流媒体技术及其在远程教学中的研究

2022-09-10

目前, 我国基于网络的远程教学模式主要是在一些静态网页的基础上, 以脚本语言编写动态控制的形式发布网络教育信息, 但这已不能满足人们的最新需要, 人们希望能在师生之间不受时空限制地进行对话, 能进行视/音频课件的播放。流媒体技术的迅速发展使远程教学的发展上了一个新的台阶。

流媒体技术出现之前, 网上提供的用于娱乐或远程教学用的视/音频文件都要从相应的服务器上下载后才能播放, 但因受网络带宽的限制, 下载时间较长, 延迟较大, 对于视频点播、远程教学等对实时性要求较高的相关应用来说不实用, 而流媒体技术具有一边接收一边播放的特点, 用户不需要等到文件全部下载完毕, 只要经过很短的启动延时就能观看或收听, 大大节约了用户计算机上的存储空间。

1 流媒体技术简介

现今有很多技术都能在网络上发布视/音频信息, 但一般都要求用户先将相应文件下载到本地磁盘, 然后用媒体播放器进行播放。这些文件所包含的数据量一般都比较大, 当用户接入网络的速度较低时, 即使是一个很短的视/音频文件, 下载时都可能要经过很长的时间, 而且, 下载后还要占用大量的本地资源。

流媒体技术是一种可以将视/音频文件在网络上以实时、在线的方式进行观看或收听的技术, 是集流媒体数据的采集、压缩、存储、传输, 以及网络通信等技术为一体的新兴技术。采用这种技术之后, 用户在播放之前没有必要下载整个视频或音频文件, 只要把开头涉及的相关内容装到内存中, 经过极短的启动延时之后就可以进行观看或收听。当声音、图像等实时信息在客户机上播放时, 后续部分会在后台从服务器端继续下载, 另外, 流媒体数据在客户端播放结束之后, 用户不会将它保存在自己的电脑中, 这也有利于对媒体数据版权的保护。

任何一个实时视/音频 (A/V) 源或已存储的A/V文件, 在网上进行传输的过程中都会被分解为许多包, 而每个数据包选择的路由有可能不同, 因而到达客户端的时间也有可能会造成错乱。为此, 在进行流式传输时要引入高速缓存, 并保证数据包到达客户端的正确次序, 从而使相应数据连续输出, 而不会因为网络的暂时拥塞而影响播放效果。在采用缓存技术时会减少传输过程中的数据延迟, 从一定程度上保证了数据播放的实时性, 满足了客户的要求。通常, 高速缓存所需的空间并不大, 因为可以通过丢弃已经播放的内容, 空出一部分高速缓存的空间, 从而继续缓存将要播放的内容。

流媒体传输采用了特殊的压缩/解压缩技术, 流媒体文件在播放时, 相应的播放器对文件进行解压。文件在进行压缩时, 在不影响播放质量的前提下, 可以舍弃一些不必要的数据, 因此流媒体文件会比其他类型的媒体文件小得多。

2 流媒体的播放方式

流媒体的播放主要可以采用以下几种方式: (1) 单播:客户机与服务器之间用点对点的连接, 需要建立独立的数据传输通道。在这种方式下, 服务器要向各个用户发送所申请的数据包拷贝。这样必将造成服务器沉重的压力, 用户的等待时间通常也较长。 (2) 组播:允许路由器一次将数据包复制在多个通道上。一个服务器能对多个客户机同时发送连续数据流而不产生延时。而且, 服务器只要发送一个数据包, 所有发出请求的客户端都能共享这个数据包, 减少了网上传输的数据包总量, 提高了网络资源的利用率。 (3) 点播与广播:点播是客户与服务器之间的主动连接, 用户可以暂停、后退、或快进, 提供了对数据流的最大控制, 但每个客户端必须分别向服务器提出请求, 会迅速用完带宽;广播是指用户被动地接收数据流, 而不能控制流。在广播方式下, 单独一个数据包的拷贝将被发送到网络中的所有用户, 不管用户是否需要。

3 流媒体技术在远程教学中的研究

以前, 远程教学中的大部分资源都以静态文本的形式存在服务器上, 缺乏交互性, 效果不理想。现在, 学生可以借助流媒体技术, 边下载边播放, 实现高效的远程教学。

流媒体技术的核心是ASF, ASF是一种数据格式。音频、视频以及控制命令脚本等多媒体信息通过ASF格式以数据包的形式在网络上传输, 实现流媒体内容的发布。网络上传输的内容被称为ASF Stream。ASF支持任意的压缩/解压缩编码方式, 并能采用任意的网络传输协议, 灵活性好。

远程教学中的流媒体课件可以由流媒体和老师的课件组成, 流媒体的采集制作可以通过Windows Media、Quicktime等工具加工生成ASF流文件。流媒体课件制作的关键在于流媒体与讲稿的配套与同步。流媒体课件可以采用框架网页的形式, 在左框架中嵌入Windows Media player接收ASF流, 右框架中导入教师制作的课件。使流媒体与相关课件同步的方法有很多, 最简单的方法是给ASF流加入一些标记, 再根据标记定位到相应的课件, 使流媒体与课件之间能够同步。

流媒体远程教学平台一般含远程教学中心、网络和远程教室三部分。其中, 远程教学中心的Web服务器主要负责网上教学事务的管理和网络课件的传输, Media服务器负责对流式课件进行存储和发布。对流式课件的发布可以采用点播的方式, 同时支持讲座的实时广播和单播。远程教室学生机需装有Windows Media Player插件。学生机在网页上通过相应资源的URL, 向服务器发出请求, 服务器收到请求后进行回应并传输网络资源, 用户在客户端启动相应的媒体播放器进行观看和收听。

远程教学系统采用流媒体技术可提供以下功能: (1) 多媒体教室:学生在多媒体教室里, 能在资源库中任意点播自己感兴趣的内容进行自学。在播放视频或音频文件时, 可以控制实现暂停, 快进等功能。 (2) 辅助教学:教师在授课前, 可预先将与学习内容相关的视/音频文件存储在服务器中, 授课时通过点播的方式给全体学生播放, 同时, 可以提供多个教室同时点播的功能。 (3) 在线答疑:学生遇到问题时, 可通过系统中提供的多媒体技术, 实现“面对面”的答疑。 (4) 数字图书馆:教师和学生可查询网络图书馆里包含的视频或音频文件, 并通过网络借阅观看。