流媒体服务器技术及其在远程教育中的应用

随着计算机网络计算的高速发展，大大促进了远程教育的推广，而流媒体技术的应用使得网络教学注入了新的活力，它不仅能够实现异步教学，而且能够实现具有实时交互功能的同步教学。本文首先阐述了远程教育的发展过程以及遇到的问题，在此基础上引入流媒体技术。文章着重介绍了流媒体的原理以其关键技术，并提出如何实现基于Windows Media技术平台的远程教育系统。
  
    随着信息技术与网络通讯技术的日益发展，它为现代远程教育注入了新的生机和活力，也带来了远程教育中教学观念和方法的深刻变革。网络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。
  
    网络远程教学可分为同步、异步两种教学模式。异步教学模式也就是采用Web浏览技术，工作人员先将多媒体课件放到服务器上，用户只需将其下载到本地计算机上需要观看时再进行播放。这种模式下学生可以选择自己认为合适的时间学习。目前大部分教育网站都是采用异步教学模式，由于多媒体信息的数据量大，在目前网络接入速度较低的情况下需要很长的时间将课件下载到本地计算机上，而且需要占用大量硬盘存储空间，给用户带来很大不便;同时容易造成课件资料广泛传播，这涉及到了知识版权的问题。而同步教学模式就是让每个学员都能感受“面对面”教学，即可以和其他学员协作学习、讨论问题，又可以和授课老师实时交流。这种模式要求教师授课场景、授课文字、图片、声音、动画等内容都要实时通过网络传向单机，学员的问题和意见也要实时反馈给远方的教师。但是如何能做到在同步教学模式中实时传播课件;如何解决异步教学模式中的不足之处呢?技术人员根据其特点引进了一种新的技术――流媒体技术。
  
    流媒体技术
  
    1、流媒体的基本原理
  
    流媒体又称流式媒体，它是指在计算机网络(尤其是中、低带宽的Internet/Intranet)中使用流式传输技术传输连续的时基媒体。浏览者可以一边下载一边收听、收看多媒体文件，而无需等待整个文件下载完毕后才能播放，并且不占用客户硬盘空间。整个过程的实现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。
  
    流媒体对网络带宽的要求并不是没有，而是在原来的基础上小多了。当网络带宽低于流媒体带宽时或网络堵塞时会造成图像和声音的停顿和不连贯。为了达到流畅的效果，通常都会采用压缩编码工具对音频和视频进行压缩编码。在影音品质可以接受的范围内，降低其品质以减小文件，保证流媒体传播的顺畅。再者，流媒体传输的实现需要缓存。因为Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输。数据在传输中要被分解为许多包，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。为此，使用缓存技术来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包顺序的正确性，从而使媒体数据能连续输出，而不会因网络暂时拥塞使播放出现停顿的现象。
  
     2、流媒体的开发方案
  
    目前，在市场中应用比率最高的三种流媒体技术方案有Microsoft的Windows Media Technology(WMT)、RealNetworks的Real system和Apple的Quicktime,它们实网络流媒体传输系统的三大主流技术。
  
    1) 三者相同点:
  
    a. 所包含的软件内容都覆盖了服务器端、制作端、客户端，可以说从制作、发布到播放都提出了解决方案。
  
    b. 三种解决方案都提供了基本版和增强版，适合不同类型客户的使用。
  
    c. 均支持两种流式传输，一种是智能流，即可以根据网络的传输速度自动改变流媒体的质量，从而产生最适合网络传输情况的流媒体数据;另一种是固定一种传输速率。
  
    2) 三者不同点:
  
    RealNetworks在流媒体方面的研究应该算得上是元老了，产品线相当齐全，从开始的创造、传送、伺候、到后端的下载、播放，RealNetworks在每一个环节都有相对应的产品，而且每个产品都有两个版本，Basic版为免费下载，具有有限的基本功能，如果要完整的功能就要购买Plus版，Plus的功能完整，足够提供专业的使用者的使用。RealNetworks的平台可以保证最高的相容性，同时RealServer提供的流媒体格式也是最多的。虽然优点多多，但由于价格的原因， RealNetworks作为流媒体平台并不是中小型网站以及个人使用的最佳选择。
  
    Microsoft的WMT与Microsoft的Windows操作系统相互捆绑，不但免费附送而且操作方便。RealNetworks与它相比在完整性、跨平台性上可能略胜一筹，但对一个完全免费的流媒体平台，它具有现有的功能已经是难能可贵了。而且WindowMedia还比RealNetworks多提供了伺候负载模拟程序(Load Simulator),可以让系统模拟实际上线的负载情况，测试系统伺候能力的极限，避免太多使用者涌入时系统无法负荷。WindowsMedia Encoder另外也多提供了荧幕捕捉的功能。此项荧幕捕捉的功能可以将大小视窗的所有内容及游标移动的过程全部记录在高度压缩的串流视讯档案中，对于有教育训练等需求的使用者是个很好用的工具。因此它具有很大的诱惑力，目前我国较多的网络课程采用这套解决方案。
  
    Apple的Quicktime所支持的操作平台和文件格式非常广泛。能支持Apple公司的操作系统Mac Os和系统Windows操作系统。Quicktime Pro支持传唤的文件格式有AVI、MOV、MP3、MAV等。而常用的播放器Quicktime Player支持40多种文件格式。Quicktime在交互性方面也远远超过了其他两个对手。但由于在功能上的不完整，在实用上显得逊色一点，不过如果您是Mac使用者，Quicktime还是有它独特的魅力。
  
    3 、流媒体技术在网络教学中的具体应用
  
    由于基于Microsoft 的Windows Media Service建立远程教育系统投入少，建设时间短，使用简单，易于维护。目前国内大部分远程教育系统中的课件都是选择Microsoft公司提供的Windows Media直接进行制作或利用它提供的SDK进行二次开发。Windows Media Service系统使用的流媒体格式是ASF(Advanced Streaming Format),系统由三部分构成:媒体服务器(Windows Media Server)、客户端媒体播放器(Windows Media Player)、媒体文件制作工具Windows Media Tools(包括媒体编码器――Windows Media Encoder、ASF文件制作工具――Media author和ASF文件编辑工具――Media ASF Indexer)。其网络教学系统的具体实现如下:
  
    同步教学
  
    同步教学也就是实时教学，一般的情况下其实现过程如下:实时教学开始后，通过摄像头和麦克风现场采集教师讲课的视频和音频作为Encoder输入，经编码计算机编码为ASF流，并发送到Windows Media服务器，然后Windows Media服务器启动station Service服务模块，通过多播发布ASF流，学生用Windows Media Player接受和播放ASF流。但是为了达到真正的“面对面”教学，课件制作中可以相应地增加所需的功能，为了达到交互性，例如在课堂上回答问题或讨论问题。教师控制发言权，得到教师的允许后，学生可以回答问题或同其他同学交流来讨论问题。
  
    此外，Microsoft的NetMeeting 3 SDK提供了开发NetMeeting的客户端的应用程序接口。NetMeeting实现了ITU-T的实时多点数据链接和会议的T.120协议和实时多媒体视频会议的H.323协议。可以选择使用NetMeeting的COM API,COM API提供了视频会议的控制管理、视频和音频传输、用户界面等COM对象。采用COM API可以根据实际需要定制NetMeeting的客户端，实现更加灵活的实时授课系统。
  
    异步教学
  
    异步教学系统主要是课件点播，该功能使得学生可以向服务器请求特定课件数据流的播放，学生可以自行选择学习内容，不受时间地点的限制，并且可以控制开始、暂停、前进和后退等播放过程。其实现如下:首先要制作课件，课件的制作有两种方式，一种是在教师端用Windows Media Encoder将教师的授课实况直接制作成ASF文件;另一种是在装有Media Tools三计算机上用Media Author将录制好的音频信息和图片等媒体信息编辑在一起形成ASF文件，生成ASF文件后，接着用Media ASF Indexer对ASF流中加入流的名称(Title)、描述(Description)等信息，它们在ASF流播放时会显示在播放器的信息窗口之中;对ASF文件进行编辑管理，设置文件的长短;在ASF流中添加标志(Marker),通过标志浏览器可以快速地跳转到指定的位置;在ASF流中添加URL类型的描述(Script),当播放器播放到该ASF文件时的Script位置时，播放器会自动地启动Internet的浏览器并连接到指定的URL。
  
    把处理好的ASF文件放到媒体服务器的发布点上，然后就可以发布ASF文件。这时，媒体服务器启动Media Unicast Serrlice服务模块，并且工作在On Demand Unicast模式下，用MMS协议发布ASF文件。最后，学生端可以使用Windows Media Player和相关媒体播放器接收和播放信息。
  
    结论
  
    流媒体技术作为一种新的网络技术，现已表现出强大的生命力，给我们生活带来了新的变化。它在教育领域的应用，已给传统教育注入了新的生命力。网络教育的流媒体化能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生学习体系，实现教育的跨越式发展，具有重大的现实意义。