流媒体技术在现代远程教育中的典型应用

　　 

    摘要：经过近几年的突飞发展、流媒体技术逐渐成为了网络多媒体技术的主流。

本文介绍了北京世纪葵花数字传媒技术有限公司自主研发的基于富媒体技术和MPEG4编解码技术的C2课堂直播系统的设计原理以及应用领域，对需要进行远程教学、富媒体课件制作、编辑提供了一套高效可行的解决方案。

    关键字：流媒体、音视频压缩、屏幕采集压缩、多流同步、富媒体文件生成

    一、引言：

    网络媒体技术的高速发展，给我们提供了便利、快捷的知识获取渠道，也为现代远程教育提供了更多的手段。

    远程教育中时常需要把教师的音视频和课件一起连续、同步、低延时的传递给其他在线接收端，使得学员能够通过网络图文并茂的收看老师的讲解。在本文就是探讨如何利用流媒体技术来实现这一技术。

    二、C2的设计原理及实现：

    ClassCaster（简称C2）是一套典型的流媒体应用在远程教育领域的应用系统，它利用先进的流媒体技术，将现场音视频和电脑屏幕进行实时处理，实现多媒体课堂的在线直播、同步录像、课件编辑、课件点播等教学应用。

    C2采用了面向对象以及模块化思想进行设计，并将最新的多媒体技术应用到采集、压缩、回放等功能部分，比如音视频捕捉技术、MPEG4压缩算法、MP3压缩算法、计算机屏幕捕捉压缩技术、多流合成同步直播/录像技术等等。C2在网络传输方面，也采用了独到的设计理念：为保证传输质量的基础上减小对网络资源的占用，系统提供单播以及组播方式，当网络环境支持组播模式时系统优先使用组播以节省网络带宽，当不支持组播或支持不完善时自动切换为单播连接方式，保证了用户接入质量。为提高系统的易用性，系统采取成熟实用的Browser-Server-Database三层体系结构（B/S架构），用户只需访问一个网页即可实现点播录像节目、观看实时直播节目以及对直播进行录像等功能。

    C2有三部分组成，1、教师端(C2Teacher)；2、服务端（C2Server）；3、课件编辑工具（课件编辑是一个离线操作，可以被安装在任何一个位置）。C2的典型应用主要有教师端和服务器端两部分构成，拓扑结构图如下：

拓扑结构图

    C2Teacher的主要目的是为了实时捕捉计算机屏幕，通过在教师授课的计算机上安装C2Teacher，实时的采集教师课件，根据独有的动态检测技术，对捕捉到的教师屏幕进行处理，取出特征信息，并进行编码后实时上传给C2Server。

    C2Server通过安装在本地的音视频采集卡捕捉实况音视频，把捕捉到的音频进行MP3压缩，捕捉到的视频进行MPEG4压缩，然后和C2Teacher传递过来的教师屏幕流进行混合，成富媒体课件流（音频流＋视频流＋屏幕流），然后通过C2Server内置的流服务发布出去，供在线用户接收观看，或者进行录制，形成课件。

    为了考虑的录制课件的兼容性，我们采用WMV格式进行封装，这样录制完成的课件即可有MSMediaPlayer打开观看。

    同步录制成WMV课件是本系统的重大突破，由于WMV文件每次写入数据时都必须是一个完整的帧，所以首先需要将帧数据重组，然后才能创建WMV数据流，等所有流都创建完毕后才能实现帧数据写入。我们为此设计了同步器，分别对音频数据、视频数据和教师屏幕进行组合、同步后即再组成完整的帧送给WMV录像模块，其流程如下：

流程

    多流同步接收回放形成了精彩的课堂，为了保证接收端收到的所有流都能够正常、同步的播放，我们采用单一端口模型，把混合流通过一个端口发送到客户端，尽量保证所有数据流在接收端不混乱，同时我们采用最小耦合的设计原则，网络发送协议独立可选，支持单播、组播等发送模式，客户端接收到数据流后，先按包序号进行排序，然后再组成完整的音频帧、视频帧、屏幕帧、并交给播放同步器进行同步处理后，解压播放。

    由于C2采用B/S模型，默认情况下在线学员通过访问C2Server的IP地址即可接收课堂直播流。C2支持智能流技术，能够根据实际情况自动采用最佳方式选择接收方式，目的就是在保证接收质量的同时最大限度的减小对网络资源的占用。

    音、视频和屏幕流的回放采用DirectShow、DirectDraw、DirectSound技术，通过采用这些技术手段，我们不仅可以得到完美的兼容性，而且可以使用显卡和声卡的硬件加速功能来提升回访质量以及降低系统资源占用。但如果正在播放时改变的显示器的分辨率或者颜色，将导致画面无法现实。为此我们在客户端中加入了两种机制来保证画面的正常现实：1、定时检测；2、系统信息变化时触发。每当现实分辨率变化或颜色设置变化时，就将重新创建DirectDraw表面，从而解决问题。

    其流程如下：

    1、加载我们自己的媒体数据SourceFilter；

    2、在SourceFilter中根据媒体数据创建VideoPin和AudioPin；

    3、连接VideoPin、AudioPin到VideoDecoder、AudioDecoder；

    4、渲染各级Pin；

    5、当SourceFilter中缓冲一定比例后开始播放；

流程

    三、C2典型应用：

    C2是针对网络教学需求而设计的，有效解决了多媒体教学专业人员短缺、应用急迫的问题，是一套课堂录播、课件制作以及网络教学的系统方案。C2可广泛适用于远程教育、企业培训、新闻发布、产品演示等活动，为用户提供一个完整、统一的多媒体课件制作、编辑、播放的解决方案。

    课堂直播：C2可以将课堂中讲师的声音、图像和电子讲稿教学等全部信息实时播放给学生，同时老师在讲稿上的所有标注也可以实时共享给学生，做到课堂的实景广播，学生使用普通的PC机，通过局域网、互联网就可加入直播课堂，接受远程教育和培训。

    课件录制：利用C2，我们可以简单快捷的将讲师的电子讲稿（包括文字、图片、动画、抓屏、声音）与演讲现场的影像，在演讲的同时，同步、实时、自动的录制成多流的媒体课件；

    课件编辑：C2配备实用的课件编辑工具，利用编辑工具，可对录制下来的课件打点（添加章节索引）、剪辑（插入或删除一段视频文件）、以及合并等操作。轻松制作出含有文档、影音、索引提纲等元素的富媒体课件，为E-Learning提供丰富的课件资源。

    课件点播：C2提供课件点播功能、能够对录制后的课件进行分类、注释、授权、发布、建立VOD点播课件库、授权终端能够直接通过浏览器进行点播观看。

    视频直播：C2不但可以实现教学、培训等应用，还可以进行诸如视频直播、媒体广播、电影点播等标准的网络视频流媒体应用。

    四、C2的优势：

    简单、灵活、无需培训、所见即所得实现各种网络教学应用；

    彻底打破其他同类产品中常用的复杂网页技术实现的网页课件，真正以简洁的流媒体技术实现的富媒体课件、在一个标准的课件文件中同时融入多个流、包括影音、屏幕、文字等信息；

    生成的课件支持单播、组播等多种网络应用，可以构建卫星网、互联网、城域网以及局域网的多种网络模式应用，支持通过MsMediaServices或KMSServices实现课件广播、点播；

    由于直接生成WMV格式的课件，可以支持DRM等数字版权管理系统，扩展了其应用；

    提供专用的播放插件、以同屏多画面的形式回放课件、可轻松选择播放模式；

    五、结束语：

    C2是北京世纪葵花公司根据多年来对流媒体技术的理解，以及远程教育的特点设计的适合课堂直播、课件制作的系统，C2的成功实现给我们展示了流媒体技术应用在远程教育中的精彩。

    

原文转自：http://www.ltesting.net