流媒体技术在远程教育中的应用--优秀毕业论文.pdf

电子科技大学 硕士学位论文 流媒体技术在远程教育中的应用 姓名 吴义辉 申请学位级别 硕士 专业 软件工程 指导教师 李毅 张一凡 20070412 摘要 摘要 本篇论文主要探讨了如何在w i n d o w s 平台上应用流媒体技术实现远程教 学系统 现如今 一系列适用于w e b 表述的著作工具已经在m i c r o s o f tw i n d o w s m e d i as e r v l c e w m s 平台上被开发出来 他们同时支持直播和点播 对于直播 流来说 可以描述成包括视频 音频和基于w e b 的文字或图像资料的虚拟教室形 式 学生可以通过电子的 虚拟对话 讨论课程中的问题 同时i n t e r n e t 的访问者 也可以被邀请加入 课堂讨论 所以可以说多媒体课件制作水平的高低是远程教育 系统是否成功的关键 利用现代的通讯技术拉近人们的距离 用先进的多媒体技术为学生提供全 新的学习方式 在最短的时间内学到更多更丰富的内容 这正是远程教育的目的 所在 从远程教育的定义可以看出它有下列三方面的内涵 学生与教师的分离 学生与学生的分离 利用传播媒体和传输系统组织教学 同时还可以利用现有的 网络条件建立虚拟的班级 加强学生之间的交流 学习者可以在自己方便的时间 适合的地点 按照自己需要的速度和方式 运用更加丰富的教学资源来进行学习 在音频 视频流信息的传送时 漫长的下载时间对普通用户来说是难以忍 受的 正因为如此 目前网上的节目通常都是很短的片段 不可能持续很长的时 间 m e d i as e r v i c e 的出现使这种情况发生了很大的变化 m e d i as e r v i c e 采用 的先进的流技术解决了流信息在i n t e r n e t 和i n t r a n e t 上的传输问题 本篇论文的每一部分均分为三个模块分别说明 即 1 教师机端有一个友 好界面被设计用来给出实时媒体的播放控制 同时 另一个程序用来让授课者给 出讲解内容 2 服务器端用于实现流的发布 3 学生端实时接收 点播部分 v o d 的形成是由工作站制作点播课件 也可以在直播时实时录制 由服务器端发布 学生可以在任意时间收看 系统的工作过程如下 输入的视频和音频信号将送给 m p e g 4 的编码器进行编码 编码器输出的节目流既可以存入存储设备也可以直接 送给m e d i as e r v e r m e d i as e r v e r 的主要功能是完成节目流的播出 m e d i a s e r v e r 播出的节目有三个来源 它可能是保存在存储设备中的a s f 文件 也可 以是e n c o d e r 实时传送来的节目 它播出的节目还可以从其它的m e d i as e r v e r 上获取 另外 本文还探讨了用脚本命令技术提高演讲者和媒体内容的交互性 利用一个专门设计的网页 因特网用户能够看到自动刷新的或者由演讲者着重指 摘要 出的幻灯片 这些幻灯片与演讲者的音频同步 并且与网页上的j a v aa p p l e t s 交 互 还利用了这种动态的网页来实现在线答疑和离线答疑功能 关键字 视频点播远程教学媒体服务点播 a b s t r a c t t u sp a p e re x p l o r e st h ei n t e g r t i o no ft h ew i n d o w sm e d i at e c h n o l o g i e sj a ma v i r t i l a ld a s s r o o me n v i r o n m e n t as e to fa u t h o r i n gt o o l st h a ti ss u i t a b l ef o rw e b b a s e e d p r e n t a f i o nh a sb e e nd e v e l o p e do nt h ep l a t f o r mo fm i c r o s o f tw m d o w sm e d i a s e r v i c e 4 0 b o t hl i v es t r e a m i n ga n do n d e m a n dm e d i ap m d u d i o n sa l es u p p o r t e d f o rl i v e s t r e a m i n g am o d e l i sp r e s e n t e dt oi m p l e m e n tv i r t u a lc l a s s r o o m sp r e s e n t a t i o no f a u d i o a n dw e b b a s e at e x t g r a p h i c sm a l e r i a l t h es t u d e n tm a yt h r o u g ht h ee l e c t r o n t h e h y p o t h e s i z e dd i p o l e i nt h ed i s c u s s i o nc u r r i c u l u mq u e s t i o n s i m u l t a n e o u s l yt h e i n t e m e tv i s i t o ra l s ob e p o s s i b l e t oi n v i t et o j o i n t h ec l a s s r o o m d i s c u s s i o n t h e r e f o r em a ys a yt h em u l t i m e d i ae o u r s e w a r em a n u f a c t u r el e v e lt h e h e i g h ti st h ed i s t a n c el e a r n i n gs y s t e mw h e t h e rs u c c e e d sk e y p u l l sc l o s e rp e o p l e sd i s t a n c eu s i n gt h em o d e mc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y p r o v i d e st h eb r a n d n e ws t u d yw a yw i t ht h ea d v a n c e dm u l t i m e d i at e c h n o l o g yf o rt h e s t u d e n t l e a r n sm o r er i c h e rc o n t e n t si nt h es h o r t e s tt i m e t h i si sp r e c i s e l yt h ed i s t a n c e l e a r n i n gg o a li sa t m a ys e ei tf r o mt h ed i s t a n c el e a r n i n gd e f i n i t i o nt oh a v et h ef o l l o w i n g t h r c e a s p e c tc o n n o t a t i o n s t u d e n ta n dt e a c h e r ss e p a r a t i o n s t u d e n ta n ds t u d e n t s s e p a r a t i o n u s ec o m m u n i c a t i o nm e d i aa n dt r a n s m i s s i o n s y s t e mo r g a n i z a t i o n t e a c h i n g s i m u l t a n e o u s l ya l s om a yu s et h ee x i s t i n gn e t w o r kc o n d i t i o ne s t a b l i s h m e n t h y p o t h e s i z e dc l a s sa n dg r a d e s t r e n g t h e n sb e t w e e ns t u d e n t se x c h a n g e t h el e a r n e rm a y t h et i m ew h i c hf a c i l i t a t e si no n e s e l f t h es u i t a b l ep l a c e t h es p e e da n dt h ew a yw h i c h n e e d sa c c o r d i n gt oo n e s e l f u t i l i z e st h er i c h e rt e a c h i n gr e s o u r c e st oc a r r yo nt h es t u d y w h e nt h ea u d i of r e q u e n c y t h ev i d e of r e q u e n c yf l o wt h ei n f o r m a t i o nt h e t r a n s m i s s i o n t h e l o n gd o w n l o a d i n g t i m et ot h e a v e r a g e c o n s u m e ri s u n e n d u r a b l e b e c a u s eo ft h i s a tp r e s e n to nt h en e tp r o g r a mu s u r ya l li st h ev e r ys h o r t f r a g m e n t n o ti m p o s s i b l et oc o n t i n u et h ev e r yl o n gt i m e t h em e d i as e r v i c ea p p e a r a n c e c a u s e dt h i sk i n do fs i t u a t i o nt oh a v et h ev e r yb i gc h a n g e m e d i as e r v i c eu s e st h e a d v a n c e dc l a s st e c h n o l o g ys o l v e dh a sf l o w e dt h ei n f o r m a t i o no ni n t e r n e ta n dt h e i n t r a n e tt r a n s m i s s i o nq u e s t i o n e a c hp a r to ft h e p a p e ri se x p a t i a t e dt ot h r e em o d e l s t h e s ea r e 1 a tw o r k s t a t i o n s i d e au s e r f r i e n d l ya p p l i c a t i o nw a sd e s i g n e dt oi m p l e m e n tr e a l t i m em e d i ac o n t e n t s p l a y l i s t c o n t r o l w h i l ea n o t h e rw a sd e s i g h e d f o rl e c t u r e r s t o g i v e p r e s e n t a t i o n s 2 s e r v e r s i d es w i t c h i n gi su s e dt os e n d s t r e a m 3 s t u d e n ts i d e r e a l t i m er e c e i v i n g t h es y s t e mw o r kp r o c e s si sa sf o l l o w s t h ei n p u tv i d e of r e q u e n c y a n dt h et o n i cw a i ns i g n a l i n gw i l lg i v em p e g 4t h ee n c o d e rt oc a r r yf i l lt h ec o d e t h e p r o g r a mw h i c ht h ee n c o d e rw i l lo u t p u tf l o wa l r e a d ym a y s t o r et h es t o r a g ed e v i c ea l s ot o b ep o s s m l ed i r e c t l yt og i v em e d i as e r v e r m e d i as e r v e rt h em a i nf u n c t i o nc o m p l e t e b r o a d c a s t i n gw h i c ht h ep r o g r a mw i l lf l o w m e d i as 廿 v c l b r o a d c a s tt h ep r o g r a mh a s t h r e eo r i g i 地 i tp o s s i b l yi st h ep r e s e r v a t i o ni nt h es t o r a g ed e v i c ea s fd o c u m e n t a l s o m a yb et h ep r o g r a mw h i c he n c o d e r r e a l t i m et r a n s m i t s i tb r o a d c a s tt h ep r o 孕a ma l s o m a y 乎i i nd o r ao t h e rm e d i as e r v e r m o r e o v e r s c r i p t i n gc o m m a n dt e c h n o l o g yi s e x p l o r e d t o i m p r o v e t h ei n t e r a c t i v i t yb e t w e e nt h e l e c t u r e ra n dt h em e d i a c o n t o n t s w i t has p e c i a l l yd e s i g h e dw e bp a g c s t h ei n t e r a c tc l i e n t sc 姐v i e w a u t o r e f r e s h e ds l i d e sa n dl e c t u r ea u d i o a n di n t e r a c t i o nw i t hj a v aa p p l c t sr u n n u n go n t h ew e b p a g e b yu s i n gs u c hk i n do fd h t m l w e bp a g e s a n s w e r i n go n l i n e o ro f f l i n e i ss u i p o f t c d k e yw o r d s v o dd i s t a n c ee d u c a t i o nm e s as 豇v e ro n d e m a n d i v 修改提纲 1 摘要第l 页 第4 段 第3 行 原文为 服务器端服务器端用于实现流的发布 改为 服务器端用于实现流的发布 2 第1 页 第1 段 第7 行 原文为 教学素才库服务器 改为 教学素材库服务器 3 第9 页 第3 段 第1 行 原文为 在线答提供在线的形式答疑 改为 在线答疑 提供在线的形式答疑 4 第9 页 第4 段 第3 行 原文为 疑 这种答疑方式下 教师守候在教师旁等待学生提问 系统提供两种方式 改为 这种答疑方式下 教师守候在教师机旁等待学生提问 5 第9 页 第6 段 第2 行 原文为 就是说在浏览网页时也其他的w w w 站点没有什么不同 改为 就是说在浏览网页时与其他的w w w 站点没有什么不同 6 第1 0 页 第3 段 第4 行 原文为 媒体编码器控制着音视频流的质量 选择什么样的音频编算法 何种视频压 缩算法 改为 媒体编码器控制着音频视频流的质量 选择什么样的音频编码算法 何种视 频压缩算法 7 第1 1 页 第2 段 第5 行 原文为 然后将该节目在l a n 中播出 改为 然后将该节目在l a n 2 中播出 8 第1 6 页 第6 段 第1 行 原文为 实现方案 过程描述 改为 实现过程描述 9 第1 7 页 第7 段 第2 行 原文为 定期提供当前组播节目相 改为 定期提供当前组播节目的相应f t p 服务 1 0 第1 8 页 第5 段 第1 行 原文为 对于要在带宽未知获不稳定的网络上传输的节目 改为 对于要在带宽未知或不稳定的网络上传输的节目 1 1 第2 0 页 第4 段 第1 行 原文为 以次完成教室名称与教室机i p 地址时间的解析 改为 以此完成教室名称与教室机i p 地址时间的解析 1 2 第2 0 页 第7 段 第1 行 原文为 o d b c 数据源最为程序的数据接口 改为 o d b c 数据源作为程序的数据接口 1 3 第2 1 页 第3 段 第2 行 原文为 用来控制m i c r o s o f tw i n d o w s 域中您具有管理权限的w i n d o w sm e d i a 服务 器 改为 用来控制在m i c r o s o f tw i n d o w s 域中您具有管理权限的w i n d o w sm e d i a 服 务器 1 4 第2 6 页 第4 段 第4 行 原文为 我使用的实际配置为 p i v 2 8 6 1 6 内存 1 6 0 6 硬盘 改为 我使用的实际配置为 奔腾四2 8 6 1 6 内存 1 6 0 6 硬盘 1 5 第3 0 页 第3 段 第1 行 原文为 于q o s 保障 改为 基于q o s 保障 1 6 第3 1 页 第3 段 第1 行 原文为 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果 据我所知 除了文中特别加以标注和致谢的地 方外 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果 也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意 日期 1 u 刁年l f 月矽日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留 使用学位论文 的规定 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘 允许论文被查阅和借阅 本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印 缩印或 扫描等复制手段保存 汇编学位论文 保密的学位论文在解密后应遵守此规定 签名 叁氐坠 签名 垒叁业 导师签名 套被 导师签名 兰坠 日期 呷吼月7 日 第一章远程教学系统功能及其应用环境简介 第一章远程教学系统功能及其应用环境简介 1 1 远程教学的特点及应用环境 随着信息技术的不断更新与奇迹般的发展使人类社会进入了一个全新的数 字化的文明时代 在基于i n t e r n 盯和电信网的远程教育体系中 校园内的学生 可以通过路由器登录i n t e r n e t 进而与其他高校进行联接 它还提供了远程访 问的功能 用户可以通过公用电话交换网进行访问 享用学校和网上教学资源 电信网可以为互联网提供各种传输信道 除p s t n 还有i s d n d d n a d s l 以及微波通信网络等 其中 服务器组一般包括 主控服务器 备份服务器 i n t e r n 盯服务器 e m a i l 服务器 教学服务器 教学素材库服务器 数据库 服务器 媒体服务器 收费服务器等 这种结构可以使服务快捷 方便 s w 丌c h h u b 组可以分别联接不同的学习和管理中心 用以完成收费 学习 实 验 考试等一系列过程 利用i n t e r n e t 的交互功能和强大的网上课件 在网上 实现模拟教室 组织网上讨论 甚至还可以完全利用i n t e r n e t 网组建网络学校 学生可以通过电子的 虚拟对话 讨论课程中的问题 同时i n t e r n 盯的访问者 也可以被邀请加入 课堂讨论 这些联机发表观点对于课程教学来说是一个很好 的补充 是远程教育模式独一无二的优势 利用互联网可以不受时间和空间的限制 学生可以很方便地分享世界各地 的教学信息和资源 可以模拟面对面的教学 实现信息的双向流通 使学生在自 主 协同 交互的环境中主动学习 从而有效地完成学习 真正实现以学生为中 心 远程教育系统除完成实时授课和非实时的辅助外 还应具有多媒体课件制作 功能 因为如果仅仅将书本知识照搬到网上 其教学效果还不及日常的课堂教学 也就发挥不了远程教育的优势 所以可以说多媒体课件制作水平的高低是远程教 育系统是否成功的关键 一般的多媒体课件开发中心应用的硬件主要有数码相机 扫描仪 视频采集卡等输入设备 打印机 投影仪 刻录机等输出设备和多媒体 计算机处理设备 利用现代的通讯技术拉近人们的距离 用先进的多媒体技术为 学生提供全新的学习方式 在最短的时间内学到更多更丰富的内容 这正是远程 教育的目的所在 远程教育模式类似于电视会议 它有一名教师在中心教室讲课 讲课的图 电子科技大学硕士学位论文 像实时传输到远端教室 从而使异地学生可进行学习 学习中心是学生学习的重 要场所 录像机 影碟机 多媒体实物展示台主要用于视音频的采集 其中实物 展示台可以投影实物 底片 胶片等 并可以把影像通过图像采集卡直接存入电 脑 通过网络进行传输 投影仪可连接多种视频设备 播放录像 v c d 等 在学 习中心学生既可以接受实时授课 也可以用e h a i l 传输作业 利用b b s 提供的 学术讨论空间和虚拟班级环境进行交流 利用声像并茂的多媒体课件进行自主学 习 此外 远程教育中心还应建有多媒体阅览室 多媒体资源库 虚拟实验库等 不同的学习中心 远程教育 d i s t a n c ee d u c a t i o no rd i s t a n c el e a r n i n g 是一种师生分离 的 不能面对面组织的教学 从远程教育的定义可以看出它有下列三方面的内涵 学生与教师的分离 学生与学生的分离 利用传播媒体和传输系统组织教学 从技术上讲 远程教育系统是建立在现代传媒技术基础上的多媒体应用系 统 它通过现代的通信网络将教师的图像 声音和电子教案传送给学生 也可以 根据需要将学生的图像 声音回送给教师 从而模拟出学校教育的授课方式 同 时还可以利用现有的网络条件建立虚拟的班级 加强学生之间的交流 概括地说 远程教育的优势在于它突破了时空限制 增加了学习机会 有 利于扩大教学规模 提高教学质量 降低教学成本 学习者可以在自己方便的时 间 适合的地点 按照自己需要的速度和方式 运用更加丰富的教学资源来进行学 习 因此 从发展的眼光看 远程教育会成为学校教育的补充和扩展 同时会促 进学校的教育改革 1 2目前国内远程教育的发展 自1 9 9 8 年9 月国家教育部正式在包括清华大学 北京邮电大学在内的全 国四所高校启动网络远程教育试点工作以来 网络教育呈现出了勃勃生机 据统 计 目前全国远程教育网络学生已经超过2 0 万人 预计在三年后将达到1 0 0 万 人 今年 中国第一批通过现代远程教育培养出的硕士将在 清华网络学堂 产 生 国外的远程教育发展已经相当成熟 美国有4 4 的高等学校向全社会提供各 种远程教育 接受远程高等教育的学生约占全日制在校学生的3 2 此外 还有 2 1 的高等学校计划在今后3 年内开展远程教育 远程教育开设的学历 学位课 程数达到4 9 万个 基本覆盖了美国高等学校的所有学科和专业 网络教育的发 展也要整个社会信息化的强力支持才能够真正起到将教育资源最大化共享的目 2 第一章远程教学系统功能及其应用环境简介 的 3 电子科技大学硕士学位论文 第二章在w i n s o w s 平台下远程教学系统的基本框架 2 1 硼s 的流信息播放方案 w i n d o w sm e d i as e r v i c e 是m i c r o s o f t 提出的流信息播放方案 其主要 目的是在i n t e r n e t 和i n t r a n e t 上实现包括音频 视频信息在内的多媒体流信息 的传输 虽然目前有很多技术均可以在i n t e r n e t 或i n t r a n e t 上发布多媒体信息 但它们通常均要求终端用户将多媒体信息下载到本地的计算机 然后再利用浏览 器进行播放 在i p 网上开展远程教学活动 需要解决两个基本问题 音频 视频流信息 的传送以及它们与数据之间的同步 由于音频 视频信息的带宽比较宽 不可能 让学生将所有的节目下载到本地计算机上后再播放 必须要采用先进网络播放技 术来实现边发送边播放 此外 由于在教学过程中教师会经常使用电子教案来辅 助中的播放器插件或专门的媒体播放器来播放 这种方法虽然使i n t e r n e t 上多媒 体信息的传输成为可能 但它也带来了两个突出的问题 首先 由于必须下载多 媒体信息 而多媒体信息的数据量通常都很大 在目前普通用户接入速率较低的 情况下 一个很短的视频片段可能都需要很长的下载时间 其次 由于必须将节 目下载到本地计算机后才能播放 这必然占用本地计算机的存储资源 比如 一 个s 分钟的m p e g l 视频节目所需的存储空间约为6 0 m 如果用户使用1 m b p s 的a d s l 宽带接入 那么要下载这个节目至少需要2 0 分钟 如此长的下载时间 对普通用户来说是难以忍受的 正因为如此 目前网上的节目通常都是很短的片 段 不可能持续很长的时间 m e d i as e r v i c e 的出现使这种情况发生了很大的变 化 流化技术在解决上述问题时有很大的优势 此外 由于在教学过程中教师会 经常使用电子教案来辅助教学 比如用p o w e r p o i n t 而电子教案的展示与音频 视频流之间有严格的时间同步关系 这就要求在传输过程中我们仍然要保持它们 之间的同步关系 通过反复比较 我们最终选择了m i c r o s o f t 的w i n d o w sm e d i a s e r v i c e 为内核 通过s d k 进行开发 来建立基于i p 网的远程教育系统 m e d i a s e r v i c e 采用的先进的流技术解决了流信息在i n t e r n e t 和i n t r a n e t 上的传输问 题 4 第二章在w i n s o w s 平台下远程教学系统的基本框架 2 2 w m t 的主要特征 w i n d o w sn e d i at e c h n o l o g y 由以下三部分组成 w m 工具 这是 一套软件功能包括压缩w m 编码 w m 制作 w h 索引 w m 点播生成 w h 服 务器 w m s 组件是运行在微软n t 服务器上的服务 这些服务把音频 视频和其 他媒体信息分发给终端计算机的播放器 w m 播放器 最终用户用w m p 来播放 流式媒体或其他 w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g y 的主要特征如下 1 提供带宽的范围宽 w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g y 提供从单声 道音频 2 4 k b p s 到广播级视频 6 m b p s 的带宽范围 2 智能流 w m s 可以根据当前的带宽检测并自动调整每一个客户端流 的传输速率 这种传输速率的动态调整能够保证将最高质量的流传送给最终用户 而不必考虑网络状况 3 多种速率编码 我们可以建立一个包含多个流的直播流或一个文件 其中每个流都使用不同的速率进行编码 4 高可伸缩性 w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g y 技术只需要一个单 处理器的奔腾i i 服务器就能够支持2 0 0 0 个以上的客户机以2 8 8 k b p s 的速率连 接 5 内置的组播服务 w i n d o w sm e d i a t e c h n o l o g y 技术通过传送 单一的组播流保持网络带宽 6 无缝的流切换 w i n d o w sm e d i at e c h n o l o g y 通过降低发生在 切换播放了列表内容时产生的延迟提供平滑的播放 这种技术同时支持服务器端 和客户端 7 对最终用户的易用性 不同于r e a i 播放器 w m p 适用于所有使用微 软w i n d o w s 操作系统最终用户 不需要为新的操作系统安装附加的软件 8 内嵌脚本命令 w i n d o w sm e d i a t e c h n o l o g y 利用支持任意类 型的同步脚本命令内嵌的a s f 流格式 这个特点为人们提供了增强媒体内容互动 的可能性 5 电子科技大学硕士学位论文 2 3v n v f f 的基本结构 w m 的内容发展和更新包括三个部分 制作 分发 重放 如图2 i 所示 图2 1w m 的内容发展和更新 制作 一个制作系统是内嵌在制作环境里的一系列用来创建多媒体应用软件的工 具 在这一阶段 活动内容 被音频视频的捕捉装置捕捉 和媒体文件 w a v a v i 或者m p 3 格式 都能够被w m 编码器编码 己存储内容 a s f 或者w m a 格式 能 够被其他制作工具编辑 并且随后便被放在w m 的服务器上作为点播内容 分发 这一部分的关键组件是服务器 一系列的软件被安装在一个既能分发给 i n t e r n e t 最终用户的直播流 也能分发已存储文件的n t 服务器上 w m 服务能 够利用单播对每一个特定的客户提供媒体流 或者通过多播使流分发到一个地址 段 从而能够不限制连接人数 w m 服务还提供了一些管理工具 像事件监视器 6 第二章在w n i s o w 平台下远程教学系统的基本框架 或者计数器等等 重放 最终用户用媒体播放器下载并且播放媒体内容 对于用多播发布的媒体内 容 媒体播放器会首先尝试组播 如果组播失败 它将自动切换到单播 实现以上内容的整个系统构成如图2 2 所示 从图中可以看到整个系统主 要包括三个部分 m e d i ae n c o d e r m e d i as e r v e r 和m e d i ap l a y e r 系统的工 作过程如下 输入的视频和音频信号将送给m p e g 4 的编码器进行编码 编码器 输出的节目流既可以存入存储设备也可以直接送给m e d i as e r v e r m e d i a s e r v e r 的主要功能是完成节目流的播出 m e d i as e r v e r 播出的节目有三个来 源 它可能是保存在存储设备中的a s f 文件 也可以是e n c o d e r 实时传送来的 节目 它播出的节目还可以从其它的m e d i as e r v e r 上获取 普通的用户可以通 过l a n 或通过无线网络接入到该系统之中 下面我们对各个部分做简要的介绍 7 电子科技大学硕士学位论文 图2 2 基于m e d i as e r v i c e 的远程教学系统框图 1m e d i ae n c o d e r 工作站 m e d i ae n c o d e r 是m e d l at o o l s 提供的工具软件之一 它的主要任务是对 模拟的音频视频信号进行编码 产生a s f a d v a n c e ds t r e a m i n gf o r m a t 文 件 当然在编码过程中需要有硬件设备如声卡 图像采集卡的支持 编码后形成 的音频视频流既可以保存到本地计算机上也可以用m s b d m e d i as t r e a m i n g b r o a d c a s td i s t r i b u t i o n 协议发送给m e d i as e r v e r m e d i ae n c o d e r 控制着 音频视频流的质量 选择什么样的音频编码算法 何种视频压缩算法 以及压缩 编码输出的目标速率等均对最终的服务质量有决定性的影响 除了e n c o d e r m e d i at o o l s 还提供了a s f 文件的编辑工具a s fi n d e x e r 利用该工具可以在流中加入标志和描述信息 这些标志和描述信息在保证音视频 流与电子教案之间的同步方面有非常重要的作用 e n c o d e r 的另一个重要功能是为音频视频流与电子教案等数据信息之间的 同步提供了接口 图2 3 给出了如何让p o w e r p o i n t 与音频视频流保持同步的示 意图 从图中可以看出 播放p o w e r p o i n t 的计算机与e n c o d e r 之间通过可以建 立连接 在教学过程中 如果教师在某个时刻播放了p o w e r p o i n t 文档中的某一 张幻灯片 p o w e r p o i n t 会向e n c o d e r 发送一个信息 e n c o d e r 在接收到该信息 后会在编码产生的流的对应位置做一个时间标记并加入相应的描述信息 用户在 接收到带有标记的流信息时可以利用这些标记和描述信息来控制每张幻灯片展示 的时间和切换时间 m e d i as e r v i c e 正是通过这种方法才实现了音频视频流与电 子教案数据之间的同步 8 第二章在 n r l n s o w 平台下远程教学系统的基本框架 图2 3 电子教案与音频视频流之间的同步 2m e d i as e r v e r 服务器端 m e d i as e r v e r 是m e d i as e r v i c e 的核心 它的主要功能是完成流信息的 播放 m e d i as e r v e r 可以向用户提供两种流的播放服务 点播服务 u n i c a s t s e r v i c e 和组播服务 m u l t i c a s ts e r v i c e 节目流点播是指用户可以向服务器申 请特定节目流的播放 在流点播过程中 每个用户与服务器之间均要建立单独的 连接 点播的节目也只送给进行点播的用户 其他的网络用户无法接收此点播者 点播的节目流 节目流组播是指节目在网络上组播 所有在网络上的用户均可以 收到组播的节目流 3m e d i ap l a y e r 学生端 媒体播放器是客户端的应用程序 其功能是从网络上接收流并进行播放 m e d i as e r v i c e 的播放器目前已经集成在i e 6 0 中 是一个标准的插件 对于低 版本的i e 浏览器或n e t s c a p e 则需要安装该插件才能播放流信息 由于在m e d i a s e r v i c e 中流信息的播放是边接收边播放 这对播放器提出了特殊的要求 这是 因为目前的ip 网络在尚不能保证q o s i p 包通过网络后的时延和时延抖动比较 大 同时i p 包还可能丢失 这样在编码端连续的数据流通过网络后很可能就不是 9 电子科技大学硕士学位论文 连续的数据流 这种情况在m u l t l c a s t 方式下会更加突出 为了能顺利的播放流 播放器必须要对接收到的流做一定的缓冲 来抵消网络带来的时延抖动 并需要 在音频 视频的解码算法上做相应的处理防止因i p 包丢失而对图像和声音质量产 生明显的影响 上面我们对m e d i as e r v i c e 的各个主要部分做了简单的介绍 并介绍了如 何将m e d i as e r v i c e 应用在基于i p 网络的远程教学系统的解决方案 目前我们 利用m i c r o s o f t 的m e d i as e r v i c e 建立的远程教学系统已经在校园网内试运行 该系统能在教师上课时将上课的全过程在校园网上播出 真正实现了网上课堂的 功能 与此同时 该系统还能将现场播出的流信息保存到服务器上去 经过简单 的后期制作后供学生点播使用 我们还将结合i p 网上目前已有的b b s e m a i l 功能为学生提供问题讨论答疑 作业的布置与批改等功能 所有这些基于i p 的技 术结合在一起以提供完整的基于i p 网络的远程教学方案 第三章技术原理及具体设计 第三章技术原理及具体设计 3 1早期系统提供的基本功能 1 点播功能 学生可以在任何时刻点播制作好的课件 2 直播教室 教师根据课表的安排在指定的时间 指定的教室上课 系 统将上课的实况向所有教室里的学生现场直播 上课过程中 老师可以通过幻灯 片 书写白板等手段向各教室学生授课 同时还可以插入其它课件制作工具制作 的课件 3 在线答疑 提供在线的形式答疑 一种是网页的形式 通过浏览器进 入答疑室 这种方式提供键盘输入和白板两种手段进行交流 另一种答疑使用应 用程序 这种方式提供的媒体手段更多 包括影像 声音 白板和共享桌面等方 法 c 4 离线答疑 与前一种答疑方式相对应 这种答疑方式随时开放 供学 生提问题 但老师并不给予立即的回答 而是积累到一定的数量或时间后再作解 答 这里提供两种手段 留言板和发电子邮件的方式 这种答疑方式下 教师守 候在教师机旁等待学生提问 3 2系统运行原理简介 本系统的运行原理属于i p 网上的多媒体网络应用范畴 采用服务器一客户 机的网络模式 客户端采用浏览器界面 用户通过访问w w w 站点选择和接收视 频业务 服务器一端w i n d o w s 2 0 0 0s e r v e r 提供的i i s i n t e r n e ti n f o r m a t i o n s e r v i c e 和w h w i n d o w sm e d i a 服务功能 来支持各项网络功能 通常视 频的采集和编码分离到网络上的其他工作站来完成 在w e b 站点上使用w i n d o w sm e d i a 服务时 它的工作方式与w e b 服务器是类似的 就是说在浏览网页时与其他的w w w 站点没有什么不同 只是 在关联到微软媒体服务格式的视频业务时才会启动媒体服务 媒体服务的功能并 不仅在于单一的视频 还提供收音机和电视节目 幻灯片演示 文件传送 电影 和多媒体放映等功能 媒体服务也集成了一些i p 网络上的一些协议 比如组播的 1 1 电子科技大学硕士学位论文 i g m p 协议 某些实时协议 比如实时传送媒体数据的a s f 流 和进行实时流控 制的h h s 协议 我们的教学系统就是建立在这样一套开发机制基础之上的 运行方式也就 与媒体服务大体类似 整个系统的构成如图3 1 所示 从图中可以看到整个系统 主要包括三个部分 媒体编码器 媒体服务器和媒体播放器 系统的工作过程如 下 输入的视频和音频信号将送给m p e g 4 的编码器进行编码 编码器输出的节 目流既可以存入存储设备也可以直接送给媒体服务器 媒体服务器的主要功能是 完成节目流的播出 媒体服务器播出的节目有三个来源 它可能是保存在存储设 备中的a s f 文件 也可以是e n c o d e r 实时传送来的节目 它播出的节目还可以 从其它的媒体服务器上获取 普通的用户可以通过l a n 或通过无线网络接入到该 系统之中 下面我们对各个部分做简要的介绍 图3 1 基于m e d i as e r v i c e 的远程教学系统框图 3 2 1 媒体编码器 第三章技术原理及具体设计 媒体编码器的主要任务是对模拟的音频视频信号进行编码产生a s f a d v a n c e ds t r e a m i n gf o r m a t 高级文件格式 文件 编码后形成的音频视频 流既可以保存到本地计算机上也可以用m s b d m e d i as t r e a m i n gb r o a d c a s t d i s t r i b u t i o n 协议发送给媒体服务器 媒体编码器控制着音频视频流的质量 选 择什么样的音频编码算法 何种视频压缩算法 以及压缩编码输出的目标速率等 均对最终的服务质量有决定性的影响 w i n d o w sm e d i as e r v i c e 还提供了a s f 文件的编辑工具a s fi n d e x e r 利用该工具可以在流中加入标志和描述信息 这些信息在保证音视频流与电子教 案之间的同步方面有非常重要的作用 而在e n c o d e r 中为此提供了接口 这样就 可以实现音视频流与电子教案之间的同步 3 2 2 媒体服务器 媒体服务器是m e d i as e r v i c e 的核心 它的主要功能是完成流信息的播放 媒体服务器可以向用户提供两种流播放服务 点播服务 u n i c a s ts e r v i c e 和组播 服务 m u l t i c a s ts e r v i c e 节日流点播是指用户可以向服务器申请特定节目流的 播放 在流点播过程中 每个用户与服务器之间均要建立单独的连接 点播的节 目也只送给进行点播的用户 其他的网络用户无法接收此点播者点播的节目流 节目流组播是指节目在网络上组播 所有在网络上的用户均可以收到组播的节目 流 由于在节目流点播过程中 每增加一个用户就需要增加一个连接 所以系统 允许并发访问的用户数要受网络带宽和服务器性能的双重限制 但在点播方式中 学生可以自由点播自己感兴趣的节目 并根据自己的实际情况随时随地地进行学 习 学生在点播过程中可以对点播的节目进行控制 节目流的组播方式则完全不 同 在组播过程中只需要播出一个节目流 所以网络负担比较轻 但在组播方式 中学生只能被动地听课 也不能选择听课的时间 在听课过程中也不能对节目流 进行控制 此外 组播方式能否实现还与网络中路由器的配置有关系 很多的路 由器在配置时均不允许组播方式的i p 包通过以减少网络流量 为了解决路