基于流媒體技術的高校教學系統設計

摘要：隨著科技的不斷發展，高校簡單的多媒體演示文稿教學方式已逐漸不能適應時代的要求。如何突破固有思維，尋找一種更實用更便捷的教學方法或載體，已經成為高校教育改革的首要任務。本文借鑒在線視頻會議的流媒體技術，輔助互聯網異步傳輸，設計了一套針對高校多媒體課堂的實時互動教學系統，為科技整合教育資源提供了一個方向。

關鍵詞：流媒體 異步傳輸 高校教學系統

0 引言

隨著網絡技術的不斷發展，高校多媒體教學方法得到了普遍推廣。現如今的高校教學，大多以課堂現場播放音視頻和演示文稿的方式進行，這雖然可以提高教學的直觀性，變抽象為形象，提高課堂效率，但同時這樣的方式也存在諸多弊端，比如課件過于程式化，華而不實，忽略了學生的學習主體性，不能和學生進行有效的互動，從而掩蓋了多媒體技術的優勢，也無法引起現今大學生學習的興趣。

基于高校教育的現狀，本文設計了一套即時互動的教學系統，該系統基于流媒體技術設計，輔助互聯網異步傳輸技術，可以實現以學生為主體，以實時互動為手段，以傳統板書式教學和演示文稿教學為輔助的新的多媒體教學方案。

1 流媒體技術簡介

流媒體技術，是一種新的媒體傳送方式，主要應用在在線會議、網絡直播等實時數據傳送中。它的傳輸原理是將視頻、音頻等媒體壓縮為一個個壓縮包，由視頻服務器向用戶計算機連續、實時傳送，只需要在用戶端緩存足夠可播放的視頻容量就可以開始播放，而不必下載完整個文件。這種技術不僅使啟動延時大幅度地縮短，而且對系統緩存容量的需求也大大降低。

流媒體的傳輸協議主要包括兩個部分，即實時數據傳輸協議RTP和實時傳輸控制協議RTCP，它們是由IETF的音視頻工作組于1996年制訂的，主要是為了彌補互聯網帶寬不足和服務質量控制機制微弱的局限性。RTP主要用來傳輸具有實時特點的數據，而RTCP用來控制服務質量，并在正在進行的會話里傳送參加方的信息。

2 系統設計

2.1 總體結構

基于實時友好的設計理念，本系統主要包括服務器流媒體管理模塊和客戶端交互模塊兩部分。總體流程圖如圖1所示。

2.2 服務器流媒體管理模塊

服務器流媒體管理模塊作為該系統的核心，主要完成對課件、錄制的音視頻文件和其他教學文件的合成、采集、編碼、存儲和廣播功能。

服務器流媒體管理模塊的合成過程主要采用微軟公司的Movie Maker和PowerPoint的Producer組件，采集和存儲過程主要采用微軟公司的Windows Media Encoder，而流媒體服務器的架設和廣播功能主要采用Windows Media Server。

微軟公司的Movie Maker和PowerPoint的Producer組件可以很方便的把已有的音視頻文件和演示文稿制作成豐富多彩的形式。首先利用攝像機、音視頻采集卡或桌面錄制軟件，把音視頻和操作場景錄制下來，然后利用Movie Maker制作包括字幕、轉場特效等在內的完善的視頻文件，也可以利用Producer組件制作復雜框架的多媒體演示文稿。

本系統媒體源的采集使用Windows Media Encoder軟件，編碼方式是微軟的ASF。該軟件可以捕捉話筒、攝像頭、視頻采集卡和電腦桌面等多種終端，生成的媒體源被捕捉以后發布存儲到已經架設好的流媒體服務器上，就可以進行實時廣播和點播功能。為了增強媒體的豐富性，我們第一步已經制作好了完善的視頻文件和復雜框架的多媒體演示文稿，通過此步驟，可以把制作好的文件按一定的編碼格式采集到流媒體服務器上。

流媒體服務器主要用于儲存和控制廣播流媒體的數據，它的架設離不開Windows Media Server，微軟的服務器版本的系統都自帶這一軟件。架設好的服務器還需要進行流媒體站點的設置后，才能進行媒體流的播放功能。流媒體站點有兩種設置，一種是實況推傳遞廣播；另一種是錄制拉傳遞點播。本系統在課上時間使用推傳遞廣播，把教師現場的音視頻、演示文稿等內容實況傳輸到學生機器上，并根據學生的反饋進行課件的實時調整；課下自學習時間則采用點播方式，讓學生自行選擇要學習的課程觀看或下載。流媒體站點發布完成之后，就可以在學生端打開Media Player，輸入發布點的地址mms://地址/文件名進行觀看。本系統客戶端交互模塊會設計更友好更直觀的客戶端和瀏覽器網絡界面，避免操作播放器的麻煩。

2.3 客戶端交互模塊

客戶端交互模塊直接面對學生，負責把流媒體模塊的源數據展示在界面上，同時負責即時通信功能，讓學生和教師實時溝通，教師端也可以自行屏蔽這一功能。該模塊主要采用網頁Ajax技術，對互動數據進行及時推拉。

Ajax技術俗稱為異步傳輸技術，它是一種新的網頁開發技術，利用它可以快捷方便的開發出即時聊天、文件傳輸等功能。Ajax的核心是JavaScript對象XmlHttpRequest，它可以使客戶通過瀏覽器直接與服務器進行通信，而不用重新加載整個頁面，從而減輕服務器的數據傳輸，使交互頁面更小、更快、更友好。

本系統主要基于流媒體和網頁Ajax技術開發設計，流媒體服務器除了上述的架設和軟件安裝外，還要配置好IIS（互聯網信息服務），這樣客戶端就可以不受環境和條件限制，直接展示在互聯網上。

本系統目前已完成主要的模塊設計和框架整合。

3 結束語

信息技術的快速發展，為高校教育的改革提供了新的可能，在視頻會議領域廣泛應用的流媒體技術無疑是其中最有前景的研究方向。本系統充分融合流媒體技術和異步傳輸技術的優勢，摒棄多媒體教學的固有思維，變學生為主體，以互動為手段，讓課堂上每個人都參與其中，充分發揮學生的學習積極性，提高高校課堂學習效率。

參考文獻：

[1]鐘玉琢，向哲，沈洪.《流媒體和視頻服務器》，清華大學出版社，2003.

[2]章森，吳建平，林闖.《互聯網端到端擁塞控制研究綜述》，軟件學報，2002.

[3]梁民，汪偉.《基于AJAX技術開發web應用》，電腦知識與技術，2006.