基于流媒体单播和组播技术的网络远程教学方法的实现_远程教学软件
时间：2019-01-14 03:35:57 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】流媒体技术的应用使得网络远程教学成为了可能。充分利用网络的各种功能来实现资源共享促进教学手段的更新是摆在我们电教工作者面前的一个现实问题。文章在介绍流媒体技术的基础上,给出了一套完整的网络流媒体单播和组播方案。相信读者通过对该文的阅读可以对网络远程教学或课堂直播的方法有一个初步的认识。
【关键词】流媒体;单播;组播;网络远程教学
【中图分类号】G40-057【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2010)02―0143―03
引言
随着网络技术的快速发展,各个学校的校园网建设已经完成,校园网的建成突破了传统教学的时间和空间界限,提高了教学的规模和效益。研究基于流媒体的网络远程教学的方法可以利用校园网络平台,将一些热门课程和教学资源发布到校园网上供师生点播,可突破传统课堂教学和音视频教育节目学习受时间和地点限制的缺点,同时也可缓解许多学校扩招后师资不足的矛盾。
一 流媒体的概念
流媒体技术是一种基于时间的连续实时传输技术,在网上传输的数据可以是音频、视频、文本、图片等多媒体文件。它把声音、影像或动画等信息由音视频服务器向用户计算机连续、实时传送,从而实现了信息的下载与播放同步。这也是它与WEB服务器传输数据的最大区别。这样用户的等待时间就会大大缩短,通过流媒体技术我们就可以实现网络视音频远程教学,将教师上课时的图像甚至他的电子教案远程传送到学生的计算机上面。流媒体的传输技术主要有三种:点对点(Uncast)、多址广播(Multicast)和广播(Broadcast)[1]。根据流媒体技术中单播和组播的两种概念,从时间上我们也可以将这种网络教学方式分为实时授课和异步授课两种。
目前Internet上使用较多的流媒体格式主要是以下三种:Real Networks公司的Rm或者Rmvb 、Media、Apple公司的Quick Time 以及Microsoft 公司的Advanced Streaming Format(ASF),以上三种格式在使用过程中各有优缺点。[2]在此我们以Real Networks公司的Rm为例简要介绍一下流媒体单播异步授课和组播同步授课方法的实现。
二 流媒体异步教学方式的实现
所谓的异步教学方式,实际上利用的是流媒体技术中的单播方式(Uncast)。它的实现需要将预先制作好的流文件放在服务器上供学生随时浏览学习,因此它的制作步骤是第一步制作流文件、第二步发布、第三步点播。
1制作流文件
在这里有两种方式获取流文件,我们以Rm格式为例:一种是利用Helix Producer9.0 直接将摄像机所拍摄的授课情况采集到计算机中,并生成Rm格式的流文件。采集卡的选择建议使用专业的流媒体采集卡如Osprey100或者Osprey200。这样可以提高采集的质量,降低采集计算机的资源利用率。
在Helix Producer的输入端选择使用设备(Devices)项,点击Audio项的下拉列表选择相应的声音采集设备。如果使用的是Osprey200的采集卡,则该卡可以提供声音的采集功能,无需使用计算机本身的声卡,这样做可以保证声画同步。
在输入端设置好后还必须进行输出参数的设置,这里的设置直接关系到最终输出信号质量的好坏。首先选择Audiences,弹出编码设置对话框,可以参考图1所示进行相关参数设置。
Audiences设置好后接下来就要选择编码输出文件的存放位置了,点击Add file Destination按钮,弹出Windows标准的文件“另存为”对话框,选择相应的存储路径和文件名。最后点击Encode按钮就可以开始采集图像和声音信号了。
另一种获取流文件的方式是将现有的一些媒体文件转换成流格式的文件,比如将VCD的dat文件,一些AVI或者MPG文件等等。方法大体上和上面讲述的一样。唯一不同的是在输入端选择时将Devices换成Input file就可以了。
2 发布流文件
流媒体文件的发布不能只简单地将其上传到WEB网站上,而必须安装相应的流媒体服务器才可以实现点播。对于RM流媒体文件,服务器的选择我们建议使用RealServer9.0因为它可以很好地支持最新的流文件格式,并可以大大缩短播放缓冲的时间。
最简单的发布方法是将流格式的文件拷贝到RealServer9.0的发布目录中。默认是“C:\Program Files\Real\Helix Server\Content”。当然,你也可以设置自己的发布目录,方法是在Helix real server中新建一个Mount Point,你可以为你建立的Mount Point取任何一个名字,并将它指向你存储RM格式文件的文件夹上(Base Path),这文件夹可以是任何一个分区甚至是一个网络映射驱动器上的文件夹,具体设置参考图2。
3 点播流媒体文件
点播软件可以选择realplayer11。点播路径的书写格式可以参考这个格式:Protocol://Address:Port/MountPoint/Path/File。这个格式展示了一个典型链接的各个部分,但并不是每一个链接都必须包括所有同样的部分。下面举例说明。
如果你的RM文件存放在默认的Content目录下,则Mount Point和Path部分就可以省略不计了。格式如下:
rtsp://realserverIP:554/realfile.rm
rtsp是传输的协议,realserverIP是helix real server的IP地址,554是rtsp传输协议默认的通讯端口,realfile.rm是流媒体的文件名。
如果你的RM文件存放在你自建的一个Mount Point下,其名为Mymountpoint。则播放的链接格式如下所示:
rtsp://realserverIP:554/Mymountpoint/realfile.rm
如果我们将这些播放的链接存放在数据库中,就可以实现视音频流文件的后台数据库管理,我们还可以利用ASP网页动态地更新我们的视音频流文件网页,自动生成流媒体点播界面。例如我们可以将我们已有的各类教学流媒体文件分类输入数据库中,并提供相应的数据查询页面,就可以初步实现网络远程课堂点播的功能。如果再将realplayer作为一个activeX插入网页中我们甚至可以制作出网页流媒体播放器。
三 流媒体同步教学方式的实现
所谓的同步教学方式,实际上利用的是流媒体技术中的组播方式(Multicast)。这种方式相当于网络现场直播,对于一些比较大型的课程非常适用,听课的学生可以在任何教室内收看到任课教师的现场授课情况,如果配合使用切换台甚至可以将教师的教案或者教室内的任何图像信号一起传输过来。异步教学的实现包括三个步骤:第一配置Helix producer目标流媒体服务器的信息;第二设置服务器和网络参数;第三点播。大型课程的现场直播往往会有很多客户同时点播,而采用组播方式进行直播的最大好处就是不会占用大量网络带宽,不增加CPU利用率,所有的运算压力都转嫁到了各交换机上面。因此,组播需要交换机的相关支持。
1 配置Helix producer目标流媒体服务器
流媒体组播方式和单播方式对视频进行编码时使用的软件是同一款软件―Helix producer9.0。在配置组播直播方式下的Helix producer9.0时,方法与用Helix Producer9.0 直接将摄像机所拍摄的授课情况采集到计算机中的配置方式基本相似,不同的是采用组播直播时,必须设置目标流媒体服务器的相关信息,而且直播方式下流文件的输出目的地也不同。前者是输出到本地硬盘上一个具体的文件,有文件名和扩展名。后者则是通过网络输出到安装有realserver软件的流媒体服务器上。数据包传输到服务器后,并不在服务器上生成一个具体的文件,服务器仅负责把数据包转发到各个提交请求的客户机上。具体目标流媒体服务器的设置方法是在编码端设置好编码率和画面大小后 (与单播时讲述方法相同) 点击Add server destination 按钮,弹出服务器设置对话框,如图3所示。在destination name中输入目标服务器的名字;在Stream name 中输入组播的文件名(可以任意取名);在Broadcast method 中选择Push Account based login(推送 基于帐号的登陆方式),因为每一个流媒体服务器都需要授权才能转播客户发来的流媒体信号;在server address中填入流媒体服务器的IP地址;在Port/Prot range中输入流媒体服务器的http端口号,这个在安装服务器时有相应的提示;在Username和Password中输入服务器的用户名和密码;其他选项取默认值就可以了。具体设置如图3所示。
2 流媒体服务器设置
流媒体服务器组播方式的设置很简单,只需在直播前将Helix real server的Enable Multicast设置成Yes就可以了,否则就只能以单播的方式进行直播,这样会大大限制点播的用户数量,增加服务器和网络的压力。
不过正如前面所提到的,组播方式的直播需要交换机的支持,也就是说服务器设置好后还必须在校园网上开通组播功能。如果要在校园网上开通组播,首先要开通核心交换机的IP组播协议,一般交换机都是用PIM协议支持组播路由协议,要注意的是PIM协议是针对端口的,所以需要将每一个需要组播数据流的交换机端口都进行PIM设置,建议使用SM稀疏模式;其次要开通二层交换机上的IGMP Snooping协议,这就要求校园网上所有交换机都必须支持组播协议,并且组播时所需要的D类IP地址在网络上必须是可用的。就是说我们在安装并设置好了组播方式下的流媒体服务器后,还必须与网络管理员取得联系,申请224.0.0.0到 239.255.255.255范围内的一组D类IP地址,再将该地址填入Realserver后才可以进行组播[3]。全部完毕后就可以在编码端点击Encoder按钮进行组播了。
3 接收组播流的方式
与单播时的链接格式类似,唯一不同的是我们要将Mount Point换成“Broadcast”。如下所示
rtsp://realserverIP:554/broadcast/mylive
其中mylive就是我们在Helix producer中设置的Stream name(流文件名)。
如果我们采集时使用的计算机是便携型笔记本计算机,并且支持无线AP和1394(D-Link)接口,那么激动人心的“移动网络现场直播”就可以轻松实现了。具体我们可以在一台支持无限网卡和1394采集的笔记本电脑上安装Helix producer9.0,将这台笔记本电脑和摄像机通过1394连接后,由2名工作人员操作,通过上述的软件设置后,就可以实现在播出会场内自由移动并直播了。这就相当于我们在校园内有了一辆“移动直播车”,其作用是显而易见的。
至此我们已完成了所有单播与组播的实现步骤。相信会对高校校园网远程教学有所帮助。有一个值得注意的地方是,在进行现场直播时,我们发现即使是在校园网上,视频的缓冲时间也非常长,通常都为20秒左右。经过研究,我们发现这个问题的根本并不是网络带宽不够造成的,而是因为前端在视频采集时计算机对采集卡采集到的信号有一个软件压缩的过程,故而大大延长了缓冲的时间。如果换用带有硬件压缩功能的卡,在校园网上就能将直播缓冲时间控制到1秒以内。
四 小结
目前市场上的网络流媒体点播和直播产品比较多,实现的功能也基本和我们介绍的相同,但是他们的报价却十分昂贵,动辄就是数十万元。如果各高校能够充分利用现有资源,就可以大大地为学校减少这方面的投入。基于流媒体的单播和组播技术是快速、便捷地实现网络远程教学的好方法。
参考文献
[1] 崔强,朱卫东.多媒体及流媒体技术在远程教育课件制作中的运用[J].中国电化教育,2002,(7):48-50.
[2] 陈春娇.流媒体技术及其在网络教学系统的应用[J].光盘技术,2009,(3):35.
[3] 许亚梅,包怀忠. 组播技术的优势及其应用[J].中国科技信息,2009,(9):20.
Implementation of Web-Based Distance Teaching Methods, Based on Uncast and Multicast streaming Media Technology
ZENG Rui
(Modern Educational Technology Center, Southwest Forestry College, Kunming, Yunnan,650224,China)
Abstract: The application of streaming media technology allows the Web-Based Distance Teaching has become possible. Take full advantage of the various functions of web to achieve the sharing of resources, and promote the undulation of teaching methods is a real problem placed in front of our audio-visual workers. On the basis of streaming media technology ,this paper give a complete set of uncast and multicast programs of network streaming media. It is believed that Readers may have a preliminary understanding on the methods of web-based distance teaching or live classroom through reading this article.
Keywords: Streaming Media; Uncast; Multicast; Web-Based Distance Teaching
编辑:小禾
