流媒體技術(shù)在氣象遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用

1、流媒體技術(shù)在氣象遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用鹿瑤1   韓飛2（1西藏自治區(qū)氣象局 培訓(xùn)中心，拉薩 850000；2中國(guó)氣象局 遠(yuǎn)程教育中心，北京 100081）     摘  要  本文介紹了流媒體技術(shù)在中國(guó)氣象遠(yuǎn)程網(wǎng)中課件點(diǎn)播系統(tǒng)的應(yīng)用。分析了流媒體技術(shù)的特點(diǎn)及流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程教學(xué)中的應(yīng)用。以中國(guó)氣象遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)為依托，研究流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教育中的應(yīng)用，從系統(tǒng)軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)著手，利用PowerCreator構(gòu)建了課件點(diǎn)播系統(tǒng)。實(shí)踐證明流媒體課件點(diǎn)播系統(tǒng)可以很大程度提高遠(yuǎn)程教學(xué)效果。    關(guān)

2、鍵詞  遠(yuǎn)程教育；流媒體；課件點(diǎn)播 1  引言    遠(yuǎn)程教育是學(xué)生與教師、學(xué)生與教育組織之間主要采取多種媒體方式進(jìn)行系統(tǒng)教學(xué)和通信聯(lián)系的教育形式，是將課程傳送給校園外的一處或多處學(xué)生的教育。作為一種新型的教學(xué)模式，在世界各國(guó)受到普遍重視，得到了飛速發(fā)展，它是對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式的創(chuàng)新和發(fā)展。現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育則是指通過(guò)音頻、視頻（直播或錄像）以及包括實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)在內(nèi)的計(jì)算機(jī)技術(shù)把課程傳送到校園外的教育。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與多媒體技術(shù)的發(fā)展為遠(yuǎn)程教育提供了廣闊的發(fā)展空間。    流媒體是一種新的媒體傳送方式，近年來(lái)發(fā)展迅速，被

3、廣泛地用于網(wǎng)絡(luò)音、視頻的傳輸和播放，它使得在窄帶互聯(lián)網(wǎng)上高效、實(shí)時(shí)地傳播多媒體信息成為可能。借助流媒體技術(shù)，遠(yuǎn)程教學(xué)中的視頻或音頻媒體被壓縮成流式文件，存放在流媒體服務(wù)器中，配合Web服務(wù)器上的圖文教學(xué)信息，通過(guò)Web瀏覽器查詢(xún)與點(diǎn)播，有效解決文件傳輸延遲較大的問(wèn)題。流式傳輸因其良好的實(shí)時(shí)性和交互性，較多應(yīng)用流媒體技術(shù)開(kāi)展課件點(diǎn)播和音、視頻實(shí)時(shí)課堂等教學(xué)活動(dòng)。本文主要介紹中國(guó)氣象遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)應(yīng)用流媒體技術(shù)構(gòu)建的課件點(diǎn)播系統(tǒng)。2  流媒體概述2.1 流媒體的概念    流媒體技術(shù)就是應(yīng)用流技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)亩嗝襟w文件，而流技術(shù)就是把連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過(guò)壓

4、縮處理后放上網(wǎng)站服務(wù)器，讓用戶(hù)一邊下載一邊觀(guān)看、收聽(tīng)，而不需要等整個(gè)壓縮文件下載到自已機(jī)器后才可以觀(guān)看的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。2.2 流媒體播放方式    （1）單播方式：一臺(tái)服務(wù)器傳送的數(shù)據(jù)包只能傳遞給一個(gè)客戶(hù)機(jī)，媒體服務(wù)器必須向每個(gè)用戶(hù)發(fā)送所申請(qǐng)的數(shù)據(jù)包，多個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式結(jié)合。    （2）組播方式：允許路由器將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個(gè)通道，客戶(hù)端共享一個(gè)數(shù)據(jù)包，按需提供。    （3）點(diǎn)播方式：客戶(hù)端與服務(wù)器主動(dòng)連接用戶(hù)通過(guò)選擇內(nèi)容項(xiàng)目來(lái)初始化客戶(hù)端連接。    （4）廣播方式：用戶(hù)被動(dòng)

5、接受流，客戶(hù)端接受流，但不能控制流。數(shù)據(jù)包的單獨(dú)一個(gè)拷貝發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶(hù)，不管用戶(hù)是否需要。3  課件點(diǎn)播系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)    課件點(diǎn)播系統(tǒng)分為三部分，課件制作、課件發(fā)布、課件點(diǎn)播，參見(jiàn)圖1。圖1  課件點(diǎn)播系統(tǒng)組成部分3.1  課件制作    課件制作包括課件錄制、編輯等，本系統(tǒng)采用Powercreator進(jìn)行錄制、編輯，如圖2所示。圖2課件實(shí)時(shí)錄制系統(tǒng)示意圖    該系統(tǒng)具有以下功能特點(diǎn)：    1）捕獲動(dòng)態(tài)屏幕、圖像與語(yǔ)音 

6、   能夠?qū)⒂?jì)算機(jī)屏幕內(nèi)容，包括鼠標(biāo)運(yùn)動(dòng)軌跡、電子白板內(nèi)容等完全錄制下來(lái)。PowerCreator 軟件在錄制屏幕內(nèi)容時(shí)，具有三個(gè)特點(diǎn)：只占用非常少的 CPU 資源，不影響其他程序的運(yùn)行；壓縮率很高，占用磁盤(pán)空間小；屏幕捕獲幀率高，可以達(dá)到30幀每秒。實(shí)時(shí)采集教師的圖像與聲音，并進(jìn)行壓縮處理后存盤(pán)，占用磁盤(pán)空間小。    2）課件剪切     用PowerCreator錄制好課件后，可以對(duì)課件進(jìn)行任意的剪切，刪除無(wú)用的部分，而且視頻與講稿是同步剪切。     3）圖像與聲音的監(jiān)視功能

7、    在錄制課件之前以及錄制課件的過(guò)程之中，都提供了圖像以及聲音的預(yù)覽與監(jiān)視功能，這樣能夠保證課件的錄制效果，不會(huì)出現(xiàn)“靜音課件”現(xiàn)象。     4）操作簡(jiǎn)單    對(duì)授課老師的要求是：將教案編寫(xiě)成電子文檔，并能夠用計(jì)算機(jī)授課。無(wú)需學(xué)習(xí)其他軟件，無(wú)需改變教學(xué)習(xí)慣。    采用PowerCreator是因?yàn)樗n件錄制、編輯于一體，簡(jiǎn)潔易用，可以快速滿(mǎn)足培訓(xùn)需要。3.2  課件發(fā)布    本系統(tǒng)選擇Microsoft Media Ser

8、ver作為課件發(fā)布平臺(tái)，Windows Media Services 9加入了新設(shè)計(jì)，使服務(wù)器更加靈活、統(tǒng)一了核心組件并簡(jiǎn)化了管理過(guò)程。服務(wù)器操作系統(tǒng)安裝Windows Server 2003，集成Windows Media Service管理單元，可以完全控制服務(wù)器，并使用MMC管理控制臺(tái)管理多組WindowsMedia服務(wù)器。它具有單播和組播兩種發(fā)布方式，根據(jù)客戶(hù)端要求又可分為點(diǎn)播和廣播。當(dāng)采用組播技術(shù)時(shí)，將一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)直播流同時(shí)傳遞給多個(gè)客戶(hù)端，而不需要為每一個(gè)客戶(hù)端的連接發(fā)送一個(gè)單獨(dú)的數(shù)據(jù)流，客戶(hù)端只需連接到這個(gè)數(shù)據(jù)流，而不是連接到服務(wù)器上，就可觀(guān)看直播，從而降低了使用帶寬。圖3課件發(fā)布3

9、.3  課件點(diǎn)播    系統(tǒng)對(duì)客戶(hù)端要求較低，可以通過(guò)兩種方式點(diǎn)播課件。一是在客戶(hù)端可以通過(guò)安裝好的Windows Media Player連接Windows Media服務(wù)器，點(diǎn)播需要的流媒體課件。在Windows Media Player中打開(kāi)URL對(duì)話(huà)框并鍵入“mms：/Windows Media server/file.asf”地址即可，也可在瀏覽器的地址欄中鍵入文件地址，實(shí)現(xiàn)課件點(diǎn)播。如果Windows Media服務(wù)器為使用http傳送流式內(nèi)容，則通過(guò)URL地址也可以連接服務(wù)器。通常情況是在html頁(yè)面嵌入Microsoft ActiveX播

10、放控件，用戶(hù)可以通過(guò)瀏覽器打開(kāi)服務(wù)器提供的頁(yè)面，直接播放流媒體文件，實(shí)現(xiàn)課件點(diǎn)播。課件點(diǎn)播過(guò)程如圖4所示。圖4課件點(diǎn)播3.4  課件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)    該系統(tǒng)簡(jiǎn)單易用，只要較少的設(shè)備，不用太多人力，就可構(gòu)建一個(gè)課件點(diǎn)播系統(tǒng)。整體結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5課件系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)4  系統(tǒng)改進(jìn)    在實(shí)際應(yīng)用課件系統(tǒng)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)隨著用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)量增加，系統(tǒng)效率降低，音視頻傳輸延遲較大，甚至部分出現(xiàn)無(wú)限傳輸?shù)却F(xiàn)象。原因在于Windows Media Services不能及時(shí)處理用戶(hù)響應(yīng)，導(dǎo)致用戶(hù)等待，本文從以下兩方面進(jìn)行改進(jìn)。4.1

11、  課件制作方面    本系統(tǒng)使用的課件將屏幕分為三部分：教師視頻窗口、教師授課內(nèi)容窗口、課件內(nèi)容索引窗口，如圖5右半部分所示。音視頻文件約占整個(gè)課件大小的50%，而在實(shí)際播放課件時(shí)，因?yàn)榻處熓峭ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)授課，授課內(nèi)容通過(guò)音頻和計(jì)算機(jī)屏幕展示，很少有肢體語(yǔ)言，用戶(hù)關(guān)注的主要內(nèi)容是教師的聲音和通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕展示的教案，因此在實(shí)際應(yīng)用中弱化視頻流傳輸甚至完全去掉視頻流。分流方法是通過(guò)Windows Media工具對(duì)錄制好的課件中音視頻文件進(jìn)行處理，保留音頻，這樣在進(jìn)行流傳輸時(shí)，只傳輸音頻，減少系統(tǒng)負(fù)載。正常情況下，一段500MB的課件經(jīng)過(guò)分流后，大小約為20

12、0MB，可以將容量壓縮50%左右，大大減少系統(tǒng)負(fù)載。    實(shí)際應(yīng)用中為保持課件的美觀(guān)，可以將視頻部分用教師授課圖片代替。圖6  分流后的課件4.2  應(yīng)用服務(wù)方面    應(yīng)用服務(wù)方面采用分布式課件服務(wù)器作負(fù)載均衡。氣象遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)中員工ID分配是根據(jù)員工所在省份進(jìn)行設(shè)計(jì)，各省有獨(dú)立的ID識(shí)別碼，通過(guò)ID可以區(qū)分員工所在省份。基于此一方面在部分省份設(shè)置分布式課件服務(wù)器作為試點(diǎn)，另一方面在主站增加課件服務(wù)器作負(fù)載均衡，分擔(dān)遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)壓力。設(shè)置分布式課件服務(wù)器前，員工登錄教學(xué)平臺(tái)后，由主站服務(wù)器提供課件訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，員工與主

13、站服務(wù)器直接交互，負(fù)載集中在主站服務(wù)器上；設(shè)置分布式課件服務(wù)器后，員工訪(fǎng)問(wèn)遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)與設(shè)置前發(fā)現(xiàn)沒(méi)有區(qū)別，實(shí)質(zhì)的流程是員工登錄教學(xué)平臺(tái)后，系統(tǒng)根據(jù)員工ID判斷員工所屬省份，指向相應(yīng)的課件服務(wù)器，在員工學(xué)習(xí)過(guò)程中，員工與分布式課件服務(wù)器交互，由分布式服務(wù)器提供課件訪(fǎng)問(wèn)服務(wù)，主站服務(wù)器壓力減小，如圖7所示。圖7  應(yīng)用分布式課件服務(wù)器前后員工學(xué)習(xí)流程示意圖    對(duì)于沒(méi)有設(shè)置分布式課件服務(wù)器的省份，由主站服務(wù)器群提供服務(wù)。因此，基于流媒體的課件點(diǎn)播系統(tǒng)可以描述為，由主站提供應(yīng)用服務(wù)，各省設(shè)置的分布式課件服務(wù)器和主站分布式服務(wù)器群組成的流媒體課件點(diǎn)播系統(tǒng)。&#

14、160;   通過(guò)以上兩方面的改進(jìn)，遠(yuǎn)程教學(xué)網(wǎng)傳輸?shù)氖墙?jīng)過(guò)分流的流媒體課件，相同課件內(nèi)容，傳輸流量減小，同時(shí)分布式課件服務(wù)器承擔(dān)了主服務(wù)器部分負(fù)載，在整體系統(tǒng)性能方面有了一定程度提高。從全國(guó)學(xué)員的反應(yīng)來(lái)看，大大減少了延遲，提高了系統(tǒng)效率，達(dá)到了預(yù)期目的。5  結(jié)論    應(yīng)用流媒體課件點(diǎn)播系統(tǒng)后，學(xué)員可以直觀(guān)明了進(jìn)行學(xué)習(xí)，通過(guò)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)到優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源，同時(shí)教學(xué)管理人員可以方便快捷生成課件，使教與學(xué)可以及時(shí)溝通，很大程度上提高了遠(yuǎn)程教學(xué)效果。參考文獻(xiàn)    1賀乾格.流媒體技術(shù)及其在課件點(diǎn)播系統(tǒng)中的應(yīng)用J.電腦與信息技術(shù)，2006，(2)    2鄧文新.遠(yuǎn)程中流媒體應(yīng)用研究J.開(kāi)放教育研究，2002，(5)    3王秋云，俄燕.流媒體技術(shù)在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用J.電化教育研究，2003，(9)    4李華 等.流媒體技