【正文】 發(fā)展迅速。計算機(jī)技術(shù)、多媒體技術(shù)以及通信技術(shù)的發(fā)展，尤其是Internet的迅速發(fā)展，是遠(yuǎn)程教育有了質(zhì)的突變。十年樹木，百年樹人。關(guān)鍵字: 流媒體技術(shù)。□不保密。華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文專業(yè)學(xué)位碩士學(xué)位論文基于流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)作者姓名 學(xué)科專業(yè)軟件工程 指導(dǎo)教師教授 教授 高級工程師所在學(xué)院軟件學(xué)院論文提交日期2011年7月Design and Realization of Network Tutoring System Based on Streaming Media TechnologyA Dissertation Submitted for the Degree of MasterCandidate：Huang ChengJinSupervisor：Prof. Chen Zelin Prof. Senior Engineer. South China University of Technology Guangzhou, China分類號：TP393 學(xué)校代號：10561 學(xué) 號： 華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文 基于流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)作者姓名： 指導(dǎo)教師姓名、職稱： 教授 教授 高級工程師申請學(xué)位級別：工程碩士 學(xué)科專業(yè)名稱：軟件工程研究方向：軟件工程管理論文提交日期： 2011 年 7 月 18 日 論文答辯日期： 2012 年 6 月 10 日學(xué)位授予單位：華南理工大學(xué) 學(xué)位授予日期： 年 月 日答辯委員會成員：主席： 委員： 華南理工大學(xué)學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨立進(jìn)行研究所取得的研究成果。本學(xué)位論文屬于：□保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。在本論文中給出了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的總體設(shè)計，然后對流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行了深入的分析與研究，具體的分析流媒體技術(shù)如何在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中實現(xiàn)。流媒體的應(yīng)用系統(tǒng)、國際標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)研究正成為日前產(chǎn)業(yè)界和科研機(jī)構(gòu)密切關(guān)注的焦點?，F(xiàn)代遠(yuǎn)程教育是隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型的教育方式。由此可見，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)在世界各國都受到了高度重視，正在有條不紊地展開和迅速發(fā)展。根據(jù)國際權(quán)威機(jī)構(gòu)的調(diào)查顯示，流媒體的人數(shù)在2003已經(jīng)增加了65%，占整個網(wǎng)民的1/3，同時亞洲流媒體的訪問也 在不斷的增長。第三階段就是以流媒體技術(shù)為基礎(chǔ)的流式傳輸階段，在該階段其特征是可以使音視頻信息邊下載邊瀏覽播放，因此流媒體技術(shù)更適用于現(xiàn)代的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境?；诔襟w的課件可以在每一個結(jié)點處提供多個不同的選擇，易于實現(xiàn)“學(xué)習(xí)者控制”的個性化教學(xué)策略，將課件流程的控制權(quán)教給學(xué)生。無論是從技術(shù)還是市場上考慮，互聯(lián)網(wǎng)直播是流媒體眾多應(yīng)用中最成熟的一個。第四章是給出了流媒體技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)中的詳細(xì)設(shè)計，其中有組成課件流媒體子系統(tǒng)的客戶端的設(shè)計與實現(xiàn)。3)開放性：系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)采用開放技術(shù)、開放結(jié)構(gòu)、開放系統(tǒng)組件和開放用戶接口，以利于系統(tǒng)的維護(hù)、擴(kuò)展升級及與外界信息的溝通。從圖片到各種形式的網(wǎng)絡(luò)視頻、三維動畫，人們的視聽感覺器官在網(wǎng)絡(luò)上得到了很大的滿足。4)可以進(jìn)行雙向交流：由于是流媒體服務(wù)器與用戶端媒體播放器之間的交流可以是雙向的，服務(wù)器在傳送數(shù)據(jù)時還可接受用戶發(fā)送來的反饋信息，在播放期間雙方一直保持聯(lián)系。流媒體傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。5)A/V服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將A/V數(shù)據(jù)傳輸給A/V客戶程序，這樣一旦A/V數(shù)據(jù)抵達(dá)客戶端的話，A/V播放器就可以播放我們所需要的數(shù)據(jù)了。實時流式傳輸指保證媒體信號帶寬與網(wǎng)絡(luò)連接匹配，使媒體可被實時觀看到。這些服務(wù)器可以用來對媒體發(fā)送進(jìn)行更多級別的控制，因而系統(tǒng)設(shè)置、管理比標(biāo)準(zhǔn)的HTTP服務(wù)更復(fù)雜。對通過的調(diào)制解調(diào)器發(fā)布段片段，順序流式傳輸顯得很實用，它允許用比調(diào)制解調(diào)器更高的數(shù)據(jù)速率創(chuàng)建視頻片段。具體的播放示意圖如下：2)點播與廣播：點播連接時客戶端與服務(wù)器之間的主動連接。使用單播發(fā)送時，需要將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個拷貝，以多個點對點的方式分別發(fā)送到需要它的那些用戶，而使用廣播方式發(fā)送，數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝將發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)上的所有用戶，而不管用戶是否需要，上述兩種傳輸方式都會非常浪費網(wǎng)絡(luò)帶寬，組播吸收了上述兩種方式的長處，客服了它們的弱點，將數(shù)據(jù)包的單獨一個拷貝發(fā)送給需要的那些客戶。網(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。播放列表可以將不同媒體內(nèi)容集中在一起，按所指定的任意順序播放。實際試聽數(shù)據(jù)可位于多個文件中，而由媒體發(fā)布文件包含的信息控制流播放。流媒體技術(shù)是美國Real Networks公司首先推出的。成熟的現(xiàn)有產(chǎn)品和國際標(biāo)準(zhǔn)語言為基于Stream開發(fā)適合于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的多媒體遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)提供了有力的保障。Windows Media組件服務(wù)是運(yùn)行與Microsoft Windows Server上的一系列服務(wù)。通過Windows Media管理器可以控制本地服務(wù)器也可以控制一個或者是多個遠(yuǎn)程Windows Media服務(wù)器。具體的點播工作方式圖如下：圖31 點播服務(wù)工作方式2)單點或多點廣播服務(wù)：在廣播服務(wù)下，用戶只能觀看播放的內(nèi)容，不能進(jìn)行控制。具體的工作方式圖如下：圖33服務(wù)器擴(kuò)展工作方式(ASF)高級流格式是Windows Media Service的核心，是一種支持在各類網(wǎng)絡(luò)和協(xié)議下進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞的公開標(biāo)準(zhǔn)。它是一種數(shù)據(jù)格式，可以指定實況演示。對那些數(shù)字格式的mpg文件，我們可以通過豪杰超級解霸2000中的工具“vcd 轉(zhuǎn)avi程序，先轉(zhuǎn)換成avi格式，再使用采集卡附帶的軟件完成轉(zhuǎn)換。Windows Media中分發(fā)是將ASF流從一個服務(wù)器發(fā)送到另外一個服務(wù)器。然后：是在目標(biāo)Windows Media服務(wù)器中，創(chuàng)建一個廣播站、節(jié)目和流以接收分發(fā)的內(nèi)容。在默認(rèn)情況下，IIS只為靜態(tài)內(nèi)容提供服務(wù)，即ASP、,在服務(wù)器端的包含文件、Web DAV發(fā)布和FrontPage Server Extensions等只有在啟用時才工作。網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)是一整套提供遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)的系統(tǒng)軟件，它以網(wǎng)絡(luò)課件為核心，在教學(xué)管理系統(tǒng)的支持下，合理有效地利用學(xué)科教學(xué)資源，為實施全方位的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教學(xué)提供服務(wù)，它將網(wǎng)絡(luò)課件與學(xué)校的遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)進(jìn)行了有機(jī)的集成。流媒體課件信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 、管理員、教務(wù)員、教師和學(xué)生。權(quán)限驗證功能包括根據(jù)用戶賬號與申請服務(wù)信息判斷該用戶是否有該服務(wù)的操作權(quán)限；用戶管理模塊完成用戶信息修改功能和用戶查詢功能，也可以查詢其他用戶的信息；日志管理模塊的功能包括日志記錄、查詢和刪除等操作。分別介紹了系統(tǒng)開發(fā)工具WMS（系統(tǒng)開發(fā)工具的特點、服務(wù)器組件、WM視頻技術(shù)、WMS工作方式、ASF高級流格式）、系統(tǒng)平臺選型、系統(tǒng)總體設(shè)計方案、系統(tǒng)功能模塊設(shè)計、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計。這種服務(wù)器最適用于大規(guī)?；蛘呤浅笠?guī)模的流媒體應(yīng)用，如Ncube4,其中最高的配置是256個處理節(jié)點，支持44000個并發(fā)數(shù)據(jù)流。這樣無論你有多少臺服務(wù)器，對用戶而言也只有一個獨立的服務(wù)單元；即便其中某些服務(wù)器因故障停止了運(yùn)行，該服務(wù)器的工作負(fù)載轉(zhuǎn)移至另外一臺服務(wù)器，以保證提供持續(xù)不斷的服務(wù)。每個服務(wù)器節(jié)點具有兩塊本地的磁盤，并采用RAID1技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)鏡像；節(jié)點在本地磁盤上存儲各自的操作系統(tǒng)和相關(guān)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。存儲區(qū)域網(wǎng)絡(luò)SAN是一種高速存儲網(wǎng)絡(luò)，它通過專用的集線器、交換機(jī)和網(wǎng)關(guān)建立起服務(wù)器和磁盤陣列之間的直接連接。存儲在磁盤陣列上的流媒體數(shù)據(jù)以RAIDS的方式條紋化分布到所有的磁盤上，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的冗余從而提高數(shù)據(jù)的可靠性，而且能夠充分地利用所有磁盤的數(shù)據(jù)I/O帶寬，提高系統(tǒng)支持并發(fā)流媒體數(shù)據(jù)流訪問的能力。Microsoft Windows 2003 Server的集群技術(shù)提供了高度的可用性、伸縮性與易管理性：(1)高度的可用性：集群具有避免單點故障發(fā)生的能力。采用NIB的服務(wù)器集群中每個服務(wù)器節(jié)點除了擁有各自的主IP地址之外，還擁有一個共同的虛擬IP地址，客戶端通過這個公共的IP地址向服務(wù)器集群發(fā)出訪問流媒體數(shù)據(jù)的請求：NLB通過集群內(nèi)各服務(wù)節(jié)點之間的通訊，了解當(dāng)前各節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)通訊量現(xiàn)狀，確定具體應(yīng)由哪一個節(jié)點向這個客戶端提供傳輸?shù)恼麄€過程中，這個鏈接將一直保持。當(dāng)計算機(jī)上進(jìn)行軟件的演示時，軟件界面變成只有教師的縮小圖像疊加在屏幕上，教師根據(jù)上課需要，把自己的圖像在屏幕上進(jìn)行移動。實現(xiàn)時，上面提到的視頻展臺的視頻、黑板上演示的視頻，教師的圖像由專業(yè)視頻采集卡捕捉到計算機(jī)中，并且這些視頻都會顯示在教師上課的計算機(jī)屏幕上，然后利用微軟的彩屏技術(shù)通過軟件以彩屏方式把上課情景傳送出去，供學(xué)生觀看。但是針對網(wǎng)絡(luò)負(fù)載平衡來說，它是一種IP的負(fù)載平衡技術(shù)，它作為一個網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序運(yùn)行在每一個服務(wù)器節(jié)點上，而不需要專門的負(fù)載均衡設(shè)備，它的操作對TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧而言是透明的。具體的結(jié)構(gòu)圖如下：Internet/Intranet 訪問請求硬件負(fù)載均衡器虛擬IP地址服務(wù)器節(jié)點4服務(wù)器節(jié)點3服務(wù)器節(jié)點2服務(wù)器節(jié)點1服務(wù)器節(jié)點1服務(wù)器節(jié)點2服務(wù)器節(jié)點3服務(wù)器節(jié)點4集群式流媒體服務(wù)器的每一個服務(wù)器節(jié)點運(yùn)行Microsoft Windows 2003 Server網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。SAN是構(gòu)建在存儲器接口上的，使存儲資源能夠被構(gòu)建于服務(wù)器之外，這樣多個主機(jī)服務(wù)就能夠在不影響系統(tǒng)性能或主網(wǎng)絡(luò)的情況下分享這些存儲資源。服務(wù)器節(jié)點的這個高速以太網(wǎng)接口主要用于接收客戶端的訪問請求和客戶端傳輸流媒體數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)，以及服務(wù)器節(jié)點之間的通訊。我們集群式流媒體服務(wù)器的設(shè)計中采用高性能、高可靠性的上架式PC服務(wù)器作為流媒體服務(wù)的處理節(jié)點。在實現(xiàn)上，集群式流媒體服務(wù)器系統(tǒng)需要開發(fā)分布式存儲工具，讓每個流媒體節(jié)目可以分散到所有的磁盤陣列中去，實現(xiàn)真正的存儲資源共享；另一方面，系統(tǒng)要求負(fù)載平衡軟件，硬件無關(guān)通信軟件，用來達(dá)成處理能力共享的要求，多個服務(wù)器之間通過高速局域網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)連接。目前許多流媒體產(chǎn)品只是解決了服務(wù)器與客戶端之間的數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)化問題，卻沒有考慮到服務(wù)器自身的數(shù)據(jù)I/O的優(yōu)化和對客戶端訪問的調(diào)度，事實上客戶端訪問流媒體服務(wù)器上的流媒體數(shù)據(jù)時，從存儲設(shè)備上讀取數(shù)據(jù)而產(chǎn)生的I/O延遲是這個訪問過程中最主要的時間消耗；如果忽視流媒體服務(wù)器存儲系統(tǒng)的設(shè)計，將會是組織流媒體服務(wù)器發(fā)展的瓶頸。教學(xué)評估模塊即使提供教務(wù)管理人員對上課教師進(jìn)行課堂教學(xué)情況評估的，可以在教師上課的同時，也可以在課后通過點播錄制的課件產(chǎn)生流媒體課件，實時聽課模塊、課件點播模塊和教學(xué)評估模塊要接收或點播流媒體課件，所以我們可以利用流媒體技術(shù)來實現(xiàn)該四個模塊的功能。在學(xué)習(xí)模塊中主要有：實時聽課、課件點播、問題交流和信息查詢、網(wǎng)絡(luò)選課，使用對象主要為學(xué)生。基于流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)分為3部分：Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和媒體服務(wù)器。3)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、以維護(hù)的數(shù)據(jù)庫，并要與Web 服務(wù)、視頻服務(wù)、XP平臺兼容。IIS是用于為動態(tài)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序創(chuàng)建強(qiáng)大的通信平臺的工具，各種規(guī)模的組織都使用IIS來主控和管理Internet或者Intranet上的網(wǎng)頁、主控和管理FTP站點、使用網(wǎng)絡(luò)新聞傳輸協(xié)議和簡單郵件傳輸協(xié)議路由新聞或郵件。其次也可以將流分發(fā)到啟用HTTP流的服務(wù)器。B 直播功能：在直播的服務(wù)下，用戶只能觀看播放的內(nèi)容，無法進(jìn)行控制。如：利用Windows Media Toolkit，具體的安裝步驟如下：第一是安裝Windows Media Toolkit或把相應(yīng)版本號的ASF壓縮編碼驅(qū)動拷貝到Windows/System目錄下下；第二運(yùn)行軟件Sonic Foundry Stream Anywhere。Windows Media Service的核心是ASF。具體的工作方式圖如下：圖32單點或多點廣播服務(wù)工作方式3)服務(wù)器擴(kuò)展：通過Distribution方式可以把一個Media Server輸出的ASF流輸出到另外一個Media Server，再向用戶提供服務(wù)。Windows Media視頻服務(wù)器系統(tǒng)包括以下幾個部分：Windows Media服務(wù)器組件、Windows Media工具、Windows Media播放器。Windows Media廣播站服務(wù)為傳輸Windows Media內(nèi)容提供組件組播和分發(fā)服務(wù)。Windows Media的前身是微軟公司的NetShow產(chǎn)品，隨找流媒體的廣泛應(yīng)用，推出了整套的流媒體制作、發(fā)布和播放產(chǎn)品，其服務(wù)器端的Windows Media Service集成在Windows Service中。除了現(xiàn)有產(chǎn)品的支持，基于Stream媒體的國際標(biāo)準(zhǔn)也已經(jīng)提出。一旦規(guī)范完成，ISMA江促進(jìn)規(guī)范的實施。這樣就為應(yīng)用不同壓縮標(biāo)準(zhǔn)和媒體文件格式的媒體發(fā)布提供了一個事實上的標(biāo)準(zhǔn)方法。將壓縮媒體文件編碼成流式文件，必須加入一些附加信息，如計時、壓縮和版權(quán)信息，一下有一些常用的流式文件類型：具體