基于流媒体技术的网络教学系统的设计与实现.doc

华南理工大学硕士学位论文专业学位硕士学位论文基于流媒体技术的网络教学系统的设计与实现作者姓名 学科专业软件工程 指导教师教授 教授 高级工程师所在学院软件学院论文提交日期2011年7月Design and Realization of Network Tutoring System Based on Streaming Media TechnologyA Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate：Huang ChengJinSupervisor：Prof. Chen Zelin Prof. Senior Engineer. South China University of Technology Guangzhou, China分类号：TP393 学校代号：10561 学 号： 华南理工大学硕士学位论文 基于流媒体技术的网络教学系统的设计与实现作者姓名： 指导教师姓名、职称： 教授 教授 高级工程师申请学位级别：工程硕士 学科专业名称：软件工程研究方向：软件工程管理论文提交日期： 2011 年 7 月 18 日 论文答辩日期： 2012 年 6 月 10 日学位授予单位：华南理工大学 学位授予日期： 年 月 日答辩委员会成员：主席： 委员： 华南理工大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南理工大学。学校有权保存并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许学位论文被查阅（除在保密期内的保密论文外）；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。本学位论文属于：保密，在 年解密后适用本授权书。不保密。学位论文全文电子版提交后： (请在以上相应方框内打“”)作者签名： 日期：指导教师签名： 日期：摘 要随着电子信息技术以及计算机网络技术的迅猛发展，网络教学近年来的发展十分迅速，已经进入了全面普及化、数字化、网络化的崭新发展阶段。流媒体采用“边下载、变输出”的流方式传输，这不仅使启动延时大幅的缩短，而且对系统缓存的需求也大大降低，另外它还可以进行同步、标识、控制等。正由于流媒体技术具有这些优点，所以流媒体技术自真正诞生至今天不过短短几年时间就被广泛应用于互联网多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程医疗、网络电台、远程教育等互联网信息服务的方方面面。流媒体的应用系统、国际标准和基础研究正成为日前产业界和科研机构密切关注的焦点。通过设计一套流媒体应用系统，从理论上和实践两个方面对流媒体技术进行研究具有重要的意义。本文深入研究了流媒体的技术原理、播放方式、文件格式以及关键网络协议、网络教学平台、流媒体技术及传输方法、流媒体文件及流媒体系统的组成，通过实验分析比较现存的三种网上视频音频技术解决方案，利用Windows Media Service系统开发工具、SQL数据库系统和ASP.NET技术来设计视频课件、构建流媒体服务器及WEB教学平台，将流媒体引入课堂教学，促进课堂教学目标的达成，有利于教学任务的完成，流媒体技术在网络教学中有非常广阔的应用前景。在本论文中给出了网络教学的总体设计，然后对流媒体技术在网络教学系统中的应用进行了深入的分析与研究，具体的分析流媒体技术如何在网络教学系统中实现。关键字: 流媒体技术; 网络教学; Windows MideaAbstractWith the electronic and information technology and Computer network technology developping rapidly,Network teching has developed rapidly in recent years.It has entered a new stage which is unviersal,digital and network.The streaming media using the streaming transmission which means“while downloading,changing the output”.This not only makes a substantial start to shorted the delay,but also greatly reduced the demand on the system cache.In additional,it can be synchronized,identification,and control.Because of all of this advantages,The streaming technology has been used widely in Internet multimedia new release,on-line.broadcast,Internet.advertisement,electronic .commercial,video-on-demand,distance medical,internet station,distance education and real time video meeting in recent years.Streaming media application,international standards and basic research is becoming the focus of industry and research institutions.Therefore it is significant to research on both theory and application of streaming media technology through designing an application system.In this thesis,the technology principles,play mode,file format,The key network protocols,network teaching platform,streaming media technology and delivery methods,streaming media files and streaming media system components are studied deeply.We can compare the three kinds of existing online video and audio technology solutions through expermental analysis.We can build the streaming media server and WEB teaching platform and design video courseware by using the Windows Media Service system development tools,SQL database system and ASP.NET technology .Leading streaming media into classroom instruction,will promote the achievement of the goals of classroom teaching,Then it is useful to complete the teaching tasks.Streaing media technology in online teaching has a very broad application prospects.In this paper,we will give the overall design of online teaching,Then we will analysis the streaming media technology in the application of online teaching system deeply.It will analysis how to achieve the streaming media technology in the online teaching system detailed.The key word : Streaming Media Technology Network teaching Windows Midea目 录摘 要3第一章.绪 论71.1课题来源71.2国内外现状71.3设计背景及意义81.4 本文研究的主要内容101.5 本论文的组织结构101.6本章小结10第二章 需求分析112.1可行性分析112.1.1 经济可行性分析112.1.2 技术可行性分析122.1.3 法律可行性分析122.2系统的需求分析122.2.1流媒体技术的特点132.2.2流媒体技术原理132.2.3流式传输152.2.4流媒体技术在网络教学系统中的播放方式162.2.5流媒体文件格式182.2.6流媒体现状202.3本章小结21第三章. 基于流媒体技术的网络教学系统的总体设计223.1系统开发工具Windows Media Service223.1.1 Windows Media Service的特点223.1.2 Windows Media Service的服务器组件223.1.3 Windows Media视频技术组成233.1.4 WMS工作方式233.1.5高级流格式(ASF)253. 2系统平台选型283.3系统总体设计方案293.4系统功能模块设计303.5系统数据库设计323.6本章小结34第四章 基于流媒体技术的网络教学系统的详细设计354.1 流媒体课件服务器设计354.1.1 流媒体服务器硬件设计364.1.2 流媒体服务器系统软件设计394.2实时授课模块的实现434.2.1实时授课设计：434.2.2 微软彩屏技术444.3课件点播模块的实现444.3.1 课件点播设计444.3.2点播服务器设置464.3.3流媒体课件与PowerPoint文档的同步播放技术474.4教学评估模块的实现474.5实时听课模块的实现494.5.1实时听课设计494.5.2 Windows Media Player 9.0 SDK504.6本章小结51第五章. 系统测试分析与展示525.1正确性测试525.2 性能测试525.3 系统展示525.4 本章小结52第一章.绪 论1.1课题来源网络多媒体发展已经取得较大的进步，这得益于两个方面：一是多媒体技术促进了计算机的人性化；另一方面是网络技术促进了计算机的普及化。由于面向计算机的传通计算机功能简单且操作复杂，而多媒体技术通过视频、音频和更广义的人机交互等手段拓展了计算机的功能，同时降低了计算机的操作复杂度。计算机硬件水平在不断的发展，多媒体数据的存储、压缩、检索和渲染技术也逐渐成熟，多媒体技术已进入其发展的高潮阶段。Internet为广大用户提供了规模非常大的信息服务，极大地提高了人们获得信息的能力，日益成为人们通信、交流、娱乐、工作的重要信息工具。目前，在Internet盛行的信息化时代，在这样的背景下，多媒体和网络交叉的课题(多媒体)的发展已成为一个必然的结果。流媒体的应用系统、国际标准和基础研究正成为日前产业界和科研机构密切关注的焦点。十年树木，百年树人。在任何一个国家，都是教育者永恒的话题。我国是人口最多的发展中国家。虽然国家大力发展各级各类教育，并取得显著进步，但是和发达国家相比特别是与高等教育人口比例 高达50%-70%的国家相比，还存在一定的差距。所以如何解决社会需求同教育资源相对不足和教学手段落后的矛盾，是有限的教育资源得到合理利用和共享，提高教育的质量与效率将成为今后教育的一个重要课题。为此，国家教育部制定的“面向21世纪教育振兴行动计划”中明确将实施现代远程教育工程作为科教兴国的重要战略步骤，同时网络教学作为远程教育的一种重要形式，正借着计算机和互联网技术在世界范围全面展开。在此前提下，设计并开发一套功能全面、满足学校要求的网络教学系统，是势在必行。1.2国内外现状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的教育方式。计算机技术、多媒体技术以及通信技术的发展，尤其是Internet的迅速发展，是远程教育有了质的突变。世界上许多国家都对网络教育给以高度的重视，并积极采取措施，努力扶持和发展这种全新的教育方式，提高网络教育的普及化程度。根据世界经合组织调查研究表明，到2002年，世界上已经有100多个国家开展了现代远程教育，全世界85%的大学在网上已拥有自己的网站，其中有四分之一的已推出现代远程教育课程。自1995年推出第一个Internet流媒体播放器以来，流媒体应用有了爆炸性增长。目前，世界发达国家正致力于网络在学校教育、社区教育、社会教育及在职训练的应用与研究，如美国、加拿大、澳大利亚、欧盟国家都制定了各种政策以补助学校、科研机构以及厂商来共同推动应用与研究各种用于网络教学的软件，而在大学各科系里不仅提供校内学生的网络课程，也为校外人士修业提供服务。现在，美国“54的学校能够保证学生在正规学习时间外使用这种技术，98的学校在放学后对学生开放多媒体教室，84的学校能够在课前保证学生使用，16的学校周末也对学生开放多媒体教”。在亚洲，网络教学也已成为许多大学的发展重点，马来西亚正在建设该国第一所虚拟大学；韩国放送通讯大学于1997年就已经开始进行网络教学的实验；日本则早在1995年就启动了100所中小学联网实验研究的重大项目。由此可见，网络教学在世界各国都受到了高度重视，正在有条不紊地展开和迅速发展。我国的网络教学起步较晚，但发展迅速。1998年，国务院批准了教育部关于发展我国现代远程教育的意见，教育部批准了清华大学等四所高校开展现代远程教育试点，现代远程教育项目启动。时至今日，试点院校已增至68所，招生规模上百万，现代远程教育试点对我国高等教育的改革和发展产生了重大影响。1.3设计背景及意义从1995年推出第一个互联网流媒体播放以来，流媒体应用了爆炸性增长。据统计，目前互联网每周约有4万小时的广播节目，34个电视台提供点播服务。有近半数的跨国公司在内部使用流媒体实现Web广播。正如几年前的IP网络和Web技术，流媒体应用正处于持续高速增长时期。根据国际权威机构的调查显示，流媒体的人数在2003已经增加了65%，西方网络发达国家的访问已经达到1.8亿了，占整个网民的1/3，同时亚洲流媒体的访问也 在不断的增长。与用户增长相呼应，去年互联网上视频流媒体技术应用增长幅度达251%。据Jupter Communications预测，流媒体市场将呈现巨大的收入潜能，其中为消费者服务将创收90亿美元。这样巨大的市场正吸引越来越多的企业参与竞争。随着计算机技术与网络技术的发展，远程教育的发展经历了三个阶段。第一阶段是主要以图片和文字为只要的载体，学习者通过Web浏览器获取这些信息。第二个阶段主要是以web数据库为基础，增加了音频素材、Flash课件等。学生可以通过BBS、电子邮件的方式与教师进行离线式的双向交流，这种方式和第一阶段的方式相比，具有更好的交互性、更加生动、符合远程教育的特点，但是其交互性缺乏一定的实时性，且网络状况的变化经常造成课件下载的时间过长。第三阶段就是以流媒体技术为基础的流式传输阶段，在该阶段其特征是可以使音视频信息边下载边浏览播放，因此流媒体技术更适用于现代的网络环境。相信在未来一段时间内经济实用、高质量的流媒体点播系统将有迅速的发展，并逐渐成为校园网应用的主流。虽然在经过20几年的发展，我国的远程教育无论在规模层次上还是技术层面上都取得了较大的成就，但是与发达国家相比还是存在很大的差距的。为了缩短与发达国家在现代远程教育领域的距离，为了实施面向21世纪教育振兴行动计划，为了适应我国高等教育大众化趋势的需要和为社会成员提供终身学习的机会，为给农村和边远地区提供适应当地的教育，进行基于流媒体技术的网络课件点播系统的研究工作是十分有必要的。基于流媒体技术的课件点播系统的发展趋势主要有以下几方面：1)实现网络化,我们通过网络人们建立了虚拟教室、虚拟图书馆、虚拟大学等。2)智能化：这样就可以让远程教学也可课堂教学一样交互自由、生动活泼，课件在设计时就能够具备智能化的特点了。3)虚拟现实化和超媒体化：它能超越物理和时空的局限性，使学习者在远程教学和实习中获得身临其境的感觉。它呢能够让越来越多的多媒体教学软件采用超媒体的结构来组织教学信息，超媒体是一种非线性的信息结构。基于超媒体的课件可以在每一个结点处提供多个不同的选择，易于实现“学习者控制”的个性化教学策略，将课件流程的控制权教给学生。学习者可以根据自己的兴趣、知识经验、任务需求和学习风格来有选择性的使用信息。4)远程教育：将信息从教室端传递到远程的学生端，需要传递的信息包括各种类型的数据，如音视频、文本、图片等。由于当前网络带宽的 限制，流媒体无疑是最佳的选择。5)宽带视频点播：随着计算机的发展，VOD技术逐渐应用于局域网及有线电视网络中，虽然VDO技术趋于完善，但是音视频的信息的庞大量对其发展还是有点阻碍的。6)互联网直播：从互联网上直接收看体育赛事、商贸展览等。网络带宽问题一直困扰着互联网直播的发展，随着宽带网的不断普及和流媒体技术的不断改进，互联网直播已经从试验阶段走向了实用阶段，并能够提供较满意的音视频效果。流媒体技术现在在互联网中从当的角色越来越重要了。无论是从技术还是市场上考虑，互联网直播是流媒体众多应用中最成熟的一个。7)视频会议：视频会议是流媒体技术使用的一个重要方面。市场上的视频会议系统有很多，这些产品基本都支持TCP/IP网络协议，但采用流媒体技术作为核心技术的系统并不占多数。流媒体并不是视频会议的必要选择，但是流媒体及时的出现为视频会议的发展起着重要的作用。流媒体技术具有如此好的优势以及市场活力，因此在现代教育手段中引进流媒体技术是一个明智的抉择。1.4 本文研究的主要内容 本文主要是研究流媒体技术如何才能在最低的成本的情况下，在网格教学系统获取最大的应用效果。1.5 本论文的组织结构全文共八章，第二章是对流媒体的技术原理、播放方式、文件格式以及关键网络协议进行了阐述。第三章对流媒体技术在网络教学系统中应用的总体设计，该章节中对Windows Meida Service的各组成部分进行了阐述以及其在网络教学系统应用中的总体设计。第四章是给出了流媒体技术在网络教学系统中的详细设计，其中有组成课件流媒体子系统的客户端的设计与实现。第五章是可视化网络教学系统在实际应用中的测试与操作展示。最后是全文总结，并指出进一步要做的工作。1.6本章小结 本章主要是概述了基于流媒体技术的可视化网络教学系统在实际应用中的背景、现状、意义，以及基于流媒体技术的课件点播系统的发展趋势。第二章 需求分析2.1可行性分析 网络远程教育是现代信息技术应用于教学中而产生的一种新型的教学方式.应用流媒体技术在网络上传输多媒体文件,是目前设计网络远程教学系统所采用的较先进技术.该研究在总结网络远程教育技术的现状和发展趋势的基础上,分析了流媒体技术的特点,以及流媒体技术应用于远程教学系统中的优势,提出了基于流媒体技术的网络教学系统的基本架构,包括系统的基本组成、应具备的功能和系统的特点.。为此应时代需求，教育部推出了“远程教学支撑环境”项目，将发展起来的流媒体技术应用到教学系统中，为网上实现音频、视频的开发和传输提供了有力的支持。具体的应用用例图如下：学习管理教学管理系统管理网络教学系统查询登录认证流媒体服务器图2-1 流媒体具体应用用例图2.1.1 经济可行性分析将流媒体技术应用到教学系统中是秉着节省成本和能够实用的前提下建立的，这样我们才能营造一个较好的工作环境，同时是该系统资源得到最合理有效的应用。2.1.2 技术可行性分析流媒体技术在教学过程中进行点播或者是进行远程教育，提出技术运用的一个实用系统，所以其应该达到以下目标：1)先进性：先进的设计思想、网络结构、开发工具，采用市场覆盖率高、标准化和技术成熟的软硬件产品2)实用性：在设计时时应充分考虑利用和保护现有资源，充分发挥设备效益，要保证系统和应用软件全中文界面，且功能完善，界面友好，兼容性强，使用户最方便地实现各种功能。3)开放性：系统设计应采用开放技术、开放结构、开放系统组件和开放用户接口，以利于系统的维护、扩展升级及与外界信息的沟通。4)适应性：采用积木式模块组合和结构化设计，使系统配置灵活，使流媒体技术在教学系统中运用具有强大的可增长性和强壮性，方便管理和维护。5)可扩展性：该系统的研发规划设计要满足社会不断发展的要求，还要满足因技术发展需要而实现低成本扩展和升级的需求。6)可靠性：具有容错功能，能满足网络所在地环境、气候条件，抗干扰能力强，对网络的设计、选型、安装、调试等各环节进行统一规划和分析，确保系统运行可靠。7)安全性：提供多层次安全控制手段，建立完善的安全管理体系，防止数据受侵击和破坏，并有可靠的防病毒措施和阻挡不良信息进入的措施。8)经济性：着眼于近期目标和长期的发展，选用先进的设备进行最佳性能组合，利用有限的投资使流媒体技术在教学系统中发挥最大的作用。2.1.3 法律可行性分析本系统的设计没有违反国家的相关法律及法规，因此在法律方面具有可行性和保护性。2.2系统的需求分析 随着现代网络技术的发展，网络带给人们更多形式的信息模式。从图片到各种形式的网络视频、三维动画，人们的视听感觉器官在网络上得到了很大的满足。近年来，为了解决文件下载时间过程的问题，适应网络多媒体化的发展趋势，一种新兴的技术应运而生，即流媒体技术。2.2.1流媒体技术的特点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上网站服务器,让用户一边下载一边观看、收听，而不要等整个压缩文件下载到自己的计算机上才可以观看的网络传输技术。该技术先在使用者端的计算机上创建一个缓冲区，在播放前预先下一段数据作为缓冲，在网路实际连线速度小于播放所耗的速度时，播放程序就会取用一小段缓冲区内的数据，这样可以避免播放的中断，也使得播放品质得以保证。流媒体技术跟传统的网络媒体播放方式具有如下的特点：1)启动延时短：当用户点击播放连接时，只需要一段较短的预置时间，文件就可以开始播放了。2)所需带宽小：由于多媒体文件经压缩后体积大大缩小，所以传输的带宽要求也较低，在网络环境下甚至用ADSL拨号上网的用户也可以进行视频点播。3)存储空间小：不需要将多媒体文件全部下载到本地在播放，而是采用边传输边播放方式，播放过的信息即可以丢弃。因此只需在本地启用一个很小的临时存储空间了。4)可以进行双向交流：由于是流媒体服务器与用户端媒体播放器之间的交流可以是双向的，服务器在传送数据时还可接受用户发送来的反馈信息，在播放期间双方一直保持联系。5)保护知识产权：在保护知识产权方面，流媒体技术使得用户不能随意下载网络媒体资料文件，不能随意传播独特的媒体内容，这对于媒体资源的产权达到了一定的安全保护作用。随着新技术的发展，流媒体技术解决了传统网络媒体播放方式的弊端。它不仅在速度上由于传统方式，更重要的是在保护知识产权，弥补了远程教学方面的不足之处。2.2.2流媒体技术原理流媒体的传输的实现需要缓存。因为Internet以分组传输为基础进行断续的异步传输，对一个实时的A/V源或存储的A/V文件。在传输中它们要被分解为许多的分组，由于网络是动态变化的，各个分组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，甚至先发的数据分组有可能后到。为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证分组的顺序正确，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。流媒体传输的实现需要合适的传输协议。由于TCP需要较多的开销，因此不太适合传输实时数据。在流媒体传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时声音数据。流式传输的基本原理如下图所示，其具体传输过程如下：1)用户选择某一流媒体服务后，Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP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。2)在客户机上的Web浏览器启动A/V Helper程序，使用HTTP从Web服务器检索相关参数对Helper程序初始化，A/V播放器进行初始化。这些参数可能包括目录信息以及A/V检索相关的服务器地址等。3)用从Web服务器检索出来的相关服务器的地址定位A/V服务器。4)A/V播放器与A/V服务器之间交换A/V传输所需的实时控制协议，它与CD播放器或VCRS所提供的功能相似，RTSP提供了操纵播放、快进、暂停等功能。5)A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序，这样一旦A/V数据抵达客户端的话，A/V播放器就可以播放我们所需要的数据了。但是需要注意的是在流式传输中，使用RTP/UDP和RTSP/TCP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/V Helper程序所在客户机的目的地址。这样就可以将专用服务器与播放器相结合来实现流式传输。2.2.3流式传输 Web 浏览器Web 服务器A/V播放器A/V服务器1：HTTP/TCP3：定位2： 启动4：RTSP/TCP(UDP)5：数据流：RTP/UDP在网络上，流式传输定义很广泛，现在主要是指通过网络传输媒体的技术总成，其特定含义为通过Internet将影视节目传送到PC机。流式传输是流媒体实现的关键技术，实现流式传输有两种方法：实时流式传输和顺序流式传输。一般来说，如视频为实时广播或使用流式传输媒体服务器，或者是应用如RTSP的实时协议，即是实时流式传播。但是是使用HTTP服务器传输文件，即通过顺序流发送。1)实时流式传输：网络教学系统中的实时授课的功能就要用到实时流式传输。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。实时流与HTTP流传输方式不同，它需要专用的流媒体服务器与传输协议。实时流式传输一般是实时传送，特别适合现场时间直播，如：实时授课。理论上，实时流一经播放就可不停止，但实际上，如果带宽不够则可能会发生暂停事件。实时流式传输必须连接带宽，这意味着以ADSL速度连接时图像质量比较差。而且由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频质量很差。如想要保证音视频质量，顺序流式传输也许更好。实时流式传输需要特定服务器，如：Windows Media Server。这些服务器可以用来对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准的HTTP服务更复杂。实时流式传输还需要特殊的网络协议，在远程教学系统中腰用到这些协议。如实时传输协议(RTP)与RTCP(Real Time Transfer Control Protocol),实时流协议RTSP以及常用的应用层协议HTTP等。RTP是针对网络上传输多媒体数据流的传输协议，适用于在一对一或者是一对多的传输情况下工作，可以提供时间信息并实现流同步；实时传输控制协议RTCP和RTP配合工作，提供流量控制和拥塞控制服务；RTSP是由Real Networks和Netcape共同提出的，RTSP定义了一对多应用程序如何应用IP网络传输多媒体数据，RTSP在协议体系结构上位于RTP和RTCP之上，与HTTP相比，RTSP是双向的，使用RTSP时，客户端和服务器都可以发出请求。2)顺序流式传输：顺序流式传输是顺序下载，在下载文件同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的部分，而不能跳到还为下载的那部分，顺序流式传输不像实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他的特殊协议，它经常被称作HTTP流式传输。顺序流式传输比较适合高质量的段片段，如广告，由于该文件在播放前观看的部分是无损下载的，这种方法保证视频播放的最终质量。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。对通过的调制解调器发布段片段，顺序流式传输显得很实用，它允许用比调制解调器更高的数据速率创建视频片段。尽管有延迟，毕竟可以发布较高质量的视频片段。顺序流式文件是放在标准HTTP或FTP服务器上，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：演说，演示等。它也不支持现场广播，严格地说，它只是一种点播技术。2.2.4流媒体技术在网络教学系统中的播放方式1)点播：在客户端与媒体服务器之间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，这种传送方式被称为单播。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，响应需要很长时间，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。具体的播放示意图如下：2)点播与广播：点播连接时客户端与服务器之间的主动连接。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、快进或者是暂停流。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格子连接服务器，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：一个用户不能暂停、快进该流。广播方式中数据包的单独一个拷贝将发送给网络上的所有用户。使用单播发送时，需要将数据包复制到多个拷贝，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，数据包的单独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，上述两种传输方式都会非常浪费网络带宽，组播吸收了上述两种方式的长处，客服了它们的弱点，将数据包的单独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用户，保证了网络上多媒体应用占用网络的最小带宽。3)组播：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，随着用户的增多，这种传输方式会非常浪费网络带宽。而使用广播方式发送，数据包的单独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，其实播放方式都存在一定的弊端。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制到多个通道上。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。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。具体的示意图如下：2.2.5流媒体文件格式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，但它的文件被处理的更小。显然，压缩过程改变了数据位的编排，同时在压缩媒体文件 再次成为媒体格式前，其中数据需要解压缩，一下有些一些音频和视频文件格式：2)流式格式文件：流式格式文件格式是经过特殊编码，使其适合在网络上边下载边播放，而不是等到下载完整完整个文件才能播放。可以在网上以流的方式播放标准媒提文件，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，一下有一些常用的流式文件类型：具体的编码过程如下：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，也不是提供编码方法。它可以应用不同压缩标准和媒体文件格式的媒体发布提供一个统一的标准。在这里，媒体发布格式起到播放列表的作用。播放列表是我们想观看或者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，按所指定的任意顺序播放。而Real和Microsoft就各自定义了自己的播放列表格式。媒体发布格式是视听数据 安排的唯一途径，并不包括媒体的物理数据，我们仅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。以特定的方式安排数据有助于流式多媒体的发展，因为我们希望一个开放的媒体发布格式为所有商业流式产品应用，为应用不同压缩标准和媒体文件格式的媒体发布提供一个事实上的标准方法。我们也可以以相同格式同步不同类型中流中获益。常用的媒体发布格式如下：如大家所知，媒体发布格式的形式多样，还没有一个权威的标准，将来，单个媒体发布格式应该包含不同类型媒体的所以信息，如计时、多个流同步、版权和所以人信息。实际试听数据可位于多个文件中，而由媒体发布文件包含的信息控制流播放。2.2.6流媒体现状1)Internet流媒体联盟的成立：Cisco、Kasenna、Philips、Apple、Sun五家公司在2000年12月14日宣布成立Internet流媒体联盟，简称ISMA。五家公司将联合起来为开发IP端到端的媒体解决方案制定开放标准。ISMA的第一个规范将为IP网上的流式MPEG-4音视频格式定义一个实施协议并在2001年2月ISMA第一次正式会议上提出。一旦规范完成，ISMA江促进规范的实施。ISMA的网站将发表完成的规范并发表联盟的活动信息。2)流媒体技术产品：目前Internet上比较流行的流媒体技术产品有Real Networks的Real media、microsoft的Windows Media以及Apple公司的QuickTime，其中QuickTime在国内应用不多。它们包括不同的媒体内容，具有不同的流格式，都有专用播放器。流媒体技术是美国Real Networks公司首先推出的。它的客户端播放器Realplayer分别为Basic和Plus两种，Realplayer Basic是免费版本，Realplayer Plus可以独立运行，也可以作为插件在浏览器中运行。微软进来与其在流媒体领域展开了激烈的竞争，Windows Media已广泛被人们认识和接受，此产品与Windows OS集成在一起提供给用户。现在，许多厂商都有成熟的基于Stream的产品，除了Real Networks公司和微软公司外，著名的VTEL公司也于1999年12月宣布开始在该领域推出若干新产品。除了现有产品的支持，基于Stream媒体的国际标准也已经提出。W3C提出了基于Stream的媒体语言SMIL。SNIL是一种类似于HTML的标记语言，可以描述演示的实时行为、屏幕上演示的版面以及协同媒体之间的超链接，可以演示流式视频、音频、图像、文本等多种类型，允许在一个同步多媒体演示中集成一系列的独立多媒体对象。利用SMIL语言可以方便的同步多个基于Stream的多媒体对象。成熟的现有产品和国际标准语言为基于Stream开发适合于网络环境的多媒体远程教学系统提供了有力的保障。微软开发的Windows Media Service是一种能适应多种网络带宽的流式多媒体信息的发布平台，可以提供包括流媒体的制作、发布、播放和管理的解决方案，而且其成套产品集成在Windows Server中，我们选取它作为我们研究的开发工具。2.3本章小结 本章是对基于流媒体技术的可视化网络教学系统在实际应用中从三方面进行了可行性分析，分别为经济可行性分析，技术可行性分析，法律可行性分析；对流媒体技术的特点、技术原理、播放方式、文件格式以及关键网络协议进行了阐述。第三章. 基于流媒体技术的网络教学系统的总体设计3.1系统开发工具Windows Media Service3.1.1 Windows Media Service的特点Windows Media Service是Microsoft提出的流信息播放方案，其主要目的是在Internet和Intranet上实现包括音频、视频信息在内的多媒体流信息的传输。Windows Media的前身是微软公司的NetShow产品，随找流媒体的广泛应用，推出了整套的流媒体制作、发布和播放产品，其服务器端的Windows Media Service集成在Windows Service中。微软的流视频解决方案在微软视窗台上是免费得，制作端与播放器的视、音频质量都是上佳，而且易于使用。采用微软的流视频解决方案来实现网络教学系统是个不错的选择。3.1.2 Windows Media Service的服务器组件Windows Media Service服务器组件是由Windows Media组件服务和Windows Media管理器组成。Windows Media组件服务是运行与Microsoft Windows Server上的一系列服务。这些服务通过单播和组播广播视频和音频内容给客户端。组件服务是指Windows Media监视器、广播站和单播服务。Windows Media监视服务器提供服务，以监视客户端和服务器与Windows Media服务的链接。Windows Media广播站服务为传输Windows Media内容提供组件组播和分发服务。Windows Media单播服务将Windows Media流点播内容提供给网站客户，为客户提供了点对点连接方式的服务。Windows Media节目服务用于将Windows Media流组合至Windows Media广播站服务连续节目内。Windows Media管理器是一系列运行于Microsoft Internet Explorer浏览器窗口的Web页，用来管理Windows Media组件服务。通过Windows Media管理器可以控制本地服务器也可以控制一个或者是多个远程Windows Media服务器。如果我们需要链接多个服务器，我们就只需要将这些服务器添加到服务器清单，并连接到您想要管理的服务器。3.1.3 Windows Media视频技术组成Microsoft Windows Media技术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，提供密切结合的一系列服务和工具，通过Internet和企业Intranet用以创造、管理、广播和接受、传送的极其丰富流式化多媒体演示内容，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(SDK)供二次开发使用。Windows Media视频服务器系统包括以下几个部分：Windows Media服务器组件、Windows Media工具、Windows Media播放器。使用Windows Media大致包括以下几个方面：Windows Media的工具创建 .asf文件；Windows Media编码器创建 .asf文件；Windows Media编码器将实况流发送到Windows Media中，用作单播或者是组播内容；Windows Media服务器使用 .asf文件作为单播或者是组播内容源；Windows Media服务器通过单播的方式把内容传给客户端；Windows Media服务器通过组播方式把内容传给客户端；3.1.4 WMS工作方式 Windows Media Service系统能用于多种网络环境，基本的应用方式有如下几种：1)点播服务：点播方式主要是适用于多媒体信息方面，由于ASF技术支持任意的压缩/解压缩编码，可以使用任何一种底层网络传输协议，使它既能在高速的局域网内使用，也可以在拨号方式连接的低带宽Internet环境下使用，并且对具体的网络环境进行优化。在点播服务的方式下，各个用户之间是互不干扰的。，同时我们可以对点播内容的播放进行控制，最为灵活，但是占用服务器和网络资源多。具体的点播工作方式图如下：图3-1 点播服务工作方式2)单点或多点广播服务：在广播服务下，用