摘要：本文對流媒體技術基本原理及在多媒體網絡教學中的應用方式、流式教學系統(tǒng)的特點和發(fā)展現(xiàn)狀等幾方面進行闡述的基礎上，根據教學構件劃分思想，設計了一個能夠在低成本條件下使用的遠程教學系統(tǒng)，對遠程教學系統(tǒng)開發(fā)具有實際的指導意義。

關鍵詞：遠程教學  Windows Media  流媒體服務器  集群

Abstract: The basic principle of streaming media technology and its application in multimedia network teaching methods, streaming characteristics and the composition of the teaching system, the development of several aspects of the status quo set out based on the idea of teaching components division to design a can be used under the conditions of the existing low-cost, remote education system for the remote teaching system develop practical guiding significance.
Keywords: distance learning Windows Media streaming media server cluster

1.引言

以計算機為核心的信息技術作為現(xiàn)代最富革命性的社會生產力正日益廣泛和深刻滲透到教育領域，使教育體制、模式、內容、手段、觀念、方式等方面都發(fā)生根本性的變革[1]?，F(xiàn)在以多媒體和Internet為標志的新信息技術革命己引起教育領域的深刻變革，使教育體制和教學模式產生新的大飛躍，多媒體網絡教學是這樣的一種新型教學模式。它是一種利用計算機的網絡綜合傳播、處理多種多樣的多媒體信息(如文字、圖像、音頻、圖形、視頻、動畫等)，使得多種教學信息建立起聯(lián)系的交互性的教學活動[2]。由于多媒體的網絡教學具有其它的技術方法無可比擬的優(yōu)越性，世界上各國特別是發(fā)達國家對此無不給予極度高度重視，并且投入大量資金，開展這一領域的基礎和應用研究。流式媒體的傳輸技術作為多媒體的網絡教學得以順利地實施的關鍵技術，近些年來自然是研究的熱點所在了。利用流媒體的技術與其它的網絡技術的相結合建立起流式多媒體的網絡教學系統(tǒng)，是多媒體網絡教學的發(fā)展新方向。

同時，遠程教學系統(tǒng)的研究和建設，也是高校的信息化建設重要的組成部分，它不能脫離實際需求而存在[3]。在合理的規(guī)劃教學系統(tǒng)功能的基礎上，怎樣更好地整合現(xiàn)有的教學資源，提高系統(tǒng)的可擴展性以及可重用性，是遠程教學系統(tǒng)的研建中需要解決的重要課題。我國教育部在《面向21世紀的教育振興行動計劃》中提出，必須要形成高等教育面向社會開放的教育網絡，其構建包括校內的課堂教學和校外的社會教育在內終身的學習體系，使得現(xiàn)代遠程教育成為中國高等教育在21世紀的發(fā)展新領域。建設流式多媒體的網絡教學系統(tǒng)，是我國高校實施的多媒體網絡教學的一個新模式，更是遠程教育發(fā)展的主要方向。對流式教學系統(tǒng)設計的理念、實現(xiàn)的方法以及功能完善的研究，具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2.系統(tǒng)需求分析及工作流程

網絡教學系統(tǒng)是一套提供遠程教學的服務系統(tǒng)軟件，它是以網絡課件為核心，在教學管理系統(tǒng)的支持下，有效合理地利用學科的教學資源，為實施全方位現(xiàn)代遠程教學提供服務，系統(tǒng)將網絡課件和學校的遠程教學服務進行有機的集成。網絡教學系統(tǒng)不僅僅是先進的計算機科學以及技術水平的體現(xiàn)，更重要的它符合現(xiàn)代化教育的一般規(guī)律，能為遠程教育提供真正高效的現(xiàn)代化教育手段[4]。本文建設一個流式的教學系統(tǒng)作為教師在課堂教學上的輔助手段，考慮到系統(tǒng)的易擴容性和節(jié)約成本，選用基于純軟件方式進行設計本系統(tǒng)，不需購買額外的硬件設備。該系統(tǒng)應該具備用戶管理、師生交流、教程點播與直播、在線測試等等基本功能。使用該系統(tǒng)的用戶身份將分為以下4類[5]。

A類（超級管理員）：該類有權使用所有功能。

B類（各子系統(tǒng)的管理員，必須由超級管理員批準）：該類可以對相應子系統(tǒng)進行維護操作。

C類（在教學系統(tǒng)里注冊的教師）：該類有權使用教師的專用功能，比如上傳教案、批改試卷等。

D類（在教學系統(tǒng)里注冊的學生）：該類有權使用學生的專用功能，比如點播教程、在線測試等。

本系統(tǒng)的工作流程如圖1所示。

3.功能模塊設計

按照教學子系統(tǒng)的劃分思想，劃分出本流式的教學系統(tǒng)功能模塊，如圖2所示。各子系統(tǒng)的具體功能描述如下。

教學管理的子系統(tǒng)

用戶管理模塊：用戶的注冊（如管理員的資格審批、教師以及學生的身份核實等）、用戶信息的維護；

設備管理模塊：對流式的教學系統(tǒng)使用到的設備（比如流媒體服務器）進行統(tǒng)一管理，如配置參數等等；

教學資源的管理模塊：對流式的教學系統(tǒng)中的教學資源進行管理，比如點播教程以及教師教案的上傳、測驗和考試題目的添加等等；

教學信息查詢與統(tǒng)計模塊：課程/教師/學生信息的查詢和統(tǒng)計。教程的點播子系統(tǒng)點播文件生成模塊：根據已上傳的教程文件，利用windows media流媒體技術來生成點播文件；

點播文件瀏覽模塊：根據用戶的提交請求，在網頁中使用嵌入windows media播放器的方式，來播放教程文件。

實時授課子系統(tǒng)

視音頻同步的多播模塊：使用Windows Media的多播技術對教師的授課情況進行視頻以及音頻的同步多播；

學生狀態(tài)顯示模塊：在教師授課的同時，教師終端上顯示學生的狀態(tài)信息。

資源下載子系統(tǒng)

資源下載模塊：提供教程資源的下載。

測驗考試子系統(tǒng)

試題生成模塊：根據測驗或者考試需求，從題庫中提取合適的試題，生成試卷；

試題提交模塊：學生測驗或者考試試題的提交；

試題批改模塊：教師批改試題并評分。

師生交流子系統(tǒng)包含新聞公告模塊、師生聊天模塊、論壇等等。

其它可擴充內容可以根據需要加入一些輔助的功能，比如校歷、天氣預報等。

4.系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1.設備（流媒體服務器）管理

這工作由設備管理的模塊來完成。管理員使用該模塊對流媒體服務器的各項參數進行設置。在設計后臺的管理頁面時，加入Windows Media的服務管理器的一個鏈接。該管理器用Web頁面的方式來顯示各個管理選項，操作方便[6]。Windows Media服務器可利用單點傳送（Unicasting，又稱單播）或者多點傳送（Multicasting，又稱多播）的方式，通過Web服務器在局域網或者互聯(lián)網上向用戶傳送實時和點播的節(jié)目。因此，若要想向流式教學系統(tǒng)的用戶提供教程的點播服務，首先需開啟Windows Media的單播服務。

在Windows Media的服務管理器中，創(chuàng)建單播發(fā)布點，指定為用于流式播放的路徑。（只有該路徑下的文件可進行流式播放，可連接到多個流媒體的服務器和多個單播的發(fā)布點。）具體步驟如下：

第一步，創(chuàng)建新的點播發(fā)布點，選擇MMS作為發(fā)布協(xié)議。

第二步，根據作為流媒體服務器計算機的硬件配置以及網絡的帶寬情況，設置單播的發(fā)布點最大用戶數和最大帶寬等等。

如，將單播的發(fā)布點cgvod的最大客戶數限制在20個，如圖3所示。

第三步，選中“啟用客戶端監(jiān)視”復選框，可監(jiān)視發(fā)布點的客戶端情況。其中監(jiān)視項目包括：客戶端ID、客戶端計算機使用的端口、客戶端計算機IP地址、單播的狀態(tài)（當分流單播時，狀態(tài)為“分流”，分流結束以后，狀態(tài)為“打開”）及發(fā)送到客戶端的計算機的點播文件名稱，如圖4所示。

4.2.用戶管理

該工作由用戶管理模塊完成。和教程點播的子系統(tǒng)相關的工作流程如下：

第一步，管理員、教師或者學生進行登錄。

第二步，系統(tǒng)判別其用戶角色。

第三步，超級管理員對用戶的信息進行管理（添加、修改或者刪除）。

第四步，用戶對個人的信息進行管理（修改密碼等等）。

用戶管理模塊中用到的類和方法及核心代碼如下：

用戶登錄的類adminlogin

Adminlogin的成員函數，用來判斷用戶是否存在：

Public Sub doit(ByVal sender As System.Object,ByVal e As System.EventArgs)

Dim sql As String="select*from[admin]where username='"&name&

"'and password='"&userpassword&"'"

obj.conn.Open()

mycommand=New OleDbCommand(sql,obj.conn)

rs=mycommand.ExecuteReader

4.3.教程管理

該工作由教學資源管理模塊完成。與教程點播子系統(tǒng)相關的工作流程如下：

第一步，管理員或者教師登錄系統(tǒng)，上傳教程，包括教程說明信息，教程的題圖及教程對應的媒體文件。

第二步，系統(tǒng)將教程名稱、說明信息、媒體文件的存儲路徑及題圖存儲的路徑寫入相應數據庫的數據表里。

第三步，管理員以及教師可對上傳的教程信息進行修改或者刪除（其中教師只是有權刪除自己所上傳的教程）。

（代碼略）。

4.4.教程點播子系統(tǒng)的實現(xiàn)

（1）點播文件的生成

該工作由教程點播子系統(tǒng)中的點播文件生成模塊來完成。流程為：

第一步，該系統(tǒng)讀取媒體文件信息表里邊的信息，根據媒體文件生成一個同名的指針文件（即ASX文件），寫入指定

第二步，根據實際的情況，進行指針文件的重寫（媒體文件的數據表中的相應字段若發(fā)生變化，自動進行重寫。根據媒體文件的存儲路徑生成的指針文件的核心代碼如下：

string file1="D:\\Media"+medianame+".asx";

if(Directory.Exists("D:\\Media")//判斷目錄是否存在

{if(File.Exists(File1))//先判斷文件是否存在

{FileInfo fi=new FileInfo(destinationFile);

if(fi.Attributes.ToString().IndexOf("ReadOnly")!=-1)

//如果文件屬性為readonly,則改為normal以便刪除

fi.Attributes=FileAttributes.Normal;//改為normal

File.Delete(destinationFile);//刪除已經存在的文件

//創(chuàng)建新文件

FileStream fsInfo=new FileStream("D:\\Media\"+MediaID+".asx",

FileMode.OpenOrCreate,FileAccess.Write);

StreamWriter swInfo=new StreamWriter(fsInfo);

swInfo.Flush();

swInfo.BaseStream.Seek(0,SeekOrigin.Begin);

swInfo.Write(Medianame);//寫入媒體名稱

SwInfo.Write(MediaContent);//寫入媒體簡介

SwInfo.Write(Mediaaddress);//寫入媒體連接地址

swInfo.Flush();

swInfo.Close();

由于本流式的教學系統(tǒng)采用Windows Media的流媒體技術，因此所有用于流式傳輸的媒體文件都符合Windows Media標準的流媒體格式，比如asf、wmv（改進的asf格式）等等[7]。這類媒體文件均可使用ASX文件作為指針。ASX文件是微軟的流媒體格式的索引文件，主要對Windows Media的流媒體文件重定向的作用。由于通用的瀏覽器經常不能直接支持用來播放流信息的協(xié)議MMS，使用ASX文件就非常有必要。在ASX中包含了媒體內容對應的URL，當在HTML中讓一個鏈接和ASX聯(lián)系時，瀏覽器會直接將ASX內容送給Windows Media的播放插件，Windows Media的播放插件會根據ASX文件信息用相應的協(xié)議去打開指定位置上多媒體信息流或者多媒體文件。即瀏覽器端無須關心所要播放的流采用哪種協(xié)議進行訪問，而是把這項工作完全交給Windows Media播放插件去完成。

ASX文件的書寫是嚴格地遵循XML規(guī)范。XML（可擴展標記語言）是Internet上數據表示以及數據交換的新標準。它是ISO（International Organization for Standardization，國際標準化組織）的SGML（Standard for General Markup Language，通用標記語言標準）的一個簡化子集。XML關注的是信息本身，是Web上表示結構化的信息的一種標準文本格式。XML具有如下諸多優(yōu)點：語言簡單有效，良好的可擴展性，可自行定義標記；主要刻畫數據內容，內容與形式的分離，不考慮顯示效果；嚴格的語法要求，便于分析統(tǒng)一以及與數據庫信息轉換；便于傳輸，是純文本形式，可以通過HTTP協(xié)議直接傳輸，可以跨越防火墻等等。

使用ASX的文件作為媒體文件的指針，有如下優(yōu)點：

（1）ASX是基于XML標準，便于書寫和加工。我們可為指定的教程添加必要的信息，如在播放時顯示其相關知識點名稱等，以利于教學工作正常進行。

（2）基于教學系統(tǒng)的需求，我們可使用ASX文件制作出一些播放的列表，比如一門課程從第一講到第N講的視頻教程，用戶可連續(xù)觀看，不必重新選擇。

一個簡單的播放列表書寫格式如下。

（3）使用ASX文件對流媒體的文件進行重定向，即使瀏覽器端不支持MMS協(xié)議，也可進行播放。這樣，流媒體的服務器提供的流式傳輸服務對用戶來講是透明的，Web服務器也可與流媒體的服務器分離開，便于布署和維護。

（2）點播文件的瀏覽

該工作由教程的點播子系統(tǒng)中的點播文件的瀏覽模塊完成。點播文件的具體流程如下：

第一步，用戶先瀏覽教程點播Web頁面，單擊“在線觀看”按鈕。

第二步，點播文件的瀏覽模塊根據Web頁面?zhèn)魉偷慕坛蘄D，把同名的ASX文件發(fā)送給用戶的瀏覽器。

第三步，瀏覽器將自動解析該ASX文件，尋找到點播教程的具體URL地址。

第四步，瀏覽器向提供教程的流媒體服務器發(fā)出點播請求，流媒體服務器接受請求并調用嵌入網頁中的Windows Media的播放器進行播放。

我們用在網頁中嵌入Windows Media控件的方式來播放選中的教程的媒體文件。Windows Media的控件有很多參數，可通過HTML語言來控制媒體文件的播放狀態(tài)。通過修改Media控件的相關一些參數設置，可選擇是否開放快進，快退，暫停以及其它一些高級功能。此外，還可對播放界面以及教程ASX文件進行進一步的設計，如在教程播放時同步顯示教師的教案、為教程的設置多個起始播放點等等，以滿足多種多樣的教學需求。

5.結論

多媒體的網絡教學作為一種現(xiàn)代的教學模式，為建立新型的教育方式提供契機，為教育功能全方位的擴展創(chuàng)造了條件。如何利用現(xiàn)有的計算機技術構建多媒體的網絡教學系統(tǒng)，更好地來整合教學資源，為師生服務，是高校的信息化建設中的重要課題。本文對基于流媒體技術的多媒體網絡教學系統(tǒng)（簡稱流式教學系統(tǒng)）的相關問題進行了探討，對多媒體網絡教學具有一定的實際意義。

參考文獻

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