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(shí)時(shí)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(xiàng)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(hào)：TP311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：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(jì)算機(jī)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(jì)與實(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)專業(yè)的開設(shè)歷史長達(dá)20年之久，2007年該課程被確立為“校級(jí)精品課程”，2010年該課程被確立為“省級(jí)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(shí)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(duì)利用網(wǎng)絡(luò)傳輸聲音與視頻信號(hào)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(shí)時(shí)授課、教學(xué)視頻點(diǎn)播、視頻實(shí)時(shí)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(shí)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(chǔ)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(shí)。而采用流媒體技術(shù)，就可實(shí)現(xiàn)流式傳輸，將音頻視頻文件由服務(wù)器向用戶計(jì)算機(jī)進(jìn)行連續(xù)、不間斷傳送，用戶不必等到整個(gè)文件全部下載完畢，而只需經(jīng)過幾秒或十幾秒的啟動(dòng)延時(shí)即可進(jìn)行觀看。當(dāng)音頻視頻等在用戶端播放時(shí)，文件的剩余部分還會(huì)從網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上繼續(xù)下載。這樣就實(shí)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(shí)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(gè)壓縮包，由網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器向客戶端計(jì)算機(jī)連續(xù)、實(shí)時(shí)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(gè)壓縮包在傳輸中經(jīng)由不同的路徑，所以到客戶端的時(shí)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(yán)格的前后時(shí)序關(guān)系。所以流媒體數(shù)據(jù)流具有三個(gè)特點(diǎn)：連續(xù)性 (Continuous)、實(shí)時(shí)性(Real - time)、時(shí)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(tái)；服務(wù)器用于存儲(chǔ)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(shí)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(shí)時(shí)流式傳輸。順序流式傳輸?shù)脑硎菄?yán)格按流媒體文件的時(shí)序先后進(jìn)行順序下載，經(jīng)過一段時(shí)間的延時(shí)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(jìn)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€(gè)時(shí)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(duì)網(wǎng)絡(luò)的速度和可靠性要求相對(duì)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(diǎn)播類網(wǎng)站的使用。在實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)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(shí)間比較少，但是這種傳輸方式對(duì)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(huì)比較差，這種方式比較適合用于實(shí)時(shí)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(diǎn)播、組播及廣播幾種方式。其中點(diǎn)播方式是客戶端向服務(wù)器端發(fā)請(qǐng)求，請(qǐng)求得到批準(zhǔn)后在客戶端和服務(wù)器端間建立連接，這樣可以實(shí)現(xiàn)視頻點(diǎn)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(gè)通道，傳輸時(shí)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(gè)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(dòng)地接收信息，這種方式對(duì)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(shí)客戶端的WEB瀏覽器啟動(dòng)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(duì)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(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)流控制協(xié)議)。服務(wù)器和客戶端通過運(yùn)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(jìn)、倒退和錄制等命令的動(dòng)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(dāng)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(shí)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(shí)時(shí)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(jìn)行面對(duì)面的教學(xué)，這種教學(xué)模式對(duì)地域限制比較嚴(yán)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(shí)時(shí)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(gè)地點(diǎn)，老師和學(xué)生只需利用接入校園網(wǎng)的電腦就可進(jìn)行教學(xué)和學(xué)習(xí)。在網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)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(dá)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(duì)象由一群學(xué)生變成了一臺(tái)攝像機(jī)。這種網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)視頻教學(xué)方式的優(yōu)點(diǎn)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(shí)，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(shí)時(shí)視頻教學(xué)模式后，可以實(shí)現(xiàn)異地教學(xué)，教師在一地上課，學(xué)生在多個(gè)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(shí)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(qiáng)，在實(shí)時(shí)視頻教學(xué)模式下，師生間可以通過一些必要的設(shè)備進(jìn)行語音和視頻的實(shí)時(shí)交流，如身處一間教室一樣。老師可以及時(shí)地網(wǎng)絡(luò)上同學(xué)的反饋情況來隨時(shí)修正教學(xué)內(nèi)容、方式、進(jìn)度和重點(diǎn)，從而達(dá)到最佳的效果；學(xué)生也可以利用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)時(shí)回答老師的問提，或向老師提出問題。

3.2教學(xué)視頻點(diǎn)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(shí)是有限的，這樣必然會(huì)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(huì)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(shí)的講課內(nèi)容或上課時(shí)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(shí)間地點(diǎn)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(shí)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(diǎn)播技術(shù)，可以方便實(shí)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)邊下載邊播放。從而解決了學(xué)生等待文件下載時(shí)間過長的問題?？蛻舳瞬捎脼g覽器方式進(jìn)行點(diǎn)播，基本無需維護(hù)。而且利用教學(xué)視頻點(diǎn)播模式可以限制視頻文件的下載，保護(hù)視頻作者的版權(quán)權(quán)益。

3.3視頻實(shí)時(shí)交互

《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程知識(shí)點(diǎn)繁多，邏輯性極強(qiáng)，學(xué)生對(duì)課下答疑的需求也是非常迫切的。但是由于老師的工作時(shí)間和地點(diǎn)的限制，不可能隨時(shí)隨地的滿足學(xué)生的答疑要求。如何解決這個(gè)問題呢，視頻實(shí)時(shí)交互是個(gè)不錯(cuò)的方法。采用流媒體格式傳輸影音，進(jìn)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(huì)增加過多成本。流媒體技術(shù)的使用可以進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信，只要有一臺(tái)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(jìn)行音頻、視頻的通信。而且隨著移動(dòng)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(jī)進(jìn)行視頻實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)交互，使課下答疑不再受時(shí)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(jì)算機(jī)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(gè)高校的計(jì)算機(jī)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(gè)豐富的流媒體資源庫，必然會(huì)給學(xué)生在學(xué)習(xí)《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課程時(shí)提供更多的幫助。

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