基于RIA 技術的網絡實時課堂系統

蘭學莉 婁 健 何欣楓

（1.河北大學，河北 保定 071002；2.河北大學計算中心，河北 保定 071002；3.河北大學數學與計算機學院，河北 保定 071002）

基于RIA 技術的網絡實時課堂系統

蘭學莉1婁 健2何欣楓3

（1.河北大學，河北 保定 071002；2.河北大學計算中心，河北 保定 071002；3.河北大學數學與計算機學院，河北 保定 071002）

利用RIA技術，用戶開發的網絡應用可以提供更豐富、更具有交互性和響應性的用戶體驗。網絡實時課堂系統采用Flash開發工具構造的RIA系統，借助RIA技術的優勢，系統既實現了良好的交互性、跨平臺性，又便于部署和使用，可對基于Web的遠程教學和網絡學習提供良好的支持。

RIA；網絡實時課堂；Flash

遠程教學和網絡學習是實現終身學習的一種行之有效的手段。實時課堂是遠程教學和網絡學習系統中一個重要的組成部分，是利用網絡將教師授課中的視頻、音頻和板書實時地在網絡上分發，可以使學生通過網絡的方式達到與在課堂上課同樣的教學效果。實時課堂系統有很多，主要可以分為兩種，一種是基于電話、電視的實時課堂系統，這種系統，實時性好，但系統靈活性差，智能程度不高，且需要專用設備，部署不方便。另外一種是基于網絡的實時課堂系統，這種系統一般需要特定軟件支持，對用戶有較高的計算機應用基礎要求；系統升級、更新操作復雜；跨平臺性較差，大都運行在Windows平臺上。

（一）RIA技術簡介

在過去的幾年中，Web開發人員一直想構建一種比傳統HTML更豐富的客戶端：一個用戶接口，比用HTML能實現的接口更加健壯、反應更加靈敏、更具有令人感興趣的可視化特性。RIA（Rich Internet Application，富互聯網應用系統）技術的出現允許在因特網上以一種像使用Web一樣簡單的方式來部署客戶端程序。無論將來RIA是否能夠如人們所猜測的那樣完全代替HTML應用系統，比較那些C/S架構的胖客戶端系統和B/S架構的瘦客戶端系統，RIA確實提供了一種廉價的選擇，結合了聲音、視頻和實時對話的綜合通信技術使RIA具有前所未有的網上用戶體驗。RIA技術的優勢在于：采用相對健壯的客戶端描述引擎，能夠提供內容密集、響應速度快和圖形豐富的用戶界面；數據能夠被緩存在客戶端，從而可以實現一個比基于HTML的響應速度更快且數據往返于服務器的次數更少的用戶界面。目前，用于RIA的開發工具主要有：Adobe公司的 Flash/Flex，Sun公司的Java FX和Microsoft公司Silverlight。其中，Flash發展較早且技術成熟，以Flash Player為客戶端的RIA可以支持種類廣泛的平臺和設備，其在RIA開發工具中占有主導地位。網絡實時課堂系統采用Flash開發工具構造的RIA系統，借助RIA技術的優勢，系統既實現了良好的交互性，又便于部署和使用，可對基于Web的遠程教學和網絡學習提供很好的支持。

（二）網絡實時課堂系統

1.系統結構。系統結構如圖1所示。系統主要由Flash Media Server、Web Server和瀏覽器組成，此外，要求瀏覽器有Flash Player插件支持。

圖1 網絡實時課堂系統結構圖

一次實時授課的工作過程如下所示：（1）教師端訪問Web Server的音視頻發布頁面，將帶有音視頻發布功能的SWF文件下載到瀏覽器，由嵌入瀏覽器的Flash Player執行；（2）教師端Flash Player從教師端本地的攝像頭和麥克風處獲得實時音視頻流，并使用RTMP協議將其發布到Flash Media Server；（3）學生端訪問Web Server的實時音視頻收看頁面，將包含收看實時音視頻信息的SWF文件下載到瀏覽器，由嵌入瀏覽器的Flash Player執行；（4）學生端Flash Player通過RTMP協議連接到Flash Media Server，獲得實時音視頻流，并在瀏覽器內進行播放。從上述過程中可知，系統的設計基于RIA技術，體現出了新一代互聯網應用的優勢。系統優勢體現在如下幾個方面：第一，用戶只需要具備嵌入Flash Player的瀏覽器即可完成一次授課過程，而不需要安裝任何其他客戶端軟件或是瀏覽器插件。依據2008年3月份的統計數字，Flash Player 9的安裝率已經超過97%。因此，系統的使用不需要做額外的軟件安裝、配置等工作，降低了用戶對計算機知識掌握程度的要求，省略了與授課不相關的操作，使教師和學生把精力更多的集中在課程內容上。第二，所有的程序和各種流媒體信息保存在Flash Media Server和Web Server上，便于實現統一管理和維護。同時，也可保證客戶端獲得的永遠是最新的數據。第三，基于瀏覽器/Flash Player的特性，系統提供了跨操作系統和瀏覽器運行的能力。目前，系統不僅可運行于Windows平臺的IE瀏覽器，還可以支持Windows平臺的FireFox、Opera等瀏覽器，Linux平臺的Firefox/Mozilla瀏覽器，Mac OS X 平臺的Safari、Opera瀏覽器，甚至，在Flash Lite的支持下，系統可運行在移動和消費電子設備上。

2.實時授課的實現。實現實時授課，關鍵就是要解決音視頻流的實時傳輸問題。在系統中，音視頻流的實時傳輸是使用Flash Media Server（FMS）來實現的。FMS是一個RIA的開發框架和部署環境，開發者可以使用Flash來編寫媒體應用程序，然后使用FMS來部署這些應用程序。FMS將傳統的流媒體功能與靈活的開發環境結合起來，為最廣泛的群體創建和提供創新的、交互式媒體應用。FMS的出現使得Flash成為真正的客戶端軟件，從而可以和FMS建立客戶/服務器（C/S）架構。對視頻和音頻更靈活的支持也使Flash在流媒體方面與其他流媒體服務器（如Real公司的RealServer，微軟公司的Microsoft Media Server等）相比較也不遜色。FMS使用FLV作為流媒體的傳輸格式，FLV是一種新的流媒體格式，全稱為Flash Video，使用這種格式形成的多媒體文件極小，加載速度極快，使得在低帶寬網絡環境下觀看視頻文件成為可能。借助Flash高質量視頻編解碼器，能夠以低位速率和文件大小，提供較好的視頻質量。在FMS體系結構中，客戶端與服務器通過RTMP（Real-Time Message Protocol）協議相互通信。RTMP協議被Flash用于對象、視頻、音頻的傳輸，該協議建立在TCP協議或輪詢HTTP協議之上。RTMP協議就像一個用來裝數據包的容器，這些數據可以是AMF格式的數據，也可以是FLV中的音視頻數據。

3.共享白板的實現。在系統中，除了實現音視頻信息傳輸外，教師和學生還可以利用共享白板模塊進行交流。通過共享白板模塊，可實現文字、圖形、圖像等多種信息的實時交流，教師和學生均可對共享白板進行操作。通過共享白板模塊發布的信息有以下幾種類型：（1）涂鴉：使用電子畫筆（用鼠標控制）在白板上進行繪圖，可實現直線、自由畫線、矩形、橢圓型等多種圖形；（2）文字：支持文字字體、字號、顏色、格式等設置；（3）圖片：包括BMP、JPG等格式圖片，同時支持圖片顯示的位置和大小的調節；（4）其他文檔：支持諸如PPT、PDF等文檔類型的展示。通過上述多種形式的交流，增強了教師與學生及學生之間的交互，為達到更好的課堂教學效果提供了保障。共享白板是通過使用FMS中遠程共享對象（Remote Shared Object,RSO）技術實現的。共享對象可以存儲任何Flash支持的數據類型，可以用來記錄或與其他聯機用戶實時分享一些信息。RSO的信息存儲在服務器端，因此任何用戶都可以連接到遠程共享對象訪問到相同的信息。圖2演示了在系統中如何使用RSO來實現共享白板。

圖2 使用RSO實現共享白板

4.其他功能。此外，系統還引入了如下功能：（1）文字聊天：類似目前網絡聊天工具的功能，來實現教師學生間的問題討論；（2）教學錄像查看：一個教學VOD子系統，通過該系統學生可根據自己的進度學習，實現自主學習；（3）網絡存儲及管理：即實現了網絡存儲的功能，教師和學生可保存一些自己的教學資料，便于使用和共享。上述功能的實現主要基于FMS和Web設計技術，具體方法與實時課堂和共享白板類似。

5.系統特色。網絡實時課堂系統具有如下一些特點：（1）采用RIA技術，完全基于Web實現，全部程序都由服務器端維護，客戶端只需要安裝瀏覽器，簡化了用戶操作；（2）使用普通攝像頭作為視頻采集設備，硬件成本低，無需特殊環境；（3）音視頻流編碼效率高，延遲低，占用系統帶寬少，適用于低帶寬網絡；（4）跨平臺特性。客戶端不僅可運行于Windows系統，也可用于Linux和Mac OSX系統，甚至可運行在移動和消費電子設備上；（5）采用多種交流手段，包括實時音視頻、共享白板、文字聊天等，實現教師和學生之間的良好互動；（6）采用HTML+Flash插件的實現方式，便于和現有Web應用相融合，如個人網站、Blog系統，部署方便。

網絡實時課堂系統采用RIA技術實現，只需要瀏覽器即可完成所有功能，方便了用戶操作，也便于系統的升級、維護。同時，提供了實時音視頻、共享白板、文字聊天等多種交流手段，符合遠程教學的規律，為提高遠程教學質量，豐富遠程教學手段，促進遠程教學的普及提供了有力的支持。系統為開放式組件化架構，具有良好的可擴展性，方便在此基礎上進行二次開發，可適用于視頻會議系統、遠程信息咨詢、視頻電子商務平臺、視頻娛樂網站等其他領域，具有較好的應用和推廣價值。

G434；TP393

B

1008-1151(2010)04-0180-02

2010-01-20

蘭學莉，女，河北大學講師，碩士，研究方向為統計學、人口學、教育技術；婁健（1978－），女，天津人，河北大學計算中心講師，碩士，研究方向為軟件工程、教育技術；何欣楓（1976－），男，天津人，河北大學數學與計算機學院講師，碩士，研究方向為分布式系統。