基于Internet的流媒体传输技术在远程教学中的应用*
2010-08-15王秀芳王琳
王秀芳，王琳
（济宁职业技术学院，山东济宁272037）
基于Internet的流媒体传输技术在远程教学中的应用*
王秀芳，王琳
（济宁职业技术学院，山东济宁272037）
本文探讨了流媒体的工作原理以及流媒体传输技术在基于WWW远程教学中的作用，提出了当前可以采用的两种基于流媒体技术的远程教学解决方案，并以Shockwave技术和Media技术为例，讨论了在Internet上发布、播放流媒体课件的方法。
远程教学；流媒体传输技术；Shockwave；Windows Media
一、引言
计算机技术、多媒体技术的发展以及互联网的迅速崛起，给远程教育带来了新的机遇。从最初的以函授为主的教育方式到基于计算机网络的远程教育方式，经过多年的发展，远程教育技术已经取得了很大的进步。如今利用网络及其相关技术进行远程教学已成为教育实施过程中不可或缺的手段，成为各类学生教育、在职与再就业培训及终身学习的重要途径。但由于受当前网络传输带宽限制和网络协议等的局限，目前我国基于因特网的远程教学系统媒体比较单调，缺乏多媒体特性，而支持实时音、视频交互的教学系统一般局限于高速局域网内。我们应该从课件的技术制作进行研究，突破这些限制，如现在比较流行的流媒体技术就是在课件制作中最为常用的一种技术。它在保证音频、视频、图像、文字质量的前提下，采用流媒体应用工具，根据设定的不同网络带宽频率进行高度压缩，再结合一些相关的信息整合而成多媒体形式的课件。客户端在播放时并不等待整个文件都下载完，而是采用数据流边传送边播送的方式。这样，对于信息量大的多媒体课件，在接入速率较低的情况下，采用边传送边播送的方式可以节省客户端的网络资源，播放起来也较为连贯，获得比较理想的效果。因此，如何利用流媒体技术开发出更加丰富多彩的多媒体课件，为远程教育服务，提高远程教学的质量，将是远程教育领域的一个非常有意义的课题。
二、基于Internet的流媒体传输原理
远程网络教学系统要求能够在Internet上发布多媒体课件，因此就需要有一种突破网络带宽限制的多媒体格式来完成这一使命，那就是流式媒体。其技术的关键在于网络数据传输和客户端播放并行，能够在Internet上播放声音、动画和实现交互控制。
流媒体在Internet上的传输采用流式传输方式。作为一种新的传输方式，流式传输已经成为Internet上交互式多媒体传输的基本方式。流式传输是将整个多媒体文件经过特殊方式的压缩处理，分成一个个压缩包，相对整个文件来说就是一些小片段，当用户端发出请求后，由服务器向用户端连续、实时传送这些小片段，用户端利用解压设备对压缩过的片段解压后进行播放和观看。在用户端播放小片段之前，这些小片段已经存入用户机的缓存，而在播放前一片段的同时，后续片段继续在后台从服务端以稳定的速率向用户端发送，不影响前台播放，所以理论上播放前的延时主要是由于接收、处理第一片段引起的，一旦开始播放就能保证连续性和稳定性。
三、流媒体应用软件
目前，Internet上使用较多的流媒体主要有Rea lNetworks公司的Real Media、Apple公司的QuickTime和Microsoft公司的Windows Media以及Macromedia公司的Shockware。随着流媒体技术在因特网上应用的迅猛增加，越来越多的公司也开始踏足此行业。
（1）Microsoft Media技术支持的ASF、WMV等是目前非常流行的一种流媒体格式，这种文件采用的是MPEG4的压缩方式进行编码，压缩比高，支持动态速率编码（VBR—Variable Bit Rate），从而保证了影像在播放过程中有好的品质。Microsoft Media技术是一个能适应多种网络带宽条件的流式多媒体信息的发布平台，具有操作方便、媒体播放质量好等特点，由于它的制作、发布和播放软件与Windows集成在一起，并能很好地与Powerpoint等电子教案结合，所以在网络教育中很受欢迎，成为目前网络教学中应用得较为广泛的一种流媒体技术。
（2）Real Media采用的是从Intel的Indeo Video Interactive编码派生出来的小波算法，它是一种智能流(SureStream)技术。Real Media根据软件、设备和数据传输速度上的判别来记录不同速率下的媒体数据，并保存在单一文件当中，此文件称为智能流文件。当用户的连接速率低于编码过程中所采用的速率时，服务器端会丢弃一些重要的信息，使播放器在解码时尽可能还原视频质量。由于RealSystem G2的各种先进的特点，Real Media被广泛应用在网上视音频点播中，几乎成为在线播放的默认格式。
（3）QuickTime是最早的视频工业标准，它采用SorensonVideo技术支持动态速率编码，可以动态地分配带宽，以尽可能小的文件获得最好的播放效果，并能在解压缩时获得平滑流畅的画面。由于它需要Apple的流服务器来支持，投资成本较高，因此限制了它在教育教学领域里的广泛应用。
（4）Macromedia公司的Shockwave可以方便地在Web页面中加入图像、动画以及交互，特别适合于教育、培训等行业。主要有两种流媒体格式，一种是SWF，它是Flash交互式动画的一种流发布格式，由于其体积小、功能强、交互能力好、支持多个层和时间线程等特点，故越来越多地应用到网络动画中，客户端安装Shockwave的插件即可播放；另一种是ASS，它是Authorware交互式课件的流发布格式，可以把Authorware课件发布到服务器上，在浏览器端中嵌入Shockwave插件Authorware Web Player就可以在客户端播放。
四、基于流媒体技术的远程教学解决方案
基于流媒体解决方案应该考虑的问题有运行时占用带宽、网络不稳定时的断帧现象、文件压缩格式占有的硬盘空间、支持跨路由也就是支持广域网传输。鉴于以上流媒体远程教学的要求，提出以下两种解决方案。
第一种，流媒体与Powerpoint Automation结合实现远程教学，利用Windows Media流媒体技术以及Powerpoint Automation解决了在网络远程教学中传输视频和Powerpoint时出现的延时及画面间断问题，可以实现Powerpoint讲稿和教师讲课视频在网络上的同步传输。
第二种，利用流媒体转换工具对多媒体课件进行压缩分割，转换成流媒体课件，并在服务器上发布。客户端的浏览器在专门插件的支持下直接播放流媒体课件，实现交互式学习。例如利用Macromedia的Shockwave技术就可以把Authorware多媒体课件转换成流媒体课件，也可以把Flash交互式动画课件转换成流媒体课件。
第一种方案可以把教师的课堂教学情境进行实时或非实时的远程传送；第二种方案适用于智能化个别教学系统。下面就对这两种方案的应用及重要的技术问题进行深入探讨。
五、基于Macromedia的流媒体技术的远程教学中解决方案
利用Macromedia的Shockwave技术，可在Internet上发布与播放Authorware多媒体课件，从而将Authorware应用于网络远程教学。
1．Authorware课件网上发布的主要步骤
（1）在Authorware集成开发环境中：一个面向网络的Authorware课件，在没有打包和转化前与一般Authorware课件相同，只是在打包时在Package对话框中选择Without Runtime选项。Authorware Web Player将作为其运行程序。
（2）在Authorware Web Packager环境中：Authorware Web Packager主要完成两项工作：一是把作品程序分成Authorware Web Player能够下载的程序段，称为分段文件（扩展名为AAS），每段包含一部分被压缩了的节目；另一个是创建一个映像（MAP）文件（扩展名为AAM），或者称之为引导文件，以告诉Authorware Web Player要下载的内容，何时下载，以及下载的程序段放置何处等信息。已被Package的作品应该包括一个AAM文件和一个或多个AAS文件，其中AAS文件名后四位从0000开始排序。
（3）拷贝映像文件和分段文件到Web服务器：如果使用FTP协议拷贝文件，应保证文件传送模式是二进制，而不是ASCII模式，这一点至关重要，否则Authorware作品将无法在网上播放。
（4）在HTML编辑器中：使用EMBED标签可以把面向Web打包的作品增加到一个Web页，格式为：
2．Authorware课件的网上播放
Authorware课件分发到网上后，必须使用Authorware Web Player下载播放，它可以按照MAP文件管理下载文件，并运行作品程序。因此，要想播放网上Authorware课件，必须在浏览器中嵌入Shockwave插件Authorware Web Player，该插件可直接从Macromedia公司下载安装。
Authorware课件在网上发布时分成许多程序段，在第一个程序段被下载时，Authorware Web Player就能够开始运行程序，而不必等待整个程序都被下载。因此，播放器只是在需要时下载程序段，这使得它可以运行20MB或50MB甚至更大的应用程序。最新版的Shockwave插件提供Authorware Advanced Streamer技术，使得播放器可提前下载用户下一个要运行的程序段，可以几乎没有等待就播放，用户根本不会发现正在运行的作品是正在下载的程序段。
六、基于于Windows Media流媒体技术的远程教学解决方案
如今大多数的教学中，特别是在高校的教学中，教师都是利用Powerpoint讲稿来上课。在这种情况下，可以将Powerpoint讲稿实时发布成网页文件而非以前的视频文件，与教师的视频、声音合并压缩形成流媒体课课件，一同传输到学生端实现远程课堂教学。处理的方法是先利用Windows Media技术来实现教师图像、声音的录制和压缩，再使用Powerpoint Automation技术来实现和Powerpoint讲稿文件的同步网页发布。
这种方案最典型的案例是三分屏网络课件。所谓三分屏是指把屏幕分成了三个区域，一个区域显示音频或视频，一个区域显示标题或索引，一个区域显示内容。播放的音频或视频是老师上课时的课堂实录，包括老师的体态语言和声音；标题或索引主要存放幻灯片标题或目录，学员可以通过点击该区的索引标题来控制视频和讲义区的播放进度；内容区主要是电子讲义，包括PPT幻灯片或Word文档等形式。
制作三分屏网络课件时，可以通过摄像机或视频摄像头获取老师的授课画面，和计算机上的电子讲义相结合，利用三分屏课件的录制工具，实现教师授课与课件制作同步进行。更为重要的是，现在有很多三分屏课件的制作工具，不需要编程就可以生成适合于在Web页面播放的网络流媒体课件。比如Microsoft的免费工具Producer for Powerpoint，它能够快速有效地制作含有视频、音频、幻灯片、图像或超文本标识语言的三分屏课件；再比如Accordent公司Presenterone for Realone，它可以把Real格式的音视频文件和Powerpoint演示文稿结合在一起同步播放；还有CyberLink公司的Streamauthorware（串流大师），可以结合视频、音频、图像、HTML和Powerpoint幻灯片，制作出多媒体演示文稿。国内其他公司也有许多制作工具，如北京翰波尔公司的PowerCreator课件制作系统、课件快手制作系统、北京易点成课件快速制作系统、南京易学公司的天空教室精品课程录制系统等。
七、结束语
通过对流媒体技术及其远程教学应用研究，我们认为借助流媒体技术实现Internet上的交互式多媒体传输，一方面能够实现远程教育的网络化，提高远程教育质量和效率，丰富远程教育资源，促进远程教育的发展；另一方面丰富Internet上的信息资源，提高信息资源的利用价值和应用效率，并开发合适于因特网环境的多媒体远程教学环境。它确实很好地解决了目前网上教学中存在的一系列问题，已经达到了预期效果，这将有利于现代远程教育网络的形成及开放学习体系、终身教育体系的构建。☉
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（编辑：隗爽）
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G434
A
1673-8454（2010）15-0075-03
山东省高等学校优秀青年教师国内访问学者项目（2009年）。
