摘要：本文對流媒體技術(shù)基本原理及在多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)中的應(yīng)用方式、流式教學(xué)系統(tǒng)的特點(diǎn)和發(fā)展現(xiàn)狀等幾方面進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，根據(jù)教學(xué)構(gòu)件劃分思想，設(shè)計(jì)了一個能夠在低成本條件下使用的遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)，對遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)具有實(shí)際的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程教學(xué)  Windows Media  流媒體服務(wù)器  集群

Abstract: The basic principle of streaming media technology and its application in multimedia network teaching methods, streaming characteristics and the composition of the teaching system, the development of several aspects of the status quo set out based on the idea of teaching components division to design a can be used under the conditions of the existing low-cost, remote education system for the remote teaching system develop practical guiding significance.
Keywords: distance learning Windows Media streaming media server cluster

1.引言

以計(jì)算機(jī)為核心的信息技術(shù)作為現(xiàn)代最富革命性的社會生產(chǎn)力正日益廣泛和深刻滲透到教育領(lǐng)域，使教育體制、模式、內(nèi)容、手段、觀念、方式等方面都發(fā)生根本性的變革[1]?，F(xiàn)在以多媒體和Internet為標(biāo)志的新信息技術(shù)革命己引起教育領(lǐng)域的深刻變革，使教育體制和教學(xué)模式產(chǎn)生新的大飛躍，多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)是這樣的一種新型教學(xué)模式。它是一種利用計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)綜合傳播、處理多種多樣的多媒體信息(如文字、圖像、音頻、圖形、視頻、動畫等)，使得多種教學(xué)信息建立起聯(lián)系的交互性的教學(xué)活動[2]。由于多媒體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有其它的技術(shù)方法無可比擬的優(yōu)越性，世界上各國特別是發(fā)達(dá)國家對此無不給予極度高度重視，并且投入大量資金，開展這一領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究。流式媒體的傳輸技術(shù)作為多媒體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)得以順利地實(shí)施的關(guān)鍵技術(shù)，近些年來自然是研究的熱點(diǎn)所在了。利用流媒體的技術(shù)與其它的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的相結(jié)合建立起流式多媒體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，是多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的發(fā)展新方向。

同時，遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的研究和建設(shè)，也是高校的信息化建設(shè)重要的組成部分，它不能脫離實(shí)際需求而存在[3]。在合理的規(guī)劃教學(xué)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，怎樣更好地整合現(xiàn)有的教學(xué)資源，提高系統(tǒng)的可擴(kuò)展性以及可重用性，是遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)的研建中需要解決的重要課題。我國教育部在《面向21世紀(jì)的教育振興行動計(jì)劃》中提出，必須要形成高等教育面向社會開放的教育網(wǎng)絡(luò)，其構(gòu)建包括校內(nèi)的課堂教學(xué)和校外的社會教育在內(nèi)終身的學(xué)習(xí)體系，使得現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育成為中國高等教育在21世紀(jì)的發(fā)展新領(lǐng)域。建設(shè)流式多媒體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，是我國高校實(shí)施的多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的一個新模式，更是遠(yuǎn)程教育發(fā)展的主要方向。對流式教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理念、實(shí)現(xiàn)的方法以及功能完善的研究，具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2.系統(tǒng)需求分析及工作流程

網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)是一套提供遠(yuǎn)程教學(xué)的服務(wù)系統(tǒng)軟件，它是以網(wǎng)絡(luò)課件為核心，在教學(xué)管理系統(tǒng)的支持下，有效合理地利用學(xué)科的教學(xué)資源，為實(shí)施全方位現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)提供服務(wù)，系統(tǒng)將網(wǎng)絡(luò)課件和學(xué)校的遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)進(jìn)行有機(jī)的集成。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)不僅僅是先進(jìn)的計(jì)算機(jī)科學(xué)以及技術(shù)水平的體現(xiàn)，更重要的它符合現(xiàn)代化教育的一般規(guī)律，能為遠(yuǎn)程教育提供真正高效的現(xiàn)代化教育手段[4]。本文建設(shè)一個流式的教學(xué)系統(tǒng)作為教師在課堂教學(xué)上的輔助手段，考慮到系統(tǒng)的易擴(kuò)容性和節(jié)約成本，選用基于純軟件方式進(jìn)行設(shè)計(jì)本系統(tǒng)，不需購買額外的硬件設(shè)備。該系統(tǒng)應(yīng)該具備用戶管理、師生交流、教程點(diǎn)播與直播、在線測試等等基本功能。使用該系統(tǒng)的用戶身份將分為以下4類[5]。

A類（超級管理員）：該類有權(quán)使用所有功能。

B類（各子系統(tǒng)的管理員，必須由超級管理員批準(zhǔn)）：該類可以對相應(yīng)子系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)操作。

C類（在教學(xué)系統(tǒng)里注冊的教師）：該類有權(quán)使用教師的專用功能，比如上傳教案、批改試卷等。

D類（在教學(xué)系統(tǒng)里注冊的學(xué)生）：該類有權(quán)使用學(xué)生的專用功能，比如點(diǎn)播教程、在線測試等。

本系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

3.功能模塊設(shè)計(jì)

按照教學(xué)子系統(tǒng)的劃分思想，劃分出本流式的教學(xué)系統(tǒng)功能模塊，如圖2所示。各子系統(tǒng)的具體功能描述如下。

教學(xué)管理的子系統(tǒng)

用戶管理模塊：用戶的注冊（如管理員的資格審批、教師以及學(xué)生的身份核實(shí)等）、用戶信息的維護(hù)；

設(shè)備管理模塊：對流式的教學(xué)系統(tǒng)使用到的設(shè)備（比如流媒體服務(wù)器）進(jìn)行統(tǒng)一管理，如配置參數(shù)等等；

教學(xué)資源的管理模塊：對流式的教學(xué)系統(tǒng)中的教學(xué)資源進(jìn)行管理，比如點(diǎn)播教程以及教師教案的上傳、測驗(yàn)和考試題目的添加等等；

教學(xué)信息查詢與統(tǒng)計(jì)模塊：課程/教師/學(xué)生信息的查詢和統(tǒng)計(jì)。教程的點(diǎn)播子系統(tǒng)點(diǎn)播文件生成模塊：根據(jù)已上傳的教程文件，利用windows media流媒體技術(shù)來生成點(diǎn)播文件；

點(diǎn)播文件瀏覽模塊：根據(jù)用戶的提交請求，在網(wǎng)頁中使用嵌入windows media播放器的方式，來播放教程文件。

實(shí)時授課子系統(tǒng)

視音頻同步的多播模塊：使用Windows Media的多播技術(shù)對教師的授課情況進(jìn)行視頻以及音頻的同步多播；

學(xué)生狀態(tài)顯示模塊：在教師授課的同時，教師終端上顯示學(xué)生的狀態(tài)信息。

資源下載子系統(tǒng)

資源下載模塊：提供教程資源的下載。

測驗(yàn)考試子系統(tǒng)

試題生成模塊：根據(jù)測驗(yàn)或者考試需求，從題庫中提取合適的試題，生成試卷；

試題提交模塊：學(xué)生測驗(yàn)或者考試試題的提交；

試題批改模塊：教師批改試題并評分。

師生交流子系統(tǒng)包含新聞公告模塊、師生聊天模塊、論壇等等。

其它可擴(kuò)充內(nèi)容可以根據(jù)需要加入一些輔助的功能，比如校歷、天氣預(yù)報(bào)等。

4.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

4.1.設(shè)備（流媒體服務(wù)器）管理

這工作由設(shè)備管理的模塊來完成。管理員使用該模塊對流媒體服務(wù)器的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)計(jì)后臺的管理頁面時，加入Windows Media的服務(wù)管理器的一個鏈接。該管理器用Web頁面的方式來顯示各個管理選項(xiàng)，操作方便[6]。Windows Media服務(wù)器可利用單點(diǎn)傳送（Unicasting，又稱單播）或者多點(diǎn)傳送（Multicasting，又稱多播）的方式，通過Web服務(wù)器在局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)上向用戶傳送實(shí)時和點(diǎn)播的節(jié)目。因此，若要想向流式教學(xué)系統(tǒng)的用戶提供教程的點(diǎn)播服務(wù)，首先需開啟Windows Media的單播服務(wù)。

在Windows Media的服務(wù)管理器中，創(chuàng)建單播發(fā)布點(diǎn)，指定為用于流式播放的路徑。（只有該路徑下的文件可進(jìn)行流式播放，可連接到多個流媒體的服務(wù)器和多個單播的發(fā)布點(diǎn)。）具體步驟如下：

第一步，創(chuàng)建新的點(diǎn)播發(fā)布點(diǎn)，選擇MMS作為發(fā)布協(xié)議。

第二步，根據(jù)作為流媒體服務(wù)器計(jì)算機(jī)的硬件配置以及網(wǎng)絡(luò)的帶寬情況，設(shè)置單播的發(fā)布點(diǎn)最大用戶數(shù)和最大帶寬等等。

如，將單播的發(fā)布點(diǎn)cgvod的最大客戶數(shù)限制在20個，如圖3所示。

第三步，選中“啟用客戶端監(jiān)視”復(fù)選框，可監(jiān)視發(fā)布點(diǎn)的客戶端情況。其中監(jiān)視項(xiàng)目包括：客戶端ID、客戶端計(jì)算機(jī)使用的端口、客戶端計(jì)算機(jī)IP地址、單播的狀態(tài)（當(dāng)分流單播時，狀態(tài)為“分流”，分流結(jié)束以后，狀態(tài)為“打開”）及發(fā)送到客戶端的計(jì)算機(jī)的點(diǎn)播文件名稱，如圖4所示。

4.2.用戶管理

該工作由用戶管理模塊完成。和教程點(diǎn)播的子系統(tǒng)相關(guān)的工作流程如下：

第一步，管理員、教師或者學(xué)生進(jìn)行登錄。

第二步，系統(tǒng)判別其用戶角色。

第三步，超級管理員對用戶的信息進(jìn)行管理（添加、修改或者刪除）。

第四步，用戶對個人的信息進(jìn)行管理（修改密碼等等）。

用戶管理模塊中用到的類和方法及核心代碼如下：

用戶登錄的類adminlogin

Adminlogin的成員函數(shù)，用來判斷用戶是否存在：

Public Sub doit(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs)

Dim sql As String="select*from[admin]where username='"&name&

"'and password='"&userpassword&"'"

obj.conn.Open()

mycommand=New OleDbCommand(sql,obj.conn)

rs=mycommand.ExecuteReader

4.3.教程管理

該工作由教學(xué)資源管理模塊完成。與教程點(diǎn)播子系統(tǒng)相關(guān)的工作流程如下：

第一步，管理員或者教師登錄系統(tǒng)，上傳教程，包括教程說明信息，教程的題圖及教程對應(yīng)的媒體文件。

第二步，系統(tǒng)將教程名稱、說明信息、媒體文件的存儲路徑及題圖存儲的路徑寫入相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)表里。

第三步，管理員以及教師可對上傳的教程信息進(jìn)行修改或者刪除（其中教師只是有權(quán)刪除自己所上傳的教程）。

（代碼略）。

4.4.教程點(diǎn)播子系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

（1）點(diǎn)播文件的生成

該工作由教程點(diǎn)播子系統(tǒng)中的點(diǎn)播文件生成模塊來完成。流程為：

第一步，該系統(tǒng)讀取媒體文件信息表里邊的信息，根據(jù)媒體文件生成一個同名的指針文件（即ASX文件），寫入指定

第二步，根據(jù)實(shí)際的情況，進(jìn)行指針文件的重寫（媒體文件的數(shù)據(jù)表中的相應(yīng)字段若發(fā)生變化，自動進(jìn)行重寫。根據(jù)媒體文件的存儲路徑生成的指針文件的核心代碼如下：

string file1="D:\\Media"+medianame+".asx";

if(Directory.Exists("D:\\Media")//判斷目錄是否存在

{if(File.Exists(File1))//先判斷文件是否存在

{FileInfo fi=new FileInfo(destinationFile);

if(fi.Attributes.ToString().IndexOf("ReadOnly")!=-1)

//如果文件屬性為readonly,則改為normal以便刪除

fi.Attributes=FileAttributes.Normal;//改為normal

File.Delete(destinationFile);//刪除已經(jīng)存在的文件

//創(chuàng)建新文件

FileStream fsInfo=new FileStream("D:\\Media\"+MediaID+".asx",

FileMode.OpenOrCreate,FileAccess.Write);

StreamWriter swInfo=new StreamWriter(fsInfo);

swInfo.Flush();

swInfo.BaseStream.Seek(0,SeekOrigin.Begin);

swInfo.Write(Medianame);//寫入媒體名稱

SwInfo.Write(MediaContent);//寫入媒體簡介

SwInfo.Write(Mediaaddress);//寫入媒體連接地址

swInfo.Flush();

swInfo.Close();

由于本流式的教學(xué)系統(tǒng)采用Windows Media的流媒體技術(shù)，因此所有用于流式傳輸?shù)拿襟w文件都符合Windows Media標(biāo)準(zhǔn)的流媒體格式，比如asf、wmv（改進(jìn)的asf格式）等等[7]。這類媒體文件均可使用ASX文件作為指針。ASX文件是微軟的流媒體格式的索引文件，主要對Windows Media的流媒體文件重定向的作用。由于通用的瀏覽器經(jīng)常不能直接支持用來播放流信息的協(xié)議MMS，使用ASX文件就非常有必要。在ASX中包含了媒體內(nèi)容對應(yīng)的URL，當(dāng)在HTML中讓一個鏈接和ASX聯(lián)系時，瀏覽器會直接將ASX內(nèi)容送給Windows Media的播放插件，Windows Media的播放插件會根據(jù)ASX文件信息用相應(yīng)的協(xié)議去打開指定位置上多媒體信息流或者多媒體文件。即瀏覽器端無須關(guān)心所要播放的流采用哪種協(xié)議進(jìn)行訪問，而是把這項(xiàng)工作完全交給Windows Media播放插件去完成。

ASX文件的書寫是嚴(yán)格地遵循XML規(guī)范。XML（可擴(kuò)展標(biāo)記語言）是Internet上數(shù)據(jù)表示以及數(shù)據(jù)交換的新標(biāo)準(zhǔn)。它是ISO（International Organization for Standardization，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織）的SGML（Standard for General Markup Language，通用標(biāo)記語言標(biāo)準(zhǔn)）的一個簡化子集。XML關(guān)注的是信息本身，是Web上表示結(jié)構(gòu)化的信息的一種標(biāo)準(zhǔn)文本格式。XML具有如下諸多優(yōu)點(diǎn)：語言簡單有效，良好的可擴(kuò)展性，可自行定義標(biāo)記；主要刻畫數(shù)據(jù)內(nèi)容，內(nèi)容與形式的分離，不考慮顯示效果；嚴(yán)格的語法要求，便于分析統(tǒng)一以及與數(shù)據(jù)庫信息轉(zhuǎn)換；便于傳輸，是純文本形式，可以通過HTTP協(xié)議直接傳輸，可以跨越防火墻等等。

使用ASX的文件作為媒體文件的指針，有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）ASX是基于XML標(biāo)準(zhǔn)，便于書寫和加工。我們可為指定的教程添加必要的信息，如在播放時顯示其相關(guān)知識點(diǎn)名稱等，以利于教學(xué)工作正常進(jìn)行。

（2）基于教學(xué)系統(tǒng)的需求，我們可使用ASX文件制作出一些播放的列表，比如一門課程從第一講到第N講的視頻教程，用戶可連續(xù)觀看，不必重新選擇。

一個簡單的播放列表書寫格式如下。

（3）使用ASX文件對流媒體的文件進(jìn)行重定向，即使瀏覽器端不支持MMS協(xié)議，也可進(jìn)行播放。這樣，流媒體的服務(wù)器提供的流式傳輸服務(wù)對用戶來講是透明的，Web服務(wù)器也可與流媒體的服務(wù)器分離開，便于布署和維護(hù)。

（2）點(diǎn)播文件的瀏覽

該工作由教程的點(diǎn)播子系統(tǒng)中的點(diǎn)播文件的瀏覽模塊完成。點(diǎn)播文件的具體流程如下：

第一步，用戶先瀏覽教程點(diǎn)播Web頁面，單擊“在線觀看”按鈕。

第二步，點(diǎn)播文件的瀏覽模塊根據(jù)Web頁面?zhèn)魉偷慕坛蘄D，把同名的ASX文件發(fā)送給用戶的瀏覽器。

第三步，瀏覽器將自動解析該ASX文件，尋找到點(diǎn)播教程的具體URL地址。

第四步，瀏覽器向提供教程的流媒體服務(wù)器發(fā)出點(diǎn)播請求，流媒體服務(wù)器接受請求并調(diào)用嵌入網(wǎng)頁中的Windows Media的播放器進(jìn)行播放。

我們用在網(wǎng)頁中嵌入Windows Media控件的方式來播放選中的教程的媒體文件。Windows Media的控件有很多參數(shù)，可通過HTML語言來控制媒體文件的播放狀態(tài)。通過修改Media控件的相關(guān)一些參數(shù)設(shè)置，可選擇是否開放快進(jìn)，快退，暫停以及其它一些高級功能。此外，還可對播放界面以及教程ASX文件進(jìn)行進(jìn)一步的設(shè)計(jì)，如在教程播放時同步顯示教師的教案、為教程的設(shè)置多個起始播放點(diǎn)等等，以滿足多種多樣的教學(xué)需求。

5.結(jié)論

多媒體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為一種現(xiàn)代的教學(xué)模式，為建立新型的教育方式提供契機(jī)，為教育功能全方位的擴(kuò)展創(chuàng)造了條件。如何利用現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)技術(shù)構(gòu)建多媒體的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)，更好地來整合教學(xué)資源，為師生服務(wù)，是高校的信息化建設(shè)中的重要課題。本文對基于流媒體技術(shù)的多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)（簡稱流式教學(xué)系統(tǒng)）的相關(guān)問題進(jìn)行了探討，對多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)具有一定的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

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