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密 级： 学 号： QQQQ大学 硕士学位论文
流媒体技术的研究及在网络教学中的应用
研究生：
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研究方向：
所在学院： 2008 年 11月 软件工程硕士学位论文｜软件工程硕士毕业论文经典范文
2008年11月
摘要
流媒体采用“边下载、边输出”的流方式传输，这不仅使启动延时大幅的缩短，而且对系统缓存的需求也大大降低，另外它还可以进行同步、标识、控制等。正由于流媒体技术具有这些优点，所以流媒体技术自真正诞生至今天不过短短几年时间就被广泛应用于互联网多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程医疗、网络电台、远程教育、实时视频会议等互联网信息服务的方方面面。流媒体的应用系统、国际标准和基础研究正成为目前产业界和科研机构密切关注的焦点。通过设计一套流媒体应用系统，从理论和实践两个方面对流媒体技术进行研究具有重要的意义。
本文在对流媒体技术的基本原理及其在多媒体网络教学中的应用方式、流式教学系统的组成特点和发展现状等几个方面进行阐述的基础上，根据教学构件划分的思想，设计出一个能够在现有低成本条件下使用的流式教学系统。该系统使用纯软件实现方式，以Windows Media流媒体技术为支撑，依据教学构件划分的思想对流式教学系统中的各个子系统进行了合理划分，并分析了将流媒体应用到该系统时，需要解决的几类技术问题，由各个教学子系统向用户提供服务。利用现有的校园网设施，使用纯软件的方式，为师生提供教学服务。在阐述系统软硬件结构、工作流程和功能模块划分、数据库表设计的基础上，重点介绍了在.NET平台下，教学管理子系统和教程点播子系统的实现过程。
关键词：流媒体，网络教学，Windows Media， 流媒体服务器, 集群
ABSTRACT
Streaming media technology adopts streaming transport method which means “playing while downloading”. This makes not only startup delay time shorter, but also cache requirement less. What’s more, it owns other characters such as synchronization, identity, and controllability. Because of all of the merits above, streaming media technology are widely used in internet multimedia news release, on-line broadcast, internet advertisement, electronic commercial, video-on-demand, distance medical, internet station, distance education and real time video meeting. Application system, international standard and fundamental research of streaming media are being focus of industry and scientific research institution recently. Therefore, it’s significant to research on both theory and application of streaming media technology through designing an application system.
In this paper, a Streaming Education System which could used in low-cost condition was established, based on the thought of Teaching Components Division, according to the discuss of basic principle and application in multimedia network teaching of streaming media technology, as well as the characteristics and developing condition of Streaming Education System. Such system, using pure-software implemental method and Windows Media Technology as the supporting technology, could provide teaching service to users by different subsystems. Streaming media server is the most important part of streaming media system, we pay more attention to it’s design. Through comparing the current several system solutions of the Streaming Media server, we select the cluster system solution to build our courseware stream media server. In our cluster stream media server, we join the server cluster technology and SAN technology together, and use the Network Load Balance(NLB)technology to balance the workload in the cluster, and use the Windows Media Technology to accomplish the stream media management.
KEY WORDS：Streaming, E-learning, Windows Media, Streaming Media Server, Cluster
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目 录
摘要I
ABSTRACTII
1 绪论1
1. 1研究现状1
1. 2课题研究的意义3
1. 3课题主要研究工作及章节安排4
2 网络教学系统的相关技术5
2.1 流媒体在网络教学系统中的播放方式6
2.2流媒体文件格式6
2.3流媒体现状8
3 系统的开发工具Windows Media Service11
3.1 Windows Media的特点11
3.2 Windows Media视频技术组成11
3.3 Windows Media服务器组件12
3.4 Windows Media服务协议12
3.5 Windows Media工具13
4基于Windows Media的流式教学系统的设计16
4.1系统需求分析16
4.2总体设计16
4.3系统的开发平台和工具21
5流式教学系统的实现22
5.1设备（流媒体服务器）管理22
5.2用户管理23
5.3教程管理25
5.4教程点播子系统的实现29
5.5系统测试34
6.1本文总结37
6.2进一步工作37
参考文献39
致 谢42
1 绪论
1. 1研究现状
随着流媒体技术的日益成熟和完善，国内外针对流式多媒体网络教学系统的研究和应用方兴未艾，取得了许多研究成果。一些成果己经转化为产品，在众多高校的教学建设和远程教育事业中得到了应用。流媒体技术是当前多媒体网络教学得以顺利实施的关键技术。流媒体技术指在网络中传输使用流式传输技术，其所传输的媒体称为流媒体，静态的媒体有文字和图片，动态的媒体有音频、视频和动画等（孙力，钱维莹，2002；陆琼，2002）。“流媒体”这个词首先出现在美国，英文为“Streaming Media”，按字面理解就是像溪流一样的媒体（席慧刚，黄莉，2001）。流媒体文件格式是支持采用流式传输及播放的媒体格式。如果说传统多媒体的播放方式像是在浴缸中洗澡，必须水放满后再洗澡的话，那流媒体播放就像淋浴，打开开关就能洗澡，水是边洗边传过来的（林柏青，2003）。流媒体最显著的特征就是“边下载，边播放”（杨曼等，2003）。流媒体实现原理简单地说就是首先通过采用高效的压缩算法，在降低文件大小的同时伴随质量的损失，让原有的庞大的多媒体数据适合流式传输。然后通过架设流媒体服务器，修改MIME标识，通过各种实时协议传输流数据（吴国勇，邱学刚，万燕仔，2001；Marques，2003）。
[1][2] 1.1.1国外研究现状
流媒体技术起源于窄带互联网时期，自1995年推出第一个Internet流媒体播放器以来，流媒体应用有了爆炸性增长。据统计，目前互联网每周约有4.5万小时的广播节目，58个美国电视台提供Web广播，34个电视台提供点播服务。有近半数的跨国公司在内部使用流媒体实现Web广播。流媒体技术广泛用于网上新闻发布、在线直播、网络广告、远程教育、实时视频会议等。商业网站利用流媒体播放新闻，开展音、视频直播和点播服务。企业和机构采用点播和流媒体进行员工培训、信息发布、公司介绍等，从而提高效率，节约开支。基于流媒体的应用不仅转变了传统互联网呆板的内容表现形式，使传统影视媒体市场与宽带网络的应用服务相融合，还产生了宽带VOD、在线音乐、远程教育、宽带收费电视等新的应用。具有强视觉冲击力的视频节目成了人们进入宽带网络的最重要的应用之一，多媒体互动成了人们对宽带网络未来发展的期待。
流媒体技术自问世以来在美国教育界受到极大欢迎，满足了各级教育层次的需求。在高等教育方面，斯坦福大学的“斯坦福在线”远程学习计划最初使用QuickTime movies传统方式传送课程，长时间下载文件夹给学生带来很大不便。在1996-1997学年，该计划转而使用视频流媒体技术把课程资料传输给学生的计算机，并用微软媒体服务器实现流式实况授课和讨论，且把课程资料存档，保证学生日后能随时使用，给学生学习带来很大方便。北卡罗来纳州立大学的图像通讯服务处通过流媒体技术提高网络连接速度，进行包括电子商务系列研讨计划、美国环保署的大气污染远程教育网络计划和各种工程学院课程等工作和教学。里海大学的里海教育卫星网络在线(LESN-Online)互联网远程学习计划也通过实时网络视频流媒体传输各种课程，不仅丰富了学习者的学习经历，而且增强了个性色彩。康奈尔大学远程学习部也开设了科目种类繁多的由多种传输速率连接的流视频课程。俄克拉荷马大学的工程媒体实验室、阿拉巴马大学教学和学习中心等也采用实时网络视频流媒体传授课程和开展视频图书馆教育计划。英国国家航空和宇宙航行局(NASA)的探索教育技术在数学和科学中的作用的“未来的教室”计划中采用了视频流媒体技术。美国海军研究生院等也都采用了这种技术帮助教学和研究，软件工程硕士学位论文，软件工程硕士毕业论文经典范文。
由美国波斯特(Prank Boscer)博士领导的Cometrika研究公司2002年发表的一份“关于联合流媒体应用程序在教育中所起作用的报告”显示：那些接受视频流媒体应用技术教学的学生取得了巨大的学习成就。监控小组通过对弗吉尼亚三个学区中1400多名中小学生的调查指出，“接受联合流媒体软件教学的学生比单纯接受传统方式教学的学生平均成绩提高了12.6％"。网络教育委员会副主席Johnny Isakson说，“联合学习流媒体应用程序，是一个杰出的展示如何通过技术进一步提高学生成就的例子”。现在美国“54％的学校能够保证学生在正规学习时间外使用这种技术，98％的学校在放学后对学生开放多媒体教室，84％的学校能够在课前保证学生使用，16％的学校周末也对学生开放多媒体教室”。
1.1.2国内研究现状
随着计算机技术与网络技术的发展，越来越多的传媒公司、教育、科研和远程教育网站等领域开始运用流媒体技术。在中国的宽带网络市场上，已推出不少基于MPEG-1、MPEG-2、REAL、WMT、QUIC KTIM E等各种流媒体编解码技术的产品，推动着宽带应用的发展。在数字化内容的发布平台方面，我国已经有不少开发商涉足了流媒体领域。思华科技的流媒体平台已经在全国各地宽带网络上实现了应用，包括：杭州网通宽带城域网、上海网通宽带城域网、扬州广电宽带城域网、常州广电宽带城域网等等。思华还与杭州网通、Intel、微软、威盛、TCL等多家厂家联合，推出了适合中国现阶段宽带网络的IP机顶盒解决方案，使传统的电信运营商能够在现有的网络上推出适合电视机终端市场的方案。并且成立了宽带流媒体实验室，为宽带流媒体应用市场提供良好的技术支持。思华科技与微软合作，选择了以MPEG-4为基础的Microsoft Media Technology，向市场推出了从视频采集到播出系统一整套的解决方案，这也是中国第一套应用在全城域宽带网络上的端到端的流媒体解决方案。由于传统的多媒体文件需要从服务器上下载之后才能播放，而流媒体和常规视频媒体不同，可边下载边播放。流媒体运用可变带宽技术，以“流”的传输方式在因特网上播放的媒体格式，如音频、视频或多媒体文件，使人们可以从28kbit/s到1200kbit/s的带宽环境下在线欣赏连续的高品质音频和视频节目。与单纯的下载方式相比，这种对多媒体文件边下载边播放的流式传输方式使启动延时大幅度地缩短，而且对系统缓存容量的需求也大大降低。而且流媒体不仅可以进行单向的视频点播，还能够提供真正互动的视频节目，如互动游戏、三维动画等，可以实时观看电影或收听广播，给网上生活增添色彩。随着全国流媒体平台的参与者的越来越多，支持大量用户的流媒体视频服务器、具有流媒体解码能力的硬件芯片、机顶盒等产品，在今后几年内也将会有巨大的市场需求。随着越来越多竞争者的参与，最终会推动宽带流媒体应用服务真正融入到用户的生活中去。
1. 2课题研究的意义，软件工程硕士学位论文，软件工程硕士毕业论文经典范文
以计算机为核心的信息技术作为当代最富革命性的社会生产力正在日益广泛和深刻地渗透到教育领域，使得教育体制、模式、观念、内容、手段、方式等各方面都发生了根本性的变革。当前以多媒体和Internet为标志的新的信息技术革命己经引起教育领域的深刻变革，使教育体制与教学模式产生新的重大飞跃，多媒体网络教学就是这样一种新型教学模式。它是一种利用计算机网络综合传播、处理多种多媒体信息(如文字、图形、图像、音频、视频、动画等)，使多种教学信息建立联系的交互性教学活动。
由于多媒体网络教学具有其它技术手段无可比拟的优越性，世界各国尤其是发达国家对此无不给予高度重视，并投入大量资金，开展这一领域的基础与应用研究。而流式媒体传输技术作为多媒体网络教学得以顺利实施的关键技术，近年来一直是研究的热点所在。利用流媒体技术与其它网络技术的结合建立流式多媒体网络教学系统，是多媒体网络教学发展的新方向。
与此同时，流式教学系统的研究与建设，也是高校信息化建设的重要组成部分，不能脱离实际需求而存在。在合理规划教学系统功能的基础上，如何更好地整合现有教学资源，提高系统的可扩展性和可重用性，是流式教学系统研建中需要解决的重要课题。
教育部《面向21世纪教育振兴行动计划》提出，要形成高等教育面向社会的开放教育网络，构建包括校内课堂教学和校外社会教育在内的终身学习体系，使现代远程教育成为我国高等教育在21世纪发展的新领域。
建设流式多媒体网络教学系统，是高校实施多媒体网络教学的一个新模式，也是远程教育发展的主要方向。对流式教学系统的设计理念、实现方法和功能完善的研究，具有重要的现实意义。
1. 3课题主要研究工作及章节安排
本文的研究目标是:根据教学需求，搭建出一个能够在现有低成本条件下使用的流式教学系统，并使用合适的工具实现其功能。在此基础上，针对系统在应用层次的集成方面存在的不足寻找合适的解决方案，并就方案的设计实现和应用状况进行探讨。
本研究的内容将围绕上述目标展开，具体的研究内容如下：
◆针对流式教学系统应用需要，对网络教育系统进行了需求分析和概要设计，对其中使用到的关键技术进行了深入研究；
◆使用流媒体技术搭建出一个流式教学系统并划分其功能模块，结合该教学系统中教学管理子系统与教程点播子系统的设计开发，对其设计理念、实现方式和功能特点进行说明。
◆采用服务器集群方案的课件流媒体服务器的设计
本文共分六大部分。第一部分绪论，介绍研究现状、课题研究意义及其研究的主要内容；第二部分，简述网络教学系统的关键技术－流媒体技术，其中包括播放方式，文件格式以及发展现状等；第三部分，阐述了系统需求分析、总体设计及其系统的开发平和工具。第四部分，使用Windows Media流媒体技术搭建出一个流式教学系统并划分其功能模块，结合该教学系统中教学管理子系统与教程点播子系统的设计开发，对其设计理念、实现方式和功能特点进行说明；第五部分，详细论述了采用服务器集群方案的课件流媒体服务器的设计；第六部分总结，就本文讨论的问题进行总结，并阐明下一步的工作。
[1][2]
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