王穎

摘要：該文提出了一個(gè)基于模板的生成多媒體組件的方案，適用于應(yīng)用計(jì)算機(jī)或移動(dòng)設(shè)備的教學(xué)。該研究領(lǐng)域結(jié)合了計(jì)算機(jī)科學(xué)、移動(dòng)設(shè)備和電子學(xué)習(xí)的研究，被稱為移動(dòng)學(xué)習(xí)或者M(jìn)-Learning。研究的目標(biāo)是為處于任何地點(diǎn)的學(xué)習(xí)者提供獲取電子學(xué)習(xí)資料的途徑，讓學(xué)習(xí)內(nèi)容更適合移動(dòng)設(shè)備的特點(diǎn)、交流環(huán)境、學(xué)習(xí)者的知識(shí)和喜好。該技術(shù)解決方案將充分發(fā)揮移動(dòng)設(shè)備的潛力，廣泛應(yīng)用于教育領(lǐng)域。

關(guān)鍵詞：M-Learning 移動(dòng)設(shè)備 MPEG-21標(biāo)準(zhǔn) 多媒體數(shù)據(jù)庫

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2014）10-2381-04

Abstract： The paper proposes a solution to generate template based multimedia components for instruction and learning available both for computer based applications and for mobile devices. The field of research is situated at the intersection of computer science， mobile tools and e-learning and is generically named mobile learning or M-learning. The research goal is to provide access to computer based training resources from any location and to adapt the training content to the specific features of mobile devices， communication environment， users preferences and users knowledge. To become important tools in education field， the technical solutions proposed will follow to use the potential of mobile devices.

Key words： M-learning； Mobile devices； MPEG-21 standard； Multimedia databases

移動(dòng)學(xué)習(xí)是指學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)的位置不固定或者學(xué)習(xí)者借助移動(dòng)技術(shù)獲得知識(shí)的過程[1]?，F(xiàn)有的移動(dòng)設(shè)備和技術(shù)應(yīng)用于教學(xué)有以下優(yōu)點(diǎn)：移動(dòng)設(shè)備擁有大量的用戶；移動(dòng)設(shè)備具備多媒體性能；移動(dòng)設(shè)備幾乎時(shí)刻與通信網(wǎng)絡(luò)連接在一起，而且很容易獲得[2]。移動(dòng)設(shè)備的迅速發(fā)展和廣泛使用解除了學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)時(shí)間和地域的限制，使得學(xué)習(xí)在任何時(shí)間、任何地點(diǎn)都可以發(fā)生[3]。移動(dòng)設(shè)備的多樣性和個(gè)性化以及學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)目標(biāo)的多樣性也給移動(dòng)學(xué)習(xí)造成了很多技術(shù)困難。

本文提出的解決方案旨在建立一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)地給每一位學(xué)習(xí)者根據(jù)移動(dòng)設(shè)備的特性和學(xué)習(xí)者的喜好提供學(xué)習(xí)內(nèi)容。該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是：減少授課所需時(shí)間，降低授課成本，提高授課效率。

1 實(shí)現(xiàn)移動(dòng)學(xué)習(xí)的移動(dòng)技術(shù)

我們將學(xué)習(xí)的可移動(dòng)性從技術(shù)角度可以分成不同種類。從此角度看，這種可移動(dòng)性是指學(xué)習(xí)應(yīng)具有便于攜帶的和可移動(dòng)的技術(shù)特點(diǎn)。

1.1移動(dòng)技術(shù)的分類

我們按照個(gè)人式還是共享式，便攜式的還是固定式的兩個(gè)坐標(biāo)來對(duì)移動(dòng)技術(shù)進(jìn)行分類（見圖1）[4][11]。位于第一象限的是便攜式個(gè)人設(shè)備，包括移動(dòng)電話、PDA、平板個(gè)人電腦和筆記本電腦。我們稱這些設(shè)備為個(gè)人設(shè)備是因?yàn)檫@些設(shè)備一般情況下都只支持單個(gè)人使用。這些設(shè)備可以通過聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行信息的交流，所以它們雖然是個(gè)人設(shè)備，但這些設(shè)備間可以共享信息。這就是可攜式個(gè)人技術(shù)。

有一些技術(shù)的移動(dòng)性并不像移動(dòng)電話和PDA那樣便于攜帶，但是仍然可以在學(xué)習(xí)過程中提供個(gè)性化的互動(dòng)。從第二象限看，包括傳統(tǒng)教育系統(tǒng)中每個(gè)學(xué)生個(gè)體所使用的設(shè)備。這種技術(shù)是固定式的，因?yàn)樗荒茉诠潭ǖ攸c(diǎn)使用，而每個(gè)使用者都擁有自己的設(shè)備、賬戶和資料。在第三象限，我們列出了電子白板、視頻會(huì)議設(shè)備等技術(shù)，它們具有共享式特點(diǎn)，并且由于體積龐大而不便攜帶。在第四象限里所列舉的這些技術(shù)可以提供學(xué)習(xí)內(nèi)容，即使這些設(shè)備本身在位置上是不方便移動(dòng)的。這種技術(shù)的設(shè)備包括電子信息導(dǎo)航站、交互式博物館展示儀等等。在使用這類設(shè)備學(xué)習(xí)過程中，學(xué)習(xí)者是移動(dòng)著的而設(shè)備是相對(duì)固定的。這種設(shè)備可以讓多個(gè)學(xué)習(xí)者共享學(xué)習(xí)內(nèi)容同時(shí)也是可移動(dòng)的。由此可見，移動(dòng)技術(shù)包含了所有第1、2、4象限所列出的設(shè)備。

1.2移動(dòng)學(xué)習(xí)的多媒體解決方案

移動(dòng)學(xué)習(xí)是與應(yīng)用移動(dòng)通信技術(shù)的移動(dòng)設(shè)備相關(guān)的，這些設(shè)備包括：移動(dòng)電話，PDA，可編程的電腦，iPod，個(gè)人視頻播放器和數(shù)碼視頻相機(jī)。

移動(dòng)學(xué)習(xí)中的多媒體解決方案主要有[5]：

· 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和環(huán)境模擬，它們可以為教學(xué)以及互動(dòng)的運(yùn)用提供綜合的解決方案。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)能模擬出有限的或開放的空間，在其中應(yīng)用多種互動(dòng)。

· 交互式軟件程序能夠通過模擬各種實(shí)踐的真實(shí)情境來促進(jìn)教學(xué)過程。

· 利用計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備和多媒體儀器，可以收集并解釋來自現(xiàn)實(shí)世界的不同媒體信息。這種情況下為教學(xué)通常使用的解決方案如：認(rèn)識(shí)植物園、動(dòng)物園、河流等。

移動(dòng)應(yīng)用軟件提供了更好的控制環(huán)境，并能很好地彌補(bǔ)移動(dòng)設(shè)備的不足，比如：間歇性通信連接的存在，有限的通信網(wǎng)絡(luò)帶寬、有限的存儲(chǔ)空間和缺乏多樣性相互工具。應(yīng)用軟件的使用能夠比經(jīng)典學(xué)習(xí)解決方案，更大可能地在學(xué)習(xí)過程中提供更完善的社會(huì)經(jīng)驗(yàn)[10]。

移動(dòng)技術(shù)已開始在學(xué)習(xí)和教學(xué)過程中廣泛使用。為教育開發(fā)一個(gè)合適的移動(dòng)系統(tǒng)是必要的，以滿足一定的需求。其中最重要的需求有：

· 使用情境信息來幫助適應(yīng)多媒體資源的技術(shù)條件和具體每個(gè)用戶學(xué)習(xí)水平和培訓(xùn)需求。

· 確保靈活性和機(jī)動(dòng)性，能夠讓用戶參與教育過程中的活動(dòng)，并且能同教學(xué)過程外的活動(dòng)聯(lián)系在一起，給學(xué)生提供離開教室的可能性而且可以組織一些不同于學(xué)校日程安排的活動(dòng)。

· 很有必要運(yùn)用充足、改進(jìn)的軟件工具來記錄、檢索和組織移動(dòng)學(xué)習(xí)的經(jīng)驗(yàn)。

移動(dòng)學(xué)習(xí)的多媒體數(shù)據(jù)

在過去幾年由于因特網(wǎng)的快速發(fā)展，在教育中也大量運(yùn)用到多媒體應(yīng)用的開發(fā)。所以，對(duì)多媒體技術(shù)領(lǐng)域研究的重要性也不斷提高。由于多媒體數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，對(duì)它們的管理和查詢技術(shù)也不同于傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)。

1.3多媒體數(shù)據(jù)的特性

把多媒體數(shù)據(jù)作為使用對(duì)象在移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)中是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。從許多方面來看多媒體數(shù)據(jù)都是異構(gòu)的：

· 有一些數(shù)據(jù)存在時(shí)變，也有一些是與時(shí)間無關(guān)的；

· 多媒體數(shù)據(jù)使用不同的數(shù)據(jù)表示格式；

· 有些數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化的，而有一些是非結(jié)構(gòu)化的或者表現(xiàn)為半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)流；

· 有些數(shù)據(jù)類型可以在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，而有些則需要很長的傳輸時(shí)間。

我們可以把移動(dòng)學(xué)習(xí)多媒體系統(tǒng)看成是一系列的軟件組件，其中包含著如圖片、文本、視頻和音頻序列等多媒體元素的集合，并且在系統(tǒng)中的每一個(gè)組件中都用空間和時(shí)間信息來描述多媒體元素的位置。

如果我們選擇手工創(chuàng)作多媒體培訓(xùn)材料的話，就必須在培訓(xùn)組件中明確規(guī)定每一個(gè)多媒體元素：文本、視頻、音頻和動(dòng)畫，及它們必須出現(xiàn)的地點(diǎn)和時(shí)間。在這種情況下，當(dāng)用戶發(fā)生變化時(shí)，我們每一次都必須修改培訓(xùn)組件或?qū)ν慌嘤?xùn)組件建立不同的版本。如果我們必須要對(duì)多媒體培訓(xùn)組件修改一些元素，或者想在不同的平臺(tái)上使用同一個(gè)組件，比如在因特網(wǎng)平臺(tái)上，在具有各種功能的移動(dòng)設(shè)備平臺(tái)上，或者說培訓(xùn)組件要配合用戶的喜好的話，那么我們就有必要為相同的多媒體培訓(xùn)組件創(chuàng)建不同的版本。

2 基于模板的多媒體工具的創(chuàng)建

當(dāng)需要更新或更換培訓(xùn)內(nèi)容時(shí)，有一種解決方案就是建立模板并使用它們?cè)诟鞣N情況下自動(dòng)產(chǎn)生新的培訓(xùn)材料或自動(dòng)重建培訓(xùn)材料。為此，我們必須建立一個(gè)語義系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含了多媒體教學(xué)要素和每一個(gè)要素的語義特征間的關(guān)系。我們利用該系統(tǒng)來自動(dòng)建立復(fù)雜的系統(tǒng)，適應(yīng)一定的準(zhǔn)則，但教育的信息保持不變。

多媒體內(nèi)容的描述要對(duì)具體細(xì)節(jié)表述進(jìn)行抽象，要表明多媒體元素的語義關(guān)系。利用這些信息，我們就可能根據(jù)語義關(guān)系，建立教育資料。我們可以自動(dòng)產(chǎn)生不同的多媒體教育資料，可以有用軟件或硬件平臺(tái)來管理教育資料的功能，有關(guān)于用戶的不同喜好的功能，及關(guān)于通信網(wǎng)絡(luò)類型的功能。

基于模板的多媒體培訓(xùn)資料的生成使用了多媒體內(nèi)容描述來創(chuàng)建教育資料。我們提出了一個(gè)基于網(wǎng)頁的方案，它可用于移動(dòng)系統(tǒng)和非移動(dòng)系統(tǒng)。這個(gè)問題應(yīng)當(dāng)使用一些轉(zhuǎn)換規(guī)則和一系列可以為我們最終展示多媒體的約束條件。網(wǎng)頁瀏覽器能夠處理視頻流、音頻序列、顯示在用戶終端上的靜態(tài)圖片及每一個(gè)多媒體元素的時(shí)間軸。因此處理過程發(fā)生在客戶機(jī)端，而不在服務(wù)器端。我們要將由于通信網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性造成的影響減到最小，從而確保最終顯示的高質(zhì)量。

2.1 移動(dòng)學(xué)習(xí)系統(tǒng)的多媒體編輯中MPEG-21 標(biāo)準(zhǔn)的使用

MPEG-21是動(dòng)態(tài)圖像專家組 （MPEG）的ISO/IEC 21000標(biāo)準(zhǔn)，它給多媒體定義了一個(gè)開放的框架。MPEG-21的作用在于我們可以建立多媒體傳輸及使用的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備。然而沒有一個(gè)架構(gòu)來描述這些元素之間的相互作用。MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)的目標(biāo)就是給多媒體定義一個(gè)開放的框架，允許透明使用，能夠在多媒體資源控制方面有良好的性能表現(xiàn)，能夠使用多種不同的網(wǎng)絡(luò)、外圍設(shè)備和移動(dòng)設(shè)備。MPEG-21為多媒體數(shù)據(jù)的傳輸和使用提供了開放支持[6]。

MPEG-21給多媒體信息和服務(wù)提供了標(biāo)準(zhǔn)，包括從內(nèi)容開發(fā)到向終端用戶的傳遞。在這些過程中我們必須要識(shí)別、描述、管理和保護(hù)多媒體內(nèi)容。多媒體內(nèi)容的傳輸可以通過不同的網(wǎng)絡(luò)在不同種終端間進(jìn)行。 MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)重要的概念：傳遞和交換的基本單元，即數(shù)字項(xiàng)，和數(shù)字項(xiàng)交互的用戶。數(shù)字項(xiàng)是一個(gè)具有標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)和相關(guān)元數(shù)據(jù)的數(shù)字對(duì)象。數(shù)字項(xiàng)既包含了多媒體資源、內(nèi)容，又包含了與資源相關(guān)的元數(shù)據(jù)。

任何與MPEG-21多媒體框架標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境交互式使用MPEG-21數(shù)字項(xiàng)實(shí)體的個(gè)人或團(tuán)體都可以看作是用戶。用戶可以通過發(fā)布或傳遞等不同方法來處理多媒體內(nèi)容。通常使用者擁有一些特定的權(quán)利和義務(wù)，和MPEG-21標(biāo)準(zhǔn)的其他用戶互動(dòng)技術(shù)的功能[7]。

我們之所以選擇MPEG-21數(shù)據(jù)項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)是因?yàn)樵摌?biāo)準(zhǔn)給多媒體內(nèi)容描述提供了通用工具，給多媒體教育組件內(nèi)容開發(fā)提供了標(biāo)準(zhǔn)。

用于數(shù)據(jù)項(xiàng)描述的MPEG-21組件具有如下意義：

·項(xiàng)是MPEG-21數(shù)字元的聲明形式，一個(gè)項(xiàng)由一組子項(xiàng)或者具有相關(guān)描述符的元素組成；

·描述符包含項(xiàng)的相關(guān)信息，如活動(dòng)；

·組件將資源和所有相關(guān)描述符鏈接在一起，并且包含了一個(gè)資源所有部分的信息；

·資源是指可以通過地址識(shí)別的單個(gè)元素，它可以用來識(shí)別視頻序列和靜態(tài)圖像。

2.2 基于模板的培訓(xùn)資料生成的技術(shù)解決方案

我們可以使用XSLT（擴(kuò)展樣式表轉(zhuǎn)換語言）文件來轉(zhuǎn)換基于XML的HTML （超文本標(biāo)記語言）文件中的MPEG-21文件，這樣可以根據(jù)現(xiàn)有資源或用戶喜好，來生成或修改內(nèi)容。在運(yùn)行時(shí)，能夠動(dòng)態(tài)地生成XML格式的MPEG-21文件。MPEG-21文件描述了多媒體網(wǎng)頁顯示中的數(shù)字項(xiàng)。根據(jù)XML文件附帶的圖解，我們把HTML文件中的MPEG-21文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

我們使用C#方案來建立并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)。在生成并格式化MPEG-21文件時(shí)，我們使用了XmlTextWriter類，方法如下所示：

xw=new XmlTextWriter（ Server.MapPath （"Presentation.xml"）， System.Text.Encoding.UTF8）；

xw.WriteStartDocument（true）；

xw.Formatting=System.Xml.Formatting.Indented；

String PItext = "type='text/xsl' href='prez.xslt'"；

xw.WriteProcessingInstruction（"xml-stylesheet"， PItext）；

xw.WriteStartElement（"DIDL"，"urn：mpeg：mpeg21：2002/01-DIDL-NS"）；

xw.WriteAttributeString（"xmlns"，"xsi"，null，"http：//www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"）；

xw.WriteAttributeString（"xsi"，"schemaLocation"，null，"urn：mpeg：mpeg21：2002/01-DIDL-NS mpeg-21.xsd"）

xw.WriteStartElement（"Item"）；

xw.WriteStartElement（"Descriptor"）；

xw.WriteStartElement（"Statement"）；

xw.WriteAttributeString（"type"，"urn：mpeg：mpeg21：data-format：IPTCMime-TypeCS：text/xml"）；

………………………

xw.WriteStartElement（"tr"）；

xw.WriteAttributeString（"height"，"250"）；

xw.WriteAttributeString（"width"，"800"）；

xw.WriteAttributeString（"valign"，"top"）；

xw.WriteAttributeString（"align"，"center"）；

xw.WriteStartElement（"td"）；

xw.WriteEndElement（）；

xw.WriteStartElement（"td"）；

xw.WriteStartElement（"htmltime"，"seq"，null）；

vant=0；

for （int i=0；i

{ // add the images in the XML file

xw.WriteStartElement（"link"，"LINK"，null）；

string imag=（（Imagini）al[i]）.imag；

xw.WriteAttributeString（"target"，"#"+imag.ToString（）+"-text"）；

xw.WriteStartElement（"htmltime"，"img"，null；

xw.WriteAttributeString（"src"，"mpeg21-replacement"）；

string inc=vant.ToString（）；

string dur=Convert.ToString（（（（Imagini）

al[i+1]）.nrframe（（Imagini）al[i]）.nrframe）/25；

xw.WriteAttributeString（"begin"，"1"）；

xw.WriteAttributeString（"dur"，dur.ToString（））；

xw.WriteEndElement（）；

xw.WriteEndElement（）；

}

xw.WriteStartElement（"link"，"LINK"，null）；

imag1=（（Imagini）al[al.Count-1]）.imag；

xw.WriteAttributeString（"target"，"#"+imag1.ToString（）+"-text"）；

xw.WriteStartElement（"htmltime"，"img"，null；

xw.WriteAttributeString（"src"，"mpeg21-replacement"）；

xw.WriteAttributeString（"begin"，"1"）；

xw.WriteAttributeString（"dur"，"indefinite"）；

xw.WriteEndElement（）；

xw.WriteEndElement（）；

此代碼創(chuàng)建了一個(gè)XmlTextWriter類的新實(shí)例，用于在網(wǎng)頁服務(wù)器上創(chuàng)建并存入一個(gè)新的XML文件Presentation.xml。這些要素和下文中的MPEG-21文件的結(jié)構(gòu)一致。根據(jù)XML文件附帶的圖解對(duì)HTML文件中的MPEG-21文件進(jìn)行轉(zhuǎn)換。我們定義了一個(gè)容器，儲(chǔ)存多媒體元素的信息和每個(gè)多媒體元素顯示的時(shí)間間隔。在運(yùn)行顯示期間，我們用這個(gè)容器使多媒體元素同步。元素名字和對(duì)應(yīng)的多媒體資源間的連接是由MPEG-21格式中數(shù)字元描述來完成的。MPEG-21對(duì)圖像組件的描述如下例子所示：

……………………

利用MPEG-21 XML文件，我們就可自動(dòng)生成HTML文件，為移動(dòng)和非移動(dòng)設(shè)備所使用，指令如下：

XPathDocument xmldoc = new XPathDocument（Server.MapPath（"Prezentare.xml"））；

XslTransform xslt = new XslTransform（）；

xslt.Load（Server.MapPath（"Transformari.xslt"））；

XmlUrlResolver urlResolver = new XmlUrlResolver（）；

urlResolver.Credentials = CredentialCache.DefaultCredentials ；

xslt.XmlResolver = urlResolver；

xslt.Transform（Server.MapPath（"Prezentare.xml"）， Server.MapPath（"Prezentare.html"），urlResolver）；

Response.Redirect（"Prezentare.html"）；

為了自動(dòng)檢測移動(dòng)設(shè)備的硬件特性我們使用了標(biāo)準(zhǔn)化系統(tǒng)WURFL（Wireless Universal Resource File）。使用系統(tǒng)中的信息，可以根據(jù)設(shè)備的技術(shù)條件對(duì)所要求的動(dòng)態(tài)視頻和靜態(tài)圖片這些媒體種類做出刪選[8][9]。圖2就是一個(gè)基于模板創(chuàng)建的HTML文件，其中包含了同步文本、圖片和視頻。

3 結(jié)論

從本文所提出的方案可以看出，制作教學(xué)資料可以從一系列基于模板的多媒體資源開始，并且可以適用于不同的技術(shù)條件和用戶喜好；改變一些可用資源的格式，也不會(huì)影響最終統(tǒng)一的顯示，也可以將格式轉(zhuǎn)換成移動(dòng)設(shè)備可以使用的格式。該文提出的這種開放的、基于模板的標(biāo)準(zhǔn)化的解決方案，對(duì)于推廣開發(fā)多媒體教育組件的方法提供了可能和保證。

參考文獻(xiàn)：

[1] Laroussi M.， Derycke A.， New e-learning services based on mobile and ubiquitous computing， CALIE04， Grenoble France， 2004.

[2] Furht， B.， Handbook of Multimedia Computing， CRC Press， 1998.

[3] Pagani， M.， Encyclopedia of Multimedia Technology and Networking， Idea Group Inc.， 2005.

[4] Naismith， L.， Lonsdale P.， Vavoula G.， Sharples M.， Literature Review in Mobile Technologies and Learning， Futurelab Series， 2004.

[5] Halsall， F.， Multimedia communications – applications， networks， protocols and standards， Pearson Education Limited， 2001.

[6] MPEG-21 Goals and Achievements， 2003， http：//www.chiariglione.org/mpeg/tutorials/papers/MMpaper.pdf.

[7] Kosch H.， Distributed Multimedia Database Technologies Supported by MPEG-7 and MPEG-21， Auerbach Publications， 2004.

[8] Klemettinen， M.， Enabling Technologies for Mobile Services， John Wiley & Sons Ltd， 2007.

[9] Salmre， I.， Writing Mobile Code Essential Software Engineering for Building Mobile Applications， Addison Wesley Professional， 2005.

[10] Lee， W.， Owens， D.， Multimedia-Based Instructional Design， John Wiley & Sons， Inc， 2004.

[11] Burnett， R.， Brunstrom， A.， Nilsson， A.， Perspectives on Multimedia Communication， Media and Information Technology， John Wiley & Sons Ltd， 2003.