【正文】 “邊下載、變輸出”的流方式傳輸，這不僅使啟動延時大幅的縮短，而且對系統(tǒng)緩存的需求也大大降低，另外它還可以進行同步、標識、控制等。本人電子文檔的內(nèi)容和紙質(zhì)論文的內(nèi)容相一致。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。學(xué)校有權(quán)保存并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許學(xué)位論文被查閱（除在保密期內(nèi)的保密論文外）；學(xué)校可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容，可以允許采用影印、縮印或其它復(fù)制手段保存、匯編學(xué)位論文。學(xué)位論文全文電子版提交后： (請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√”)作者簽名： 日期：指導(dǎo)教師簽名： 日期：摘 要隨著電子信息技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)近年來的發(fā)展十分迅速，已經(jīng)進入了全面普及化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的嶄新發(fā)展階段。通過設(shè)計一套流媒體應(yīng)用系統(tǒng)，從理論上和實踐兩個方面對流媒體技術(shù)進行研究具有重要的意義。 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。Internet為廣大用戶提供了規(guī)模非常大的信息服務(wù)，極大地提高了人們獲得信息的能力，日益成為人們通信、交流、娛樂、工作的重要信息工具。在任何一個國家，都是教育者永恒的話題。為此，國家教育部制定的“面向21世紀教育振興行動計劃”中明確將實施現(xiàn)代遠程教育工程作為科教興國的重要戰(zhàn)略步驟，同時網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為遠程教育的一種重要形式，正借著計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在世界范圍全面展開。世界上許多國家都對網(wǎng)絡(luò)教育給以高度的重視，并積極采取措施，努力扶持和發(fā)展這種全新的教育方式，提高網(wǎng)絡(luò)教育的普及化程度。現(xiàn)在，美國“54％的學(xué)校能夠保證學(xué)生在正規(guī)學(xué)習(xí)時間外使用這種技術(shù)，98％的學(xué)校在放學(xué)后對學(xué)生開放多媒體教室，84％的學(xué)校能夠在課前保證學(xué)生使用，16％的學(xué)校周末也對學(xué)生開放多媒體教”。1998年，國務(wù)院批準了教育部《關(guān)于發(fā)展我國現(xiàn)代遠程教育的意見》，教育部批準了清華大學(xué)等四所高校開展現(xiàn)代遠程教育試點，現(xiàn)代遠程教育項目啟動。有近半數(shù)的跨國公司在內(nèi)部使用流媒體實現(xiàn)Web廣播。據(jù)Jupter Communications預(yù)測，流媒體市場將呈現(xiàn)巨大的收入潛能，其中為消費者服務(wù)將創(chuàng)收90億美元。第二個階段主要是以web數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，增加了音頻素材、Flash課件等。雖然在經(jīng)過20幾年的發(fā)展，我國的遠程教育無論在規(guī)模層次上還是技術(shù)層面上都取得了較大的成就，但是與發(fā)達國家相比還是存在很大的差距的。3)虛擬現(xiàn)實化和超媒體化：它能超越物理和時空的局限性，使學(xué)習(xí)者在遠程教學(xué)和實習(xí)中獲得身臨其境的感覺。4)遠程教育：將信息從教室端傳遞到遠程的學(xué)生端，需要傳遞的信息包括各種類型的數(shù)據(jù)，如音視頻、文本、圖片等。網(wǎng)絡(luò)帶寬問題一直困擾著互聯(lián)網(wǎng)直播的發(fā)展，隨著寬帶網(wǎng)的不斷普及和流媒體技術(shù)的不斷改進，互聯(lián)網(wǎng)直播已經(jīng)從試驗階段走向了實用階段，并能夠提供較滿意的音視頻效果。市場上的視頻會議系統(tǒng)有很多，這些產(chǎn)品基本都支持TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，但采用流媒體技術(shù)作為核心技術(shù)的系統(tǒng)并不占多數(shù)。 本論文的組織結(jié)構(gòu)全文共八章，第二章是對流媒體的技術(shù)原理、播放方式、文件格式以及關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行了闡述。最后是全文總結(jié)，并指出進一步要做的工作。具體的應(yīng)用用例圖如下：學(xué)習(xí)管理教學(xué)管理系統(tǒng)管理網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)查詢登錄認證流媒體服務(wù)器圖21 流媒體具體應(yīng)用用例圖 經(jīng)濟可行性分析將流媒體技術(shù)應(yīng)用到教學(xué)系統(tǒng)中是秉著節(jié)省成本和能夠?qū)嵱玫那疤嵯陆⒌?，這樣我們才能營造一個較好的工作環(huán)境，同時是該系統(tǒng)資源得到最合理有效的應(yīng)用。5)可擴展性：該系統(tǒng)的研發(fā)規(guī)劃設(shè)計要滿足社會不斷發(fā)展的要求，還要滿足因技術(shù)發(fā)展需要而實現(xiàn)低成本擴展和升級的需求。 法律可行性分析本系統(tǒng)的設(shè)計沒有違反國家的相關(guān)法律及法規(guī)，因此在法律方面具有可行性和保護性。流媒體技術(shù)就是把連續(xù)的影像和聲音信息經(jīng)過壓縮處理后放上網(wǎng)站服務(wù)器,讓用戶一邊下載一邊觀看、收聽，而不要等整個壓縮文件下載到自己的計算機上才可以觀看的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。3)存儲空間?。翰恍枰獙⒍嗝襟w文件全部下載到本地在播放，而是采用邊傳輸邊播放方式，播放過的信息即可以丟棄。隨著新技術(shù)的發(fā)展，流媒體技術(shù)解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)媒體播放方式的弊端。在傳輸中它們要被分解為許多的分組，由于網(wǎng)絡(luò)是動態(tài)變化的，各個分組選擇的路由可能不盡相同，故到達客戶端的時間延遲也就不等，甚至先發(fā)的數(shù)據(jù)分組有可能后到。在流媒體傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方案中，一般采用HTTP/TCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時聲音數(shù)據(jù)。3)用從Web服務(wù)器檢索出來的相關(guān)服務(wù)器的地址定位A/V服務(wù)器。這樣就可以將專用服務(wù)器與播放器相結(jié)合來實現(xiàn)流式傳輸。但是是使用HTTP服務(wù)器傳輸文件，即通過順序流發(fā)送。實時流式傳輸一般是實時傳送，特別適合現(xiàn)場時間直播，如：實時授課。如想要保證音視頻質(zhì)量，順序流式傳輸也許更好。如實時傳輸協(xié)議(RTP)與RTCP(Real Time Transfer Control Protocol),實時流協(xié)議RTSP以及常用的應(yīng)用層協(xié)議HTTP等。順序流式傳輸比較適合高質(zhì)量的段片段，如廣告，由于該文件在播放前觀看的部分是無損下載的，這種方法保證視頻播放的最終質(zhì)量。順序流式文件是放在標準HTTP或FTP服務(wù)器上，易于管理，基本上與防火墻無關(guān)。每個用戶必須分別對媒體服務(wù)器發(fā)送單獨的查詢，而媒體服務(wù)器必須向每個用戶發(fā)送所申請的數(shù)據(jù)包拷貝。用戶可以開始、停止、后退、快進或者是暫停流。例如：一個用戶不能暫停、快進該流。3)組播：使用單播發(fā)送時，需要將數(shù)據(jù)包復(fù)制多個拷貝，以多個點對點的方式分別發(fā)送到需要它的那些用戶，隨著用戶的增多，這種傳輸方式會非常浪費網(wǎng)絡(luò)帶寬。媒體服務(wù)器只需要發(fā)送一個信息包，而不是多個；所有發(fā)出請求的客戶端共享同一信息。顯然，壓縮過程改變了數(shù)據(jù)位的編排，同時在壓縮媒體文件 再次成為媒體格式前，其中數(shù)據(jù)需要解壓縮，一下有些一些音頻和視頻文件格式：2)流式格式文件：流式格式文件格式是經(jīng)過特殊編碼，使其適合在網(wǎng)絡(luò)上邊下載邊播放，而不是等到下載完整完整個文件才能播放。在這里，媒體發(fā)布格式起到播放列表的作用。媒體發(fā)布格式是視聽數(shù)據(jù) 安排的唯一途徑，并不包括媒體的物理數(shù)據(jù)，我們僅僅需要知道數(shù)據(jù)類型和安排方式。我們也可以以相同格式同步不同類型中流中獲益。五家公司將聯(lián)合起來為開發(fā)IP端到端的媒體解決方案制定開放標準。2)流媒體技術(shù)產(chǎn)品：目前Internet上比較流行的流媒體技術(shù)產(chǎn)品有Real Networks的Real media、microsoft的Windows Media以及Apple公司的QuickTime，其中QuickTime在國內(nèi)應(yīng)用不多。微軟進來與其在流媒體領(lǐng)域展開了激烈的競爭，Windows Media已廣泛被人們認識和接受，此產(chǎn)品與Windows OS集成在一起提供給用戶。SNIL是一種類似于HTML的標記語言，可以描述演示的實時行為、屏幕上演示的版面以及協(xié)同媒體之間的超鏈接，可以演示流式視頻、音頻、圖像、文本等多種類型，允許在一個同步多媒體演示中集成一系列的獨立多媒體對象。 本章是對基于流媒體技術(shù)的可視化網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)在實際應(yīng)用中從三方面進行了可行性分析，分別為經(jīng)濟可行性分析，技術(shù)可行性分析，法律可行性分析；對流媒體技術(shù)的特點、技術(shù)原理、播放方式、文件格式以及關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行了闡述。采用微軟的流視頻解決方案來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)是個不錯的選擇。組件服務(wù)是指Windows Media監(jiān)視器、廣播站和單播服務(wù)。Windows Media節(jié)目服務(wù)用于將Windows Media流組合至Windows Media廣播站服務(wù)連續(xù)節(jié)目內(nèi)。 Windows Media視頻技術(shù)組成Microsoft Windows Media技術(shù)是一個能適應(yīng)多種網(wǎng)絡(luò)帶寬條件的流式多媒體信息的發(fā)布平臺，提供密切結(jié)合的一系列服務(wù)和工具，通過Internet和企業(yè)Intranet用以創(chuàng)造、管理、廣播和接受、傳送的極其豐富流式化多媒體演示內(nèi)容，包括了流式媒體的制作、發(fā)布、播放和管理的一整套解決方案。在點播服務(wù)的方式下，各個用戶之間是互不干擾的。通過視頻捕捉卡巴攝像機、麥克風(fēng)記錄的內(nèi)容輸入到Media Encoder，進行編碼生成ASF文件流，然后送到Media Server上發(fā)布。另一種應(yīng)用就是利用Distribution使Media Server跨越非廣播的網(wǎng)絡(luò)，進而提供廣播服務(wù)。同JPG格式一樣，ASF也是一種文件類型，但是它是專為在IP網(wǎng)上傳送同步關(guān)系的多媒體數(shù)據(jù)而設(shè)計的，所以ASF格式的文件信息特別適合在IP網(wǎng)上傳輸。ASF支持任意的壓縮/解壓縮編碼方式，并可以使用任何一種底層網(wǎng)絡(luò)傳輸協(xié)議，它具有很大的靈活性。Microsoft Media Player是能播放幾乎所有多媒體文件的播放器，支持ASF在Internet網(wǎng)上的流文件格式，可以一邊下載一邊實時播放，無需下載完才能夠接收聽或者是收看。最后取消Encode Real Media format選項并確認完成。點播服務(wù)方式下，用戶之間互不干擾，可以對點播內(nèi)容的播放進行控制，這種方式最為靈活，但是占用服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)資源多。通過視頻捕捉卡巴攝像機、麥克風(fēng)記錄的內(nèi)容輸入到手機，進行編碼生成ASF文件流，然后通過該機把信號傳送到網(wǎng)絡(luò)，這樣的話用戶就可以方便的通過網(wǎng)頁收聽直播內(nèi)容。其他的廣播站如果要訪問分發(fā)廣播站，例如：如果需要Server B上的station2組播分發(fā)廣播站上的ASF內(nèi)容，可以將Station1作為流的來源，即station2的來源是msbd：//Server A/Station1.分發(fā)具有很多的用途，首先可以將流從一個Windows Media服務(wù)器分發(fā)送到另外一個Windows Media服務(wù)器，目的是創(chuàng)建多個單播流。從Windows Media服務(wù)器分發(fā)ASF文件的兩個步驟如下：首先：從Windows ，創(chuàng)建一個點播單播發(fā)布點。1) IIS Server 2003 內(nèi)嵌的一個系統(tǒng)組件。IIS 、IT專家和Web管理員的新功能，它們旨在為單臺IIS服務(wù)器或多臺服務(wù)器上可能擁有的數(shù)千個網(wǎng)站實現(xiàn)可靠性和安全性目標。Windows Media Service Server 2003的可選組件，且免費、通用性強，它們?yōu)檫h程教育提供了一個數(shù)據(jù)媒體平臺，該平臺可使管理員、教師和學(xué)習(xí)者獲得高質(zhì)量視音頻教學(xué)內(nèi)容。4)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計和選擇：交互系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是數(shù)據(jù)庫的訪問，數(shù)據(jù)庫服務(wù)應(yīng)選擇穩(wěn)定較好、數(shù)據(jù)吞吐量較大、數(shù)據(jù)處理速度快、易維護的數(shù)據(jù)庫，并要與Web服務(wù)、視頻服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計目標是為了降低成本，解決傳統(tǒng)C/S模式流媒體服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器端瓶頸問題，從而提高音頻視頻的質(zhì)量，能適應(yīng)較大的帶寬波動，提供流暢的流媒體服務(wù)。同時也保證了信息的安全性，具體的體系結(jié)構(gòu)圖如下：圖35 應(yīng)用系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) Web服務(wù)器提供顯示用戶登錄、課件信息等；數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是系統(tǒng)的核心，負責(zé)學(xué)習(xí)中心、專業(yè)和教學(xué)計劃、課件存儲路徑等信息的管理；媒體服務(wù)器負責(zé)課件的存儲。該系統(tǒng)將中控式的模擬方式手動操作的實時教學(xué)的控制與管理用數(shù)字化的軟件實現(xiàn)，既方便操作管理，又有利于提高教學(xué)的質(zhì)量，同時又大大擴充了原來實時教學(xué)的功能，并將其集成為一個通用的、綜合的管理平臺。系統(tǒng)管理包括流媒體處理、日志管理、安全認證管理和系統(tǒng)維護子模塊，使用對象為系統(tǒng)管理員或其他擴展管理員。2)教學(xué)管理和學(xué)習(xí)管理模塊：該兩個模塊之間存在必然的聯(lián)系，實時授課與實時聽課模塊之間，通過問題交流模塊進行問題交流，實時聽課時學(xué)生通過問題交流模塊向教師提問，教師在課堂上進行問題解答。我們該系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)庫只要包含課件信息表、視頻信息表和用戶信息表。針對上述的兩個他特點，流媒體服務(wù)器的主要任務(wù)有兩項：第一對大數(shù)據(jù)量的流媒體數(shù)據(jù)提供可靠的存儲和高效的數(shù)據(jù)檢索；第二是向客戶端用戶提供實時、連續(xù)的流媒體數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。1)集中式流媒體服務(wù)器解決方案基于并行計算機結(jié)構(gòu)的流媒體服務(wù)器系統(tǒng)采用的是集中式存儲，集中式處理解決方案，其中集中式存儲是其靈魂所在，這種流媒體的服務(wù)器系統(tǒng)可以做到流媒體節(jié)目庫對每個用戶來說只有一個，這樣，任意用戶可以訪問這一庫中任何節(jié)目內(nèi)容，真正做到了資源充分共享，當(dāng)然可以根據(jù)需要，系統(tǒng)安全支持多個分立的流媒體節(jié)目庫，可以靈活配置。目前，由于PC Server級別的流媒體服務(wù)器廠商很多，因此，搭建這樣的系統(tǒng)顯得很容易，系統(tǒng)代價也很低。經(jīng)過認真的考慮，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的流媒體服務(wù)器決定采用服務(wù)器集群的解決方案。一個服務(wù)器集群的總體性能可以認為是集群內(nèi)所有服務(wù)器性能的總和。每個服務(wù)器節(jié)點配置的RAM內(nèi)存的數(shù)量與服務(wù)器所傳輸?shù)牧髅襟w數(shù)據(jù)流的帶寬特性，服務(wù)器為每個數(shù)據(jù)流設(shè)置的緩沖區(qū)的大小，以及希望每個節(jié)點支持的并發(fā)數(shù)據(jù)的數(shù)量有關(guān)。每個服務(wù)器節(jié)點具有兩個網(wǎng)絡(luò)I/O接口。服務(wù)器集群中的每個節(jié)點在物理上和邏輯上都是獨立和平等的，客戶端對流媒體數(shù)據(jù)的訪問將均衡地分布到每個節(jié)點上進行處理。這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)支持遠距離通信，并允許存儲設(shè)備真正與服務(wù)器隔離，使存儲成為可由所有服務(wù)器共享的資源。磁盤陣列上的流媒體文件系統(tǒng)與各節(jié)點的操作系統(tǒng)隔離，這樣即使服務(wù)器節(jié)點的操作系統(tǒng)出現(xiàn)故障，只需重新安裝操作系統(tǒng)即可，多媒體數(shù)據(jù)不需重新制作。集群內(nèi)的服務(wù)器節(jié)點物理上通過網(wǎng)絡(luò)電纜連接，程序上則通過集群軟件連接。MSCS可以在一分鐘之內(nèi)從許多一般類型的常見錯誤恢復(fù)重要任務(wù)的數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序。2)流媒體服務(wù)器集群的負載均衡眾多客戶端對流媒體數(shù)據(jù)訪問的數(shù)據(jù)流在流媒體服務(wù)器節(jié)點間的均衡分布是通過網(wǎng)絡(luò)負載均衡技術(shù)加以實現(xiàn)的。分發(fā)的依據(jù)是基于服務(wù)器負載百分比設(shè)置的統(tǒng)計算法。實時教學(xué)旨在為時空上分離的教師和學(xué)生提供一個虛擬多媒體課堂教學(xué)環(huán)境，它是網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中的最重要的組成部分之一，它通過教學(xué)現(xiàn)場的多媒體錄像和網(wǎng)絡(luò)傳輸實現(xiàn)教學(xué)現(xiàn)場的直播，從而解決傳統(tǒng)課堂教學(xué)的的時空制約問題，這樣就可以大大的擴大學(xué)校的教學(xué)規(guī)模，實現(xiàn)名師授課的共享。在上課的過程中，根據(jù)上課需要，當(dāng)使用PowerPoint時，控制視頻縣市區(qū)的圖像切換到PowerPoint，使用黑板時，控制視頻顯示區(qū)的圖像切換到