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1、构建网络化学习的视音频服务和管理系统摘要：网络化学习首先需要构筑一个综合的，多样化的学习资源支撑环境和平台，视音频资源作为学习知识的重要载体，具有其它资源不可比拟的优势，其地位和作用也越来越突出；在计算机网络教育中如何寻找出一种合适的视音频应用方案已是当务之急。本文即以构建一个高效率的适应网络化学习的流式视音频服务和管理系统为目的，讨论了在远程教育中引入视音频服务和管理系统的背景和意义，并对流式技术，视频服务器负载均衡技术等关键技术作了初步的介绍，在此基础上分析了构建远程教育视音频服务和管理系统的可行性以及所要解决的技术难点，提出了系统设计的可行性方案，着重介绍了系统的组织形式和系统各个功能模
2、块的设计思路和功能特点。最后，提出了系统向广域网扩展的技术方案。 关键词：流媒体负载均衡 传输协议 服务器集群 视音频服务 流服务平台论文所属分项及主题： 网络化学习的支撑技术作者姓名：曹晓明服务单位：北京师范大学现代教育技术研究所通讯地址：北京师范大学信息学院1301研100088联系电话:01062206922电子邮件： 构建网络化学习的视音频服务和管理系统Construct the streaming audio/video service and management system of e-Learning摘要：网络化学习首先需要构筑一个综合的，多样化的学习资源支撑环境和平台，视音频
3、资源作为学习知识的重要载体，具有其它资源不可比拟的优势，其地位和作用已越来越突出；在计算机网络教育中如何寻找出一种合适的视音频应用方案已是当务之急。本文即以构建一个高效率的适应网络化学习的流式视音频服务和管理系统为目的，讨论了在远程教育中引入视音频服务和管理系统的背景和意义，并对流式技术，视频服务器负载均衡技术等关键技术作了初步的介绍，在此基础上分析了构建远程教育视音频服务和管理系统的可行性以及所要解决的技术难点，提出了系统设计的可行性方案，着重介绍了系统的体系结构和系统各个功能模块的设计思路和功能特点；最后，提出了系统向广域网扩展的技术方案。 关键词：流媒体负载均衡 传输协议 服务器集群 视
4、音频服务 流服务平台Abstract:The first important thing in e-Learning is to construct an integrated and multiform Supporting environment and plat of learning resources. As one of the most important carrier of knowledge, audio/audio resource have a lot of advantage comparing to other kinds of resources . It is
5、now playing a more and more important role. To seek after an appropriate application mode in the teaching/learning process in computer networks is now a urgent affairs. This dissertation aims at constructing an WEB-based streaming audio/video service and management system for distance education. Pop
6、ular streaming audio/video techniques, platforms as well as products are discussed and compared. We present the system frame after in-depth analysis of feasibility and technical difficulty, while emphasis is given to functional modules design and system structure. Finally, As a teaching system this
7、system must be applied to Wide Area Network(WAN), this dissertation also designs an technique scheme applying to WAN.Keywords: Streaming Media, Load balancing, Transmission Protocol, Server Pack, audio/audio services, Streaming Server Plat.一、 背景和意义基于互联网的远程教育在经过了一段时间的酝酿和发展后，已经有了初步的发展，目前作为一个观念和趋势已经被人们
8、广泛接受，并出现了一些比较成熟的网络教学平台和相关产品。但由于之前受互联网带宽和视频传输技术等因素的制约，开展远程教育的资源的形式和内容都有着很大的限制，基本以文本和静态图片为主，视音频内容比较少，这样虽然在传输速度上没有太大的问题，但能够向学习者呈现的资源内容也有了很大的限制;学习资源和内容是学习知识的载体，从学习者的认知效果的角度讲，单纯的提供文本和静态图片必将导致刺激形式的单一，不利于学习者学习动机的激发和学习兴趣的保持，从而影响学习者的学习效果。而视频内容无论从呈现形式的多样性还是内容的丰富性，都比文本和静态图片有着显著的优势；通过在视音频源中加入脚本，还可以将视音频和文本、图片、we
9、b页、演示文稿很好的结合起来，构筑一个形式多样、内容丰富、组织合理的多媒体教学环境，让学习者在一个动态的交互性的学习环境中进行学习，促进学习者的认知。从这个角度讲，在远程教育中，引入视音频资源，丰富内容的呈现形式和手段，提供一个组织合理的视音频服务系统已经是一个不可逆转的趋势。目前视音频服务的市场日趋成熟，据Cahners In-Stat集团预测，全球光流媒体服务的销售额在2005年就将超过50亿美元。Real Network,Microsoft,Apple等业界巨头都已经涉足视音频服务的市场，相继推出了各自的基于最新的流式技术的视频服务的一整套产品和解决方案；在电子商务，新闻娱乐，在线影视，
10、远程医疗等领域也出现了一些功能比较强大的视频服务产品，大多都已经能够提供点播和直播的功能。然而，这些产品和解决方案在移植到我国的远程教育中,用于网络化学习时却存在着很多的问题。首先，由于这些产品和解决方案不是为教育量身定做的，在同教育领域的切合上，缺少对网络化学习的过程、特点以及业务逻辑的针对性。我们要开发的视音频服务平台是针对网络化学习的，客户群主要是中小学等远程教育的服务对象，必须充分考虑到中小学的特点，找出适合网络化教育的业务逻辑河管理逻辑。其次，视频服务器是提供视音频服务的一个瓶颈，其不仅用于视音频内容的存储，而且要为用户的点播和广播请求进行服务，但单台视频服务器同时能处理的连接数是非
11、常有限的，响应速度也不高。目前大多数厂商解决这个问题采用的是两种策略，一是通过升级CPU，内存，存储设备等来提高视频服务器的性能，这种方案虽然能够在一定范围内起作用，但作用非常有限，扩展性也不高，最致命的是存在着单点脆弱性，当该服务器出现故障时，整个系统的服务也就停止了，因此服务也是很不稳定的。另一种方案就是，采用多服务器组成集群，通过集群内的负载均衡来提高系统的扩展性，和访问效率；但目前大部分的负载均衡方案是通过专门的硬件设备实现的，价格非常昂贵，一套用于负载均衡的设备的价钱就达到几万甚至几十万，这对远程教育来说，是一笔非常庞大的投资。因此，如何寻找出一种既有优良的视音频服务性能，又有较高的
12、性能价格比的解决方案，成为我们在远程教育中提供视音频服务的焦点。本方案正是在这方面作了大量的探索和尝试，提出了一种基于软件层的、较经济的解决方案。最后，在兼容性上，目前大多数产品都是基于一种视音频服务的平台（如微软的media service或RealNetwork的Real system ）开发的，对某一类资源支持较好，但却不能同时兼容这些资源；教育资源是多种多样的，既有文本，静态图片，动画，也有音频，视频等，视音频的格式也是多种多样的，这些资源都是网络化学习的知识载体，我们必须找到一种能够最大限度地支持这些资源的方案。综上所述，远程教育需要为学习者提供教育多样的资源特别是视音频资源，同时远
13、程教育又是个特殊的教育应用领域，有其特定的需求，而目前现有的产品大多不能够满足该要求，因此构筑一个适合远程教育，性能稳定，可扩展性强，性能价格比高的视音频服务和管理系统已是当务之急。二、 系统设计思路必须说明，用于教学的视音频服务同用于娱乐等领域的视音频服务有着很大的不同，后者在内容的组织和管理上允许有随意性；通常依托经济实体（如商业小区、娱乐公司），有较好的经济支持；服务对象常局限在某一范围内，不用考虑资源共享的问题。而用于远程教学的视音频服务的服务内容（节目源）必须有着很好的管理，资源的开发必须符合国家远程教育资源建设标准中的视音频类资源建设的标准；视音频源的属性标注必须清晰合理；同时，为
14、了减少资源的重复开发，必须尽量做到资源的最大限度的共享；为了系统易于普及，在成本上必须讲究经济实用，减少不必要的浪费。鉴于以上几点，我们开发的远程教育的视音频服务系统定位在基于软件实现的“应用层”上，在现有资源和视频服务平台上作二次开发。三、 系统的工作流程 视音频服务系统由制作端、服务端、客户端三部分组成（见：图1:视音频服务系统工作流程示意图），其中制作端用于为将实况或存储的音频和视频编码为流、流文件或者上述两者，为系统用户提供点播或广播的流，其输入可以是摄像机，摄像头等采集设备或卫星电视，也可以是存储的可转化的视音频文件；采编工作站为加工单元，用于视音频数据的编码，特定的实况流，广播流，
15、点播流或多码率智能流。制作端生成的流格式文件存储于流文件仓库中，供用户点播或作为广播源进行广播。服务端由视频服务器和中心服务器两大部分组成。视频服务器既要存储视音频节目也要完成视音频节目的发送；每一个视频服务器端上都运行有由一系列的组件服务组成的视频服务管理平台，这组服务用来将音频和视频内容通过单播和多播等形式发送到客户端和其他的服务端；在本系统的视音频管理平台可以是Windows media service或Real Server或两者兼有。中心WEB服务器也属于服务端，其主要作用是对用户的请求进行分发并提供WWW服务，对视音频节目的组织逻辑和远程教育的业务逻辑进行控制和管理，使之适合远程教
16、育的特点。从上图可以看出中心WEB服务器正好处于客户端和视频服务器的中心位置，负载调度的功能主要在中心服务器上实现的，通过DNS解析，负载均衡调度后，Web服务器可以动态地产生所请求数据所在位置的URL地址，从而实现重定向，使视频服务器的性能达到最佳的发挥。客户端是系统的用户界面，包括WEB服务和管理页面，播放器可以使用独立的播放器（如微软的Windows Media Player和RealNetwork的Real Player），也可以是以ActiveX Control的形式嵌入到浏览器或其它应用程序中。客户端为用户访问和管理系统的视音频节目提供了便捷的接口。图1:视音频服务系统工作流程示意图四、 系统的体系结构
