摘要：本文对流媒体技术基本原理及在多媒体网络教学中的应用方式、流式教学系统的特点和发展现状等几方面进行阐述的基础上，根据教学构件划分思想，设计了一个能够在低成本条件下使用的远程教学系统，对远程教学系统开发具有实际的指导意义。

关键词：远程教学  Windows Media  流媒体服务器  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

以计算机为核心的信息技术作为现代最富革命性的社会生产力正日益广泛和深刻渗透到教育领域，使教育体制、模式、内容、手段、观念、方式等方面都发生根本性的变革[1]。现在以多媒体和Internet为标志的新信息技术革命己引起教育领域的深刻变革，使教育体制和教学模式产生新的大飞跃，多媒体网络教学是这样的一种新型教学模式。它是一种利用计算机的网络综合传播、处理多种多样的多媒体信息(如文字、图像、音频、图形、视频、动画等)，使得多种教学信息建立起联系的交互性的教学活动[2]。由于多媒体的网络教学具有其它的技术方法无可比拟的优越性，世界上各国特别是发达国家对此无不给予极度高度重视，并且投入大量资金，开展这一领域的基础和应用研究。流式媒体的传输技术作为多媒体的网络教学得以顺利地实施的关键技术，近些年来自然是研究的热点所在了。利用流媒体的技术与其它的网络技术的相结合建立起流式多媒体的网络教学系统，是多媒体网络教学的发展新方向。

同时，远程教学系统的研究和建设，也是高校的信息化建设重要的组成部分，它不能脱离实际需求而存在[3]。在合理的规划教学系统功能的基础上，怎样更好地整合现有的教学资源，提高系统的可扩展性以及可重用性，是远程教学系统的研建中需要解决的重要课题。我国教育部在《面向21世纪的教育振兴行动计划》中提出，必须要形成高等教育面向社会开放的教育网络，其构建包括校内的课堂教学和校外的社会教育在内终身的学习体系，使得现代远程教育成为中国高等教育在21世纪的发展新领域。建设流式多媒体的网络教学系统，是我国高校实施的多媒体网络教学的一个新模式，更是远程教育发展的主要方向。对流式教学系统设计的理念、实现的方法以及功能完善的研究，具有十分重要的现实意义。

2.系统需求分析及工作流程

网络教学系统是一套提供远程教学的服务系统软件，它是以网络课件为核心，在教学管理系统的支持下，有效合理地利用学科的教学资源，为实施全方位现代远程教学提供服务，系统将网络课件和学校的远程教学服务进行有机的集成。网络教学系统不仅仅是先进的计算机科学以及技术水平的体现，更重要的它符合现代化教育的一般规律，能为远程教育提供真正高效的现代化教育手段[4]。本文建设一个流式的教学系统作为教师在课堂教学上的辅助手段，考虑到系统的易扩容性和节约成本，选用基于纯软件方式进行设计本系统，不需购买额外的硬件设备。该系统应该具备用户管理、师生交流、教程点播与直播、在线测试等等基本功能。使用该系统的用户身份将分为以下4类[5]。

A类（超级管理员）：该类有权使用所有功能。

B类（各子系统的管理员，必须由超级管理员批准）：该类可以对相应子系统进行维护操作。

C类（在教学系统里注册的教师）：该类有权使用教师的专用功能，比如上传教案、批改试卷等。

D类（在教学系统里注册的学生）：该类有权使用学生的专用功能，比如点播教程、在线测试等。

本系统的工作流程如图1所示。

3.功能模块设计

按照教学子系统的划分思想，划分出本流式的教学系统功能模块，如图2所示。各子系统的具体功能描述如下。

教学管理的子系统

用户管理模块：用户的注册（如管理员的资格审批、教师以及学生的身份核实等）、用户信息的维护；

设备管理模块：对流式的教学系统使用到的设备（比如流媒体服务器）进行统一管理，如配置参数等等；

教学资源的管理模块：对流式的教学系统中的教学资源进行管理，比如点播教程以及教师教案的上传、测验和考试题目的添加等等；

教学信息查询与统计模块：课程/教师/学生信息的查询和统计。教程的点播子系统点播文件生成模块：根据已上传的教程文件，利用windows media流媒体技术来生成点播文件；

点播文件浏览模块：根据用户的提交请求，在网页中使用嵌入windows media播放器的方式，来播放教程文件。

实时授课子系统

视音频同步的多播模块：使用Windows Media的多播技术对教师的授课情况进行视频以及音频的同步多播；

学生状态显示模块：在教师授课的同时，教师终端上显示学生的状态信息。

资源下载子系统

资源下载模块：提供教程资源的下载。

测验考试子系统

试题生成模块：根据测验或者考试需求，从题库中提取合适的试题，生成试卷；

试题提交模块：学生测验或者考试试题的提交；

试题批改模块：教师批改试题并评分。

师生交流子系统包含新闻公告模块、师生聊天模块、论坛等等。

其它可扩充内容可以根据需要加入一些辅助的功能，比如校历、天气预报等。

4.系统实现

4.1.设备（流媒体服务器）管理

这工作由设备管理的模块来完成。管理员使用该模块对流媒体服务器的各项参数进行设置。在设计后台的管理页面时，加入Windows Media的服务管理器的一个链接。该管理器用Web页面的方式来显示各个管理选项，操作方便[6]。Windows Media服务器可利用单点传送（Unicasting，又称单播）或者多点传送（Multicasting，又称多播）的方式，通过Web服务器在局域网或者互联网上向用户传送实时和点播的节目。因此，若要想向流式教学系统的用户提供教程的点播服务，首先需开启Windows Media的单播服务。

在Windows Media的服务管理器中，创建单播发布点，指定为用于流式播放的路径。（只有该路径下的文件可进行流式播放，可连接到多个流媒体的服务器和多个单播的发布点。）具体步骤如下：

第一步，创建新的点播发布点，选择MMS作为发布协议。

第二步，根据作为流媒体服务器计算机的硬件配置以及网络的带宽情况，设置单播的发布点最大用户数和最大带宽等等。

如，将单播的发布点cgvod的最大客户数限制在20个，如图3所示。

第三步，选中“启用客户端监视”复选框，可监视发布点的客户端情况。其中监视项目包括：客户端ID、客户端计算机使用的端口、客户端计算机IP地址、单播的状态（当分流单播时，状态为“分流”，分流结束以后，状态为“打开”）及发送到客户端的计算机的点播文件名称，如图4所示。

4.2.用户管理

该工作由用户管理模块完成。和教程点播的子系统相关的工作流程如下：

第一步，管理员、教师或者学生进行登录。

第二步，系统判别其用户角色。

第三步，超级管理员对用户的信息进行管理（添加、修改或者删除）。

第四步，用户对个人的信息进行管理（修改密码等等）。

用户管理模块中用到的类和方法及核心代码如下：

用户登录的类adminlogin

Adminlogin的成员函数，用来判断用户是否存在：

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

该工作由教学资源管理模块完成。与教程点播子系统相关的工作流程如下：

第一步，管理员或者教师登录系统，上传教程，包括教程说明信息，教程的题图及教程对应的媒体文件。

第二步，系统将教程名称、说明信息、媒体文件的存储路径及题图存储的路径写入相应数据库的数据表里。

第三步，管理员以及教师可对上传的教程信息进行修改或者删除（其中教师只是有权删除自己所上传的教程）。

（代码略）。

4.4.教程点播子系统的实现

（1）点播文件的生成

该工作由教程点播子系统中的点播文件生成模块来完成。流程为：

第一步，该系统读取媒体文件信息表里边的信息，根据媒体文件生成一个同名的指针文件（即ASX文件），写入指定

第二步，根据实际的情况，进行指针文件的重写（媒体文件的数据表中的相应字段若发生变化，自动进行重写。根据媒体文件的存储路径生成的指针文件的核心代码如下：

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

if(Directory.Exists("D:\\Media")//判断目录是否存在

{if(File.Exists(File1))//先判断文件是否存在

{FileInfo fi=new FileInfo(destinationFile);

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

//如果文件属性为readonly,则改为normal以便删除

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

File.Delete(destinationFile);//删除已经存在的文件

//创建新文件

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);//写入媒体名称

SwInfo.Write(MediaContent);//写入媒体简介

SwInfo.Write(Mediaaddress);//写入媒体连接地址

swInfo.Flush();

swInfo.Close();

由于本流式的教学系统采用Windows Media的流媒体技术，因此所有用于流式传输的媒体文件都符合Windows Media标准的流媒体格式，比如asf、wmv（改进的asf格式）等等[7]。这类媒体文件均可使用ASX文件作为指针。ASX文件是微软的流媒体格式的索引文件，主要对Windows Media的流媒体文件重定向的作用。由于通用的浏览器经常不能直接支持用来播放流信息的协议MMS，使用ASX文件就非常有必要。在ASX中包含了媒体内容对应的URL，当在HTML中让一个链接和ASX联系时，浏览器会直接将ASX内容送给Windows Media的播放插件，Windows Media的播放插件会根据ASX文件信息用相应的协议去打开指定位置上多媒体信息流或者多媒体文件。即浏览器端无须关心所要播放的流采用哪种协议进行访问，而是把这项工作完全交给Windows Media播放插件去完成。

ASX文件的书写是严格地遵循XML规范。XML（可扩展标记语言）是Internet上数据表示以及数据交换的新标准。它是ISO（International Organization for Standardization，国际标准化组织）的SGML（Standard for General Markup Language，通用标记语言标准）的一个简化子集。XML关注的是信息本身，是Web上表示结构化的信息的一种标准文本格式。XML具有如下诸多优点：语言简单有效，良好的可扩展性，可自行定义标记；主要刻画数据内容，内容与形式的分离，不考虑显示效果；严格的语法要求，便于分析统一以及与数据库信息转换；便于传输，是纯文本形式，可以通过HTTP协议直接传输，可以跨越防火墙等等。

使用ASX的文件作为媒体文件的指针，有如下优点：

（1）ASX是基于XML标准，便于书写和加工。我们可为指定的教程添加必要的信息，如在播放时显示其相关知识点名称等，以利于教学工作正常进行。

（2）基于教学系统的需求，我们可使用ASX文件制作出一些播放的列表，比如一门课程从第一讲到第N讲的视频教程，用户可连续观看，不必重新选择。

一个简单的播放列表书写格式如下。

（3）使用ASX文件对流媒体的文件进行重定向，即使浏览器端不支持MMS协议，也可进行播放。这样，流媒体的服务器提供的流式传输服务对用户来讲是透明的，Web服务器也可与流媒体的服务器分离开，便于布署和维护。

（2）点播文件的浏览

该工作由教程的点播子系统中的点播文件的浏览模块完成。点播文件的具体流程如下：

第一步，用户先浏览教程点播Web页面，单击“在线观看”按钮。

第二步，点播文件的浏览模块根据Web页面传送的教程ID，把同名的ASX文件发送给用户的浏览器。

第三步，浏览器将自动解析该ASX文件，寻找到点播教程的具体URL地址。

第四步，浏览器向提供教程的流媒体服务器发出点播请求，流媒体服务器接受请求并调用嵌入网页中的Windows Media的播放器进行播放。

我们用在网页中嵌入Windows Media控件的方式来播放选中的教程的媒体文件。Windows Media的控件有很多参数，可通过HTML语言来控制媒体文件的播放状态。通过修改Media控件的相关一些参数设置，可选择是否开放快进，快退，暂停以及其它一些高级功能。此外，还可对播放界面以及教程ASX文件进行进一步的设计，如在教程播放时同步显示教师的教案、为教程的设置多个起始播放点等等，以满足多种多样的教学需求。

5.结论

多媒体的网络教学作为一种现代的教学模式，为建立新型的教育方式提供契机，为教育功能全方位的扩展创造了条件。如何利用现有的计算机技术构建多媒体的网络教学系统，更好地来整合教学资源，为师生服务，是高校的信息化建设中的重要课题。本文对基于流媒体技术的多媒体网络教学系统（简称流式教学系统）的相关问题进行了探讨，对多媒体网络教学具有一定的实际意义。

参考文献

[1] 严照楼，潘爱民，无线局域网的安全性研究，计算机工程与应用，2008, 5, pp.139-141

[2] 刘琦，何连跃，杨灿群，无线局域网的信息安全保障，计算机应用，2007, 23(4),pp.92-95

[3] 陆小芳，付心建. Web服务的两种调用模型的比较及开发[[J].计算机应用，2005, 25（1) 78一80

[4] Ahneida Jussara Marques de. Streaming Content Distribution Net+orks With Minimum Delivery Cost[J]. DissertationAbstracts International 2007，64:2260

[5] A. Karneas等.Teaching a High-School Technology Tutorial with the Aid of Virtual Real[J]. Education and Information Technologies，2007，5（4):305-315

[6] Brusilovsky，Miller.  Tutorial Delivery Systems for the Virtual University[C].  Access to Knowledge: New Information Technologies and the Emergence of the Virtual University 2006:167-206

[7] Cai Ying} Hua Kien A. Sharing Multicast Videos Using Patching Streams[J]. Multimedia Tools and Applications.2006，21（2):125－146