康海燕 謝良辰
(寧波大學(xué)職教學(xué)院 奉化 315502)
【摘 要】 遠(yuǎn)程教育中采用Windows Media技術(shù)構(gòu)建流媒體服務(wù)系統(tǒng),可以充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,可在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的應(yīng)用模式,同時(shí)還可以建立虛擬班級(jí),該方案可以解決音頻、視頻流信息的傳送及它們與數(shù)據(jù)間的同步等兩個(gè)問題,指出了其特點(diǎn)。
【關(guān)鍵詞】 流媒體,系統(tǒng)構(gòu)建,壓縮編碼,模式開發(fā),信息傳送,數(shù)據(jù)同步,網(wǎng)絡(luò)連接
1 流媒體技術(shù)簡(jiǎn)介
流媒體是指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時(shí)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(gè)文件,只將開始部分內(nèi)容存入內(nèi)存,流式媒體的數(shù)據(jù)流隨時(shí)傳送隨時(shí)播放,只是在開始時(shí)有一些延遲。
①流媒體技術(shù)體系的關(guān)鍵技術(shù)——壓縮編碼技術(shù)。多媒體數(shù)據(jù)必須進(jìn)行預(yù)處理(即編碼)才能適合流式傳輸,壓縮編碼技術(shù)是流媒體技術(shù)體系中的關(guān)鍵技術(shù)。壓縮編碼的基本原理是采用一定的編碼方式,將文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行重組。一方面,去掉一些重復(fù)或占而不用的空間以減少文件尺寸;另一方面,將文件分成壓縮包,形成數(shù)據(jù)流,將原有的多媒體文件轉(zhuǎn)化為具有流格式的流媒體。例如,Microsoft采用MPEG4視頻壓縮編碼算法生產(chǎn)ASF格式流媒體。
②流式傳輸需要合適的協(xié)議。WWW技術(shù)是以HTTP協(xié)議為基礎(chǔ)的,而HTTP又建立在TCP協(xié)議基礎(chǔ)之上。由于TCP需要較多的開銷,故不太適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中,一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息,而用RTP/UDP來傳輸實(shí)時(shí)聲音數(shù)據(jù)。
③流媒體的播放方式。Windows Media服務(wù)器為ASF流式媒體的發(fā)布提供了兩種方式:Unicast Ser-vice(單播)和Station Service(多播,廣播站)。其中U-nicast Service為客戶提供點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式的服務(wù),按照用戶的參與程度又分為On Demand Unicast(點(diǎn)播)Broadcast Unicast(廣播),前者為交互式點(diǎn)播服務(wù),允許用戶參與媒體播放的控制過程,如:開始、暫停、快進(jìn)等,這種方式對(duì)服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)資源的開銷較大;后者是被動(dòng)式接收方式,只能觀看播放,不能進(jìn)行控制,適用于廣播服務(wù),這種方式節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬,服務(wù)器資源開銷較少。
2 采用Windows Media技術(shù)的流媒體服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案
2.1 流媒體服務(wù)器的選型
現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外都已開發(fā)出很多流媒體的應(yīng)用系統(tǒng),但是各個(gè)系統(tǒng)的內(nèi)部實(shí)現(xiàn)各不相同。目前占領(lǐng)市場(chǎng)份額較大的是Real Networks、Apple及Microsoft公司的產(chǎn)品。
Real Networks公司具有一整套自創(chuàng)的流媒體壓縮編碼的標(biāo)準(zhǔn)、制作工具以及傳輸?shù)膮f(xié)議。由RealNetworks和NetScape共同提出的RSTP(實(shí)時(shí)流化協(xié)議)為音頻視頻數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上傳輸提供了一系列的標(biāo)準(zhǔn),為各個(gè)商家互兼容產(chǎn)品奠定了基礎(chǔ)。RealNetworks提供的服務(wù)質(zhì)量也較高,但從成本角度考慮,其系統(tǒng)需求和軟件價(jià)格是一般用戶難以承受的。Apple公司提供了數(shù)字媒體的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn),同時(shí)支持HTTP、RTP/RTSP二種傳輸協(xié)議,但需要同時(shí)使用該公司的計(jì)算機(jī)產(chǎn)品,相應(yīng)軟件也需要購買。對(duì)大多數(shù)Intel Pentium的用戶,其產(chǎn)品不適合推廣。WindowsMedia產(chǎn)品的一大特點(diǎn)是其制作、發(fā)布、和播放軟件與Windows NT/2000/9X集成在一起,不需要額外購買;其服務(wù)器端的Windows Media Server產(chǎn)品在Windows NT Server Pack4上可以安裝,并且集成在Windows 2000 Server中,相關(guān)軟件可以從網(wǎng)上免費(fèi)下載。Windows Media Encoder可以將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、AVI/MOV/MPG3格式的文件編碼轉(zhuǎn)換成ASF格式的數(shù)據(jù)直接傳送到Windows Media Server;WindowsMedia Server可以提供點(diǎn)播、直播、單點(diǎn)傳送和多點(diǎn)傳送等服務(wù),基本滿足一般流媒體服務(wù)系統(tǒng)的需求。另外,Windows Media的相關(guān)軟件對(duì)系統(tǒng)的硬件要求綜合考慮也是最低的。基于Microsoft的Windows Media Service建立流媒體服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教育,投入少,建設(shè)時(shí)間短,使用簡(jiǎn)單,易于維護(hù),因此成為構(gòu)建遠(yuǎn)程教育中的流媒體服務(wù)系統(tǒng)的最佳選擇。
2.2 基于Windows Media技術(shù)的流媒體服務(wù)系統(tǒng)的環(huán)境
Windows Media Server是由一系列的工具構(gòu)成,主要包括Media Tools、Media Server和Media Player三個(gè)部分組成。Media Tools提供一系列的流處理工具,它們完成流信息的生成、編輯等功能。Media Server的主要功能是完成流信息的播放,Media Server既支持流信息的點(diǎn)播功能,也支持流信息的組播功能。Media Player是客戶端的播放應(yīng)用程序,它負(fù)責(zé)流信息的播放,目前MediaPlayer已經(jīng)集成在IE5.0中,是標(biāo)準(zhǔn)插件。如果用戶使用其它版本的瀏覽器則需要安裝該播放器以接收和播放流信息。
下面采用Windows 2000來設(shè)計(jì)一套遠(yuǎn)程教育的流媒體服務(wù)系統(tǒng)的環(huán)境,用以實(shí)現(xiàn)教學(xué)課件的點(diǎn)播(VOD)、教學(xué)直播以及網(wǎng)絡(luò)課堂等功能。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。
2.2.1 控制中心
①Windows 2000 Server服務(wù)器 服務(wù)器用于存儲(chǔ)和發(fā)布流媒體信息;服務(wù)器采用Windows 2000Server,安裝Windows Media Server,用于存儲(chǔ)、發(fā)布和管理流媒體信息。
②工具計(jì)算機(jī) 工具計(jì)算機(jī)配置視頻采集卡、聲卡及攝像機(jī)等,安裝Windows Media Tools,用于采集、制作、編輯ASF流和.asf媒體文件。
Windows Media Tools中包含一系列的用于制作與生成ASF流式媒體的工具。其中Windows MediaAuthor用以裝配、同步和壓縮分立的視頻和圖像文件,使之成為單一的.asf文件;Vid to Asf、Wav To Asf用于實(shí)現(xiàn)視頻、音頻轉(zhuǎn)換為ASF格式;Media Presentor For PowerPoint是一種與PowerPoint并用的附加工具,能將PowerPoint的演示稿轉(zhuǎn)換成ASF流;Windows Media Publish To ASF for Microsoft PowerPoint是一種將帶旁白的PowerPoint演示轉(zhuǎn)換。
用于將實(shí)時(shí)或存儲(chǔ)的視頻和音頻內(nèi)容轉(zhuǎn)換為ASF流,若要使內(nèi)容流更有深度,可以新增腳本命令。這些腳本命令可用來訪問特定的Web站點(diǎn)、初始化頁翻轉(zhuǎn)、提供分級(jí)資料或創(chuàng)建電子郵件信息。一旦內(nèi)容流建立后,可將其寫到.asf文件中以用于將來播放。
Windows Media音頻文件的擴(kuò)展名是.wma,它是純音頻的ASF流格式文件的專有形式。此類媒體與.asf文件只有擴(kuò)展名不同,Windows Media服務(wù)器能傳送流式化的.wma文件,創(chuàng)建.wma文件是為了方便只播放音頻的客戶使用。
③教師機(jī) 教師機(jī)可以放于遠(yuǎn)程教育中心或者網(wǎng)絡(luò)的其它地方,安裝視頻采集卡、聲卡及攝像機(jī)。教師用機(jī)由于講課、演示等的需要,使用方式要求靈活,故與服務(wù)器的連接采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的點(diǎn)播方式,即UincastService方式中的On Demand Unicast方式。
2.2.2 學(xué)生機(jī)
學(xué)生機(jī)采用Windows9x或Windows2000 Professional系統(tǒng),需要IE瀏覽器、Office97/2000、WindowsMedia Player軟件。學(xué)生用機(jī)與服務(wù)器的連接采用Station Service工作方式,即廣播服務(wù)工作方式,這種方式要求有支持廣播的網(wǎng)絡(luò),在這種方式下,用戶只能觀看廣播的內(nèi)容,不能參與控制。廣播的內(nèi)容既可以是ASF格式的存儲(chǔ)文件,也可以是由視頻捕捉卡把攝影機(jī)、麥克風(fēng)記錄的內(nèi)容輸入到Media Encoder,進(jìn)行編碼生成ASF流,再由Media Server進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布。
2.2.3 網(wǎng)絡(luò)連接
①校園網(wǎng) 校園網(wǎng)速度較快,選擇支持多點(diǎn)廣播路由協(xié)議的路由器,如沒有則可采用單點(diǎn)廣播。
②專用數(shù)據(jù)線路 專用數(shù)據(jù)線路則通過DDN、ESDN、ADST等方式連接,其速度較快,盡量選擇支持多點(diǎn)廣播路由協(xié)議的路由器。
③無線網(wǎng)絡(luò) 無線網(wǎng)絡(luò)則通過衛(wèi)星、微波基站、紅外線、多點(diǎn)廣播路由協(xié)議路由器和局域網(wǎng)連接,速度較快,能滿足多點(diǎn)同播、單點(diǎn)廣播等寬帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆?/span>
④電話撥號(hào) 電話撥號(hào)速度較慢,功能受到限制。
2.3 系統(tǒng)的工作過程
系統(tǒng)的工作過程(如圖2)輸入的視頻和音頻信號(hào)將送給MPEG4的編碼器進(jìn)行編碼,編碼器輸出的節(jié)目流既可以存入存儲(chǔ)設(shè)備也可以直接送給MediaServer,Media Server的主要功能是完成節(jié)目流的播出。Media Server播出的節(jié)目有三個(gè)來源,它可能是保存在存儲(chǔ)設(shè)備中的ASF文件,也可以是Encoder實(shí)時(shí)傳送來的節(jié)目,它播出的節(jié)目還可以從其它的MediaServer上獲取。普通的用戶可以通過LAN或通過無線網(wǎng)絡(luò)接入到該系統(tǒng)之中。
2.4 系統(tǒng)特點(diǎn)
①Media Server是一個(gè)免費(fèi)的流媒體服務(wù)器,建設(shè)系統(tǒng)的投入很少。
②操作方便,簡(jiǎn)單易學(xué)。
③系統(tǒng)擴(kuò)展性很好。
④系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單,只需要少量的人員就可以保持系統(tǒng)的正常工作。
⑤系統(tǒng)也支持組播和點(diǎn)播。
⑥系統(tǒng)能夠使電子教案與音頻視頻流之間實(shí)現(xiàn)同步。
3 結(jié) 論
遠(yuǎn)程教育中采用Windows Media技術(shù)構(gòu)建流媒體服務(wù)系統(tǒng),可以充分利用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施,例Intranet(如校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)等),造價(jià)較低,并可以在此基礎(chǔ)上開發(fā)新的應(yīng)用模式,方便靈活。隨著WindowsMedia技術(shù)的不斷完善、Internet速度提高及寬帶網(wǎng)的推廣和普及必將獲得更普遍的應(yīng)用。
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