關于ＭＰＥＧ－２１多媒體框架標準在教育中的應用

摘要 MPEG-2l多媒體框架是正在制訂中的關于多媒體信息發布和使用的國際標準。它是一個支持通過異構終端和網絡，使用戶透明地、廣泛地、交互地使用多媒體信息資源的綜合性的技術標準。本文簡要的介紹了MPEG-21多媒體框架標準的研究目標和用戶需求，闡述了MPEG-21多媒體框架標準的基本要素，最后重點討論了MPEG-21在教育教學中的應用。

關鍵詞 MPEG-21；目標；用戶需求；要素；教育應用

中圖分類號： G434 文獻標識碼：A文章編號：1671-489X（2007）01-0040-04

MPEG-21 Multimedia Framework Standard and Its Application In Education//Sun Xinghua， Wangjue， Hao Li

Abstract MPEG-21 provides an open framework for multimedia delivery and consumption. This paper presents something of MPEG-21 multimedia Framework standard， involving its target， user's need and its basic elements， and emphasizes and discusses its application in education.

Key Words MPEG-21;Target；need；Elements；Application

Author's address

1. Shanghai Normal University，Shanghai 200234

2. Heibei North University，Zhangjiakou， 075000 Hebei

1 引言

隨著計算機技術、網絡技術、數字通信技術和多媒體技術的迅速發展，人們對獲取多媒體服務的需求在不斷增長，這使得全球范圍內的信息交流成為一種必然的趨勢。而目前多媒體服務一般由各自相對獨立的運營商提供，有不同的網絡體系結構，對異構網絡和設備之間用戶的互通至今仍然沒有一個很好的解決方案。同時，由于多媒體信息傳播速度的加快，存儲費用的大大降低，多媒體內容可以迅速擴散到許多不同的平臺，為了有效保護內容的價值，使得知識產權的管理與保護就變得越來越重要了，然而當前對這方面的研究還很不規范，缺少統一的標準。為了解決這些問題，MPEG提出了MPEG－21標準。

2MPEG-21的研究目標和用戶需求

2.1MPEG-21研究的目標

（1）是否需要和如何將這些不同的組件（協議、標準、技術等）有機地結合在一起？討論是否需要新的規范？如果具備了前面的兩個條件，如何將不同標準集成在一起？MPEG-21的范圍可以描述成是一個決定性（關鍵）技術的集成，這些技術可以通過訪問全球網絡和設備實現對多媒體資源的透明和增強的使用。

2.2MPEG-21的用戶需求

多媒體框架MPEG-21中的\"用戶\"是一個廣義的概念，可以指世界各地的個人、團體、組織、公司、政府，也可以指其他標準化組織和主體。從技術上講，用戶指任何與MPEG-21標準環境交互或使用MPEG-21數字項的實體，用戶的鑒別依賴于交互中與其他用戶之間的關系，如圖1所示。

圖1 用戶定義示意圖

通常，MPEG-21的用戶需求主要有以下方面：保障安全的內容傳送和價值交換；容易理解所使用的項目；確保內容的個性化；允許在MPEG-21中操作與之相兼容的實體；允許在MPEG-21中引入其它多媒體框架，它們兩者之間也可以相互操作；平衡和支持MPEG之外已存在的和未來的標準；保護用戶的隱私；確保數據項的完整性；提供內容和交易的跟蹤；提供用戶保護，包括服務的可靠性、債務與保險、損失與破壞、交付處理與消除危險等等。這些用戶需求可分為兩大類：一類是為MPEG-21應用發展新的標準；另一類是為其它已經存在的或將來的標準和服務提供接口，如MPEG就即將為諸如XML，MPEG-1，MPEG-2和TCP／IP等業已存在的標準提供應用于MPEG-21框架中的接口，并為未來標準和服務的發展提供應用于MPEG-21框架中的擴展接口。最終，MPEG 將在制定標準的同時實現統一的多媒體框架。

3 MPEG-21框架中的要素

MPEG-21多媒體框架是一個結構化的框架，從結構上可分成7項基本要素：數字項聲明、數字項的識別與描述、多媒體內容表示、內容的管理與使用、知識產權的管理與保護、終端與網絡、事件報告，從這7項基本要素中可以看出MPEG-21所要規范的內容。

3.1 數字項聲明（Digital Item Declaration）

數字項是數字資源及其相關內容(圖像、數據文件、音頻、視頻等)的集合，是一種按標準進行表達、標記、帶有描述性的、結構化的數字對象，也是MPEG-21框架中傳送和交易的最基本單元。數字項聲明，是用于聲明數字項的一種統一而靈活的抽象以及在數字項之間進行互操作的機制。圖2 顯示了這個模型里最重要元素，它們是如何關連的，以及數字項描述模型的層次結構。

圖2 數字項聲明模型各要素的關系

3.2 數字項標識與描述（Digital Item Identification and Description）

數字項標識與描述是對不同自然屬性、類型和精度的數字項進行統一標記和描述的結構和方法。它要解決的問題是在全球范圍內唯一的標識數字內容，并連同唯一的標識符給出解決方案。它提供的功能包括：①精確、可靠和獨有的識別。②不考慮自然、類型和尺寸的情況實現實體的無縫識別。③相關數字項有效可靠的識別方法。④任何操作和修改下數字項的識別和描述都能保證其安全性和完整性。⑤自動處理授權交易、內容定位、內容檢索和內容采集。

3.3 內容管理與使用（Content Handling and Usage）

內容管理與使用是一種通過內容分配和消費價值鏈來保證順利地進行內容創建、制作、存儲、傳送和重復利用的接口和協議。由于MPEG-21的目的是通過網絡和設備來透明地使用多媒體內容，所以MPEG-21對于內容的檢索、定位、緩存、存檔、跟蹤、發布以及使用顯得尤為重要，并且隨著時間的推移，網絡的內容及對內容的存取需求還將呈指數級增長。

3.4 知識產權管理與保護（Intellectual Property Management Protection）

MPEG-21多媒體框架將提供對數字權利的管理與保護，即通過大范圍的網絡和設備來對用戶的權利、興趣和各類與MPEG-21數字項相關的認定事項實現可靠的管理和保護。同時，由于MPEG-21多媒體框架在某種程度上能夠獲取、編輯和傳播相關的政策、法規、協議以及文化準則，因此可建立針對MPEG-21數字權利的商業社會平臺。此外，MPEG-21還有可能提供一種統一的領域管理組織和技術，用以管理與MPEG-21交互的設備、系統和應用等，并提供各種商業交易的服務。

3.5 終端與網絡（Terminals and Networks）

MPEG-21通過屏蔽網絡和終端的安裝、管理和實現，可以為用戶提供一種貫穿于終端和網絡、能交互和透明地存取或發布多媒體內容的能力。它支持與任意用戶的連接，還可根據用戶的需求提供網絡和終端資源。這種網絡和終端能夠根據內容的要求來提供內容的可分級性功能，并能根據用戶和網絡的服務質量進行內容傳輸。隨著多種類型網絡的出現，如有線、無線、GPRS，UMTS，IMDS，MMDS的出現，這種方便的使用顯得越來越重要。

3.6 內容表示（Content Representation）

MPEG-21提供的內容表示可以通過分級的和錯誤恢復方法有效地表示任何數據類型。多媒體場景的不同元素可以單獨地訪問，可以同步和復用，也允許各種各樣的交互式訪問。顯然多媒體內容是多媒體框架中的基本要素。框架中的內容可以編碼、描述、存儲、傳送、保護、交易、消費等。在MPEG-21中，多媒體內容表示可完成對MPEG-21基本對象的表示。

3.7 事件報告（Event Reporting）

事件報告是用戶能精確地理解框架內所有可報告事件(如交易)的接口和計量。事件報告可為組織提供相關的、及時的策略信息，而且對用戶與用戶、用戶與數字項、數字項與數字項的事件計算結果進行分析，將有利于用戶分析事件。

用這7個核心單元描述在使用數字項用戶之間的交互作用，如圖3所示。

4MPEG-21在教育教學中的應用

4.1 構建基于MPEG-21的異構網絡學習環境實現遠程教育

現在存在許多不同類型的網絡，典型的就有廣播電視網、因特網，以及現在正在逐漸形成的基于移動設備的移動學習網絡，他們形成了一個異構網絡教學環境，各種多媒體教學資源分散在這些動態匯聚網絡的諸多終端設備上。這些終端設備和網絡擁有有限且不同的傳輸、處理、存儲和顯示多媒體內容的能力，但它們要訪問的多媒體教學資源卻非常豐富。在這種異構網絡學習環境中，如果采用MPEG-21多媒體框架標準，一方面可把學習者終端和網絡的具體情況屏蔽開來，使不同的學習者能透明地、交換式訪問多媒體教學資源；另一方面，為不同類型的多媒體教學資源提供了一個接口，使各種類型的多媒體內容能被不同的用戶使用。這樣，電視網中的學習者就可以用數字電視訪問因特網中的多媒體教學資源，反之也是如此。由于不同的網絡性能是明顯不同的，比如移動電話網的帶寬、處理和存儲等能力要比數據網差，但通過MPEG-21，我們可以根據終端、網絡的性能和學習者的需要，按照可使用的帶寬、顯示尺寸、多媒體信息的可伸縮性等定制多媒體內容以適應不同信道的要求。基于MPEG-21的異構網絡教學環境如圖 4所示。

4.2構建基于MPEG-21的數字多媒體圖書館

數字圖書館是采用現代高新技術的數字信息資源系統，它不受時間和空間的限制，是一個多功能、易于使用、超大規模的信息資源庫。在數字圖書館的資源建設中，多媒體信息占據了信息資源的很大一部分。如何獲取數字視頻／音頻及合成圖形等信息，如何傳送各種不同類型的媒體并為用戶提供透明的信息服務，以及如何進行內容的管理、內容的重定位、各種權利的保護、非授權存取和修改的保護等問題，日益受到數字圖書館建設者的重視。目前已經建立的傳輸和數字媒體的基礎結構、要素和規范之間還沒有一個明確的關系描述方法。而MPEG-21的目標就是要將不同的協議、標準和技術結合在一起，綜合性地加以協調和發展，最終建立一個高效、透明和互操作，具有知識產權管理和保護能力的跨平臺多媒體框架，使用戶可以通過異構網絡和設備透明地使用多媒體內容，而這正是數字多媒體圖書館所需要的。如圖 5所示是一個基于MPEG-2l的多媒體數字圖書館的模型。系統工作流程如下：管理服務器接受用戶請求，經過IPMP（知識產權的管理與保護）服務器確認用戶訪問權限后生成對應的數字項，并從DI（數字項）服務器中提取相應的信息實現數字項的匹配，然后根據UMA（通用多媒體接口）服務器對用戶的環境描述來對數字項進行處理，最后再把處理后的數字項提供給用戶，用戶根據接收到的數字項的內容到相應的用戶處獲取所需多媒體內容。

4.3構建基于MPEG-21的數字電視實時教學系統

我國現階段遠程教育利用模擬廣播技術傳輸教育信息，已經形成了依靠模擬廣播技術、具備一定規模的單向實時教學系統。但是隨著人們對教育形式、教育內容需求不斷提高，單向實時教學系統已經不能滿足遠程教育需求。同傳統的模擬電視系統相比，數字電視系統更注重互操作性，這將能更充分地利用各種有效資源。隨著網絡技術的發展，數字電視網絡的通信能力必然極大提高，將從原來單一的一點對多點的\"廣播\"模式擴展為點對點交互式系統。數字電視實時教學系統將是一個將活動圖像、聲音和數據，通過數字技術進行壓縮、編碼、傳輸、存儲、實時發送、廣播或者經過記錄媒體的傳播， 供學習者接收、播放的教學系統。MPEG-21正是考慮到了這方面發展需要，提供了支持學習者有效、透明和交互的對數字項進行交換、訪問、消費、交易等技術，滿足數字電視教學系統所需的對各種多媒體信息的管理、互操作性及交互式應用等需求。基于MPEG-21的數字電視實時教學系統，不但能夠滿足系統完成各項功能的要求，還可以使系統實現標準化，增強了其擴展能力和與其它網絡之間的交互能力。從圖6看出，數字電視客戶端和服務提供者之間以及客戶端之間都作為MPEG-21的用戶通過數字項進行通信，通過處理數字項，按照客戶端的處理能力以及客戶端的具體要求組織和發送學習資源，這樣就構成一個通用的多媒體訪問系統，通過教學內容管理服務器產生數字項，教學節目管理中可對數字項進行匹配處理，使客戶端得到所需要的數字項。

4.4 基于MPEG-21的智能推拉技術可以為學習者提供個性化的信息服務

如何在教學中高效地進行訪問、交互操作和顯示不同類別的、復雜的、可用的多媒體教育信息，是未來教育教學研究值得探討的問題。在信息獲取中，使用包含各種多媒體數據的信息“推送”和“拉取”技術變得越來越重要。“推送”技術是根據學習者的需求，有目的地按時把學習者感興趣的教學信息主動發送給學習者，在通用網絡平臺上應用。“推送”技術最終需要解決的問題是“推什么，推給誰”。“推送”技術中最關鍵、也是首先要解決的問題是對教學信息的分類及處理。而目前的教學信息特點是信息量巨大，信息類型難以估計和難以人工處理。因此，要使“推送”技術最終得以成功應用，引入“人工智能”和充分利用MPEG-2l框架標準將是值得探索的一個方向。網絡信息“拉取”技術指用戶有目的地在網絡上主動查詢信息，用戶從瀏覽器給Web發出請求，由Web獲取所需信息。現在，多媒體數據已經廣泛用于網絡教學當中，課程提供者和使用者不僅要存取常規的字符數字數據，而且越來越多的網絡課程將包含多媒體數據。利用MPEG-21框架標準可以實現高效率的按照多媒體數據的特性來存取和檢索多媒體數據。基于MPEG-21框架標準的多媒體內容管理方法是從新的角度來管理多媒體信息，包括：視頻媒體的結構化組織和瀏覽；圖像和音頻信號的處理目的不是識別和理解，而是用于更廣泛的信息存取應用方面；綜合考慮多種媒體及其關系；強調從信息技術的角度開展研究。

5 結束語

隨著各種多媒體資源的數量與日俱增，多媒體內容的提供者和使用者面臨的問題更為嚴重，急待解決， 這必將推動MPEG-2 1多媒體框架及其相關技術的發展和應用。研究MPEG-21多媒體框架及其應用具有重要的現實意義和教育價值，也必將推動相關多媒體教學資源處理和應用技術的發展。