摘要 MPEG-2l多媒體框架是正在制訂中的關(guān)于多媒體信息發(fā)布和使用的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。它是一個(gè)支持通過(guò)異構(gòu)終端和網(wǎng)絡(luò)，使用戶透明地、廣泛地、交互地使用多媒體信息資源的綜合性的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文簡(jiǎn)要的介紹了MPEG-21多媒體框架標(biāo)準(zhǔn)的研究目標(biāo)和用戶需求，闡述了MPEG-21多媒體框架標(biāo)準(zhǔn)的基本要素，最后重點(diǎn)討論了MPEG-21在教育教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 MPEG-21；目標(biāo)；用戶需求；要素；教育應(yīng)用

中圖分類號(hào)： G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671-489X（2007）01-0040-04

MPEG-21 Multimedia Framework Standard and Its Application In Education//Sun Xinghua， Wangjue， Hao Li

Abstract MPEG-21 provides an open framework for multimedia delivery and consumption. This paper presents something of MPEG-21 multimedia Framework standard， involving its target， user's need and its basic elements， and emphasizes and discusses its application in education.

Key Words MPEG-21;Target；need；Elements；Application

Author's address

1. Shanghai Normal University，Shanghai 200234

2. Heibei North University，Zhangjiakou， 075000 Hebei

1 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)獲取多媒體服務(wù)的需求在不斷增長(zhǎng)，這使得全球范圍內(nèi)的信息交流成為一種必然的趨勢(shì)。而目前多媒體服務(wù)一般由各自相對(duì)獨(dú)立的運(yùn)營(yíng)商提供，有不同的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，對(duì)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備之間用戶的互通至今仍然沒(méi)有一個(gè)很好的解決方案。同時(shí)，由于多媒體信息傳播速度的加快，存儲(chǔ)費(fèi)用的大大降低，多媒體內(nèi)容可以迅速擴(kuò)散到許多不同的平臺(tái)，為了有效保護(hù)內(nèi)容的價(jià)值，使得知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管理與保護(hù)就變得越來(lái)越重要了，然而當(dāng)前對(duì)這方面的研究還很不規(guī)范，缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為了解決這些問(wèn)題，MPEG提出了MPEG－21標(biāo)準(zhǔn)。

2MPEG-21的研究目標(biāo)和用戶需求

2.1MPEG-21研究的目標(biāo)

（1）是否需要和如何將這些不同的組件（協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)等）有機(jī)地結(jié)合在一起？討論是否需要新的規(guī)范？如果具備了前面的兩個(gè)條件，如何將不同標(biāo)準(zhǔn)集成在一起？MPEG-21的范圍可以描述成是一個(gè)決定性（關(guān)鍵）技術(shù)的集成，這些技術(shù)可以通過(guò)訪問(wèn)全球網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備實(shí)現(xiàn)對(duì)多媒體資源的透明和增強(qiáng)的使用。

2.2MPEG-21的用戶需求

多媒體框架MPEG-21中的\"用戶\"是一個(gè)廣義的概念，可以指世界各地的個(gè)人、團(tuán)體、組織、公司、政府，也可以指其他標(biāo)準(zhǔn)化組織和主體。從技術(shù)上講，用戶指任何與MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境交互或使用MPEG-21數(shù)字項(xiàng)的實(shí)體，用戶的鑒別依賴于交互中與其他用戶之間的關(guān)系，如圖1所示。

圖1 用戶定義示意圖

通常，MPEG-21的用戶需求主要有以下方面：保障安全的內(nèi)容傳送和價(jià)值交換；容易理解所使用的項(xiàng)目；確保內(nèi)容的個(gè)性化；允許在MPEG-21中操作與之相兼容的實(shí)體；允許在MPEG-21中引入其它多媒體框架，它們兩者之間也可以相互操作；平衡和支持MPEG之外已存在的和未來(lái)的標(biāo)準(zhǔn)；保護(hù)用戶的隱私；確保數(shù)據(jù)項(xiàng)的完整性；提供內(nèi)容和交易的跟蹤；提供用戶保護(hù)，包括服務(wù)的可靠性、債務(wù)與保險(xiǎn)、損失與破壞、交付處理與消除危險(xiǎn)等等。這些用戶需求可分為兩大類：一類是為MPEG-21應(yīng)用發(fā)展新的標(biāo)準(zhǔn)；另一類是為其它已經(jīng)存在的或?qū)?lái)的標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)提供接口，如MPEG就即將為諸如XML，MPEG-1，MPEG-2和TCP／IP等業(yè)已存在的標(biāo)準(zhǔn)提供應(yīng)用于MPEG-21框架中的接口，并為未來(lái)標(biāo)準(zhǔn)和服務(wù)的發(fā)展提供應(yīng)用于MPEG-21框架中的擴(kuò)展接口。最終，MPEG 將在制定標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的多媒體框架。

3 MPEG-21框架中的要素

MPEG-21多媒體框架是一個(gè)結(jié)構(gòu)化的框架，從結(jié)構(gòu)上可分成7項(xiàng)基本要素：數(shù)字項(xiàng)聲明、數(shù)字項(xiàng)的識(shí)別與描述、多媒體內(nèi)容表示、內(nèi)容的管理與使用、知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管理與保護(hù)、終端與網(wǎng)絡(luò)、事件報(bào)告，從這7項(xiàng)基本要素中可以看出MPEG-21所要規(guī)范的內(nèi)容。

3.1 數(shù)字項(xiàng)聲明（Digital Item Declaration）

數(shù)字項(xiàng)是數(shù)字資源及其相關(guān)內(nèi)容(圖像、數(shù)據(jù)文件、音頻、視頻等)的集合，是一種按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行表達(dá)、標(biāo)記、帶有描述性的、結(jié)構(gòu)化的數(shù)字對(duì)象，也是MPEG-21框架中傳送和交易的最基本單元。數(shù)字項(xiàng)聲明，是用于聲明數(shù)字項(xiàng)的一種統(tǒng)一而靈活的抽象以及在數(shù)字項(xiàng)之間進(jìn)行互操作的機(jī)制。圖2 顯示了這個(gè)模型里最重要元素，它們是如何關(guān)連的，以及數(shù)字項(xiàng)描述模型的層次結(jié)構(gòu)。

圖2 數(shù)字項(xiàng)聲明模型各要素的關(guān)系

3.2 數(shù)字項(xiàng)標(biāo)識(shí)與描述（Digital Item Identification and Description）

數(shù)字項(xiàng)標(biāo)識(shí)與描述是對(duì)不同自然屬性、類型和精度的數(shù)字項(xiàng)進(jìn)行統(tǒng)一標(biāo)記和描述的結(jié)構(gòu)和方法。它要解決的問(wèn)題是在全球范圍內(nèi)唯一的標(biāo)識(shí)數(shù)字內(nèi)容，并連同唯一的標(biāo)識(shí)符給出解決方案。它提供的功能包括：①精確、可靠和獨(dú)有的識(shí)別。②不考慮自然、類型和尺寸的情況實(shí)現(xiàn)實(shí)體的無(wú)縫識(shí)別。③相關(guān)數(shù)字項(xiàng)有效可靠的識(shí)別方法。④任何操作和修改下數(shù)字項(xiàng)的識(shí)別和描述都能保證其安全性和完整性。⑤自動(dòng)處理授權(quán)交易、內(nèi)容定位、內(nèi)容檢索和內(nèi)容采集。

3.3 內(nèi)容管理與使用（Content Handling and Usage）

內(nèi)容管理與使用是一種通過(guò)內(nèi)容分配和消費(fèi)價(jià)值鏈來(lái)保證順利地進(jìn)行內(nèi)容創(chuàng)建、制作、存儲(chǔ)、傳送和重復(fù)利用的接口和協(xié)議。由于MPEG-21的目的是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備來(lái)透明地使用多媒體內(nèi)容，所以MPEG-21對(duì)于內(nèi)容的檢索、定位、緩存、存檔、跟蹤、發(fā)布以及使用顯得尤為重要，并且隨著時(shí)間的推移，網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)容及對(duì)內(nèi)容的存取需求還將呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。

3.4 知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理與保護(hù)（Intellectual Property Management Protection）

MPEG-21多媒體框架將提供對(duì)數(shù)字權(quán)利的管理與保護(hù)，即通過(guò)大范圍的網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備來(lái)對(duì)用戶的權(quán)利、興趣和各類與MPEG-21數(shù)字項(xiàng)相關(guān)的認(rèn)定事項(xiàng)實(shí)現(xiàn)可靠的管理和保護(hù)。同時(shí)，由于MPEG-21多媒體框架在某種程度上能夠獲取、編輯和傳播相關(guān)的政策、法規(guī)、協(xié)議以及文化準(zhǔn)則，因此可建立針對(duì)MPEG-21數(shù)字權(quán)利的商業(yè)社會(huì)平臺(tái)。此外，MPEG-21還有可能提供一種統(tǒng)一的領(lǐng)域管理組織和技術(shù)，用以管理與MPEG-21交互的設(shè)備、系統(tǒng)和應(yīng)用等，并提供各種商業(yè)交易的服務(wù)。

3.5 終端與網(wǎng)絡(luò)（Terminals and Networks）

MPEG-21通過(guò)屏蔽網(wǎng)絡(luò)和終端的安裝、管理和實(shí)現(xiàn)，可以為用戶提供一種貫穿于終端和網(wǎng)絡(luò)、能交互和透明地存取或發(fā)布多媒體內(nèi)容的能力。它支持與任意用戶的連接，還可根據(jù)用戶的需求提供網(wǎng)絡(luò)和終端資源。這種網(wǎng)絡(luò)和終端能夠根據(jù)內(nèi)容的要求來(lái)提供內(nèi)容的可分級(jí)性功能，并能根據(jù)用戶和網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行內(nèi)容傳輸。隨著多種類型網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)，如有線、無(wú)線、GPRS，UMTS，IMDS，MMDS的出現(xiàn)，這種方便的使用顯得越來(lái)越重要。

3.6 內(nèi)容表示（Content Representation）

MPEG-21提供的內(nèi)容表示可以通過(guò)分級(jí)的和錯(cuò)誤恢復(fù)方法有效地表示任何數(shù)據(jù)類型。多媒體場(chǎng)景的不同元素可以單獨(dú)地訪問(wèn)，可以同步和復(fù)用，也允許各種各樣的交互式訪問(wèn)。顯然多媒體內(nèi)容是多媒體框架中的基本要素?？蚣苤械膬?nèi)容可以編碼、描述、存儲(chǔ)、傳送、保護(hù)、交易、消費(fèi)等。在MPEG-21中，多媒體內(nèi)容表示可完成對(duì)MPEG-21基本對(duì)象的表示。

3.7 事件報(bào)告（Event Reporting）

事件報(bào)告是用戶能精確地理解框架內(nèi)所有可報(bào)告事件(如交易)的接口和計(jì)量。事件報(bào)告可為組織提供相關(guān)的、及時(shí)的策略信息，而且對(duì)用戶與用戶、用戶與數(shù)字項(xiàng)、數(shù)字項(xiàng)與數(shù)字項(xiàng)的事件計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，將有利于用戶分析事件。

用這7個(gè)核心單元描述在使用數(shù)字項(xiàng)用戶之間的交互作用，如圖3所示。

4MPEG-21在教育教學(xué)中的應(yīng)用

4.1 構(gòu)建基于MPEG-21的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教育

現(xiàn)在存在許多不同類型的網(wǎng)絡(luò)，典型的就有廣播電視網(wǎng)、因特網(wǎng)，以及現(xiàn)在正在逐漸形成的基于移動(dòng)設(shè)備的移動(dòng)學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，他們形成了一個(gè)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境，各種多媒體教學(xué)資源分散在這些動(dòng)態(tài)匯聚網(wǎng)絡(luò)的諸多終端設(shè)備上。這些終端設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)擁有有限且不同的傳輸、處理、存儲(chǔ)和顯示多媒體內(nèi)容的能力，但它們要訪問(wèn)的多媒體教學(xué)資源卻非常豐富。在這種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)環(huán)境中，如果采用MPEG-21多媒體框架標(biāo)準(zhǔn)，一方面可把學(xué)習(xí)者終端和網(wǎng)絡(luò)的具體情況屏蔽開(kāi)來(lái)，使不同的學(xué)習(xí)者能透明地、交換式訪問(wèn)多媒體教學(xué)資源；另一方面，為不同類型的多媒體教學(xué)資源提供了一個(gè)接口，使各種類型的多媒體內(nèi)容能被不同的用戶使用。這樣，電視網(wǎng)中的學(xué)習(xí)者就可以用數(shù)字電視訪問(wèn)因特網(wǎng)中的多媒體教學(xué)資源，反之也是如此。由于不同的網(wǎng)絡(luò)性能是明顯不同的，比如移動(dòng)電話網(wǎng)的帶寬、處理和存儲(chǔ)等能力要比數(shù)據(jù)網(wǎng)差，但通過(guò)MPEG-21，我們可以根據(jù)終端、網(wǎng)絡(luò)的性能和學(xué)習(xí)者的需要，按照可使用的帶寬、顯示尺寸、多媒體信息的可伸縮性等定制多媒體內(nèi)容以適應(yīng)不同信道的要求?；贛PEG-21的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)環(huán)境如圖 4所示。

4.2構(gòu)建基于MPEG-21的數(shù)字多媒體圖書(shū)館

數(shù)字圖書(shū)館是采用現(xiàn)代高新技術(shù)的數(shù)字信息資源系統(tǒng)，它不受時(shí)間和空間的限制，是一個(gè)多功能、易于使用、超大規(guī)模的信息資源庫(kù)。在數(shù)字圖書(shū)館的資源建設(shè)中，多媒體信息占據(jù)了信息資源的很大一部分。如何獲取數(shù)字視頻／音頻及合成圖形等信息，如何傳送各種不同類型的媒體并為用戶提供透明的信息服務(wù)，以及如何進(jìn)行內(nèi)容的管理、內(nèi)容的重定位、各種權(quán)利的保護(hù)、非授權(quán)存取和修改的保護(hù)等問(wèn)題，日益受到數(shù)字圖書(shū)館建設(shè)者的重視。目前已經(jīng)建立的傳輸和數(shù)字媒體的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、要素和規(guī)范之間還沒(méi)有一個(gè)明確的關(guān)系描述方法。而MPEG-21的目標(biāo)就是要將不同的協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)結(jié)合在一起，綜合性地加以協(xié)調(diào)和發(fā)展，最終建立一個(gè)高效、透明和互操作，具有知識(shí)產(chǎn)權(quán)管理和保護(hù)能力的跨平臺(tái)多媒體框架，使用戶可以通過(guò)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備透明地使用多媒體內(nèi)容，而這正是數(shù)字多媒體圖書(shū)館所需要的。如圖 5所示是一個(gè)基于MPEG-2l的多媒體數(shù)字圖書(shū)館的模型。系統(tǒng)工作流程如下：管理服務(wù)器接受用戶請(qǐng)求，經(jīng)過(guò)IPMP（知識(shí)產(chǎn)權(quán)的管理與保護(hù)）服務(wù)器確認(rèn)用戶訪問(wèn)權(quán)限后生成對(duì)應(yīng)的數(shù)字項(xiàng)，并從DI（數(shù)字項(xiàng)）服務(wù)器中提取相應(yīng)的信息實(shí)現(xiàn)數(shù)字項(xiàng)的匹配，然后根據(jù)UMA（通用多媒體接口）服務(wù)器對(duì)用戶的環(huán)境描述來(lái)對(duì)數(shù)字項(xiàng)進(jìn)行處理，最后再把處理后的數(shù)字項(xiàng)提供給用戶，用戶根據(jù)接收到的數(shù)字項(xiàng)的內(nèi)容到相應(yīng)的用戶處獲取所需多媒體內(nèi)容。

4.3構(gòu)建基于MPEG-21的數(shù)字電視實(shí)時(shí)教學(xué)系統(tǒng)

我國(guó)現(xiàn)階段遠(yuǎn)程教育利用模擬廣播技術(shù)傳輸教育信息，已經(jīng)形成了依靠模擬廣播技術(shù)、具備一定規(guī)模的單向?qū)崟r(shí)教學(xué)系統(tǒng)。但是隨著人們對(duì)教育形式、教育內(nèi)容需求不斷提高，單向?qū)崟r(shí)教學(xué)系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足遠(yuǎn)程教育需求。同傳統(tǒng)的模擬電視系統(tǒng)相比，數(shù)字電視系統(tǒng)更注重互操作性，這將能更充分地利用各種有效資源。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)的通信能力必然極大提高，將從原來(lái)單一的一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的\"廣播\"模式擴(kuò)展為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交互式系統(tǒng)。數(shù)字電視實(shí)時(shí)教學(xué)系統(tǒng)將是一個(gè)將活動(dòng)圖像、聲音和數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)字技術(shù)進(jìn)行壓縮、編碼、傳輸、存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)發(fā)送、廣播或者經(jīng)過(guò)記錄媒體的傳播， 供學(xué)習(xí)者接收、播放的教學(xué)系統(tǒng)。MPEG-21正是考慮到了這方面發(fā)展需要，提供了支持學(xué)習(xí)者有效、透明和交互的對(duì)數(shù)字項(xiàng)進(jìn)行交換、訪問(wèn)、消費(fèi)、交易等技術(shù)，滿足數(shù)字電視教學(xué)系統(tǒng)所需的對(duì)各種多媒體信息的管理、互操作性及交互式應(yīng)用等需求?；贛PEG-21的數(shù)字電視實(shí)時(shí)教學(xué)系統(tǒng)，不但能夠滿足系統(tǒng)完成各項(xiàng)功能的要求，還可以使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化，增強(qiáng)了其擴(kuò)展能力和與其它網(wǎng)絡(luò)之間的交互能力。從圖6看出，數(shù)字電視客戶端和服務(wù)提供者之間以及客戶端之間都作為MPEG-21的用戶通過(guò)數(shù)字項(xiàng)進(jìn)行通信，通過(guò)處理數(shù)字項(xiàng)，按照客戶端的處理能力以及客戶端的具體要求組織和發(fā)送學(xué)習(xí)資源，這樣就構(gòu)成一個(gè)通用的多媒體訪問(wèn)系統(tǒng)，通過(guò)教學(xué)內(nèi)容管理服務(wù)器產(chǎn)生數(shù)字項(xiàng)，教學(xué)節(jié)目管理中可對(duì)數(shù)字項(xiàng)進(jìn)行匹配處理，使客戶端得到所需要的數(shù)字項(xiàng)。

4.4 基于MPEG-21的智能推拉技術(shù)可以為學(xué)習(xí)者提供個(gè)性化的信息服務(wù)

如何在教學(xué)中高效地進(jìn)行訪問(wèn)、交互操作和顯示不同類別的、復(fù)雜的、可用的多媒體教育信息，是未來(lái)教育教學(xué)研究值得探討的問(wèn)題。在信息獲取中，使用包含各種多媒體數(shù)據(jù)的信息“推送”和“拉取”技術(shù)變得越來(lái)越重要?！巴扑汀奔夹g(shù)是根據(jù)學(xué)習(xí)者的需求，有目的地按時(shí)把學(xué)習(xí)者感興趣的教學(xué)信息主動(dòng)發(fā)送給學(xué)習(xí)者，在通用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上應(yīng)用?！巴扑汀奔夹g(shù)最終需要解決的問(wèn)題是“推什么，推給誰(shuí)”?！巴扑汀奔夹g(shù)中最關(guān)鍵、也是首先要解決的問(wèn)題是對(duì)教學(xué)信息的分類及處理。而目前的教學(xué)信息特點(diǎn)是信息量巨大，信息類型難以估計(jì)和難以人工處理。因此，要使“推送”技術(shù)最終得以成功應(yīng)用，引入“人工智能”和充分利用MPEG-2l框架標(biāo)準(zhǔn)將是值得探索的一個(gè)方向。網(wǎng)絡(luò)信息“拉取”技術(shù)指用戶有目的地在網(wǎng)絡(luò)上主動(dòng)查詢信息，用戶從瀏覽器給Web發(fā)出請(qǐng)求，由Web獲取所需信息?，F(xiàn)在，多媒體數(shù)據(jù)已經(jīng)廣泛用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)當(dāng)中，課程提供者和使用者不僅要存取常規(guī)的字符數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，而且越來(lái)越多的網(wǎng)絡(luò)課程將包含多媒體數(shù)據(jù)。利用MPEG-21框架標(biāo)準(zhǔn)可以實(shí)現(xiàn)高效率的按照多媒體數(shù)據(jù)的特性來(lái)存取和檢索多媒體數(shù)據(jù)?；贛PEG-21框架標(biāo)準(zhǔn)的多媒體內(nèi)容管理方法是從新的角度來(lái)管理多媒體信息，包括：視頻媒體的結(jié)構(gòu)化組織和瀏覽；圖像和音頻信號(hào)的處理目的不是識(shí)別和理解，而是用于更廣泛的信息存取應(yīng)用方面；綜合考慮多種媒體及其關(guān)系；強(qiáng)調(diào)從信息技術(shù)的角度開(kāi)展研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

隨著各種多媒體資源的數(shù)量與日俱增，多媒體內(nèi)容的提供者和使用者面臨的問(wèn)題更為嚴(yán)重，急待解決， 這必將推動(dòng)MPEG-2 1多媒體框架及其相關(guān)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。研究MPEG-21多媒體框架及其應(yīng)用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和教育價(jià)值，也必將推動(dòng)相關(guān)多媒體教學(xué)資源處理和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展。