基于RIA 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)

蘭學(xué)莉 婁 健 何欣楓

（1.河北大學(xué)，河北 保定 071002；2.河北大學(xué)計(jì)算中心，河北 保定 071002；3.河北大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，河北 保定 071002）

基于RIA 技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)

蘭學(xué)莉1婁 健2何欣楓3

（1.河北大學(xué)，河北 保定 071002；2.河北大學(xué)計(jì)算中心，河北 保定 071002；3.河北大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院，河北 保定 071002）

利用RIA技術(shù)，用戶(hù)開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用可以提供更豐富、更具有交互性和響應(yīng)性的用戶(hù)體驗(yàn)。網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)采用Flash開(kāi)發(fā)工具構(gòu)造的RIA系統(tǒng)，借助RIA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了良好的交互性、跨平臺(tái)性，又便于部署和使用，可對(duì)基于Web的遠(yuǎn)程教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提供良好的支持。

RIA；網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂；Flash

遠(yuǎn)程教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)終身學(xué)習(xí)的一種行之有效的手段。實(shí)時(shí)課堂是遠(yuǎn)程教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中一個(gè)重要的組成部分，是利用網(wǎng)絡(luò)將教師授課中的視頻、音頻和板書(shū)實(shí)時(shí)地在網(wǎng)絡(luò)上分發(fā)，可以使學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的方式達(dá)到與在課堂上課同樣的教學(xué)效果。實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)有很多，主要可以分為兩種，一種是基于電話(huà)、電視的實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)，這種系統(tǒng)，實(shí)時(shí)性好，但系統(tǒng)靈活性差，智能程度不高，且需要專(zhuān)用設(shè)備，部署不方便。另外一種是基于網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)，這種系統(tǒng)一般需要特定軟件支持，對(duì)用戶(hù)有較高的計(jì)算機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)要求；系統(tǒng)升級(jí)、更新操作復(fù)雜；跨平臺(tái)性較差，大都運(yùn)行在Windows平臺(tái)上。

（一）RIA技術(shù)簡(jiǎn)介

在過(guò)去的幾年中，Web開(kāi)發(fā)人員一直想構(gòu)建一種比傳統(tǒng)HTML更豐富的客戶(hù)端：一個(gè)用戶(hù)接口，比用HTML能實(shí)現(xiàn)的接口更加健壯、反應(yīng)更加靈敏、更具有令人感興趣的可視化特性。RIA（Rich Internet Application，富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用系統(tǒng)）技術(shù)的出現(xiàn)允許在因特網(wǎng)上以一種像使用Web一樣簡(jiǎn)單的方式來(lái)部署客戶(hù)端程序。無(wú)論將來(lái)RIA是否能夠如人們所猜測(cè)的那樣完全代替HTML應(yīng)用系統(tǒng)，比較那些C/S架構(gòu)的胖客戶(hù)端系統(tǒng)和B/S架構(gòu)的瘦客戶(hù)端系統(tǒng)，RIA確實(shí)提供了一種廉價(jià)的選擇，結(jié)合了聲音、視頻和實(shí)時(shí)對(duì)話(huà)的綜合通信技術(shù)使RIA具有前所未有的網(wǎng)上用戶(hù)體驗(yàn)。RIA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：采用相對(duì)健壯的客戶(hù)端描述引擎，能夠提供內(nèi)容密集、響應(yīng)速度快和圖形豐富的用戶(hù)界面；數(shù)據(jù)能夠被緩存在客戶(hù)端，從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)比基于HTML的響應(yīng)速度更快且數(shù)據(jù)往返于服務(wù)器的次數(shù)更少的用戶(hù)界面。目前，用于RIA的開(kāi)發(fā)工具主要有：Adobe公司的 Flash/Flex，Sun公司的Java FX和Microsoft公司Silverlight。其中，F(xiàn)lash發(fā)展較早且技術(shù)成熟，以Flash Player為客戶(hù)端的RIA可以支持種類(lèi)廣泛的平臺(tái)和設(shè)備，其在RIA開(kāi)發(fā)工具中占有主導(dǎo)地位。網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)采用Flash開(kāi)發(fā)工具構(gòu)造的RIA系統(tǒng)，借助RIA技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，系統(tǒng)既實(shí)現(xiàn)了良好的交互性，又便于部署和使用，可對(duì)基于Web的遠(yuǎn)程教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)提供很好的支持。

（二）網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)

1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)主要由Flash Media Server、Web Server和瀏覽器組成，此外，要求瀏覽器有Flash Player插件支持。

圖1 網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

一次實(shí)時(shí)授課的工作過(guò)程如下所示：（1）教師端訪(fǎng)問(wèn)Web Server的音視頻發(fā)布頁(yè)面，將帶有音視頻發(fā)布功能的SWF文件下載到瀏覽器，由嵌入瀏覽器的Flash Player執(zhí)行；（2）教師端Flash Player從教師端本地的攝像頭和麥克風(fēng)處獲得實(shí)時(shí)音視頻流，并使用RTMP協(xié)議將其發(fā)布到Flash Media Server；（3）學(xué)生端訪(fǎng)問(wèn)Web Server的實(shí)時(shí)音視頻收看頁(yè)面，將包含收看實(shí)時(shí)音視頻信息的SWF文件下載到瀏覽器，由嵌入瀏覽器的Flash Player執(zhí)行；（4）學(xué)生端Flash Player通過(guò)RTMP協(xié)議連接到Flash Media Server，獲得實(shí)時(shí)音視頻流，并在瀏覽器內(nèi)進(jìn)行播放。從上述過(guò)程中可知，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)基于RIA技術(shù)，體現(xiàn)出了新一代互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：第一，用戶(hù)只需要具備嵌入Flash Player的瀏覽器即可完成一次授課過(guò)程，而不需要安裝任何其他客戶(hù)端軟件或是瀏覽器插件。依據(jù)2008年3月份的統(tǒng)計(jì)數(shù)字，F(xiàn)lash Player 9的安裝率已經(jīng)超過(guò)97%。因此，系統(tǒng)的使用不需要做額外的軟件安裝、配置等工作，降低了用戶(hù)對(duì)計(jì)算機(jī)知識(shí)掌握程度的要求，省略了與授課不相關(guān)的操作，使教師和學(xué)生把精力更多的集中在課程內(nèi)容上。第二，所有的程序和各種流媒體信息保存在Flash Media Server和Web Server上，便于實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理和維護(hù)。同時(shí)，也可保證客戶(hù)端獲得的永遠(yuǎn)是最新的數(shù)據(jù)。第三，基于瀏覽器/Flash Player的特性，系統(tǒng)提供了跨操作系統(tǒng)和瀏覽器運(yùn)行的能力。目前，系統(tǒng)不僅可運(yùn)行于Windows平臺(tái)的IE瀏覽器，還可以支持Windows平臺(tái)的FireFox、Opera等瀏覽器，Linux平臺(tái)的Firefox/Mozilla瀏覽器，Mac OS X 平臺(tái)的Safari、Opera瀏覽器，甚至，在Flash Lite的支持下，系統(tǒng)可運(yùn)行在移動(dòng)和消費(fèi)電子設(shè)備上。

2.實(shí)時(shí)授課的實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)授課，關(guān)鍵就是要解決音視頻流的實(shí)時(shí)傳輸問(wèn)題。在系統(tǒng)中，音視頻流的實(shí)時(shí)傳輸是使用Flash Media Server（FMS）來(lái)實(shí)現(xiàn)的。FMS是一個(gè)RIA的開(kāi)發(fā)框架和部署環(huán)境，開(kāi)發(fā)者可以使用Flash來(lái)編寫(xiě)媒體應(yīng)用程序，然后使用FMS來(lái)部署這些應(yīng)用程序。FMS將傳統(tǒng)的流媒體功能與靈活的開(kāi)發(fā)環(huán)境結(jié)合起來(lái)，為最廣泛的群體創(chuàng)建和提供創(chuàng)新的、交互式媒體應(yīng)用。FMS的出現(xiàn)使得Flash成為真正的客戶(hù)端軟件，從而可以和FMS建立客戶(hù)/服務(wù)器（C/S）架構(gòu)。對(duì)視頻和音頻更靈活的支持也使Flash在流媒體方面與其他流媒體服務(wù)器（如Real公司的RealServer，微軟公司的Microsoft Media Server等）相比較也不遜色。FMS使用FLV作為流媒體的傳輸格式，F(xiàn)LV是一種新的流媒體格式，全稱(chēng)為Flash Video，使用這種格式形成的多媒體文件極小，加載速度極快，使得在低帶寬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下觀看視頻文件成為可能。借助Flash高質(zhì)量視頻編解碼器，能夠以低位速率和文件大小，提供較好的視頻質(zhì)量。在FMS體系結(jié)構(gòu)中，客戶(hù)端與服務(wù)器通過(guò)RTMP（Real-Time Message Protocol）協(xié)議相互通信。RTMP協(xié)議被Flash用于對(duì)象、視頻、音頻的傳輸，該協(xié)議建立在TCP協(xié)議或輪詢(xún)HTTP協(xié)議之上。RTMP協(xié)議就像一個(gè)用來(lái)裝數(shù)據(jù)包的容器，這些數(shù)據(jù)可以是AMF格式的數(shù)據(jù)，也可以是FLV中的音視頻數(shù)據(jù)。

3.共享白板的實(shí)現(xiàn)。在系統(tǒng)中，除了實(shí)現(xiàn)音視頻信息傳輸外，教師和學(xué)生還可以利用共享白板模塊進(jìn)行交流。通過(guò)共享白板模塊，可實(shí)現(xiàn)文字、圖形、圖像等多種信息的實(shí)時(shí)交流，教師和學(xué)生均可對(duì)共享白板進(jìn)行操作。通過(guò)共享白板模塊發(fā)布的信息有以下幾種類(lèi)型：（1）涂鴉：使用電子畫(huà)筆（用鼠標(biāo)控制）在白板上進(jìn)行繪圖，可實(shí)現(xiàn)直線(xiàn)、自由畫(huà)線(xiàn)、矩形、橢圓型等多種圖形；（2）文字：支持文字字體、字號(hào)、顏色、格式等設(shè)置；（3）圖片：包括BMP、JPG等格式圖片，同時(shí)支持圖片顯示的位置和大小的調(diào)節(jié)；（4）其他文檔：支持諸如PPT、PDF等文檔類(lèi)型的展示。通過(guò)上述多種形式的交流，增強(qiáng)了教師與學(xué)生及學(xué)生之間的交互，為達(dá)到更好的課堂教學(xué)效果提供了保障。共享白板是通過(guò)使用FMS中遠(yuǎn)程共享對(duì)象（Remote Shared Object,RSO）技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。共享對(duì)象可以存儲(chǔ)任何Flash支持的數(shù)據(jù)類(lèi)型，可以用來(lái)記錄或與其他聯(lián)機(jī)用戶(hù)實(shí)時(shí)分享一些信息。RSO的信息存儲(chǔ)在服務(wù)器端，因此任何用戶(hù)都可以連接到遠(yuǎn)程共享對(duì)象訪(fǎng)問(wèn)到相同的信息。圖2演示了在系統(tǒng)中如何使用RSO來(lái)實(shí)現(xiàn)共享白板。

圖2 使用RSO實(shí)現(xiàn)共享白板

4.其他功能。此外，系統(tǒng)還引入了如下功能：（1）文字聊天：類(lèi)似目前網(wǎng)絡(luò)聊天工具的功能，來(lái)實(shí)現(xiàn)教師學(xué)生間的問(wèn)題討論；（2）教學(xué)錄像查看：一個(gè)教學(xué)VOD子系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)學(xué)生可根據(jù)自己的進(jìn)度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)；（3）網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)及管理：即實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)的功能，教師和學(xué)生可保存一些自己的教學(xué)資料，便于使用和共享。上述功能的實(shí)現(xiàn)主要基于FMS和Web設(shè)計(jì)技術(shù)，具體方法與實(shí)時(shí)課堂和共享白板類(lèi)似。

5.系統(tǒng)特色。網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)具有如下一些特點(diǎn)：（1）采用RIA技術(shù)，完全基于Web實(shí)現(xiàn)，全部程序都由服務(wù)器端維護(hù)，客戶(hù)端只需要安裝瀏覽器，簡(jiǎn)化了用戶(hù)操作；（2）使用普通攝像頭作為視頻采集設(shè)備，硬件成本低，無(wú)需特殊環(huán)境；（3）音視頻流編碼效率高，延遲低，占用系統(tǒng)帶寬少，適用于低帶寬網(wǎng)絡(luò)；（4）跨平臺(tái)特性。客戶(hù)端不僅可運(yùn)行于Windows系統(tǒng)，也可用于Linux和Mac OSX系統(tǒng)，甚至可運(yùn)行在移動(dòng)和消費(fèi)電子設(shè)備上；（5）采用多種交流手段，包括實(shí)時(shí)音視頻、共享白板、文字聊天等，實(shí)現(xiàn)教師和學(xué)生之間的良好互動(dòng)；（6）采用HTML+Flash插件的實(shí)現(xiàn)方式，便于和現(xiàn)有Web應(yīng)用相融合，如個(gè)人網(wǎng)站、Blog系統(tǒng)，部署方便。

網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)課堂系統(tǒng)采用RIA技術(shù)實(shí)現(xiàn)，只需要瀏覽器即可完成所有功能，方便了用戶(hù)操作，也便于系統(tǒng)的升級(jí)、維護(hù)。同時(shí)，提供了實(shí)時(shí)音視頻、共享白板、文字聊天等多種交流手段，符合遠(yuǎn)程教學(xué)的規(guī)律，為提高遠(yuǎn)程教學(xué)質(zhì)量，豐富遠(yuǎn)程教學(xué)手段，促進(jìn)遠(yuǎn)程教學(xué)的普及提供了有力的支持。系統(tǒng)為開(kāi)放式組件化架構(gòu)，具有良好的可擴(kuò)展性，方便在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，可適用于視頻會(huì)議系統(tǒng)、遠(yuǎn)程信息咨詢(xún)、視頻電子商務(wù)平臺(tái)、視頻娛樂(lè)網(wǎng)站等其他領(lǐng)域，具有較好的應(yīng)用和推廣價(jià)值。

G434；TP393

B

1008-1151(2010)04-0180-02

2010-01-20

蘭學(xué)莉，女，河北大學(xué)講師，碩士，研究方向?yàn)榻y(tǒng)計(jì)學(xué)、人口學(xué)、教育技術(shù)；婁?。?978－），女，天津人，河北大學(xué)計(jì)算中心講師，碩士，研究方向?yàn)檐浖こ?、教育技術(shù)；何欣楓（1976－），男，天津人，河北大學(xué)數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)學(xué)院講師，碩士，研究方向?yàn)榉植际较到y(tǒng)。