【文章內(nèi)容簡介】 而充分的發(fā)揮多媒體教學(xué)的功效。實現(xiàn)全球化是最終趨勢。目前不少學(xué)校都在進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，然而不論是校園網(wǎng)、多媒體教室局域網(wǎng)，還是單個的多媒體計算機，其信息資源都是非常有限的?；?Internet 連接的廣域網(wǎng)所形成的新型教學(xué)方式，利用了 Internet 上無限豐富的信息資源，突破了局域網(wǎng)多媒體教學(xué)在資源、距離、規(guī)模上的限制，將多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)推向全球。特別是當前 Internet 網(wǎng)已連接到世界各地，基于 Internet 網(wǎng)的新型教學(xué)將突破局域網(wǎng)多媒體教學(xué)在資源、距離上的限制，將多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)推向全球。因此，多媒體網(wǎng)絡(luò)全球化是多媒體網(wǎng)絡(luò)教學(xué)發(fā)展的最終趨勢。10第2章 系統(tǒng)分析 多媒體網(wǎng)絡(luò)教室的主要設(shè)計思想設(shè)計多媒體網(wǎng)絡(luò)教室軟件系統(tǒng)的宗旨，就是利用先進的計算機技術(shù)，同時汲取傳統(tǒng)教學(xué)方面的一定經(jīng)驗，研發(fā)一個適合老師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)的新型學(xué)習(xí)環(huán)境。其主要設(shè)計思想大體可以分為以下幾個方面的工作。信息、數(shù)據(jù)的交互數(shù)據(jù)的交互和隱式的消息在網(wǎng)絡(luò)協(xié)同教學(xué)系統(tǒng)中應(yīng)該是最為普遍的了。協(xié)同立的初始化、多用戶應(yīng)用程序間的交流以及協(xié)同雙方進行的任何交互，都是以數(shù)據(jù)或消息的形式來完成的。而這種交互形式的主要特點在于：前后數(shù)據(jù)間的相互獨立性、發(fā)生的隨意性和一定的可忽視性。前后數(shù)據(jù)間的獨立性指的是每次出現(xiàn)的數(shù)據(jù)交互在內(nèi)容和時序上沒有很大的相關(guān)性，并不存在重組接受端收到的數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。發(fā)生的隨意性指的是數(shù)據(jù)和消息的交互出現(xiàn)完全是隨機的，不具有任何的預(yù)示和規(guī)律性，它的發(fā)生無法被各方協(xié)同預(yù)先感知。一定的可忽視性指的是出現(xiàn)數(shù)據(jù)或消息的部分遺漏是可以被系統(tǒng)所允許的，協(xié)同系統(tǒng)的完整運行不會因為某次數(shù)據(jù)或消息的遺漏而被影響。因為以上特點，一種基于無連接的傳送機制被用在數(shù)據(jù)和消息的交互實現(xiàn)上。這種傳送機制的傳送速率很高，便于使用，但是并不保證每一次傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都能被正確的送到目的地。數(shù)據(jù)的接受因為在交互時間上的隨機性，則只能采用非等待的形式。同時還要保證數(shù)據(jù)監(jiān)聽模塊的工作在系統(tǒng)運行過程中始終都要進行著。又因為一般在數(shù)據(jù)量中需要交互的數(shù)據(jù)或消息所占的比例都不大，所以采用等待的方式在數(shù)據(jù)發(fā)送上可以非常有效地節(jié)省系統(tǒng)的資源。公共對話板公共對話板在一定程度上可以代替語音通話的作用，是用在學(xué)生和教師、學(xué)生和生之間的討論中。就數(shù)據(jù)與消息的交互而言，公共對話板具有幾個特別之處：前后數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性、公共對話板創(chuàng)建的隨機性、對話關(guān)系的對等性等。前后數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性指的是上下文的意思會因為其次序的顛倒而混亂，但在對話板上的數(shù)據(jù)描述是具有一定的時序性。公共對話板創(chuàng)建的隨機性指的是對話板的建立必須通過數(shù)據(jù)和消息的交互來完成，在此之前，其被要求方是無法感知的。對話關(guān)系的對等性指的是一旦對話關(guān)系建立起來，對話雙方的關(guān)系就是對等的，不管在該關(guān)系建立之前他們是請求方與被請求方的關(guān)系，同時對話雙方中任意一方都有權(quán)終止對話關(guān)系。因為以上特點，一種基于面向連接的傳送機制就很合適地被用在公共對話板的實現(xiàn)上面。這種機制只需在雙方建立對話之前進行一個握手過程，它就可以所傳送的數(shù)據(jù)可以準確無誤地被送給對方，同時還可保持對話上下文的相關(guān)性。如果每兩個用戶之間都完成一個握手過程，那么就可以實現(xiàn)多人對話。對話數(shù)據(jù)的發(fā)送可以采用等待方式，而監(jiān)聽仍采用非等待方式。另外，為保證雙（多）方對話之間可以互不干擾地協(xié)調(diào)工作，在對話板的實現(xiàn)建立過程中,數(shù)據(jù)接收的雙（多）緩沖區(qū)機制必須被考慮。計算機支持協(xié)同工作計算機支持協(xié)同工作指的是一個群體之間協(xié)同合作，共同完成一項任務(wù)，這是建立在基于計算機技術(shù)的支持環(huán)境中，目的就是要設(shè)計一個應(yīng)用系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以支持各種各樣的協(xié)同工作。以往有少數(shù)軟件支持工作組間或用戶間的交互，大部分都是支持用戶與計算機之間的交互。人機接口可以完成單用戶接口要完成的工作，如數(shù)據(jù)和控制輸入、結(jié)果與錯誤回顯等。用戶的要求在協(xié)同中必須經(jīng)過人機之間的接口傳遞給系統(tǒng)，同樣通過人機接口把運行結(jié)果再反饋給用戶。所以，人機接口還可以處理人與人之間的交互，如告訴其他用戶信息。這個時候，用戶可以很方便地加入群進行群聊，還可以自由地選擇退出，從而終止交互活動。也就是說，用戶的任何動作都可以時刻影響著其他用戶的接口，反過來，一個接口也可以反映多個用戶的活動。語音、視頻的實時交互就軟件層次上看，語音交互的實現(xiàn)不外乎三個部分：語音的采集、語音數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸及接收方的語音處理。在語音交互的全過程，系統(tǒng)都是通過許多獨立的線程進行協(xié)同而完成的。在發(fā)送方，通過語音輸入設(shè)備將語音數(shù)據(jù)送至采集緩沖區(qū)，當采集緩沖區(qū)的容量被占滿時，異步發(fā)送線程隨之被啟動，為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，需要同時引入下一個緩沖區(qū)，并繼續(xù)進行語音數(shù)據(jù)的采集，當異步發(fā)送線程返回時，為了下一輪數(shù)據(jù)的采集能夠繼續(xù)，緩沖區(qū)和線程需要被重新初始化。在接收方是與發(fā)送方剛好相反的工作流程，在準備接收時，就啟動異步接收線程，發(fā)送方送來的語音數(shù)據(jù)按接收線程啟動的先后順序接收，并存儲在相應(yīng)的接收緩沖區(qū)中，之后再被送往語音輸出設(shè)備，當輸出設(shè)備將語音輸出結(jié)束后，緩沖區(qū)和線程同樣被重新初始化，以便下一輪的數(shù)據(jù)接收。 語音交互流程圖文件交互采用視頻、語音和文本等媒體在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的實現(xiàn)過程中進行實時交互就能達到應(yīng)有的教學(xué)結(jié)果，但是這不代表在某些環(huán)境中不能利用文件方式進行傳輸?shù)目赡苄?。例如，在目前某些院校在網(wǎng)絡(luò)寬帶和硬件的學(xué)術(shù)下，在課堂外的電子作業(yè)安排上等，視頻媒體無法很好的實時傳輸，但是以文件形式進行的傳輸之后再處理的解決方案還是可以被采用的。進行數(shù)據(jù)傳輸時，如果用數(shù)據(jù)報形式，其最大長度只有512字節(jié)，而以會話方式傳輸，則其最大長度可達65,535字節(jié)，但是，這兩個限定長度都遠遠不及大多數(shù)要傳輸?shù)奈募L度。為減輕應(yīng)用程序的負擔(dān)需要，保證文件接收方數(shù)據(jù)能以正確的次序到達，以及使得文件傳輸取得較好的傳輸，會話方式是首選。界面設(shè)計人在和計算機進行信息傳遞的時候，交互界面是一個很重要的通道，因為用戶的體驗以及最終的學(xué)習(xí)成果都與其的友好性直接相關(guān)。牢牢把握住學(xué)習(xí)者的注意力，最大程度的激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，增強他們的理解能力，最好能讓他們對所學(xué)知識記憶深刻，這就是教學(xué)的核心。而集中性和指向性是人的注意所具有的特點。所謂集中性，指的就是盡可能忽略對不相關(guān)的注意，進而使得注意的對象能夠獲得清晰的、鮮明的反映，因此，多媒體技術(shù)的產(chǎn)生一定不可以起到喧賓奪主的反作用，反而使得注意對象忽視突出學(xué)習(xí)注意的要求。所謂的指向性，指的就是認識活動的對象被認識活動的選擇性進行有意無意的選擇，同時還可以看出，其對這些事物能夠長久的保持。在人機教學(xué)環(huán)境下所設(shè)計研究的教學(xué)軟件，這種注意的指向性應(yīng)該被好好地考慮，這樣多媒體技術(shù)就可以被教師方便合理地組合成多媒體信息，從而突出屏幕重點，以此來吸引學(xué)生的注意，給學(xué)生們提供長久學(xué)習(xí)的最佳環(huán)境。為了達到良好的學(xué)習(xí)效果，教學(xué)系統(tǒng)必須好學(xué)好用，因此，界面設(shè)計需要滿足以下幾個原則：（1）界面美觀、布局合理；（2）提示內(nèi)容清晰及時，教學(xué)內(nèi)容明確；（3）按鈕合理生動，能夠體現(xiàn)所見即所得；（4）設(shè)計風(fēng)格整齊劃一。 整體分析在努力適應(yīng)素質(zhì)教育要求的同時，還要緊跟時代的步伐，這就使得多媒體網(wǎng)絡(luò)教室軟件系統(tǒng)必須具備下面兩大基本功能：輔助功能：（1）系統(tǒng)幫助：該系統(tǒng)功能對整個系統(tǒng)都有非常重要的意義，它在輔助功能模塊中是必不可少的組成部分。它的作用就是為了使用戶操作方便，給用戶提供十分詳細的幫助。（2）考評系統(tǒng)：教學(xué)評估和教育測量在教學(xué)環(huán)節(jié)中是十分重要的。所以，電子考評功能也是多媒體網(wǎng)絡(luò)教室所必備的功能，它的具體實現(xiàn)方案是“一條龍”式的，首先是由系統(tǒng)出題，生成試卷，然后學(xué)生在線考試，系統(tǒng)對學(xué)生的作答進行在線評估，最后對成績進行統(tǒng)計和分析，這樣就大大地減少了教室的工作量，提高了教學(xué)效率。多媒體教學(xué)功能：為了實現(xiàn)教師與學(xué)生之間能夠進行自主地溝通和交流，充分的體現(xiàn)學(xué)生的主體作用以及教師的主導(dǎo)作用，一個多媒體網(wǎng)絡(luò)教室必須充分發(fā)揮計算機的交互性和網(wǎng)絡(luò)的連接性。一般應(yīng)具備語音廣播、分組討論、廣播教學(xué)、遙控輔導(dǎo)、學(xué)生示范、屏幕監(jiān)控、網(wǎng)上通知、網(wǎng)上影院、文件傳輸、遠程命令等功能。 輔助功能模塊分析任何系統(tǒng)都必須有相應(yīng)的輔助功能模塊作為支持，不能單獨存在。在多媒體網(wǎng)絡(luò)教室中，輔助功能模塊分為幫助系統(tǒng)和考試系統(tǒng)兩個部分。其中考試系統(tǒng)分析如下：教學(xué)評估和教育測量在教學(xué)環(huán)節(jié)中是十分重要的。所以，電子考評功能也是多媒體網(wǎng)絡(luò)教室所必備的功能，它的具體實現(xiàn)方案是“一條龍”式的，首先是由系統(tǒng)出題，生成試卷，然后學(xué)生在線考試，系統(tǒng)對學(xué)生的作答進行在線評估，最后對成績進行統(tǒng)計和分析，這樣就大大地減少了教室的工作量，提高了教學(xué)效率?？荚囅到y(tǒng)采用的是C/S模式。教師機作為服務(wù)端，大量的文本類型的考題由教師從此端向數(shù)據(jù)庫中輸入，同時還可以對學(xué)生成績進行考評，進而對數(shù)據(jù)庫進行管理和分析，這樣就完成了評估和測量工作。學(xué)生機作為客戶端，給學(xué)生們提供了一個考試的平臺，學(xué)生可以在學(xué)生機上進行電子答題。 輔助功能模塊結(jié)構(gòu)圖 教學(xué)功能模塊分析[14]多媒體網(wǎng)絡(luò)教室的教學(xué)功能模塊是系統(tǒng)的核心。該模塊的實現(xiàn)采用 C/S（Client/Server）模式。通常，學(xué)生機作為 Client（客戶端），而教師機作為 Server（服務(wù)端）。教師機為學(xué)生機提供服務(wù)，并對所有學(xué)生機進行管理。根據(jù)教師機管理和服務(wù)的方式，教學(xué)功能模塊包括以下三個子模塊：廣播教學(xué)模塊、遙控教學(xué)模塊和系統(tǒng)管理模塊。廣播教學(xué)模塊廣播教學(xué)模塊包括屏幕廣播、語音廣播、語音對講、分組討論和網(wǎng)上影院五大功能。（1）屏幕廣播使選中的學(xué)生機進入接收屏幕廣播狀態(tài)，將教師機上的所有屏幕圖像內(nèi)容同步傳送給學(xué)生機。（2）語音廣播、語音對講和分組討論語音廣播、語音對講和分組討論是實現(xiàn)系統(tǒng)的語音教學(xué)的。對于安裝好了聲卡、麥克風(fēng)和耳機的具有多媒體支持的計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就可以享有教師機提供的這些服務(wù)。語音教學(xué)功能通常采用全雙工聲卡模式作為支持。（3）網(wǎng)上影院可以在局域網(wǎng)上播放各種格式的多媒體視頻流節(jié)目，目前支持的格式包括 VCD/MPEG/MP3/AVI/WAV/MOV 等。通過網(wǎng)絡(luò)播放，可以讓所有的學(xué)生共享多媒體節(jié)目。而該網(wǎng)絡(luò)多媒體播放器的播放速度和質(zhì)量，在 10M 的局域網(wǎng)上，也有著與本地播放相同的速度和質(zhì)量，并且也支持快進/倒退/選擇節(jié)目的功能。遙控教學(xué)模塊該模塊用來實現(xiàn)教師機對學(xué)生機的遙控輔導(dǎo)教學(xué)工作。因此，遙控教學(xué)模塊包括：遙控輔導(dǎo)、學(xué)生示范和遠程命令三大功能。（1）遙控輔導(dǎo)使選中的學(xué)生機進入示范教學(xué)狀態(tài)，所選學(xué)生機開始廣播屏幕上的圖像內(nèi)容，同步傳送給教師機和學(xué)生機。（2）學(xué)生示范讓某位學(xué)生來示范操作，教師選擇的一位學(xué)生圖標對應(yīng)的學(xué)生屏幕就會充當“教師機”角色，教師可以通過相應(yīng)的功能鍵取消示范教學(xué)。（3）遠程命令打開學(xué)生機上已安裝的應(yīng)用程序。系統(tǒng)管理模塊系統(tǒng)管理模塊主要是使作為服務(wù)端的教師機對各個客戶端（學(xué)生機）進行宏觀管理和系統(tǒng)維護。其中包括：網(wǎng)上通知、取消舉手、屏幕監(jiān)控和系統(tǒng)設(shè)置。（1）網(wǎng)上通知集中控制網(wǎng)上消息。教師機可以將消息發(fā)布給部分學(xué)生機或全部學(xué)生機，學(xué)生機會自動打開通知窗口。此功能建立了老師與學(xué)生之間的一種溝通方式，可以導(dǎo)入和導(dǎo)出網(wǎng)上信息，教師可以通過此功能來發(fā)布一些文檔資料。（2）取消舉手 實現(xiàn)“電子舉手”的功能。學(xué)生機執(zhí)行“電子舉手”命令，在教師機上對應(yīng)學(xué)生就出現(xiàn)“？”，同時學(xué)生機提示“舉手成功！”。當教師按下“取消舉手”功能鍵，對應(yīng)的圖標就會復(fù)原，同時提示學(xué)生“舉手被取消”。 (3)屏幕監(jiān)控 使教師機對網(wǎng)絡(luò)教室中指定的學(xué)生機的屏幕內(nèi)容進行監(jiān)視。（4）系統(tǒng)設(shè)置 系統(tǒng)設(shè)置包括：信息設(shè)置、學(xué)生機 IP 地址設(shè)置、排列學(xué)生圖標、學(xué)生數(shù)與循環(huán)屏幕監(jiān)看的時間。： 教學(xué)功能模塊結(jié)構(gòu)圖根據(jù)以上分析，： 多媒體網(wǎng)絡(luò)教室整體結(jié)構(gòu)圖18I第三章 核心功能詳細設(shè)計圖像（視頻）壓縮與解壓算法、數(shù)據(jù)傳輸方式、服務(wù)端對客戶端的服務(wù)策略是多媒體網(wǎng)絡(luò)教室軟件系統(tǒng)設(shè)計的核心工作。以下就是以這三個核心功能為主的詳細設(shè)計與研究。 圖像壓縮算法的設(shè)計與實現(xiàn)在多媒體網(wǎng)絡(luò)教室軟件系統(tǒng)中，不管是客戶端還是服務(wù)端，都需要進行大量的圖像數(shù)據(jù)傳輸。傳統(tǒng)的多媒體網(wǎng)絡(luò)教室對網(wǎng)絡(luò)寬帶的依賴性非常強，一旦有大量數(shù)據(jù)進行傳輸時，網(wǎng)絡(luò)寬帶就難以滿足需要，就會產(chǎn)生數(shù)據(jù)“擁塞”或圖像“滯留”現(xiàn)象，這都是因為算法方面因素的影響。所以，圖像的壓縮算法就顯得尤為重要。通過對流媒體技術(shù)進行研究和學(xué)習(xí)，從中受到很大的啟發(fā)，為了區(qū)別于以往的同類產(chǎn)品，對該系統(tǒng)中使用的圖像壓縮算法進行了優(yōu)化和設(shè)計。流媒體[15]技術(shù)原理簡介所謂流媒體指的就是在Internet上播放的媒體格式以流式方式進行傳輸。其中，客戶端播放和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸之間的并行是流媒體技術(shù)的關(guān)鍵。流媒體傳輸技術(shù)是以時間的連續(xù)來進行實時傳輸?shù)囊环N技術(shù)，而包括視頻、音頻、圖片、文本等在內(nèi)的多媒體文件是可以在網(wǎng)上進行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)流邊傳邊播放是客戶端采用的方式，而非等整個文件都下載完再開始播放。客戶端在播放開始之前，會將所下載的部分文件內(nèi)容存放在其內(nèi)存中，這樣僅僅使客戶端感覺播放前會有些許的延遲。在普通用戶接入的速率很低或者在網(wǎng)絡(luò)帶寬不夠的情況下，采用邊傳邊播放的方式，可以使客戶端在多媒體文件信息量很大的時候節(jié)省本端的計算機資源。目前，實時流協(xié)議 RTSP（Realtime Streaming Protocol，定義了一對多的應(yīng)用程序如何有效地通過 IP 網(wǎng)絡(luò)傳送多媒體數(shù)據(jù)）、實時傳輸控制協(xié)議 RTCP（Realtime Transport Control Protocol，和 RTP 一起提供流量控制和擁塞控制服務(wù)）、實時傳輸協(xié)議 RTP（Realtime Transport Protocol，用于Internet上針對多媒體數(shù)據(jù)流的一種傳輸協(xié)議）是支持流媒體傳輸?shù)闹饕獏f(xié)議。流媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑韀16,17]流式傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要緩存。因為在網(wǎng)絡(luò)中以“包”傳輸為基礎(chǔ)進行斷續(xù)的異步傳輸，對一個實時 Audio/Video 源或存儲的 A