网络教学中的流媒体技术应用

2023-01-11

Internet的迅猛发展和普及为流媒体业务的发展提供了强大的市场动力。目前, 流媒体技术广泛用于多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网信息服务的方方面面, 为网络信息交流带来了革命性的变化。

1 流媒体技术概述

1.1 流媒体技术的定义

流媒体技术, 也称为流式媒体技术 (Stream Media) , 就是把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, 而不需要等要整个多媒体文件下载完成就可以即时观看的技术[1]。

那什么是流媒体呢?所谓流媒体是指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续媒体, 例如;音频、视频、动画或其它多媒体文件。在上网时, 我们看到的FLASH动画就是一种形式的流媒体。

1.2 流媒体文件格式

为适合在网上边下载边播放, 流媒体文件的格式是经过压缩编码的, 即先将文件数据进行解压缩, 再重新进行数据位的编排, 如图1所示:一方面, 在编码时, 还需要向流媒体文件中加入一些其它的附加信息, 例如计时、压缩和版权信息。目前Internet上有多种流式媒体格式, 主要以Realnetworks公司、Microsoft公司、Apple公司等为主要竞争。下表为各公司开发的流媒体文件格式。

1.3 流媒体技术传输特点

在传输过程中, 首先要对文件进行压缩处理, 然后将压缩处理后的多媒体文件分成一些小片段 (Clip) , 当用户端发出请求后, 服务器会连续、实时地传送这些小片段, 用户可以利用播放器对这些小片段进行解压, 继而播放和观看;同时, 后继的小片段继续在后台从服务端以稳定的速率向用户发送, 而不影响前台的播放。

目前实现流媒体传输主要有两种方法:顺序流 (progressive streaming) 传输和实时流 (realtime streaming) 传输。顺序流传输是按数据的先后顺序进行传输, 在下载的同时用户可以在线播放多媒体数据, 但在给定时刻只能观看已经下载的部分, 用户不能快进或后退, 也不能在传输期间根据网络状况对下载速度进行调整。由于它基于HTTP协议, 因此也常常被称作HTTP流式传输。实时流式传输保证媒体信号带宽能够与当前网络状况相匹配, 从而使得流媒体数据总是被实时地传送, 用户可以通过快进或者后退操作来观看前面或者后面的内容。与顺序流传输不同的是, 实时流传输需要用到特定的流媒体服务器, 而且还需要特定网络协议的支持。

与传统的网络多媒体技术相比, 流媒体技术的优势是显而易见的。下表就传统多媒体技术与流媒体技术在传输延时、传送速率、实时控制、存储空间、用户交互性、媒体服务质量、媒体播放方式等方面作了比较。

2 流媒体技术在网络教学中的应用

2.1 促进教育电视的发展

教育电视在教学中具有“提供多种感官刺激、具有丰富的表现力、教学过程的可分离性”等多方面优点, 因此, 传统教育电视是传统远程教育的排头兵。然而, 传统教育电视存在着明显的不足, 如缺乏双向沟通的渠道, 师生间往往不能进行多方面交流;在课程难易程度、学习的时间、地点等方面, 学习者没有主动选择权等。

信息技术的飞速发展使电视技术产生了巨大的变化。计算机网络技术的出现, 改变了传统教育电视的“单向、线性”结构, 使计算机网络上传输的视频信号集视频信息的直观性、计算机的交互性、网络的分布性及有关的通信技术的优势集于一体, 实现了视音频信号的数字化、网络化存储、处理、传输。

2.2 推动现代远程教育网络体系的构建

以网络技术为基础的现代远程教育系统主要由同步远程教学和异步远程教学两大部分组成。同步远程教学是模拟真实课堂教学方式而形成的双向实时交互式的网上教学, 将教师授课内容及教学情景实时传送到学生端, 同时学生在远端可以回答教师提出的问题或向教师提问, 教师在授课时可看到学生端的全貌。异步远程教学则采用基于网络技术的多媒体教学平台, 将教学课件或信息存入信息服务器中, 学生可通过网络接入多媒体教学服务网, 以点播方式进行课件的下载。

2.2.1 异步远程教学的实现

异步远程教学的实现需要将制作好的课件放在网上供学习者随时浏览学习。课件主要以视频和声音为主, 同时以文字、图像加以说明。学习者在使用时必须先将多媒体课件下载到本地计算机再进行播放, 这种方式存在着三个突出的问题[2]; (1) 一般的多媒体课件容量较大, 下载完整个课件需要等待很长的时间; (2) 把多媒体课件下载到本地计算机, 占用了计算机的存储空间; (3) 一些用户可能会对下载的资料进行再传播, 因此制作单位的知识产权有可能受到损害。

流式多媒体课件是基于流媒体技术的多媒体课件, 它具有以下特点:

·资源共享, 访问不分时间地点

·等待时间短, 与文件大小无关

·访问方便, 交互性强

·客户端操作简单, 系统使用方便

·无需下载流媒体课件, 保护了制作单位的知识产权

因此, 流式多媒体课件的出现解决了以上三个及待解决的问题。

2.2.2 同步远程教学的实现

同步远程教学系统是通过Internet将教师端 (教师授课的设备) 和学生端 (学生听课教室的设备) 连接在一起, 它支持多个教师端和多个学生端, 每个学生端在同一时间只能和一个教师端相对应, 而一个教师端可同时和多个学生端相对应。在授课时, 信息通过教师端的网络交换机与Internet相连进行网络传输。在学生端, 通过投影或电视将接收的信息呈现出来, 从而达到“面对面”授课的教学效果。

从表2中我们可以看出, 流媒体技术在传输延时、传送速率、实时控制、存储空间、用户交互性等方面均优于传统的多媒体技术。流媒体技术对同步远程教学的最大贡献是实现了网上实时内容的同步传输和播放, 我们可以采用“带有控制的视频流”技术和高性能的视频文件系统技术, 提供在线的高质量的视频观看、课程讲座, 从而可建立教师与学生、学生与学生之间的实时交互。

虽然不同的流式课件在结构和模板的使用方面会有一些差别, 但总体上都包以下几部分[3]:

视频区:用于放置教师讲课形象、声音的流媒体视频文件, 具有时间进度条以及播放、暂停、停止、快进、快退等视频控制按钮。

标题区:注明了课程名称、制作单位、主讲老师等信息;用于放置课程的章节目录, 一般采用树状折叠式菜单, 并同步高亮显示当前讲课进度;点击相应目录可在不同章节之间和知识点与知识点之间进行切换。

讲义区:用于放置授课教师的电子板书、辅助资料, 支持公式、图表、图片、动画等教学教材, 多数支持txt、doc、ppt、html、jpeg、gif、swf等文件格式;还可以具有超链接功能, 将相关资料采用弹出页面方式显示;还具有翻页功能, 在观看视频的同时, 可翻看前后页面, 甚至支持电子教鞭等功能;

字幕区:同步显示老师讲课字幕, 可以同时支持中、英文字幕。

这样, 学习者在网上不仅可以看到教师的生动讲解, 而且还可以看到内容提要、章节提示和教学内容等, 最重要的是学生可以现场与教师对话交流、可以和其它学员进行协作学习、可以随时随地进行自主学习, 极大地促进了网络远程教学的发展。