2023年流媒體技術在電大遠程開放教育中的應用

流媒體技術在電大遠程開放教育中的應用張魯斌（吐魯番廣播電視大學，新疆吐魯番83８000）摘要:隨著internｅt教育應用的進一步發(fā)展，大數(shù)據(jù)量的多媒體教學資源在網(wǎng)上的傳輸顯得越來越重要和迫切。如何應用新技術為電大開放教育教學服務已成為廣大電大教育工作者所關注的課題。我們只有在充足結識流媒體技術的基礎、流媒體系統(tǒng)的構成、流媒體的重要技術方案、流媒體教學資源開發(fā)和流媒體技術在電大開放教育中的應用方式等問題的基礎上,才干把流媒體技術更好地應用到開放教育的教學中去。關鍵詞:流媒體技術；電大；開放教育；應用隨著國際互聯(lián)網(wǎng)的迅速普及,計算機正在經(jīng)歷著一場網(wǎng)絡化的革命，人們不在只滿足于文字和圖片的網(wǎng)頁內(nèi)容，而是希望在網(wǎng)上看到形式多樣的節(jié)目。在教育領域,通過互聯(lián)網(wǎng)傳送音頻、視頻信號來實現(xiàn)網(wǎng)上在線課堂教學，使學員和教師雖然遠隔千里但卻有身臨其境、近在眼前的感覺，是學習者特別是運用業(yè)余時間學習的人所期盼的。網(wǎng)上教學這種形式使得身處各地的學生都能得到一流教師的指導,且無時間、空間、地區(qū)的限制，是真正意義上的“遠程教育”。因此，以計算機多媒體技術和計算機網(wǎng)絡技術為基礎的現(xiàn)代遠程教育在世界各地的發(fā)展勢頭如火如荼。但是,由于傳統(tǒng)多媒體手段具有大傳輸量的特點而與當今慢速的網(wǎng)絡傳輸環(huán)境發(fā)生了矛盾。雖然高速的網(wǎng)絡建設和使用者個體擁有成本等因素，短期內(nèi)還不能大范圍普及?！傲鳌奔夹g的出現(xiàn)使得在網(wǎng)絡上傳輸多媒體內(nèi)容成為也許，網(wǎng)上在線課堂得以實現(xiàn)。然而,當前的電大開放教育中教學資源建設卻仍然存在一對矛盾。一方面是網(wǎng)上多媒體教學資源的局限性,另一面是眾多的多媒體教學資源無法上網(wǎng)，究其因素可以歸結為網(wǎng)絡帶寬始終有限。面對有限帶寬，實現(xiàn)遠程教育視頻、音頻、動畫、多媒體課件和網(wǎng)絡課程傳輸?shù)淖罴呀鉀Q方案就是流媒體技術的應用。一、流媒體的基礎特性與結構１、流媒體的基礎概念流媒體是從英文StreａminｇMedia翻譯過來的。它是一種可以使音頻、視頻和其它多媒體能在Internet及Iｎteｒnｅｔ上以實時的、無需下載等待的方式進行播放的技術。流媒體文獻格式是支持采用流式傳輸及播放的媒體格式。流式傳輸方式是將動畫、視音頻等多媒體文獻通過特殊的壓縮方式提成一個個壓縮包,由視頻服務器向用戶計算機連續(xù)、實時傳送。在采用流式傳輸方式的系統(tǒng)中，用戶不必像非流式播放那等到整個文獻所有下載完畢后才干看到其中的內(nèi)容，而是只需要通過幾秒或幾十秒的啟動延時即可在用戶的計算機上運用相應的播放器或其它的硬件、軟件對壓縮的動畫、視音頻等流式多媒體文獻減壓后進行播放和觀看,多媒體文獻的剩余部分將在后臺服務器內(nèi)繼續(xù)下載。2、流媒體的基本特點(1)啟動延時大幅度地縮短用戶不能等待所有內(nèi)容下載到硬盤上才開始瀏覽。我們曾經(jīng)用1０Ｍ到桌面的校園網(wǎng)絡來瀏覽新絲路寬頻電影，無論是上班時間還是晚上，速度都相稱快。一般來說，一個45分鐘的影片片段在一分鐘之內(nèi)就顯示在客戶端上,并且播放過程一般不會出現(xiàn)斷續(xù)的情況。此外,全屏播放對播放速度幾乎無影響,但快進、快倒時需要時間等待。(2)對系統(tǒng)緩存容量的需求大大減少由于Internet是以包傳輸為基礎進行斷續(xù)的異步傳輸，數(shù)據(jù)被分解為許多包進行傳輸,動態(tài)變化的網(wǎng)絡使各個包也許選擇不同的路由,故到達用戶計算機的時間延遲也就不同。所以,在客戶端需要緩存系統(tǒng)來填補延遲和抖動的影響和保證數(shù)據(jù)包傳輸順利的對的,使媒體數(shù)據(jù)能連續(xù)輸出,不會因網(wǎng)絡暫時擁堵而使播放出現(xiàn)停頓。雖然流式傳輸仍需要緩存,但由于不需要把所有的動畫、視音頻內(nèi)容都下載到緩存中，因此，對系統(tǒng)緩存內(nèi)容量的規(guī)定大大減少。（3）流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)有特定的實時傳輸協(xié)議采用RTSP等實時傳輸協(xié)議，更加適應動畫、視音頻在網(wǎng)上的流式實時傳輸。3、流媒體系統(tǒng)的基本結構流媒體系統(tǒng)由以下六個方面構成：①前端編碼壓縮工具包:用于創(chuàng)新、捕獲和編輯多媒體數(shù)據(jù),形成流媒體數(shù)據(jù)格式。②流媒體數(shù)據(jù):流媒體數(shù)據(jù)實體。③流媒體服務器：存在和控制流媒體數(shù)據(jù)的硬件及軟件平臺。④傳輸網(wǎng)絡:適合多媒體傳輸協(xié)議甚至是實時傳輸協(xié)議的網(wǎng)絡。⑤客戶端播放器：供客戶端播放、瀏覽流媒體文獻的應用程序。⑥流媒體傳輸協(xié)議:幾種重要支持流媒體傳輸?shù)膮f(xié)議有針對多媒體數(shù)據(jù)流的實時傳輸協(xié)議RTＰ（Real-tiｍeTｒanｓpoｒtProtocｏl);與ＲTP一起提供流量控制和擁塞控制服務的實時傳輸控制協(xié)議RTCP(Rｅａl－timeTransporｔCoｎtrｏlPrｏtｏcol)，以及定義了“一對多”的應用程序如何有效地通過IP網(wǎng)絡傳送多媒體數(shù)據(jù)的實時流式協(xié)議ＲTSP(Real-ｔimｅStｒeamiｎｇProtocｏl）。二、流媒體技術的重要解決方案到目前為止,ReａlNetworks公司的ReaｌＳｙsteｍ、Ｍicrosoｆt公司的ＷinｄｏwsMｅdiaTechnolｏｇy和Apple公司的QuiｃkTimｅ仍然是網(wǎng)上流媒體系統(tǒng)的三大主力。1、ReａlＳyｓtemReａｌSｙsｔem由媒體內(nèi)容制作工具ＲeaｌＰｒｏdｕcer、服務器RｅａlＳｅrver、客戶端ＲeａlPlayer三部分組成。其流媒體文獻涉及RealAuｄioＶｉdeｏ、RealPresentation和ReａlFｌash四類文獻,分別用于傳送不同的文獻。RealSystｅm采用SｕreStreaｍ技術，自動、連續(xù)地調(diào)整數(shù)據(jù)流的流量以適應不同的網(wǎng)絡寬帶,輕松地在網(wǎng)上實現(xiàn)視音頻和三維動畫的回放。Rｅal流媒體文獻采用RealProdｕcｅr軟件進行制作，一方面把源文獻或實時輸入變?yōu)榱髅襟w文獻,再把流媒體文獻傳輸?shù)椒掌魃瞎┯脩酎c播。由于其成熟、穩(wěn)定的技術性能,互聯(lián)網(wǎng)巨人—美國在線（AOL）、ＡＢC、AT&T、Ｓｏnｙ和Tｉmelｉｆｅ等公司和網(wǎng)上重要電臺都使用RealSｙstem系統(tǒng)2、WindowsMｅdｉaTeｃhnｏlogyWｉnｄowsMediaTeｃhｎologｙ是Ｍｉcroｓoｆt提出的流媒體技術應用解決方案。目前，中央電大及其它高校網(wǎng)絡課程開發(fā)均采用這種方案。ＷindｏwｓＭedｉaTｅchnｏlｏｇy的核心是ASF（AdvａnceｄSｔreamFormat)文獻。ＡＳF是一種包含音頻、視頻、圖像以及控制命令、腳本等多媒體信息在內(nèi)的數(shù)據(jù)格式,通過提成一個個的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包在Ｉntｅｒnet上傳輸。實現(xiàn)流媒體多媒體內(nèi)容發(fā)布。因此,我們把在網(wǎng)絡上傳輸?shù)膬?nèi)容就稱為ASF流。ＷiｎdoｗsMediａTechｎolｏgy由MeｄiaTｏolｓ、MediaServer和MｅdiａPlaｙer等軟件構成,MｅｄｉａTooｌｓ是整個方案的重要組成部分，它提供了一個系列的工具軟件以幫助用戶生成ＡSF格式的多媒體數(shù)據(jù)流。MediaToolｓ按照功能的不同分為創(chuàng)建工具和編輯工具兩種。創(chuàng)建工具重要用于生成AＳF格式的多媒體流。它涉及以下一些工具軟件：①Encoder:WindowsＭｅdiaTechｎology流媒體格式的編號器，用于把各種信號源和其它類型的文獻轉換為WｉｎｄowsMediａTecｈnoｌogｙ流媒體格式。②Auｔhor:將現(xiàn)有的聲音文獻、圖片、影片文獻等一起合成、制作成一個ASF文獻。③vｉdToASＦ:實現(xiàn)視頻文獻與ＡＳF流媒體文獻之間的轉換。④WavＴoＡSF：實現(xiàn)音頻文獻與ASF流媒體文獻之間的轉換。編輯工具重要對AＳF格式的多媒體流信息進行編輯與管理，包含以下工具①ＡSＦIndｅｘeｒ編輯制作工具。網(wǎng)上常見的左上方是教師授課視頻,左下方是交互區(qū)域，右邊是教師講義的內(nèi)容。我們熟悉的中央廣播電視大學的IP課件，就是運用這個工具編輯制作的。②AＳＦChｏp:流媒體的后期制作編輯工具。③ＡSFＣｈｅｃk：對ASＦ流進行檢查并改正錯誤。眾多的工具形成的工具集是ＷｉndｏwｓMedｉａＴecｈnology的一大優(yōu)點,這些工具對流媒體文獻產(chǎn)生很大的擴展功能。由于它所獨特的各種優(yōu)點，HＰ、TＩ、GｅneralInsｔruments等公司和組織均表達加入Ｍiｃｒosoft的WｉnｄowsMedｉaＢｒoadbａｎdJumpｓtａrtＩnitiａt(yī)ivｅ方案。3、ＡppleＱｕickTimeApplｅ公司于199１年開始發(fā)布ＱuｉckTime,它幾乎支持所有主流的個人計算機平臺和各種格式的靜態(tài)圖像文獻、視頻和動畫格式。Quick涉及服務器QｕｉcｋＴｉｍｅSｔreaminｇＳｅrver、帶編輯功能的播放器QuickTimeＰｌayer、制作工具QuiｃｋTiｍe4Ｐro、圖像瀏覽器PicturｅＶiewer,以及使Iｎternet瀏覽器可以播放QuiｃkTime影片的 QuickTimｅ插件。目前,FOX新聞在線、FOX體育在線、BBSＷorlｄ、氣象頻道（WeaｔherＣhanｎｅｌ）等機構都加入了QuickTime內(nèi)容供應商行列，使用其技術制作實況轉播節(jié)目。除了上述流媒體技術的三種重要格式外，在多媒體課件和動畫方面的流媒體技術尚有Maｃｒｏｍｅdia的Shｏｃkwaｖe技術和MeataＣｒeａｔｉｏｎ公司是MetａStrｅaｍ技術。通過Ｓhｏckｗave技術可以方便地在Web頁面中加入圖像、動畫以及交互式界面等操作。運用這種ＳｔreaminｇShockwavｅ,即通過流的方式使用戶在客戶端實現(xiàn)邊下載邊播放的功能，節(jié)省了等待的時間。ShockwａｖeｆｏrAuthorware、ShｏｃkwaｖefｏｒDirｅcｔor等技術。MｅｔaStreaｍ3D的圖形設計軟件是RayDｒｅamSsｕdio5以及RａyＤrｅam3D,可以方便地在網(wǎng)上創(chuàng)建、發(fā)布及瀏覽被縮放的3Ｄ圖形,它具有小文獻量及傳輸?shù)奶攸c，比其它任何一種已存在的Ieterｎet３D技術壓縮率都高。重要應用于游戲開發(fā)廠商、頁面設計者、電子商務、科學研究者、專業(yè)設計者等。三、電大遠程開放教育中流媒體課件開發(fā)應用工具流媒體在傳輸過程中是分段傳送，用戶不必等待整個內(nèi)容傳輸完畢,就可以觀看到即時的連續(xù)的內(nèi)容。但由于不同的公司發(fā)展的文獻格式不同，傳輸?shù)姆绞揭灿兴町?。下面是遠程教育中運用流媒體技術開發(fā)的幾種常見的流式教學資源。1、Real的ｒm視頻資源和rａ音頻資源ｒm和ｒa格式分別是ReａlNｅtｗorｋｓ公司所開發(fā)的一種流式視頻和流式音頻文獻格式，重要用來在低速率的網(wǎng)絡上實時傳輸視、音頻信息。它可以根據(jù)不同的網(wǎng)絡帶寬而采用不同的壓縮比率,在數(shù)據(jù)傳輸過程中邊下載邊播放視頻影像,從而實現(xiàn)影像數(shù)據(jù)的實時傳送和播放?？蛻舳送ㄟ^RealPlayeｒ播放器進行播放。2、Ｍicrosoft的AＳF也是一種網(wǎng)上流媒體格式,在遠程教育中頗受歡迎。這種流媒體文獻的使用與ｗinｄows操作系統(tǒng)是分不開的，使用的播放器是MicroｓoｆｔMeｄiａPlayer。目前Ｍｉｃrosofｔ還提出wｍv等新的流媒體文獻格式。３、AppleQuicｋTiｍe的ｑt動態(tài)影像資料qt格式是Apple公司開發(fā)的一種音頻、視頻文獻格式，用于保存音頻和視頻信息，具有較為先進的音視頻功能,得到涉及ＡpｐleMacOＳ、MｉｃｒoｓoftWｉｎdoｗs95/９8/VT/2023在內(nèi)的所有主流計算機操作系統(tǒng)的支持。其客戶端使用ＱuickＴｉmｅplayeｒ播放。4、ＭacromediaFlash軟件制作的一種格式,源文獻fｌa格式。由于其體積小、功能強、交互能力好、支持多個層和時間線程等特點,故越來越多地應用到網(wǎng)絡動畫中。SWF文獻是Flash的其中一種發(fā)布格式,已廣泛用于Intｅrnet上,客戶端安裝Sｈockwavｅ的插播。采用Ｆlash來制作遠程教育資源的案例已少見,如華南理工大學網(wǎng)絡教育學院的網(wǎng)絡課程,《政治經(jīng)濟學》、《營銷管理》等,其教學應用效果相稱不錯。四、電大遠程開放教育中流媒體技術的應用電大開放教育所面臨的問題重要表現(xiàn)在以下幾個方面:一是發(fā)展規(guī)劃不統(tǒng)一，各自為戰(zhàn)，沒有建立廣泛的橫向間的聯(lián)系；二是教學資源和網(wǎng)絡課程稍微匱乏;三是為數(shù)不少的電大教學模式陳舊落后,不能適應網(wǎng)絡學習的需要。在方面的問題中,尤以第二個問題最為現(xiàn)實和迫切。資源建設雖然被列為教育部重點建設項目已數(shù)年,但仍然存在一方面網(wǎng)上多面體教學資源局限性而另一方面是眾多的多面體教學資源無法上網(wǎng)的突出矛盾。筆者認為，應用當前已成熟的流媒體技術解決這一矛盾將是一個重要的方向。筆者在以下幾個方面作了一些嘗試，取得了一定的教學成果。1、Rｅａl流式文獻是采用ReａｌPrｏdｕｃer軟件工具進行制作的，先把源文獻或實時輸入進行壓縮編碼(encoder）變成流媒體,再把流媒體傳輸?shù)椒掌魃瞎┯脩酎c播。由于Reａl流式系統(tǒng)運營過程中能自動并連續(xù)地調(diào)整數(shù)據(jù)流的流量以適應實際應用各種不同網(wǎng)絡帶寬的需求，其技術性能穩(wěn)定，大量的影視、音樂點播節(jié)目等深受用戶歡迎。比如，為解決各專業(yè)師資力量局限性的矛盾，我們曾在中央電大、新疆電大和其它院校購置了很多教學錄像帶及VCD，建立了音像播放室，配置了放像機和VＣＤＪ機。但在實踐的過程中出現(xiàn)了很多問題。為避免這些媒體資源的損壞,我們一般是不向學生個人借閱讓其帶走的,只讓學生在音像播放室內(nèi)播放收看。本來安排只播放法學專業(yè)的課程，可有的學生在同一時間要收看其它專業(yè)的課程，即便是同一專業(yè)的學生,也提出要播放同專業(yè)另一課程的教學內(nèi)容。假如拒絕學生提出的不同規(guī)定,這又和開放教育自主學習的原則相違反。所以,如何將這些資源搬到網(wǎng)上，供學生自由點播,便成了我們急需解決的問題。為解決這一難題，筆者對適合Real流式文獻網(wǎng)上傳輸開始了研究。在研究的基礎上,最終解決了這個矛盾,即將錄像及VCD中的教學內(nèi)容放到網(wǎng)上,建立了視頻點播服務器。現(xiàn)在，學生只要通過Inｔrａnet登陸到我們的教學平臺上，取得用戶授權，就可以自由選擇個人需要的課程。這一研究成果受到了學生的普遍贊賞。同時，由于有了這一成果,使學校對購置音像教材、解決師資力量局限性、為學生提供有效的學習支持服務等方面充滿了信息,產(chǎn)生了積極的影響。２、WiｎdowｓＭeｄiaTechnology我們現(xiàn)在制作的網(wǎng)絡遠程教學課件重要采用的是這一技術。MediaEncoｄe的重要任務是對模擬的音頻視頻信號進行編碼產(chǎn)生ASF（advａnｃerstreａmiｎgformａｔ)文獻。在編碼過程中需要聲卡的支持。一方面在機器上安裝MｅｄiaEncｏdｅr工具，并啟動該軟件，選擇自定義設立，點擊“OK”，在出現(xiàn)的對話框中有兩個選項liｖesourｃe選項和aｖｉ/wａw/mp3選項，ｌivｅsoｕrcｅ選項可以進行現(xiàn)場直播,avi／wａv/ｍp３選項可以將現(xiàn)有的avｉ文獻、ｗay文獻進行壓縮解決asf文獻。制作課件時可以根據(jù)需要選擇ｌｉｖesource選項或ａvi/mａv／ｍｐ3選項,接著按操作程序提醒選擇輸出的文獻名及存儲途徑、文獻輸出的帶寬、視音頻壓縮的編碼。在音頻框中的Ｃoｄ欄里選擇WindｏｗsＭｅ—ｄｉaAudioＶ2在視頻框中的Ｃｏd欄里選擇MicrosofｔMｐeg4ＣodecV3。AＳF文獻就初步制作出來了。MｅdiaAuｔhｏr的用途是將錄制好的音頻信息和圖片等媒體信息編輯成一個單一的ＡSF流，使老師上課時的錄音和多張在上課時展示的圖片,在播放器播放該ＡSＦ文獻時,實現(xiàn)自動切換。WindowsMeｄｉaTecｈｎoloｇy是對ASF文獻進行編輯管理的工具,給ASＦ流增長流的名稱（Tｉtlｅ)、描述(Ｄesｃriptｉon）、作者(Aｕtｈor）、版權(Copｙght)、速率(Rating）等信息。AＳＦIndexer一個非常重要的功能是在ASF流中添加標記（Ｍarkｅr)和描述（Ｓｃript)。將教師的ｐowｅｒｐｏint講義按需要的尺寸制作成網(wǎng)頁添加在制作好的ASF流中,做標記（Mａrker),類型為URL，播放器播放該ＡSF文獻時,當播放位置到達了網(wǎng)頁Scrｉpｔ所指定的時刻時，播放器會自動地啟動Inteｍeｔ的瀏覽器并連接到指定的網(wǎng)頁Ｓcｒipt,同時視頻窗口會顯示相應的錄像片段。采用流式技術將再現(xiàn)傳統(tǒng)教學中教師的講解和對課程的說明場景，同時增長了黑板功能的PｏwerPｏint講稿，以及針對這些內(nèi)容的索引標題區(qū)域,可以根據(jù)需要自由切換學習的課程章節(jié)。由于支持流式技術的多媒體文獻不需要所有下載就能觀看，點播延時大大縮短，不需要很大的緩沖區(qū),對網(wǎng)絡寬帶的規(guī)定下降。流式技術采用較高效的壓縮編碼如MＰEG—4等，提高網(wǎng)絡傳輸視頻的質(zhì)量,即使學員們在離教室很遠的地方上課也有身臨其境的感覺。將制作好的教學課件放入服務器指定位置,學習者就可以通過因特網(wǎng)用WｉndowsMediaPlａyｅｒ進行點播學習。比如，筆者在這次本科法學專業(yè)《商法》課程流媒體課件的解決技術，像聲音的采集、圖像的制作、網(wǎng)幀結構的設計、后期的合成等等，最終完畢了一套可以在網(wǎng)上傳輸?shù)募曨l、聲音、講義文字融為一體的流媒體網(wǎng)絡課件。這一