Win2000网络多媒体应用--Windows Media Service(3)
李学明| 流媒体世界| 2001-03-15

三 利用Windows Media Service 建立远程教学系统 <br> <br>   在IP网上开展远程教学活动,需要解决两个基本问题:音频、视频流信息的传送以及它们与数据之间的同步。由于音频、视频信息的带宽比较宽,不可能让学生将所有的节目下载到本地计算机上后再播放,必须要采用先进网络播放技术来实现边发送边播放。此外,由于在教学过程中教师会经常使用电子教案来辅助教学,比如用PowerPoint,而电子教案的展示与音频、视频流之间有严格的时间同步关系,这就要求在传输过程中我们仍然要保持它们之间的同步关系。通过反复比较,我们最终选择了Microsoft的Windows Media Service来建立基于IP网的远程教育系统。 <br> <br>   整个系统的构成如图1所示。从图中可以看到整个系统主要包括三个部分:Media Encoder, Media Server和Media Player。系统的工作过程如下:输入的视频和音频信号将送给MPEG4的编码器进行编码,编码器输出的节目流既可以存入存储设备也可以直接送给Media Server,Media Server的主要功能是完成节目流的播出。Media Server播出的节目有三个来源,它可能是保存在存储设备中的ASF文件,也可以是Encoder实时传送来的节目,它播出的节目还可以从其它的Media Server上获取。普通的用户可以通过LAN或通过无线网络接入到该系统之中。下面我们对各个部分做简要的介绍。 <br> <br> <br> 图1 基于Media Service的远程教学系统框图 <br>   1 Media Encoder <br> <br>   Media Encoder是Media Tools提供的工具软件之一。它的主要任务是对模拟的音频视频信号进行编码产生ASF(advanced streaming format)文件。当然在编码过程中需要有硬件设备如声卡、图象采集卡的支持。编码后形成的音视频流既可以保存到本地计算机上也可以用MSBD(Media Streaming Broadcast Distribution)协议发送给Media Server。Media Encoder控制着音视频流的质量,选择什么样的音频编算法、何种视频压缩算法,以及压缩编码输出的目标速率等均对最终的服务质量有决定性的影响。 <br> <br>   除了Encoder,Media Tools还提供了ASF文件的编辑工具ASF Indexer,利用该工具可以在流中加入标志和描述信息,这些标志和描述信息在保证音视频流与电子教案之间的同步方面有非常重要的作用。 <br> <br>   Encoder的另一个重要功能是为音频视频流与电子教案等数据信息之间的同步提供了接口。图2给出了如何让PowerPoint与音频视频流保持同步的示意图。从图中可以看出:播放PowerPoint的计算机与Encoder之间通过可以建立连接,在教学过程中,如果教师在某个时刻播放了PowerPoint文档中的某一张幻灯片,PowerPoint会向Encoder发送一个信息,Encoder在接收到该信息后会在编码产生的流的对应位置做一个时间标记并加入相应的描述信息。用户在接收到带有标记的流信息时可以利用这些标记和描述信息来控制每张幻灯片展示的时间和切换时间。Media Service正是通过这种方法才实现了音频视频流与电子教案数据之间的同步。 <br> <br> 图2 电子教案与音频视频流之间的同步 <br> <br>   2 Media Server <br> <br>   Media Server是Media Service的核心,它的主要功能是完成流信息的播放。Media Server可以向用户提供两种流播放服务:点播服务(Unicast service)和组播服务(multicast service)。节目流点播是指用户可以向服务器申请特定节目流的播放。在流点播过程中,每个用户与服务器之间均要建立单独的连接,点播的节目也只送给进行点播的用户,其他的网络用户无法接收此点播者点播的节目流。节目流组播是指节目在网络上组播,所有在网络上的用户均可以收到组播的节目流。 <br> <br>   由于在节目流点播过程中,每增加一个用户就需要增加一个连接,所以系统允许并发访问的用户数要受网络带宽和服务器性能的双重限制。但在点播方式中,学生可以自由点播自己感兴趣的节目,并根据自己的实际情况随时随地地进行学习,同时学生在点播过程中可以对点播的节目进行控制。比如控制节目的播放、暂停、停止、前进、后退,并可以跳过自己不感兴趣的部分。节目流的组播方式则完全不同,在组播过程中只需要播出一个节目流,所以网络负担比较轻,但在组播方式中学生只能被动地听课,也不能选择听课的时间;在听课过程中也不能对节目流进行控制。此外,组播方式能否实现还与网络中路由器的配置有关系,很多的路由器在配置时均不允许组播方式的IP包通过以减少网络流量。 <br> <br>   为了解决路由器对流组播的限制,可以采用图3所示的方式。在图中LAN1和LAN2之间由于由路由器的阻隔,LAN2中的客户接收不到在LAN1的播出的流。为了解决这个问题,可以在LAN2中也设立一个Media Server,该Media Server可以以一个普通点播用户的方式通过MMS(Microsoft Media Service)协议点播LAN1中Media Server上的节目,然后将该节目在LAN中播出,这样LAN2中的用户就能同LAN1中的用户一样接收到LAN1中播出的节目。这个功能的实现要归功于Media Server强大的服务能力。 <br> <br>   前面我们提到Media Server的的任务是完成流的播放。Media Server既可以播放经过制作的流文件,也可以直接播放从Encoder发送来的实时流。从播放方式上说既支持点播也支持组播,在对流进行组播的同时也支持点播。也就是说同一个流在进行组播的同时,用户也可以进行点播,这样不能接收组播的用户就可以通过点播方式来接收流,只不过在这种情况下用户不能象真正意义上的点播一样对播放的流进行自由控制,他只能向一个普通的组播用户一样接收流。 <br> <br> 图3 利用多个Media Server实现LAN中的Multicast <br> <br>   3 Media Player <br> <br>   媒体播放器是客户端的应用程序,其功能是从网络上接收流并进行播放。Media Service的播放器目前已经集成在IE5.0中,是一个标准的插件。对于低版本的IE浏览器或Netscape则需要安装该插件才能播放流信息。由于在Media Service中流信息的播放是边接收边播放,这对播放器提出了特殊的要求。这是因为目前的IP网络在尚不能保证QOS,IP包通过网络后的时延和时延抖动比较大,同时IP包还可能丢失。这样在编码端连续的数据流通过网络后很可能就不是连续的数据流,这种情况在Multicast方式下会更加突出。为了能顺利的播放流,播放器必须要对接收到的流做一定的缓冲抵消网络带来的时延抖动,并需要在音频、视频的解码算法上做相应的处理防止因IP包丢失而对图象和声音质量产生明显的影响。 <br> <br>   上面我们对Media Service的各个主要部分做了简单的介绍,并介绍了如何将Media Service应用在基于IP网络的远程教学系统的解决方案。目前我们利用Microsoft的Media Service建立的远程教学系统已经在校园网内试运行,该系统能在教师上课时将上课的全过程在校园网上播出,真正实现了网上课堂的功能。与此同时,该系统还能将现场播出的流信息保存到服务器上去,经过简单的后期制作后供学生点播使用。我们还将结合IP网上目前已有的BBS,E-mail功能为学生提供问题讨论答疑,作业的布置与批改等功能,所有这些基于IP的技术结合在一起以提供完整的基于IP网络的远程教学方案。(北京邮电大学信息系 李学明)

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