应用于远程教育中的流媒体服务系统的设计方案

康海燕 谢良辰

(宁波大学职教学院 奉化  315502)

【摘 要】 远程教育中采用Windows Media技术构建流媒体服务系统,可以充分利用现有的网络设施,可在此基础上开发新的应用模式,同时还可以建立虚拟班级,该方案可以解决音频、视频流信息的传送及它们与数据间的同步等两个问题,指出了其特点。

【关键词】 流媒体,系统构建,压缩编码,模式开发,信息传送,数据同步,网络连接

1 流媒体技术简介

流媒体是指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体,如:音频、视频或多媒体文件。流式媒体在播放前并不下载整个文件,只将开始部分内容存入内存,流式媒体的数据流随时传送随时播放,只是在开始时有一些延迟。

①流媒体技术体系的关键技术——压缩编码技术。多媒体数据必须进行预处理(即编码)才能适合流式传输,压缩编码技术是流媒体技术体系中的关键技术。压缩编码的基本原理是采用一定的编码方式,将文件的数据结构进行重组。一方面,去掉一些重复或占而不用的空间以减少文件尺寸;另一方面,将文件分成压缩包,形成数据流,将原有的多媒体文件转化为具有流格式的流媒体。例如,Microsoft采用MPEG4视频压缩编码算法生产ASF格式流媒体。

②流式传输需要合适的协议。WWW技术是以HTTP协议为基础的,而HTTP又建立在TCP协议基础之上。由于TCP需要较多的开销,故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中,一般采用HTTP/TCP来传输控制信息,而用RTP/UDP来传输实时声音数据。

③流媒体的播放方式。Windows Media服务器为ASF流式媒体的发布提供了两种方式:Unicast Ser-vice(单播)和Station Service(多播,广播站)。其中U-nicast Service为客户提供点对点连接方式的服务,按照用户的参与程度又分为On Demand Unicast(点播)Broadcast Unicast(广播),前者为交互式点播服务,允许用户参与媒体播放的控制过程,如:开始、暂停、快进等,这种方式对服务器、网络资源的开销较大;后者是被动式接收方式,只能观看播放,不能进行控制,适用于广播服务,这种方式节约网络带宽,服务器资源开销较少。

2 采用Windows Media技术的流媒体服务系统的实现方案

2.1 流媒体服务器的选型

现在国内外都已开发出很多流媒体的应用系统,但是各个系统的内部实现各不相同。目前占领市场份额较大的是Real Networks、Apple及Microsoft公司的产品。

Real Networks公司具有一整套自创的流媒体压缩编码的标准、制作工具以及传输的协议。由RealNetworks和NetScape共同提出的RSTP(实时流化协议)为音频视频数据在网络上传输提供了一系列的标准,为各个商家互兼容产品奠定了基础。RealNetworks提供的服务质量也较高,但从成本角度考虑,其系统需求和软件价格是一般用户难以承受的。Apple公司提供了数字媒体的工业标准,同时支持HTTP、RTP/RTSP二种传输协议,但需要同时使用该公司的计算机产品,相应软件也需要购买。对大多数Intel Pentium的用户,其产品不适合推广。WindowsMedia产品的一大特点是其制作、发布、和播放软件与Windows NT/2000/9X集成在一起,不需要额外购买;其服务器端的Windows Media Server产品在Windows NT Server Pack4上可以安装,并且集成在Windows 2000 Server中,相关软件可以从网上免费下载。Windows Media Encoder可以将实时数据、AVI/MOV/MPG3格式的文件编码转换成ASF格式的数据直接传送到Windows Media Server;WindowsMedia Server可以提供点播、直播、单点传送和多点传送等服务,基本满足一般流媒体服务系统的需求。另外,Windows Media的相关软件对系统的硬件要求综合考虑也是最低的。基于Microsoft的Windows Media Service建立流媒体服务系统应用于远程教育,投入少,建设时间短,使用简单,易于维护,因此成为构建远程教育中的流媒体服务系统的最佳选择。

2.2 基于Windows Media技术的流媒体服务系统的环境

Windows Media Server是由一系列的工具构成,主要包括Media Tools、Media Server和Media Player三个部分组成。Media Tools提供一系列的流处理工具,它们完成流信息的生成、编辑等功能。Media Server的主要功能是完成流信息的播放,Media Server既支持流信息的点播功能,也支持流信息的组播功能。Media Player是客户端的播放应用程序,它负责流信息的播放,目前MediaPlayer已经集成在IE5.0中,是标准插件。如果用户使用其它版本的浏览器则需要安装该播放器以接收和播放流信息。

下面采用Windows 2000来设计一套远程教育的流媒体服务系统的环境,用以实现教学课件的点播(VOD)、教学直播以及网络课堂等功能。其网络结构如图1所示。

2.2.1 控制中心

①Windows 2000 Server服务器 服务器用于存储和发布流媒体信息;服务器采用Windows 2000Server,安装Windows Media Server,用于存储、发布和管理流媒体信息。

②工具计算机 工具计算机配置视频采集卡、声卡及摄像机等,安装Windows Media Tools,用于采集、制作、编辑ASF流和.asf媒体文件。

Windows Media Tools中包含一系列的用于制作与生成ASF流式媒体的工具。其中Windows MediaAuthor用以装配、同步和压缩分立的视频和图像文件,使之成为单一的.asf文件;Vid to Asf、Wav To Asf用于实现视频、音频转换为ASF格式;Media Presentor For PowerPoint是一种与PowerPoint并用的附加工具,能将PowerPoint的演示稿转换成ASF流;Windows Media Publish To ASF for Microsoft PowerPoint是一种将带旁白的PowerPoint演示转换。

用于将实时或存储的视频和音频内容转换为ASF流,若要使内容流更有深度,可以新增脚本命令。这些脚本命令可用来访问特定的Web站点、初始化页翻转、提供分级资料或创建电子邮件信息。一旦内容流建立后,可将其写到.asf文件中以用于将来播放。

Windows Media音频文件的扩展名是.wma,它是纯音频的ASF流格式文件的专有形式。此类媒体与.asf文件只有扩展名不同,Windows Media服务器能传送流式化的.wma文件,创建.wma文件是为了方便只播放音频的客户使用。

③教师机 教师机可以放于远程教育中心或者网络的其它地方,安装视频采集卡、声卡及摄像机。教师用机由于讲课、演示等的需要,使用方式要求灵活,故与服务器的连接采用点对点的点播方式,即UincastService方式中的On Demand Unicast方式。

2.2.2 学生机

学生机采用Windows9x或Windows2000 Professional系统,需要IE浏览器、Office97/2000、WindowsMedia Player软件。学生用机与服务器的连接采用Station Service工作方式,即广播服务工作方式,这种方式要求有支持广播的网络,在这种方式下,用户只能观看广播的内容,不能参与控制。广播的内容既可以是ASF格式的存储文件,也可以是由视频捕捉卡把摄影机、麦克风记录的内容输入到Media Encoder,进行编码生成ASF流,再由Media Server进行实时发布。

2.2.3 网络连接

①校园网 校园网速度较快,选择支持多点广播路由协议的路由器,如没有则可采用单点广播。

②专用数据线路 专用数据线路则通过DDN、ESDN、ADST等方式连接,其速度较快,尽量选择支持多点广播路由协议的路由器。

③无线网络 无线网络则通过卫星、微波基站、红外线、多点广播路由协议路由器和局域网连接,速度较快,能满足多点同播、单点广播等宽带数据传输的要求。

④电话拨号 电话拨号速度较慢,功能受到限制。

2.3 系统的工作过程

系统的工作过程(如图2)输入的视频和音频信号将送给MPEG4的编码器进行编码,编码器输出的节目流既可以存入存储设备也可以直接送给MediaServer,Media Server的主要功能是完成节目流的播出。Media Server播出的节目有三个来源,它可能是保存在存储设备中的ASF文件,也可以是Encoder实时传送来的节目,它播出的节目还可以从其它的MediaServer上获取。普通的用户可以通过LAN或通过无线网络接入到该系统之中。

2.4 系统特点

①Media Server是一个免费的流媒体服务器,建设系统的投入很少。

②操作方便,简单易学。

③系统扩展性很好。

④系统维护简单,只需要少量的人员就可以保持系统的正常工作。

⑤系统也支持组播和点播。

⑥系统能够使电子教案与音频视频流之间实现同步。

3 结 论

远程教育中采用Windows Media技术构建流媒体服务系统,可以充分利用现有的网络设施,例Intranet(如校园网、企业网等),造价较低,并可以在此基础上开发新的应用模式,方便灵活。随着WindowsMedia技术的不断完善、Internet速度提高及宽带网的推广和普及必将获得更普遍的应用。

参考文献

1 顾纪鑫,丁 煜.教学新概念——网上远程教育.技术应用[J],2000(1):全文

2 李太君.基于Windows Media的网络媒体服务系统的实现.计算机应用[J],2001(5):全文

3 王已宁.流媒体技术及其教育应用.中国电化教育[J],2000(11):全文