基于流媒体技术的远程听力教学系统设计与实现

张维维

(长春师范大学国际交流学院，吉林长春130032)

1 流媒体

流媒体(Streaming Media)技术是指连续时基媒体，网络数据传输和客户端播放并行。使用流媒体的客户端采用边传送边播放的形式，无需等待整个文件下载完毕就能播放，不占用本地存储空间，同时缩短了客户端等待时间。流媒体数据的网络传输方式和播放方式是“流”，流格式是数据及其相关控制信息的数据格式。数据包是按照流格式形成的数据，数据流由一个多媒体文件的所有数据包构成[1]。流媒体由特殊编码方式压缩后的数据包形成，能够实现流媒体技术需要的软硬件环境和控制协议。在播放器开始播放到达的第一组数据的同时，后续数据则源源不断地“流”向客户端。流媒体采用了数据压缩和传输技术发布较长的声音和视频片断。

2 流媒体技术原理

2.1 缓存

流媒体文件传输需要缓存，因特网进行断续的异步传输，传输基础是包[2]。一个实时音频/视频源或存储的音频/视频文件在传输中要被分解为多个包，各个包选择的路由不尽相同，到达客户端的时间延迟也不相等。缓存系统可以弥补延迟和抖动，并保证数据包不会因为网络暂时拥塞出现播放停顿的现象。数据到达流媒体播放器后先进入缓存，从缓存中提取数据后进行播放。只要缓存中有数据余量，媒体播放器就能够开始播放媒体文件。

2.2 流媒体网络协议

通信协议支持流媒体在Internet上传输到客户端，主要流媒体传输协议有RTP(实时传输协议)、RTCP(实时传输控制协议)、RTSP(实时流协议)、RSVP(资源预定协议)等[3]。RTP和RTCP配合使用能够为用户提供流量控制和拥塞控制的服务，适用于网上数据的实时传送。RTSP定义了通过网络如何有效地使多媒体数据在一对多应用程序之间进行传送。其中，RTSP使用RTP完成数据传输，RSVP预留一部分带宽为流媒体传输提供一定的服务质量保证。

2.3 流媒体的传输

流式传输过程为:用户选择某一流媒体服务，HTTP/TCP检索需要传输的实时数据;客户机启动客户端的流媒体播放器，流媒体服务器检索相关参数，程序初始化[4]。Audio/Video Player程序及流媒体服务器之间通过运行RTSP可以操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等交换控制信息。流媒体服务器使用RTP/UDP将数据流传输给客户端的流媒体播放器，数据抵达客户端后由Audio/Video播放输出。流式传输需要专用服务器和播放器，国外比较有影响的流媒体播放器有Real System、Windows Media和QuickTime。

2.4 流媒体技术应用于远程教学的意义

互联网是中低带宽网，在网上传输的大多数信息是静态的，流媒体技术解决了多媒体信息在中低带宽网上的传输问题。流媒体技术丰富了互联网/内部网上的信息资源，是远程教学多媒体课件和网络课程传输的最佳方式，同时流媒体技术也提高了信息资源的应用效率。

3 远程教学的特点

远程教学是将教学资源传送给校外一处或多处学生的教学活动形式。伴随现代媒体技术的发展而迅速成长，远程教学已成为适应社会发展需要的教学形式。在教学过程中，师生采取多种媒体进行通信联系。远程教学有特定的教学信息传输和交流手段、特定的教学信息资源。与常规学校教学相比，远程教学具有以下特点。

3.1 参与性

常规教学是封闭的，教学资源被封闭在校园内，接受教学的是本校学生;而远程教学则面向整个社会，教学形式是终生学习，远程教学为有学习意愿的人提供普遍的受教育机会，实现了教学信息资源的共享。

3.2 扩展性

常规的学校教学教育者对受教育者实施面对面的教学活动;而远程教学借助多媒体技术将教学资源向外扩散，把教学功能延伸至整个社会。

3.3 便捷性

远程教学在课程设置方面较常规的学校教育更具灵活性。

3.4 媒介性

与常规教学相比，远程教学对媒体工具和传输手段具有高度的依赖性，需要经常用到信息资源和现代信息技术工具。

4 基于流媒体技术的远程听力教学系统设计

4.1 硬件系统的结构与功能

硬件系统包括4个基本部分如表1所示，其在互联网上流式传输的基本原理如图1所示。

图1 互联网上流式传输的基本原理

(1)流媒体信息生成系统:流媒体信息分为实时流媒体信息(直播)和非实时流媒体信息(点播)。能够实现点播流媒体课件、直播音视频节目源等功能。

(2)服务器系统:由Web服务器和流媒体服务器组成。其中，Web服务站点管理和服务需要使用Web服务器;流媒体的存储和发布需要使用流媒体服务器。远程教学系统采用安装在Windows.Net Enterprise Server 3647或以上版本的Windows Media服务器组件。

(3)网络系统:采用路由设备支持组播协议，以及交换式以太网、TCP/IP协议。

(4)客户端系统:用户通过Internet(或Intranet)访问流媒体信息。客户端需要安装浏览器及流媒体播放器。

4.2 系统运作流程

(1)用户浏览远程教学的指定网页，点击一个流媒体内容的地址链接，由远程流媒体服务器提供该链接。

(2)在远程流媒体服务器收到请求后，生成播放文件，送到用户的web浏览器中。

(3)用户端浏览器下载播放文件，也可在用户机的流媒体播放器接收播放文件。

(4)在用户端流媒体播放器读取播放文件中的链接时，流媒体播放器同时向流媒体服务器发出请求。

(5)远程流媒体服务器将内容传送给用户机流媒体播放器的方式是流式传输，用户机流媒体播放器会一边播放，一边接收。

图2 系统运作流程图

4.3 软件系统的体系结构

远程听力教学系统的软件结构如图3所示。

图3 远程听力教学系统软件结构图

远程听力教学系统模块，分为学生作为家庭作业完成分配的听力模块、教师指定学生在课堂完成听力模块、教师制作视频或练习作为平时成绩完成听力模块。通过这些功能模块，学生能够进行课程学习和考核、查找和下载教学资源，与教师和其他同学进行离线交流，教师指定学生在课堂上完成听力模块的练习。

5 关键技术

5.1 多媒体音频点播与广播

多媒体音频点播与广播服务类型有点播和广播两种。点播，是指可以向服务器申请播放特定的节目，播放进程例如暂停、快进、快退等操作，用户在播放过程中可以控制播放的进程，在流点播过程中，建立用户与服务器之间连接点播的单独的节目，用户进行点播，其他的网络用户不接收此节目流。广播，是节目在网络上广播。网络上的所有用户都可以收到广播的节目流，但在广播过程中不能控制节目的播放进程。

5.2 多媒体课件库

多媒体课件库的主要任务是保存课件，学生可以根据自己的学习情况，随时地访问学习课件库中课程内容以及习题等。课件服务器主要负责存储课件内容，保证远程教学中教学内容的传输应具有并发特性、可靠性、稳定性。每两台课件服务器互为镜像，这样可以避免用户集中点播某一课件时产生的输出瓶颈问题。

5.3 作业和测试模块

根据听力材料的内容，教师布置作业或组卷测试，进行训练和测试，对学习者的测试结果评分并给出反馈。教师对题量和分值可进行自定义，对试题进行再编辑。

5.4 流媒体课件制作模块

同步设计授课者的影音播放和电子教案或教学课件。Windows Media允许在ASF流媒体文件中加入“标记”(Marker)和“脚本”(Script)。例如有一个教案网页，它的 URL是“HTTP://host/绪论.HTML”，标记的标题可以是“绪论”，时间是10秒，脚本命令的类型是“URL”，参数是“HTTP://host/绪论.HTML”，时间也是10秒。

5.5 安全性设计

采用Microsoft windows DRM数字版权保护系统，使得学生从远程教学系统中下载媒体文件后能够获取一个包含解锁密钥的许可证播放媒体文件。由此可以保证学校对学生的学习状况进行监控，同时保证教学资源不被非法使用。

6 结语

本远程教学系统已经成功试运行并取得较好的效果。目前，基于流媒体技术和本教学系统平台建设的“雅思听力题库”“英美文学选读”等多媒体课件分别获得“教育部教育管理信息中心举办的全国多媒体课件大赛高教文科组优秀奖”。先进性、集成性、低费用是流媒体技术的特点，构建基于流媒体技术的远程听力教学系统，有利于充分利用教学资源，也有利于终身教育体系和未来开放教育的构建。

[1]沈敬伟，周廷刚，温永宁，等.基于面向对象数据库的空间数据管理[J].西南大学学报:自然科学版，2013(4):132－137.

[2]钟玉琢，向哲，沈洪.流媒体和视频服务器[M].北京:清华大学出版社，2008.

[3]关博.基于FMS的流媒体技术在网络教学平台中的应用[J].产业与科技论坛，2013(12):146－147.

[4]姜繁.流媒体传输技术在网络视频监控系统中的研究与应用[D].武汉:武汉理工大学，2013.

[5]王廷璇.P2P课堂直播系统设计[J].电脑编程技巧与维护，2009(14):122－124.