遠程教育中的流媒體技術應用研究
2008-12-31 00:00:00張徽燕張胡
電腦知識與技術 2008年17期
摘要：簡述了同步多媒體集成語言SMIL，介紹了SMIL在遠程教育中的應用， 設計了遠程教育中的流媒體應用方案，分析了遠程教育中的智能流技術，提出了發布、制作和播放的技術實現方案。
關鍵詞：遠程教育；同步多媒體集成語言；智能流
中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)17-21483-03
1 引言
當Internet逐步進入社會和人們生活的每個領域的時候，網絡上傳遞信息的種類也越來越多。同時傳遞文本、圖像、聲音、視頻多種信息的需求，對計算機網絡的數據傳輸技術也提出了新的要求。在不斷提升網絡寬帶的同時，網絡多媒體技術也在不斷的發展。
流媒體正是在這種情況下新興起來的一種網絡多媒體形式，它使得網絡用戶在瀏覽存儲在服務器上的媒體文件時，不用像以前那樣要等到整個文件都傳輸到用戶端后才開始播放，而是當第一組數據到達時，流媒體播放器就開始播放媒體文件了。
同步多媒體的集成是網絡流媒體中一個極為重要的組成部分。SMIL是一種關聯性的標記語言，可以將多個位于網絡不同位置的媒體文件通過它們的URL關聯起來形成多媒體文件。正是由于SMIL的這種特性可以將流媒體卓越的網絡傳輸性能得以很好的利用，目前它已經逐漸成為集成流式多媒體的標準化語言，SMIL的應用也因此變得十分廣泛。
而對于遠程教育系統，這一建立在現代傳媒技術基礎上的多媒體應用系統來說，若要想緊跟網絡時代的步伐，SMIL的作用將舉足輕重。多媒體課件的制作、智能流技術的運用以及網絡廣播和點播的實現可以使現代遠程教育系統踏上一個新的層次。
2 流媒體技術
流媒體是指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術的連續時基媒體，如音頻、視頻或多媒體文件。流式媒體在播放前并不下載整個文件，只是將開始部分內容進行數據緩沖，流式媒體的數據流隨時傳送隨時播放。
2.1 流媒體的優越性
流媒體運用了特殊的數據壓縮/解壓縮技術 （CODEC Compressor/ Decompressor）。數據壓縮方式和JPEG格式圖像的壓縮格式很相象，在播放時，流媒體播放器進行實時的解壓縮。文件被壓縮時，在不影響播放質量的前提下，會丟棄一些不必要的數據，比如一幀視頻圖像中和前一幀相同的部分。
流媒體的數據格式ASF（Advanced Streaming Format）也極為特殊。它將媒體文件分為眾多小數據包，媒體服務器在特定的時間將用戶播放所需的數據包發送給用戶。
流媒體服務器和用戶端的流媒體播放器之間的交流是雙向的。服務器在發送數據的同時，還在接收用戶端瀏覽器發送來的反饋信息。在用戶端文件播放結束之前，雙方是一直保持聯系的。一般來講，服務器總是按照媒體文件的時間特性依次發送數據，一旦接收到用戶端發出的播放控制請求，如跳躍、快進、倒退等，服務器就會自動調整數據的發送，而且還能根據網絡的傳輸狀況隨時調整數據的發送。用戶端的播放器經過較短時間的預置處理后便開始文件的播放。
2.2 SMIL—同步多媒體集成語言
SMIL對多媒體文件的集成是采用關聯的方式，即通過媒體文件網絡地址URL將它們組合到一起，這和在HTML文件中插入圖片、GIF動畫的方式是相似的。這樣，起集成作用的SMIL文件通常很小，而各個媒體文件可以位于網絡上不同的位置，一個媒體文件可以同時被多個SMIL文件關聯。當用戶端載入SMIL文件時，依據各個媒體文件的URL地址，數據會從整個網絡的各個地方流向用戶端，這就充分利用了網絡的傳輸功能。所以說，流式多媒體很適合網絡傳輸。當你想對流式多媒體進行修改時，只需修改或替換相應的媒體文件及SMIL文件中的關聯地址URL，而不需要像從前那樣，重新編輯生成新的多媒體文件。
2.3 智能流技術
智能流（SureStream）技術通過兩種途徑來克服帶寬協調和“流瘦化”。首先，將確立一個編碼框架，允許不同速率的多個流同時編碼，并將它們合并到同一個文件中；第二，采用一種復雜的客戶/服務器機制來探測帶寬變化。
比如RealNetworks公司為滿足用戶能夠以不同帶寬瀏覽音視頻內容，會先編碼記錄不同速率下的媒體數據，并保存在單一文件中，此文件稱為智能流文件，即創建可擴展流式文件。當客戶端發出請求時，它將其帶寬容量傳給服務器，媒體服務器根據客戶帶寬將智能流文件的相應部分傳送給客戶。
實現智能流技術的第二種途徑便是SMIL。通過一個SMIL文件，可以分別將相同速率的媒體文件組成多媒體文件組，再通過SMIL的
3 遠程教育中的流媒體應用
3.1 SMIL在遠程教育中的運用
SMIL2.0的發布將遠程教育系統帶入了一片新的廣闊天地。多媒體集成的特點可以使多媒體課件的制作更為豐富精彩；智能流技術的運用可以使學生不用再顧及網絡帶寬的問題；而運用SMIL的實時廣播為遠程教育提供了一種新的教學方式。
3.1.1 多媒體課件的制作
現代教學中多媒體課件采用PowerPoint來制作存在著文件大、很難包含音視頻和版權問題等弊端。SMIL可以解決這些問題。
首先，SMIL是一種關聯性語言，它本身并不包含多媒體內容，但它卻能調度安排網絡中的多媒體對象，包括圖像、聲音還有視頻。在制作多媒體課件時，我們可以加入教師的講解，精彩的動畫，利用SMIL強大的多媒體集成能力，來更好地詮釋多媒體課件的真正內涵。當學生課后點播這些用SMIL編輯的課件時，會身臨其境，充分感受到學習的無窮樂趣。
其次，SMIL是一種純文本性的語言，它的體積很小，非常適合網絡傳輸。同時SMIL采用實時流式傳輸方式，不必下載整個文件就可直接觀看。另外，我們可以利用RealNetworks公司的RealPresenter軟件，將ppt文件轉換成流式媒體，再通過SMIL的關聯進行播放。
3.1.2 遠程教育中的智能流技術
我們一直希望對于同樣的發布內容，能夠為低帶寬連接用戶提供較好的播放質量，為高帶寬連接用戶提供更好的播放質量。現在共有兩種方法來實現這一效果。根據具體需要，甚至可以將這兩種方法混合起來使用。第一種方法是采用RealSystem的SureStream技術，使單個的流媒體文件同時具有多種數據傳輸速率，可以同時適應不同連接帶寬的用戶。第二種方法是針對每一種傳輸速率都制作一個獨立的流媒體文件，通過SMIL的帶寬選擇，讓用戶的RealOne Player（或是RealPlayer）根據實際情況來決定播放哪一個獨立的流媒體文件。不管采用哪一種方法，在Web頁面中，都只需要建立一個超級鏈接。
3.1.3 遠程教育中的網絡廣播和點播
網絡廣播和網絡點播有機地結合，能夠使得遠程教育發揮更多的潛能。比如有一專家通過網絡廣播的方式在線授課，倘若學生遇到晦澀難懂的問題，可以及時在該處作個標記。事后通過網絡點播，打開上課錄像的媒體文件，找到標記處開始播放。無疑這種方法能夠行之有效地進行再學習，有利于知識的鞏固和教學質量的提高。
作為多媒體集成語言，SMIL在流媒體的廣播中同樣體現出很強的功能。你可以通過SMIL將多種不同的實時廣播內容集成在一起進行實時多媒體廣播，也可以將預先錄制好的流媒體文件和實時內容集成在一起成為多媒體節目。一般來說，要使得多個實時內容的廣播同時開始是不太可能做到的，但是通過SMIL的同步設置可以彌補這一缺陷。
在運用SMIL語言時，可以將一個實時廣播的內容看成是一個預先錄制好的流媒體文件。根據廣播內容的種類，比如聲音、視頻，選擇合適的媒體標記。同時標記的src屬性值必須設置為廣播內容在廣播服務器上存放的位置的URL，并為它定義相應的播放區域。對于實時廣播內容，SMIL的某些屬性是不起作用的。比如repeat、clip-begin、clip-end屬性將無法取得功效。這是因為RealServer在進行廣播時是單向傳送文件數據，并不接收RealOnePlayer反饋的播放請求。也就是說，實時廣播內容的內部時間線只能由廣播服務器來控制。但是你還是可以通過end屬性來提前終止廣播。
3.2 遠程教育流媒體應用方案
為了能夠使SMIL充分發揮其卓越的網絡傳輸性能和多媒體集成功能，在這里我們給出一個在遠程教育中的流媒體應用方案。我們選用了RealNetworks公司的RealSystem系列作為整個多媒體系統的實現平臺。在學生端，將采用RealOne Player作為流媒體播放器；在教師端，將采用RealProducer和RealPresenter作為流媒體制作工具；RealServer則是我們的流媒體服務器。
3.2.1 發布技術
RealNetworks的RealServer是目前功能最為強大、應用最為廣泛的流媒體服務器軟件。它可以在網上發布實時或預制的流媒體文件。
1)通過HTTP協議，Web瀏覽器向RealServer發出載入SMIL文件的請求，這時SMIL文件的URL地址中包含了Ramgen參數（Ramgen參數可以自動啟動用戶端的RealOne Player來播放相應的媒體文件）。
2)RealServer同樣通過HTTP協議回應Web瀏覽器。它的回應使得Web瀏覽器啟動RealOnePlayer作為輔助播放程序，同時將SMIL文件的URL傳遞給RealOne Player。
3)RealOne Player通過RTSP協議向RealServer請求SMIL文件。
4)根據SMIL文件中的設定，ReaOne lPlayer向RealServer發出請求并接收其通過RTSP協議“流”式傳輸過來的各個媒體文件的數據，同時開始播放。
3.2.2 制作技術
RealProducer是RealNetworks提供的流式視頻和音頻生成軟件。通過這個工具軟件，可以將預先制作好的數字音頻視頻文件經過壓縮編碼生成流媒體文件， RealProducer支持SureStream技術，即采用特殊的編碼方式，可以使一個流媒體文件同時具有多種數據傳輸速率，同時適應多種不同的用戶類型。
RealNetworks還推出了和MS PowerPoint結合在一起使用的流媒體生成軟件RealPresenter。該軟件會自動將每一張幻燈片轉換成一個單獨的JPEG圖片文件，然后根據播放加入的聲音，生成一個流媒體文件。同時生成的SMIL文件會將所有的這些流媒體文件結合在一起。播放SMIL文件時，PowerPoint幻燈片的展示過程將重現，并且每一張圖片都同步配上了聲音。在SMIL文件的播放窗口中，還可以加入一個視頻播放區域，插入一個Real視頻文件。
3.2.3 播放技術
RealNetworks的流媒體播放器RealOne Player是目前應用較為廣泛且支持SMIL2.0的多媒體播放軟件。它可以支持播放RealSystem系列的所有流媒體格式，包括Real音/視頻、RealPix、RealText、Flash動畫和SMIL文件。同時它還支持播放其他系列的媒體類型，比如MPEG音/視頻文件、MP3、WAV和AVI等傳統的數字文件格式。
它的播放方式有兩種。一種是本地機的播放，即播放存儲在本機上的媒體文件，這種方式不足以體現它的優越性。另一種則是通過網絡播放存儲在服務器上的媒體文件，或是接收網絡廣播的文件數據。這種方式，如果和RealServer結合在一起使用，將會把流媒體卓越的網絡傳輸和播放性能體現得淋漓盡致。
4 結束語
SMIL在遠程教育方面的應用還有很多。事實上，有一些東西今天看起來只是個雛形，但很可能在不久的將來它們會成為網絡多媒體領域的主流技術。
SMIL2.0的發布使得人們更真切地體驗到網絡多媒體技術帶來的歡樂。如果說當年的HTML促使開創了互聯網的新紀元，那么現在可以說SMIL引領我們走入立體互動的新時代。SMIL2.0在現代遠程教育中的運用，將給這一網絡多媒體系統注入新的活力。
參考文獻：
[1] J.Ayers et al.，Synchronized Multimedia Integration Language(SMIL)2.0， World Wide Web Consortium Recommendation， 2001，http://www.w3.org/TR/2001/REC-smil20-20010807/.
[2] D.C.A.Bulterman.SMIL 2.0 Part 1: Overview， Concepts， and Structure.IEEE MultiMedia，2001，8(4).
[3] 陶洪久，王振華，柳健，田金文.SMIL在流媒體播放中的設置與應用[J].武漢理工大學學報，2002(03) .
[4] 王秋云，俄燕.流媒體技術在遠程教育中的應用[J].電化教育研究，2003(09).
[5] 永霞，何坤金，蔣霞東.SMIL在教學課件開發平臺設計中的應用[J].河海大學常州分校學報，2005(02) .
[6] 劉桂蘭.SMIL在多媒體遠程教學中的應用[J].教育信息化，2005(15).
[7] 馬蘭，侯業勤.XML的重要應用-SMIL2.0的研究及開發[J].計算機應用與軟件，2005(11) .
