基于流媒技术的远程教育系统的设计与实现(论文).doc

南京邮电大学通达学院 毕 业 设 计 论 文 题 目 基于流媒体技术的远程教育系统的设计与实现 专 业 网 络 工 程 学生姓名 甘 超 班级学号 06004516 指导教师 许 岚 指导单位 通信与信息工程学院 日期 2010 年 11 月 16 日至 2010 年 06 月 11 日 摘 要 网络以其丰富的信息资源 友好的交互性能以及优良的开放性等特点越来越 受到人们的青睐 在网上开展远程教学己成为现代教育的热点 随着计算机网络 技术和数字技术的迅速发展 远程教育己经进入了数字化 智能化 个性化的发 展阶段 新的网络技术为传递最新的教学信息与知识提供了更多的途径 近年来 人们对多种媒体信息的需求不断增加 不再满足于只是简单的文本浏览 下载等 而需要能承载实时交互的音视频信息资源 本文首先介绍了基于流媒体技术的远程教育系统产生的背景 接着阐述了流 媒体技术的概念与原理 流媒体技术在远程教育中的应用等 然后分析系统的主 要模块功能 最后通过 Windows Media Encoder 软件制作出流媒体课件 同时实 现 PowerPoint 的同步功能 接着通过 Windows Media Services 服务器和 Web 服务 器的架设在较低配置的电脑上也可以实现在线播放功能 关键词 流媒体技术 远程教学 Windows Media Series 在线点播 Abstract Network has its excellent features such as rich information resources and friendly interactive performance and open capability more and more people favor it Distance learning has become the hotspot of modern education With the computer network technology and rapid development of digital technology distance learning has entered the digital intelligent and individualized development stage the new network technology delivers and provides more ways to the latest information and knowledge of teaching In recent years multi media information is on the increasing demand no longer with just a simple text browsing downloading It needs capacity to carry live interactive audio and video information resources This paper starts from introducing the background of distance education system simultaneously it describes the concept and principles of streaming media technology Then applications and main modules of the system are analyzed Finally streaming media courseware which can achieve the synchronization of PowerPoint is made and the function of computer playback can be implemented with the Windows Media Services server and Web server set up in the lower configuration Key Words Streaming Media Technology Distant Education Windows Media Series On line Player 目 录 第一章 绪论 1 1 1 课题产生的背景 1 1 2 研究现状与存在的问题 2 1 3 课题研究的目的与意义 2 1 4 课题研究内容与论文结构 3 第二章 流媒体技术概述 4 2 1 流媒体技术概念 4 2 2 流媒体技术原理 5 2 3 流媒体的传输模式 6 2 3 1 流媒体的传输模式 6 2 3 2 流媒体的播放方式 7 2 3 3 流媒体传输协议 8 2 4 流媒体文件的压缩格式 9 2 4 1 AVI 格式 9 2 4 2 MPEG 格式 9 2 4 3 RealVideo 格式 10 2 4 4 QuickTime 格式 10 2 4 5 ASF 和 WMV 格式 10 2 5 流媒体技术在远程教育中的应用 11 2 5 1 课程在线点播 11 2 5 2 实时授课堂广播 11 第三章 系统设计与分析 12 3 1 系统总体设计分析 12 3 1 1 系统功能模块总体设计思想 12 3 1 2 系统结构设计 16 3 2 系统设计的目标 18 3 3 系统实现的主要工作 19 第四章 流媒体课件的制作与发布 20 4 1 Windows Media Encoder 9 0 制作课件 20 4 1 1 Windows Media Encoder 的编码配置 20 4 1 2 音视频课件的录制 21 4 1 3 捕捉屏幕录制课件 23 4 2 自制课件与 PowerPoint 的同步 24 4 2 1 PowerPoint 课件的转换 25 4 2 2 PowerPoint 与音视频课件的关联 25 4 2 3 同步的实现 26 4 3 流媒体课件的发布 27 第五章 基于流媒体技术远程教育系统实现 29 5 1 系统开发的软 硬件环境 29 5 1 1 系统开发的硬件环境 29 5 1 2 系统开发的软件环境 29 5 2 流媒体服务器的配置 29 5 2 1 安装 Windows Media Services 30 5 2 2 Windows Media Services 服务器设置 31 5 3 IIS 架设 Web 网页服务器 34 结束语 39 致谢 40 参考文献 41 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 1 第一章 绪论 1 1 课题产生的背景 随着知识经济时代的到来 传统的教学模式已经难以满足现代社会对高等教 育的需求 教育资源因受时间和空间的限制造成了一定程度上的浪费 信息技术 特别是计算机网络和多媒体技术已经渗透到现代社会的各个领域当中 并且为教 育资源的优化与共享提供了广阔的发展空间 在这样的背景下 现代远程教育显 示了其巨大的优越性和可行性 远程教育模式经过不断发展 现已经发展成为以互联网和多媒体为主要媒介 的现代远程教育 真正突破了学习时间和地点的局限 远程教育突破了传统教 育在时间和空间上的局限 扩展了教育环境 从真正的意义上实现了教育资源 的共享 目前的远程教育系统是基于 B S 模式的教育系统 采用 http 协议 系 统只有一个 Web 服务器 为整个网络提供服务信息 该系统的结构模型如图 1 1 所示 图 1 1 传统的远程教育系统体系结构 系统由数据层 服务层和客户端层构成 传统的教育系统存在以下问题 不能实现现场广播 现场广播是一种流媒体数据 只能够使用单独的流媒 体协议进行数据传输 不能够用 http 协议传输 而现代教育一般都提供了直线 交流 这就要求远程教育系统必须提供实时交流 特别是数据量大的多媒体数据 的实时传输就成为数据传输的重点和瓶颈 空间资源要求大 因为传统的下载方式要求将所有的数据到下载后保存到 本地机器 这样对本地机器的空间要求比较高 特别是视频和音频等多媒体数据 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 2 不支持动态多媒体数据传输 传统的 http 协议支持静态的图像 文本等多 媒体数据 而不支持音频 视频等动态多媒体数据传输 而动态多媒体数据是现代远程教育的基本信息 采用单纯的流媒体技术实现 远程教育系统 可以能够克服上边问题 但是又存在以下的问题 媒体服务器带宽占用大 不同于电台和电视台使用广播形式发送节目 流 媒体业务使用了单播形式 即一个用户一份流 即使有两个用户在观看同一个节 目时亦然 所以用户越多 需要带宽就越多 当用户到达一定规模后 带宽就会 成为业务发展的瓶颈 这时就需要投入大量费用购买带宽以满足要求 流媒体服务器处理能力要求高 用户多了 流媒体服务器处理能力也会成 问题 这时候需要购置服务器以支持更多用户 流媒体负载均衡要求高 为减少骨干网络带宽占用 保证服务质量和就近 提供服务 一般流媒体服务都需要部署复杂内容分发系统 CDN 这样就大大增加了系统投资和管理复杂度 而现代的远程教育是一种动态的 同步教学模式 要求教师的授课内容都要动态地进行传输 而且还要进行面对面 的交流 为此 必须引进一种新的技术 流媒体技术 该技术能很好地解决异 步教学模式存在的问题 1 2 研究现状与存在的问题 于异地的教育机构的学习 或参加提供时间上不同步学习的教育机构的学习 的过程 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技术形式 它的突出特点包括 1 不受空间和时间的限制 2 受教育对象扩大到全社会 3 有更丰富的教学资源供学习者选用 4 教学形式由原来的以教为主变为以学为主 远程教育系统是建立在现代传媒技术上的多媒体应用系统 现代通讯将含有 图片 声音和视频的课件传递给学生 也可将学生的图像 声音和视频回送给教师 从而模拟传统学校教育的授课方式 现代远程教育是在学生与教师 学生与教育 组织之间采取多种媒体进行系统教学和通信联系的教育形式 是将教育资源传送 给校外一处或者多处学生的教育活动形式 远程教育的现代化是适合社会发展需 要 伴随现代媒体技术的发展而迅速成长壮大的教育活动形式 它由特定的教育 信息传输和交流手段 特定的教育信息资源 与常规的学校教育相比 现代远程 教育有开放性 延伸性 灵活性和媒介性的特点 1 3 课题研究的目的与意义 虽然在近 20 年来 我国远程教育无论在规模层次上还是在技术层面都取得 了长足的进步 然而与发达国家相比 我们还有很大的差距 为了缩短与发达国 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 3 家在现代远程育领域的距离 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需要的教育 进行基于流媒体技术的现代远程教育视 频教学系统的研究工作十分必要 因此 如何通过调查 研究 进一步认识流媒 体 挖掘流媒体的优势 构建出一个合理的将流媒体技术应用到远程教学中的教 育支持平台 并通过这个平台使流媒体技术能得以发挥其应有的特点和优势 更 好的为教育服务 是本课题研究的目标 1 4 课题研究内容与论文结构 本课题的目标是要建立一个整合了硬件 软件 媒体资源和教学管理的基于 流媒体技术的远程教育视频教学系统平台 在现有的各种远程多媒体教学模型的 基础上 结合流媒体传输技术基础 实现便于操作 易于管理发布的课件制作和 点播系统 远程教学的一个难点是如何高质地 高效地发布教学音视频流 其中 涉及音视频课件采集 压缩技术 传输协议与应用层 QOS 技术 课件与 PPT 授 课文档同步等关键技术 本课题根据远程多媒体教学存在的需求与特点 对其中 涉及的部分关键技术进行研究并设计实现适合于目前 Internet 状况的远程多媒体 教学系统 论文的结构安排如下 第一章绪论 简述论文的研究背景 对基于流媒体技术远程教育系统课题的 研究现状以及存在的问题的概述 第二章流媒体技术概述 主要对流媒体相关技术进行分析与介绍 首先对流 媒体概念与流媒体相关技术进行了介绍 接着对实时传输协议 RTP RTCP 与 MIME 协议进行了介绍 最后对基于流媒体技术在远程教育方面的应用进行了分 析 第三章基于流媒体技术远程教育系统的分析设计 本章提出了系统总体设计 方案 对系统设计过程中的各模块进行了分析和功能设计 并着重介绍了系统设 计的基本思想 系统设计的目标以及设计任务 同时还详细介绍了系统主要实现 内容等 第四章流媒体课件的制作与发布 本文的技术难点 主要是详细介绍了流媒 体课件的制作方法 包括音视频课件的录制 与 PPT 的同步以及 PPT 自动翻页功 能的实现方法 第五章基于流媒体技术远程教育系统的实现 主要是介绍系统硬件 软件配 置 流媒体服务器的配置和 IIS 架设 Web 网页服务器 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 4 第二章 流媒体技术概述 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 人们的视听觉感官在网络上得到了很大的满足 而同时面临的是另外一种不可避免的尴尬 正是由于人们需求的不断提高 上网 人数的不断增加 加之网络硬件设备的局限性 使得网络下载速度和下载文件大 小成为网络传输不可忽视的参数 近年来 为了解决文件下载时间过长的问题 适应网络多媒体化的发展趋势 一种新兴技术 流媒体 Streaming Media 应运而生 流媒体技术采用 边下载 边输出 的方式 只需几秒种或十几秒钟的启动延时即可在客户端上利用相应的 解压缩设备对压缩的视频 音频等多媒体文件解压后进行播放 与过去的那种 先下载 后输出 相比 流式传输方式不仅使启动延时大幅降低 对系统缓存 的需求也大大降低 而且流媒体运用了特殊的数据压缩和传输技术 可以使得声 音和视频文件变得很小 通常只有 WAV 和 AVI 文件的 3 5 非常适合在网络 上发布比较长的声音和视频片断 从前 多媒体文件需要从服务器上下载后才能播放 一个 1 分钟的较小的视 频文件 在 56K 的窄带网络上需要几十分钟时间进行下载 这限制了人们在互联 网上大量使用音频和视频信息进行交流 流媒体 不同于传统的多媒体 它的 主要特点就是运用可变带宽技术 以 流 Stream 的形式进行数字媒体的传送 使人们在从 28K 到几 Mb s 的带宽环境下都可以在线欣赏到连续不断的高品质的 音频和视频节目 在互联网大发展的时代 流媒体技术的产生和发展必然会给我 们的日常生活和工作带来深远的影响 2 1 流媒体技术概念 流媒体技术的核心就是流媒体本身 而所谓流媒体是指在 Internet Intranet 中 使用流式传输技术的连续时基媒体 流式传输将文字 图像 动画 音频 视频 等多媒体信息源经过特殊的编码 压缩 分割等方式分成一个个压缩包 然后由 视频服务器向终端计算机连续 实时传送这些包 在采用流式传输方式的系统中 终端用户不必像非流式技术那样 须等到整个多媒体文件全部下载完毕后才能播 放其内容 而是只须经过几秒至几十秒的启动延迟后即可在终端用户的计算机上 利用相应的播放器 对流媒体文件进行解压播放 在播放的同时 流式媒体文件 的剩余部分在后台服务器的支持下继续下载 由于这个过程是动态的 多媒体在 网络上的传输像流水一样 延绵不断 故形象地称之为流媒体 而流媒体技术就是把连续的影像和声音经过压缩处理后放到网络服务器上 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 5 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下载完成就可 以即时观看的技术 实际上流媒体技术并不是单一的技术 它是融合很多网络技 术之后所产生的技术 它会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 Stream Media 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 在 Internet 产生的很长的一段时间内 网上的应用一直局限于下载使用 的模式 但自从 1995 年 Progressive Networks 公司 也就是后来的 RealNetworks 公司推出的第一个流产品以来 Internet 上的各种 流 应用迅速涌现 逐渐成为 网络界的研究热点 随着这项技术的不断发展 现在已经有越来越多的网站开始 采用流式技术作为传播信息的方式 从而使网站的内容变得丰富多彩 而对于用 户来讲 观看流媒体文件与观看传统的音视频文件在操作上几乎没有任何差别 唯一有区别的就是影音品质上 由于流媒体为了解决带宽问题以及缩短下载时间 而采用了较高的压缩比 因此用户感受不到很高的图像和声音质量 但随着网络 带宽的不断增加 以及压缩格式的不断改进 用户最终可以欣赏到满意的效果 2 2 流媒体技术原理 实现流式传输需要使用缓存机制 因为音频或视频数据在网络中是以包的形 式传输的 而网络是动态变化的 各个数据包选择的路由可能不尽相同 到达客 户端所需的时间也就不一样 有可能会出现先发的数据包却后到 因此 客户端 如果按照包到达的次序播放数据 必然会得到不正确的结果 使用缓存机制就可 以解决这个问题 客户端收到数据包后先缓存起来 播放器再从缓存中按次序读 取数据 使用缓存机制还可以解决停顿问题 网络由于某种原因经常会有一些突发流 量 此时会造成暂时的拥塞 使流数据不能实时到达客户端 客户端的播放就会 出现停顿 如果采用了缓存机制 暂时的网络阻塞并不会影响播放效果 因为播 放器可以读取以前缓存的数据 等网络正常后 新的流数据将会继续添加到缓存 中 虽然音频或视频等流数据容量非常大 但播放流数据时所需的缓存容量并不 需要很大 因为缓存可以使用环形链表结构来存储数据 已经播放的内容可以马 上丢弃 缓存可以腾出空间用于存放后续尚未播放的内容 图 2 1 流式传输基本原理 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 6 当传输流数据时 需要使用合适的传输协议 TCP 虽然是一种可靠的传输协 议 但由于需要的开销较多 并不适合传输实时性要求很高的流数据 因此 在 实际的流式传输方案中 TCP 协议一般用来传输控制信息 而实时的音视频数据 则是用效率更高的 RTP UDP 等协议来传输 流媒体传输的基本原理如图 2 1 所示 在图 2 1 中 Web 服务器只是为用户提供了使用流媒体的操作界面 客户机 上的用户在浏览器中选中播放某一流媒体资源后 Web 服务器把有关这一资源的 流媒体服务器地址 资源路径及编码类型等信息提供给客户端 于是客户端就启 动了流媒体播放器 与流媒体服务器进行连接 客户端的流媒体播放器与流媒体服务器之间交换控制信息时使用的是 RTSP 协议 它是基于 TCP 协议的一种应用层协议 默认使用的是 554 端口 RTSP 协 议提供了有关流媒体播放 快进 快倒 暂停及录制等操作的命令和方法 通过 RTSP 协议 客户端向服务器提出了播放某一流媒体资源的请求 服务器响应了 这个请求后 就可以把流媒体数据传输给客户端了 需要注意的是 RTSP 协议并不具备传输流媒体数据的功能 承担流媒体数 据传输任务的是另一种基于 UDP 的 RTP 协议 但在 RTP 协议传输流媒体数据的 过程中 RTSP 连接是一直存在的 并且控制着流媒体数据的传输 一旦流媒体 数据到达了客户端 流媒体播放器就可以播放输出了 流媒体的数据和控制信息 使用不同的协议和连接时 还可以带来一个好处 就是播放流媒体的客户机和控 制流媒体播放的客户机可以是不同的计算机 2 3 流媒体的传输模式 流式传输的定义很广泛 现主要指通过网络传送媒体 如视频 音频 的技术 的总称 以下将会从流媒体的传输模式 流媒体的播放方式以及流媒体的传输主 要协议三个方面对流媒体的传输进行介绍 2 3 1 流媒体的传输模式 实现流式传输有两种方法 分别为顺序流式传输 Progressive Streaming 和 实时流式传输 Real time Streaming 1 顺序流式传输 流媒体顺序流式传输采用 Web 服务器 支持一边下载一边播放 但在给定时 刻 用户只能播放已下载部分 而不能跳到还未下载的后继部分 顺序流式传输 只支持匀速传输 不支持变速传输 顺序流式传输能保证较好的传输质量 但延 迟较大 适合需要高质量的短片段 2 实时流式传输 流媒体实时流式传输 需要在服务器端安装专用的媒体服务器 采用 RTP RTCP RTSP 等实时传输协议 它不仅支持一边下载一边播放 而且支持 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 7 任意顺序的播放 由于实时流式传输的时延很短 所以特别适合实时性要求高的 场合 如 视频会议 网络直播等现场事件 实时流式传输支持变速传输 这就 意味着不同带宽的网络都可以用实时流式传输技术 在传输质量上 实时流式传 输一般不如顺序流式传输稳定 尤其在低带宽时 图像质量较差 现在的主流做 法是以带宽换质量 宽带网的普及将为实时流式技术的应用提供更加广阔的天地 2 3 2 流媒体的播放方式 流媒体服务器可以提供多种播放方式 它可以根据用户的要求 为每个用户 独立地传送流数据 实现 VOD Video On Demand 的功能 也可以为多个用户 同时传送流数据 实现在线电视或现场直播的功能 下面介绍一下这些播放方式 的特点 流媒体的网络发布主要有两种形式 点播 广播和组播 1 点播 当采用单播方式时 每个客户端都与流媒体服务器建立了一个 单独的数据通道 从服务器发送的每个数据包都只能传给一台客户机 对用户来 说 单播方式可以满足自己的个性化要求 可以根据需要随时使用停止 暂停 快进等控制功能 但对服务器还说 单播方式无疑会带来沉重的负担 因为它必 须为每个用户提供单独的查询 向每个用户发送所申请的数据包复制 当用户数 很多时 对网络速度 服务器性能的要求都很高 如果这些性能不能满足要求 就会造成播放停顿 甚至停止播放 2 广播 又可分为实时广播和非实时广播两种 承载流数据的网络报文还可以使用广播方式发送给子网上所有的用户 此时 所有的用户同时接受一样的流数据 因此 服务器只需要发送一份数据复制就可 以为子网上所有的用户服务 大大减轻了服务器的负担 但此时 客户机只能被 动地接受流数据 而不能控制流 也就是说 用户不能暂停 快进或后退所播放 的内容 而且 用户也不能对节目进行选择 广播示意图如下图 2 2 所示 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 8 图 2 2 广播示意图 3 组播方式 单播方式虽然用户提供了最大的灵活性 但网络和服务器的负担很重 广播 方式虽然可以减轻服务器的负担 但用户不能选择播放内容 只能被动地接受流 数据 组播吸取了上述两种传输方式的长处 可以将数据包复制发送给需要的多 个客户 而不是像单播方式那样复制数据包的多个文件到网络上 也不是像广播 方式那样将数据包发送给那些不需要的客户 保证数据包占用最小的网络带宽 当然 组播方式需要在具有组播能力的网络上使用 2 3 3 流媒体传输协议 流媒体在因特网上的传输必然涉及到网络传输协议 其中包括 Internet 本身的 多媒体传输协议 以及一些实时流式传输协议等 只有采用合适的协议才能更好的 发挥流媒体的作用 保证传输质量 QOS IETF Internet 工程任务组 是 Internet 规 划与发展的主要标准化组织 已经设计出几种支持流媒体传输的协议 主要有用 于 Internet 上针对多媒体数据流的实时传输协议 RTP Real time Trans port Protocol 与 RTP 一起提供流量控制和拥塞控制服务的实时传输控制协议 RTCP Real time Transport Control Protocol 定义了一对多的应用程序如何有效地通过 IP 网络传 送多媒体数据的实时流协议 RTSP Real time Streaming Protocol 除上述协议之外 流 媒体技术还包括对于流媒体类型的识别 1 RTP RTCP RTP Real time Trans port Protocol 国交互式音频 视频等具有 实时特征的数据提供端到端的传送服务 如果底层网络支持多播 RTP 还可使用多 播向多个目的端点发送数据 RTP 协议包含两个密切相关的部分 即负责传送具有 实时特征的多媒体数据的 RTP 和负责反馈控制 监测 QOS 和传递相关信息的 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 9 RTCP Real time Transport Control Protocol 在 RTP 数据包的头部中包含了一些 重要的字段使接收端能够对收到的数据包恢复发送时的定时关系和进行正确的排 序以及统计包丢失率等 RTCP 是 RTP 的控制协议 它周期性地与所有会话的参与 者进行通信 并采用和传送数据包相同的机制来发送控制包 值得注意的是 RTP 协议本身并不提供任何 QOS 必须由下层网络来保证 但是通过 RTCP 控制包可 以为应用程序动态提供网络的当前信息 据此可对 RTP 的数据收发作相应调整 使之最大限度地利用网络资源 2 RSVP IETF 的资源预留协议 RSVP Resource Reservati on Protocol 是网络 中预留所需资源的传送通道建立和控制的信令协议 它能根据业务数据的 QOS 要 求和带宽资源管理策略进行带宽资源分配 在 IP 网上提供一条完整的路径 通过 预留网络资源建立从发送端到接收端的路径 使得 IP 网络能提供接近于电路交换 质量的业务 即在面向无连接的网络上 增加了面向连接的网络 它既利用了面向 无连接网络的多种业务承载能力 又提供了接近面向连接网络的质量保证 但是 RSVP 没有提供多媒体数据的传输能力 它必须配合其它实时传输协议来完成多媒 体通信服务 3 RTSP 实时流协议 RTSP 是用于控制具有实时特征数据传输的应用层协 议 它提供了一个可扩展的框架以控制 按需传送实时数据 如音频 视频等 数 据源既可以是实况数据产生装置 也可以是预先保存的媒体文件 该协议致力于 控制多个数据传送会话 提供了一种在 UDP 组播 UDP 和 TCP 等传输通道之间 进行选择的方法 也为选择基于 RTP 的传输机制提供了方法 RTSP 可建立和控 制一个或多个音频和视频连续媒体的时间同步流 虽然在可能的情况下 它会将 控制流插入连续媒体流 但它本身并不发送连续媒体流 因此 RTSP 用于通过网 络对媒体服务器进行远程控制 尽管 RTSP 和 HTTP 有很多类似之处 但不同于 HTTP RTSP 服务器维护会话的状态信息 从而通过 RTSP 的状态参数可对连续 媒体流的回放进行控制 如暂停等 4 MIME MIME Multi purpose Internet Mail Extensions 是因特网邮件 SMTP 的扩展 用于电子邮件 不能用来标记在 Internet 上传输的任何文件类型 通过它 Web 服务器和 Web 浏览器才可以识别流媒体并进行相应的处理 Web 服务器和 Web 浏览器都是基于 HTTP 协议 而 HTTP 内建有 MIME HTTP 正是通过 MIME 标记 Web 上繁多的多媒体文件格式 为了能处理一种特定文件格式 需对 Web 服务器和 Web 浏览器都进行 MIME 类型设置 对于标准的 MIME 类型 如 文本和 JPEG 图像 Web 服务器浏览器提供内建支持 但对 Real 等非标准的流媒 体文件格式 则需设置 audio x pn real audio 等 MIME 类型 浏览器通过 MIME 来 识别流媒体的类型 并调用相应的程序或 Plug in 插件 来处理 在 IE 和 Netscape 这两个最常用的浏览器中 都提供了很多的内建流媒体支持 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 10 2 4 流媒体文件的压缩格式 数据压缩技术也是流媒体技术的一项重要内容 由于视频数据的容量往往都 非常大 如果不经过压缩或压缩得不够 则不仅会增加服务器的负担 更重要的 是会占用大量的网络带宽 影响播放效果 因此如何在保证不影响观看效果或对 观看效果影响很小的前提下 最大限度地对流数据进行压缩 是流媒体技术研究 的一项重要内容 下面介绍一下几种主流的音视频数据压缩格式 2 4 1 AVI 格式 AVI Audio Video Interleave 音频视频交错 是符合 RIFF 文件规范的数字 音频与视频文件格式 由 Microsoft 公司开发 目前得到了广泛的支持 AVI 格 式支持 256 色和 RLE 压缩 并允许视频和音频交错在一起同步播放 但 AVI 文件 并未限定压缩算法 只是提供了作为控制界面的标准 用不同压缩算法生成的 AVI 文件 必须要使用相同的解压缩算法才能解压播放 AVI 文件主要应用在多 媒体光盘上 用来保存电影 电视等各种影像信息 2 4 2 MPEG 格式 MPEG Moving Picture Experts Group 动态图像专家组 是运动图像压缩算 法的国际标准 已被几乎所有的计算机平台共同支持 它采用有损压缩算法减少 运动图像中的冗余信息 同时保证每秒 30 帧的图像刷新率 MPEG 标准包括视 频压缩 音频压缩和音视频同步 3 个部分 MPEG 音频最典型的应用就是 MP3 音频文件 广泛使用的消费类视频产品如 VCD DVD 其压缩算法采用的也是 MPEG 标准 MPEG 压缩算法是针对运动图像而设计的 其基本思路是把视频图像按时间 分段 然后采集并保存每一段的第一帧数据 其余各帧只存储相对第一帧发生变 化的部分 从而达到了数据压缩的目的 MPEG 采用了两个基本的压缩技术 运 动补偿技术 预测编码和插补码 实现了时间上的压缩 变换域 离散余弦变换 DCT 技术实现了空间上的压缩 MPEG 在保证图像和声音质量的前提下 压缩 效率非常高 平均压缩比为 50 1 最高可达 200 1 2 4 3 RealVideo 格式 RealVideo 格式是由 Real Networks 公司开发的一种流式视频文件格式 包含 在 Real Media 音频视频压缩规范中 其设计目标是在低速率的广域网上实时传输 视频影像 RealVideo 可以根据网络的传输速度来决定视频数据的压缩比率 从 而提高适应能力 充分利用带宽 后面介绍的 Real Server 软件就是由 Real Networks 公司提供的 使用的就是 Real Video 格式的视频文件 RealVideo 格式文件的扩展名有 3 种 RA 是音频文件 RM 和 RMVB 是视频 文件 RMVB 格式文件具有可变比特率的特性 它在处理较复杂的动态影像时使 用较高的采样率 而在处理一般静止画面时则灵活地转换至较低的采样率 从而 在不增加文件大小的前提下提高了图像质量 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 11 2 4 4 QuickTime 格式 QuickTime 是由 Apple 公司开发的一种音视频数据压缩格式 得到了 Mac OS Microsoft Windows 等主流操作系统平台的支持 QuickTime 文件格式提供了 150 多种视频效果 支持 25 位彩色 支持 RLE JPEG 等领先的集成压缩技术 此外 QuickTime 还强化了对 Internet 应用的支持 并采用一种虚拟现实技术 使 用户可以通过鼠标或键盘的交互式控制 观察某一地点周围 360 度的景像 或者 从空间的任何角度观察某一物体 QuickTime 以其领先的多媒体技术和跨平台特 性 较小的存储空间要求 技术细节的独立性以及系统的高度开放性 得到业界 的广泛认可 QuickTime 格式文件的扩展是 MOV 或 QT 2 4 5 ASF 和 WMV 格式 ASF Advanced Streaming Format 高级流格式 和 WMV 是由 Microsoft 公 司推出的一种在 Internet 上实时传播多媒体数据的技术标准 提供了本地或网络 回放 可扩充的媒体类型 部件下载以及可扩展性等功能 ASF 的应用平台是 Net Show 服务器和 Net Show 播放器 WMV 也是 Microsoft 公司推出的一种流媒体格式 它是以 ASF 为基础 升 级扩展后得到的 在同等视频质量下 WMV 格式的体积非常小 因此很适合在 网上播放和传输 WMV 文件一般同时包含视频和音频部分 视频部分使用 Windows Media Video 编码 而音频部分使用 Windows Media Audio 编码 音频 文件可以独立存在 其扩展名是 WMA 2 5 流媒体技术在远程教育中的应用 随着电子技术 计算机技术 网络技术和通信技术的飞速发展 远程教学系 统可以借助新的传输技术和传播媒体进行动态交互式教学 由于当前网络带宽的 限制 流媒体无疑是远程教学的最佳选择 因为流媒体的出现可以说是为网络远 程教育注入了新的生机和活力 流媒体既有利于教师的 教 也有利于学生的 学 学生在家里通过计算机 电话线 调制解调器 Modem 就可以轻松地 参加到远程教学当中来 教师也无须做过多的准备 就可以进行授课 授课方法 与教师平时的授课方法也基本相同 只不过这时的教师面对的不是学生而是摄像 头和计算机而已 流媒体在远程教学中的应用 极大地提高了教学资源和师资的 利用率 缓解了教学资源和师资不足的问题 流媒体在远程教学中的应用主要体 现在课程在线点播和实时广播等领域 2 5 1 课程在线点播 在流媒体技术出现以前 远程的学生要点播某个多媒体课件必须先将它下载 到本地的计算机 一个很小的多媒体课件或一小段教学录像都需要很长的下载时 间 并且需要占用本地计算机的系统存储资源 这对于接入速率低和系统存储资源 有限的学习者来说 根本无法忍受 而采用流媒体技术以后 它只需在播放前下载 约几秒的多媒体信息后即可播放 并不需要下载整个文件 即可实现在线播放 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 12 流媒体技术可以针对不同的网络环境生成不同数据传输速率的流文件 一台 普通的服务器可允许 100 人左右并发点播 另一方面 在播放过程中 它还可以根 据网络带宽的变化而动态地调整 确保始终处于最佳播放速率 避免信息流的中断 因此 利用流媒体技术可以很容易地在远程教学系统中实现多媒体课件点播功能 我们可以将教师上课的过程压缩编码成多媒体流文件 然后放置到相应的服务器 供学习者浏览点播 2 5 2 实时授课堂广播 远程课堂教学是现代远程教育的一个重要环节 在 Internet 上利用流媒体技术 能较好地实现课堂教学广播 学习者可以不受地点的限制 在任何一台多媒体计 算机上接受课堂教育 创建一种 面对面 的教学环境 缩短教学双方的空间距离 教 师采用的教学手段也不仅局限于语言 文字 而是更多地辅之以图形 图像 动 画 视频等多媒体信息 给学习者提供多重感官刺激 激发学习兴趣 调动学习者 的深层次思维 加深对所学内容的理解 从而学会某种知识 掌握某种技能 第三章 系统设计与分析 本章将会详细的介绍在系统设计过程中 对整个系统架构的设计思想以及总 体架构的设计方案 对系统设计过程中的各模块的分析和功能设计 同时还将详 细介绍了系统现实功能的内容 3 1 系统总体设计分析 基于流媒体技术远程教育系统涉及到大量种类繁多的视频课件 如何有效管 理这些视频讲学课件 并且如何将这些课件分类直观的呈现在学生面前 是系统在 进行总体设计时首要考虑的问题 因此系统设计的主要目标是在网络环境下 对 于教师上传的音视频课件进行有效管理 为学生在线点播学习提供一个方便快捷 的查询管理系统 本系统的设计的重点也是难点就是对后台管理系统上的设计 同时对于系统的使用者也就是终端用户而言 如何更好的展示本系统的资源 使终端用户能很直观的浏览到所需的资源 也是本系统在进行系统设计时考虑的 一个重要因素 综合以上考虑 本系统设定通过 ASP 网页的形式呈现 资源信息以 HTML 进 行描述 利用 Widows Media 文件编辑器实现视频 音频 文本等信息的采集处 理 实现教学资料片制作以及存储等 3 1 1 系统功能模块总体设计思想 综合各方面因素 系统功能流程如所述 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 13 图 3 1 系统功能流程图 用户登录系统后 首先会对用户的身份进行识别 根据用户身份的不同 进入 不同的页面 如为学生身份就会进入系统主页 如为管理员则会进一步判断是系 统管理员身份还是教师身份 根据老师和系统管理员的工作任务不同 在本系统中 系统管理员和教师拥有不同的权限 具体系统功能流程图如图 3 1 所示 系统功能模块设计说明 1 课件信息管理设计 正如上文所说 如何有效的管理科目种类繁多的课件 是系统设计实现的关键 本 系统在设计时考虑到各个学校的学科都按照院系有着明确的分类 故采用院系分 类的方法 将各类课件按照院系不同进行一次分类 同时在各个院系的内部 根据 院系中各学科的设置 对同院系的不同学科的课件进行二次分类 这样课件的管 理与学校内院系学科的设置进行对应 一方面有利于学生可以有效的查询到所需 课程 一方面也有利于课件信息管理 2 用户权限设计 权限设置在系统系统设计时也相当重要 不同的用户根据在系统中操作的不 同应该需要有相应的权限 如果权限设置不明确将会导致系统数据的混乱与丢失 因此本系统在进行用户权限设计的时 根据用户进入系统后的操作不同 将用户的 权限进行了明确的分类 分别为管理员权限 教师权限 用户权限和游客权限 对于一般用户 进入系统后的操作一般是课件查询和课件观看 因此对应的只 需要有读的权限 在这里如果仅仅是游客 没有注册成为会员 那么就只具有浏览 页面的权限 并不能对教学课件进行在线观看 如想在线观看课件 必须在主页的 会员注册栏目中进行注册 提交个人相应信息 这样利于管理员对会员进行管理 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 14 增强系统安全性 而对于各位老师 需要进入系统对课件进行增加和删改 因此老师在系统中需 要具有读和写的权限 老师用自己的账号和密码登录系统 进入自己的管理页面 对课件进行管理 当然 老师只能对自己所上传的课件进行修改不能对其他老师 的课件进行修改 在这里为了保证课件数据的安全 教师的注册和学生会员的注 册并不相同 教师的注册需要教师将相应的信息递交给管理员 管理员单独在后 台管理系统中进行添加 对于管理员而言 工作主要是整个后台数据的管理 因此权限也是最大的 可 以对系统会员信息以及教师信息进行管理 对系统里院系栏目设置和学科设置进 行管理 课件信息管理以及教学公告的发布等 3 课件查询设计 如何实现准确与快速的课件查询功能直接关系着整个系统功能好坏 本系统 根据各个功能模块设计的特性 设计了三种查询方式 方式一 按院系查询 用户在进入系统后 可以根据系统中的院系导航进入各个院系 同时可以在相 应的学科栏目中找到自己所需的课件 此查询方式可以快速 准确的查找到所需 课件 但适合已经明确了解所需课件的学科分类 方式二 按教师查询 用户进入系统 进入教师列表页面 在相应教师信息中找到所需课件 此方式 也可以提供快速 准确的查询 但需要已经明确了解课件所属教师信息 方式三 按关键字查询 用户进入系统后 在首页或者之页面 都可以在搜索模块进行关键查询 查询 时 只需要输入所查课件关键字 即可查到相关课件 此类查询方式查询结果并不 如以上两种方式精确 但并不需要对所查课件有明确的了解 以上三种查询方式 虽然各有利弊 但在查询的过程中可以相互补充 用户在 进行查询的时候可以根据自己对所查课件的了解情况 选择合适的查询方式 达到 很好的查询效果 在整个总体架构下 系统分为前端显示页面和后端管理系统 其中前端显示页 面功能原理图如图 3 2 所示 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 15 图 3 2 页面功能原理图 前端显示页面功能设计说明 1 栏目列表显示 在对系统栏目进行设计的时候 考虑到进入本系统的用户一般都是教师或者 学生 因此对栏目的设计采用的是与学校学科设置对应的方案 这样不仅有利于 教师可以很熟悉的对自己所属院系和专业的课件进行管理 而且也有便于学生很 直观的对自己所需专业的课程进行查询 在本系统中栏目列表显示采用的是我校的部分院系分类的设置方案 用户在 进入系统后就可以在首页看到各个院系 如珠宝学院 材料学院 信息工程等 点 击进入各个院系之后 在各院系根据院系的专业或学科设置进行了二次分类 如 信息工程学院下面就分为计算机科学应用技术专业 数学专业和自动控制专业三 个子栏目 而外语系下面则是按照学科进行的分类 分为英语 日语 法语 意 大利语等 2 教师列表显示 考虑到学生在进行学习的时候 会对某个教师的课程比较关注 或者对某个教 师所讲授的课程会有所疑问 需要与教师进行交流 故在对前端显示页面进行设计 时 提供了教师列表这一入口 通过此入口能快捷的找到所需教师的个人信息 包 括所属院系专业 个人详细信息 个人联系方式以及个人上传的所有资源的列表 学生可以通过点击教师姓名得到教师所有个人信息 也可以点击所提供的邮 件地址连接直接给教师发邮件进行交流 或者通过点击课程列表里面的课件名称 进行该课程的在线学习 3 会员登录和注册模块 考虑到系统安全 以及对登录本系统进行学习的学生信息的管理 任何需要观 看本系统资源的学生都需要在系统中进行注册 在系统中会员账号是唯一标识用 户身份的特征代码 会员只需要在注册界面中提供用户输入账号信息 以及个人信 息 提交注册信息后系统将判断用户提交的信息是否有效 比如用户名是否已经存 在 所输入的密码和验证密码是否一致 用户的邮箱是否有效 如果所输入的信息 南京邮电大学通达学院 2010 届本科生毕业设计 论文 16 无效 错误信息中将会提示出错 用户注册成功将会跳转到系统首页 并显示出欢 迎字面 根据前端需要提供的各项功能以及系统所需管理功能后端管理平台设计主要 分为四大功能模块 分别为 会员管理模块 教师管理模块 栏目管理模块 课件 信息管理模块 各模块功能设计分别如图 3 3 所示 图 3 3 模块功能设计图 后台管理系统功能模块设计 1 会员管理模块 管理员进入后台管理系统后 需要对整个会员的信息进行管理 比如对会员信 息的管理 会员密码的修改以及会员的删增等 这样如会员忘记密码 会员信息失 效等 管理员都可以通过此模块来进行统一的管理 2 教师管理模块 在本系统中 考虑到教师的权限比较大 不仅可以上传课件而且可以删除自己 的课件 因此在如果有需要在本系统中拥有教师权限的用户需要管理员在后台中 进行添加 而不能像会员一样个人填写注册表就可以了 从而防止恶意删除和上 传数据的情况 达到