sm e d i a p l a v e r 一起协力将音频和视频内容通过i n t e r n e t 或i n t r a n e t 传给用户端。客户端可 以是用微软播放器播放内容的计算机或者是其他设备，也可以是用w i n d o w s m e d i as d k 开发的用户应用程序。w i n d o w sm e d i a 的关键核心是m m s 协议和 西北大学计算帆科学系埘! i 砌f 究生毕业论文 远程教育教学支持系统的研究与实现】4 a s f 数据格式，m m s 用于网络传输控制，a s f 则用于媒体内容和编码方案的打 包。目前w i n d o w sm e d i a 在交互能力不是很强的，它在交互方面是通过匝支持 s m i l 。 r e a l n e t w o r k s 推出的是r e a l s y s t e m 系列，最新的版本是2 0 0 2 年发布 r e a l s v s t e m9 ，包括发布流媒体的服务器h e l i xs e r v e r 、媒体生成工具h e l i x p r o d u c e r 、媒体播放器r e a l o n ep l a y e r 。支持的流媒体文件格式包括玎n ( r e a l v i d e o ) 、r a ( r e a l a u d i o ) 、r p ( r e a lp i x ) 、r t ( r e a lt e x t ) 。在这个新版本中 r e a l n e t 、v o r k s 采取的是全面兼容的策略，除了支持包括u n i x 、l i n u x 以及w i n d o w s 在内的所有平台外，从播放软件到服务器r e a l n e t w o r k s 实现了对所有格式，包 括竞争对手格式的全面兼容使用户可以通过一个平台发送其内容，节约了维护 不同系统、媒体格式、硬件的昂贵费用。r e a l m e d i a 通过基于s m i l 并结合自己 的r e a l p i x 和r e a l t e x t 技术来达到一定的交互能力和媒体控制能力。 a p p l e 公司的q u i c k t i m e 也是出现较早的流媒体文件格式之一，是数字媒体 领域事实上的工业标准。q u i c k t i m e 实际上是一个开放式的架构，包含了各种各 样的流式或者非流式的媒体技术。q u i c k t i m e 是最早的视频工业标准，1 9 9 9 年 发布的o u i c k t i m e4 o 版本开始支持真正的流式播放。由于q u i c k t i m e 本身也