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        基于網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的思政教育平臺設(shè)計

        2022-04-12 08:31:00劉雪菁
        自動化技術(shù)與應(yīng)用 2022年3期
        關(guān)鍵詞:多播音視頻接收端

        劉雪菁

        (核工業(yè)總醫(yī)院 蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院,江蘇 蘇州 215000)

        1 引言

        思政教育一直是高校教育必不可少的,特別當(dāng)前處于信息化時代,面臨大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)信息,學(xué)生對社會的經(jīng)驗較少,心理不夠成熟,世界觀容易被網(wǎng)絡(luò)中負(fù)面消息干擾,所以對學(xué)生進(jìn)行思政教育是非常有必要的[1-2]。近年來以傳統(tǒng)思政教育為基礎(chǔ)開發(fā)的思政教育平臺越來越多,信息化教育在現(xiàn)階段思政教育改革中起到了重要作用,設(shè)計高效的思政教育平臺可對當(dāng)代學(xué)生政治思想產(chǎn)生積極影響[3]。

        現(xiàn)如今,我國相關(guān)研究人員樓爾文等,在新時代條件下,新媒體網(wǎng)絡(luò)平臺的迅速發(fā)展為教育改革提供了新思路,把握時代脈搏并及時抓住新媒體網(wǎng)絡(luò)平臺帶來的機(jī)遇,結(jié)合時代條件,豐富思政教育的理論和內(nèi)容,創(chuàng)新思政教育的方法,不斷增強(qiáng)高校思政教育的實效性.探討新媒體網(wǎng)絡(luò)平臺時代下思政教育的利與弊,提出增強(qiáng)大學(xué)生思政教育實效性的途徑[4]。王冕等就網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下中職教育多媒體教學(xué)的特點和實現(xiàn)方式進(jìn)行了探討.在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)飛速發(fā)展的影響下也衍生出新的教育模式-傳統(tǒng)多媒體教學(xué)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合。中職院校如何通過對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及多媒體資源的整合,更有效的培養(yǎng)專業(yè)人才成為中職教育改革的關(guān)鍵問題[5]。國外相關(guān)研究人員Xia等研究了移動多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展為遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)改進(jìn)的影響。Flash 不僅支持圖像、語音和視頻,而且具有完善的面向?qū)ο蟪绦蛟O(shè)計,可以實現(xiàn)不同類型多媒體之間的交互[6]。并以《體操》課程為例進(jìn)行效果測試,以期為多媒體教學(xué)平臺的改進(jìn)和推廣提供數(shù)據(jù)支持,挖掘網(wǎng)絡(luò)教學(xué)未來潛在的發(fā)展方向。受互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)模式影響,現(xiàn)有教學(xué)模式在教育與學(xué)習(xí)上比傳統(tǒng)更為靈活,實現(xiàn)了教育資源在平臺上的共享,有效提高教學(xué)質(zhì)量。本文針對當(dāng)前基于網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的思政教育平臺進(jìn)行研究,為提升學(xué)生綜合素質(zhì),保證學(xué)生個性化發(fā)展需求,提供有效的技術(shù)支持。

        2 平臺組成

        基于網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的思政教育平臺,利用對計算機(jī)的管控,將壓縮技術(shù)作為核心技術(shù),安裝位置可調(diào)節(jié)攝像機(jī)以及靈敏度較高的拾音器,對各路視頻與音頻素材進(jìn)行采集,在硬盤錄像機(jī)中完成壓縮保存處理,同時利用網(wǎng)絡(luò)傳輸至服務(wù)器,實現(xiàn)平臺內(nèi)點播與直播。設(shè)計平臺可劃分成主教室部分與分教室部分,分教室部分是通過多個分教室構(gòu)成的。詳細(xì)架構(gòu)用圖1進(jìn)行描述。

        圖1 平臺整體架構(gòu)

        主教室為整個平臺的核心部分,主要用于放置硬件裝備,對不同分教室錄像進(jìn)行管理,可同步查看不同分教室的情況。在主控管理PC 機(jī)上安裝分教室平臺管理軟件,從而完成對分教室平臺的管理和調(diào)度[7]。

        3 關(guān)鍵技術(shù)

        3.1 流媒體技術(shù)

        流媒體技術(shù)選用Windows Media Service[8],可在絕大多數(shù)帶寬上提供高質(zhì)量的音視頻服務(wù),有助于分析學(xué)生對思政教育學(xué)習(xí)效果與行為的分析。

        Windows Media Service 包含Media Encoder、Media Server以及Media Player[9],如圖2所示。流媒體技術(shù)工作原理如下:將音視頻信號傳輸至編碼器完成編碼操作,針對編碼器輸出的數(shù)據(jù)流保存至存儲裝置,也可傳輸至Media Server。Server 可把實時節(jié)目流廣播至LAN,完成廣播。也可按照用戶要求播放節(jié)目,完成點播。一般用戶利用通用IE與流播放插件即可播放節(jié)目流。

        圖2 流媒體基本結(jié)構(gòu)

        3.2 音視頻壓縮

        為了減少存儲空間提高音視頻質(zhì)量,需對音視頻文件進(jìn)行壓縮處理,將基于contourlet變換的圖像壓縮算法應(yīng)用于音視頻壓縮中[10]。contourlet變換是通過拉普拉斯塔形分解與方向濾波器實現(xiàn)的,首先利用塔形分解完成多尺度分解獲取奇異點,再利用方向濾波器組把相似方向奇異點聯(lián)系在一起構(gòu)成系數(shù)。拉普拉斯塔形分解對圖像進(jìn)行低通濾波處理,獲取預(yù)測圖像,將其與原始圖像作差從而實現(xiàn)拉普拉斯分解,獲取帶通圖像,繼續(xù)對其進(jìn)行拉普拉斯分解,實現(xiàn)多尺度分解處理。分解與重構(gòu)過程用圖3進(jìn)行描述。

        圖3 拉普拉斯變換分解與重構(gòu)

        contourlet 變換會形成很多描述方向和紋理信息的多尺度系數(shù),其中數(shù)值較大者信息量更大,與數(shù)值較小系統(tǒng)相比有更大的作用[11]。細(xì)尺度上有很多在0 左右波動的小系數(shù),通過硬閾值將其濾除,保留相對較大的系數(shù),保證更高的圖像質(zhì)量,便于壓縮,公式如下:

        式中,h(x,y)用于描述經(jīng)閾值處理后系數(shù),f(x,y)用于描述處理前變化系數(shù),δ用于描述設(shè)定閾值,δ越大壓縮比越大。

        最后對量化后系數(shù)進(jìn)行編碼處理。

        把上述圖像壓縮技術(shù)應(yīng)用于音視頻壓縮中,把編碼算法處理步驟劃分成有損部分與無損部分,有損部分即進(jìn)行正向contourlet轉(zhuǎn)換與量化操作,無損部分即不同熵編碼,完成量化后進(jìn)行兩幀圖像的異或運算。圖4所示的是算法編碼與解碼處理步驟。

        圖4 視頻壓縮編碼解碼處理

        編碼過程如下:通過contourlet變換對視頻首幀圖像進(jìn)行壓縮處理,并且對經(jīng)量化處理后的系數(shù)進(jìn)行保存。針對之后的所有幀圖像,完成變換分解與量化處理后,和首幀圖像系數(shù)進(jìn)行異或運算,針對獲取值完成熵編碼處理。解碼過程如下:通過contourlet變換完成視頻首幀圖像的解壓縮處理,并且對熵解碼后系數(shù)進(jìn)行存儲,針對之后所有幀圖像,均和首幀圖像系數(shù)進(jìn)行異或運算,然后完成反量化與變換分解處理。

        通過上述方法完成視頻壓縮與解壓不會造成顯著噪聲,而異或運算后數(shù)據(jù)中0的數(shù)量會升高,適用于熵編碼,可有效增強(qiáng)視頻壓縮比。

        3.3 同步技術(shù)

        本節(jié)通過Encoder 工具為視頻流和文件等數(shù)據(jù)提供同步接口,教師播放思政教育PPT的PC機(jī)和Encoder工具間可互相連接。在進(jìn)行思政教育時,若教師播放PPT,會向Encoder工具傳輸信息,Encoder工具接收該信息后在編碼形成的相應(yīng)位置進(jìn)行標(biāo)識,同時添加相應(yīng)備注信息。用戶接收含備注信息的信息后可通過標(biāo)識對PPT播放時間與切換時間進(jìn)行管理,實現(xiàn)同步。

        3.4 數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

        資源預(yù)留協(xié)議利用傳輸QoS 請求預(yù)留網(wǎng)絡(luò)資源,發(fā)送主機(jī)向接收主機(jī)傳輸RSVP Path信息,接收主機(jī)接收后發(fā)出反饋信息,由節(jié)點自行判斷是否可達(dá)到資源預(yù)留要求,若能達(dá)到要求,其會對相關(guān)資源進(jìn)行保存,同時發(fā)送Resv 消息[12]。若每個路徑路由均可達(dá)到QoS 請求,Resv消息會抵達(dá)發(fā)送主機(jī)。如果鏈路上所有資源均被預(yù)留,那么發(fā)送主機(jī)會以預(yù)留資源路徑為基礎(chǔ)傳輸實時數(shù)據(jù),完成思政教育平臺數(shù)據(jù)的實時傳輸。

        所有具備RSVP 功能的節(jié)點均存在相應(yīng)的流量控制體系,由相互作用的模塊組成。主機(jī)上應(yīng)用程序向RSVP請求某種程度的服務(wù)質(zhì)量,這種情況會被傳輸給策略管理部分與許可管理部分。進(jìn)程調(diào)用策略管理部門對用戶權(quán)限進(jìn)行驗證,再實施資源預(yù)留統(tǒng)計。與此同時,通過許可管理模塊驗證節(jié)點資源是否充分,是否可達(dá)到RSVP請求的要求。若上述兩個部分的驗證均通過,那么把QoS參數(shù)添加至包分類器中,然后通過包調(diào)度器確定服務(wù)質(zhì)量,完成資源預(yù)留。并且RSVP把RSVP請求傳輸給數(shù)據(jù)通路的下一個節(jié)點。若其中一個或兩個部分均未通過驗證,那么發(fā)出請求的應(yīng)用會接收到重新處理請求的信息。在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸時,路由運行和主機(jī)類似,每個節(jié)點采用的流程都是相似的,如果節(jié)點全部通過資源預(yù)留請求,那么數(shù)據(jù)流將得到請求的服務(wù)質(zhì)量。

        3.5 多播技術(shù)

        多播技術(shù)通??衫枚帱c對點連接與內(nèi)部多點播送,如圖5所示。

        圖5 多播方式

        針對點對點方式,本節(jié)將線路交換方式與分組交換方式結(jié)合在一起實現(xiàn)。這兩種方式均需令源發(fā)送端形成若干同樣的數(shù)據(jù)流,向所有接收端傳輸。從價格的角度分析上述方式成本較高。多個點對點連接的方式還會出現(xiàn)把不需要的超量負(fù)載添加至底層網(wǎng)絡(luò)的情況。然而在部分拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上,點對點方式不會造成更多負(fù)載,本節(jié)選用星型連接。多個點對點連接存在密度高的優(yōu)勢,這主要是由于多播是在特定成員間進(jìn)行的。

        多播還可通過底層傳輸實現(xiàn)多點播送?,F(xiàn)階段大部分局域網(wǎng)均具備支持廣播的功能,針對廣域網(wǎng),無線連接協(xié)議與面向連接協(xié)議也支持上述功能。在以上分析情況下,單個數(shù)據(jù)流的復(fù)制與傳輸是通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)的,無需編程。底層傳輸方式保密性較差,同時需開發(fā)高層多播協(xié)議,負(fù)擔(dān)很重。

        綜上,將多點對點連接與底層傳輸多點播送結(jié)合在一起實現(xiàn)思政教育平臺的多點播送。

        針對多點播送的邏輯類型,主要包括向封閉群體多點播送與向開放群體多點播送。針對向封閉群體的多點播送,首先需設(shè)定接收端列表,同時通過源發(fā)送端統(tǒng)一對其進(jìn)行管理。針對開放群體多點播送,所有接收端均自主,同時允許其自由進(jìn)入和退出。

        本節(jié)通過TCP協(xié)議實現(xiàn)對實時音視頻多播程序的編寫,可完成向封閉群體多點播送與向開放群體多點播送。針對向封閉群體的多點播送,用server 程序?qū)σ粢曨l接收端進(jìn)行制作,用client 程序?qū)υ窗l(fā)送端進(jìn)行制作,源發(fā)送端可控制接收端的開斷,從而完成對其的集中管理。針對開放群體多點播送,用client程序?qū)σ粢曨l接收端進(jìn)行制作,用server程序?qū)υ窗l(fā)送端進(jìn)行制作,接收端可控制接收端的開斷。

        4 實驗結(jié)果與分析

        實驗分兩個部分進(jìn)行,其中一部分針對學(xué)生使用設(shè)計思政教育平臺后對思政的興趣,以及成績等變化情況,另一部分針對平臺性能進(jìn)行測試。

        4.1 學(xué)習(xí)效果測試

        實驗將本文設(shè)計的基于網(wǎng)絡(luò)多媒體的思政教育平臺應(yīng)用于某高校思政教育中,對學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度進(jìn)行調(diào)查分析,實驗通過問卷調(diào)查的方式完成,調(diào)查結(jié)果被劃分成用前與用后,用前即在使用本文平臺前的調(diào)查,用后即使用本文平臺后的調(diào)查。任意選擇兩個班級當(dāng)成對照班與實驗班,對照班共有50人,實驗班共有49人,對照班調(diào)查結(jié)果是沒有使用本文平臺的結(jié)果,實驗班是使用本文平臺的調(diào)查結(jié)果。

        對照班與實驗班教學(xué)前后對思政學(xué)習(xí)態(tài)度總分差異如表1所示。

        表1 兩組學(xué)生接受思政教育前后學(xué)習(xí)態(tài)度分?jǐn)?shù)

        由表1中的數(shù)據(jù)可知,對照班沒有使用本文設(shè)計平臺,教學(xué)前與教學(xué)后學(xué)習(xí)態(tài)度總分沒有很大差異,表明沒有使用本文設(shè)計平臺學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度基本沒有改變。實驗班學(xué)生使用本文設(shè)計平臺學(xué)習(xí)后,較使用本文平臺前學(xué)習(xí)態(tài)度分?jǐn)?shù)有顯著提高,可以看出本文設(shè)計平臺可有效提高學(xué)生對思政的學(xué)習(xí)興趣。

        下面對學(xué)生使用本文設(shè)計平臺前后在學(xué)習(xí)方面的變化情況進(jìn)行比較分析,結(jié)果見表2和表3。

        分析表2和表3中的數(shù)據(jù)可知,本文設(shè)計平臺對思政教育有一定的作用,從不同方面的角度分析,可幫助學(xué)生的人數(shù)明顯高于使用平臺前,說明本文平臺實用性很強(qiáng),被學(xué)生認(rèn)可,有很高的應(yīng)用價值。

        表2 使用本文平臺前學(xué)生學(xué)習(xí)情況

        表3 使用本文平臺后學(xué)生學(xué)習(xí)情況

        4.2 平臺性能測試

        本實驗選擇Windows 8.0 操作系統(tǒng),平臺使用服務(wù)器帶寬是100MB,處理器選擇因特爾奔騰品牌。平臺需保證頁面響應(yīng)時間低于4s。

        在上述分析的基礎(chǔ)上,建立290 個虛擬用戶,本文吞吐量是141.22kMB。每2s 向本文平臺添加1 個虛擬用戶,在用戶量達(dá)到最高值的情況下,持續(xù)進(jìn)行5min滿載測試。實驗測試本文平臺響應(yīng)情況,結(jié)果用圖6進(jìn)行描述。

        圖6 本文平臺響應(yīng)測試

        分析圖6可知,本文平臺在處理用戶點選內(nèi)容時,服務(wù)器響應(yīng)數(shù)量很少有出錯的情況出現(xiàn),而且虛擬用戶逐漸增多,平臺響應(yīng)逐漸穩(wěn)定,說明本文平臺性能穩(wěn)定。

        5 結(jié)束語

        本文平臺是針對思政教育設(shè)計的,將圖像壓縮技術(shù)應(yīng)用于音視頻壓縮中,以最少的數(shù)據(jù)得到最優(yōu)質(zhì)量。通過Encoder工具為視頻流和文件等數(shù)據(jù)提供同步接口,利用多點對點連接與內(nèi)部多點播送實現(xiàn)多播。經(jīng)驗證,設(shè)計平臺實用性很強(qiáng),被學(xué)生認(rèn)可,響應(yīng)穩(wěn)定。

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