基于智能流技術的多媒體教學系統優化設計

李鶴

摘要：本文采用智能流技術對流媒體傳輸的碼率進行相應的調節，對現有多媒體教學錄像重新編碼，改善了它的傳輸性能。測試結果顯示升級后帶寬占用率不到升級前的二分之一。此方法有效地提高了多媒體的傳輸速度，具有一定的實用性。

關鍵詞：智能流；流媒體；教學系統；多媒體

中圖分類號：TP315 文獻標識碼：A 論文編號：1674-2117（2015）21-0085-02

現代教學課堂不再只有黑板、掛圖等傳統的教學設備，多媒體視頻教學被越來越多的師生所接受。尤其對于醫學教學，多媒體視頻可以聲像同步地重現真實場景，能使學生對病理案例有更直觀的認識和理解。然而傳統的多媒體視頻教學方式具有等待傳輸的時間很長和占用用戶大量的磁盤空間兩大缺點，嚴重限制了師生在校園網上對多媒體的使用。

流媒體技術彌補了傳統多媒體傳輸模式的缺陷，它是網絡傳輸技術和多媒體技術的結合體，當客戶端通過TCP/IP協議下載文件時，服務器會按照一定的次序將文件分成若干個獨立的數據包，然后依次發送出去。而客戶端的程序會將這些數據包重新組合起來，最終形成和原來完全一樣的完整文件。但是流媒體通信時數據量大，實時性要求高，對網絡帶寬造成了很大的壓力。

具有自適應性的智能流技術（Surestream）是近幾年來研究的一項熱門技術，它能根據不同網絡帶寬和網絡擁塞情況，動態地調整多媒體的傳輸速率，不同接收者也能根據各自不同的帶寬條件得到不同速率的多媒體數據流，從而達到降低網絡擁塞、保障流媒體數據穩定連續的傳輸的目的。

智能流技術的傳輸原理

智能流技術首先確立了一個編碼框架，允許不同速率的多個媒體數據同時編碼，同時創建可擴展流式文件，將不同速率的編碼信息合并到此文件中。當客戶端發出請求時，它將其帶寬容量傳給服務器，媒體服務器根據所得帶寬自動切換傳輸速率將智能流文件相應部分傳送給用戶。

實現流媒體的具體步驟如下：①為所有連接速率環境創建一個文件；②在混合環境下以不同速率傳送媒體（如圖1）；③根據網絡變化，無縫切換到其他速率；④關鍵幀優先，音頻比部分幀數據重要；⑤向后兼容老版本RealPlayer。

流媒體的自適應傳輸一般由自適應流管理（ASM）API來實現。ASM根據流式數據的類型，確定發送哪種類型數據包。ASM具有一定的規則，每條規則由若干個表達式和屬性構成。客戶端通過計算每條規則的表達式來確定訂閱某種規則對應的數據流，服務器會根據該規則的屬性將相應的數據包發給客戶端。規則中的表達式為：#（MinRate<$BandwidthWjo2FEfRAb5cOgki+58r0A==

當客戶端的網絡變得擁塞、丟包率開始上升、當前的規則與現有的網絡環境不匹配時，客戶端需要放棄現有的規則。客戶端向服務器申請放棄原有規則轉而預訂適合現有網絡情況的規則，多媒體服務器會根據改變的規則屬性發送數據包。當客戶端網絡恢復后，它又通知媒體服務器關閉前一個預訂規則，媒體服務器在接收到通知后將按恢復的規則發送視頻數據。流程圖如圖2所示。

系統設計

校園多媒體教學系統主要包括4部分，其中門戶網站主要為用戶提供信息搜索，流媒體點播系統包括視頻流管理、視頻流的制作、視頻內容的發布等功能，數據庫用來存儲教學音視頻、圖片、課件等資源相關信息，后臺管理主要用來對教學資源進行分類和定義用戶權限級別等。

圖3為媒體教學系統的結構示意圖：①系統工程師首先將多媒體教學錄像通過一定的編碼規則存儲在服務器中；②用戶通過多種客戶端設備訪問門戶網站檢索并提出獲取多媒體信息申請，服務器與客戶端建立連接，提供數據；③網絡管理員通過監控設備監控整個數據交換過程。

模擬測試

為了驗證智能流技術的可行性，本文采用HP公司的Mercury Load Runner V8.0壓力測試軟件對多媒體教學系統的流媒體服務在升級前后進行了壓力模擬測試。因為受客戶端電腦的性能和網絡帶寬資源的限制，本次實驗采用25臺電腦，每臺電腦中的測試軟件模擬20個用戶，總連接用戶數為500個，使用的交換機帶寬為100Mbps，每臺電腦的CPU為AMD?4800，內存為1G，顯卡緩存為256M。流媒體服務升級前后，測試軟件所得參數對照表如右下表所示，內存和CPU參數為占用每臺電腦的平均值。

從表中可以看到，在用戶連接數基本相同的情況下，升級前平均每個連接多媒體教學系統的客戶端占用網絡帶寬為323/472=0.68Mbps，升級后平均每個客戶端占用網絡帶寬為149/492=0.30Mbps，升級后客戶端占用帶寬數還未達到升級前的二分之一。從實驗結果可以看出，自適應流媒體技術可以大大降低每個用戶觀看教學錄像占用的網絡帶寬。通過對流媒體服務的升級，可以在網絡環境較差的情況下使更多的用戶同時流暢地觀看多媒體教學系統中的教學錄像。

結束語

采用智能流技術對校園多媒體教學系統進行優化設計，可以在客戶端網絡擁堵的情況下，對流媒體傳輸的碼率進行自適應調節，通過適當降低視頻質量，減少每個連接占用的網絡帶寬來保證客戶端能流暢地觀看視頻文件。實驗測試表明，該方法可以有效提高多媒體傳輸速率，為全面推廣校園多媒體教學奠定了堅實的基礎。