流媒体技术在现代远程教育中的应用探析
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摘要：随着计算机与网络技术的不断发展，流媒体技术日趋成熟和完善，并已在多个领域得到了广泛的应用，其在现代远程教育中的应用给网络教学注入了新的活力。该文探析了流媒体技术及其在现代远程教育中的应用，以期对流媒体技术与现代远程教育的发展作一些探讨。
关键词：流媒体；现代远程教育；网络
中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)22-5407-02
Application of Streaming Media Technology in Modern Long-distance Education
YU Zheng-hong,YANG Hua-yong
(Department of Information Engineering, City College, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430083, China)
Abstract: With the development of computer and network technology, streaming media technology has matured and improved，then has been widely used in many areas, its application has injected new vitality to the network teaching in modern distance education. This paper analyses of streaming media technology and its application in modern long-distance education, with a view to discussion on streaming media technology and development of modern long-distance education.
Key words: streaming media; modern long-distance education; network
现代远程教育是随着现代信息技术的发展而产生的一种新型教育形式，它突破了传统在时间和空间上的限制，最大限度的实现了教育资源的共享。现代远程教育的授课方式一般有同步授课和异步授课两种：同步授课可实现教师和学员之间的交互学习、实时交流，但需要占用较大的宽带；异步授课是指采用Web技术，事先将多媒体课件放到服务器上，用户需要时可将其下载到本地计算机上播放，但由于数据量大需占用大量的服务器空间，且用户下载需要等待一定的时间。由于互联网络带宽的限制，很难将结构类型复杂、内容庞大的教学资源文件在教师端和学生端进行有效、实时地传输。但流媒体技术的出现对解决上述问题提供了极大帮助，利用该技术可以在任意时间把各种庞大的教学资源如视频、音频、文本、图像、课件、动画等，通过互联网络传输给任意地点的学习者，使现代远程教育系统更好的发挥其教育功用[1]。
1流媒体技术简介
流媒体（Streaming Media）是指应用流技术将连续的多媒体文件分割压缩后在互联网上传输与播放的媒体格式。
1.1流媒体技术原理
流媒体技术是将完整的多媒体文件（如视频、音频等）经过压缩后保存在网站服务器上，流媒体的传输需要缓存的支持。当用户点击播放多媒体文件时，系统会先创建一个缓存，然后采用流式传输技术分段传输数据，用户可以边下载边播放。
多媒体文件通过Internet进行传输时先被分解成许多数据包，然后进行断续的异步传输，但是，由于网络是实时动态变化的，各个数据包选择的路由可能不同，导致各数据包到达客户端的顺序会不同于服务端发送的顺序。基于这种情况，要使得客户端按照正确的顺序播放多媒体文件，就需要使用缓存系统来弥补延迟和抖动，客户端收到数据包后先缓存起来，播放器再从缓存中按次序读取数据。采用了缓存机制后，即便发生网络拥堵，数据量不能及时到达客户端，也不会影响播放，因为播放器可以读取以前缓存的数据，等到网络正常后，新的数据会继续添加到缓存中。但这并不会给客户端造成较大的负荷，因为高速缓存所需的容量较小，所以，普通的客户端可以完全满足对流媒体文件的接收。一般用户端接收机的高速缓存使用环形链表结构来存储数据，这样当接收到的内容一旦播放完毕便要被丢弃，释放出原有缓存空间重新接收缓存其他未被播放的数据包，实现数据包的实时流动更新，直至传输结束[2]。
1.2流媒体的传输协议
流媒体的传输采用的是效率较高的RTP/UDP协议，虽然TCP传输协议可靠性较高，但其开销多，难以满足流数据的实时传输，但是TCP协议可以用来传输控制信息。流媒体传输原理如图1。
Web服务器为用户提供流媒体的操作界面。当学习者在浏览器上选择播放某一视频时，Web服务器接到请求后会将这一资源的流媒体服务器地址、路径等信息提供给客户端，然后启动流媒体播放器，连接流媒体服务器，播放流媒体文件。流媒体播放器与流媒体服务器之间的信息交换与控制使用的是RTSP协议，完成对流媒体文件的播放、暂停、快进、后退等操作的命令和方法。通过RTSP协议，客户端向服务器提出了播放某一流媒体资源的请求，服务器响应了这个请求后，就可以把流媒体数据传输给客户端了[3]。
但是，对于流媒体数据的传输并不是依靠RTSP协议，而是基于UDP的RTP协议，RTSP协议在传输过程中具有控制数据传输的作用。
1.3流媒体的播放方式
流媒体服务器可以提供的播放方式主要有三种，即：单播(unicast)、组播(Multicast)和广播(Broadcast)。单播是指每个客户端单独与流媒体服务器建立数据通道，服务器只将数据传给这一个客户端。用户通过单播方式可以满足自己的个性化需求，可实现暂停、快进、后退等功能。其缺点是对流媒体服务器的性能要求和网络速度要求很高，当单播用户较多时，造成服务器负担较重，造成播放停顿或停止。组播方式是基于“组”的播放方式，流媒体服务器发出数据时，某一特定的组能够接收到，其他之外的客户端则接收不到，这就大大减轻了服务器的负担。但是接收到流数据的组，并不能控制流，也就是在播放时不能根据自己的需要进行暂停、快进、后退等操作。广播是流媒体服务器发出的数据可以被同一网段上的所有客户端所接受，它是组播的一个特例。组播和广播都是只传输一份流数据，发送给多个客户，这样可以保证流数据占用最小的网络宽带。
图1流媒体传输原理图
2流媒体在现代远程教育中的应用
流媒体在现代远程教育中的应用极大的提高了网络教学质量，推动了现代远程教育的发展，其应用主要有以下几点：
2.1实现教学课堂的网络直播
远程课堂教学是现代远程教育的一个重要环节，在传统的远程教育中，学生想通过视频学习或观看讲座的前提是已经有录制好的视频文件存储在服务器上，然后学生下载到客户端，才能观看。流媒体技术在远程教育中得以应用之后，学习者可以在Internet网络上直接观看教学直播，无需事先录制媒体文件，而是采用实时生成的多媒体流的方式直接进行广播，学习者可以不受地点的限制，在任何一台多媒体计算机上受到课堂教育，创建一种“面对面”的教学环境，缩短教学双方的空间距离。直播结束后，还可以生成基于流媒体方式的教学节目，存储到流媒体服务器上，方便学生随时点播。
远程广播实现方式如图2，摄像机及话筒采集到的视频、音频信息经数字化之后传输给Windows media encoder进行实时压缩编码，生成实时的ASF数据流，编码输出的节目流经Windows media server实现网上直播。S代表学生端。
图2远程广播实现示意图
2.2视频点播，自主学习
采用流媒体技术以后，学习者可以即时点播所需的多媒体文件，只需要几秒钟的下载时间，便可以边下载边播放，而不用像以前一样下载到本地计算机，节省了下载的时间和客户端的存储资源。学习者可以自由选择学习时间和地点根据自己的学习进程选择适当的课程，点播视频进行自主学习。同时，学习者在观看视频的过程中可以灵活控制观看进度，对视频进行快进、后退、暂停等操作。在这种学习方式中，学生完全掌握学习的主动权，可以根据自己的情况，自由选择教学内容、教学进度，学生不再是被动地接受知识，而是积极主动地参与到学习过程中[4]。
2.3远程交互式教学
借助流媒体技术还可以实现教师端与学生端的远程互动，加强师生之间的交流，达到更好的教学效果。交互模式包括异步交互、同步语音交互、同步文本交互、同步视频交互等方式，通过同步交互可以实现教师和学生的实时互动，方便与教师对学生的在线指导。交互过程要借助摄像机、话筒等设备对视频、音频信息进行采集和处理，然后上传流媒体服务器，流媒体服务器再到终端计算机，实现交互式教学。流媒体技术结合其他多种网络实现技术，再充分利用传统多媒体教学资料库，我们将能够更有效地开展基于网络的教学，提高教学效果[5]。
3总结
流媒体技术在现代远程教育中的应用给网络教学带来了新的活力，随着计算机技术和网络技术的不断发展，流媒体技术也将有长足的进步，其在现代远程教育中的应用也将更加广泛和成熟，将更好的促进现代远程教育的发展，为我国终身教育体系和学习型社会的建立贡献了力量。
参考文献：
[1]周颖,曹茜,周恕义.流媒体技术及其在远程教育中的应用[J].中国现代教育装备,2006,6:1-7.
[2]孙莹莹.流媒体技术与现代远程教育[J].长江大学学报（自然科学版）,2010,7(3):400-401.
[3]林天峰.Linux服务器架设指南[M].北京:清华大学出版社,2010,523-526.
[4]胡集仪.流媒体技术在现代远程教育中的应用[J].中国教育改革与教学研究,2011,12:23-24.
[5]谢慧萍.流媒体技术在校园网络教学中的应用[J].价值工程,2012,9:133.