基于遠(yuǎn)程視頻教學(xué)的聲樂(lè)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建

高 晶（榆林學(xué)院，榆林，719000）

基于遠(yuǎn)程視頻教學(xué)的聲樂(lè)教學(xué)系統(tǒng)構(gòu)建

高 晶
（榆林學(xué)院，榆林，719000）

文章基于J2EE技術(shù)，結(jié)合時(shí)間戳技術(shù)、多媒體同步技術(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了構(gòu)建，并對(duì)系統(tǒng)的功能、關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)架構(gòu)進(jìn)行了分析。

聲樂(lè)教學(xué)系統(tǒng)；J2EE；同步技術(shù)

聲樂(lè)教學(xué)作為學(xué)生音樂(lè)基礎(chǔ)素質(zhì)的培養(yǎng)，對(duì)學(xué)生音樂(lè)元素的養(yǎng)成具有重要的作用。而傳統(tǒng)的聲樂(lè)教學(xué)，如聲樂(lè)技巧、歌曲編排、美聲唱法等都是通過(guò)課堂的形式對(duì)學(xué)生進(jìn)行傳授，而這種方式帶來(lái)的不足包括學(xué)時(shí)不夠、教師和學(xué)生的溝通少等問(wèn)題。另一方面，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展給傳統(tǒng)聲樂(lè)教學(xué)帶來(lái)了新的教學(xué)方式，也為聲樂(lè)教學(xué)平臺(tái)的構(gòu)建提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。因此，本文結(jié)合聲樂(lè)教學(xué)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，對(duì)遠(yuǎn)程教學(xué)平臺(tái)進(jìn)行了初步的探討構(gòu)建。

1 系統(tǒng)功能需求分析

聲樂(lè)遠(yuǎn)程視頻教學(xué)系統(tǒng)是一個(gè)功能復(fù)雜且較為龐大的工程，其涉及到不同的功能。在該系統(tǒng)中則選擇則主要的功能對(duì)其進(jìn)行介紹。同時(shí)結(jié)合聲樂(lè)遠(yuǎn)程視頻實(shí)現(xiàn)的要求，將該系統(tǒng)的功能分為注冊(cè)登錄、視頻直播教學(xué)、視頻點(diǎn)播教學(xué)等功能。

1.1 注冊(cè)登錄

注冊(cè)登錄系統(tǒng)其主要的功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)聲樂(lè)系統(tǒng)用戶的使用權(quán)限的控制。而注冊(cè)登錄的主要的目的是使得用戶進(jìn)行注冊(cè)，以此方便聲樂(lè)教學(xué)的系統(tǒng)管理對(duì)身份進(jìn)行審核，并節(jié)約相應(yīng)的用戶權(quán)限。而在音樂(lè)學(xué)習(xí)者在登錄到該系統(tǒng)當(dāng)中的時(shí)候，根據(jù)權(quán)限分配，才可對(duì)其中的相應(yīng)的功能進(jìn)行使用。

1.2 視頻直播

視頻直播教學(xué)的主要功能是通過(guò)視頻技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行聲樂(lè)教師端教學(xué)的現(xiàn)場(chǎng)直播，視頻直播中的多媒體數(shù)據(jù)主要通過(guò)攝像頭以及麥克風(fēng)在教師端的信息進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)采集，然后經(jīng)過(guò)壓縮等處理之后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，并且在學(xué)生端通過(guò)JMF多媒體播放器進(jìn)行播放。使得的教師授課不再受到空間的限制，讓優(yōu)秀的課程資源和教師資源能夠被多人共享。同時(shí)在該聲樂(lè)網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)中，能夠?qū)⒁魳?lè)教師端的多媒體流數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，從而方便教學(xué)資源的點(diǎn)播，進(jìn)一步加強(qiáng)教學(xué)資源的共享。

1.3 視頻點(diǎn)播

在視頻直播教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)將聲樂(lè)教師端以及教師與學(xué)生交互的多媒體信息進(jìn)行存儲(chǔ)，從而學(xué)生在登錄網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)后，可以根據(jù)學(xué)生的具體需求進(jìn)行學(xué)習(xí)。視頻點(diǎn)播教學(xué)功能是一個(gè)異步的過(guò)程，可以進(jìn)一步降低視頻教學(xué)的時(shí)間限制。學(xué)生可以根據(jù)自己要求，以及興趣選取合適的課程內(nèi)容進(jìn)行學(xué)習(xí)，從而為學(xué)生的自學(xué)提供良好的條件。同時(shí)點(diǎn)播系統(tǒng)還可以收集網(wǎng)絡(luò)上優(yōu)秀的教學(xué)資源，從而進(jìn)一步擴(kuò)大優(yōu)秀教學(xué)資源的共享范圍。

2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

該聲樂(lè)視頻教學(xué)系統(tǒng)主要包括服務(wù)器和客戶端兩個(gè)組成部分，其中客戶端主要包括教師端計(jì)算機(jī)和學(xué)生端計(jì)算機(jī)，客戶端主要收集用戶的視頻、音頻多媒體數(shù)據(jù)，而服務(wù)器主要進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)播以及存儲(chǔ)。

圖1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 服務(wù)器端

服務(wù)器端是連接客戶端的橋梁，是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)的核心，服務(wù)器端的性能直接影響整個(gè)網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)的性能。服務(wù)器端的主要功能包括用戶登錄控制、多媒體數(shù)據(jù)接收與發(fā)送、視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及視頻點(diǎn)播管理等功能。

（1）登錄控制 登錄控制模塊主要是對(duì)用戶權(quán)限的認(rèn)證，只有通過(guò)系統(tǒng)登錄認(rèn)證的用戶才能夠使用網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)中的功能。

（2）數(shù)據(jù)發(fā)送/接收模塊 由于客戶端之間存在一對(duì)多的數(shù)據(jù)傳輸模式，使用傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信方式，容易引起網(wǎng)絡(luò)由于負(fù)載過(guò)重而造成系統(tǒng)癱瘓。因此，在數(shù)據(jù)的傳輸時(shí)可以使用IP組播技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，從而減少網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)量，提高系統(tǒng)性能。

（3）數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 為了提高教學(xué)資源的利用率，服務(wù)器對(duì)客戶端之間傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并且將存儲(chǔ)的多媒體數(shù)據(jù)作為視頻點(diǎn)播的數(shù)據(jù)資源。

（4）視頻點(diǎn)播 為了讓不能及時(shí)參加視頻直播課程的音樂(lè)學(xué)生有機(jī)會(huì)進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)為了讓學(xué)生在課后繼續(xù)對(duì)課程進(jìn)行復(fù)習(xí)和研究。在服務(wù)器端設(shè)計(jì)了視頻點(diǎn)播功能，從而讓學(xué)生可以查詢以前聽(tīng)過(guò)或者錯(cuò)過(guò)的課程，最終提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

2.2 客戶端

網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)的客戶端分成學(xué)生端和教師端兩種，雖然兩者在具體的功能的具體實(shí)現(xiàn)方面存在一些差異，但是從總體上來(lái)看兩者所需要實(shí)現(xiàn)的功能完全類似。在網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)中，客戶端主要包括以下功能：

（1）登錄控制 用戶只有通過(guò)登錄控制模塊的認(rèn)證才能夠接收到服務(wù)器端所發(fā)送的IP組播數(shù)據(jù)并且使用系統(tǒng)中相關(guān)功能。

（2）數(shù)據(jù)采集 在網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)中，要求學(xué)生端通過(guò)本地音視頻多媒體數(shù)據(jù)的采集設(shè)備采集本地多媒體信息，并且通過(guò)服務(wù)器組播給相應(yīng)的客戶端進(jìn)行展示。在客戶端音視頻多媒體數(shù)據(jù)的采集主要通過(guò)攝像頭和麥克風(fēng)進(jìn)行采集，并且通過(guò)編解碼模塊進(jìn)行編碼后，將數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)器，由服務(wù)器進(jìn)行組播轉(zhuǎn)播。

（3）數(shù)據(jù)編碼/解碼模塊 在網(wǎng)絡(luò)視頻教學(xué)系統(tǒng)中，多媒體數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量較大，受到現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制，海量多媒體數(shù)據(jù)的傳輸無(wú)疑會(huì)降低網(wǎng)絡(luò)性能。因此，可以通過(guò)音頻視頻編碼/解碼模塊對(duì)多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，從而達(dá)到提高系統(tǒng)性能的目的。

（4）數(shù)據(jù)播放 客戶端接收到服務(wù)器組播的多媒體數(shù)據(jù)之后，將多媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行解碼，并且利用JMF播放器進(jìn)行多媒體數(shù)據(jù)的播放。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

（1）基于緩沖區(qū)的多媒體同步技術(shù) 網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性是導(dǎo)致多媒體數(shù)據(jù)傳輸不同步的主要原因指引，基于緩沖區(qū)的多媒體數(shù)據(jù)同步技術(shù)的核心思想是通過(guò)在數(shù)據(jù)接收端設(shè)置緩沖區(qū)，從而使得傳輸速度不一的音頻數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)入緩沖區(qū)緩存，然后應(yīng)用程序以固定的頻率從緩沖區(qū)中讀取數(shù)據(jù)，從而減輕網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸抖動(dòng)對(duì)多媒體數(shù)據(jù)傳輸同步性的影響。

（2）時(shí)間戳技術(shù) 即在發(fā)送端將視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)按照時(shí)間進(jìn)行排列，并且給每個(gè)即將在網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)和視頻數(shù)據(jù)表上時(shí)間戳。然后，在多媒體數(shù)據(jù)的接收端，按照數(shù)據(jù)包上時(shí)間戳的關(guān)系，進(jìn)行重新排序，并且按照時(shí)間進(jìn)行播放。

（3）JMF 技術(shù) 是 IBM 公司和 SUN 公司所共同開(kāi)發(fā)的基于 Java 技術(shù)的，多媒體數(shù)據(jù)獲取和顯示的類集合。通過(guò)使用JMF API 可以實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)的與設(shè)備無(wú)關(guān)的音視頻設(shè)備訪問(wèn)，并且提供了在分布式環(huán)境下的多媒體回放技術(shù)，并且允許系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者對(duì)其定制的功能進(jìn)行擴(kuò)展，從而實(shí)現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的捕獲、處理以及回放。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)上述聲樂(lè)遠(yuǎn)程視頻系統(tǒng)的測(cè)試，系統(tǒng)在服務(wù)器端的CPU 使用率較高，而網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用量較少，同時(shí)其性能基本穩(wěn)定，可有效的運(yùn)行。而該系統(tǒng)作為對(duì)聲樂(lè)教學(xué)的嘗試，為廣大的音樂(lè)教學(xué)著提供了相關(guān)的借鑒。

薛沛林.基于UDP/IP的多媒體數(shù)據(jù)傳輸[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2011,18(8):123-126

高晶，女，1984—，陜西榆林人。講師，主要從事聲樂(lè)教學(xué)工作。

Construction of remote video teaching system based on vocal music teaching

Gao Jing
（Yulin College Art Department，Yulin，719000）

Based on J2EE technology,combined with the time stamp technology, multimedia synchronization technology the system was built,and the function of the system,key technology and system architecture are analyzed.

vocal teaching system;J2EE;synchronization technology