流媒体技术与教育

张 勇

1 流媒体技术

在当今社会,人们对网络技术都有了一些感性的认识,流媒体技术是一种依附于网络的传输技术。早期的多媒体文件需要从服务器上下载后才能播放。由于多媒体文件一般比较大,一个典型的MPEG-1编码视频节目,1分钟的数据为11.3 MB,由于受到网络带宽的限制,很难满足视频信息传输的实时性要求,从而限制人们在互联网上使用多媒体数据进行交流,导致难以推动Internet视频信息的全面应用。在这种情况下,更直观、更丰富的信息表现形式­——流媒体技术便应运而生。

流媒体是一种可以使音频、视频和其他多媒体在Internet上以实时的、无需下载等待的方式进行播放的技术。流媒体文件格式是支持采用流式传输及播放的媒体格式。流式传输方式是将动画、音频、视频等多媒体文件经过特殊的压缩方式分成一个个压缩包,由视频服务器向用户计算机连续地、实时地传送信息。在采用流式传输方式的系统中,用户不必像非流式播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到其中的内容,而只需经过几秒或者几十秒的启动即可在用户的计算机上利用相应的播放器或者其他的硬件、软件对压缩的动画、视频、音频等流式多媒体文件解压后进行播放和观看,多媒体文件的剩余部分将在台后从服务器继续下载。

1.1 流媒体系统的组成流媒体是由不同的软件组成的,这些软件在各个不同的层面上互相通信。基本的流媒体系统包括3个组件:编码器(Encoder),用来将原始音频视频转换为流格式数据的软件;服务器(Server),用来向用户发送流媒体的软件;播放器(Player),用来观看或者收听流媒体的软件。编码器、服务器和播放器作为流媒体系统的3大基石,相互之间通过特定的协议互相通信,按照特定格式相互交换文件数据。

1)编码器,在观看或收听流媒体之前,把原始的音频、视频文件先转换为流格式,以便在因特网上传播,这就是所谓的“编码”。编码过程包括两部分工作。一是要在尽可能保证文件原有声音影像质量的情况下,降低文件的数据量;二是要按照容错格式将转换后的文件打包,以避免数据传输时发生丢失。

2)服务器,文件在编码之后,即被存放在流媒体服务器上。流媒体服务器同普通的Web服务器一样,都是在处理来自客户端的请求。但是,与普通Web服务器不同的是,普通Web服务器在将网页发送到浏览器上之后,彼此之间的通信便结束了。而流媒体服务器在流媒

体传输期间,则必须同用户的播放器保持双向通信。因为用户很有可能会暂停或者快放该文件,因此,这种双向通信是必须的。

3)播放器,流媒体播放器是一种能够与流媒体服务器通信的软件,这种软件能够播放或丢弃收到的流媒体。流媒体播放器既可以像应用程序那样独立运行,也可以作为Web浏览器的插件。流媒体播放器通常都提供对流的交互式操作,比如播放、暂停、快放等。某些播放器还提供一些额外功能,比如录制、调整音频或视频,甚至提供文件系统记录你喜欢的流媒体文件。

1.2 流媒体的传输过程流媒体传输的定义很广泛,现在主要是指通过网络传送媒体(如音频、视频)的技术总称。其特定含义为通过Internet将视、音频节目传送到PC机。由于在Internet上的信息传输是以包为基础进行断续的异步传输,对一个实时视频/音频源或者存储的视频/音频文件,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,甚至先发的数据包可能后到。为此,流式传输的实现需要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。

1.3 流媒体的播送根据客户端从流媒体服务器接收数据包的方式可以分为单播和多播,根据客户端与流媒体服务器之间的关系可以分为点播和广播。

1)单播。单播是客户端与服务器之间建立一个点到点的单独数据通道,在流媒体播放的过程中,从一台服务器送出的数据包只能传递给一个客户机,所以,只有当客户端发出请求时,流媒体服务器才向客户端发送数据。

2)多播。多播也称为组播,多播是一种多地址广播,服务器与客户端之间是一对多的关系,在流媒体播放的过程中,服务器只向一组特定的用户发送一个数据包,组中的各个用户可以共享这个数据包,而组外的用户则无法接收。在使用多播方式时,原来由服务器承担的重复的数据分发工作被转移到路由器中完成,路由器将从服务器接收的数据包向一组特定的用户转发,每个用户组只有一个多播流。在这种方式下,客户端在接收多播流时只需要向本地的路由器发送请求就可以了。

3)点播。点播是客户端与服务器之间的主动连接,是用户的主动行为。在点播的过程中,用户可以对影音文件进行开始、停止、快放等控制。点播是通过单播的方式从服务器接收数据。

4)广播。与点播中用户的主动行为不同,广播是一种客户端被动接收数据的播放方式。在广播的过程中,用户不可以对影音文件进行开始、停止、快放等控制。广播可以分为两类,分别是广播单播和广播多播,两种都是被动的。

2 流媒体技术在教育中的应用

2.1 网上在线直播课堂 流媒体技术可以利用网络来直播课堂教学现场的内容,学生可以在网络的任何一个接入点都能实时观看到现场直播教学。基于流媒体的在线直播教学不需要事先录制媒体文件,而是采用实时生成的多媒体流的方式直接进行广播,而且还可以实时直播电子文档和电子屏幕信息,做到视频/音频信息和电子文档直播信息完全同步。

2.2 网上点播自主学习对于不能参加网上在线直播课堂参加学习的学生,可以将各种教学内容转换成流式媒体文件并存储在流媒体服务器中,组成教学资源库。学生可以根据自己的实际情况,选择合适的时间,通过上网浏览进行自主学习,方便、快捷地调用所需的流媒体教学信息。同时,学生可以根据自己的具体情况控制个人的学习进程,例如对学习内容进行快倒、快进、暂停等多种交互控制。

2.3 双向视频交流在传统的远距离教育中,因为时间与空间的间隔,教师与学生之间、学生与学生之间无法进行有效的交流与讨论,与一般的在校教育相比教学效果会受到很大的限制。而利用流媒体的视频会议或可视电话功能,使得异地教师、学生也可以进行网上交流、讨论等活动,教师与学生之间可以进行实时的交互式学习,从而营造良好的学习氛围,激发他们的创造性灵感,培养他们的创造性思维。

3 小结

流媒体技术作为一种新的媒体传播技术,给我们生活带来了新的变化。而其在教育领域特别是远程教育中的应用,已给传统教育注入新的生命力。现代远距离教育是现代教育的重要手段,而网络、流媒体技术则是现代远距离教育必不可少的应用技术。相信随着宽带流媒体技术的发展,流媒体这种集多媒体与网络技术优势于一体的新型媒体技术,必将成为重要的现代教育媒体传输技术,对推动现代远距离教育的发展普及起到重要的作用。