流媒体技术在外语教学资源传输中的应用

张维维，何家峰

(1.长春师范大学国际交流学院，吉林长春 130032；2.中国人民解放军65304部队，吉林长春 130000)



流媒体技术在外语教学资源传输中的应用

张维维1，何家峰2

(1.长春师范大学国际交流学院，吉林长春 130032；2.中国人民解放军65304部队，吉林长春 130000)

多媒体技术的使用在提高教学效果上有显著作用。目前，高校已经开发并存储了大量教学资源，但大部分资源都被闲置浪费。网络带宽是有限的，只有经过特殊编码处理，外语教学资源才能在网上传输，流媒体技术解决了教学资源传输中的问题。

流媒体；教学资源；资源传输

数据在网络上的传输形式主要以音视频等多媒体为主。与文字和图形信息相比，音视频信息的数据量大，存储空间大，对带宽要求高。当用户从网上下载播放音视频信息时，流媒体技术使得下载播放方式是合理的。

1 流媒体技术

1.1 流媒体概念

流媒体是指视频、声音和数据等连续时基媒体从源端(服务器)同时向目的端(客户端)传输。流媒体传输(实现关键技术流式传输)驱动方式是一边下载一边播放。在收听/收看前无需等待整个文件下载完毕后才能播放，而是缓冲一部分看完再缓冲。流媒体传输有两种基本方式：顺序流式传输(Progressive Streaming)和实时流式传输(Real-time Streaming)。顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时，用户可观看在线文件。在给定时刻，用户只能观看已下载部分，不能观看未下载部分。实时流式传输需满足Windows Media Server服务器与Real-time Streaming Protocol的要求。用户可以实时访问流媒体数据信息，可以快进或后退随机浏览信息，流式传输的基本过程如图1所示。流式传输的内容是控制信息和音视频数据信息。传输控制信息的是HTTP/TCP协议，传输实时音视频数据信息的是RTP/UDP协议。

图1 流式传输基本过程

1.2 流媒体系统构成

流媒体系统主要包含3个组件：客户端、编码器、服务器。编码器负责音视频信息的采集、编码、压缩、制作、存储。服务器负责存储传输流媒体数据，客户端负责接收流媒体信息并向服务器端发送请求。客户端接收数据后能够收看音、视频信息。流媒体系统组成如图2所示。

图2 流媒体系统构成

1.3 流媒体播放方式

在流式传输中通常采用3种媒体数据信息播放方式：组播、点播、广播。(1)组播，在服务器端与客户端建立一点对多点的传输通道，服务器可以发送一份数据包的拷贝给多个用户，图3为网络组播模型。(2)点播，指客户端主动连接服务器，控制流媒体进度通过开始、暂停、停止、快进、后退等按钮。(3)广播，服务器端将数据包传输给所有客户端的用户。

图3 网络组播模型

2 基于实时传输协议的多媒体数据流自适应传输

2.1 RTP协议

RTP(实时传输协议)是针对多媒体流数据用于Internet的一种传输协议，工作条件是一对一或一对多的传输情况，以提供时间信息和实现流同步为最终目的。RTP由两部分组成RTP和RTCP(实时传输控制协议)。RTP只传送数据包，RTCP提供QoS(网络服务质量)等保证，只有RTP和RTCP互相配合才能保证快速、准确地实时传送数据。RTP数据包组成主要分为两部分，即报头和实际数据。RTP数据包的格式如表1所示。

表1 RTP数据包格式

RTCP协议在RTP会话期间完成监听网络服务质量(Qos)和传递与会者会话信息等功能。与会者周期性地传送RTCP包进行流量和拥塞控制。RTCP的报文类型主要有5种：SDES(源描述)、RR(接收报告)接收统计、SR(发送报告)发送和接收统计、BYE(表示结束)、APP(应用)应用特定函数。RTCP数据包格式如表2所示，流媒体服务协议栈如图4所示。

表2 RTCP数据包格式

图4 流媒体服务协议栈

2.2 RTP流传输实现及反馈控制理论基础及模型

RTP被划分在网络传输层。流媒体在网络应用层通过RTSP和SIP(Session Initiation Protocol)协议实现。传输层的TCP或UDP协议实现端到端的传输。网络层的IP协议实现网络寻址。SIP(会话初始协议)与其它协议相互合作，RSVP(资源预留协议)预约网络资源，RTP(实时传输协议)传输实时数据并提供QoS(服务质量)反馈，RTSP(实时流协议)控制实时媒体流的传输(图5)。

图5 RSVP、PTP(RTCP)、RTSP、SIP在网络7层协义中位置

服务器端在数据面的工作：(1)数据面的RTP层负责对音视频数据进行流化处理，所谓数据流化处理就是服务器将压缩、打包后的数据装入RTP报文有效负载段。装入时按照RTP协议报文格式，并把报头的时间标志等参数配置好。(2)将RTP报文装入UDP/TCP报文中的有效负载段。(3)网络层IP协议负责报文头部配置，实现流式数据在网络中的传输。RTP包数据装载模型如图6所示。

图6 RTP包数据装载模型

2.3 网络带宽自适应模型

在图7的流媒体传输带宽自适应模型中可以看到，基于RTP的流式传输的自适应调整一般采用慢升快降的调节策略。当前丢包率大于丢包率下限时，说明网络是拥塞的。当前丢包率小于丢包率上限时，网络是空闲的。当前丢包率在上限和下限之间时，说明网络负载适中的。当网络拥塞时，降低发送速度。当网络空闲时，可适当提升网络发送速度。

图7 流媒体传输带宽自适应模型

3 外语教学资源传输的实时视频传输系统设计实现

利用流媒体技术设计外语教学资源传输系统，外语教学资源主要以音视频的形式保存，在传输时要求较高的实时性及传输质量。使用RTP/RTCP协议来实现高校教学资源的实时传输，因为RTP/RTCP协议能为多媒体流提供RTCP服务，且能够保证传输质量。MPEG-4压缩编码系统是RTP/RTCP的实时视频传输系统所采用的压缩编码系统。实时视频传输系统基本过程包括服务器端、客户端、网络传输3个方面，其体系结构如图8所示。

图8 实时视频传输系统体系结构图

3.1 服务器端

服务端的任务是采集信息MPGE-4压缩、编码，用户请求信息，服务器接收请求，将音视频信息封装压缩在RTP包中，传输被封装到RTP包中的源数据信息，传输源数据信息给客户端。丢包率及服务质量是通过反馈信息来监测(RTCP包处理结果)的。图4系统在服务器端采用多线程机制，其包括3个线程：一是产生并发送RTP包线程；二是在一定时间间隔内向客户端发送RTCP包线程；三是接收来自客户端RTCP包的线程。在发送线程中服务器端的任务有4项：一是从视频文件中读取关键帧数据源代码(经过MPEG-4编码压缩)；二是对帧进行分段(根据最大传输单元对帧进行分段)；三是把每一分段加上RTP头部(头部需包含负载类型、时间标志等信息)，并形成RTP包；四是向客户端发送封装到UDP包中的RTP包。

3.2 客户端

客户端的3个线程：一是为得到源数据需将UDP包(服务器端封装)层层剥离；二是接收RTCP包的线程(来自服务器)；三是在一定时间间隔内向服务器发送RTCP包线程(含有反馈给服务器的信息)。客户端接收到该数据包后按顺序完成以下3个任务：一是剥去UDP头部信息得到RTP包；二是将RTP包送到相应解码器的帧缓冲区中(根据RTP包头信息中的时间标志和负载类型)；三是显示播放(解码得到客户请求的源数据信息)。

3.3 网络传输

如图4所示，在客户端与服务器端之间存在两种传输通道：一是RTP通道(传输RTP包)；二是RTCP通道(传输RTCP包)。一个数据包显示播放的完整过程是从服务器端MPEG-4源文件处理、编码分别经过两种传输道通最终在客户端视频缓冲、播放，系统在较好地实现高校外语教学资源的实时传输的同时，还解决了网络带宽受限的问题。

4 结语

网络技术条件的改变导致信息载体的改变(从文字图片发展到音视频文件)，流媒体技术的出现又一次改变了信息传输方式(网络多媒体数据实时传输)。计算机技术及网络技术的迅速发展改变了高校传统的英语教学方式，运用流式传输(流媒体技术的关键技术)可以很好地解决高校教学资源传输中带宽受限的问题。

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[2]张银才.流媒体技术及其应用[J].有线电视技术,2009(3):38-40.

[3]徐磊,孙振国,陈强.基于C/S模型的MPEG-4视频流传输系统[J].计算机工程,2014(1):136-137.

[4]李长河,王永强.多媒体通信协议H.324,H.323及SIP的分析研究[J].微机发展,2013(S2):106-109.

The Application of Sreaming Media Technology in Transmission of Foreign Language Teaching Resources

ZHANG Wei-wei1, HE Jia-feng2

(1.International Exchange School of Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032,China;2.The 65304 Troop of PLA, Changchun Jilin 130000, China)

The use of multimedia technology has a significant role in improving the teaching. Most of teaching resources in colleges and universities has been developed and stored but most of resources are in the waste state. Because the network bandwidth is limited, only through the special encoding processing and foreign language teaching resources can be transmitted over the internet. Streaming media technologies solve the problems of transmission for the teaching resources.

streaming media；teaching resource；resource transmission

2015-07-10

吉林省基础教育教学研究规划课题(JLSJY2012G027)；长春师范大学实验教学改革研究项目(2014)。

张维维(1979- )，女，吉林通榆人，长春师范大学国际交流学院实验师，博士研究生，从事计算机应用技术研究。

TP309

A

2095-7602(2015)10-0045-05