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

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.

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.

流媒体系统概述

2.1

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）

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（HＹPEＲLＩNＫ"ｈｔtp://wwｗ.fanｓ/"ｈttp:／/www．fａｎso．com),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）

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）

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。

２.2

流媒体系统的组成流媒体系统由以下6个方面构成：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.

流媒体数据：流媒体数据实体。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.

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．

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.

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。3.１

ReａlVideo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。

3.2

ＭicrosoftMeｄiatｅchｎolｏｇy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。

３.3

QuicｋＴiｍｅ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。

3.4

Fｌash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）

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)

网上游戏（3）

网上动画(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。

3.5

Metastream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。

３.6

Auｔｈorｗare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．

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。4.1

ＲeａlsystemReａlSｙstem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。

4.2

ＷinｄowsMedｉａTｅchnologyWiｎdowsMedｉaTechｎｏlogy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是采用这种方式。WｉｎdowsMｅｄiaTechnolｏｇy的主要目的是在Interｎeｔ和Inｔraｎet上实现包括音频、视频信息在内的多媒体流信息的传输。其核心是ＡSF（AdvanｃedStreamFormａt）文件,ＡSＦ是一种包含音频、视频、图像以及控制命令、脚本等多媒体信息在内数据格式,通过分成一个个的网络数据包在Inｔernet上传输,实现流媒体多媒体内容发布。因此,我们把在网络上传输的内容就称为ＡSＦStream。WindoｗsMediaＴｅｃhnology由ＭediaＴｏolｓ、ＭediaServer和MｅdｉaPlａｙer工具构成。MediａＴoｏls是整个方案的重要组成部分，它提供了一系列的工具帮助用户生成AＳF格式的多媒体流（包括实时生成的多媒体流）,分创建工具和编辑工具两种。

创建工具主要用于生成AＳF格式的多媒体流:1.

Eｎcｏder:ＷinｄｏwsMediaTechnｏlogｙ流媒体格式的编码器,用于把各种信号源、其它类型的文件转换为ＷiｎdoｗsMedｉaTeｃhｎoｌｏｇy流媒体格式。２.

Author：将现有的声音文件、图片、影片文件等一起合成,制作为一个ASＦ文件。３.

ViｄToＡSF：实现视频文件与AＳF流媒体文件之间的转换。4．

WaｖToAＳF:实现音频文件与AＳF流媒体文件之间的转换。5.

Pｒeｓenteｒ。

编辑工具主要对ASＦ格式的多媒体流信息进行编辑与管理:１．

ＡＳFIndeｘeｒ:流媒体的后期制作编辑工具这个工具非常重要,现在在网上非常见的左上方是老师头像、左下方是交互区域、右边是教师PowerPoint讲义的网络课程类型(如下图所示）就是利用了这个段工具,它具有以下功能：

在ASF流中加入流的名称(Title)、描述（Desｃｒiｐｔｉｏn)等信息,它们在ＡSF流播放时会显示在播放器的信息窗口之中。

对AＳF文件进行编辑管理，设置影片的长短。

在ASF流中添加标记(Maｒker），通过标记浏览器可以快速地跳转到指定的位置，给信息的快速浏览提供了相当便利的手段；如下图所示，具体实现的功能是当鼠标单击左下方区域时,左上方窗口就跳转到相应的录像片段中。

在ＡＳF流中添加URＬ类型的描述（Sｃript),当播放器播放到该ＡSＦ文件时的Scriｐt位置时，播放器会自动地启动Ｉnterｎet的浏览器并连接到指定的ＵRL;如下图所示，具体实现的功能是当鼠标单击左下方区域时，右方窗口就跳转到相应的教师讲义,而这种教师讲义可以是浏览器支持的各种形式,如ＨTML、SWＦ等文件。在Maｒker和Script两个功能的实现过程中，还需要编辑一定的网页。ScriptScript控制右边讲义同步显示控制右边讲义同步显示2.

ASFＣhoｐ：流媒体的后期制作编辑工具3.

AＳＦCheck:对ASF流进行检查并改正错误的。众多的工具形成的工具集是WindowsMediａTechｎolｏｇｙ的非常大的优点,这些工具对于流媒体文件产生很大的扩展功能。由于它所独特的各种优点,HＰ、ＴI、GeneｒalＩnstｒumeｎtｓ等公司和组织均表示加入Miｃroｓoft的WindｏwｓMediaBｒoａdｂａｎｄＪumpstartInｉtiａtiｖe方案,另外，由于软件与操作系统的捆绑会使WｉnｄowsMediａTeｃhnoｌoｇy占据非常大的市场份额,免费的午餐使众多的用户可以饱食一顿。4.３

ＱuickＴime-Aｐple公司于199１年开始发布QｕickTime，它几乎支持所有主流的个人计算平台和各种格式的静态图像文件、视频和动画格式。ＱuicｋTime包括服务器QuickTimeStｒeamiｎgServｅｒ、带编辑功能的播放器QuickTimePlayer、制作工具QuickTiｍe4Ｐrｏ、图像浏览器ＰｉcｔｕreＶiewer以及使Ｉnterｎｅt浏览器能够播放QuｉckＴime影片的QuiｃkＴime插件。QuiｃkTime4支持两种类型的流：实时流和快速启动流。目前,FOX新闻在线、FOX体育在线、BBCＷORＬD、气象频道(WeａｔheｒＣｈａnnel)等机构都加入QuickTiｍｅ内容供应商行列,使用QuickＴiｍe技术制作实况转播节目。以上三种流媒体技术在应用时,一般都有以下三个对网络教育影响较大的特点：第一，它们都可以通过两种方式来传输流文件,一种是真正意义上的StreaｍinｇMedｉa,需要使用到各种技术的Server部分，使用RTＰ等实时传输协议来传输数据;另外一种则是可以从其它任何的WeｂSeｒvｅr上播放,但使用的是超文本传输协议（HTＴP）或文件传输协议（ＦTP）来传输数据。第二，它们一般都支持两种形式的流文件，一种是SureSｔream自适应流,即可以根据网络的传输速度自动的改变流媒体的质量,从而产生适应该用户网络情况的最佳流媒体质量;另外一种则只支持一种速率,例如,网络课程以５6K的流媒体文件生成,如果用户通过36Kmｏrden拨号上网，结果是很难以浏览到该课程内容。第三，以上技术都提供了试用版和收费版两种。

除了上述的流媒体技术的三种主要格式外,在多媒体课件和动画方面的流媒体技术还有Mａcｒomedｉa的Shockｗavｅ技术和MｅataCｒｅation公司的ＭetａStream技术。通过Shockｗave技术可以方便地在Ｗeｂ页面中加入图像、动画以及交互式界面等操作。利用这种StrｅamiｎｇShockwaｖe,即通过流的方式使用户在客户端实现边下载边播放的功能，节省了等待的时同时间。Sｈockwave与Macromｅdia产品紧密联系在一起，包括Ｆlaｓｈ、SｈoｃkwａveforAutｈｏｒware、ShｏckwaveｆorDiｒecｔor等技术。MetａSｔreａｍ3D的图形设计软件是RａyDreａmStuｄio5以及RａyＤream3D,可以方便地在网上创建、发布及浏览被缩放的3D图形,它具有小文件量及流传输的特点,比其它任何一种已存在的Internｅt3D技术压缩率都高。主要应用于游戏开发厂商、页面设计者、电子商务、科学研究者、专业设计者等。

5、流媒体技术在远程教育中的应用

5．1当前远程教育面临的主要问题现代远程教育所面临的问题主要表现在以下几个方面，第一是远程教育的发展规划和相应的政策、法律、法规比较薄弱;第二是开展现代远程教育的教学资源和网络课程严重匮乏；第三是现代远程教育的教学模式陈旧、落后,不能适应网络学习的需求,急需改革。在三个方面的问题中，尤以第二个方面问题为最现实和迫