流媒体技术在远程教育中的应用初探

流媒体技术在远程教育中的应用初探邓文新陆芳华南师范大学教育信息技术学院510631华南理工大学教育技术中心510641Email：[e-mail]摘要：随着Internet技术及应用的不断发展，大数据量多媒体信息在网上的传输显得越来越重要和必须，流媒体技术（StreamingMediaTechnology）以其独有和丰富的特性深受远程教育工作者的青睐。本文主要阐述了流媒体技术的基础、流媒体系统的构成、流媒体的文件格式、流媒体的主要技术方案和流媒体技术在远程教育中的应用，以期对流媒体技术与现代远程教育的开展作一些初步探讨。关键词:远程教育、流媒体技术、多媒体数据、协议1.1.前言网络技术、通讯技术、多媒体技术的迅猛发展对Internet产生极大的影响，特别表现在以下几个方面：第一，联网方式多样化，从PSTN拨号网络到DDN、ISDN、xDSL专线、有线电视网、光纤接入、卫星网络、微波链路和无线网络等；第二，网络带宽的大大拓宽，无论哪种联网方式，它们所提供的带宽在都不断的扩大；第三，Internet提供更多的服务，它不再局限于网络通信E-Mail、简单的信息浏览、FTP、TELNET等常规应用，诸如电子商务、远程教育、视频点播等新的服务和应用如雨后春笋般涌现。这几方面的变化使得网络真正成为人类生活的一部分。人们可以享受快速而廉价的网络去观看缤纷的世界，教育、商务、娱乐成为网络近期增长最快的三大应用。对教育来说，远程教育是建立在多媒体计算机及网络技术基础上的一种新型的教育方式，是构建终身学习体系的主要手段。远程教育突破了时间、空间的限制，实现随时随地地授课和学习，课程的内容可以以视频、音频、动画、图文的方式呈现在客户端的浏览器上。教学资源可以是交互的多媒体课件，又可以是名师上课的实际课堂实录，或是两者的结合。这种交互性与真实性给现代远程教育带来新的动力和生机。因此，远程教育对网上视、音频传输的需求非常强烈。面对有限的带宽和拥挤的拨号网络，实现窄带网络的视频、音频、动画传输最好的解决方案就是流媒体。通过流方式进行传输，即使在网络非常拥挤或很差的拨号连接的条件下，也能提供清晰、不中断的影音给观众，实现了网上动画、影音等多媒体的实时播放。一般来说，流媒体包含广义和狭义两种含义。广义上的流媒体是使音频和视频形成稳定和连续的传输流和回放流的一系技术、方法和协议的总称，我们习惯上称之为流媒体系统；而狭义上的流媒体是相对于传统的下载－回放（Download-Playback）方式而言的一种媒体格式，能从Internet上获取音频和视频等连续的多媒体流，客户可以边接收边播放，使延时显著缩短。2.2.流媒体系统概述2.12.1流媒体传输的基本特点流媒体是从英语StreamingMedia中翻译过来，它是一种可以使音频、视频和其它多媒体能在Internet及Intranet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媒体传输及播放的媒体格式。流媒体传输方式是将动画、视音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。在采用流媒体传输方式的系统中，用户不必像常规视频文件播放那样等到整个文件全部下载完毕后才能看到当中的内容，而只需经过几秒或几十秒的启动延时即可在用户的计算机上利用相应的播放器或其它的硬件、软件对压缩的动画、视音频等流媒体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后台的服务器内继续下载。与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流媒体传输方式具有以下突出的优点：（1）（1）启动延时大幅度地缩短用户不用等待所有内容下载到硬盘上才开始浏览，我们曾经用10M到桌面的校园网络来浏览方舟中的猫头鹰剧场()，无论是上班时间还是课余时间，速度都相当快。一般来说，一个45分钟的影片片段在一分钟以内就显示在客户端上，而且在播放过程一般不会出现断续的情况。另外，全屏播放视频对播放速度几乎无影响，但快进、快退时需要一定时间等待。（2）（2）对系统缓存容量的需求明显降低由于Internet是以包传输为基础进行断续的异步传输，数据被分解为许多包进行传输，动态变化的网络使各个包可能选择不同的路由，故到达用户计算机的时间延迟也就不同。所以，在客户端需要缓存系统来弥补延迟和抖动的影响和保证数据包传输顺序的正确，使媒体数据能连续输出，不会因网络暂时拥堵而使播放出现停顿。虽然流媒体传输仍需要缓存，但由于不需要把所有的动画、视音频内容都下载到缓存中，因此，对缓存的要求降低。（3）（3）流媒体传输的实现有特定的实时传输协议采用RTSP等实时传输协议，更加适合动画、视音频在网上的流媒体实时传输。2.22.2流媒体系统的组成流媒体系统由以下6个方面构成：1.1.前端编码压缩工具包：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体数据格式。2.2.流媒体数据：流媒体数据实体。3.3.流媒体服务器：存放和控制流媒体数据的硬件及软件平台。4.4.传输网络：适合多媒体传输协议甚至是实时传输协议的网络5.5.客户端播放器：供客户端播放、浏览流媒体文件的应用程序。6．流媒体传输协议：流媒体在因特网上的传输必然涉及到网络传输协议，其中包括Internet本身的多媒体传输协议，以及一些实时流媒体传输协议等，只有采用合适的协议才能更好的发挥流媒体的作用，保证传输质量。IETF（Internet工程任务组）是Internet规划与发展的主要标准化组织，已经设计出几种支持流媒体传输的协议。它们主要有：用于Internet上针对多媒体数据流的实时传输协议RTP（Real-timeTransportProtocol）、与RTP一起提供流量控制和拥塞控制服务的实时传输控制协议RTCP（Real-timeTransportControlProtocol）和定义了“一对多”的应用程序如何有效地通过IP网络传送多媒体数据的实时流协议RTSP（Real-timeStreamingProtocol）。以上6个部分中，有些是网站需要的，有些是客户端需要的，而且不同的流媒体标准和不同公司的解决方案会在某些方面有所不同。3.3.网络教育中常各种多媒体信息的流媒体传输格式在Internet上所传输的多媒体格式中，基本上只有文本、图形可以照原格式在网上传输。动画、音频、视频等虽然可以直接播放在网上播放，但文件偏大，即使使用专线上网，也要等完全下载后才能观看，这三种类型的媒体均要采用流媒体技术来进行处理以便于在网上传输。另外，还有一些如PowerPoint文件、多媒体课件等内容也需要用流媒体技术进行传输。流媒体（StreamingMedia）在传输过程中是分段传送，用户不必等待整个内容传送完毕，就可以观看到即时的连续的内容，甚至可以随时的暂停、快进、快倒。但由于不同的公司发展的文件格式不同，传送的方式也有所差异，下面是几种网络教育中常见的流媒体文件的格式。3.13.1RealVideo的.rm视频影像格式和.ra的音频格式rm和ra格式分别是RealNetworks公司所开发的一种流媒体视频RealVedio和流媒体音频RealAudio文件格式。主要用来在低速率的网络上实时传输活动视频影像，可以根据网络数据传输速率的不同而采用不同的压缩比率，在数据传输过程中边下载边播放视频影像，从而实现影像数据的实时传送和播放。客户端通过RealPlayer播放器进行播放。3.23.2MicrosoftMediatechnology的.asf格式MicrosoftMediatechnology的ASF也是流行一种网上流媒体格式，在网络教育中更大受欢迎。这种流媒体文件的使用与windows操作系统是分不开的，使用的播放器是MicrosoftMediaPlayer。目前微软还提出了wmv等新的流媒体格式。3.33.3QuickTime的.qt格式QuickTimeMovie的.qt格式是Apple公司开发的一种音频、视频文件格式，用于保存音频和视频信息，具有先进的音频和视频功能，由包括AppleMacOS，MicrosoftWindows95/98/NT在内的所有主流计算机操作系统支持。Quicktime文件格式支持25位彩色，支持RLC、JPEG等领先的集成压缩技术，提供150多种视频效果。3.43.4Flash的.swf格式SWF是基于Macromedia公司Shockwave技术的流媒体动画格式，是用Flash软件制作的一种格式，源文件为.fla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。SWF文件是Flash的其中一种发布格式，已广泛用于Internet上，客户端安装Shockwave的插件即可播放。目前，Flash在Internet的主要应用有：（1）（1）网上的MTV：采用Flash技术制作的MTV，如：《最近比较烦》、《至少还有你》、《流着泪的你的脸》、《新长征路上的摇滚》等歌曲，它们形式活泼、生动，甚至还有一定的交互性，传输速度快在网上非常受欢迎。（2）（2）网上游戏（3）（3）网上动画（4）（4）网上交互式网页：采用Flash来制作网站的例子已不少见，而且，部分大学也开始使用它来开发整门课程的网络课件，如华南理工大学网络教育学院的网络课程《政治经济学》、《营销管理学》等课程，其效果相当好。3.53.5Metastream的.mts格式MetaCreations公司的网上流媒体三维技术MetaStream实现英特网上流媒体三维网页的浏览，它是一种新兴的网上3D开放文件标准（基于Intel构架），主要用于创建、发布及浏览可以放缩的3D图形和开发电脑游戏。3.63.6Authorware的.aam多媒体教学课件格式纵观市场上的计算机辅助教学（简称CAI）课件，我国多采用像Authorware等多媒体制作工具，这类课件利用Shockwave技术和WebPackage软件可以把Authorware生成的文件压缩为.aam和.aas流媒体文件格式为播放；也可以用Director生成后，利用Shockwave技术改造为网上传输的流媒体多媒体课件。4.4.流媒体技术的主要解决方案到目前为止，Internet上使用较多的流媒体格式主要有RealNetworks公司的Realsystem、Microsoft公司的WindowsMediaTechnology和Apple公司的QuickTime，它们是网上流媒体传输系统的三大主流。4.14.1RealsystemRealSystem由媒体内容制作工具RealProducer、服务器端RealServer、客户端软件（ClientSoftware）三部分组成（如下图）。其流媒体文件包括RealAudio、RealVideo、RealPresentation和RealFlash四类文件，分别用于传送不同的文件。RealSystem采用SureStream技术，自动地并持续地调整数据流的流量以适应实际应用中的各种不同网络带宽需求，轻松在网上实现视音频和三维动画的回放。RealSystem流媒体传输系统Real流媒体文件采用RealProducer软件进行制作，首先把源文件或实时输入变为流媒体文件，再把流媒体文件传输到服务器上供用户点播（如下图）。由于其成熟稳定的技术性能，互联网巨人美国在线（AOL）、ABC、AT&T、Sony和TimeLife等公司和网上主要电台都使用RealSystem向世界各地传送实时影音媒体信息以及实时的音乐广播。在我国，CCTV春节联欢晚会、昆明世博会开幕式和大量的影视、音乐点播的网上直播都采用了RealSystem系统。4.24.2WindowsMediaTechnologyWindowsMediaTechnology是Microsoft提出的信息流媒体播放方案，目前我国较多的网络课程就是采用这种方式，华南理工大学的《大学英语》、《宏观经济学》等几十门网络课程都