應用ＳＭＩＬ和網(wǎng)格技術增強遠程播出平臺的性能

【摘要】本文以清華大學遠程播出平臺為例，分析和探討如何應用SMIL和網(wǎng)格技術促進播出平臺的交互性、表現(xiàn)性，實現(xiàn)分布式存儲，以及提高傳輸能力。

【關鍵詞】遠程播出平臺，SMIL，網(wǎng)格

【中圖分類號】G434【文獻標識碼】B【論文編號】1009—8097（2007）01—0065—04

遠程教育是一種師生分離的學習組織方式，需要利用傳播技術來傳遞知識以及實現(xiàn)師生之間的交流。應用遠程播出平臺的遠程教學在一定程度上能夠模擬傳統(tǒng)的課程教學，但它在交互性、個性化教學方面與傳統(tǒng)的面授教學相比卻還有很大的差距。因此，本文將以清華大學的遠程播出平臺為例，探討如何應用技術來提高遠程播出平臺的各種性能，從而提高遠程教學的質量。

一、清華大學播出平臺情況介紹

1．平臺發(fā)展介紹

清華大學作為四所試點院校之一，于1997年率先在全國范圍內開展遠程教育，繼續(xù)教育學院于2004年在對原有平臺充分調查和研究的基礎上，最終完成對清華大學原有播出平臺的改造。新平臺整合了互聯(lián)網(wǎng)（Internet）和衛(wèi)星網(wǎng)（DVB-S）各自的優(yōu)勢，對教育節(jié)目用MPEG-4編碼方式進行流媒體播出，實現(xiàn)了基于兩種網(wǎng)絡的實時課堂直播、錄播和基于互聯(lián)網(wǎng)的分布式課件點播，在技術上實現(xiàn)了天網(wǎng)和地網(wǎng)的無縫連接。

自從2005年清華大學新遠程教育播出平臺運行以來，通過本平臺已經(jīng)傳輸了遠程學歷教育、清華大學扶貧、清華遠程學堂培訓、律證培訓等多種課程，共開設240 門課程。教學資源300 余種，包括5000 余盤錄像帶，流媒體課件 200 余門約 350G 的數(shù)據(jù)量，VCD 光盤 7000 余張。

2. 現(xiàn)有播出平臺的不足之處

以學生為中心，實現(xiàn)個別化的自主學習是現(xiàn)代遠程教育的全新學習模式。以學生為中心的學習，需要與之相適應的學習環(huán)境的支持。現(xiàn)有的一些具有交互能力的流媒體制作平臺在課件交互方面有了一定的提高，例如，有的學習資源借助一定的技術，能夠支持學習者根據(jù)自己的需要和能力對教學進行調整。在利用這類資源的學習過程中，學習者能夠對學習資源呈現(xiàn)的學習信息做出積極的反應，資源也可以依據(jù)學習者的反應做出相應的變化。但總體而言，清華大學遠程播出平臺的多媒體課件交互性功能還比較薄弱，沒有充分考慮到遠程教育的特點，比如不同同學的學習進度、不同知識背景、課件大小、傳輸?shù)囊蟆?/p>

筆者以清華大學遠程播出平臺為案例，綜合比較了現(xiàn)有遠程播出平臺，認為現(xiàn)有播出平臺在資源智能化、交互性和表現(xiàn)形式等方面存在如下不足：

（1）交互技術基于幀或者MPEG-4技術，開發(fā)制作復雜、成本高；

（2）無法對視頻文件內容進行查詢；

（3）對象的選擇不精細；

（4）交互僅限于文字和視頻的跳轉，缺乏圖片、網(wǎng)頁、動畫等媒體形式；

（5）視頻資源有的需要依賴于數(shù)據(jù)庫支持，不易于實現(xiàn)資源共享；

（6）沒有考慮到遠程教學對課件的傳輸和存儲的特殊要求；

（7）難于同步控制各種資源。

因此，根據(jù)學員具體需求和自主學習理論，筆者對新平臺的流媒體課件交互性進行改進，結合學生個別化學習的需要，努力增加課件的信息量，突出課件的智能化、交互性和表現(xiàn)形式的人性化，形成課件特色。

二、基于SMIL的流媒體課件制作子系統(tǒng)

針對以上不足之處，我們設計開發(fā)了基于SMIL語言的流媒體課件制作系統(tǒng)。該系統(tǒng)是清華大學現(xiàn)有播出平臺的子系統(tǒng)。通過SMIL語言處理的流媒體課件，可將音頻、視頻、圖形、動畫、網(wǎng)頁、文本等融和，提供具有交互功能的媒體流。

1. SMIL簡介：(見表1)

1998年W3C推薦了SMIL1.0。它是由XML定義并與其完全兼容的標記語言。其作用是使Web上的多媒體應用保持同步。SMIL是一種簡單易用的中性標示語言，它能夠通過編制一個時間序列表，對音頻、視頻、文本和圖像文件出現(xiàn)的先后次序做出安排，而不需要制作者再去掌握相應的開發(fā)工具或是復雜的編程語言^[1]。SMIL的出現(xiàn)使得互動視頻制作變得容易起來，如同用HTML編寫網(wǎng)頁一樣，把視頻、音頻、圖片、動畫、超鏈接集成起來。

SMIL在流媒體編輯方面的優(yōu)點：

·對不同文件格式的超強編輯，簡單易用；

·在不改變源文件的情況下可以連續(xù)播放不同格式的文件；

·可以在視頻中加入超級鏈接，用來關聯(lián)相關的相關內容；

·技術開發(fā)不以幀為單位，大大減低了開發(fā)的難度；

·資源整合能力強，突破空間限制，時間控制方便；例如可以播放A服務器上的視頻，同時播放B服務器上的解說，播放C服務器上的解說詞；

·視頻片斷的輕松剪輯功能。

·對整個演示進行布局：對視頻、文字我們可以按照我們希望的方式來布局。我們可以設置在一個區(qū)域播放視頻，在另一個區(qū)域顯示文字；

·多語言選擇支持、多帶寬選擇支持：

·智能連接選擇：根據(jù)不同的internet連接方式，可以制作適應不同傳輸速度的演示。播放器檢測出用戶的連接速度后，就同服務器“協(xié)商”，要求傳輸并播放相應的演示文件。這也就是流技術中常常說的智能流中的一種；

2．SMIL流媒體子系統(tǒng)介紹：

基于SMIL語言的流媒體課件，將音頻、視頻、圖形、動畫、網(wǎng)頁、文本等融和，提供有交互功能的媒體流。不同知識背景和不同接受程度的學生可以根據(jù)自己的具體情況，來決定自己學習的內容、學習的速率。學習者可以對視頻中出現(xiàn)的內容進行選擇。國外對這個領域已經(jīng)有多年的探索了，但是截至目前，這項技術的實現(xiàn)依然還存在一些困難。這項技術類似于網(wǎng)頁允許學習者在瀏覽網(wǎng)頁的時候對相關的知識“追溯”下去一樣，互動式教學媒體課件也能提供相關信息的補充，包括提供網(wǎng)頁和視頻鏈接。用SMIL編程語言來實現(xiàn)視頻的互動是目前比較快捷和方便的一種方式，但是對于大多數(shù)教師而言，編程實現(xiàn)有交互功能的教學課件還是比較復雜，而且效率低、質量不高。本系統(tǒng)可以通過類似于制作網(wǎng)頁的方式來生成互動視頻，大大方便教師制作具有交互功能的視頻。

基于SMIL語言的流媒體課件制作子系統(tǒng)是要深入研究遠程教育的特點，結合學生個別化學習的需要，努力增加資源的信息量，突出資源的智能化、交互性和表現(xiàn)形式的人性化，形成資源特色^[2]。同時要積極鼓勵教師學習和掌握現(xiàn)代教育理論，運用先進的教育技術手段與方法開發(fā)優(yōu)秀的網(wǎng)絡教學資源，提高網(wǎng)絡教學資源的整體質量。通過研究學習者對交互性的需求，現(xiàn)有的交互性多媒體課件的優(yōu)點和缺點，采用最新的開發(fā)、制作技術設計出適合于遠程教育特點的交互性強的流媒體制作系統(tǒng)。應用該系統(tǒng)能夠幫助教師制作更加具有表現(xiàn)力、重現(xiàn)力、參與性、受控性等的交互式多媒體課件。制作恰當?shù)牧髅襟w課件，做到有的放矢，真正發(fā)揮教師的指導作用，提高學生的自主學習能力和創(chuàng)新意識，爭取最佳教學效果。利用了新技術的優(yōu)勢來幫助遠程學員更清晰地把握自己學習過程的行為參與和精力投入程度，以達到更高效的學習目的。

三、用p2p技術來改進分布式存儲

隨著遠程教育的發(fā)展以及多媒體技術的應用，教學資源正以爆炸式速度增長。這些教學資源由視頻、音頻、多媒體課件等組成，其中視頻圖像、音頻和圖形文件占用空間大，需要大量的硬盤空間存儲。這樣的資源最大的優(yōu)點就是直觀、生動。缺點是占用空間大，而且遠距離傳輸需要占用很大的帶寬，傳輸速度慢。這也是遠程教育目前面臨的最大的瓶頸。

清華大學遠程播出平臺采用了鏡像的形式把教學資源存放在各地教學站點的服務器中，緩解了主站點播服務器的帶寬壓力，從而達到節(jié)約網(wǎng)絡帶寬的目的，實現(xiàn)了分布式存儲。本著學生進行課件點播的“就近原則”，按照學生的站點屬性，設定課件點播服務器的位置來提高課件點播的速度。這就對遠程教育提出了挑戰(zhàn)――怎樣在現(xiàn)有的衛(wèi)星和網(wǎng)絡帶寬下，盡量提高教學資源的傳輸速率。對于這個難題，清華大學現(xiàn)有播出平臺提出自己的解決方案，例如用MPEG-4技術來減少視頻文件的大小；用流媒體傳輸技術來減少用戶等待時間；用鏡像方法來分流傳輸信道的帶寬。這些技術都在一定程度上大大提高了存儲和傳輸效率，促進了遠程教育的發(fā)展。

但是其中也不乏缺點：

·資源的同步需要手工操作來完成，智能性比較差

·傳輸速度比主站傳輸提高很多，但是還是不理想。

·無法實現(xiàn)存取不同平臺以及不同防火墻之間的多媒體課件的傳輸。

隨著網(wǎng)格的出現(xiàn)，一種新的數(shù)據(jù)存儲、管理、傳輸技術隨之誕生，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)同步的自動化和數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩帱c化。

1．網(wǎng)格技術簡介

“網(wǎng)格”是目前非常熱的一個話題和技術，被譽為下一代Internet。目前沒有一個被普遍接受的定義，大家都從不同研究角度、不同側重點提出了網(wǎng)格的定義。筆者認為：“網(wǎng)格就是一個集成的計算與資源環(huán)境，或者說是一個計算資源池。網(wǎng)格能吸納各種計算資源，并將他們轉化成一種隨處可得的、可靠的、標準的同時還是經(jīng)濟的計算能力”^[3]。一個很通俗易懂的例子可以幫助我們了解網(wǎng)格到底是什么：就是把網(wǎng)格比喻成電力網(wǎng)格。當我們使用電力時，不需要知道它是從哪個發(fā)電站輸送出來的，也不需要知道電力是通過什么樣的發(fā)電廠產(chǎn)生的，我們只要把插頭插上就可以方便使用電力。網(wǎng)格也希望給最終的網(wǎng)格使用者提供的是與地理位置無關、與具體的計算設施無關的通用問題求解能力。

2. 基于網(wǎng)格的FTP傳輸

Globus項目是美國Argomme國家實驗室等科研單位的研發(fā)項目，它的主要工作是建立支持網(wǎng)格計算的通用協(xié)議，開發(fā)支持網(wǎng)格計算的服務，實現(xiàn)支持網(wǎng)格計算環(huán)境的軟件開發(fā)工具。Gloubs工具包針對各種協(xié)議提出了一系列的服務、軟件庫、編程接口、和使用例子。我們利用其中的數(shù)據(jù)管理來改進分布式存儲機制^[4]。

·復制管理是Globus中數(shù)據(jù)管理的一個基本服務單位，主要針對大型遠程數(shù)據(jù)文件的訪問。它的主要作用是管理數(shù)據(jù)集合拷貝的完整復制或部分復制。Globus中的復制目錄服務(Globus repica catalog)是Globus復制管理的核心部分，它通過把相關數(shù)據(jù)智能的放置在離遠程教學點最近的位置，使得各種課件資源可以快速的傳送到目的地。

·復制目錄的主要功能主要是在邏輯文件名或邏輯集合與保存在物理存儲系統(tǒng)中的物理文件之間建立映射關系。復制目錄主要注冊三種類型的項：邏輯集合、位置和邏輯文件。

·當數(shù)據(jù)智能的放置到離應用站點最近的位置之后，文件的復制和轉移還是需要實現(xiàn)的，Globus提出了基于Grid的GridFtp，即網(wǎng)格ftp傳輸機制。它基于規(guī)范的ftp協(xié)議，并在此基礎上進行了全面的擴充，支持安全、高速的數(shù)據(jù)傳輸，并且能避免由于不同系統(tǒng)所造成的不兼容問題。

復制管理對數(shù)據(jù)進行智能放置，并能對集合數(shù)據(jù)和部分數(shù)據(jù)進行管理；GridFtp在Ftp的基礎上增強了安全性，提供并行傳輸，部分數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋ＷC了大量數(shù)據(jù)的安全高速傳輸。上述兩種服務能很好的結合起來，為海量數(shù)據(jù)管理、傳輸鋪墊技術基礎。

四、小結

利用SMIL的簡潔、靈活、方便來提高遠程播出平臺課件的交互性、表現(xiàn)性、智能性，增強遠程教學的個性化。用網(wǎng)格技術構建存儲傳輸系統(tǒng)，是對海量數(shù)據(jù)管理的一種探索和嘗試，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)同步的自動化和數(shù)據(jù)傳輸?shù)亩帱c化。復制管理的智能放置數(shù)據(jù)并能對集合數(shù)據(jù)和部分數(shù)據(jù)進行管理；GridFtp在Ftp的基礎上增強了安全性，提供并行傳輸，部分數(shù)據(jù)傳輸?shù)龋ＷC了大量數(shù)據(jù)的安全高速傳輸。

參考文獻

[1] http://www.w3.org/TR/REC-smil/

[2]對遠程教育試點實踐的幾點思考《中國遠程教育》（2004.5）

[3] 都志輝 陳渝 劉鵬 《網(wǎng)格計算》 10/2002

[4] http://www.globus.org