基于流媒體的網絡課程資源集成及其關鍵技術

摘 要：網絡課程是網絡教學的基本要素和重要資源。在介紹同步集成多媒體語言SMIL的基礎上，依據Realsystem流媒體開發平臺，研究網絡課程資源集成時實現媒體組合、規劃時間線和設置播放布局等幾個關鍵技術，指出實現這些技術的有關問題和策略，并給出有關實例。

關鍵詞：流媒體;網絡課程;資源集成;SMIL

中圖分類號：TP37，TP393 文獻標識碼：B 文章編號：1004373X(2008)1810304

Network Course Resource Integration and Its Key Techniques Based on Streaming Media

PAN Luyi

(Zhejiang Vocational College of Commerce，Hangzhou，310053，China)

Abstract：Network course is a basic element and an important resource of the network teaching.It introduces the Synchronized Multimedia Integration Language(SMIL).Based on the developing environment of realsystem streaming media，it researches a few key techniques in the process of network course integration，such as the medium combination，time line programming and broadcast layout setup.It points out the relevant problem and strategy to accomplish these key techniques，and gives out the related examples.

Keywords：streaming media;network course;resource integration;SMIL

1 引 言

隨著網絡技術的快速發展和校園網的普及，網絡化教學作為一種高效新型的教學模式，越來越受到重視。網絡課程是網絡教學的基本要素和重要資源，是指通過網絡表現的某門學科的教學內容及實施的教學活動的總和，包括按一定的教學目標、教學策略組織起來的教學內容和網絡教學支撐環境。網絡課程給人們提供便捷的學習機會，使學習活動更加自主化、個性化，學習者可以選擇適合自己的學習時間、地點、方式、進度，用瀏覽器播放教學內容，在教學形式上既可以實時學習，也可以使學習者進行非實時的自主或協同學習，還可以實現師生之間的直接對話交流，形成一個開放和交互的遠程教育環境。對于創新教學模式，提高教學效果，培養學生良好的學習習慣和學習能力等有著重要的積極意義。

網絡課程的開發需要相關的技術支撐，流媒體技術和理論的日趨成熟，為網絡課程的開發和實施提供了強有力的技術基礎。基于流媒體技術的網絡課程，能高效、便捷地進行網上實時和遠程教學，并能確保音視頻播放流暢，有良好的同步效果。

基于流媒體的網絡課程的開發實質上是運用網絡課程開發工具，把課程素材轉換為流媒體形式的文本、音頻 、視頻、動畫等，并按課程教學要求，集成為課程的流媒體課件或教學節目，再通過Web發布。目前網絡流媒體平臺主要有Realnetworks公司的Realsystem、微軟公司的Windows Media和蘋果公司的QuickTime。Realsystem優良的性能使得用戶數量上處于領先地位，Realsystem的文件格式主要有rm（流式音視頻）、ra（流式音頻）、rp（流式圖像）、rt（流式文本）。網絡課程開發涉及許多技術問題，其中流媒體教學素材的集成是最關鍵的技術，利用SMIL同步集成多媒體語言，可以將Internet上不同位置的媒體文件關聯到一起。本文依據Realsystem流媒體開發平臺，研究網絡課程開發過程中流媒體教學素材集成及其關鍵技術。

2 同步多媒體集成語言SMIL簡介

世界W3C協會(World Wide Web Consortium)于1998年6月開始推廣一種和HTML具有相同結構的標記語言：同步多媒體集成語言(Synchronized Multimedia Integration Language，SMIL）。這是一種簡單而有效的關聯性標記語言，它可以將Internet上不同位置的媒體文件通過它們的URL關聯起來，形成多媒體文件。在播放時，播放器會自動從它們的存放位置進行調用，并按文件中設置的播放順序和位置等屬性，將這些文件集成到同一窗口播放。實際上SMIL文件僅是一個關聯文件，并不包含真正的媒體內容。SMIL支持的媒體格式有靜止圖片文件、RealPix，RealText、動畫、音頻、視頻等。目前支持SMIL文件的播放器主要有RealPlayer，QuickTime等，用戶瀏覽器端只要安裝RealPlayer或QuickTime的相應的插件，也可以播放SMIL文件。

SMIL文件是純文本文件，其文件擴展名為“.smil”或“.smi”。整個文件以＜smil＞開始，＜/smil＞結束，其中包含由＜head＞＜/head＞標記定義的頭部以及由＜body＞＜/body＞標記定義的正文部份。在SMIL文件的正文部分，用媒體標記將媒體文件引入SMIL文件中。下面代碼關聯一個流服務器上的流式音頻文件sound1.rm。

＜body＞

＜audio src=”rtsp://realserver.course.com:554/audio/sound1.rm”/＞

＜/body＞

3 流媒體素材集成的關鍵技術

在網絡課程中，通常需要把音頻、視頻、演示文稿、圖片等教學信息按一定的組合同時或順序播放，構成一個情景交融的多媒體教學環境，讓學習者可以在一個動態的交互性的學習環境中學習。在網絡課程中，可以按照課程教學策略、教學目標，組織多媒體內容，設置組合后的播放布局和播放方式。實現流媒體集成的關鍵技術主要包括關聯媒體文件、設置媒體的組合方式、規劃時間線、設置播放布局等。

(1) 關聯媒體文件。在SMIL文件的正文部分，用媒體標記將相關媒體文件引入SMIL文件中，同時通過設置標記屬性，描述媒體文件的文件格式和所處的位置，以及媒體文件在SMIL文件中的其他行為。常用的媒體標記有＜animation../＞，＜textstream../＞，＜img../＞，＜audio../＞，＜video../＞等，分別用于關聯動畫文件、流式文本文件、圖像文件、音頻文件和視頻文件等。下面代碼關聯一個流服務器上的流式視頻文件class1.rm。

＜video src=”rtsp://realserver.course.com:554/video/class1.rm”/＞

(2) 媒體的組合播放及帶寬分配策略。在流媒體網絡課程中，有些媒體文件是緊密聯系的，如在播放演示文稿時，要同步配音，或在播放視頻時要顯示相應的文稿和圖片等。這就要將媒體文件進行組合播放。在SMIL中，可以用＜seq＞和＜/seq＞組合標記實現媒體文件的順序播放，用＜par＞和＜/par＞標記實現媒體文件的同步播放，同時兩種組合標記還可以進行嵌套組合。如下面的代碼實現了4個流媒體文件的組合。

＜par endsync=\"last\" ＞

＜ref src=\"graph/pic1.rp\" region=\"graphregion\" /＞

＜seq＞

＜textstream src=\"text/word1.rt\" region=\"textregion\" /＞

＜video src=\"videos/vid1.rm\" begin=\"20s\" region=\"videoregion\" /＞

＜/seq＞

＜/par＞

＜video src=\"videos/vid2.rm\" region=\"videoregion\" /＞

在默認情況下，同步組合的播放結束要等到其所包含的所有媒體對象播放結束之后。要改變這種情況，可以通過設置＜par＞標記的end屬性規定同步組合的絕對時間，也可以通過＜par＞標記的endsync屬性設置同步組合的播放結束與某一個媒體對象結合起來。endsync屬性的默認值為“last”，表示當組合中持續時間最長的那個媒體對象播放結束時，整個同步組合播放結束。當endsync屬性為“first”時，表示當組合中持續時間最短的那個媒體對象播放結束時，整個同步組合播放結束。如果要指定當某個媒體對象結束時，整個同步組合播放結束，則可設置endsync屬性為“id(相應媒體對象的id值)”。

必須注意，在媒體服務器發布每一個流媒體文件時，都會占用一定的傳輸帶寬。這個帶寬的具體數值是在創建媒體文件時預先設定好的，發布同步播放組合時所占用的傳輸帶寬，就是組合中所有媒體文件的傳輸帶寬的總和。為了保證同步效果以及整個多媒體文件傳輸順利和播放平滑，這個帶寬的總和不應該超過用戶和服務器連接的最大傳輸帶寬，否則就會產生帶寬“瓶頸”。這種“瓶頸”通常出現在兩個或多個高帶寬消耗的媒體文件同步播放時。因此，在組合同步播放文件時，要盡量將高帶寬文件和低帶寬文件組合在一起。在流媒體播放的開始階段，先播放低帶寬的媒體文件，如RealText文件和壓縮程度較高的Real音頻文件，這樣在它們播放的同時，播放器可以利用多余的網絡帶寬預先傳送后面將要播放的高帶寬消耗的數據。這種“幕后傳輸”的播放組合方式，可以使用戶端的播放器預先存儲足夠多的數據以保證后續播放的平滑性。

（3） 規劃SMIL文件的時間線。所謂流媒體的時間線就是這個媒體文件的播放時間計劃。比如，一個流式視頻文件播放長度為3 min，這個視頻文件的時間線就是3 min。流式音頻、視頻和動畫文件都具有內部時間線，在媒體文件建立時，生成軟件就將其內部時間線結合到文件的結構中去，這些文件的時間線不能再修改，除非重新改變文件的結構。RealText和RealPix文件的時間線是通過標記語言建立的，可以隨時修改。在組合流媒體時，一般先建立音頻、視頻和動畫文件，然后建立RealText和RealPix文件的時間線，使之與這些文件匹配。

當多個媒體文件組合時，各個媒體文件的時間線以及它們在多媒體文件中播放的計劃又組成了整個多媒體節目的時間線。合理計劃流媒體的時間線可以有助于合理使用用戶的連接帶寬，避免播放遲滯和“再預置”現象的出現。SMIL語言通過時間標記元素建立和改變SMIL文件的時間線。如通過begin和end屬性設置媒體播放的開始、結束時間及前后播放的間隔時間，通過clipbegin和clipend屬性可以播放連續性媒體文件內部的一個片段，還可以通過dur屬性設置播放的持續時間等。下面代碼是一個比較合理的流媒體時間線設計的例子。

＜par＞

＜seq＞

＜par＞ ＜! -- 文件組1--＞

＜ref src=\"graph/ image.rp\" region=\"graphregion\" /＞

＜seq＞

＜textstream src=\"text/ text.rt\" region=\"textregion\" /＞

＜video src=\"videos/video1.rm\" begin=\"20s\" region=\"videoregion\" /＞

＜/seq＞

＜/par＞

＜! -- 文件組2--＞

＜video src=\"videos/video2.rm\"region=\"videoregion\" /＞

＜/seq＞

＜/par＞

上述代碼所對應的時間線效果如圖1所示。

在文件組1中，首先播放的是image.rp文件和text.rt文件，由于text.rt文件的帶寬消耗很小，使image.rp文件有充足的帶寬來傳輸數據。當video1.rm視頻文件開始播放時，image.rp文件的數據已經傳輸結束，這時的帶寬全部可以為視頻文件video1.rm所占用。雖然文件組1和文件組2按順序播放，但最外層的組合會平衡組合中的媒體文件的帶寬消耗，當文件組1開始播放之后，存在多余帶寬，它就會開始傳送文件組2的數據，這樣就可以最大程度地掩蓋文件組2的預置過程，使得整個SMIL文件的播放不出現停頓而顯得平滑。

(4) 設置媒體播放的窗口布局。在流媒體課件中，除了聲音文件外，其他的媒體內容通常需要不同的播放區域。在SMIL文件的頭部，通過＜layout＞和＜/layout＞標記設置窗口布局；在這個layout標記群內，通過＜root-layout/＞標記定義底層區域，即播放器的主窗口的大小；在定義了底層區域后，再通過＜region/＞標記定義每一個播放區域的大小和位置。在SMIL文件的正文部分，通過定義相關標記的region屬性，在各播放區域中放置相應的可視媒體對象。下面的代碼中定義了二個區域分別播放視頻和流式文本。

＜smil＞

＜head＞

＜layout＞

＜root-layout width=\"500\" height=\"100\" /＞

＜region id=\"textregion\" top=\"0\" left=\"0\" width=\"200\" height=\"100\" /＞

＜region id=\"videoregion\" top=\"0\" left=\"200\" width=\"300\" height=\"100\" /＞

＜/layout＞

＜/head＞

＜body＞

＜par＞

＜textstream src=\"T5_1.rt\"region=\"textregion\" /＞

＜video src=\"V5-1.rm\"region=\"videoregion\" /＞

＜audio src=\"A5-1.rm\" /＞

＜/par＞

＜/body＞

＜/smil＞

在復雜的流媒體播放應用中，可能需要建立動態或重疊的播放區域，這可以通過SMIL的＜region＞標記的zindex參數實現。zindex參數的值越大，播放區域就越處于播放窗口的前方。SMIL文件中所定義的播放區域，只要不定義其背景色，在默認狀態下是透明的。對于最上層播放區域，如果有媒體文件在其中播放，下面各層的區域就被覆蓋。如果區域中沒有媒體文件的播放，它就處于透明狀態，下層中正在播放媒體文件的區域就被顯示。如果所有區域中都沒有正在播放的內容，所有的區域都處于透明狀態，播放器窗口就顯示SMIL文件中＜rootlayout＞定義的底層區域，它總是位于所有播放層的最底層。下面的代碼定義了2層區域，并實現播放區域的動態轉換。

＜smil＞

＜head＞

＜layout＞

＜root-layout width=\"400\" height=\"360\" /＞

＜! – 第一層：左右排列的區域 -- ＞

＜region id=\"left\" top=\"10\" left=\"10\" width=\"185\" height=\"340\" z-index=\"1\" /＞

＜region id=\"right\" top=\"10\" left=\"205\" width=\"185\" height=\"340\" z-index=\"1\"/＞

＜! – 第二層：上下排列的區域，重疊于第一層前方 -- ＞

＜region id=\"top\" top=\"10\" left=\"10\" width=\"380\" height=\"165\" z-index=\"2\" /＞

＜region id=\"bottom\" top=\"185\" left=\"10\" width=\"380\" height=\"165\" z-index=\"2\"/＞

＜/layout＞

＜/head＞

＜body＞

＜par＞

＜seq＞

＜par＞ ＜! -- 文件組1：左右排列 -- ＞

＜ref src=\"title.rp\" region=\"left\" fill=\"remove\" /＞

＜textstream src=\"words.rt\" region=\"right\"

fill=\"remove\" /＞

＜/par＞

＜par＞ ＜! -- 文件組2：上下排列 -- ＞

＜video src=\"film.rm\" region=\"top\" /＞

＜textstream src=\"text.rt\" region=\"bottom \" /＞

＜/par＞

＜/seq＞

＜/par＞

＜/body＞

＜/smil＞

上述代碼定義了2個顯示層，每層定義了2個區域，顯然，“top”和“bottom”區域位于“left”和“right”窗口的前方。盡管這些區域都是在SMIL播放的一開始就建好的，但是通過zindex，fill=“remove”以及區域默認的透明背景色，給用戶的感覺就是播放區域是在媒體文件開始播放時動態建立的。

4 結 語

流媒體運用特殊的數據壓縮和傳輸技術，可以使得聲音和視頻文件變得很小，通常只有WAV和AVI文件的3%~5%。因此，基于流媒體的網絡課程，能確保課程中音頻、視頻、演示文稿、圖片等資源在網絡上快速連續平滑的傳輸。利用SMIL同步集成多媒體語言，可以將網絡課程資源進行有效的關聯組合。本文針對基于流媒體的網絡課程開發，從技術層面詳細介紹了在網絡課程流式資源集成過程中，按照課程教學策略、教學目標和多媒體教學環境要求，實現流媒體的組合、規劃時間線、設置播放布局等關鍵技術。只有很好地解決這些關鍵技術，才能確保音頻、視頻播放流暢，音頻與視頻圖像有良好的同步，產生良好的視覺效果，使得網絡課程能高效、便捷地進行網上實時和遠程教學，構成一個情景交融的多媒體教學環境。

參 考 文 獻

［1］孫力，錢維瑩.流媒體技術與創作［M］.北京：中國青年出版社，2002.

［2］張麗.流媒體技術大全［M］.北京：中國青年出版社，2001.

［3］Synchronized Multimedia Integration Language (SMIL) 1.0 Specification.W3C Recommendation 15-June-1998 ，http://www.w3.org/TR/REC-smil/.

［4］http://www.w3.org/.

［5］陳鵬.遠程教育與網絡課程系統的研究與設計\\.現代電子技術，2006，29（24） :101102，105.

［6］馮乃光.交互技術的研究及實現交互式多媒體教學系統的設計技巧\\.2007，30（19）:175177，180.

作者簡介 潘陸益 男，1964年出生，副教授，1985年畢業于浙江理工大學。研究方向為多媒體技術，管理信息系統開發。