柳　強(qiáng)　胡雪飛

摘 要：信息技術(shù)的發(fā)展給高校外語(yǔ)音像資料采集、存儲(chǔ)、使用帶來(lái)了全新的方式。外語(yǔ)音像資源庫(kù)系統(tǒng)是把計(jì)算機(jī)技術(shù)、媒體制作技術(shù)、流媒體技術(shù)和現(xiàn)代教學(xué)方法有機(jī)結(jié)合起來(lái)的一種教學(xué)輔助系統(tǒng)。本文介紹了湖北大學(xué)外國(guó)語(yǔ)學(xué)院音像資源庫(kù)的構(gòu)建和應(yīng)用情況，該資源庫(kù)系統(tǒng)的建成和應(yīng)用對(duì)豐富教學(xué)內(nèi)容、提高教學(xué)質(zhì)量、實(shí)現(xiàn)教育技術(shù)現(xiàn)代化起到了積極的作用。

關(guān)鍵詞：音像資源庫(kù) 數(shù)字化 流媒體

中圖分類號(hào)：Ｇ２０３ 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：Ａ 文章編號(hào)：1673-8454（2009）03-0041-03

一、前言

外語(yǔ)音像資料是高校外語(yǔ)教學(xué)中必不可少的重要內(nèi)容，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，外語(yǔ)學(xué)院存儲(chǔ)了大量以磁帶、錄像帶、光盤等為載體的教學(xué)音像資料。然而由于傳統(tǒng)的以磁帶、錄像帶為載體的模擬音像資料主要采用磁記錄的方式進(jìn)行存儲(chǔ)，隨著時(shí)間的推移，磁帶逐漸老化變質(zhì)，大批珍貴的音視頻資源將面臨報(bào)廢的危險(xiǎn)。如何整理、開發(fā)和利用現(xiàn)有的外語(yǔ)音像資料，充分發(fā)揮其特有的效能，更好地為外語(yǔ)教學(xué)和科研服務(wù)是高校教育技術(shù)中心管理人員責(zé)無(wú)旁貸的任務(wù)。

針對(duì)上述情況，我校通過(guò)將模擬音像資源進(jìn)行數(shù)字化改造，并建立一個(gè)基于流媒體技術(shù)的音像資源庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)資源的有效利用和管理，更好地為外語(yǔ)教學(xué)、廣大師生服務(wù)。

二、音像資料的數(shù)字化處理

1.音像資料的數(shù)字化采集

傳統(tǒng)教學(xué)音視頻資料都是以磁帶和錄像帶的形式保存下來(lái)的，而磁帶和錄像帶都是采用模擬信號(hào)的方式來(lái)記錄信息的。因此傳統(tǒng)的教學(xué)音視頻資源數(shù)字化工程的第一步就是將這些模擬信號(hào)記載的信息轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的數(shù)字化信息，即音視頻材料的采集。[1]

（１）音頻資料數(shù)字化采集：將錄音磁帶上的模擬聲音信號(hào)通過(guò)電腦轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻信號(hào)。數(shù)字化的音頻文件格式有WAV、MP3、WMA等，可以針對(duì)不同的需要采用不同的格式。

（２）視頻資料數(shù)字化采集：通過(guò)計(jì)算機(jī)將傳統(tǒng)的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。如對(duì)VHS格式的錄像帶視頻轉(zhuǎn)換，其過(guò)程是將錄像機(jī)與計(jì)算機(jī)連接，在錄像機(jī)播放錄像帶的同時(shí)，借助于計(jì)算機(jī)中的視頻采集卡和捕捉工具軟件，將錄像帶播放的模擬視頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)可以保存為AVI、MPEG等數(shù)字文件格式。

2.音像資料的編輯

有相當(dāng)一部分通過(guò)各種途徑（磁帶轉(zhuǎn)換、網(wǎng)上下載、自己錄制等）獲取的外語(yǔ)音像資料，由于其本身或外界環(huán)境的因素，會(huì)存在著一些質(zhì)量上的問(wèn)題，諸如：噪音，單聲道，聲波振幅小，圖像模糊，亮度、灰度、對(duì)比度差等等。這些問(wèn)題都會(huì)直接影響到使用效果，所以有必要進(jìn)行適當(dāng)?shù)木庉嬏幚怼Ｈ纾簩?duì)音頻資料通過(guò)降噪、轉(zhuǎn)換成雙聲道立體聲、增大波形振幅，使聲音更加清晰飽滿；對(duì)視頻資料通過(guò)改變亮度、灰度、對(duì)比度使圖像更清晰，根據(jù)需要給視頻添加字幕、對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行剪輯、去掉原先視頻的聲音或者雜音等。[2]

根據(jù)目前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、編碼技術(shù)和流媒體技術(shù)的發(fā)展，考慮到音視頻文件主要是放到網(wǎng)絡(luò)上供使用者在線點(diǎn)播和下載，應(yīng)將音視頻文件做成便于存儲(chǔ)和網(wǎng)上傳輸?shù)牧髅襟w格式。流媒體文件的優(yōu)勢(shì)是當(dāng)流媒體文件從服務(wù)器向客戶端進(jìn)行實(shí)時(shí)播放時(shí)，用戶不必等到全部文件下載完畢，只需延遲幾秒或幾十秒便可播放，其余部分由客戶端計(jì)算機(jī)在后臺(tái)繼續(xù)接收，直至播放完畢或用戶取消播放，這樣可以減少用戶的等待時(shí)間，真正實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)點(diǎn)播，并可同時(shí)為更多的用戶提供服務(wù)。

對(duì)音像資料進(jìn)行轉(zhuǎn)換、編輯處理的軟件很多，下面介紹幾款較實(shí)用的軟件：

（１）音頻編輯軟件——GoldWave，用于將磁帶上的模擬音頻資料轉(zhuǎn)換成數(shù)字音頻資料及對(duì)粗糙的聲音文件進(jìn)行編輯處理。

（２）視頻編輯軟件——會(huì)聲會(huì)影，用于將錄像帶上的模擬視頻資料轉(zhuǎn)換成數(shù)字視頻資料及對(duì)視頻文件進(jìn)行編輯處理。

（３）視頻壓縮轉(zhuǎn)換軟件——Easy RealMedia Producer，用于將AVI、MOV、MPEG等視頻文件壓縮成流媒體文件（RM、RMVB、RA），以利于網(wǎng)絡(luò)上的傳送與播放。

綜合考慮數(shù)字化音視頻的品質(zhì)、網(wǎng)絡(luò)傳輸速度、技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難易程度等多種因素，我們采取的方案是：將視頻文件轉(zhuǎn)換成流媒體格式的RMVB文件，將音頻文件以MP3或WMA文件格式進(jìn)行保存。

三、數(shù)字化音像資源庫(kù)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)構(gòu)建

單純由音視頻流媒體文件和網(wǎng)絡(luò)還不能構(gòu)成一個(gè)完整的音視頻資源庫(kù)。要對(duì)音視頻流媒體文件進(jìn)行統(tǒng)籌管理、更新維護(hù)，并利用網(wǎng)絡(luò)向用戶提供在線點(diǎn)播、下載等各種服務(wù)，同時(shí)建立一個(gè)穩(wěn)定、高效、易用的音視頻資源庫(kù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)。

1.平臺(tái)結(jié)構(gòu)

在充分考慮系統(tǒng)的可靠性、易于擴(kuò)展性及操作簡(jiǎn)單性等因素的基礎(chǔ)上，資源庫(kù)系統(tǒng)平臺(tái)采用B/S結(jié)構(gòu)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

服務(wù)器包括Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及資源服務(wù)器。Web服務(wù)器是整個(gè)系統(tǒng)的核心，是為用戶提供服務(wù)的窗口，它借助于應(yīng)用程序處理網(wǎng)絡(luò)客戶發(fā)出的各種請(qǐng)求，從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取有用的數(shù)據(jù)，并把結(jié)果以網(wǎng)頁(yè)的形式反饋給用戶。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器是資源庫(kù)系統(tǒng)的信息中心，它存儲(chǔ)了與資源庫(kù)相關(guān)的所有信息。資源服務(wù)器主要用于存儲(chǔ)資源庫(kù)中所有媒體資源，為用戶提供在線點(diǎn)播以及文件下載等服務(wù)。

平臺(tái)Web服務(wù)器采用Windows 2000 Server操作系統(tǒng)，后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2000，資源服務(wù)器采用Windows 2003 Server操作系統(tǒng)。

2.功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分三種角色進(jìn)行功能設(shè)計(jì)，即普通用戶、資源管理員和系統(tǒng)管理員。普通用戶的功能主要是資源的使用，提供資源的瀏覽、檢索、在線點(diǎn)播、下載等服務(wù)。資源管理員主要是進(jìn)行資源的日常管理，如資源類別和資源內(nèi)容的添加、更新、刪除，以及資源文件的上傳等。系統(tǒng)管理員要維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行，其職責(zé)有系統(tǒng)配置、用戶管理、統(tǒng)計(jì)分析、安全管理等。

為了實(shí)現(xiàn)上述功能目標(biāo)和設(shè)計(jì)思路，資源庫(kù)管理系統(tǒng)可按照其各部分功能的不同分為：資源類別管理模塊、資源內(nèi)容管理模塊、用戶管理模塊、查詢功能模塊、系統(tǒng)管理模塊。

（１）資源類別管理模塊

數(shù)字化音像資料庫(kù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)建好后，就可以通過(guò)該網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的后臺(tái)管理系統(tǒng)向數(shù)據(jù)庫(kù)中添加經(jīng)編輯、壓縮過(guò)的數(shù)字化音像資料。為了方便用戶更好地使用資源庫(kù)，在添加音視頻文件時(shí)，應(yīng)先對(duì)其進(jìn)行分類。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)的前臺(tái)系統(tǒng)，將資源分為音頻資料和視頻資料兩大類。音頻資料先按語(yǔ)種分為英語(yǔ)、日語(yǔ)、法語(yǔ)，再細(xì)分為教材音頻、語(yǔ)音語(yǔ)調(diào)、新聞、專四聽力、專八聽力、外語(yǔ)歌曲等部分。視頻資料先按語(yǔ)種分為英語(yǔ)、日語(yǔ)、法語(yǔ)，再細(xì)分為教學(xué)頻道、電影頻道（包括愛(ài)情、動(dòng)作、科幻、動(dòng)畫、戰(zhàn)爭(zhēng)、記錄、劇情等）、電視劇、演講集萃等部分。

（２）資源內(nèi)容管理模塊

資源內(nèi)容管理模塊的服務(wù)對(duì)象是資源管理員，資源管理員可以在此處對(duì)媒體素材資源進(jìn)行添加、編輯、刪除管理。一個(gè)具體的資源內(nèi)容主要包括的信息有：名稱、語(yǔ)種、所屬類別、圖片地址、資源存儲(chǔ)地址、資源簡(jiǎn)介等。當(dāng)添加一個(gè)新的媒體資源時(shí)，要將媒體文件上傳到資源服務(wù)器上。

（３）用戶管理模塊

用戶管理模塊負(fù)責(zé)用戶的注冊(cè)、對(duì)用戶進(jìn)行身份認(rèn)證和使用授權(quán)。用戶分為三級(jí)：普通用戶、資源管理員和系統(tǒng)管理員。注冊(cè)時(shí)，不同級(jí)別的用戶被賦予不同的操作權(quán)限，系統(tǒng)管理員的權(quán)限最高，可以進(jìn)行全系統(tǒng)維護(hù)與操作。用戶登錄時(shí)，先通過(guò)輸入相應(yīng)的口令來(lái)驗(yàn)證身份，只有通過(guò)認(rèn)證的用戶才擁有相應(yīng)的操作權(quán)限。

（４）查詢功能模塊

查詢功能模塊提供一個(gè)功能強(qiáng)大的查詢工具，以實(shí)現(xiàn)用戶所需資源的快捷查詢。系統(tǒng)提供模糊查詢和條件組合查詢方式，用戶可按照實(shí)際需要通過(guò)多種方式進(jìn)行查詢，查詢項(xiàng)主要包括語(yǔ)種、媒體類別、內(nèi)容標(biāo)題等。

（５）系統(tǒng)管理模塊

該模塊主要是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)的安全性。它包括系統(tǒng)參數(shù)配置管理、安全管理、數(shù)據(jù)備份管理等。

四、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所采用的關(guān)鍵技術(shù)

1.流媒體技術(shù)

流媒體是指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術(shù)的連續(xù)時(shí)基媒體，如音頻、視頻或多媒體文件。流式媒體在播放前并不下載整個(gè)文件，只將開始部分內(nèi)容存入內(nèi)存，流式媒體的數(shù)據(jù)流隨時(shí)傳送隨時(shí)播放，只是在開始時(shí)有些延遲，當(dāng)聲音等時(shí)基媒體在客戶端播放時(shí)，文件的剩余部分將從后臺(tái)服務(wù)器繼續(xù)下載。與單純的下載方式相比，這種對(duì)多媒體文件邊下載邊播放的流式傳輸方式不僅使啟動(dòng)延時(shí)大幅度縮短，而且對(duì)系統(tǒng)緩存容量的需求也大大降低。實(shí)現(xiàn)流式傳輸有兩種方法：實(shí)時(shí)流式傳輸和順序流式傳輸。

流媒體技術(shù)主要用于在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布視頻和音頻流。由于流媒體信息傳輸和處理的數(shù)據(jù)量大，并且音頻/視頻與時(shí)間的相關(guān)性強(qiáng)，要求實(shí)時(shí)、同步地傳輸，因此流媒體系統(tǒng)首先應(yīng)有很高的帶寬，同時(shí)采用實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議及實(shí)時(shí)傳輸技術(shù)，以保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的延遲盡可能減小。

流媒體傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)需要合適的傳輸協(xié)議。TCP需要較高的網(wǎng)絡(luò)帶寬，故不太適合傳輸實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。在流式傳輸?shù)膶?shí)現(xiàn)方案中，一般采用HTTP/TCP來(lái)傳輸控制信息，而用RTP/UDP來(lái)傳輸實(shí)時(shí)多媒體數(shù)據(jù)。主要協(xié)議包括實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議RTP、實(shí)時(shí)傳輸控制協(xié)議RTCP和實(shí)時(shí)流協(xié)議RTSP等。[3] 流媒體傳輸?shù)倪^(guò)程如圖2所示。

當(dāng)用戶選擇播放某個(gè)流媒體文件后，Web瀏覽器與Web服務(wù)器之間使用HTTP/TCP協(xié)議交換控制信息，以便把需要傳輸?shù)膶?shí)時(shí)數(shù)據(jù)從原始信息中檢索出來(lái)，再由Web服務(wù)器調(diào)用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中指向流媒體發(fā)布服務(wù)器的相關(guān)鏈接，然后客戶機(jī)上的Web瀏覽器啟動(dòng)A/V（音頻/視頻）播放器程序，使用HTTP從Web服務(wù)器檢索相關(guān)參數(shù)對(duì)播放器程序進(jìn)行初始化，最后通過(guò)UDP等協(xié)議定位和控制流媒體文件的播放。

2.多媒體數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

由于視頻所產(chǎn)生的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量非常大，直接進(jìn)行傳輸或存儲(chǔ)會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)空間帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。因此，多媒體數(shù)據(jù)在傳輸或存儲(chǔ)之前，先要進(jìn)行壓縮處理，傳送到目的地后再解壓播放出來(lái)。

數(shù)據(jù)壓縮處理一般由兩個(gè)過(guò)程組成：一是編碼過(guò)程，即對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼壓縮，以便存儲(chǔ)和傳輸；二是解碼過(guò)程，即對(duì)壓縮的數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓，恢復(fù)成可用的數(shù)據(jù)。根據(jù)解壓后數(shù)據(jù)的保真度，數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可分為無(wú)損壓縮編碼和有損壓縮編碼兩大類。無(wú)損壓縮編碼是指解碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)完全相同，無(wú)任何偏差。它的壓縮能力與所處理數(shù)據(jù)的類型有關(guān)，壓縮比較低，一般在2∶1~5∶1。有損壓縮編碼是指解碼后的數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)相比有一定的偏差，但仍可保持一定的視聽質(zhì)量和效果，其壓縮比可達(dá)100∶1。壓縮比越高，其解壓后的視、音頻質(zhì)量就越低。有損壓縮主要用于對(duì)音頻和視頻數(shù)據(jù)的壓縮。

利用視頻壓縮技術(shù)，我們將各種視頻數(shù)據(jù)源如MPEG2格式的DVD教學(xué)影碟壓縮為RMVB格式的流媒體文件，供學(xué)生點(diǎn)播。

3.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

壓縮好的音視頻文件占用大量的磁盤空間，如何存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)，合理利用空間顯得很重要。本系統(tǒng)采用2Gbps光纖通道（Ｆｉｂｒｅ Ｃｈａｎｎｅｌ，ＦＣ）標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)在資源服務(wù)器上裝入2Gbps光纖通道卡，與光纖磁盤陣列進(jìn)行連接。

磁盤陣列是由一個(gè)硬盤控制器來(lái)控制多個(gè)硬盤的相互連接，使多個(gè)硬盤的讀寫同步，減少錯(cuò)誤，增加效率和可靠度的技術(shù)。磁盤陣列通過(guò)RAID技術(shù)將多個(gè)單一硬盤組合為一個(gè)超大容量硬盤，是多媒體資源庫(kù)中數(shù)字音視頻資源的理想存儲(chǔ)介質(zhì)。

RAID（冗余磁盤陣列）技術(shù)使用校驗(yàn)的概念提供容錯(cuò)能力。磁盤陣列采用分塊和交叉存取技術(shù)，將數(shù)據(jù)分塊后分布在多個(gè)磁盤上，以并行的交叉存取提高速度。其并行性體現(xiàn)在一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的請(qǐng)求被一組磁盤驅(qū)動(dòng)器并行服務(wù)，減少了I/O請(qǐng)求的排隊(duì)等待時(shí)間；同時(shí)大塊數(shù)據(jù)的I/O請(qǐng)求被一組磁盤服務(wù)，通過(guò)并行的交叉存取從而提高數(shù)據(jù)傳輸率。磁盤陣列的性能差別根據(jù)采取不同的數(shù)據(jù)交叉粒度和冗余信息的放置與計(jì)算方法，按數(shù)據(jù)組織不同而分為多個(gè)級(jí)別，即RAID 0、RAID 1、RAID 0+1、RAID 3、RAID 5等。[4]

本系統(tǒng)采用RAID 5技術(shù)，它具有數(shù)據(jù)安全、讀寫速度快、空間利用率高等優(yōu)點(diǎn)。RAID 5將各塊硬盤進(jìn)行條帶化分割，相同的條帶區(qū)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)平均分布在每塊硬盤上。以n塊硬盤構(gòu)建的RAID 5陣列可以有n-1塊硬盤的容量，存儲(chǔ)空間利用率非常高。任何一塊硬盤上的數(shù)據(jù)丟失，均可以通過(guò)校驗(yàn)數(shù)據(jù)推算出來(lái)。

五、結(jié)束語(yǔ)

外語(yǔ)音像資料的數(shù)字化和基于流媒體技術(shù)的外語(yǔ)音像資料庫(kù)的建設(shè)為我院師生提供了豐富、高質(zhì)量的視頻和音頻教學(xué)資源以及網(wǎng)上資源查詢、在線播放、資源下載、資源上傳等功能。資源庫(kù)的建設(shè)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，它需要我們建設(shè)者不斷地根據(jù)資源庫(kù)的使用效果和師生的需求及時(shí)地進(jìn)行修改和動(dòng)態(tài)更新，這樣才能為教學(xué)提供更好的服務(wù)。

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