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基于代理缓存的流媒体技术在网络教学中的应用_计算机网络毕业论文范文
［摘要］目前流媒体技术日趋成熟，流媒体技术的应用受到全球众多企业的关注。我国的网络已经开始进入以Internet为基础的新阶段，对于促进教育的普及和建立终身学习体系具有重大意义，流媒体技术将在我国网络教育中扮演不可或缺的重要角色。本文通过设计一种基于代理缓存的流媒体技术的网络教学系统，系统采用标准的架构、提供强大的核心视频泵、实用的应用模式、方便的层，具有很强的扩展性，为现代网络教学的发展起到促进的作用。

［关键词］流媒体技术 网络教学 交互方式

流媒体指的是通过网络传输的、能够在本地终端实时回放的、具有实时特征的媒体内容编码数据流，流媒体实现的关键技术就是流式传输，即通过网络获得平滑的数据流。大体可分为在线直播、网上点播、网络广播和文件下载。流媒体应用的模式也很广泛，包括召开网上工作会议，重要活动直播，内部学习培训，网络，影音欣赏等。 在网络教育中实施、建设流媒体应用，可以加快教育主管部门的决策速度，提高应变能力；提升学校的教学管理，提高师资水平；教师可以改善教学方式，更好地积累教育资源，提高提高教学成果；学生可以更加生动、直观的学习，全面提高综合素质。

一、传统流媒体的网络教学系统的设计

流媒体服务平台采用标准的系统架构、提供强大的核心视频泵、实用的应用模式、方便的管理层，系统采用标准化网络协议(RTP/RTSP协议)，实现基于政府网络音视频的多种应用，具有很强的扩展性，系统由流媒体服务器、管理端、采集工作站和客户接收端组成。它们各自的具体功能如下：
（1）流媒体服务器： 将现场采集工作站的数字多媒体信息发送给客户接收端，它要求拥有充裕的带宽资源，比如安装在主干网服务器上。
（2）管理端： 可装在网络内的任意一台PC机上，也可以跟流媒体服务器安装在同一台服务上。
（3）采集工作站：可采集发布实时的音视频信息、电脑屏幕、多媒体文件等。
（4）客户接收端：采用B/S的结构，通过浏览器即可接收观看 。
在IP网上开展教学活动,需要解决两个基本问题：一是音频、视频流信息的传送以及其与数据之间的同步； 二是由于在教学过程中教师会经常使用教案来辅助教学，例如用PowerPoint，而电子教案的展示与音频、视频流之间有严格的时间同步关系，这就要求在传输过程中仍要求保持同步关系。

二、流媒体代理缓存的特点

相对于现在已广泛使用的用于传统Web 对象的代理缓存，流媒体代理缓存有如下特点：
（1）流媒体对象的文件大小通常比传统Web 对象文件要大几个数量级。一般的Web 文件以kB 为单位，而流媒体文件的大小多以MB为单位，包含一部完整的流媒体文件往往要超过100MB。因此，当容量有限时，缓存只能存储少量完整的流媒体文件。
（2）当前Internet 上流媒体对象多为静态流媒体对象，通常都具有一次写多次读（WORM）的性质，当它放置在Internet 上后，通常很少进行改变。因此在流媒体网络缓存中，缓存的一致性并不是非常重要的问题。这在一定程度上简化了流媒体代理缓存的设计。
（3）在用户浏览模式上，通过研究发现，流媒体用户通常只浏览其最初部分以决定是否全部观看。因此在设计流媒体代理缓存系统时必须考虑到对该情况的适应，而不需要不加区分地总是将整个流媒体文件一次性缓存。

三、系统实现技术

根据流媒体技术所使用到的两大基础协议RTP 协议和RTSP 协议，结合上面分析得到的流媒体代理缓存的特点，考虑到影响流媒体代理缓存效果的因素，为提高流媒体代理缓存效果，可以对子网中使用的代理服务器系统进行如下的升级，实现流媒体代理缓存。
1、缓存置换的必要性。代理服务器的缓存的存储空间是有限的。当这个空间装满之后，必须把一下缓存移走，才能在有新的请求进行缓存。缓存的置换策略就是用来决定将哪些旧的缓存移走，它的目标就是要更好的利用可用的资源，比如，硬盘、内存和网络带宽。缓存的置换策略是影响代理服务器的效率和性能的重要因素，同时好的置换策略也是对网络流量的减少有着重要的作用。
2、算法选用。目前的算法主要有传统算法、基于关键值算法、基于代价算法等，这些算法都在Web缓存技术中有着广泛的应用，并取得了很好的效果，但是由于Web页面与流媒体对象的区别，这些算法并不合适用于流媒体代理缓存。一般在流媒体的代理缓存技术中，会参考这些算法，对其进行改进或综合形成一种新的算法。
3、前缀缓存技术。通常存储一个播放时间为两小时的MPEG1流所需的磁盘空间为1.4G 字节, 由于多媒体对象所占用的磁盘空间很大, 因此, 对于给定的磁盘缓存容量,通常仅有非常有限的媒体文件能够被缓存到,这样就降低了缓存的命中率和缓存效率,因为把那些将来可能并不会再次被访问到的大容量视频文件完整地保存到缓存中是一种资源极为浪费的做法。于是研究者们很自然地就想到分段缓存技术: 将媒体切割成一些连续的片断, 然后把其中的某些片断保存到缓存中。这样的做法可以节省很多磁盘空间。康奈尔大学的S.Acharya 通过大量的仿真发现, 用户在使用流媒体服务时, 在很大的概率上是观看了一个视频文件的开头部分, 越到后面, 用户访问该视频文件的概率会越小。基于这样的观察结果, 我们在缓存媒体文件时, 就应该缓存媒体对象的开头一部分的数据帧, 即媒体分割后的前面的一些连续片断。这就是前缀缓存技术。由于采用了前缀缓存技术,用户在接收媒体时, 媒体的前面一部分数据可以从代理缓存中立即得到并开始在播放器中播放, 而后续数据可以通过代理的数据预取技术从服务器取得, 这样在未牺牲服务质量的前提下有效地减少了服务的启动延时。

四、流媒体技术在网络教学中的应用

1、进行实时教学中。将教师讲课的所有过程通过现场拍摄的方式，将摄像机放在教师授课的教室，通过视频捕捉卡把摄像机、麦克风记录的授课过程实时传输到流媒体编码机，并进行编码生成视频流；然后实时上传到流媒体服务器上发布。学生在客户端通过相应的播放软件进行接收。这种教学模式是传统教学中的班级授课的新发展。与传统教学不同的是，教师可以根据学生的不同反应和要求提供有针对性的教学，从而实现以学生为中心的教学模式。以实现个别化教学，教师和学生可以借助网络进行交流，使学生获得及时、充分的个别。
2、进行课件点播。流媒体技术，在视频点播方面由于经过了特殊的压缩编码，使得它很适合在互联网上传输。客户端采用浏览器方式进行点播，基本无需维护。由于采用了先进的机群技术，可对大规模的并发点播请求进行分布式处理，能适应大规模的点播。在VOD系统中，可以充分发挥学生的自主性：学生可以根据自己的学习情况，在寝室、、计算机机房甚至家里，自由地选择多媒体课件、老师讲课录像等进行学习，以增强学习的自主性和主动性；学生还可以点播自己感兴趣的内容进行补充学习，拓宽知识面；在学习过程中，学生可以按照自己的学习进度，对播放过程进行控制，营造出一个相对个性化的学习环境，达到最好的学习效果。

3、协作学习与讨论式教学。协作式教学通过师生之间、生生之间的有主题的讨论来实现教学目标，教学采用启发式，注重对问题的讨论。这些讨论的过程，也可以看作是协同学习的过程，学生通过共同探讨问题的过程，彼此之间互教互学，使得在传统教学中学习伙伴的作用在网络教学中得以延续。运用流媒体技术，使在线讨论以即时视频的方式，即时通讯，即时交流，对于学习者之间的协作、讨论，以及教师对学习者的辅导、答疑都非常的方便。以提高学生学习积极性，保证教学质量。

五、结束语

流媒体技术作为一种新的网络技术，现已表现出强大的生命力，给我们生活带来了新的变化。它在教育领域的应用，已给传统教育注入了新的生命力。网络教育的流媒体化能大力发展现代远程教育，对于促进我国教育的普及和建立终生学习体系，实现教育的跨越式发展，具有重大的现实意义。

参考文献
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