2016/1/28 16:29:28 流媒体技术的实现及其在数字化校园中的应用

流媒体(Streaming Media)是指视频、声音和数据通过实时传输协议以连续流方式顺序从源端向目的地传输,目的地只需接收到一定数据缓存后就可以立即播放的多媒体应用,流媒体实现的关键技术就是流式传输.通过流式技术进行传输,即使在网络非常拥挤或很差的拨号连接条件下,也能提供清晰、不中断的音影给观众,从而使窄带互联网传输多媒体视音频内容成为可能.

 流媒体系统的组成

一般流媒体系统主要可以分成四部分:媒体编码器、媒体文件存储器、媒体服务器和媒体播放器.四部分相互协作构成流媒体服务系统。

媒体编码器:将原始的媒体文件或摄像头采集进来的实时媒体数据制作成适合网络传输的文件格式(流格式),然后将流文件存储在媒体文件存储器中,或直接送到流媒体服务器;

媒体文件存储器:存储流格式的媒体文件,一般采用SCSI硬盘或磁盘阵列;

媒体服务器:响应调度服务器从Web服务器转过来的用户请求,通过网络传输协议将流格式的文件传到用户桌面;

媒体播放器:接收网络媒体数据,并在本地播放.

数字化校园流媒体体系框架

如图1所示,出于负载分担和支持更多用户考虑,媒体服务器一般建成局域网集群的方式,通过一台管理服务器来根据各服务器负载状况决定将用户请求发往当前负载最低的服务器,管理服务器还负责流媒体文件管理、数字版权管理等.流媒体服务的门户一般仍然为Web服务器.

流媒体按照播放模式可分为“点播”和“广播”;按照通信方式可分为“单播”和“组播”.

点播(On-Demand Streaming):以点播模式播放时,客户端主动连接到服务器上.在点播连接中,用户通过选择内容项目来初始化客户端连接.用户可以开始、停止、后退、快进或暂停流.点播连接提供了对流的最大控制.

广播(Live Streaming):以广播模式播放时,客户端被动地接收流.在广播过程中,客户端只能接收流,而不能像在点播中那样暂停、快进或后退来控制流.使用广播模式时,在网络上只传输着数据包的一个备份,网络上的所有用户都会收到数据包.

单播(Unicast):媒体服务器要同每一个客户端都建立一个单独的数据通道,每个客户端都必须分别对媒体服务器发送单独的查询,服务器需要将数据包复制多个备份,以多个点对点的方式分别发送到需要它的那些用户.

组播(Multicast):媒体服务器只需要发送一个信息包而不是多个,由路由器一次将数据包复制到多个通道上,所有发出请求的客户端共享同一信息包.

流媒体传输的质量控制

流媒体业务是一种宽带业务,对于网络带宽、抖动、延迟和丢包率都有较高的要求.为了在只提供“尽力而为”服务的IP网络中能够提供较好的服务质量(Quality of Service,即QoS)[3],目前流媒体领域已发展了几种较为成熟的带宽适应和质量控制技术.

流媒体在数字化校园中的应用

流媒体技术在数字化校园中的应用有以下三个方面.

在线直播教学

流媒体技术可以利用网络来现场直播课堂教学的内容,学生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存储流媒体文件,即可将视/音频数字化后直接广播,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.学生在看到教师的图像、听到他的声音的同时,也可以看到教师讲课的PPT图片.在教师翻转PPT的时候,学生的PPT图片也自动翻转.其制作方法是用摄像机拍摄教师讲课的图像和声音,然后将教师讲课的视音频信号及PPT文件,利用Windows Media提供的Encoder工具,在声音中插入Marker,在声音播放的过程中,这些Marker就会同步地翻转PPT图片,使声音和PPT图片保持同步.现场直播的教学过程结束后,可以生成基于流媒体方式的教学节目,存储到服务器上,学生可以随时从服务器上点播在课堂上没听明白的内容,直至完全理解教学内容为止.

点播自主学习

基于流媒体技术的远程教育系统[4]如图2所示.将各种教学内容转换成流式文件存储在流媒体服务器中.学生可以根据自己的实际情况,选择合适的时间,通过上网访问相应的服务器,进行自主学习.学生可以自主控制学习进程,例如对学习内容进行快倒、快进、暂停等多种交互控制.在这种学习方式中,学生完全掌握学习的主动权,可以根据自己的情况,自由选择教学内容、教学进度,学生不再是被动地接受知识,而是积极主动地参与到学习过程中.

数字化校园流媒体的远程课堂

异地协作学习

利用流媒体的视频会议或可视电话功能,异地教师、学生可以通过交流、讨论等活动,进行协作式学习.远程教育与学校教育之间明显的差别是:在传统的远程教育中,师生之间、学生之间缺乏交流讨论,无法营造良好的学习氛围,从而影响了教学效果.流媒体的视频会议功能为异地师生之间、学生之间的交流、讨论提供了条件.学生在学习过程中,可以就大家感兴趣的问题进行讨论,交流自己学习的心得体会,供其他同学借鉴,使大家相互促进、相互启发、开阔思路、共同提高,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.

应用案例———校园网视频系统

一个完整的流媒体解决方案应是相关软硬件的完美集成,它大致包括以下几方面:内容采集、视音频捕获和压缩编码、内容编辑、内容存储和播放、应用服务器内容管理发布及用户管理等.校园网视频系统[5]作为流媒体技术在数字化校园中的一个应用案例,一般有两个要求:①通过校园网实现音、视频实况转播、视频预订,制作并存储节目;②在校园网上实现VOD教学.如图3所示,在每个教室安装相应的软件及视频卡、摄像头、麦克风,可以把教室实时的声音和图像通过校园网传到监控中心.在存储服务器安装SERVER软件,可以存贮传输过来的实时图像.在点播服务器安装SERVER软件,可以存储视频节目.

数字化校园解决方案

数字化校园流媒体存在的问题

流媒体技术在数字化校园建设中的应用已经越来越普遍,通过相应的传输技术,可以很好的为网上点播、远程教学系统服务,但流媒体技术在数字化校园中的高级应用还存在一些问题需要解决,比如:①视频传输的实时性需要提高.视频会议是数字化校园中的重要应用之一,当前流媒体技术虽然可以解决多路异地的视频传输问题,但在传输的实时性,尤其是音画同步方面仍存在许多不尽如人意的地方,需要在视频压缩算法、传输质量控制等方面做进一步研究和改进.②移动流媒体.无线网络的发展也使得流媒体技术被应用到无线终端设备上成为可能,当前在校园中手机普及率极高,如果能实现利用手机在线播放视频节目、视频会议等功能,那么必然使人们的沟通更加方便和丰富多彩.但受到无线网络带宽窄、移动终端处理能力低等限制,因此高效的可自适应的编码技术、容错技术等是进一步研究的重点.


 
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