網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用

1、網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)技術(shù)及其應(yīng)用摘要網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)可以打破傳統(tǒng)教學(xué)的時(shí)間和空間的限制，新穎而又靈敏多變的教學(xué)形式、模擬課堂的教學(xué)環(huán)境、方便的網(wǎng)絡(luò)溝通。本文從網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)的實(shí)際應(yīng)用出發(fā)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)展了簡(jiǎn)單的剖析和介紹，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)在現(xiàn)代實(shí)際應(yīng)用中的實(shí)現(xiàn)方式做了簡(jiǎn)單闡述。關(guān)鍵詞視頻教學(xué)流媒體網(wǎng)絡(luò)教育一、網(wǎng)絡(luò)視頻的關(guān)鍵技術(shù)在計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)和寬帶互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)迅猛開展的同時(shí)，各種影像視頻的錄制和后期制作技術(shù)也得到了突飛猛進(jìn)的開展。目前，視頻格式可以分為合適本地播放的本地影像視頻和合適在網(wǎng)絡(luò)中播放的網(wǎng)絡(luò)流媒體影像視頻兩大類。后者在播放的穩(wěn)定性和播放畫面質(zhì)量上可能沒有前者優(yōu)秀，但前者文件一般體積較大，

2、不利于網(wǎng)絡(luò)傳輸。所以因?yàn)楹笳叩膹V泛傳播性正被廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)視頻點(diǎn)播、網(wǎng)絡(luò)演示、遠(yuǎn)程教育、網(wǎng)絡(luò)視頻廣告等互聯(lián)網(wǎng)信息效勞領(lǐng)域。本文著重解釋一下后者。所謂流媒體就是指在internet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時(shí)基媒體。目前在internet上傳輸視頻還有許多困難，其根本原因在于internet的無連接每包轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制主要是為突發(fā)性的數(shù)據(jù)傳輸而設(shè)計(jì)的，不適用于對(duì)連續(xù)媒體流的傳輸。為了在internet上有效、高質(zhì)量地傳輸視頻流，還需要多種技術(shù)的支持，例如基于視頻的壓縮編碼技術(shù)、應(yīng)用層qs技術(shù)、連續(xù)媒體分布服等。其中，原始視/音頻經(jīng)過視/音頻壓縮算法的預(yù)壓縮存儲(chǔ)在存儲(chǔ)設(shè)備中。響應(yīng)客戶懇求時(shí)，流效勞器從存儲(chǔ)設(shè)

3、備中獲得視/音頻數(shù)據(jù)，應(yīng)用層qs控制模塊根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和qs要求來改變視/音頻比特流。然后通過傳輸協(xié)議把壓縮過的比特流打包并且發(fā)送到網(wǎng)上。由于擁塞數(shù)據(jù)包可能出現(xiàn)丟包或者過度時(shí)延，為了進(jìn)步視/音頻的傳輸質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)中配置了連續(xù)流媒體分布式效勞。對(duì)于成功傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包，它們首先通過傳輸層，然后在進(jìn)展視/音頻解碼前經(jīng)過應(yīng)用層處理。為了獲得在播放中的視頻和音頻的同步，還需要媒體同步機(jī)制。以下介紹的六個(gè)關(guān)鍵技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)視頻架構(gòu)的主要組成局部。1.網(wǎng)絡(luò)教學(xué)視頻的壓縮及編碼網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)的視頻文件的傳輸就是把數(shù)據(jù)包發(fā)送到網(wǎng)上，用戶通過解壓后像先前發(fā)送那樣流暢播出。因?yàn)槟壳熬W(wǎng)絡(luò)是異構(gòu)性的，缺乏qs質(zhì)量控制，并且?guī)捯苍?/p>

4、很大范圍內(nèi)變化。所以傳統(tǒng)的不可擴(kuò)展性視頻編碼不合適網(wǎng)絡(luò)傳輸。為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)帶寬的變化，面向傳輸?shù)目蓴U(kuò)展性編碼的思想應(yīng)運(yùn)而生?？蓴U(kuò)展性編碼就是將多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼成多個(gè)流，其中一個(gè)可以獨(dú)立解碼，產(chǎn)生粗糙質(zhì)量的視頻序列，它適應(yīng)最低的網(wǎng)絡(luò)帶寬，稱為根本層碼流；其他的碼流可以按層為單位在任何地點(diǎn)截?cái)?，稱為增強(qiáng)層，用來覆蓋網(wǎng)絡(luò)帶寬變化的動(dòng)態(tài)范圍，它們不可以單獨(dú)解碼，而只能與根本層和它以前的增強(qiáng)層結(jié)合在一起解碼，用來進(jìn)步觀看效果。因此，可擴(kuò)展性碼流具有一定的網(wǎng)絡(luò)帶寬適應(yīng)才能。2.擁塞控制技術(shù)和過失控制技術(shù)擁塞控制技術(shù)的目的是采用某種機(jī)制應(yīng)對(duì)和防止網(wǎng)絡(luò)阻塞，降低時(shí)延和丟包率。常用的擁塞控制機(jī)制有速率控制和速率

5、整形。對(duì)于視頻流，擁塞控制的主要方法是速率控制。過失控制技術(shù)包括：(1)前向糾錯(cuò)fe：fe是通過在傳輸?shù)拇a流中參加用于糾錯(cuò)的冗余信息，在遇到包喪失的情況時(shí)，利用冗余信息恢復(fù)喪失的信息。它的缺乏是增加了編碼時(shí)延和傳輸帶寬。(2)延遲約束的重傳。通常流的播放有時(shí)間限制，因此，僅有當(dāng)重傳的時(shí)間小于正常的播放時(shí)間時(shí)，重傳才是有價(jià)值的。(3)錯(cuò)誤彈性編碼errr-resilientending：在編碼中通過適當(dāng)?shù)目刂剖沟冒l(fā)生數(shù)據(jù)的喪失后可以最大限度的減少對(duì)質(zhì)量的影響。在internet環(huán)境下，最典型的方法是多描繪編碼d。d把原始的視頻序列壓縮成多位流，每個(gè)流對(duì)應(yīng)一種描繪，都可以提供可承受的視覺質(zhì)量。多個(gè)

6、描繪結(jié)合起來提供更好的質(zhì)量。該方法的優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)喪失的魯棒性和增強(qiáng)的質(zhì)量。其缺點(diǎn)是相比單描繪編碼sd，它在壓縮的效率上受到影響。而且由于在多描繪之間必須參加一定的相關(guān)性信息，這進(jìn)一步降低了壓縮的效率。(4)錯(cuò)誤的取消nealent：錯(cuò)誤的取消是指當(dāng)錯(cuò)誤已經(jīng)發(fā)生后，承受端通過一定的方法盡量削弱對(duì)人的視覺影響。主要的方法是時(shí)間和空間的插值interplatin。近年來的研究還包括最大平滑恢復(fù)，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)間預(yù)測(cè)等。3.連續(xù)媒體分布效勞連續(xù)媒體分布效勞的目的是在internet盡力效勞的根底上提供qs和高效的音/視頻傳輸，包括網(wǎng)絡(luò)過濾、應(yīng)用層組播、內(nèi)容復(fù)制等。網(wǎng)絡(luò)過濾:是擁塞控制的一種，不僅可以

7、進(jìn)步視頻質(zhì)量，還可以進(jìn)步帶寬利用率。網(wǎng)絡(luò)過濾通常采用的是丟幀過濾器，其根本方法是客戶端根據(jù)網(wǎng)絡(luò)丟包率向過濾器發(fā)送懇求來增減丟幀速率，以調(diào)節(jié)媒體流的帶寬。這種速率整形可以在擁塞點(diǎn)進(jìn)展，這樣可以進(jìn)步速率控制的效率和擁塞控制的響應(yīng)時(shí)間。應(yīng)用層組播：ip層的組播存在諸如可擴(kuò)展性、網(wǎng)絡(luò)管理和對(duì)高層應(yīng)用的支持等屏障。應(yīng)用層組播機(jī)制打破了ip組播的一些障礙，其目的在于構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)上的組播效勞，以更靈敏的方式實(shí)現(xiàn)組播控制，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬。內(nèi)容復(fù)制：內(nèi)容/媒體復(fù)制是進(jìn)步媒體傳輸系統(tǒng)可擴(kuò)展性的一項(xiàng)重要技術(shù)。內(nèi)容復(fù)制具有以下優(yōu)點(diǎn):(1)降低網(wǎng)絡(luò)連接的帶寬消耗。(2)減輕流效勞器負(fù)荷。(3)縮短客戶端時(shí)延。(4)進(jìn)步有效性

8、。4.效勞器當(dāng)視頻效勞器響應(yīng)客戶的視頻流懇求以后，它從存儲(chǔ)系統(tǒng)讀入一局部視頻數(shù)據(jù)到對(duì)應(yīng)于這個(gè)視頻流的特定緩存中，再把緩存的內(nèi)容通過網(wǎng)絡(luò)接口發(fā)送給相應(yīng)客戶，保證視頻流的連續(xù)輸出。目前存在三種類型的視頻效勞器構(gòu)造：(1)通用主機(jī)方法。采用計(jì)算機(jī)主機(jī)作為視頻效勞器。它的主要功能是存儲(chǔ)、選擇、傳送數(shù)據(jù)。缺點(diǎn)是系統(tǒng)本錢高而且不利于發(fā)揮主機(jī)功能。(2)緊耦合多處理機(jī)。把一些可以大量完成某指令或者專門功能的硬件單元組合成的專用系統(tǒng)級(jí)聯(lián)起來，就構(gòu)成了緊耦合多處理機(jī)實(shí)現(xiàn)的視頻效勞器。這種效勞器費(fèi)用低、性能高、功能強(qiáng)，但是擴(kuò)展性較差。(3)調(diào)諧視頻效勞器。這種效勞器主板上有一個(gè)獨(dú)特微碼的嵌入式仿真器控制。通過在主

9、板中插入更多的效勞通路，可以方便地進(jìn)展擴(kuò)展。5.媒體同步所謂媒體同步是指保持一個(gè)數(shù)據(jù)流或者不同媒體流之間的時(shí)間關(guān)系。通常有三種類型的同步控制：流內(nèi)intra-strea同步、流間inter-strea同步和對(duì)象間inter-bjet同步。6.相關(guān)協(xié)議(1)實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議rtp與實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議rtp，rtp和rtp都是基于ip的應(yīng)用層協(xié)議。(2)實(shí)時(shí)流協(xié)議rtsp是由realnetrks和netsape共同提出的一個(gè)應(yīng)用層協(xié)議。(3)資源預(yù)留協(xié)議rsvp資源預(yù)留協(xié)議是運(yùn)行于傳輸層的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議。二、網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)的實(shí)現(xiàn)方式1.教學(xué)視頻素材的存儲(chǔ)及網(wǎng)上發(fā)布通過全程數(shù)字化的設(shè)想錄制及編輯，利用現(xiàn)有

10、的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，采用.peg/.pg/.dat/.avi/.ra/.r/.ra/.v等影像格式將接收的節(jié)目和現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)或課件有選擇的進(jìn)展存儲(chǔ)，并對(duì)存儲(chǔ)的節(jié)目進(jìn)展編目、檢索，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上發(fā)布。在這種形式中，信息的采集與獲得都是基于dnladandplay的形式，必須全部下載下來后才能使用。由于目前我國許多地區(qū)網(wǎng)絡(luò)條件還很不興旺，這種方式可使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)正?；?。2.視頻教學(xué)點(diǎn)播系統(tǒng)根據(jù)各專業(yè)的特點(diǎn)，將局部有價(jià)值的教學(xué)課件和經(jīng)典課程進(jìn)展數(shù)字化存儲(chǔ)，并在此根底上建立課件點(diǎn)播系統(tǒng)，根據(jù)教學(xué)需要進(jìn)展實(shí)時(shí)或非實(shí)時(shí)單一播送uniast或組播ultiast，并對(duì)這些課件或課程進(jìn)展編目和網(wǎng)上發(fā)布，以利于師生隨時(shí)點(diǎn)播或網(wǎng)上補(bǔ)

11、課，滿足不同層次用戶的需求?，F(xiàn)代“流媒體技術(shù)的應(yīng)用，使得在線點(diǎn)播得以順暢實(shí)現(xiàn)。因?yàn)橐粢曨l文件是一種時(shí)間性的連續(xù)數(shù)據(jù)，因此采用“流媒體技術(shù)后可以無需等待全部數(shù)據(jù)下載完畢就可以開場(chǎng)閱讀或播放數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中學(xué)生與老師同步。而且“流媒體處理的信號(hào)壓縮比很大，這樣可以大大減少存儲(chǔ)體積，節(jié)省網(wǎng)上資源。3.視頻教學(xué)網(wǎng)絡(luò)直播利用實(shí)時(shí)視頻壓縮、大數(shù)據(jù)量網(wǎng)絡(luò)直播，異步視頻控制等流媒體技術(shù)，在internet環(huán)境中，通過先進(jìn)高效的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，將采集到的視頻數(shù)據(jù)，向整個(gè)網(wǎng)域內(nèi)實(shí)時(shí)直播，到達(dá)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)任何一臺(tái)客戶機(jī)均可同步觀看電視節(jié)目、現(xiàn)場(chǎng)直播、攝像頭視頻、視頻文件等。真正的基于eb應(yīng)用的全新視訊直播系統(tǒng)，是按

12、照國際標(biāo)準(zhǔn)的peg-4圖像編解碼技術(shù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)協(xié)議開發(fā)，可穩(wěn)定運(yùn)用于基于ip協(xié)議的任何網(wǎng)。采用軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)視頻通信，文件直播，字幕及圖片的顯示遠(yuǎn)程管理等功能，可廣泛適用于教育行業(yè)的多媒體教學(xué)、遠(yuǎn)程教育、校園電視臺(tái)等。4.遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)可交互的多路實(shí)時(shí)視頻的線性教學(xué)早期的網(wǎng)絡(luò)教育主要以課件下載、視頻下載、視頻點(diǎn)播等方式為主，相對(duì)于真實(shí)的課堂教學(xué)，在教與學(xué)之間音視頻互動(dòng)方面的表現(xiàn)力仍有一些缺陷，因此在教學(xué)效果上交互的效果較差。而在真實(shí)的課堂中，為了到達(dá)良好的學(xué)習(xí)效果，往往需要老師可以及時(shí)的與學(xué)生進(jìn)展溝通，及時(shí)的答疑解惑、指點(diǎn)迷津。遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)一直以來更側(cè)重于多媒體交互技術(shù)，在處理多方多層次交互方面有著更多的技術(shù)處理手段和應(yīng)