流媒体技术在远程教育学中的应用

摘　要：流媒体(Streaming Media)是近年来新兴的一种网络多媒体形式，用户不需要等到整个文件全部下载完才进行播放，而是边下载边播放。流媒体技术运用特殊的数据压缩和传输技术，使声音和视频文件变得很小，很适合在网络上发布，它包括流媒体数据采集、视/音频编解码、存储、传输、播放等领域。

关键词：流媒体技术；远程教育；媒体技术性
一、流媒体技术综述
　　一般来说，流包含两种含义，广义上的流是使音频和视频形成稳定和连续的传输流和回放流的一系列技术、方法和协议的总称，我们习惯上称之为流媒体系统；而狭义上的流是相对于传统的下载－回放（Download-Playback）方式而言的一种媒体格式，它能从Internet上获取音频和视频等连续的多媒体流，客户可以边接收边播放，使时延大大减少。
　　1.1多媒体信息
　　在网络上传播多媒体信息主要有两种方式:下载和流式传输。下载方式是传统的传输方式，需要较长时间,并且对本地的存储容量也有一定的要求,这就限制了PDA等低存储容量设备的使用。流式传输则把多媒体信息通过服务器向用户实时地提供,用户不必等到整个文件全部下载完毕,而只需经过几秒或几十秒的启动时延即可播放,之后，客户端边接收数据边播放。与下载方式相比, 流式传输具有显著的优点：一方面大大地缩短了启动延时,同时也降低了对缓存容量的需求；另一方面，又可以实现现场直播形式的实时数据传输，这是下载等方式无法实现的，同时有助于保护多媒体数据的著作权。
1.2.流媒体技术
a.缓存技术
　　Internet以包传输为基础进行断续的异步传输，实时A/V源或存储的A/V文件在传输中被分解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，故到达客户端的时间延迟也就不等，甚至先发的数据包有可能后到。通常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据，通过丢弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容。
b.流媒体传输流程
　　流式传输的过程一般是这样的：用户选择某一流媒体服务后，Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来；然后客户机上的Web浏览器启动A/VHelper程序，使用HTTP从Web服务器检索相关参数对Helper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。
　　在流式传输中，使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系，是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/VHelper程序所在客户机的目的地址。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器，其基本原理如下图所示：

　c.媒体系统结构
现存流媒体解决方案采用的技术是多样的，但其体系结构的本质是相近的。
　　流媒体的体系构成：①编码工具：用于创建、捕捉和编辑多媒体数据，形成流媒体格式；②流媒体数据；③服务器：存放和控制流媒体的数据；④网络：适合多媒体传输协议甚至实时传输协议的网络；⑤播放器：供客户端浏览流媒体文件（通常是独立的播放器和ActiveX方式的插件）。
d.流媒体传输协议
　　流式传输的实现需要合适的传输协议。TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。要在网络中传输高质量的音频、视频信息，除带宽要求之外，还需其他更多的条件。RSVP是Internet上的资源预订协议，使用RSVP预留一部分网络资源（即带宽），能在一定程度上为流媒体的传输提供QoS。
二、以媒体技术为支撑的远程教育
　　远程教育是指将课程传送到校园外的一处或多处学员的教育。现代远程教育则是指通过音频、视频（直播或录像）及包括实时和非实时在内的计算机技术把课程传送到校园外的教育。
　　远程教育的本质特征是师生的分离性（开放性）、交互性、自主性、教育性、媒体技术性。
　　远程教育的特点有：教师与学生的分离，以媒体技术为支撑。
三、流媒体技术在远程教育中的应用
3.1．远程教育中存在的不足：
　　a.教学模式单一
　　网络课堂主要由软件系统、服务器和传输网络Internet构成，与以前的课堂有很大区别：它没有教室，没有实验场所，不受空间、时间的限制，学生可以在任何一个能够接入互联网的地方上课，学生可以在Internet中学习相关课程，根据教师的进度安排和结合自己的情况进行反复学习。但是大多数的课程教材都是被制作成电子版，原封不动把传统的课本搬上Internet，造成的感觉是学习的环境有所改变，却没有改进。远程教育中的课件是以HTML编写的超文本文件，HTML文件是一种“开放式”的文件，在阅读文件本身的同时可以获得文内提及的相关信息。但是HTML是一种预定义标记语言，对于用户自己定义的标记是不认识的。另外，它自身还有一些难以克服的缺点：导致Internet发展速度快而接入速度慢，可利用的信息多但难以找到自己需要的那部分信息，难以提供多层次的链接，无法实现对象级链接，而且它标记相对少，只有固定的标记集等，缺少SGML的柔性和适应性，不能支持特定领域的标记语言，如对数学、化学、音乐等领域的表示支持较少，举个例子来说，开发者很难在Web Pape 上表示数学公式、化学分子式和乐谱。既然在传统教学中，最主要的教学活动是教师对于课程的讲解和说明，那么网络课堂就少不了教师讲课的视频镜头和对课程的讲解，以及类似黑板功能的辅助PowerPoint演示。
　　b. 交互性差
　　远程教育要取得长足发展，离不开教师和学生的参与，但是目前的远程教育系统交互性差，网上答疑、在线讨论主要还是以文本为主，没有声音、视频的直接交互。学生们常常要借助工具帮忙，才能把自己的疑问表达出来，显示在答疑一栏中，特别是在描述复杂的公式或者一些定义的原理的不明了时，他要花很多时间来表述，而我在回复学生问题时，也常常遇到同样情况，要花好多时间才能把一个基本问题表达清楚。由于工作量很大，常常不能及时回复或者干脆简单说明，结果是学生在得到回答之后仍然对问题不理解，导致学生提问的积极性下降。基于Web交互的方式，并没有给学生提供更好的查找、检索、评价和在线点播的能力，据了解，对这种方式的补充，是将教师教课的视频内容制作成光盘发送给学生，这种方式既需要耗费大量费用制作光盘和发送光盘，又造成时间上的延误，特别是它缺乏交 互性，不能使教师和学生进行较好的沟通，学生不能在听到不明白的地方停下来提出疑问。
　　c. 制作课件的软件操作麻烦
　　尽管如上述所描述的网络课堂具有很大的吸引力，但是目前制作课件的软件像Frontpage、Dreamwearer、Audorware等仅适合传统网页的编辑，使用这类软件制作课件要耗费大量的时间，教师们要花大量的精力和很长的时间来开发课件，延误课程的及时更新，不适合进行视音频、PowerPoint、讲义的同步处理，不适合制作视音频、PowerPoint、讲义等。
3.2．流媒体技术有效地解决远程教育中存在的不足
　　国际上已经开始制定有关远程教育的技术标准，预计在未来5年内，我们将看到服务于远程教育的各种通信产品和网络设备的巨大发展。远程教育最终将发展成以互联网为中心的学习和教学的典范，这样的新设备加上专门用于网络的辅助教材，将提供更丰富的、交互性的模型。但是正如上面所分析的远程教育并不能提供及时的和个人之间的交互活动，学生们只能通过现有的网络答疑系统，在上面留言或发Email、传真等与教师联系，采用流媒体技术将有效弥补网络课堂的这些不足：
　　a. 提供丰富的教学模式
　　采用流式技术将再现传统教学中教师的讲解和对课程的说明场景，同时增加了黑板功能的PowerPoint讲稿，以及针对这些内容的索引标题区域，可以根据需要自由切换学习的课程章节。由于支持流式技术的多媒体文件不需要全部下载就能观看，点播延时大大缩短，不需要很大的缓冲区，对网络带宽的要求下降。流式技术采用较高效的压缩编码如MPEG-4等，提高了网络传输视频的质量，即使学员们在离教室很远的地方上课也有身临其境的感觉。
　　b.提供良好的交互性
　　目前的远程教育主要是单向通信的方式，如通过Email、在线聊天、BBS等。采用流式技术，把流式视频、音频加入答疑系统将提高它的完整性和交互能力。今天的流式技术将提供更多机会，使得远程教育节目在任何时间任何地点传播，下一代的技术将超越现在的技术，扩展通信范围，特别是实现无线通信传输。佛罗里达州立大学的Judith V. Boettcher 描述了远程教育的3种对话模式：
　　①学生和教师之间的对话；
　　②学生之间的对话；
　　③学生与学习资源间的对话，例如辅导教材、书本等；
　　流媒体技术的发展将有效地加强这3方面的对话，提高学生和教师之间的交互性，表现在以下几个方面：
　　①来自任何地方的学生可以同步或不同步获取教师随堂上课内容；
　②一对一或者一对多地在线讨论，包括学生与教师进行的桌面会议；
　　③同步或者不同步的学生之间的视频会议和在线学习讨论，实现学生之间的项目合作；
　　④建立在世界范围内的虚拟宿舍聊天室；
　　⑤使用电子教程，察看相关的研究资料，寻求问题的有效解决方案。
　　从上面的这些方面可以看出，在远程教育中使用流式技术有着巨大意义，它不仅能够有效传播教育机构编著的教程，而且能够接受来自学生方面对这些教程的反馈信息，为他们提供丰富的交互性环境。学生在点播来自互联网上的视频、音频信息的同时，可以通过互联网把他们连续的视音频信息传送回去。流式技术与其他技术的有效结合，会大大提高远程教育的教学质量和满意程度，从而大大提高学习质量。
　　c.提供方便的课件制作工具
　　以前在制作流媒体文件时除了设计HTML网页外，还要精心设计SMIL(Synchronized Multimedia Integration Language)文件，SMIL是一种类似于HTML的标记语言,可以描述演示的实时行为、屏幕上演示的版面以及协同媒体之间的超链接，可以演示流式视频、音频、图像、文本等多种类型的多媒体文件,允许在一个同步多媒体演示中集成一系列的独立多媒体对象。利用SMIL语言可以同步多个基于Stream的多媒体对象，工作极其繁重。
　　采用流式技术制作课件的软件，大大节省了课件的编辑时间，使用这种软件只要连接上摄像头，就能直接把教师的授课内容传给学生，或者先录制好教师的授课内容，然后用该软件进行同步编辑，不需要写HTML网页和精心设计SMIL文件和用Vbscript，Javascript编程。这类软件操作简单，只需要进行几种网页框架选择，就可以选出自己希望设计的网页基本框架，使得教师能把大量精力用于课程的研究，从而提高课程的质量。
　　总结
　　配合网络技术、多媒体技术、流媒体技术的远程教育代表着教育技术的方向和未来，在远程教育的不断发展过程中，流媒体技术的加入无疑会为这一领域注入生机和活力。通过上面的分析，可以很清楚地知道，目前的远程教育系统技术还有待改进，流式技术的应用将有效地弥补这些不足，现阶段开发的流媒体软件对于流媒体技术在远程教育系统的应用起到桥梁作用，对远程教育系统的发展有着重要意义。
　　参考文献：
　　[1]曲丰戈,李绯;流媒体技术在网络远程教学中的应用[J];现代远距离教育;2002年03期
　　[2]崔欣波;流媒体技术在现代远程教育中的应用[J];内蒙古电大学刊;2002年04期
　　[3]王秋云,俄燕;流媒体技术在远程教育中的应用[J];电化教育研究;2003年09期