影響課堂網絡直播音像效果的原因淺析

文章編號：1672-5913(2008)12-0138-04

摘要：本文以基于Windows Media技術的課堂網絡直播系統為例，通過介紹課堂網絡直播制作系統的基本構成、直播制作的基本過程、播放端的條件要求，結合有關的測試以及直播制作的經驗，對聲音圖像效果受影響的原因進行了分析，并提出了應對的辦法。

關鍵詞：網絡直播；音像效果；流媒體；多媒體流

中圖分類號：G642

文獻標識碼：B

當前，一種通過計算機網絡傳輸的有聲音、教師人像、教案屏幕、文字雙向交互為一體授課內容的課堂網絡直播正逐漸成為學校遠程教育教學的重要手段。建立在網絡通信、多媒體數據采集、多媒體數據壓縮、多媒體數據存儲和多媒體數據傳輸的基礎技術之上的流媒體技術，成為計算機網絡直播的重要應用技術。基于Windows Media流媒體技術的課堂網絡直播系統在這種同時有聲音、人像、教案屏幕、文字雙向交互的遠程教學中起到了重要的作用。然而，由于一些原因的影響，使音像效果會出現諸如聲音時有時無、聲音含糊、有聲但人像和教案屏幕停止、人像模糊等現象，對使用造成了影響。因此，通過對從直播制作到接收播放過程中音像效果受影響的原因進行分析，有助于采取相應的辦法去避免或減少音像效果受到影響，使課堂網絡直播系統在遠程教學中的作用能得到更好的發揮。

1課堂網絡直播制作系統的基本構成

課堂網絡直播制作系統主要是在多媒體課堂的設備基礎上，加上視頻、流媒體等相關的設備而構成。系統主要包括：

硬件部分——教師多媒體電腦、投影機、投影幕、麥克風、音頻放大器、擴音機、音箱、攝像機、視頻切換臺、視/音頻采集卡、視/音頻編碼器、媒體服務器等。

軟件部分——屏幕編碼軟件(第三方軟件)、Windows Media Encoder、媒體編碼器(第三方軟件)、Windows Media服務、媒體分發器(第三方軟件)等。

其中設備的主要作用：

教師多媒體電腦(安裝屏幕編碼軟件)——課堂教學中，作為電子教案內容的演示，并將電腦的屏幕圖像數據經編碼后發送至媒體服務器。

投影機、投影幕——將電腦屏幕的顯示內容投影到投影幕上供課堂中的學生學習。

音頻放大器——將麥克風信號放大并與多媒體電腦音頻信號混合后傳輸至視/音頻采集卡和擴音機。

攝像機——重點拍攝教師的講課情景，也可拍攝課堂學生的上課情景。

視頻切換器——選擇各路視頻信號中的一路信號，切換輸出至視/音頻采集卡。

視/音頻采集卡——將視頻數據、音頻數據輸入計算機，并轉換成可由計算機處理的數字媒體文件。

Windows Media視/音頻編碼器(安裝Windows Media Encoder、媒體編碼器)——通過特殊的算法對視頻、音頻進行編碼壓縮，壓縮后形成Windows Media文件或流，如WMV、WMA、ASF等格式的流媒體文件。編碼器可以是硬件編碼器，也可以是軟件編碼器。硬件編碼器主要由計算機、壓縮卡、Windows Media Encoder、媒體編碼器組成。

媒體服務器(安裝Windows Media服務、媒體分發器等軟件)——向用戶播放機發送多媒體流，也存儲多媒體文件供點播用。

課堂網絡直播制作系統基本結構如下圖所示。

2直播制作過程概述

* 各路攝像機根據現場教學情況從各自角度對課堂的教學情景進行拍攝，重點拍攝教師的人像，也可以拍攝學生的上課情景。

* 視頻切換器將各路攝像機拍攝到的其中一路視頻圖像信號送至視/音頻采集卡。同時，經放大后的麥克風信號和多媒體電腦音頻信號也被送至視/音頻采集卡。

* 視/音頻編碼器按照預先設置和默認的視頻編碼參數、音頻編碼參數對由采集卡輸入的視頻數據、音頻數據進行編碼壓縮，然后輸出Windows Media文件或流至媒體服務器。預先設置的視頻編碼參數主要有視頻比特率、幀速率、視頻大小、關鍵幀間隔、亮度、色度、對比度、色飽和度等。音頻編碼參數有音頻比特率、音量等。

* 視/音頻編碼器開始對視頻、音頻進行編碼壓縮時，教師多媒體電腦的屏幕編碼軟件也同步地對本機屏幕圖像的數據進行編碼處理，并將形成的屏幕流發送至媒體服務器。

* 媒體服務器根據客戶播放機的點播請求，向客戶播放機發送多媒體流。多媒體流包括了音頻流、視頻流、屏幕流等的數據。

3影響音像效果的原因

課堂網絡直播由制作到播放的過程包含了多個環節。使用正常的直播制作系統作課堂直播，當音像效果出現問題時，原因涉及多個方面，通常會與以下其中的因素有關。

3.1攝像

一個效果理想的視頻源是保證課堂直播的視頻圖像效果的前提。因此，照明燈光、鏡頭的光圈、對焦等的調試和操作都是影響視頻圖像清晰度的其中重要原因。

3.2拾音

(1) 教師講話如果使用以電池供電的麥克風，由于電池電量難以把握，會因直播中電池電量的下降而造成聲音越來越小或甚至無聲。建議：如果不是非要使用靠電池工作的麥克風不可的，就盡量使用不需電池的麥克風。

(2) 使用有線領夾式麥克風或手握有線麥克風，教師如果時常走動，可能會使信號引線因受到經常的牽扯而造成線路的時通時斷，影響聲音的效果，其現象是：教師聲音時有時無，或出現低頻聲。建議：講課中，教師的活動范圍要盡量小，或盡量保持在固定的位置上，或使用固定的座式麥克風。

(3) 課堂現場擴音。在課堂的直播中，如果利用直播系統作雙向音頻交互，當室內擴音的音量控制不當時，會有以下其中的現象發生。

a. 麥克風與擴音后的聲音之間會產生正回輸而引起現場聲音的嘯叫。

b. 甲方聲音經過直播傳到乙方被擴音后，經乙方麥克風和直播系統返傳回到甲方，甲方再擴音后又經麥克風和直播系統再傳到乙方，如此反復循環，并由于直播的延遲關系，使每一次發音后，甲乙雙方都能聽到一種如同在山谷中發出響聲后形成的多次回響聲。這種回響聲使雙方都聽不清對方的聲音，嚴重影響直播的聲音效果。

應對的辦法有：利用半雙工通訊的方式進行對講，即甲方講話時乙方關閉麥克風，乙方講話時甲方關閉麥克風；或者將擴音的音量盡量降低。

3.3視/音頻編碼器

對編碼器一些參數的設置也是影響視頻圖像、音頻聲音效果的重要原因。受相關參數設置的影響以及網絡帶寬的原因，用戶播放機會出現如視頻圖像模糊，聲音含糊不清，視頻圖像停頓，視頻圖像和屏幕圖像停止等現象。

經測試表明，對有關參數作設置時，在已有的參數值范圍內，視頻比特率、視頻大小、幀速率的參數對視頻圖像效果的影響最大，而音頻比特率和音量的選擇則分別對聲音的音質和音量的影響最大。當視頻比特率、視頻大小的參數值設得越高時，壓縮后的視頻圖像的清晰度就越好，反之就差；當幀速率參數值設得越高時，壓縮后的視頻圖像變化的流暢度就越好，反之就差；當音頻比特率參數值設得越高時，壓縮后的聲音音質越好，反之就差。但測試又同時表明，各項的設置參數中任一項數值的升高，都會造成壓縮后對應的視頻流或文件、音頻流或文件的比特率的升高，各項參數的對應情況見下表。當各項參數都設高時，編碼器輸出的組合比特率會更高，該組合比特率=視頻比特率+音頻比特率+腳本比特率。比特率高會因網絡帶寬的擁擠而影響流的傳輸，如下表所示。

3.4教案屏幕

對于媒體服務器將多媒體流向用戶播放機的傳送，有的直播系統是屏幕流與視音頻流合在一起流向用戶播放機，有的直播系統是屏幕流與視音頻流各自流向用戶播放機。直播時屏幕流比特率過高同樣會因網絡傳輸帶寬擁擠而影響流的傳輸，其結果是用戶播放機會出現如屏幕圖像停止或停頓，視頻圖像和屏幕圖像同時停止或停頓，視頻圖像和屏幕圖像同時停止并且無聲等現象。屏幕流過高主要由兩個原因造成。

(1) 教案

在教學中，會用到PowerPoint、Word、網頁等作為教學內容的演示。但在課堂網絡直播的教案屏幕內容中，如果有不斷變動的內容時，例如不斷變化或閃爍的圖形和文字、連續拖動Word文檔的滾動條進行翻頁、連續地拖動某一圖標或窗口，都會瞬時造成屏幕流比特率的明顯升高。測試證明：教案中一幅相對靜止的PowerPoint屏幕與一幅有不斷變化或閃爍圖形的網頁屏幕相比較，前者的屏幕流比特率是10Kbps左右，而后者的屏幕流比特率會達到100Kbps以上。

(2) 參數設置

有些屏幕編碼軟件可以對屏幕流每秒的幀參數進行設置。該參數設高了，播放的屏幕內容的流暢度會相對好，但屏幕流比特率會升高。

為了防止屏幕流比特率過高，應對的辦法有：(a)盡量使用PowerPoint作教學內容的演示，避免使用動畫、視頻等。(b)由于教學中的內容是以靜止的文字或圖形為主的，因此教案屏幕流的幀數每秒設為4幀即可以基本滿足內容顯示的需要。

3.5計算機網絡

計算機網絡作為傳輸多媒體流的通道，其是否通暢，對播放機音像效果的好壞同樣起到重要的作用。我國的互聯網資源分別由多個網絡運營商負責提供，各個運營商網絡帶寬以及之間的連接帶寬會有所不同。因此，對于網絡傳輸的暢順性或條件，直播系統和用戶同在一個運營商網內的，通常會比直播系統和用戶不在同一個運營商網內的要好。我國高校的遠程直播教學主要是通過教科網進行，當課堂直播的多媒體流的比特率較高時，對于網絡傳輸條件較好的用戶，其接收播放的音像效果不易受影響或受到影響較輕，但對于網絡傳輸條件無保障的用戶，如果遇到網絡擁擠，播放就會出現以下的現象：

(1) 聲音斷續、視頻圖像停頓、屏幕圖像停頓。其原因主要是網絡帶寬擁擠，播放時多媒體流不能持續到達播放機。

(2) 只有聲音持續而視頻圖像、屏幕圖像停止不動。其原因是流媒體數據遇到網絡擁擠時，會優先讓音頻流通過，所以會出現只有聲音的情況。若要在網絡擁擠時仍能播放出持續的聲音和視頻圖像，可采用的措施是使用Windows Media Encoder中的多比特率(MBR)編碼方案，也稱為智能流技術方案。該方案的特點是同時壓縮幾組不同比特率的視頻數據供網絡傳輸用，當服務器收到用戶的直播請求時，服務器會根據與用戶的連接速度情況而決定向用戶發送哪一組的比特率數據。連接速度慢時，發送低比特率數據，連接速度快時，發送高比特率數據。這樣，遇到網絡擁擠時，播放機會在有持續聲音的同時也能有活動的視頻圖像，但圖像清晰度會下降。

3.6播放機

用戶若要正常播放課程的直播，其播放機必須達到該直播系統對播放機的關于硬件、軟件條件的要求。條件主要有：

(1) 操作系統使用Windows。其版本要達到該課堂直播系統指定的基本要求，例如Windows 98 SE以上或Windows2000以上等。

(2) 安裝Windows Media Player。該播放器軟件在Windows系統中有自帶，但版本要達到該課堂直播系統指定的基本要求。

(3) 安裝Microsoft DirectX。該圖像加速軟件在Windows系統中有自帶，但版本要達到該課堂直播系統指定的基本要求。

(4) 安裝第三方媒體播放器，即對應課堂直播系統的媒體播放器。有些直播系統的媒體播放器會嵌在直播系統的點播網頁中。

(5) 直播的多媒體流通常會在幾十Kbps至三百Kbps之間，因此播放機的固有網絡帶寬要達到相關的條件才能滿足正常播放的需要。

(6) 直播系統對播放機的CPU、內存、顯卡等也會有相應的要求，這些配置越高，對保障播放的效果就越有利。

(7) 播放機緩存。流媒體的播放特點是播放時首先下載一小部分數據至緩存中，幾秒至十幾秒后再開始邊播放邊繼續下載后面的數據。由于緩存除了使用內存的空間外，還可能用到硬盤的空間，所以硬盤的空間不能過小。

當播放機的硬件情況、軟件情況和安全情況都符合要求時，一些情況仍然會影響到有些播放機的正常播放，使播放機出現聲音斷續、視頻圖像停頓、屏幕圖像停頓的現象。主要的原因是主機同時運行了包括該播放程序在內的多個程序，比如人為同時運行了多個程序，或防毒殺毒等有關軟件也在自動運行，使主機因對任務進程處理不及而出現上述的現象。應對辦法是將與點播無關的任務進程停止或關閉。

4結束語

目前，在各種的原因中，校園網外網絡出現不暢順的情況是導致課堂直播音像效果受影響的主要原因。因此，利用互聯網進行遠程教學時，為了避免或減少因互聯網網絡的不暢順而對音像效果的影響，除了上述的應對辦法外，還可以在直播的對象、范圍、時間等方面作有利于直播時多媒體流傳輸的選擇。另外，采用直播后提供點播、課件下載、課件光盤的方式進行遠程教學，也能避免或減少因網絡不暢順對課堂網絡直播系統的使用所造成的影響。

參考文獻

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