【正文】 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。除了文中特別加以標(biāo)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。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。學(xué)校有權(quán)保存并向國家有關(guān)部門或機(jī)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)?？梢怨紝W(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。本學(xué)位論文屬于：□保密，在 年解密后適用本授權(quán)書。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(jī)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(jìn)入了全面普及化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化的嶄新發(fā)展階段。正由于流媒體技術(shù)具有這些優(yōu)點，所以流媒體技術(shù)自真正誕生至今天不過短短幾年時間就被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)多媒體新聞發(fā)布、在線直播、網(wǎng)絡(luò)廣告、電子商務(wù)、視頻點播、遠(yuǎn)程醫(yī)療、網(wǎng)絡(luò)電臺、遠(yuǎn)程教育等互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)的方方面面。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(jìn)行研究具有重要的意義。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)。 網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。由于面向計算機(jī)的傳通計算機(jī)功能簡單且操作復(fù)雜，而多媒體技術(shù)通過視頻、音頻和更廣義的人機(jī)交互等手段拓展了計算機(jī)的功能，同時降低了計算機(jī)的操作復(fù)雜度。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。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。在任何一個國家，都是教育者永恒的話題。雖然國家大力發(fā)展各級各類教育，并取得顯著進(jìn)步，但是和發(fā)達(dá)國家相比特別是與高等教育人口比例 高達(dá)50%70%的國家相比，還存在一定的差距。為此，國家教育部制定的“面向21世紀(jì)教育振興行動計劃”中明確將實施現(xiàn)代遠(yuǎn)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(yuǎn)程教育的一種重要形式，正借著計算機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在世界范圍全面展開。現(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。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。自1995年推出第一個Internet流媒體播放器以來，流媒體應(yīng)用有了爆炸性增長?，F(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”。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。1998年，國務(wù)院批準(zhǔn)了教育部《關(guān)于發(fā)展我國現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的意見》，教育部批準(zhǔn)了清華大學(xué)等四所高校開展現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育試點，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育項目啟動。從1995年推出第一個互聯(lián)網(wǎng)流媒體播放以來，流媒體應(yīng)用了爆炸性增長。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。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。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。隨著計算機(jī)技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程教育的發(fā)展經(jīng)歷了三個階段。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。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。雖然在經(jīng)過20幾年的發(fā)展，我國的遠(yuǎn)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(dá)國家相比還是存在很大的差距的?；诹髅襟w技術(shù)的課件點播系統(tǒng)的發(fā)展趨勢主要有以下幾方面：1)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化,我們通過網(wǎng)絡(luò)人們建立了虛擬教室、虛擬圖書館、虛擬大學(xué)等。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(yuǎn)程教學(xué)和實習(xí)中獲得身臨其境的感覺。基于超媒體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。4)遠(yuǎn)程教育：將信息從教室端傳遞到遠(yuǎn)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。5)寬帶視頻點播：隨著計算機(jī)的發(fā)展，VOD技術(shù)逐漸應(yīng)用于局域網(wǎng)及有線電視網(wǎng)絡(luò)中，雖然VDO技術(shù)趨于完善，但是音視頻的信息的龐大量對其發(fā)展還是有點阻礙的。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(jìn)，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。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。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)。流媒體技術(shù)具有如此好的優(yōu)勢以及市場活力，因此在現(xiàn)代教育手段中引進(jìn)流媒體技術(shù)是一個明智的抉擇。 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(jìn)行了闡述。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)。最后是全文總結(jié)，并指出進(jìn)一步要做的工作。第二章 需求分析 ,分析了流媒體技術(shù)的特點,以及流媒體技術(shù)應(yīng)用于遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的優(yōu)勢,提出了基于流媒體技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學(xué)系統(tǒng)的基本架構(gòu),包括系統(tǒng)的基本組成、應(yīng)具備的功能和系統(tǒng)的特點.。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(rèn)證流媒體服務(wù)器圖21 流媒體具體應(yīng)用用例圖 經(jīng)濟(jì)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。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。5)可擴(kuò)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(kuò)展和升級的需求。7)安全性：提供多層次安全控制手段，建立完善的安全管理體系，防止數(shù)據(jù)受侵擊和破壞，并有可靠的防病毒措施和阻擋不良信息進(jìn)入的措施。 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(hù)性。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。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(jī)上才可以觀看的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)。流媒體技術(shù)跟傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)媒體播放方式具有如下的特點：1)啟動延時短：當(dāng)用戶點擊播放連接時，只需要一段較短的預(yù)置時間，文件就可以開始播放了。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。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。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。流媒體的傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要緩存。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(dá)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。流媒體傳輸?shù)膶崿F(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。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)。2)在客戶機(jī)上的Web瀏覽器啟動A/V Helper程序，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對Helper程序初始化，A/V播放器進(jìn)行初始化。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。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。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。流式傳輸是流媒體實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)流式傳輸有兩種方法：實時流式傳輸和順序流式傳輸。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。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。實時流式傳輸必須連接帶寬，這意味著以ADSL速度連接時圖像質(zhì)量比較差。如想要保證音視頻質(zhì)量，順序流式傳輸也許更好。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。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。2)順序流式傳輸：順序流式傳輸是順序下載，在下載文件同時用戶可觀看在線媒體，在給定時刻，用戶只能觀看已下載的部分，而不能跳到還為下載的那部分，順序流式傳輸不像實時流式傳輸在傳輸期間根據(jù)用戶連接的速度做調(diào)整。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。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。順序流式文件是放在標(biāo)準(zhǔn)HTTP或FTP服務(wù)器上，易于管理，基本上與防火墻無關(guān)。它也不支持現(xiàn)場廣播，嚴(yán)格地說，它只是一種點播技術(shù)。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。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。用戶可以開始、停止、后退、快進(jìn)或者是暫停流。廣播指的是用戶被動接收流。例如：一個用戶不能暫停、快進(jìn)該流。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。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。組播技術(shù)構(gòu)建一種具有組播能力的網(wǎng)絡(luò)，允許路由器一次將數(shù)據(jù)包復(fù)制到多個通道上。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。網(wǎng)絡(luò)利用效率大大提高，成本大為下降。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。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：具體的編碼過程如下：3)媒體發(fā)布格式：媒體發(fā)布格式不是壓縮格式，也不是傳輸協(xié)議，其本身并不描述視聽數(shù)據(jù)，也不是提供編碼方法。在這里，媒體發(fā)布格式起到播放列表的作用。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。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。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。我們也可以以相同格式同步不同類型中流中獲益。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。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(biāo)準(zhǔn)。一旦規(guī)范完成，ISMA江促進(jìn)規(guī)范的實施。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。流媒體技術(shù)是美國Real Networks公司首先推出的。微軟進(jìn)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(rèn)識和接受，此產(chǎn)品與Windows OS集成在一起提供給用戶。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。SNIL是一種類似于HTML的標(biāo)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。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。 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(jìn)行了可行性分析，分別為經(jīng)濟(jì)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(jìn)行了闡述。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。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。Windows Media組件服務(wù)是運(yùn)行與Microsoft Windows Server上的一系列服務(wù)。組件服務(wù)是指Windows Media監(jiān)視器、廣播站和單