基于流媒体技术的气象远程培训课件点播系统

时间:2022-04-10 05:11:18

基于流媒体技术的气象远程培训课件点播系统

【摘 要】气象远程培训主要通过音频、视频(直播或录像)以及包括实时和非实时在内的计算机技术把课程传送到学习点。但是,多媒体文件通常较大,在用户带宽有限时,传输和下载耗时多。流媒体技术可以实现在窄带互联网上高效、实时地传播多媒体信息。本文介绍了流媒体的概念、流媒体技术及其网络协议、流式传输的基本原理和流媒体播放方式,阐述了流媒体技术在气象远程培训课件制作、和点播过程中的应用,针对课件点播系统实际应用中出现的音视频传输延迟问题,从课件制作和应用服务两个方面提出了改进建议。

【关键词】气象远程培训;流媒体技术;课件点播系统

0 引言

2002年,中国气象局实施了“气象远程培训系统”工程建设。自2003年开展气象远程培训以来,全体气象从业人员突破时空限制,可以在任何时间、任何地点进行个性化学习,充分体现了远程教育培训时效快、受训面广、费用低的优越性。气象远程培训主要通过音频、视频(直播或录像)以及包括实时和非实时在内的计算机技术把课程传送到学习点。但是,多媒体文件通常较大,在用户带宽有限时,传输和下载都比较耗费时间。流媒体技术解决了上述问题。

流媒体是一种新的媒体传送方式,近年来发展迅速,被广泛地用于网络音、视频的传输和播放,它使得在窄带互联网上高效、实时地传播多媒体信息成为可能。借助流媒体技术,远程教学中的视频或音频媒体被压缩成流式文件,存放在流媒体服务器中,配合Web服务器上的图文教学信息,通过Web浏览器查询与点播,有效解决文件传输延迟较大的问题。流式传输因其良好的实时性和交互性,较多应用流媒体技术开展课件点播和音、视频实时课堂等教学活动。本文主要介绍基于流媒体技术的气象远程培训课件点播系统。

1 流媒体技术概述

1.1 流媒体的概念

流媒体(Streaming Media)是指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体。由于流媒体采用了流式传输技术,文件不是一次读取和发送所有数据,而是首先发送文件的第一部分;在第一部分开始播放的同时,数据其余部分会不断传来,以供播放端使用。这样整个文件传输过程就像流水一样,连绵不断,故称之为“流媒体”。

1.2 流媒体技术及其网络协议

流媒体技术就是应用流式传输技术在网络上传输多媒体文件,而流式传输技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器,让用户一边下载一边观看、收听,而不需要等整个压缩文件下载到自已机器后才可以观看的网络传输技术。支持流媒体传输的网络协议包括RTP(Real-time Transport Protocol实时传输协议)、RTCP (Real-time Transport Control Protocol实时传输控制协议)、RTSP(Real-time Stream Protocol实时流协议)和RSVP(Resource Reservation Protocol资源预留协议)。RTP是用于Internet上针对多媒体数据流的一种传输协议,被定义为在一对一或一对多的传输情况下工作,其目的是提供时间信息和实现流同步。RTCP将控制包周期性地发给所有连接者,应用与数据包相同的分布机制。RTSP则定义了一对多应用程序如何有效地通过IP 网络传送多媒体数据。RSVP是一种支持多媒体通信,并提供端到端的QOS 协商和控制功能的协议,通常运行于服务器和路由器中。

1.3 流式传输的基本原理

由于Internet以包传输为基础进行断续的异步传输,各个包选择的路由器可能不尽相同,故到达客户端的延迟也就不等。因此,流式传输的实现需要缓存,使用缓存系统能弥补延迟和抖动的影响,从而使媒体数据能连续输出。流式传输的一般过程为:用户选择某一流媒体服务后,Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP 交换控制信息,以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来;然后,客户机上的 Web浏览器启动A/V H elper程序,使用HTTP 从Web服务器检索相关参数对H elper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V 数据的编码类型及于A/V 检索相关的服务器地址。

1.4 流媒体播放方式

(1)广播方式:用户被动接受流,客户端接受流,但不能控制流。数据包的单独一个拷贝发送给网络上的所有用户,不管用户是否需要。

(2)单播方式:一台服务器传送的数据包只能传递给一个客户机,媒体服务器必须向每个用户发送所申请的数据包,多个点对点方式结合。

(3)组播方式:允许路由器将数据包复制到多个通道,客户端共享一个数据包,按需提供。

(4)点播方式:客户端与服务器主动连接用户通过选择内容项目来初始化客户端连接。

2 流媒体技术在气象远程培训课件点播系统的应用

2.1 流媒体课件点播系统

气象远程培训系统中的课件点播系统简单易用,使用的设备、人力较少。

课件点播系统:

(1)传声器+摄像机编码器服务器局域网客户端

(2)传声器+摄像机编码器服务器Internet客户端

2.2 流媒体课件的制作

流媒体课件主要通过流媒体生成器软件Power Creator进行录制、编辑等。

课件实时录制过程:摄像机+教师+电脑录制服务器生成课件

Power Creator软件简单实用,集课件录制、编辑于一体。授课老师只要将教案编写成电子文档,懂得使用计算机,就能完成教学。Power Creator软件的优势还体现在:能够将计算机屏幕内容,包括鼠标运动轨迹、电子白板内容等完全录制下来。在录制屏幕内容时,只占用非常少的 CPU 资源,压缩率很高,磁盘空间占用少,屏幕捕获帧率可达30帧/秒,还可以实时采集教师的图像与声音。课件录制好后,利用软件可以对课件进行任意剪切,而且视频与讲稿能实现同步剪切。为避免出现“静音课件”现象,可以对图像和声音进行预览与监视,保证课件的录制效果。

2.3 流媒体课件的

通过Microsoft Media Server作为课件平台,服务器操作系统安装Windows Server 2003,集成Windows Media Service管理单元,可以完全控制服务器,并使用MMC管理控制台管理多组Windows Media服务器。方式分为单播和组播,根据客户端要求又可分为点播和广播。组播是将一个现场直播流同时传递给多个客户端,客户端不是连接到服务器上,而是连接到这个数据流,这样可以降低使用带宽。

2.4 流媒体课件的点播

远程学习者可以通过以下方式点播课件:在客户端通过安装好的Windows Media Player连接Windows Media服务器,选择需要的流媒体课件。在Windows Media Player中打开URL对话框并键入“mms://Windows Media server/file.asf”地址,或在浏览器的地址栏中键入文件地址,即可点播课件。如果服务器使用http传送流式内容,也可以通过URL地址连接服务器。通常情况是在html页面嵌入Microsoft ActiveX播放控件,用户可以通过浏览器打开服务器提供的页面,直接播放流媒体文件,实现课件点播。

2.5 课件点播系统的改进

在实际应用中,因用户访问量增加,课件点播系统会出现音视频传输延迟较大,甚至部分出现无限传输等待现象。原因在于Windows Media Services不能及时处理用户响应,建议从以下两方面进行改进。

课件制作方面:课件的屏幕由教师视频窗口、教师授课内容窗口、课件内容索引窗口三部分组成,音视频文件约占整个课件大小的50%。在实际播放课件时,远程学习者较少关注教师的肢体语言,主要关注的是教师的声音和教案,因此,可以弱化视频流传输甚至完全去掉视频流。处理方法是将录制好的课件进行分流,保留音频,视频部分用教师授课图片代替。这样,在进行流传输时,只传输音频,减少系统负载。例如,一段500MB的课件经过分流后,容量压缩50%左右,大小约为200MB,大大减少了系统负载。

应用服务方面:采用分布式课件服务器作负载均衡。在进行远程学习时,员工用ID号登录气象远程教学网即可。员工ID号是按照省份编制的,即通过ID号可以区分员工所在省份。因此,一方面在部分省份设置分布式课件服务器作为试点,另一方面,在主站增加课件服务器作负载均衡,分担远程教学网压力。如下图所示,应用分布式课件服务器前,员工登录网站后,由于员工与主站服务器直接交互,负载集中在主站服务器上;应用分布式课件服务器后,员工登录后,系统根据员工ID号判断其所属省份,指向相应省份的课件服务器,员工与分布式课件服务器交互,减小了主站服务器的压力。没有设置分布式课件服务器的省份,仍由主站服务器群提供服务。通过以上改进,形成由主站提供应用服务,各省设置的分布式课件服务器和主站分布式服务器群组成的流媒体课件点播系统。

通过课件制作方面的改进,远程教学网传输的是经过分流的流媒体课件,相同课件内容,传输流量减小;通过应用服务方面的改进,分布式课件服务器承担了主服务器部分负载,提高了整体系统性能。从全国层面来看,可以大大减少课件点播时的延迟现象,提高学习效率。

4 结语

本文着重对流媒体技术在气象远程培训课件点播系统中的应用进行了探讨,阐述了流媒体课件的制作、、点播方法,对于课件点播系统在实际应用中出现的问题,提出了改进的建议。通过气象远程培训课件点播系统,学习者共享优质教学资源,教学管理人员可以方便快捷生成课件,使教与学及时沟通,大大提高远程培训效果。

【参考文献】

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