（教育技术学专业论文）基于内容检索的网络教育视频资源管理系统的设计与实现.pdf

摘要 摘要 随着计算机网络技术和数字技术的迅速发展，网络教育已经进入了数字 化、智能化、个性化的发展阶段，新的通讯技术为传递最新的教学信息与知 识提供了更多地途径，为网络资源的建设带来了突破性的进展。而在网络教 育资源中，视频资源是一种非常重要的形式，网络视频课程也将成为学校教 学的一个非常重要的辅助手段。何克抗先生在把脉中国教育资源建设一 文中曾经提到“资源管理的目的并不是为了管理资源数据而管理，而是为了 更好地在实际教与学的过程中应用这些资源内容。”“3 这句话也说出了我做 这篇论文的初衷。本文致力于研究网络学习系统中的基于内容检索的网络教 学视频资源管理系统的构建和开发，为学习者提供一个“以学习者为中心” 的网络化学习环境。 本文的研究工作主要针对网络教育视频资源管理系统的功能结构和设 计开发模型、基于内容的视频片断的检索、视音频的播放与导航区标题以及 电子讲稿等多媒体资源的同步等方面展开。在内容上，论文包括五部分：第 一章，论述了视频资源管理系统的现状、存在问题以及课题研究的必要性； 第二章着重阐述了网络教育视频资源管理系统的理论基础；第三章介绍了视 频资源的采集、视频格式的转换；第四章概括了基于内容的网络视频资源管 理系统的设计开发模型以及视频服务器的设计；最后介绍了系统开发的部分 实现技术。 整个研究的特色体现在：实现了视音频与导航区标题、电子讲稿等多媒 体资源的同步播放，探索并简单实现了基于内容的视频片断的检索，对视频 服务器进行了设计规划，以低成本、低难度、高效率的开发理念指导系统的 开发实践。 关键词：网络视频资源；同步播放；基于内容视频检索 a b s t t a c t a b s t r a c t a st h eq u i c kd e v e l o p m e n to fc o m p u t e rn e t w o r kt e c h n o l o g i e sa n dt h ed i g i t a l t e c h n o l o g i e s ，w e b b a s e de d u c a t i o n h a se n t e r e das t a g eo f d i g i t a l ，i n t e l l e c t u a l i z e d ， a n dc u s t o m i z e dd e v e l o p m e n t ，t h en e wc o m m u t a t i o nt e c h n o l o g i e sp r o v i d em o r e a p p r o a c h e sf o rt r a n s m i t t i n gt h e l a t e s te d u c a t i o ni n f o r m a t i o na n dk n o w l e d g e ，a n d g r e a tb r e a k t h r o u g hh a sb e e nm a d e i nc o n s t r u c t i o no fw e b b a s e de d u c a t i o n r e s o u r c e b u ti nt h en e t w o r ke d u c a t i o nr e s o u r c e s ，t h ev i d e or e s o u r c e si so n e e x t r e m e l yi m p o r t a n tf o r m ，t h en e t w o r kv i d e oc u r r i c u l u mw i l la l s ob e c o m et h e s c h o o lt e a c h i n ga ne x t r e m e l yi m p o r t a n ta u x i l i a r ym e t h o d m r h ek ek a n gi n ”t o o kt h ep u l s ec h i n e s ee d u c a t i o nr e s o u r c e sc o n s t r u c t i o n ”i na na r t i c l eo n c et o m e n t i o n t h er e s o u r c em a n a g e m e n tg o a lw a sn o ti no r d e rt om a n a g et h er e s o u r c e s d a t at om a n a g e ，b u tw a sf o rt oq u a l i f i e dt oa p p l yt h e s er e s o u r c e sw e l li nt h e r e a l i t yo ft e a c h i n ga n ds t u d y i n g t h i ss p e e c ha l s os a i dm yo r i g i n a li n t e n t i o nt o m a k et h i sp a p e r t h i sa r t i c l ed e v o t e si nt h er e s e a r c hn e t w o r ks t u d ys y s t e mb a s e d o nt h ec o n t e n tr e t r i e v a ln e t w o r kt e a c h i n gv i d e or e s o u r c em a n a g e m e n ta n dt h e a p p l i c a t i o ns y s t e mp l a t f o r mc o n s t r u c t i o na n dt h ed e v e l o p m e n t ，p r o v i d e s f o rt h e l e a r n e r t a k et h el e a r n e ra st h ec e n t e r ”t h en e t w o r kl e a r n i n ge n v i r o n m e n t t h i sa r t i c l er e s e a r c hw o r km a i n l ya i m sa tt h en e t w o r kv i d e oe d u c a t i o n r e s o u r c em a n a g e m e n ta n dt h ea p p l i c a t i o ns y s t e mf u n c t i o ns t r u c t u r ea n dt h e d e s i g nd e v e l o p m e n tm o d e l ，b a s e do nt h ec o n t e n tv i d e op i e c er e t r i e v a l ，r e g a r d s t h eb r o a d c a s t i n go fv i d e oa n dt h en a v i g a t i o na r e at i t l ea sw e l la st h ee l e c t r o n i c l e c t u r en o t e sa n ds oo nm u l t i m e d i ar e s o u r c e sa s p e c t sa n ds oo ns y n c h r o n i z a t i o n l a u n c h e s i nc o n t e n t ，p a p e ri n c l u d i n gf i v ep a r t s ：f i r s tc h a p t e r ，e l a b o r a t e dt h e v i d e or e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e mp r e s e n ts i t u a t i o n ，t h ee x i s t e n c eq u e s t i o na s w e l la st h er e s e a r c hn e c e s s i t y s e c o n dc h a p t e re m p h a t i c a l l ye l a b o r a t e dt h e n e t w o r ke d u c a t i o nv i d e or e s o u r c em a n a g e m e n ts y s t e mr a t i o n a l e t h i r dc h a p t e r i n t r o d u c e dv i d e or e s o u r c e sg a t h e r i n g ，t h ev i d e of o r mt r a n s f o r m a t i o n ；f o u r t h c h a p t e rs u m m a r i z e db a s e do nt h ec o n t e n tn e t w o r kv i d e or e s o u r c em a n a g e m e n t l i a b s t r a c t s y s t e md e s i g nd e v e l o p m e n tm o d e la sw e l la st h ev i d e os e r v e rd e s i g n ；f i n a l l y i n t r o d u c e dt h es y s t e md e v e l o p m e n tp a r tr e a l i z a t i o nt e c h n o l o g y t h ee n t i r er e s e a r c hc h a r a c t e r i s t i cm a n i f e s t si n ：r e a l i z e dr e g a r d e dt h ev i d e o a n dt h en a v i g a t i o na r e at i t l e ，t h ee l e c t r o n i cl e c t u r eo rn o t e sa n ds oo nt h e m u l t i m e d i ar e s o u r c e ss y n c h r o n i z e db r o a d c a s t ，t h ee x p l o r a t i o na n dh a sr e a l i z e d s i m p l yb a s e do n t h ec o n t e n tv i d e op i e c er e t r i e v a l ，h a sc a r r i e do nt h ed e s i g np l a n t ot h ev i d e os e r v e r ，b yl o wc o s t ，l o wd i f f i c u l t y ，h i g he f f i c i e n c yd e v e l o p m e n t i d e ag u i d a n c es y s t e md e v e l o p m e n tp r a c t i c e k e y w o r d ：n e t w o r kv i d e or e s o u r c e s ；s y n c h r o n i z e db r o a d c a s t ；b a s e do n c o n t e n tv i d e or e t r i e v a l i i i 第一章绪论 第一章绪论 第一节论文研究的必要性 在教育资源中，视频资源是一种非常重要的形式，网络视频课程将成为 学校教学的一个非常重要的辅助手段。当前网络教育的关键依然是资源建设 与管理。其中一个重要的方面就是课程视频。课程视频既能够反映大多数学 生在大多数情况下所熟悉的那种学习方式( 即看和听) ，为学生提供一个非 常个性化的学习环境，还带来了自由点播的时间、空倒的灵活性，而暂停、 跳进等简单功能也给了学生一定的控制手段来适应他自己的情况。想象未来 教育的一种场景：从学生来看，无论他在哪里，都可以通过同一个网址，方 便地访问到各种课程、不同版本的学习内容；不要密码、无须认证、操作简 单、视频流畅。从老师来看，他还会去传统的教室给他的学生们上课，但课 程的大部分内容都已经放到了网上，特别是- - t - j 课中内容相对稳定的部分， 都以网络视频的形式存在，于是他可以安排某些内容让同学上网自学，而用 更多的时问组织学生讨论或者答疑( 网上或者现场) 。在一个性能优良的课 程视频发布和点播平台的帮助下，老师们可以方便地实现资源共享，腾出精 力更好地关注对学生的答疑，关注学生的学习质量，学生也可以随时、随地、 反复学习课程。“3 基于这样的一个发展前景，我认为对网络教育视频资源进 行有效的管理和应用是非常必要的。 目前情况下，在现有的网络课程和学习网站中，资源大部分是以文本为 主，辅以静止图像，视频资源较少，利用的效果也教差，如果能够开发一套 有效的网络视频资源的管理系统，然后内嵌到网络课程的平台中，不仅能够 丰富网络课程的形式，增加网络课程的功能，而且更是给学生营造了一个更 为适宜的自主学习的环境，提高教学效果。 在视频资源的管理问题上，普遍存在着检索比较困难的问题，也就是目 前大部分是按关键字来检索课程视频，而不能对视频内容插入有效的索引， 来解决目静的视频片段的检索问题，这在一定程度上也影响了视频资源的广 泛应用。课程视频的缺乏及视频资源的管理问题，已经成了远程教育发展中 第一章绪论 的一个瓶颈，因此对教育视频资源进行建设、管理和应用就成了一个追不及 待的问题。何克抗先生在把脉中国教育资源建设一文中曾经提到“资 源管理的目的并不是为了管理资源数据而管理，而是为了更好地在实际教与 学的过程中应用这些资源内容。“”本着为促进课程视频在教学中的应用，改 善学生的个性化学习环境的目的，我确定了网络教育视频资源的管理和应用 这样一个题目。 通过研究、探讨对网络教育视频资源的管理方法，期望对以后同类问题 的研究提供一个比较好的借鉴和指导作用。 第二节研究现状 一、研究现状 在国内有不少高校的网络课程、学习网站上都在一定程度上实现了教育 视频资源的点播，供学习者根据自己的需要随时进行自主学习，巩固所学知 识，拓展知识领域。但是在这些案例中，视频资源普遍比较匮乏，课程视频 或者说视频片断比较少，不能满足广大学生的学习需要，而且资源相对不是 开放的，需要本校的学生注册、登陆才能使用。一个完整的视频资源管理系 统不仅包含相应的点播技术，还要有一定数量的质量较高、效果较好、确确 实实能对学生的自主学习起到帮助的视频资源。目前基于流媒体的视频点播 技术已经非常成熟，在国内也有一些比较成熟的视频资源管理平台，例如大 学课程在线、k 1 2 教育视频资源库、e v o d 教育视频点播系统等。“大学课程 在线”是一个分布式的，基于c e r n e t 优秀的网络基础设施，采用分布式计 算的技术构建的一个大规模的大学精品课程视频点播平台，是中国教育科研 网网格( c h i n ag r i d ) 应用的示范项目，它为所有的互联网用户提供了1 5 所著名高校近3 0 0 0 个小时的优秀课程视频的免费点播，通过此平台，广大 教师不仅可以共享到国内各高校名师主讲的课程视频资源，而且也可以将自 己讲课的视频录像资源进行上载，以促进优秀的及特色的教学资源的交流与 共享，提高教师的教学水平。k 1 2 教育视频资源库借助于k 1 2 成熟的资源管 理技术、视频点播技术、以及独家提供的“视频检索”技术，并结合视频 2 第一章绪论 资源的特性，提供了独特的“视频资源管理平台”。“1 e v o d 在普通视频点 播系统的基础上，通过将视频内容与电子公告牌系统( b b s ) 集成提供交互 功能，并且提供了对视频内容的索引，查询功能及对视频内容的补充说明功 能。以视频内容为主线，为学生创造了一种相互指导学习的网上课堂环境， 解决了目前网上视频内容交互性差、视频内容索引难、个性化弱的问题。该 系统对教学系统进行了时间和空间上的扩展，实现了真正意义上的远程视频 教学，充分考虑了教育的特殊情况，是专为教育量身定制的v o d 视频点播 系统。“ 二、存在的问题 纵观现有的课程视频，我觉得普遍存在以下不足： 1 难以提供准确、快速的定位方式 传统的视频定位往往是通过快进或者快退等顺序的方法进行人工查找， 不仅耗时、繁琐，且准确性不高，这显然无法满足巨大容量的视频数据库的 要求。而用户则希望只要给出课程中的章节名称或者通过关键字的描述就可 以直接定位到所需要的视频的确切位置，并通过片断的所对应的文字信息的 描述或者讲义、电子文稿来进一步判断是不是自己所需要的信息。1 6 】 2 交互性不足 在学生按需点播了相应的视频内容后，教学活动就变成了如图卜2 - 1 ( a ) 所示的形式了，而不是我们所熟悉的传统教育中的图1 - 2 一l ( b ) 的形式。在图 卜2 1 ( a ) 的形式中学生只能机械被动地接受视频内容，当学生对视频内容 ( 即教师授课内容) 有疑议想提问时，就变得很复杂，也就是双向沟通的渠 道比较窄，师生间不能进行多方面的交流，在课程的难易程度上，学习者也 很难有深层次的主动选择权。“1 兰 图卜2 1 ( a ) 教学权向交互图 图卜2 1 ( b ) 教学单向交互图 _ _ _ 第一章绪论 3 媒体表现形式单一 除视频和音频外无其他媒体。文字等媒体信息在概念等内容的表述上具 有其他媒体无法达到的精确效果，如果在视频音频播放时在视频之外同步显 示对应的讲义或者p p t 电子文稿，将会给学习者营造一个类似于班级授课模 式的学习环境，特别是当视频和音频对一些内容和概念解释不够时，恰当地 辅以适当的文字信息，充分利用视觉效果，会达到更好的教育效果。 4 不能依据学习者的需求进行自适应播放 在学生点播播放视频课程的时候，一般都是将整个视频从头到尾顺序播 放，或者是通过快进或者快退按钮进行控制播放，而不能根据学生的要求赢 接跳转到视频某一特定的时间点上进行播放，也不能对视频进行简要播放。 5 无视频内容索引 对于一段较长的视频内容，还无可行的方法对其中具体的片断进行索 引，即要想查找具体的视频内容很难。 第三节流媒体技术概述 多媒体和现代网络技术的发展使流媒体的应用成为i n t e r a c t 服务的一个 重要分支。流媒体是指在网络中使用流式传输技术的连续时基媒体，例如音 频、视频、动画等多媒体文件。流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经 过压缩处理后放到网络服务器上，让浏览者一边下载一边观看、收听，而不 需要等到整个多媒体文件全部下载就可以及时收看、收听的技术。客户端仅 在播放开始前有一些延迟，即在开始前把文件的部分内容已存入客户机的内 存中。流媒体技术的基本工作原理是运用了特殊的数据压缩和传输技术，将 整个音视频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包，由视频服 务器向客户端连续、实时传送。这样一方面缓解了网络传输的负担，另一方 面又可以降低对客户端缓存的要求。流媒体技术实现的关键是流式传输。流 式传输不仅需要高效的压缩算法和缓存，而且需要合适的传输协议。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 a j d p 来传输实时视音频数据。流媒体的传输过程如图卜3 1 所示。 4 第一章绪论 用户( w e b ) 浏览器通过h r r p 厂r c p 与w e b 服务器交换信息，获取流 媒体服务清单，根据获得的流媒体服务清单向媒体服务器( a vs e r v e r ) 请 求相关服务：然后客户机的w e b 浏览器启动相应的媒体播放器，通过 r t p u d p 从媒体服务器中获得流媒体数据，实时播放。流媒体技术使网上用 于实时和非实时教学的视、音频课件的传输成为可能，它的优点是即时播放， 可以广播，用于实时网络教育，但要求有较高的网络带宽和稳定的数据流量； 也 图1 - 3 - 1 流式传输过程 一、流媒体播放方式【9 】 1 单播 在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，这种传送方式称为单播。每个 用户必须分别对媒体服务器发送单独的查询，而媒体服务器必须向每个用户 发送所申请的数据包拷贝。这种巨大冗余首先造成服务器沉重的负担，响应 需要很长时闯，甚至停止播放；管理人员也被迫购买硬件和带宽来保证一定 的服务质量。 2 组播 i p 组播技术构建一种具有组播能力的网络，允许路由器一次将数据包 复$ 1 j n 多个通道上。采用组播方式，单台服务器能够对几十万台客户机同时 发送连续数据流而无延时。媒体服务器只需要发送一个信息包，而不是多个； 所有发出请求的客户端共享同一信息包。信息可以发送到任意地址的客户 机，减少网络上传输的信息包的总量。网络利用效率大大提高，成本大为下 降。 第一章绪论 3 点播与广播 点播连接是客户端与服务器之间的主动的连接。在点播连接中，用户通 过选择内容项目来初始化客户端连接。用户可以开始、停止、后退、快进或 暂停流。点播连接提供了对流的最大控制，但这种方式由于每个客户端各自 连接服务器，却会迅速用完网络带宽。 广播指的是用户被动接收流。在广播过程中，客户端接收流，但不能控 制流。例如，用户不能暂停、快进或后退该流。广播方式中数据包的一个拷 贝将发送给网络上的所有用户。使用单播发送时，需要将数据包复制多个 拷贝，以多个点对点的方式分别发送到需要它的那些用户，而使用广播方式 发送，数据包的一个拷贝将发送给网络上的所有用户，而不管用户是否需要， 上述两种传输方式会非常浪费网络带宽。组播吸收了上述两种发送方式的长 处，克服了上述两种发送方式的弱点，将数据包的一个拷贝发送给需要的那 些客户。组播不会复制数据包的多个拷贝传输到网络上，也不会将数据包发 送给不需要它的那些客户，保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽。 v o d ( v i d e oo nd e m a n d ) 是视频点播技术的简称，意即根据用户的需 要播放相应的视频节目，是近年来新兴的一种传媒方式，是计算机技术、网 络通讯技术、电视技术、和数字压缩技术等多学科、多领域融合交叉结合的 产物，它彻底改变了长期以来广播式的单向视频传播方式，满足了人们对视 频播放进行实时控制的愿望。对于交互式的v o d 系统来说，服务端系统还 需要实现对用户实时请求的处理、访问许可控制、v c r ( v i d e oc a s s e t t e r e c o r d e r ) 功能( 如，快进、暂停、重绕等) 的模拟。如今，视频点播技术 正同益受到教育界的普遍关注。 第四节论文研究的主要内容 一、研究主要内容 ( 1 ) 从网络视频资源的重要性及建设、管理、应用视频资源的必要性入手， 调研国内外网络教育视频资源管理应用的研究现状，对网络教育视频资源的 管理应用的理论基础、体系结构、开发模式、实现的关键技术进行研究和分 6 第一章绪论 析。 ( 2 ) 重点研究视频资源的采集、转换、发布、点播的全过程，及数据库管 理技术。 ( 3 ) 对基于内容的视频片断的检索做探索性的研究。 ( 4 ) 对视频资源管理应用系统丌发中存在的一些技术难题提出一系列的 解决方案或有益的建议。 二、目标 ( 1 ) 探索并实践操作视频材料的采集与处理方法，并将视频材料以流媒体 的形式发布到网上。 ( 2 ) 对课程视频能够实现按课程名称、科目、课程内容、视频片断等进行 检索。 ( 3 ) 设计并实现视频点播系统。 ( 4 ) 对点播服务器进行规划、设计。 ( 5 ) 在系统中设计多种交流工具，增强系统的交互功能。 第五节研究的意义 随着计算机网络技术和数字技术的迅速发展，网络教育已经进入了数字 化、智能化、个性化的发展阶段，新的通讯技术为传递最新的教学信息与知 识提供了更多地途径，为网络资源的建设带来了突破性的进展，网络课程视 频也将成为学校教学的一个非常重要的辅助手段。基于内容检索的网络视频 资源管理系统能够有效地管理视频资源，促进视频资源在教学中的应用，改 善学生的个性化学习环境，对充分发挥视频资源的教育、教学作用有着现实 的意义。 其次，通过研究、探讨对网络教育视频资源的管理方法以及基于内容的 视频检索，期望对以后同类问题的研究提供一个比较好的借鉴和指导作用。 7 第二章税频的采集和转换 第二章视频的采集和转换 第一节视频的采集 把摄像机录制出的视频信号( 包括模拟和数字) 输入到计算机中，使之 成为数字视频文件的过程即为视频采集。 摄像机分为两大阵营，模拟摄像机和数码摄像机。模拟摄像机把拍摄内 容以模拟信号的方式保存到各种磁带中，只有通过a v 信号线、s 端子线才 能转录到电脑中，在这个过程中要通过一次模拟信号到数字信号的转换。 现在多数数码摄像机视频输出接口是i e e e l 3 9 4 ，在p c 机中通常需要 有i e e e l 3 9 4 扩展卡才能连接。通过该卡将信号传入到计算机中保存，该卡 在此只起数据传输作用，不需要进行模数转换。 为了便于进行模拟视频和数字视频的采集，最好是采用带有这两种接口 的视频采集卡。 视频卡也叫视频采集卡，按照其用途可以分为广播级视频采集卡、专业 级视频采集卡、民用级视频采集卡。他们的区别主要是采集的图象指标不同。 广播级视频采集卡的最高采集分辨率一般为7 6 8 x 5 7 6 ( 均方根值) p a l 制，或 者7 2 0 x 5 7 6 ( c c i r 6 0 1 值) p a l 制2 5 帧每秒，或6 4 0 x 4 8 0 7 2 0 x 4 8 0n t s c 制 3 0 帧每秒，最小压缩比一般在4 ：l 以内。这一类产品的特点是采集的图象分 辨率高，视频信噪比高，缺点是视频文件庞大，每分钟数据量至少为2 0 0 船。 广播级模拟信号采集卡都带分量输入输出接口，用来连接b e t ac a m 摄录像 机，此类设备是视频采集卡中最高档的，用于电视台制作节目。专业级视频 采集卡的级别比广播级视频采集卡的性能稍微低一些，分辨率两者是相同 的，但压缩比稍微大一些，其最小压缩比一般在6 ：1 以内，输入输出接口为 a v 复合端子与s 端子，此类产品适用于广告公司、多媒体公司制作节目及多 媒体软件。民用级视频采集卡的动态分辨率一般最大为3 8 4 x 2 8 8 ，p a l 制2 5 帧每秒，绝大多数不具有视频输出功能。“” 电脑上通过视频采集卡可以接收来自视频输入端的模拟视频信号，对该 信号进行采集、量化成数字信号，然后压缩编码成数字视频。大多数视频卡 8 第_ 二章视频的采集和转换 都具备硬件压缩的功能，在采集视频信号时首先在卡上对视频信号进行压 缩，然后通过p c i 接e l 把压缩的视频数据传送到主机上，一般的视频采集卡 采用帧内压缩算法把数字化的视频存储成a v i 文件，高档一些的视频采集卡 还能直接把采集到的数字视频进行实时压缩成m p e g 格式文件。 一、视频采集卡的主要性能参数： 1 是否支持视频数据的硬件级处理，这是最为重要的一点。 2 帧频率。它的高低直接影响采集卡制作的视频文件是否流畅，一般 低档产品的帧频率是比较低的，c p u 占用率也高。现阶段一般的中档视频采 集卡基本上都能达到3 5 2 * 2 8 8 ( p a l 制式) ，在此分辨率下其可采录的帧速率 能达到2 5 帧每秒，而高档产品可达到6 0 帧每秒。 3 分辨率。分辨率是视频文件质量好坏的主要参数。此外，分辨率有 静态画面捕捉分辨率和动态分辨率之分，一般静态画面捕捉分辨率是大大高 于动态画面捕捉分辨率的。 4 是否带音频输入功能。通常带硬件压缩功能的采集卡分为合成视频 和分离视频两种。分离型就是压缩卡本身只支持视频的输入，而音频只能由 声卡输入，这样的产品虽然降低了成本，但却带来了音视频采集不同步的问 题，况且一旦出现这个情况，往往没有修正的余地。而合成型则能避免这个 问题。 i l l 综合考虑这些技术参数，在本系统中，我选择了品尼高的p i n n a c l es t u d i o a v d v ( 全能王) 视频采集卡，其采用专业视频处理芯片，可采集所有模拟 和数字摄像机及视频输出设备，实时完成a v i 和m p e g 的采集、压缩，配 备了著名的p i n n a c l es t u d i o9 软件，提供了从采集、编辑、到制作输出的一 整套完美的视频解决方案。其视频输入格式为m p e g - 1 ，m p e g - 2 ，a v i ， 影像分辨率：帧大小为7 2 0 * 4 8 0 ( n t s c ) ，7 2 0 * 5 7 6 ( p a l ) ，视频输入接口 为复合视频、s 端予、1 3 9 4 ，视频输出支持a v i 、m p e g - i 、m p e g 一2 、w m a 、 r m 格式等多种视频格式。 9 第二章视频的采集和转换 第二节视频文件的转换 一、三种流媒体软件的比较 流媒体是指用流技术在网上传输的多媒体文件，流媒体一般都具有很高 的压缩比和很大的压缩范围( 几k b p s 到几m b p s ) ，因而它可适应从窄带到宽 带任意的网络带宽。流技术是将连续的多媒体信息经过压缩处理后放在流媒 体服务器上，让用户边下载，边收看、收听，而不需要整个文件下载到自己 的计算机才能观看的网络传输技术。 流媒体技术是一个综合的技术，它包括采集、编码、传输、储存、解码 等多项技术。目前在这个领域竞争的主要有三个公司：m i c r o s o f t 、r e a l n e t w o r k s 、a p s e ，其相应的产品分别是：w i n d o w sm e d i a 、r e a lm e d i a 、q u i c k t i m e 。流媒体应用系统般应包括编码器、服务器、播放器以及相应的协议。 如表3 1 所示，表中列出了三家公司的流媒体软件产品的组成。 表3 - 1 流媒体应用系统构成 公司名称制作软件服务器软件播放器软件使用协议 h e l i x r e a i n e t w o r k sh e l i xs e r v e rr e a lp l a y e r r t s p 、r t p 、r t c p 等 p r o d u c e r m e d i a n l m s 、m s b d 、h t t p m i c r o s o f tm e d i as a v e rm e d i ap l a y e r e n c o d e r 等 q u i c k t i m eq u i e k t i m e r t s p 、n p 、s a p 、h t t p a p p l eq u i e k t i m e p r o s t r e a m i n gs e r v e r 等 下砸我们分别以w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g y 和r e a ls y s t e m 为例来说明 其基本的工作原理和主要功能。 1 w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g y w i n d o w sm e d i a 是微软推出的一整套流媒体制作、发布、播放和管理产 1 0 第一二章视频的采集和转换 品，其服务器端的w i n d o w sm e d i as e r v e r 产品集成在w i n d o w s2 0 0 0s e r v e r 、 a d v a n c es e r v e r 及2 0 0 3s e r v e r 当中。它的特点是与w i n d o w s n t 2 0 0 0 2 0 0 3 9 x 集成在一起，不需要额外的购买，是一个免费的流媒体应 用解决方案，制作端和播放器的视音频质量都很好，但是只能与w i n d o w s 平 台兼容，不能跨平台使用。 如图3 一l 所示，我们可以看到w m d o w sm e d i a 流媒体应用系统由三部 分构成：e n c o d e r ( 编码器) 、s e r v e r ( 媒体服务器) 和p l a y e r ( 播放器) 。工作过 程：输入的视频信号和音频信号由编码器进行编码，编码器输出的文件流既 可以存入计算机中也可以直接输出到流媒体服务器。流媒体服务器的主要功 能是对流或流式文件进行发布，以利于用户端的接收，它发布的内容主要有 三个来源，可能是保存在计算机中的流式文件，也可能是编码器实时传送来 的文件流，另外，它还可能是从其它服务器上获取的文件流。播放器实际上 是一个解码工具，它将从服务器接收来的流进行解码并呈现给用户。“” 曾酋酋 | 酋曾曾 i - - 一一一一一一一一一一一一- 一一一- - 一一- 1 一一一一一一一一一一- 一一一一一一一一一一一一一- 一一一一一一一 客户机 图3 - 1w i n d o w sm e d i a 流媒体应用系统构成与功能图 第二章税频的采集和转换 w i n d o w sm e d i a 的流式传输的核心是a s f ( a d v a n c e ds t r e a mf o r m s ) 。 a s f 是一种数据格式，它可以包括不同质量的信息，多媒体信息通过它以网 络数据包的形式传输，从而实现流式多媒体内容的发布，这样媒体服务器就 可智能的根据用户的接入速率将不同速率的信息传送给用户。另外，w i n d o w s m e d i a 服务器为我们提供了点播、广播等发布方式，点播是为点对点的传播 方式，为每个用户的请求，服务器都要建立一个连接，广播是一点对多点的 传播方式，所有的用户共享一个流。w i n d o w sm e d i a 所支持的文件格式主要 有：a s f 、a v i 、w a v 、m p 3 、w m v 、w m a 等。 2 r e a ls y s t e m r e a ls y s t e m 是由r e a ln e t w o r k s 提出的流媒体解决方案。它的产品同样 是由三部分：e n c o d e r ( 编码器) 、s e r v e r ( 媒体服务器) 和p l a y e r ( 播放器) 。其 工作原理和功能与i k r m d o w sm e d i a 大致相同。r e a l n e t w o r k s 是最先推出流媒 体技术的公司，因而它的产品也是最为成熟完善的，它的最新产品被称之为 h e l i x ，h e l i xp r o d u c e r 是编码制作工具，h e l i xs e r v e r 是流媒体服务器，播放 器就是我们最为熟悉的r e a l o n ep l a y e r 。基于r e a ln e t w o r k s 流媒体技术的 h e l i xs e r v e r 是一款灵活和稳定的流媒体解决方案。它带有丰富的管理工具， 对各类媒体格式的强大支持甚至超过了r e a l p l a y e r ( 该公司流行的客户端媒 体播放软件) 。无论是w e b 转播或是在现有的w e b 网站上进行视频和音频的 发布，h e l i x 服务器都会为你提供一个发布和管理在线多媒体内容的完整平 台。h e l i x s e r v e r 可以运行在多种操作平台中，具有良好的跨平台性。h e l i x s e r v e r 为我们提供了一个设计精良、性能优越的解决方案。 r e a lm e d i a 的流媒体格式采用了r m ( r e a ls t r e a mf o r m a t ) 格式，r m 流中 可以包括不同质量的流信息。媒体服务器可以智能的根据用户的带宽决定将 哪个速率的信息提供给用户。r e a lm e d i a 所支持的文件格式主要有：r a ，r m ， r m v b ，s w f ，m p e g i ，m p e g 2 ，m p e g 4 ，m p 3 等。 w i n d o w sm e d i a 和r e a lm e d i a 是目酊使用最为广泛的两种流媒体解决方 案，它为网络教学提供了两种很好的视音频直播、点播的“软”解决方案。 在笔者设计的视频点播系统中，采用了这两种方案协同工作的方式。之所以 采用两种方案协同工作的方式，一方面是因为视频点播系统是构架在 第n 二章税频的采集和转换 w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 操作系统下，对于上述两种方案都能提供很好的支持； 另一方面主要是为了能让视频点播系统支持更多的文件格式，减少文件转换 的工作量，方便文件的存储与管理。w i n d o w sm e d i a 和r e a lm e d i a 的流媒体 技术解决方案是视频资源管理系统实现的基础和保证。 二、视频文件的转换 1 常见的流媒体格式 表3 - 2 流媒体格式 文件格式扩展媒体类型与名称 ( v i d e o a u d i o ) 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 ) m lr 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 ) mr 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 ) 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 ) r t 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 钔 v l vv i v om o v i e 文件( v i v os o f t w a r e ) 另外还有一个w i t i v 格式，是w i n d o w s m e d i a v i d e o 的简称，它与a s f 文 件有稍许区别，w n l v 一般采用w i n d o wm e d i av i d e o a u d i o 格式，a s f 视频部 分一般采用m i c r o s o f tm p g 4v ( 3 2 1 ) ，音频部分是w i n d o w sm e d i aa u d i o v 2 1 ，不过现在很多制作软件都没有把它们分开，所以直接更改后缀名就能 够互相转换为对方格式。 为了让视频点播系统支持更多的文件格式，并且减少文件转换的工作 量，方便文件的存储与管理，笔者将视频服务器的架设分为两部分，一部分 为m i c r o s o f t 公司的w i n d o w s m e d i a s e r v e r ，另一部分为r e a l n e t w o r k s 的r e a l s e r v e r ，两种方案协同工作。前者实现起来比较容易，而后者相对较为复杂。 w i n d o w s m e d i a s e r v e r 是w i n d o w s 系统自带的，在安装操作系统的时候就可 1 3 第一二章视频的采集和转换 以随之安装，当然也可以在以后进行添加。而r e a ln e t w o r k s 的r e a ls e r v e r 则需要单独安装，并且进行必要的配置就可以了。 尽管本系统支持的视音频文件类型很丰富，但还是不能包括所有的媒体 类型，因此对于用户上传或提交的的某些媒体类型，要进行适当的转换才能 够使用。资源管理者要掌握多种媒体类型转换工具，通过这些媒体转换工具， 就能实现文件格式的转换。常用的主要有以下几种：h e l i x p r o d u c e r 9 0p l u s ， w i n d o w sm e d i ae n c o d e r9 0 ，a l l t o w m a ，v i r t u a l d u b ，e o v i d e o ，、，o b s u b ， r e a l 2 0 0 2 、s o n i cf o u n d r ys t r e a ma n y w h e r e 、w i n d o w sm e d i at o o l k i t 等等。 1 4 第三章基于内容的嘲络教育视频资源管理系统的系统设计 第三章基于内容的网络教育视频资源 管理系统的系统设计 随着计算机技术和网络技术的发展，网络上的教育视频资源在教育教学 中的作用不断增强，它的应用对于学生的自主学习、主动学习、基于资源的 学习都有很大的促进作用。因此，我们必须加强教育视频资源的管理，以期 在学生的学习活动中发挥更大的功能。 第一节功能目标分析与结构设计 一、系统功能目标分析 基于内容的网络教育视频资源管理系统要实现的功能有会员管理、视频 信息的显示、视频信息的搜索、视频栏目的管理，视频信息的管理、视频课 程的播放。其功能模块划分如图4 一卜1 所示。 1 会员注册模块 本系统允许所有人注册成其会员，而会员则享有除视频栏目管理之外的 所有权限，也就是任何人只要经过注册都可以在线学习本系统中的所有视频 课程，这就遵循了网络上资源共享的原则。 2 视频显示模块 视频显示模块允许用户按照科目将视频信息分类显示出来，也可以查看 某一课程视频的详细信息，比如课程视频的主要内容、课程视频的主讲人、 文件大小、文件格式等信息。 3 视频信息搜索模块 在本系统允许用户对视频进行搜索，只要输入要搜索的视频的关键字， 再选择课程视频的主讲