網(wǎng)絡(luò)遠程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計

陳洪敏

摘要：近年來，信息技術(shù)飛速發(fā)展的過程中，給人們工作及生活的多個領(lǐng)域都帶來了極大的轉(zhuǎn)變，流媒體在對互聯(lián)網(wǎng)進行應(yīng)用的過程中，其功能也發(fā)生了極大的轉(zhuǎn)變，應(yīng)用的范圍也更加廣泛?，F(xiàn)階段，無論是在企業(yè)當(dāng)中的實時視頻會議中，還是遠程教育方面，流媒體都發(fā)揮了重要的影響力。該文在對流媒體展開研究的過程中，從網(wǎng)絡(luò)遠程教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計入手，對其系統(tǒng)框架設(shè)計、系統(tǒng)模塊設(shè)計以及系統(tǒng)的方案設(shè)計進行了詳細的探討。

關(guān)鍵詞：流媒體；遠程教育；設(shè)計

中圖分類號：TP37 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）10-0203-02

1 系統(tǒng)框架設(shè)計

1.1 系統(tǒng)功能模型

該系統(tǒng)在構(gòu)建過程中，最主要的功能就是實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集以及傳遞。相關(guān)音頻數(shù)據(jù)產(chǎn)生于攝像頭和網(wǎng)絡(luò)終端當(dāng)中，對其進行實時采集，并在向不同終端進行發(fā)送的過程中，對視頻服務(wù)器進行充分的應(yīng)用，學(xué)生在對各個終端進行應(yīng)用的過程中，可以發(fā)送請求，要求對相關(guān)教師授課音頻進行接受和播放。

而功能在服務(wù)器端主要體現(xiàn)在以下方面：首先，分析并有效處理客戶端發(fā)送的請求；其次，促使系統(tǒng)登錄和退出功能在客戶端中實現(xiàn)；再次，將流媒體數(shù)據(jù)有效向不同的客戶端進行傳遞。

而功能在客戶端主要體現(xiàn)在以下方面：首先，分析和處理服務(wù)器端傳遞而來的信息；其次，將數(shù)據(jù)接收以及系統(tǒng)退出消息向服務(wù)器發(fā)送，同時對這些消息進行有效的處理；流媒體數(shù)據(jù)由服務(wù)器發(fā)出，對其進行接受過程中并實現(xiàn)有效的播放。

1.2 系統(tǒng)流程圖

2 系統(tǒng)模塊設(shè)計

設(shè)計系統(tǒng)模塊過程中，主要是針對音視頻采集模塊和客戶端回放模塊的設(shè)計。

2.1 音視頻采集模塊

音視頻采集、編碼、網(wǎng)絡(luò)發(fā)送是該模塊的重要組成成分。首先，音視頻采集部分。視頻流的采集主要針對攝像頭和視頻采集卡進行，在對系統(tǒng)音視頻采集設(shè)備進行枚舉的過程中，需要對Direcshow技術(shù)進行充分的利用，在對音視頻數(shù)據(jù)進行捕獲的過程中，應(yīng)保在使用和選取證音視頻采集源過濾器過程中能夠?qū)崿F(xiàn)一一對應(yīng)；其次，編輯部分。該部分在運行過程中，主要作用是促使編碼在音視頻數(shù)據(jù)流中得以實現(xiàn)，其重要組成成分是編碼過濾器MPEG-4，開源的Xvid編碼器是編碼器的主要類型；最后，網(wǎng)絡(luò)發(fā)送環(huán)節(jié)。該部分的主要作用是促使客戶端有效接收到經(jīng)過編碼處理以后的音視頻流數(shù)據(jù)。

2.2 客戶端回放模塊

該模塊在使用過程中，最大的作用就是促使特定組播組得以加入，促使音視頻流的實時接收可以在網(wǎng)絡(luò)中得以實現(xiàn)，同時促使解碼回放工作有效應(yīng)用于接收到的音視頻流當(dāng)中。該模塊通常包含三個重要組成部分，分別為音視頻回放、音視頻解碼和視頻網(wǎng)絡(luò)接收。

首先，音視頻回放。該部分最主要的功能是將已經(jīng)經(jīng)過解碼的視頻流進行播放，重要組成成分為視頻流播放過濾器；其次，音視頻解碼。主要組成成分為MPEG-4解碼過濾器（Xvid）；最后，視頻網(wǎng)絡(luò)接收。網(wǎng)絡(luò)接收過濾器是自主開發(fā)的，也是構(gòu)成這一環(huán)節(jié)的主體。

3 系統(tǒng)方案設(shè)計

壓縮編碼以及網(wǎng)絡(luò)傳輸在音視頻中的體現(xiàn)成為流媒體實時傳輸系統(tǒng)的核心技術(shù)內(nèi)容，本文在展開網(wǎng)絡(luò)遠程教學(xué)系統(tǒng)方案設(shè)計研究的過程中，從以下壓縮編碼和選取視頻傳輸協(xié)議兩個角度出發(fā)。

3.1 壓縮編碼的選擇

本文在展開研究的過程中，主要應(yīng)用了MPEG-4編碼，這是因為MPEG-4編碼在使用過程中，可以針對（<64kbps）窄帶寬而使用，也能夠適用于清晰度以及質(zhì)量都相對較高的寬帶當(dāng)中。這充分說明MPEG-4編碼擁有良好的適用性。其運行過程中，能夠促使200：1的高壓縮比得以實現(xiàn)。因此在壓縮視頻數(shù)據(jù)的過程中，MPEG-4編碼的具有明顯的功能優(yōu)勢。更重要的是，其適用過程中將產(chǎn)生較小的數(shù)據(jù)損失，因此可以有效的對錄像存儲容量進行降低，促使錄像清晰度得以提升。因此在進行長時間錄像的過程中，MPEG-4編碼的應(yīng)用至關(guān)重要，其可以呈現(xiàn)出較高的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。

3.2 視頻傳輸協(xié)議的選取

傳輸視頻流是視頻編碼的重要功能之一，也因此可以有效應(yīng)用于多個領(lǐng)域，如遠程監(jiān)控、視頻會議等。在選取視頻傳輸協(xié)議的過程中，應(yīng)對視頻數(shù)據(jù)的特點進行明確掌握，傳輸系統(tǒng)要想實現(xiàn)有效的視頻流傳輸，必須滿足以下幾點要求：

首先，實時性。較高的實時性是傳輸視頻流的主要要求，例如，不大于50ms的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生于HDTV（High Definition Television）質(zhì)量當(dāng)中，而不大于400ms的網(wǎng)絡(luò)傳輸時延應(yīng)當(dāng)產(chǎn)生于視頻會議質(zhì)量當(dāng)中。

其次，錯誤率。如果視頻流經(jīng)過了壓縮，那么如果產(chǎn)生丟包以及錯誤的現(xiàn)象，將會引起視頻流更加敏感的感知，這是因為后續(xù)解碼同丟包具有直接而密切的關(guān)系。盡管在實現(xiàn)傳輸實時視頻的過程中是可以產(chǎn)生一定范圍內(nèi)的丟包率的，然而必須加大對其的有效控制，才能夠提升傳輸視頻的質(zhì)量。

最后，傳輸帶寬。要想對高質(zhì)量的視頻進行接收，應(yīng)促使一定的寬帶產(chǎn)生于視頻傳輸當(dāng)中。值得注意的是，視頻質(zhì)量要求針對不同應(yīng)用領(lǐng)域各有高低，例如，15～34Mbps是傳輸HDTV 的速率，而32Kbps是視頻會議的速率。

本文在積極展開研究的過程中，對RTP/RTCP控制協(xié)議和實時傳輸進行了應(yīng)用在UDP 協(xié)議上進行承載，傳輸中需要對IP進行應(yīng)用，從而實現(xiàn)有效的網(wǎng)絡(luò)傳輸。

4 開發(fā)環(huán)境和相關(guān)技術(shù)

4.1 硬件設(shè)備及運行平臺

桌面系統(tǒng)在PC機當(dāng)中，主要對流媒體實時傳輸系統(tǒng)進行應(yīng)用，其運行中的開發(fā)環(huán)境應(yīng)滿足以下特點：首先，攝像頭是視頻采集設(shè)備；其次，普通聲卡以及麥克風(fēng)是音頻采集主要設(shè)備；再次，局域網(wǎng)100M/10M應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)測試的主要環(huán)境；第四，Windows/XP/win7可以成為其操作系統(tǒng)；最后，將Microsoft Visual C++，DirectX SDK，JRTPLIB作為開發(fā)工具。

4.2 JRTPLIB庫

該系統(tǒng)在促使RTP傳輸?shù)靡詫崿F(xiàn)的過程中，需要對JRTPLIB進行應(yīng)用。JRTPLIB作為一個重要的開發(fā)源碼庫，實現(xiàn)RTP的過程中，需要對C++語言進行充分應(yīng)用，現(xiàn)階段，其在多個操作系統(tǒng)中都能夠有效運行，包括Windows、Linux等。使用者在促使網(wǎng)絡(luò)傳輸在RTP/RTCP中實現(xiàn)的過程中，需要對庫函數(shù)在編譯源碼中的體現(xiàn)進行應(yīng)用。其運行中，能夠?qū)Χ鄠€建立RTP應(yīng)用的相關(guān)類進行提供，使用者在對其進行使用的過程中，對RTP會話的建立可以有效應(yīng)用庫提供相關(guān)類的手段，對RTCP控制包和RTP包進行發(fā)生，而這一過程中，沖突是不會產(chǎn)生于SSRC之中的。

4.3 DirectShow技術(shù)

微軟公司發(fā)展中，為了有效實現(xiàn)處理流媒體的工作，積極提供了Directshow[3]開發(fā)包，它能夠在Windows平臺中得到有效應(yīng)用，能夠促使多種高性能要求如回放、音視頻采集等在不同格式的媒體文件中得以實現(xiàn)。

Directshow在應(yīng)用過程中，可以有效支持捕捉和回放多媒體流的工作。在對Directshow進行應(yīng)用的過程中，使用者要想對媒體數(shù)據(jù)在采集卡中有效捕獲，可以通過便捷的途徑進行，同時可以有效開展后期處理、播放乃至存儲到文件中的工作。

參考文獻：

[1] 趙德志. 基于RTP的流媒體實時傳輸系統(tǒng)研究與實現(xiàn)[D]. 南京：南京航空航天大學(xué)，2005.

[2] Kenneth D Reed. TCP/IP基礎(chǔ)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[3] 陸其明.Directshow開發(fā)指南[M].北京：清華大學(xué)出版社，2003.