流媒體技術(shù)在外語教學資源傳輸中的應用

張維維，何家峰

(1.長春師范大學國際交流學院，吉林長春 130032；2.中國人民解放軍65304部隊，吉林長春 130000)

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流媒體技術(shù)在外語教學資源傳輸中的應用

張維維1，何家峰2

(1.長春師范大學國際交流學院，吉林長春 130032；2.中國人民解放軍65304部隊，吉林長春 130000)

多媒體技術(shù)的使用在提高教學效果上有顯著作用。目前，高校已經(jīng)開發(fā)并存儲了大量教學資源，但大部分資源都被閑置浪費。網(wǎng)絡(luò)帶寬是有限的，只有經(jīng)過特殊編碼處理，外語教學資源才能在網(wǎng)上傳輸，流媒體技術(shù)解決了教學資源傳輸中的問題。

流媒體；教學資源；資源傳輸

數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸形式主要以音視頻等多媒體為主。與文字和圖形信息相比，音視頻信息的數(shù)據(jù)量大，存儲空間大，對帶寬要求高。當用戶從網(wǎng)上下載播放音視頻信息時，流媒體技術(shù)使得下載播放方式是合理的。

1 流媒體技術(shù)

1.1 流媒體概念

流媒體是指視頻、聲音和數(shù)據(jù)等連續(xù)時基媒體從源端(服務器)同時向目的端(客戶端)傳輸。流媒體傳輸(實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)流式傳輸)驅(qū)動方式是一邊下載一邊播放。在收聽/收看前無需等待整個文件下載完畢后才能播放，而是緩沖一部分看完再緩沖。流媒體傳輸有兩種基本方式：順序流式傳輸(Progressive Streaming)和實時流式傳輸(Real-time Streaming)。順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時，用戶可觀看在線文件。在給定時刻，用戶只能觀看已下載部分，不能觀看未下載部分。實時流式傳輸需滿足Windows Media Server服務器與Real-time Streaming Protocol的要求。用戶可以實時訪問流媒體數(shù)據(jù)信息，可以快進或后退隨機瀏覽信息，流式傳輸?shù)幕具^程如圖1所示。流式傳輸?shù)膬?nèi)容是控制信息和音視頻數(shù)據(jù)信息。傳輸控制信息的是HTTP/TCP協(xié)議，傳輸實時音視頻數(shù)據(jù)信息的是RTP/UDP協(xié)議。

圖1 流式傳輸基本過程

1.2 流媒體系統(tǒng)構(gòu)成

流媒體系統(tǒng)主要包含3個組件：客戶端、編碼器、服務器。編碼器負責音視頻信息的采集、編碼、壓縮、制作、存儲。服務器負責存儲傳輸流媒體數(shù)據(jù)，客戶端負責接收流媒體信息并向服務器端發(fā)送請求。客戶端接收數(shù)據(jù)后能夠收看音、視頻信息。流媒體系統(tǒng)組成如圖2所示。

圖2 流媒體系統(tǒng)構(gòu)成

1.3 流媒體播放方式

在流式傳輸中通常采用3種媒體數(shù)據(jù)信息播放方式：組播、點播、廣播。(1)組播，在服務器端與客戶端建立一點對多點的傳輸通道，服務器可以發(fā)送一份數(shù)據(jù)包的拷貝給多個用戶，圖3為網(wǎng)絡(luò)組播模型。(2)點播，指客戶端主動連接服務器，控制流媒體進度通過開始、暫停、停止、快進、后退等按鈕。(3)廣播，服務器端將數(shù)據(jù)包傳輸給所有客戶端的用戶。

圖3 網(wǎng)絡(luò)組播模型

2 基于實時傳輸協(xié)議的多媒體數(shù)據(jù)流自適應傳輸

2.1 RTP協(xié)議

RTP(實時傳輸協(xié)議)是針對多媒體流數(shù)據(jù)用于Internet的一種傳輸協(xié)議，工作條件是一對一或一對多的傳輸情況，以提供時間信息和實現(xiàn)流同步為最終目的。RTP由兩部分組成RTP和RTCP(實時傳輸控制協(xié)議)。RTP只傳送數(shù)據(jù)包，RTCP提供QoS(網(wǎng)絡(luò)服務質(zhì)量)等保證，只有RTP和RTCP互相配合才能保證快速、準確地實時傳送數(shù)據(jù)。RTP數(shù)據(jù)包組成主要分為兩部分，即報頭和實際數(shù)據(jù)。RTP數(shù)據(jù)包的格式如表1所示。

表1 RTP數(shù)據(jù)包格式

RTCP協(xié)議在RTP會話期間完成監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)服務質(zhì)量(Qos)和傳遞與會者會話信息等功能。與會者周期性地傳送RTCP包進行流量和擁塞控制。RTCP的報文類型主要有5種：SDES(源描述)、RR(接收報告)接收統(tǒng)計、SR(發(fā)送報告)發(fā)送和接收統(tǒng)計、BYE(表示結(jié)束)、APP(應用)應用特定函數(shù)。RTCP數(shù)據(jù)包格式如表2所示，流媒體服務協(xié)議棧如圖4所示。

表2 RTCP數(shù)據(jù)包格式

圖4 流媒體服務協(xié)議棧

2.2 RTP流傳輸實現(xiàn)及反饋控制理論基礎(chǔ)及模型

RTP被劃分在網(wǎng)絡(luò)傳輸層。流媒體在網(wǎng)絡(luò)應用層通過RTSP和SIP(Session Initiation Protocol)協(xié)議實現(xiàn)。傳輸層的TCP或UDP協(xié)議實現(xiàn)端到端的傳輸。網(wǎng)絡(luò)層的IP協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)尋址。SIP(會話初始協(xié)議)與其它協(xié)議相互合作，RSVP(資源預留協(xié)議)預約網(wǎng)絡(luò)資源，RTP(實時傳輸協(xié)議)傳輸實時數(shù)據(jù)并提供QoS(服務質(zhì)量)反饋，RTSP(實時流協(xié)議)控制實時媒體流的傳輸(圖5)。

圖5 RSVP、PTP(RTCP)、RTSP、SIP在網(wǎng)絡(luò)7層協(xié)義中位置

服務器端在數(shù)據(jù)面的工作：(1)數(shù)據(jù)面的RTP層負責對音視頻數(shù)據(jù)進行流化處理，所謂數(shù)據(jù)流化處理就是服務器將壓縮、打包后的數(shù)據(jù)裝入RTP報文有效負載段。裝入時按照RTP協(xié)議報文格式，并把報頭的時間標志等參數(shù)配置好。(2)將RTP報文裝入UDP/TCP報文中的有效負載段。(3)網(wǎng)絡(luò)層IP協(xié)議負責報文頭部配置，實現(xiàn)流式數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸。RTP包數(shù)據(jù)裝載模型如圖6所示。

圖6 RTP包數(shù)據(jù)裝載模型

2.3 網(wǎng)絡(luò)帶寬自適應模型

在圖7的流媒體傳輸帶寬自適應模型中可以看到，基于RTP的流式傳輸?shù)淖赃m應調(diào)整一般采用慢升快降的調(diào)節(jié)策略。當前丟包率大于丟包率下限時，說明網(wǎng)絡(luò)是擁塞的。當前丟包率小于丟包率上限時，網(wǎng)絡(luò)是空閑的。當前丟包率在上限和下限之間時，說明網(wǎng)絡(luò)負載適中的。當網(wǎng)絡(luò)擁塞時，降低發(fā)送速度。當網(wǎng)絡(luò)空閑時，可適當提升網(wǎng)絡(luò)發(fā)送速度。

圖7 流媒體傳輸帶寬自適應模型

3 外語教學資源傳輸?shù)膶崟r視頻傳輸系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)

利用流媒體技術(shù)設(shè)計外語教學資源傳輸系統(tǒng)，外語教學資源主要以音視頻的形式保存，在傳輸時要求較高的實時性及傳輸質(zhì)量。使用RTP/RTCP協(xié)議來實現(xiàn)高校教學資源的實時傳輸，因為RTP/RTCP協(xié)議能為多媒體流提供RTCP服務，且能夠保證傳輸質(zhì)量。MPEG-4壓縮編碼系統(tǒng)是RTP/RTCP的實時視頻傳輸系統(tǒng)所采用的壓縮編碼系統(tǒng)。實時視頻傳輸系統(tǒng)基本過程包括服務器端、客戶端、網(wǎng)絡(luò)傳輸3個方面，其體系結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 實時視頻傳輸系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)圖

3.1 服務器端

服務端的任務是采集信息MPGE-4壓縮、編碼，用戶請求信息，服務器接收請求，將音視頻信息封裝壓縮在RTP包中，傳輸被封裝到RTP包中的源數(shù)據(jù)信息，傳輸源數(shù)據(jù)信息給客戶端。丟包率及服務質(zhì)量是通過反饋信息來監(jiān)測(RTCP包處理結(jié)果)的。圖4系統(tǒng)在服務器端采用多線程機制，其包括3個線程：一是產(chǎn)生并發(fā)送RTP包線程；二是在一定時間間隔內(nèi)向客戶端發(fā)送RTCP包線程；三是接收來自客戶端RTCP包的線程。在發(fā)送線程中服務器端的任務有4項：一是從視頻文件中讀取關(guān)鍵幀數(shù)據(jù)源代碼(經(jīng)過MPEG-4編碼壓縮)；二是對幀進行分段(根據(jù)最大傳輸單元對幀進行分段)；三是把每一分段加上RTP頭部(頭部需包含負載類型、時間標志等信息)，并形成RTP包；四是向客戶端發(fā)送封裝到UDP包中的RTP包。

3.2 客戶端

客戶端的3個線程：一是為得到源數(shù)據(jù)需將UDP包(服務器端封裝)層層剝離；二是接收RTCP包的線程(來自服務器)；三是在一定時間間隔內(nèi)向服務器發(fā)送RTCP包線程(含有反饋給服務器的信息)。客戶端接收到該數(shù)據(jù)包后按順序完成以下3個任務：一是剝?nèi)DP頭部信息得到RTP包；二是將RTP包送到相應解碼器的幀緩沖區(qū)中(根據(jù)RTP包頭信息中的時間標志和負載類型)；三是顯示播放(解碼得到客戶請求的源數(shù)據(jù)信息)。

3.3 網(wǎng)絡(luò)傳輸

如圖4所示，在客戶端與服務器端之間存在兩種傳輸通道：一是RTP通道(傳輸RTP包)；二是RTCP通道(傳輸RTCP包)。一個數(shù)據(jù)包顯示播放的完整過程是從服務器端MPEG-4源文件處理、編碼分別經(jīng)過兩種傳輸?shù)劳ㄗ罱K在客戶端視頻緩沖、播放，系統(tǒng)在較好地實現(xiàn)高校外語教學資源的實時傳輸?shù)耐瑫r，還解決了網(wǎng)絡(luò)帶寬受限的問題。

4 結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)條件的改變導致信息載體的改變(從文字圖片發(fā)展到音視頻文件)，流媒體技術(shù)的出現(xiàn)又一次改變了信息傳輸方式(網(wǎng)絡(luò)多媒體數(shù)據(jù)實時傳輸)。計算機技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展改變了高校傳統(tǒng)的英語教學方式，運用流式傳輸(流媒體技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù))可以很好地解決高校教學資源傳輸中帶寬受限的問題。

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The Application of Sreaming Media Technology in Transmission of Foreign Language Teaching Resources

ZHANG Wei-wei1, HE Jia-feng2

(1.International Exchange School of Changchun Normal University, Changchun Jilin 130032,China;2.The 65304 Troop of PLA, Changchun Jilin 130000, China)

The use of multimedia technology has a significant role in improving the teaching. Most of teaching resources in colleges and universities has been developed and stored but most of resources are in the waste state. Because the network bandwidth is limited, only through the special encoding processing and foreign language teaching resources can be transmitted over the internet. Streaming media technologies solve the problems of transmission for the teaching resources.

streaming media；teaching resource；resource transmission

2015-07-10

吉林省基礎(chǔ)教育教學研究規(guī)劃課題(JLSJY2012G027)；長春師范大學實驗教學改革研究項目(2014)。

張維維(1979- )，女，吉林通榆人，長春師范大學國際交流學院實驗師，博士研究生，從事計算機應用技術(shù)研究。

TP309

A

2095-7602(2015)10-0045-05