李鶴

摘要：本文采用智能流技術(shù)對(duì)流媒體傳輸?shù)拇a率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)，對(duì)現(xiàn)有多媒體教學(xué)錄像重新編碼，改善了它的傳輸性能。測(cè)試結(jié)果顯示升級(jí)后帶寬占用率不到升級(jí)前的二分之一。此方法有效地提高了多媒體的傳輸速度，具有一定的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：智能流；流媒體；教學(xué)系統(tǒng)；多媒體

中圖分類號(hào)：TP315 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2015）21-0085-02

現(xiàn)代教學(xué)課堂不再只有黑板、掛圖等傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)備，多媒體視頻教學(xué)被越來(lái)越多的師生所接受。尤其對(duì)于醫(yī)學(xué)教學(xué)，多媒體視頻可以聲像同步地重現(xiàn)真實(shí)場(chǎng)景，能使學(xué)生對(duì)病理案例有更直觀的認(rèn)識(shí)和理解。然而傳統(tǒng)的多媒體視頻教學(xué)方式具有等待傳輸?shù)臅r(shí)間很長(zhǎng)和占用用戶大量的磁盤空間兩大缺點(diǎn)，嚴(yán)重限制了師生在校園網(wǎng)上對(duì)多媒體的使用。

流媒體技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)多媒體傳輸模式的缺陷，它是網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)和多媒體技術(shù)的結(jié)合體，當(dāng)客戶端通過(guò)TCP/IP協(xié)議下載文件時(shí)，服務(wù)器會(huì)按照一定的次序?qū)⑽募殖扇舾蓚€(gè)獨(dú)立的數(shù)據(jù)包，然后依次發(fā)送出去。而客戶端的程序會(huì)將這些數(shù)據(jù)包重新組合起來(lái)，最終形成和原來(lái)完全一樣的完整文件。但是流媒體通信時(shí)數(shù)據(jù)量大，實(shí)時(shí)性要求高，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬造成了很大的壓力。

具有自適應(yīng)性的智能流技術(shù)（Surestream）是近幾年來(lái)研究的一項(xiàng)熱門技術(shù)，它能根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)帶寬和網(wǎng)絡(luò)擁塞情況，動(dòng)態(tài)地調(diào)整多媒體的傳輸速率，不同接收者也能根據(jù)各自不同的帶寬條件得到不同速率的多媒體數(shù)據(jù)流，從而達(dá)到降低網(wǎng)絡(luò)擁塞、保障流媒體數(shù)據(jù)穩(wěn)定連續(xù)的傳輸?shù)哪康摹?/p>

智能流技術(shù)的傳輸原理

智能流技術(shù)首先確立了一個(gè)編碼框架，允許不同速率的多個(gè)媒體數(shù)據(jù)同時(shí)編碼，同時(shí)創(chuàng)建可擴(kuò)展流式文件，將不同速率的編碼信息合并到此文件中。當(dāng)客戶端發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，它將其帶寬容量傳給服務(wù)器，媒體服務(wù)器根據(jù)所得帶寬自動(dòng)切換傳輸速率將智能流文件相應(yīng)部分傳送給用戶。

實(shí)現(xiàn)流媒體的具體步驟如下：①為所有連接速率環(huán)境創(chuàng)建一個(gè)文件；②在混合環(huán)境下以不同速率傳送媒體（如圖1）；③根據(jù)網(wǎng)絡(luò)變化，無(wú)縫切換到其他速率；④關(guān)鍵幀優(yōu)先，音頻比部分幀數(shù)據(jù)重要；⑤向后兼容老版本RealPlayer。

流媒體的自適應(yīng)傳輸一般由自適應(yīng)流管理（ASM）API來(lái)實(shí)現(xiàn)。ASM根據(jù)流式數(shù)據(jù)的類型，確定發(fā)送哪種類型數(shù)據(jù)包。ASM具有一定的規(guī)則，每條規(guī)則由若干個(gè)表達(dá)式和屬性構(gòu)成。客戶端通過(guò)計(jì)算每條規(guī)則的表達(dá)式來(lái)確定訂閱某種規(guī)則對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)流，服務(wù)器會(huì)根據(jù)該規(guī)則的屬性將相應(yīng)的數(shù)據(jù)包發(fā)給客戶端。規(guī)則中的表達(dá)式為：#（MinRate<$BandwidthWjo2FEfRAb5cOgki+58r0A==

當(dāng)客戶端的網(wǎng)絡(luò)變得擁塞、丟包率開(kāi)始上升、當(dāng)前的規(guī)則與現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境不匹配時(shí)，客戶端需要放棄現(xiàn)有的規(guī)則?？蛻舳讼蚍?wù)器申請(qǐng)放棄原有規(guī)則轉(zhuǎn)而預(yù)訂適合現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)情況的規(guī)則，多媒體服務(wù)器會(huì)根據(jù)改變的規(guī)則屬性發(fā)送數(shù)據(jù)包。當(dāng)客戶端網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)后，它又通知媒體服務(wù)器關(guān)閉前一個(gè)預(yù)訂規(guī)則，媒體服務(wù)器在接收到通知后將按恢復(fù)的規(guī)則發(fā)送視頻數(shù)據(jù)。流程圖如圖2所示。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

校園多媒體教學(xué)系統(tǒng)主要包括4部分，其中門戶網(wǎng)站主要為用戶提供信息搜索，流媒體點(diǎn)播系統(tǒng)包括視頻流管理、視頻流的制作、視頻內(nèi)容的發(fā)布等功能，數(shù)據(jù)庫(kù)用來(lái)存儲(chǔ)教學(xué)音視頻、圖片、課件等資源相關(guān)信息，后臺(tái)管理主要用來(lái)對(duì)教學(xué)資源進(jìn)行分類和定義用戶權(quán)限級(jí)別等。

圖3為媒體教學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖：①系統(tǒng)工程師首先將多媒體教學(xué)錄像通過(guò)一定的編碼規(guī)則存儲(chǔ)在服務(wù)器中；②用戶通過(guò)多種客戶端設(shè)備訪問(wèn)門戶網(wǎng)站檢索并提出獲取多媒體信息申請(qǐng)，服務(wù)器與客戶端建立連接，提供數(shù)據(jù)；③網(wǎng)絡(luò)管理員通過(guò)監(jiān)控設(shè)備監(jiān)控整個(gè)數(shù)據(jù)交換過(guò)程。

模擬測(cè)試

為了驗(yàn)證智能流技術(shù)的可行性，本文采用HP公司的Mercury Load Runner V8.0壓力測(cè)試軟件對(duì)多媒體教學(xué)系統(tǒng)的流媒體服務(wù)在升級(jí)前后進(jìn)行了壓力模擬測(cè)試。因?yàn)槭芸蛻舳穗娔X的性能和網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的限制，本次實(shí)驗(yàn)采用25臺(tái)電腦，每臺(tái)電腦中的測(cè)試軟件模擬20個(gè)用戶，總連接用戶數(shù)為500個(gè)，使用的交換機(jī)帶寬為100Mbps，每臺(tái)電腦的CPU為AMD?4800，內(nèi)存為1G，顯卡緩存為256M。流媒體服務(wù)升級(jí)前后，測(cè)試軟件所得參數(shù)對(duì)照表如右下表所示，內(nèi)存和CPU參數(shù)為占用每臺(tái)電腦的平均值。

從表中可以看到，在用戶連接數(shù)基本相同的情況下，升級(jí)前平均每個(gè)連接多媒體教學(xué)系統(tǒng)的客戶端占用網(wǎng)絡(luò)帶寬為323/472=0.68Mbps，升級(jí)后平均每個(gè)客戶端占用網(wǎng)絡(luò)帶寬為149/492=0.30Mbps，升級(jí)后客戶端占用帶寬數(shù)還未達(dá)到升級(jí)前的二分之一。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，自適應(yīng)流媒體技術(shù)可以大大降低每個(gè)用戶觀看教學(xué)錄像占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬。通過(guò)對(duì)流媒體服務(wù)的升級(jí)，可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較差的情況下使更多的用戶同時(shí)流暢地觀看多媒體教學(xué)系統(tǒng)中的教學(xué)錄像。

結(jié)束語(yǔ)

采用智能流技術(shù)對(duì)校園多媒體教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以在客戶端網(wǎng)絡(luò)擁堵的情況下，對(duì)流媒體傳輸?shù)拇a率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)節(jié)，通過(guò)適當(dāng)降低視頻質(zhì)量，減少每個(gè)連接占用的網(wǎng)絡(luò)帶寬來(lái)保證客戶端能流暢地觀看視頻文件。實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該方法可以有效提高多媒體傳輸速率，為全面推廣校園多媒體教學(xué)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。