劉冉 布輝

摘要：《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》精品課程的教學(xué)資源在不斷豐富，如何讓更多學(xué)生更便利的使用到這些資源是課程發(fā)展的關(guān)鍵。流媒體技術(shù)的應(yīng)用使大容量視頻音頻文件在網(wǎng)絡(luò)中的實時傳輸成為可能。介紹了流媒體技術(shù)的工作原理，闡述了流媒體技術(shù)在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》精品課程項目中的幾種應(yīng)用方向。

關(guān)鍵詞：流媒體；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)；流式傳輸；視頻；音頻

中圖分類號：TP311文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2012)18-4442-02

Applications of Streaming Media Technology in the Qualified Course in Data Structure

LIU Ran，BU Hui

(School of Software，North China University of Water Conservancy and Electric Power，Zhengzhou 450008, China)

Abstract: Data structure qualified teaching resources has been enriched constantly. It is key point for developing the courses is that how to make more students use these resources more conveniently. The application of streaming media technology makes real time transmission of high-capacity video and audio files on internet possible. The thesis introduced the work principle of streaming media technology, and stated several applications of streaming media technology in Data structure.

Key word: streaming media; data structure; stream transmission; video; audio

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》是計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程。該課程是設(shè)計與實現(xiàn)編譯程序，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)及其它系統(tǒng)程序和大型應(yīng)用程序的重要基礎(chǔ)，是介于數(shù)學(xué)、計算機軟件、硬件之間的一門關(guān)鍵性的核心課程?！稊?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程在華北水利水電學(xué)院計算機專業(yè)的開設(shè)歷史長達20年之久，2007年該課程被確立為“校級精品課程”，2010年該課程被確立為“省級精品課程”。在精品課程建設(shè)期間，課程組制作了豐富的教學(xué)資料和立體化的教學(xué)資源，建設(shè)了課程網(wǎng)站，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)課程、在線測試、網(wǎng)上答疑等功能。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的普及，精品課程中對利用網(wǎng)絡(luò)傳輸聲音與視頻信號的需求也越來越大，為了順應(yīng)現(xiàn)代教育技術(shù)發(fā)展的趨勢，在線實時授課、教學(xué)視頻點播、視頻實時交互等技術(shù)手段將在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程的教學(xué)中得到廣泛的應(yīng)用，流媒體作為一種與網(wǎng)絡(luò)緊密相連的技術(shù)應(yīng)該被越來越多的應(yīng)用于精品課程的建設(shè)中。

1流媒體技術(shù)簡介

流媒體(Streaming Media)指在網(wǎng)絡(luò)上按時間先后次序傳輸和播放的連續(xù)音頻及視頻數(shù)據(jù)流。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸音頻視頻等多媒體信息的方式是先將多媒體文件完全下載后再播放，眾所周知，在保證音頻視頻文件的質(zhì)量的情況下這類文件所占存儲空間一般都十分龐大。在國內(nèi)這種網(wǎng)絡(luò)帶寬還很有限的情況下，下載常常要花數(shù)十分鐘甚至數(shù)小時。而采用流媒體技術(shù)，就可實現(xiàn)流式傳輸，將音頻視頻文件由服務(wù)器向用戶計算機進行連續(xù)、不間斷傳送，用戶不必等到整個文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過幾秒或十幾秒的啟動延時即可進行觀看。當音頻視頻等在用戶端播放時，文件的剩余部分還會從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上繼續(xù)下載。這樣就實現(xiàn)了邊下載邊播放的模式，使音頻視頻在網(wǎng)絡(luò)中傳輸變得容易。

2流媒體技術(shù)的工作過程及原理

流媒體技術(shù)是一種使用流式傳輸連續(xù)的時基媒體的技術(shù)。流式傳輸方式是將音頻視頻等媒體按特定編碼壓縮為若干個壓縮包，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器向客戶端計算機連續(xù)、實時傳送，只需要在客戶端緩存足夠可播放的視頻容量就可以開始播放。各個壓縮包在傳輸中經(jīng)由不同的路徑，所以到客戶端的時滯也不同，先發(fā)出的數(shù)據(jù)包并不一定先到，這就要求數(shù)據(jù)流具有嚴格的前后時序關(guān)系。所以流媒體數(shù)據(jù)流具有三個特點：連續(xù)性 (Continuous)、實時性(Real - time)、時序性。

2.1流媒體系統(tǒng)構(gòu)成

通常流媒體系統(tǒng)是由壓縮編碼工具、流媒體數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、客戶端播放器這幾部分組成。其中，壓縮編碼工具用于創(chuàng)建和編輯音頻視頻文件使之成為流媒體格式；流媒體數(shù)據(jù)是壓縮編碼后的媒體信息載體，常用格式有ASF、RM、MOV、SWF等；網(wǎng)絡(luò)是適

合流媒體數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議支持平臺；服務(wù)器用于存儲和管理流媒體數(shù)據(jù)；播放器則是提供用戶觀看流媒體文件的解碼器。

2.2實現(xiàn)流媒體流式傳輸?shù)姆椒?/p>

流媒體傳輸方式有順序流式傳輸和實時流式傳輸。順序流式傳輸?shù)脑硎菄栏癜戳髅襟w文件的時序先后進行順序下載，經(jīng)過一段時間的延時傳輸后，用戶可以邊下載邊播放，也就是說用戶觀看的內(nèi)容與服務(wù)器上的傳輸并不是同步進行的，用戶看到的內(nèi)容總是和服務(wù)器傳輸?shù)男畔⒂幸粋€時間差。在下載過程中，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的部分。順序流式傳輸對網(wǎng)絡(luò)的速度和可靠性要求相對較低，比較適合傳輸高質(zhì)量的短片段，可以較好地保證節(jié)目播放的最終質(zhì)量。適合于視頻點播類網(wǎng)站的使用。在實時流式傳輸中，傳輸?shù)膬?nèi)容是根據(jù)用戶的要求來選擇的，用戶可以實時觀看到自己想要看的部分。在觀看過程中用戶可以通過控制播放來向前或向后觀看自己想看的內(nèi)容，需要等待下載的時間比較少，但是這種傳輸方式對網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度和可靠性要求很高，如果網(wǎng)絡(luò)傳輸狀況不理想，則播放效果會比較差，這種方式比較適合用于實時視頻教學(xué)或網(wǎng)絡(luò)直播節(jié)目。

2.3流媒體的播放方式

流媒體的播放有點播、組播及廣播幾種方式。其中點播方式是客戶端向服務(wù)器端發(fā)請求，請求得到批準后在客戶端和服務(wù)器端間建立連接，這樣可以實現(xiàn)視頻點播。組播方式是利用IP組播技術(shù)組建能夠組播的網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)器與客戶端之間建立多個通道，傳輸時服務(wù)器端一次將數(shù)據(jù)包發(fā)給組播網(wǎng)絡(luò)中的多個客戶端，這種方式有效提高了網(wǎng)絡(luò)使用效率。廣播是服務(wù)器端無目的的將信息發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)中的所有客戶端，客戶端根據(jù)需要來被動地接收信息，這種方式對網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求比較低，但是傳輸數(shù)據(jù)的效率較低，安全性也差。

2.4流媒體的工作原理

流媒體工作原理如下：通常網(wǎng)絡(luò)中的客戶端瀏覽器和服務(wù)器之間是通過HTTP/TCP協(xié)議來傳輸控制信息的。用戶首先在客戶端利用WEB瀏覽器選擇要使用的流媒體服務(wù)，然后利用HTTP/TCP協(xié)議與服務(wù)器交換控制信息，把將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)提取出來，這時客戶端的WEB瀏覽器啟動流媒體客戶端程序，利用WEB瀏覽器從相應(yīng)的服務(wù)器上提取出來的相關(guān)信息參數(shù)對用戶的客戶端程序初始化。這些相關(guān)信息參數(shù)可能包括A/V數(shù)據(jù)的編碼類型，與A/V提取信息相關(guān)的服務(wù)器地址和目錄表數(shù)據(jù)。在傳輸過程中，由于TCP或FTP傳輸協(xié)議都不能實現(xiàn)實時方式的傳輸，所以目前比較成熟的流媒體傳輸一般都是采用建立在UDP協(xié)議上的RTP/RTSP協(xié)議(實時流控制協(xié)議)。服務(wù)器和客戶端通過運行RTSP協(xié)議交換了流媒體傳輸必需的相關(guān)控制信息，并提供了操作播放、暫停、快進、倒退和錄制等命令的動作行為。服務(wù)器使用RTP/UDP協(xié)議將流數(shù)據(jù)傳輸給用戶的客戶端程序，當流媒體數(shù)據(jù)傳送到客戶端，就可以通過相關(guān)客戶端程序播放。傳輸中通過RTP/UDP協(xié)議和RTP/TCP協(xié)議兩種協(xié)議與服務(wù)器聯(lián)系。要實現(xiàn)上述操作，服務(wù)器端需要有專用的控制軟件，而在客戶端上需要用專用的解碼播放軟件。

3流媒體技術(shù)在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》精品課程中的應(yīng)用

3.1網(wǎng)絡(luò)實時視頻教學(xué)

傳統(tǒng)的《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》教學(xué)模式是老師和學(xué)生集中在課堂上進行面對面的教學(xué)，這種教學(xué)模式對地域限制比較嚴格。如果在網(wǎng)絡(luò)帶寬有保證的前提下，利用校園網(wǎng)絡(luò)以及流媒體技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)實時視頻教學(xué)成為充分利用校園網(wǎng)絡(luò)用于教學(xué)的一種手段。在這種教學(xué)模式下老師和學(xué)生的授課可以不在同一個地點，老師和學(xué)生只需利用接入校園網(wǎng)的電腦就可進行教學(xué)和學(xué)習(xí)。在網(wǎng)絡(luò)實時視頻教學(xué)過程中，需要將老師授課的信息傳遞到校園網(wǎng)中的學(xué)生電腦端，傳輸?shù)男畔ㄒ曨l、音頻、文本、圖片以及教學(xué)資料等。利用流媒體壓縮技術(shù)將這些視頻音頻進行實時編碼打包，然后利用流式傳輸技術(shù)將這些數(shù)據(jù)利用校園網(wǎng)從教師端傳遞到學(xué)生端，并將這些信息資料有效地組織起來以達到更好的教學(xué)效果。在這種模式下，老師的授課方法基本與傳統(tǒng)的授課方法相同，只是授課對象由一群學(xué)生變成了一臺攝像機。這種網(wǎng)絡(luò)實時視頻教學(xué)方式的優(yōu)點是：可以使有限的資源得到充分的利用，例如，以前采用教室集中授課模式時，由于教室空間所限優(yōu)秀教師的資源只能被部分學(xué)生享用，而采用實時視頻教學(xué)模式后，可以實現(xiàn)異地教學(xué)，教師在一地上課，學(xué)生在多個異地教室聽課，甚至在宿舍或外地也可以聽到這位老師的講授，這在一定程度上解決了時空限制的問題。另外，《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》這門課的邏輯性和交互性很強，在實時視頻教學(xué)模式下，師生間可以通過一些必要的設(shè)備進行語音和視頻的實時交流，如身處一間教室一樣。老師可以及時地網(wǎng)絡(luò)上同學(xué)的反饋情況來隨時修正教學(xué)內(nèi)容、方式、進度和重點，從而達到最佳的效果；學(xué)生也可以利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實時回答老師的問提，或向老師提出問題。

3.2教學(xué)視頻點播

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程內(nèi)容較多，一般來說高校中每門課程的教學(xué)學(xué)時是有限的，這樣必然會出現(xiàn)有些內(nèi)容老師在課堂上講不完或者不能完全展開講的情況。此外由于學(xué)生的接受水平有差異，某些學(xué)生可能會出現(xiàn)在課堂上不能完全聽懂的情況，因此課外教學(xué)就顯得非常重要了。老師可以將自己上課時的講課內(nèi)容或上課時不能完全講授的內(nèi)容制作成視頻文件放在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》精品課程相關(guān)網(wǎng)站上，學(xué)生通過訪問網(wǎng)頁，可以自行選擇學(xué)習(xí)內(nèi)容，不受時間地點的限制，并且可以自行控制視頻的播放過程。這種方式可大大提高教學(xué)效率，充分利用教學(xué)資源。但是教學(xué)中用到的視頻文件通常是體積龐大的，下載需要很長的時間，這樣就限制了學(xué)生課外學(xué)習(xí)的便利性。利用流媒體技術(shù)中的視頻點播技術(shù)，可以方便實現(xiàn)課外教學(xué)。老師可以將經(jīng)過流媒體技術(shù)編碼過的教學(xué)視頻音頻文件放到流媒體服務(wù)器上，制作視頻點播的相關(guān)內(nèi)容網(wǎng)頁。與傳統(tǒng)的視頻文件不同，流媒體文件可以實現(xiàn)邊下載邊播放。從而解決了學(xué)生等待文件下載時間過長的問題?？蛻舳瞬捎脼g覽器方式進行點播，基本無需維護。而且利用教學(xué)視頻點播模式可以限制視頻文件的下載，保護視頻作者的版權(quán)權(quán)益。

3.3視頻實時交互

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程知識點繁多，邏輯性極強，學(xué)生對課下答疑的需求也是非常迫切的。但是由于老師的工作時間和地點的限制，不可能隨時隨地的滿足學(xué)生的答疑要求。如何解決這個問題呢，視頻實時交互是個不錯的方法。采用流媒體格式傳輸影音，進行視頻在線交互是比較方便的，這樣可以利用現(xiàn)有的校園網(wǎng)，不會增加過多成本。流媒體技術(shù)的使用可以進行點對點的通信，只要有一臺接入校園網(wǎng)并連接了攝像頭的電腦，就可以和校園網(wǎng)中的其它電腦進行音頻、視頻的通信。而且隨著移動流媒體技術(shù)的發(fā)展和3G通信網(wǎng)絡(luò)的完善，使用3G智能手機進行視頻實時交互也變得越來越容易了。老師可以利用上述手段與學(xué)生建立視頻的實時交互，使課下答疑不再受時間和空間的限制，也可以更好的鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

4結(jié)束語

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程在計算機專業(yè)課程中的重要地位不言而喻，建設(shè)精品課程的目的就是將優(yōu)秀的教育資源整合起來，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中得到豐富的課內(nèi)和課外資源。流媒體技術(shù)的應(yīng)用和互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的完善，使更多學(xué)生使用這些優(yōu)秀的教育資源成為可能。全國各個高校的計算機專業(yè)都開設(shè)有《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程，如果大家能積極的制作和提供相關(guān)的流媒體資源，建成一個豐富的流媒體資源庫，必然會給學(xué)生在學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程時提供更多的幫助。

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