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1、第 1 页工科支持移动访问的课件共享系统原型的设计与开发摘要 本课件共享原型系统集成多种文件格式转换工具 实现了课件格式统一的功能，并支持 PC 机和移 动 智能终端访问， 实现了跨平台的便捷播放，达到了教育资源快速共享的目的。本系统的全文搜索功能结合了相关性分析技术，可根据用 户属性 优化搜索结果，快速准确定位 课件。关键字：移动访问；课件共享；格式统一；相关性分析、 选题背景及意义信息化社会人们需要终身学习，以网络为主要传播载体的数字远程教育顺应了这一趋势，给人们随时获取新知识提供了便捷和强有力的支持。同时，移动无线网络技术的发展以及智能移动终端能力的不断增强，更催生了人们利用移动无线技术
2、访问数字在线教育资源的需求。因此说，数字远程教育必然面临着从目前单一接入方式（互联网和 PC 机）向多种终端（智能手机、PDA 等）和接入方式（无线局域网、城域网和移动通信网络等）拓展的需求，从而为用户提供随时随地体验数字远程教育服务。支持移动访问的课件共享系统迎合了数字远程教育的发展要求，支持 PC 机和移动智能终端的访问，实现了跨平台的便捷播放，并具备断点记忆功能，具有良好的实用性。结合校园教学，本系统实现统一的课件媒体格式，可高效整合现校园教学数字资源，有助于校园教学信息化建设，促进教学水平的提高。、 方案论证2.1 媒体格式的选择、格式转换的方案针对现在课件格式复杂、传输不便等问题，我
3、们提出如下实现了课件格式统一的方案，即选择哪种媒体格式作为统一的课件格式、以及多种课件格式如何转换成统一格式。2.1.1 方案一：媒体采用图片加 WAV 音频格式。将音频文件按照每一秒一个文件分割。服务器端基于 Apache 和 PHP 建立 Web Service，移动客户端基于 Windows Mobile 平台，采用 C#开发。客户端每次向服务器请求，指定起止秒数，服务器端将指定秒数的音频文件和图片进行 Base64 编码后返回客户端。但是该方法的弊端很明显，本来 WAV 音频就是很大的文件，再经过 Base64 编码，基本上要再增大 1/3。而移动通信网络的带宽非常有限，且该方案下播放
4、控制实现难度较高。该方案最终被放弃。2.1.2 方案二：媒体采用 FLV 流媒体媒体采用 FLV 流媒体。服务器端采用 Red5 Server 和 Apache 提供流媒体和 Web 访问服务。客户端基于 Symbian60，采用 Flash 技术开发。客户端向服务器发起 HTTP 请求，获取媒体文件在流媒体服务器的地址以及对应的标签文字等信息，通过 Flash 原生的 FLV 解码器进行播放。这种方案的缺陷之一也是带宽问题。因为视频课件制作和处理起来非常复杂，也导致其可扩展第 2 页性变差。同时，因为视频课件无法按照个人需要加快或者放慢教学进度，在应用上也不是一个很好的解决方案。2.1.3
5、方案三：媒体采用标准课件，转换成统一的 SWF 格式。媒体采用标准课件。在服务器端，将各种各样的课件格式，如 PPT、PDF 、DOC 、VSD 等各种文档转换为统一的 SWF 格式，在 PC 端，通过浏览器的 Flash 播放器插件播放。这种情况下文件大小大大减小，有利于网络传输；能整合各种格式的教学课件，播放的时候不需要 Power Point、Word、Adobe Reader 等软件支持，只要有浏览器和 Flash 插件即可实现播放，应用范围不受限制。同时，从应用的角度讲，目前大多数同学学习均通过课件，这是一种很符合用户习惯的学习方式。在移动客户端而言，由于文件体积大大减小，对网络传输
6、的压力大大降低，有利于其投入实际应用。加上对课件的处理更加方便，服务器端对每个课件可以提供PDF、SWF 、TXT、JPEG 等常见格式，移动终端的实现方案更自由。2.2 搜索查询优化方案在整合教学数字资源的条件下，我们提出有针对性的搜索查询优化方案，实现教学资源的准确、快速定位。我们采用 Lucene 开源搜索引擎工具包进行搜索功能的开发。针对 Lucene 不能很好的支持中文的弱点 1，我们开发了基于 ICTCLAS 分词的 Lucene 分析器，完善了 Lucene 系统中分分词的质量。为了进一步提高分词系统识别未登录词（课程名、任课教师姓名等）的准确度，我们还设计了一个基于网络爬虫的分
7、词词典自动更新系统。经过上述改进后，系统的分词准确率得到了有效地提高，如下表 1 所示（实验文本针对北邮计算机专业课程）：表 1 三种方法准确率的比较分词方法 分词所得词条数 分词词条中所包含课程词条数分词词条直接匹配课程名的概率Lucene标准分析器 一元分词 428 0 0%新分析器+默认词典层叠隐马模型分词96 9 9.37%新分析器+自定义词典层叠隐马模型分词76 62 81.6%针对中文分词后词条膨胀、返回结果精度下降的问题，我们实现了文档预处理模块，剔除掉与文本主题不相关的噪声词条，并根据词条的重要程度进行文档的重构 2。最后，由于Lucene 的排序算法是基于向量空间模型（VSM
8、）的，并没有考虑查询词的位置和其他属性对文档重要性的影响。我们通过构建一个新的文档评分机制来优化搜索结果，该机制综合考虑了文档的 TF-IDF 得分和查询词的位置等属性使其更为贴近用户的搜索需求。第 3 页经过上述改进后，我们进行了用户满意度（Satisfaction Degree）的评测 3，选取 10 个测试者，每人分别对原系统和改进后的系统进行 20 次查询，统计的满意度如图 1 所示。2.3 基于标签的播放控制的方案2.3.1 对应媒体格式选择及转换的方案一和二将标签同时间轴关联，播放时，点击相应标签跳转到指定的时间，播放到指定时间的时候显示对应的标签。在服务器端以课件、秒数定位一个标
9、签。由于后来放弃方案一和二，该方案随之被放弃。2.3.2 对应媒体格式选择及转换的方案三：将标签同位置关联，即类似 Google Map 的应用，以用户、课件、页码、页内位置来定位一个标签。用户可以选择查看所有标签，点击标签即可跳转到对应的页码对应的位置，实现类似Word 的目录功能。同时，采用了标签共享的策略，即用户可以选择查看其他用户在该页的标签，在实际应用中，该应用方式主要用于用户参考其他学习者的批注。2.4 移动终端客户端的选型方案移动终端客户端的造型一定程序上受限于课件媒体格式的限制。对应媒体格式选择及转换的方案一，本项目最初基于 Windows Mobile 平台进行，界面采用MF
10、C 的技术。后通过调研，此方案在界面、媒体播放控制上存在不足，难于满足良好的用户体验要求，便放弃了此方案。后针对媒体格式选择及转换的后两种方案，客户端采用 Flash 技术进行开发，并成功部署在移动终端上。同时采用 Qt 技术在 Symbian 系统上开发，避免了 Flash 部分局限性问题，更好地控制和呈现已在服务器端统一格式的教学资源，并提升了效率和用户体验。、 研究方法根据项目特点和系统设计，我们将项目开发工作分如下三大部分：第 4 页3.1 服务器端及 Web 前端的开发在媒体格式方案方面，通过调研现有文档系统 SlideShare 的实现，项目确定采用加密 SWF格式为最终格式。在实
11、现媒体转换上，我们借鉴了 PDFCreator 的项目经验，采用了虚拟打印技术。该方案与文档格式无关，具有通用性，又能保留文字信息，具有良好的可扩展性。实现了中间格式之后，由于 PDF 文件的相关库已经非常成熟，因此很轻松的选择到了Xpdf、 PDF2SWF、ImageMagick 等库，实现将中间格式转换为用于呈现的 SWF、图片等格式。在服务器端，程序将 SWF 加密后传送到客户端，客户端的播放器负责解密播放。最终实现该方案原型。在应用开发方面，由于 lamp 方案已经非常流行和成熟，且 PHP 开源社区发展迅速。决定了采用 Apache/PHP/MySQL 作为 Web 部署和开发方式。
12、在社区应用方面，为节约开发成本，决定采用开源项目 UCenter Home 进行二次开发。通过学习优秀的开源 PHP 项目，结合文件散列、数据缓存等技术，使系统具有良好的性能。Web 前端方面，先系统的学习了 HTML/CSS/JAVASCRIPT/ACTIONSCRIPT 等技术，阅读了 W3C 的 XHTML 和 ECMA-262 标准，然后学习了 AJAX、Css Sprite、JavaScript 混淆压缩等流行技术，使系统前端具有优秀的性能和友好的界面。3.2 搜索功能的开发通过调研 Lucene 相关内容，借鉴已有中文分词模块（如 ICTCLAS） 、索引文档预处理模块等，最终搜索
13、部分结合了基于 TF-IDF 的文档重构算法、优化的 Lucene 分析器和基于用户属性定制的分词词典，大大提高了中文检索的效率和准确度，实现中文搜索的查询优化。3.3 手机客户端的开发学习和熟悉智能手机采用的主流嵌入式操作系统（如 Symbian 60, Windows Mobile） ，掌握基于 Red5 流媒体服务器和 Flash Lite 3.0 的程序设计与开发技术，先选择实现难度较小的环境进行客户端软件开发，然后考虑跨平台的移植。同时学习 Qt 技术在 Symbian 系统上的开发应用，掌握基本功能控件。在完成用户界面的开发上，采用版本控制的方法，逐步完成各单元模块的开发和测试工作
14、，从而保证手机客户端开发进度，降低后期集成测试的风险。、 研究结果4.1 支持移动访问的课件共享原型系统4.1.1 服务器端服务器端分为文档处理服务、Web 服务和搜索服务。文档处理服务实现了将各种可打印格式文档转换为统一的格式。该服务采用 Python 技术，以虚拟打印技术为桥梁，将各种格式的可打印文档转换为 PDF，再结合 Xpdf、ImageMagick 等优秀的文档、图片处理库，实现各种格式的文档到图片、文字、Flash、PDF 格式的转换。最终，将图片、Flash 用于 Web 端的展现，将文字用于搜索模块的检索。Web 服务提供了文档分享、校园社区等应用。基于 Apache、PHP
15、、MySQL 等成熟的 Web第 5 页技术。Web 服务分为文档共享和社区。文档共享系统作为一个独立的应用开发，使其具有良好的扩展性。系统中采用了高效的文件散列减轻硬盘负担，并采用加密算法保护课件资源。社区应用采用了国内最流行的开源方案 UCenter Home，基于校园场景进行二次开发，实现了角色管理、课程管理、课件组织、课程辅助等特色功能。搜索服务为系统提供优化的课件检索服务。扩展 Lucene 实现了中文检索功能，并进行了优化，使之能提供高效的中文搜索服务。4.1.2 Web 前端Web 前端实现系统的展现层。主要包括友好的交互界面、具有解密功能的课件播放器。前端方面具有良好的浏览器兼
16、容性，能保证在各个浏览器环境下表现一致。结合了 JavaScript 混淆压缩、Css Sprite 等技术提升页面性能和加载速度。广泛使用了 AJAX、Flash 等技术，提升用户体验。4.1.3 移动终端客户端本项目移动客户端选用 Symbian S60 5th 平台，并以 Qt C+为主进行开发。通过 HTTP 协议访问 Web 服务器，利用 Web 端的网络安全机制以及 Symbian 系统的系统权限控制确保数据特别是教学内容的安全管理。本客户端实现了如下功能：1）教学媒体资源的呈现与控制；2）用户相关的信息的维护管理；3.）教学数据和用户数据的维护上与 Web 的同步与配合； 4）基于教学内容的应用管理。其中教学资源控制部分是作为核心功能实现了标签管理、索引管理等核心应用，并集成了 Web 端提供的相关搜索。同时本客户端的实现解决了适应移动终端的设备相关特性、媒体格式的可控制呈现等技术难题。本客户端已在 Nokia 5800XM 上进行测验。4.2 学术论文A SMIL-based multimedia
