郎 非

（南京郵電大學通信與信息工程學院，江蘇南京 210003）

0 引 言

流媒體指在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)倪B續(xù)時基媒體，如音頻、視頻或多媒體文件。流媒體區(qū)別與其它媒體的最主要特征：首先，流媒體的播放與演示需要一段時間間隔，故流媒體是“連續(xù)時基媒體”；其次，流媒體具有時刻不停地運轉(zhuǎn)于網(wǎng)絡(luò)中的特點，并有能直接在網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點進行播放的功能，而無需在終端播放前下載整個流媒體文件再進行播放。故流媒體對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實時性能提出了很高的要求。

如今在信息與通信技術(shù)快速發(fā)展的浪潮中，特別是以多媒體和新型網(wǎng)絡(luò)為代表的新技術(shù)分別在日常教學與各類教育中得到廣泛快速的應(yīng)用。其中包含音、視頻等多媒體技術(shù)的引入，使得知識表達方式更豐富，課堂教學交互性更強；網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入使得傳統(tǒng)教學走出課堂和校園，使得知識傳播在不限時間地點的情況下向普通大眾傳遞。

為了使教學能夠同時吸納多媒體和網(wǎng)絡(luò)兩方面的技術(shù)優(yōu)勢，多媒體與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合的“流媒體技術(shù)”應(yīng)運而生。在進入主題討論之前，有必要對“多媒體”這一概念進行定義，因為當前確有對此概念“濫用”的現(xiàn)象。

文中所提及的“多媒體”概念在無特殊說明的條件下，指至少要包含一種音頻或視頻的連續(xù)時基性媒體，更多情況下特指包含視頻媒體。這樣的多媒體在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸就稱為“流媒體”。

目前，基于流媒體技術(shù)的教學平臺系統(tǒng)仍未見到真正意義上的應(yīng)用，即使有類似的原型系統(tǒng)，無論性能還是服務(wù)質(zhì)量都遠達不到教學基本要求。文中致力于對這樣一個基于流媒體技術(shù)的教學平臺的實現(xiàn)給出一個基本的解決策略。首先給出多媒體的基本概念及其分類，在此基礎(chǔ)上，說明媒體結(jié)合技術(shù)在課堂教學中的運用以及產(chǎn)生的教學效果。然后主要針對流媒體技術(shù)在教學中的應(yīng)用所涉及到關(guān)鍵技術(shù)進行討論，包括寬帶多媒體接入、音頻視頻媒體對網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)質(zhì)量的要求和教學中雙向交互對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的要求。

文中首先給出音頻、視頻等連續(xù)時基性媒體在教學尤其是網(wǎng)絡(luò)教學中的應(yīng)用意義。

1 基本概念

1.1 流媒體教學

流媒體教學是對傳統(tǒng)多媒體教學的擴展與延伸，指利用計算機、投影儀、音響等數(shù)字媒體設(shè)備，進行采集、處理、傳輸、存儲和播放等操作，操作的對象除傳統(tǒng)的符號、文字和圖形之外，還包括聲音和視頻等流媒體信息。我們把包含流媒體的各要素按教學需要進行有機組合，并通過屏幕或投影儀最終顯示出來，同時按需要加上聲音、動畫等進行配合，此外，在使用者與計算機之間可加上有事先設(shè)計好的人機交互操作，完成教學過程［1－3］。

1.2 網(wǎng)絡(luò)教學

網(wǎng)絡(luò)教學是相對于傳統(tǒng)的圍墻式的課堂和校園教學來說的。中國大陸自從90年代初開始，廣播、電視教學便應(yīng)用于各類教育中，突破了封閉式圍墻式傳統(tǒng)教學模式。自21世紀初以來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和快速應(yīng)用普及，網(wǎng)絡(luò)教學開展徹底改變了傳統(tǒng)“學校”、“教室”的概念，使學校成為開放、虛擬，甚至是社會化的學校。不僅能夠重新整合互補各類學校課堂教學資源，也進一步為全民教育和終身教育創(chuàng)造了條件［4］。

具體來說，網(wǎng)絡(luò)課堂教學是利用已經(jīng)普及的計算機和寬帶網(wǎng)絡(luò)等硬件環(huán)境，依托專業(yè)的網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場教學平臺，實現(xiàn)異地、實時、互動教學和學習的教學模式，是“實地現(xiàn)場教學”模式強有力的補充，是教育信息化和網(wǎng)絡(luò)化的總體趨勢和目標。在網(wǎng)絡(luò)教學模式下，教師講課工作像以往一樣準備電子講稿（word，ppt，pdf等文件格式），一樣按照約定的時間上課。所不同的是上課的地點不再是集中于一固定地點，比如學校的固定班級，而是在網(wǎng)絡(luò)教學系統(tǒng)平臺上開設(shè)的一個虛擬化的網(wǎng)絡(luò)班級。上課的內(nèi)容仍然是教師備課好的內(nèi)容，只需要將講課稿文件“打開”到講課板上，借助多種媒體設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)，整個網(wǎng)絡(luò)班級的學生都能在異地同時且實時地看到講課內(nèi)容，當然前提是學生在規(guī)定的時間登陸到了指定班級。在網(wǎng)絡(luò)教學模式下，學生完全可以在家里參加學校開設(shè)的課程，免去了路途奔波，節(jié)省了時間和精力，極大地增加了學習的方便性，同時不乏現(xiàn)場教學中的互動和交流。

1.3 流媒體與網(wǎng)絡(luò)結(jié)合教學

網(wǎng)絡(luò)如果承載多媒體信息并應(yīng)用于教學中，從教學效果上看，顯然會兼顧多媒體和網(wǎng)絡(luò)的兩方面優(yōu)勢。但是，由于流媒體不同于普通文本字符數(shù)據(jù)，它具有類型多、數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)不定長等特點，如果再引入音頻、視頻數(shù)據(jù)還要考慮時間上的同步性。正是由于這些因素的存在，使得流媒體傳輸對網(wǎng)絡(luò)通信的服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求，切實地將多媒體與網(wǎng)絡(luò)兩種技術(shù)融合為一個流媒體技術(shù)，需要有很多關(guān)鍵技術(shù)得到解決才行。然而就目前的實際情況而言，網(wǎng)絡(luò)課堂教學中的流媒體信息還遠不能進行雙向自由交互，學生一般只能在網(wǎng)絡(luò)的一端被動地接收另一端由老師傳過來的視頻圖像，甚至只能傳送提前錄制好的課堂影像資料。這種沒有有效地使用流媒體的網(wǎng)絡(luò)教學還遠遠達不到傳統(tǒng)教學中師生實時交互交流的效果。

2 多種表示媒體在教學中的應(yīng)用

當前對媒體種類的劃分可謂五花八門，各種涉及組織團體幾乎都有其不同的劃分方式。在電子化教學領(lǐng)域中對此仍然沒有明確定義。概念的模糊很容易導(dǎo)致教學對技術(shù)的需求和多媒體技術(shù)的提供兩方面相互脫節(jié)，這對多媒體教學應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展非常不利。

2.1 媒體分類與媒體功能

國際電信聯(lián)盟（ITU－T）規(guī)定了媒體的5種分類準則：

1）感覺媒體，包括人的視覺、聽覺、觸覺等；

2）表示媒體，包括信息表示，如文字、聲音、語音、圖形、圖像、視頻、動畫等；

3）顯示媒體，指表現(xiàn)和獲取信息的物理設(shè)備，如打印機、顯示器、揚聲器、鍵盤、攝像機等；

4）存儲媒體，包括磁盤、磁帶、光盤等；

5）傳輸媒體（媒介），包括光纜、電纜、電磁波等。

在課堂教學中，顯示媒體、存儲媒體和傳輸媒體設(shè)備都已經(jīng)被廣泛使用，我們將這3種媒體作為課堂教學中的輔助媒體，它們都是用于承載“表示媒體”的物理設(shè)備。值得注意的是，當表示媒體增加了音頻、視頻，它們以流媒體的形式在網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸，此時流媒體對顯示、存儲和傳輸媒體設(shè)備的性能提出了更高的要求。

表示媒體可以看成是通信領(lǐng)域中的信息、信號或消息，在教學中指承載教師備課授課內(nèi)容的表示符號，是知識最直接的“電子信息表達”。能否有效地使用多媒體，使其產(chǎn)生正面的教學效果全系于媒體的表示，如可以把Powerpoint軟件看作是表示媒體的容器。表示媒體中不同的類別會有不同的表現(xiàn)形式，在課堂上會產(chǎn)生不同的教學效果。例如，字符文本擅長表現(xiàn)概念和刻畫細節(jié)；圖形信息擅長表達思想的輪廓以及那些蘊含于大量數(shù)值數(shù)據(jù)內(nèi)的數(shù)學幾何信息；視頻媒體則適合于表現(xiàn)真實場景等。顯然，在教學中這些表示媒體都被期望使用到，這能夠觸動各種不同的人類感官經(jīng)驗。比如文本、圖像等與時間無關(guān)的“靜媒體”和音頻視頻等與時間相關(guān)的“動媒體”，一靜一動的結(jié)合會對學生聽課產(chǎn)生十分迥異的心里感覺，會刺激學生的腦部神經(jīng)，加深對知識的理解和記憶。

2.2 媒體結(jié)合在教學應(yīng)用中的作用

“多媒體”不同于“多種媒體”概念，“多種媒體”并沒有考慮不同媒體之間的相關(guān)性。只有把多種媒體進行結(jié)合，才能真正顯示出多媒體的意義，課堂教學亦如此。如教學中應(yīng)把多種媒體的信息圍繞一個單一的主題而相互關(guān)聯(lián)在一起，共同主題是這些不同種類媒體相互聯(lián)系的紐帶，否則就是互不相干的共存而已。

在教學中，不同種類媒體有不同的展示知識的能力，而單一媒體對某一知識的表達總可能是蹩腳的。多媒體的核心價值就在于各種形態(tài)的信息通過各展所長，從不同的側(cè)面調(diào)動不同的感官充分展示一個事物。不同的信息形態(tài)被用于傳播與之相適應(yīng)的信息，才能夠形成信息互補，這是多媒體應(yīng)用的精髓所在。

交互性強是實現(xiàn)多媒體核心價值的形式環(huán)節(jié)，課堂上師生之間的交互性提高是多媒體應(yīng)用的根本目的。只有產(chǎn)生好的交互性，才能使得學生對知識內(nèi)容理解的更深刻。這種效果可以反映在理解程度和記憶駐留效果上。根據(jù)文獻［5］，由視頻傳遞的信息能被理解83%，由聽覺傳遞的信息能被理解11%，由觸覺傳遞的信息能被理解的占3%，其余的只占3%。從記憶駐留效果來看，以談話方式傳遞信息，2h能記住70%，72h能記住10%；以觀看的方式傳遞信息，2h后能記住的占72%，72h能記住的占20%；而以視聽并舉的方式傳遞的信息，2h后能記住85%，72h能記住65%。很明顯，視覺和聽覺的相互影響，起到了關(guān)鍵的作用，這就是所謂“感覺相乘”的效應(yīng)。

3 流媒體網(wǎng)絡(luò)教學平臺模型

流媒體教學平臺的部分網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 流媒體網(wǎng)絡(luò)教學平臺架構(gòu)

圖1采用的是帶有無線節(jié)點接入的分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)［6］，其中，網(wǎng)絡(luò)教學現(xiàn)場位于學校的多媒體演播廳，將采集到的多媒體信息先匯集到流媒體服務(wù)器中，然后通過Portal端口接入到校園網(wǎng)絡(luò)。學生利用便攜式多媒體終端設(shè)備，通過無線信道的網(wǎng)絡(luò)AP（Access Points）節(jié)點接入到校園網(wǎng)絡(luò)。此外，校園網(wǎng)與外部Internet設(shè)有網(wǎng)絡(luò)關(guān)口（Gateway），可以為非本地校園網(wǎng)的用戶提供遠程教學服務(wù)。

4 無線寬帶流媒體接入技術(shù)

4.1 流媒體無線接入技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)教學中的應(yīng)用

隨著異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的大量涌現(xiàn)，大學校園網(wǎng)絡(luò)不再僅局限于傳統(tǒng)的有線局域網(wǎng)（LAN），采用各種技術(shù)的無線局域網(wǎng)（WLAN）已經(jīng)得到廣泛的使用，而且這一趨勢逐漸被推廣到一些城市的社區(qū)當中。無線網(wǎng)絡(luò)和無線接入技術(shù)的應(yīng)用，使得用戶可以隨時隨地使用網(wǎng)絡(luò)，極大地提高了用戶對信息獲取的方便性。相信不久以后使用無線接入方式的用戶數(shù)量很快會超過有線接入方式，就如同在過去十年間手機用戶數(shù)量超過固定電話用戶數(shù)量。可以肯定的是不論在校園、社區(qū)，還是在乘車行駛路上或飛馳火車上，無線接入方式是便攜式終端最佳接入核心網(wǎng)絡(luò)的方式。我們有理由相信無線接入技術(shù)很快會在網(wǎng)絡(luò)課堂教學中得到應(yīng)用，那么針對網(wǎng)絡(luò)教學，尤其是多媒體的網(wǎng)絡(luò)教學所采用的無線接入技術(shù)有如下特殊的設(shè)計要求。

基于無線接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)教學平臺應(yīng)用先要弄清楚兩個基本問題：第一，網(wǎng)絡(luò)教學不僅傳輸簡單的文本、字符、圖形和圖片信息，還要傳輸大量的音頻、視頻等流媒體信息，流媒體其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點是數(shù)據(jù)傳送持續(xù)時間長，且單位時間占用帶寬大，這對接入網(wǎng)的傳輸技術(shù)指標提出了很高的要求；第二，無線網(wǎng)絡(luò)和傳統(tǒng)有線網(wǎng)絡(luò)相比，無線信道含噪聲大，頻率資源有限，所能提供的傳輸帶寬相對較少。這造成了一方面音頻、視頻等流媒體信息對網(wǎng)絡(luò)帶寬有很高需求；另一方面無線帶寬資源又很有限的矛盾。那么如何利用現(xiàn)有資源爭取最佳的網(wǎng)絡(luò)接入帶寬便是無線寬帶流媒體接入技術(shù)要解決的核心問題。

4.2 當前流行的無線接入技術(shù)及其特點

無線接入技術(shù)標準舉例見表1。

表1 無線接入技術(shù)標準舉例

目前，無線接入技術(shù)包括WLAN（WiFi－IEEE 802．11，WAIP，HiperLAN）、GPRS、3G／4G、WAP（構(gòu)成WPAN）、Bluetooth（藍牙，構(gòu)成WPAN）、IrDA（紅外，構(gòu)成WPAN）、HomeRF（構(gòu)成WPAN）、UWB（超寬帶，構(gòu)成WPAN）、Wi－Max（802．16，構(gòu)成WWAN，WMAN）、衛(wèi)星（構(gòu)成WWAN）等［7］。

依據(jù)表1，在選擇無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)標準進行實際應(yīng)用時，需要考慮如下因素：

1）傳輸速率；

2）傳輸誤碼率；

3）傳輸?shù)木嚯x；

4）不同接入點的切換速度；

5）每個區(qū)域服務(wù)的用戶數(shù)目；

6）為音頻、視頻等流媒體所能提供的服務(wù)質(zhì)量（QoS），如延時抖動。

“延時”指數(shù)據(jù)從網(wǎng)絡(luò)的發(fā)送端到達網(wǎng)絡(luò)的接收端所經(jīng)歷的時間，即端到端通信的時間?！把訒r抖動”指數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程中，未在事先指定的時間點上到達，或遲或早。抖動越大，遲或早的時間間隔就越大。

4.3 多媒體教學與WLAN的流媒體接入技術(shù)

在目前的無線接入技術(shù)標準中，筆者認為IEEE關(guān)于WLAN的一系列標準更值得關(guān)注，尤其看好該標準在多媒體網(wǎng)絡(luò)教育平臺構(gòu)建中的應(yīng)用。IEEE 802．11是IEEE最初制定的一個無線局域網(wǎng)標準，主要用于解決辦公室局域網(wǎng)和校園網(wǎng)中用戶終端的無線接入，業(yè)務(wù)主要限于普通數(shù)據(jù)存取，速率最高只能達到2Mbps。2Mbps帶寬意味著只能為一個用戶提供標清的壓縮視頻服務(wù)，不能滿足多用戶接入和稍遠距離接入的要求。IEEE 802．11a（Wi－Fi5）標準傳輸可達25Mbps，支持語音、視頻業(yè)務(wù)，同時一個扇區(qū)可接入多個用戶，每個用戶可帶多個用戶終端。IEEE 802．11e是為滿足多媒體服務(wù)質(zhì)量（QoS）方面的要求而制訂的WLAN標準，它的分布式控制模式可提供穩(wěn)定合理的服務(wù)質(zhì)量，而集中控制模式可靈活支持多種服務(wù)質(zhì)量策略，保證影音傳輸及時性，定量保證多媒體的順暢應(yīng)用。IEEE 802．11g是為了更高的傳輸速率而制定的標準，通過采用OFDM（正交頻分復(fù)用）技術(shù)支持高達54Mbps的數(shù)據(jù)流，該技術(shù)被應(yīng)用3G終端標準中，可獲取多路實時影音信息。IEEE 802．11n標準速率已經(jīng)超過100Mbps，此外，IEEE 802．11p被用于汽車通信等特殊的領(lǐng)域，無線接入技術(shù)向更廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域延伸。最終能夠真正實現(xiàn)隨時隨地的多媒體信息的接入。

在各種媒體中，與視頻媒體相比，其它媒體數(shù)據(jù)量很小，占用傳輸帶寬也非常小［8］。然而在網(wǎng)絡(luò)教學中，對視頻圖像的單畫幅尺寸以及質(zhì)量的要求都比較高。比如視頻中要顯示清晰的文字信息需要對圖像的分辨率和保真度有比較高的要求，視頻的壓縮倍數(shù)不能太高，否則信息丟失過多，影響知識的準確傳達。當然，即使是經(jīng)過壓縮的視頻對帶寬資源的消耗也非常大。一般對于電視會議系統(tǒng)，視頻壓縮之后的帶寬在2Mbps左右就可以滿足使用。

3G網(wǎng)絡(luò)最初宣稱有2Mbps的速度，這足以傳送高質(zhì)量的視頻，但是UMTS（Universal Mobile Telecoms System）網(wǎng)絡(luò)的速度現(xiàn)在已經(jīng)被降低不到400kbps，一旦大規(guī)模使用，速度可能只有400kbps的三分之一，只能勉強傳送高質(zhì)量音頻。GPRS是一種用于2．5G網(wǎng)絡(luò)的過渡技術(shù)，目前，由于在中國大陸地區(qū)3G業(yè)務(wù)剛剛開展，無線數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)仍然依賴于GPRS。由于GPRS提供的數(shù)據(jù)帶寬仍然很低，雖然可以用于手機終端低分辨率地進行視頻播放，但這種媒體播放并不是真正意義上的實時展現(xiàn)，更不用說實時傳送高質(zhì)量的視頻流。筆者比較看好WLAN的應(yīng)用前景，在美國已廣泛實現(xiàn)了IEEE 802．11用于家庭、咖啡廳、機場和辦公室的連接，正在掀起下一代寬帶無線城域網(wǎng)建設(shè)的浪潮。在中國很多企業(yè)、高校和部分的城市已經(jīng)率先應(yīng)用WLAN技術(shù)接入到我們的商業(yè)和教育網(wǎng)絡(luò)中。WLAN所能提供的帶寬以及業(yè)務(wù)的種類在不斷地增多，相信不遠的將來，網(wǎng)絡(luò)教育很快就能成為WLAN的新業(yè)務(wù)之一。

5 流媒體對網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)質(zhì)量的要求

5.1 流媒體在時間上的連續(xù)實時性特征

在多媒體網(wǎng)絡(luò)教學中，對音頻、視頻等流媒體的傳輸是必不可少的。同時應(yīng)注意到各種媒體具有不同特點和性質(zhì)，在現(xiàn)代教學中文字、照片、繪畫、圖表、音響、音樂、語音、視頻和動畫等媒體表達幾乎都會用到，應(yīng)根據(jù)教學的需要將其靈活組合應(yīng)用?，F(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)傳輸媒介幾乎可以承載所有媒體類型數(shù)據(jù)，這是相比較于廣播電視等傳統(tǒng)媒體的優(yōu)勢所在。但同時考慮到不同媒體類型在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中實現(xiàn)采集、處理、傳輸、存儲和顯示等處理過程所需要采取的技術(shù)策略是不同的，要綜合這些技術(shù)應(yīng)用于教學平臺實現(xiàn)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，其中，音頻視頻等時間連續(xù)型媒體數(shù)據(jù)傳輸是多媒體系統(tǒng)實現(xiàn)最為關(guān)鍵的核心問題，同時音視頻媒體也是多媒體網(wǎng)絡(luò)教學中知識表達的亮點。

前面曾對媒體類型作了分類，這里根據(jù)與時間的關(guān)系將媒體重新劃分為兩類：一是靜態(tài)媒體，信息的再現(xiàn)與時間無關(guān)，如文本、圖形、圖像等；二是連續(xù)媒體，具有隱含的時間關(guān)系，如聲音、動畫、視頻等。其中，音頻、視頻等連續(xù)媒體需要依賴一定的播放時間才能得以展現(xiàn)，如視頻需要播放25幅／s圖像，聲音采集的時候也需要滿足一定的采樣頻率，才能使用戶最終得到滿意的服務(wù)質(zhì)量，此外連續(xù)媒體以流媒體的方式在網(wǎng)絡(luò)中進行傳輸。

流媒體被處理時有如下特點。音頻和視頻數(shù)據(jù)流包括了連續(xù)媒體數(shù)據(jù)中簡單而周期性變化的數(shù)值，例如音頻采樣或者視頻幀。每一個媒體的邏輯數(shù)據(jù)單元都必須通過一個嚴格定義的截止時間來表示［9］，例如，必須按照恒定的速度播放一段音樂。此時，必須將一些實時技術(shù)運用于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所有參與連續(xù)媒體數(shù)據(jù)處理的設(shè)備，即端到端數(shù)據(jù)通路上的所有資源，如CPU、存儲器、I／O設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和媒體播放器等。

音頻、視頻在時間軸上這種連續(xù)性特征給采集、處理、傳輸、存儲等操作提出新的要求：網(wǎng)絡(luò)的各個節(jié)點元素信息處理速度要加快；通信帶寬要加大；網(wǎng)絡(luò)抖動要低。其中，處理速度和通信帶寬兩項指標是對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的一個普遍要求，網(wǎng)絡(luò)抖動則主要針對音視頻等實時連續(xù)型媒體數(shù)據(jù)的傳輸要求，這一特性會在接下來的同步技術(shù)中進一步說明。

5.2 流媒體的同步技術(shù)

同步技術(shù)也是網(wǎng)絡(luò)教學應(yīng)用平臺實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)之一。多媒體對象的表現(xiàn)允許在正常表現(xiàn)時間基礎(chǔ)上有一定的時間變化，這意味著在一定范圍內(nèi)的流內(nèi)延時抖動和流間扭曲是能被人們所接受的（流內(nèi)指單條媒體流，流間指不同媒體流，流指時間連續(xù)性的音視頻媒體）。例如，人的視覺可接受的視頻最大延時抖動為10ms，而可接受的視頻和音頻的最大扭曲是80ms，并且當音頻略超前于視頻時，同步效果反而最好［5］。

5.3 流媒體對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和協(xié)議的要求

多媒體網(wǎng)絡(luò)教學平臺在使用音視頻媒體信息時，對網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)和協(xié)議提出特殊的要求。首先對定時信息敏感，音頻視頻的數(shù)據(jù)通信需要處于一定的截止時間限制的界限之內(nèi)，這一需求意味著端到端的延時抖動必須是有界限的，相互關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)流之間如果有同步相位差，那么這一相位差也應(yīng)當是有界限的；其次，整個系統(tǒng)對數(shù)據(jù)吞吐量有很大的需求，需同時滿足視頻傳輸、存儲、處理和演示要求；再次，由于音視頻信息需要一定時間得以展現(xiàn)，因此，在這段時間內(nèi)有關(guān)對媒體的服務(wù)都要得到保證，意味著處理和通信服務(wù)必須在應(yīng)用程序處理和傳輸音頻視頻媒體的整個時間范圍內(nèi)都提供服務(wù)保障；最后，非壓縮的音視頻媒體對可靠性的要求不同于傳統(tǒng)媒體，尤其在有很強的延時抖動的要求下，部分可靠也是可以接受的。

6 雙向交互教學對流媒體服務(wù)質(zhì)量的要求

教學中經(jīng)常會出現(xiàn)教師和學生互動的環(huán)節(jié)，要實現(xiàn)課堂上師生間自由的交互，需要網(wǎng)絡(luò)具備較低的延時。這是因為在網(wǎng)絡(luò)教學中，教師和學生以及學生之間分處于不同的地理位置，當通信雙方位置較遠，會使得信息傳播用時很長。如果通信雙方進行頻繁雙向交互（如語音會話），當數(shù)據(jù)傳輸?shù)难訒r較長時會造成通信雙方在話語交流過程中有明顯的語音滯留等待的感覺。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)廣播電視教學采用單方向廣播式的數(shù)據(jù)傳輸，缺乏雙向交互，因此不會出現(xiàn)上述問題，但這種方式教學缺陷明顯：教師不會實時得到學生的反饋信息，也就是平常所說的學生啞巴式教學。

6.1 傳輸延時對交互性能的影響

上述分析中，可以看出網(wǎng)絡(luò)通信的低延時是實現(xiàn)高質(zhì)量雙向交互式教學的關(guān)鍵。解決網(wǎng)絡(luò)延時問題同樣是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，解決策略可通過3方面來降低延時：

1）降低端到端的延時。影響網(wǎng)絡(luò)延時的因素很多，它涉及到通信“端到端”網(wǎng)絡(luò)路徑上的每一個節(jié)點和元素。如網(wǎng)絡(luò)鏈路與協(xié)議、路由器、交換機、服務(wù)器的硬件、軟件體系結(jié)構(gòu)等。只有將端到端上每一個延時環(huán)節(jié)都盡可能地降低，才能使得整個通信路徑上的延時降低。

2）面向連接，資源預(yù)留。在用戶數(shù)據(jù)傳輸之前，提前搭建好網(wǎng)絡(luò)的通信路徑，減少數(shù)據(jù)包尋址、路由、排序校驗的時間。進一步在連接建立階段對網(wǎng)絡(luò)的資源（如帶寬）提前進行預(yù)留，這意味著處理和通信服務(wù)必須“在應(yīng)用程序處理和傳輸音頻視頻媒體的整個時間范圍內(nèi)”都提供服務(wù)保障。也就是說，針對音頻和視頻這種對定時敏感和高數(shù)據(jù)吞吐量的要求要在很長時間范圍內(nèi)都能得到實現(xiàn)和維持，這一點與一般型的數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用有很大不同。

3）優(yōu)化錯誤控制機制，減少重傳。非壓縮的音視頻連續(xù)型媒體傳輸故障恢復(fù)需求通常比傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓收匣謴?fù)需求低。這是因為一方面連續(xù)媒體數(shù)據(jù)之間具有時間冗余性，即使丟失信息，也可以利用時間冗余信息將丟失信息還原；另一方面音頻、視頻等連續(xù)媒體在短時間內(nèi)的故障并不會直接導(dǎo)致整個傳輸過程的中斷，只要音視頻的服務(wù)質(zhì)量沒有降低到用戶無法忍受的地步即可。

6.2 交互同步性

交互同步需要處理用戶在多媒體表現(xiàn)過程中的輸入，而用戶輸入操作本身就具有時間不確定性動態(tài)性。因此在整個媒體集成處理過程中，網(wǎng)絡(luò)教學平臺都要動態(tài)地保持課件的多媒體同步。在分布式的網(wǎng)絡(luò)多媒體系統(tǒng)中，影響多媒體同步因素貫穿于端到端通信的整個鏈路中。例如，從一個存儲設(shè)備存取多個同步多媒體流，存取延時、媒體流間的存取沖突和競爭都會破壞多媒體同步；當前分時操作系統(tǒng)不支持多媒體同步基于時限的實時處理要求；計算機網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)具有很強的異步特性，表現(xiàn)在它有較大的隨機延遲和延遲抖動以及會丟失數(shù)據(jù)，這些均會導(dǎo)致多媒體同步異常。故網(wǎng)絡(luò)教學系統(tǒng)平臺需要支持多媒體同步的采集、同步存儲、同步處理、同步通信和同步播放的同步技術(shù)。

7 結(jié) 語

對流媒體在教學中的應(yīng)用意義和基于流媒體技術(shù)的教學應(yīng)用平臺實現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)展開了討論?；谶@些流媒體技術(shù)的教學平臺，可以實現(xiàn)跨越空間、時間的教育傳遞過程，實現(xiàn)一種隨時隨地并有較強交互性的教學方式。與傳統(tǒng)教育相比，包含流媒體的網(wǎng)絡(luò)教育具有開放性、靈活性、交互性、分散性等特點，打破了傳統(tǒng)封閉式的辦學模式，有利于集中優(yōu)秀的教學資源，最終能夠為整個大眾教育帶來方便。

［1］ G Abowd，C Atkeson，A Feinstein．Teaching and learning as multimedia authoring：the classroom 2 000project［C］／／Proceedings of the Fourth ACM Multimedia Boston MA USA，1996：224－279．

［2］ X Zhang，Q Gao．The exploration and practice of multimedia teaching in course of microcomputer principle and application［C］／／International Conference on Education Technology and Training，2009：189－191．

［3］ D Qing，Y Lei．Design and implementation of classroom multimedia teaching equipment management system based on embedded system［C］／／International Conference on Industrial and Information Systems（IIS），2010：136－139．

［4］ R Wallace．A framework for understanding teaching with the internet［J］．American Educational Research Journal，2004，41（2）：447－489．

［5］ 張維明，吳玲達．多媒體信息系統(tǒng)［M］北京：電子工業(yè)出版社，2002．

［6］ A Leon－Garcia，I Widjaja．Communication etworks fundamental concepts and key architectures［M］．Second edition．［S．l．］：McGraw－Hill，2004：447－489．

［7］ Y M Wang．Competition among wireless access technologies［J］．ZTE Communications Technology，2004（B10）：21－25．

［8］ 張海濤，郭大波．多媒體通信技術(shù)的現(xiàn)狀與待解決問題［J］．長春工業(yè)大學學報：自然科學版，2011，32（5）：449－452．

［9］ R Steinmetz，K Nahrstedt．Multimedia system［M］．［S．l．］：Springer Press．Ltd．，2004：521－525．