流媒体课件点播系统的实现

2022-11-26

流媒体技术在远程教育中已日益广泛地加以应用。采用流媒体技术的Internet远程教育可以进行交互式教学, 教师与学生之间可以互相提问, 学生之间可以互相探讨, 也可以将授课内容录制后让学生使用流媒体的V O D技术进行点播。流媒体 (Streaming Media) 指的是在因特网上以数据流的方式实时发布音、视频多媒体内容的媒体, 音频、视频、动画或者其他形式的多媒体文件。是在流媒体技术支持下, 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下载完成就可以即时观看。

1 流媒体技术的原理

流式传输的实现需要缓存。因为internet以包传输为基础进行断续的异步传输, 对一个实时a/v源或存储的a/v文件, 在传输中它们要被分解为许多包, 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, 甚至先发的数据包还有可能后到。为此, 使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响, 并保证数据包的顺序正确, 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。

流式传输的过程一般是这样的: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;然后客户机上的web浏览器启动a/vhelper程序, 使用http从web服务器检索相关参数对helper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、a/v数据的编码类型或与a/v检索相关的服务器地址。a/vhelper程序及a/v服务器运行实时流控制协议 (rtsp) , 以交换a/v传输所需的控制信息。与cd播放机或vcrs所提供的功能相似, rtsp提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。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 (一般可认为客户程序等同于helper程序) , 一旦a/v数据抵达客户端, a/v客户程序即可播放输出。

2 WebVOD流媒体平台的系统组成部分及功能

WebVOD流媒体平台系统是一套数字化视频点播服务系统, 采用了最新的视音频压缩技术和流媒体技术, 可为用户提供先进的视频点播、视频直播/广播、媒资保护等现代化管理服务。在宽带网络环境中为用户提供简洁、流畅、画面质量高的视频服务。系统具有交互式操作, 高智能性的特点, 克服了传统电视单向动作的局限性。WebVOD流媒体平台系统基于B/S架构, 只要将系统软件与网络硬件系统相结合即可提供服务。操作界面采用统一的Web界面, 在网络上的任何有权限访问该服务系统的用户, 均可通过Web浏览器进行点播访问。用户可以根据需要通过网络点播或接收直播视频内容, 不受时间、地域限制。WebVOD流媒体平台网络硬件系统主要由视频点播服务器、数据库服务器、存储设备、认证服务器和网络设备构成。

视频点播服务器是整套WebVOD流媒体系统的核心, 由一台或多台高可靠性、高稳定性的高档流式服务器组成, 主要负责对视频节目流进行管理, 响应来自各客户端的点播请求, 经过请求验证后, 将视频流“推”向有点播请求的客户端。视频点播服务器具有强大的视频流处理能力与吞吐能力, 能够充分保证每个节目流的输出独占足够带宽, 其主要功能如下:视频流控制及调度;大容量影视节目的存储管理;视频节目检索与更新;处理用户的点播请求;稳定持续的视频流输出。

视频点播服务器应基于W i n d o w s、Unix/Linux平台, WEB服务Apache2.x, 采用内容分布式、服务集群、负载均衡、热机备份技术, 满足大容量用户并发访问。同时具有较好的整体可扩展性及兼容能力, 支持平滑的、方便的系统升级与扩容。还应该支持DRM数字版权加密认证, 可以实现对点播及直播视频流的加密, 实现下载后影片的认证播放。

数据库服务器作为数据管理的控制者, 负责所有数据信息的存储、查询、统计, 存储客户端在点播期间所有信息, 为系统管理提供原始数据, 支持节目数据库、用户信息数据库等。存储设备由一组或多组大容量SCSI高速硬盘组或磁盘阵列组成, 与专业视频服务器相连, 用于存储数字视频节目, 存储容量根据存入节目多少而定。应支持MPEG-1 (mpg、dat、mp3) 、MPEG-4 (avi、asf、wmv) 、Real (rm、rmvb) 等多种媒体格式。同时支持所有非媒体流格式, 如Word文档、PowerPoint幻灯片、课件、Flash文件、可执行文件等。

认证服务器作为用户连接认证、计费的控制者, 采用可靠的认证技术, 灵活的计费策略, 支持多种计费方式:如包月方式;按次计费;按流量计费;按时间范围计费等功能。

在用户量大, 视频广播点播系统需要进行大流量数据并发, 而某台服务器的服务能力又无法满足要求时, 可以通过冗余服务器的重定向处理技术来解决这个难题。所谓冗余服务器, 是指与主服务器装有完全相同的视频服务程序, 能提供流媒体数据传输的视频服务器。实际情况是:当主服务器对用户所提供的视频点播服务达到饱和时, 可把某些节目制作到另外的服务器作为冗余, 并指令冗余服务器对用户提供这些节目的数据传输服务, 以减轻主服务器的负担;或者当主服务器上有多块网卡时, 可把相同的节目设置到不同IP地址的网卡上, 让不同的网卡对这些节目进行数据传输。

冗余服务器的具体工作原理是:当大量的用户访问视频广播点播系统, 发出对视频节目的点“Server1”的并发流或带宽已达到饱和, 视频服务器“Server1”会自动重定向到另一台与其装有同样数据的视频服务器“S e r v e r 2”, 由视频服务器“Server2”进行数据并发, 当视频服务器“Server2”的并发流或带宽也达到饱和时, 会同样重定向到另一台视频服务器, 依此类推, 直至重定向到视频服务器“ServerN”。

3 流媒体教学平台的建设

3.1 流媒体平台架构

(1) 采集端:课程的直播系统主要是进行教学现场的直播和现场活动的直播, 直播信号通过WebLIVE视频直播模块采集系统编码压缩, 通过局域网上传到中心机房, 实时发布。采集同时, 将直播的数字信号存储为AVI文件, 上传到放置在视频点播服务器内, 供客户端的学员进行事后的点播。

(2) 发布端:内部发部是通过组播实现, 同一网段进行一路信号的组播。并上传一路至总部的总中心机房, 不同教室的学生可以局域内观看。

3.2 网络拓扑图 (图1)

3.3 流媒体平台合理贴切的后台管理

使用V I E W G O O D流媒体服务平台支持NP、SP/CP、超级管理员、终端用户五种角色。每种角色均可提供多用户远程管理。

系统支持对会议、业务培训、活动、影视等内容划分级别, 以及用户分级功能, 系统限制只有当用户级别大于对应节目级别的时候, 该用户才可以访问该级别的影片。如中层管理人员可以访问的权限和高级管理人员的访问权限, 在系统中可以设定相应的区别。

节目级别可任意定制, 级别数量不限。VIP用户可以看到所有级别的节目, 而普通用户只能看到开放的级别的节目。

3.4 本系统具有两个突出的特点

(1) 方便灵活:网上课件点播最大的优点是它跨越了时空的界限, 解放了以往教学活动对教员和学员双方的束缚。只需要一台连网、装有通用浏览器的电脑, 教学活动可以在任何时间进行;

(2) 通用高效:由于采用了网上发布课件方式, 大大节约了教员的时间, 学员也可以按照自己的需求学习课程。由于系统的特别设计, 对不同的课程系列和不同的平台都是通用的。

同时, 本系统还存在着一定的欠缺和不足, 需要作进一步的改进。

摘要：21世纪以来, Internet网络通讯技术的飞速发展, 已对人类日常生活和工作方式产生了深刻的影响, 同时也对传统的教育教学模式产生了极大的挑战。网上教学、网络课程的开发已成为教育技术界同仁讨论的中心论题和21世纪教育改革发展的新趋势。而当今世界, 科学技术的迅猛发展, 使得知识经济已见端倪, 知识经济呼吁创新教育, 要求我们变革传统的教育教学模式, 发展学生的创新意识和创造性思维的能力, 培养创新性人才。为了更好的实现和利用远程教育这种教育形式, 对远程教育关键技术及其应用的研究是值得我们共同探索和思考的问题。本文重点探讨流媒体技术在远程教育中的应用方式。

关键词：网络教学,流媒体,在线点播