【文章內(nèi)容簡介】 而充分的發(fā)揮多媒體教學(xué)的功效。實(shí)現(xiàn)全球化是最終趨勢。目前不少學(xué)校都在進(jìn)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(gè)的多媒體計(jì)算機(jī)，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(dāng)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(jì)思想設(shè)計(jì)多媒體網(wǎng)絡(luò)教室軟件系統(tǒng)的宗旨，就是利用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，同時(shí)汲取傳統(tǒng)教學(xué)方面的一定經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)一個(gè)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(jì)思想大體可以分為以下幾個(gè)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(jìn)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(diǎn)在于：前后數(shù)據(jù)間的相互獨(dú)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(dú)立性指的是每次出現(xiàn)的數(shù)據(jù)交互在內(nèi)容和時(shí)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(jī)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(yùn)行不會(huì)因?yàn)槟炒螖?shù)據(jù)或消息的遺漏而被影響。因?yàn)橐陨咸攸c(diǎn)，一種基于無連接的傳送機(jī)制被用在數(shù)據(jù)和消息的交互實(shí)現(xiàn)上。這種傳送機(jī)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?yàn)樵诮换r(shí)間上的隨機(jī)性，則只能采用非等待的形式。同時(shí)還要保證數(shù)據(jù)監(jiān)聽模塊的工作在系統(tǒng)運(yùn)行過程中始終都要進(jìn)行著。又因?yàn)橐话阍跀?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(gè)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(jī)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(huì)因?yàn)槠浯涡虻念嵉苟靵y，但在對話板上的數(shù)據(jù)描述是具有一定的時(shí)序性。公共對話板創(chuàng)建的隨機(jī)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(shí)對話雙方中任意一方都有權(quán)終止對話關(guān)系。因?yàn)橐陨咸攸c(diǎn)，一種基于面向連接的傳送機(jī)制就很合適地被用在公共對話板的實(shí)現(xiàn)上面。這種機(jī)制只需在雙方建立對話之前進(jìn)行一個(gè)握手過程，它就可以所傳送的數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確無誤地被送給對方，同時(shí)還可保持對話上下文的相關(guān)性。如果每兩個(gè)用戶之間都完成一個(gè)握手過程，那么就可以實(shí)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(shí)現(xiàn)建立過程中,數(shù)據(jù)接收的雙（多）緩沖區(qū)機(jī)制必須被考慮。計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作計(jì)算機(jī)支持協(xié)同工作指的是一個(gè)群體之間協(xié)同合作，共同完成一項(xiàng)任務(wù)，這是建立在基于計(jì)算機(jī)技術(shù)的支持環(huán)境中，目的就是要設(shè)計(jì)一個(gè)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(jì)算機(jī)之間的交互。人機(jī)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(cuò)誤回顯等。用戶的要求在協(xié)同中必須經(jīng)過人機(jī)之間的接口傳遞給系統(tǒng)，同樣通過人機(jī)接口把運(yùn)行結(jié)果再反饋給用戶。所以，人機(jī)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(gè)時(shí)候，用戶可以很方便地加入群進(jìn)行群聊，還可以自由地選擇退出，從而終止交互活動(dòng)。也就是說，用戶的任何動(dòng)作都可以時(shí)刻影響著其他用戶的接口，反過來，一個(gè)接口也可以反映多個(gè)用戶的活動(dòng)。語音、視頻的實(shí)時(shí)交互就軟件層次上看，語音交互的實(shí)現(xiàn)不外乎三個(gè)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(dú)立的線程進(jìn)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(dāng)采集緩沖區(qū)的容量被占滿時(shí)，異步發(fā)送線程隨之被啟動(dòng)，為保證數(shù)據(jù)的連續(xù)性，需要同時(shí)引入下一個(gè)緩沖區(qū)，并繼續(xù)進(jìn)行語音數(shù)據(jù)的采集，當(dāng)異步發(fā)送線程返回時(shí)，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(zhǔn)備接收時(shí)，就啟動(dòng)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(dòng)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(dāng)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(shí)現(xiàn)過程中進(jìn)行實(shí)時(shí)交互就能達(dá)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(jìn)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(shí)時(shí)傳輸，但是以文件形式進(jìn)行的傳輸之后再處理的解決方案還是可以被采用的。進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，如果用數(shù)據(jù)報(bào)形式，其最大長度只有512字節(jié)，而以會(huì)話方式傳輸，則其最大長度可達(dá)65,535字節(jié)，但是，這兩個(gè)限定長度都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及大多數(shù)要傳輸?shù)奈募L度。為減輕應(yīng)用程序的負(fù)擔(dān)需要，保證文件接收方數(shù)據(jù)能以正確的次序到達(dá)，以及使得文件傳輸取得較好的傳輸，會(huì)話方式是首選。界面設(shè)計(jì)人在和計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息傳遞的時(shí)候，交互界面是一個(gè)很重要的通道，因?yàn)橛脩舻捏w驗(yàn)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(qiáng)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(diǎn)。所謂集中性，指的就是盡可能忽略對不相關(guān)的注意，進(jìn)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(rèn)識活動(dòng)的對象被認(rèn)識活動(dòng)的選擇性進(jìn)行有意無意的選擇，同時(shí)還可以看出，其對這些事物能夠長久的保持。在人機(jī)教學(xué)環(huán)境下所設(shè)計(jì)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(diǎn)，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(dá)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(jì)需要滿足以下幾個(gè)原則：（1）界面美觀、布局合理；（2）提示內(nèi)容清晰及時(shí)，教學(xué)內(nèi)容明確；（3）按鈕合理生動(dòng)，能夠體現(xiàn)所見即所得；（4）設(shè)計(jì)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(shí)，還要緊跟時(shí)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(gè)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(xì)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(shí)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(jìn)行在線評估，最后對成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(shí)現(xiàn)教師與學(xué)生之間能夠進(jìn)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(gè)多媒體網(wǎng)絡(luò)教室必須充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)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(yuǎn)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(dú)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(gè)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(shí)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(jìn)行在線評估，最后對成績進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(jī)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(shí)還可以對學(xué)生成績進(jìn)行考評，進(jìn)而對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理和分析，這樣就完成了評估和測量工作。學(xué)生機(jī)作為客戶端，給學(xué)生們提供了一個(gè)考試的平臺，學(xué)生可以在學(xué)生機(jī)上進(jìn)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(shí)現(xiàn)采用 C/S（Client/Server）模式。通常，學(xué)生機(jī)作為 Client（客戶端），而教師機(jī)作為 Server（服務(wù)端）。教師機(jī)為學(xué)生機(jī)提供服務(wù)，并對所有學(xué)生機(jī)進(jìn)行管理。根據(jù)教師機(jī)管理和服務(wù)的方式，教學(xué)功能模塊包括以下三個(gè)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(jī)進(jìn)入接收屏幕廣播狀態(tài)，將教師機(jī)上的所有屏幕圖像內(nèi)容同步傳送給學(xué)生機(jī)。（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(shí)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(jī)的具有多媒體支持的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就可以享有教師機(jī)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(jìn)/倒退/選擇節(jié)目的功能。遙控教學(xué)模塊該模塊用來實(shí)現(xiàn)教師機(jī)對學(xué)生機(jī)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(yuǎn)程命令三大功能。（1）遙控輔導(dǎo)使選中的學(xué)生機(jī)進(jìn)入示范教學(xué)狀態(tài)，所選學(xué)生機(jī)開始廣播屏幕上的圖像內(nèi)容，同步傳送給教師機(jī)和學(xué)生機(jī)。（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(biāo)對應(yīng)的學(xué)生屏幕就會(huì)充當(dāng)“教師機(jī)”角色，教師可以通過相應(yīng)的功能鍵取消示范教學(xué)。（3）遠(yuǎn)程命令打開學(xué)生機(jī)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(jī)對各個(gè)客戶端（學(xué)生機(jī)）進(jìn)行宏觀管理和系統(tǒng)維護(hù)。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(jī)可以將消息發(fā)布給部分學(xué)生機(jī)或全部學(xué)生機(jī)，學(xué)生機(jī)會(huì)自動(dòng)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(shí)現(xiàn)“電子舉手”的功能。學(xué)生機(jī)執(zhí)行“電子舉手”命令，在教師機(jī)上對應(yīng)學(xué)生就出現(xiàn)“？”，同時(shí)學(xué)生機(jī)提示“舉手成功！”。當(dāng)教師按下“取消舉手”功能鍵，對應(yīng)的圖標(biāo)就會(huì)復(fù)原，同時(shí)提示學(xué)生“舉手被取消”。 (3)屏幕監(jiān)控 使教師機(jī)對網(wǎng)絡(luò)教室中指定的學(xué)生機(jī)的屏幕內(nèi)容進(jìn)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(jī) IP 地址設(shè)置、排列學(xué)生圖標(biāo)、學(xué)生數(shù)與循環(huán)屏幕監(jiān)看的時(shí)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(xì)設(shè)計(jì)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(jì)的核心工作。以下就是以這三個(gè)核心功能為主的詳細(xì)設(shè)計(jì)與研究。 圖像壓縮算法的設(shè)計(jì)與實(shí)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(jìn)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(qiáng)，一旦有大量數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸時(shí)，網(wǎng)絡(luò)寬帶就難以滿足需要，就會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)“擁塞”或圖像“滯留”現(xiàn)象，這都是因?yàn)樗惴ǚ矫嬉蛩氐挠绊?。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(jìn)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(jìn)行了優(yōu)化和設(shè)計(jì)。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(jìn)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(shí)間的連續(xù)來進(jìn)行實(shí)時(shí)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(jìn)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(gè)文件都下載完再開始播放。客戶端在播放開始之前，會(huì)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(huì)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(shí)候節(jié)省本端的計(jì)算機(jī)資源。目前，實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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?shí)現(xiàn)需要緩存。因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)中以“包”傳輸為基礎(chǔ)進(jìn)行斷續(xù)的異步傳輸，對一個(gè)實(shí)時(shí) Audio/Video 源或存儲的 A