现代医学教学中流媒体技术的应用研究.doc

齐齐哈尔医学院学报 2006年7月27卷7期技术方法 文章详情 现代医学教学中流媒体技术的应用研究【摘要】 本文阐述了流式媒体技术及其工作原理，介绍了流媒体系统的选用，简述Windows Media Technology系统组成及基于网络利用流媒体技术制作医学教学课件的方法，对在校园网中的应用进行了探讨。【关键词】 远程医学教育 流媒体 Windows媒体服务医学教育因其面对生命科学，是一门经验科学，实践性强，要求施教育能提供充分的感性材料，给人以听觉、视觉的全面感受，这就不可避免地造成远程医学教育课件中含有大量多媒体信息。流媒体技术出现给医学教育带来了生机与活力。流式媒体技术是在网络上传输视频和音频(VIA)等多媒体信息的最新技术。它采用流式传输的方式来传输视频和音频。即把声音、影像或动画等VIA信息由音频、视频服务器向用户计算机连续、实时传送。这样用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或十几秒的启动延时即可进行观看。当音频、视频等媒体文件在客户机上播放时，文件的剩余部分在后台从服务器继续下载。流式传输不仅使启动延时成十倍，百倍地缩短，而且不需要太大的缓存容量。流式媒体技术的出现较好地解决了多媒体信息在中低带宽网上的传输问题，它的出现极大满足了现代医学远程教育的需求。1 流媒体技术原理 流式传输的实现需要缓存。因为Internet以包传输为基础进行断续的异步传输，对一个实时A/V源或存储的A/V文件，在传输中它们要被分解为许多包，由于网络是动态变化的，各个包选择的路由可能不尽相同，故到达客户端的时间延迟也就不等，甚至先发的数据包还有可能后到。为此，使用缓存系统来弥补延迟和抖动的影响，并保证数据包的顺序正确，从而使媒体数据能连续输出，而不会因为网络暂时拥塞使播放出现停顿。通常高速缓存所需容量并不大，因为高速缓存使用环形链表结构来存储数据：通过丢弃已经播放的内容，流可以重新利用空出的高速缓存空间来缓存后续尚未播放的内容1。流式传输的实现需要合适的传输协议。由于TCP需要较多的开销，故不太适合传输实时数据。在流式传输的实现方案中，一般采用HTTP/TCP来传输控制信息，而用RTP/UDP来传输实时声音数据。流式传输的过程一般是这样的：用户选择某一流媒体服务后，Web浏览器与Web服务器之间使用HTTP/TCP交换控制信息，以便把需要传输的实时数据从原始信息中检索出来；然后客户机上的Web浏览器启动A/V Helper程序，使用HTTP从Web服务器检索相关参数对Helper程序初始化。这些参数可能包括目录信息、A/V数据的编码类型或与A/V检索相关的服务器地址。A/V Helper程序及A/V服务器运行实时流控制协议（RTSP），以交换A/V传输所需的控制信息。与CD播放机或VCRs所提供的功能相似，RTSP提供了操纵播放、快进、快倒、暂停及录制等命令的方法。A/V服务器使用RTP/UDP协议将A/V数据传输给A/V客户程序（一般可认为客户程序等同于Helper程序），一旦A/V数据抵达客户端，A/V客户程序即可播放输出。需要说明的是，在流式传输中，使用RTP/UDP和RTSP/TCP两种不同的通信协议与A/V服务器建立联系，是为了能够把服务器的输出重定向到一个不同于运行A/V Helper程序所在客户机的目的地址。实现流式传输一般都需要专用服务器和播放器，其基本原理如图1所示。图1 流式传输基本原理(略)2 流媒体系统的选用流媒体技术是Real NetWork、公司首先推出的，日前比较流行的几种流媒体产品是Real Network公司的realsystem、Microsoft公司的Windows Media Technology和Apple公司的(Quick Time)，其中Microsoft公司的Windows Media Technology使用了MPEC4的压缩算法，具有压缩率高、图像质量好等特点，再加上各类软件对它的支持，获得了广泛的应用2。而realsystem系统若然各个模块功能很完善，但是其价格非常高。我们学校就是采用的是Windows Media Server，因为只要你使用的是微软的Windows 2000 Server或Windows 2003操作系统，在系统里边都自带这项服务，只要在系统盘中将其找出安装即可使用，最重要的是免费。它秉承了Windows系列软件的一贯特点，配置简单而且功能强大，支持.wmv以及.asf等媒体文件格式。3 Windows Media Technology系统组成Windows Media Technology由Media Tools、Media Server和Media Player工具构成3。Media Tools是整个方案的重要组成部分，它提供了一系列的工具帮助用户生成ASF格式的多媒体流（包括实时生成的多媒体流），分创建工具和编辑工具两种，创建工具主要用于生成ASF格式的多媒体流，包括Media Encoder、Author、VidToASF、WavToASF、Presenter五个工具；编辑工具主要对ASF格式的多媒体流信息进行编辑与管理，包括后期制作编辑工具ASF Indexer与ASFChop，以及对ASF流进行检查并改正错误的ASFCheck。Media Server可以保证文件的保密性，不被下载，并使每个使用者都能以最佳的影片品质浏览网页，具有多种文件发布形式和监控管理功能。Media Player则提供强大的流信息的播放功能。4 医学教学中流媒体技术的应用4.1 交互教学 随着教育改革的深入，学生可以更加自由地选择教师如果听名师授课的学生很多，教室容纳小下，便可利用流媒体技术加以解决具体的办法是:把一台或多台摄像机放在教师授课的教室，将摄像机拍摄的教师授课过程实时地传输到流媒体编码机上，经过采集卡的采集、编码后再实时上传到流媒体服务器，再由流媒体服务器实时发布到终端计算机，最后利用投影仪将教师授课过程进行实时播放，使其他教室的学生在听课过程中能够实时地和教师讨论，可以在其他教室也安装摄像机，拍摄提问学生的影像，经由编码计算机上传到流媒体服务器，再在教师授课的教室安装一台投影仪，用来播放提问学生的视频这样便可达到教师和异地学生的实时交流。4.2 制作课件 利用流媒体技术同步插播电子教案。远程教学系统不仅要传送教师的图像、声音,还需要传送电子教案,而电子教案的播放与视频、音频有严格的同步关系,这就要求在传输过程中仍然要保持同步关系。我们可以利用Windows media service提供的强大的数据同步功能在视音频流中加入时间标记信息、命令、URL地址,从而使播放电子教案或其他多媒体课件的计算机与Encoder之间建立连接。当教师在讲课过程中播放了某一张幻灯片,多媒体课件计算机就会向Encoder发出一个信息,当Encoder接收到该命令后,会在编码流对应的位置做一个时间标记,通过Encoder直播出去。当学习者的多媒体计算机接收到加入标记的流媒体信息后,在播放过程中可以直接跳转到指定标记的位置进行播放。这样的话,当教师讲到某个问题时就可以很容易地将电子教案与讲课过程的具体时刻建立联系,使得电子教案在指定的时间内出现在屏幕上,并使得学生端的计算机会根据教师端的幻灯片播放的时间随时切换,同步实现播放和翻转,从而实现音、视频流与电子教案的同步。4.3 课件点播 Windows media service提供课件点播功能、能够对录制后的课件进行分类、注释、授权、发布、建立VOD点播课件库、授权终端能够直接通过浏览器进行点播观看。4.4 实时授课 服务器端预先发布教学安排，按安排播放教学内容。学生定时被动地听课。教师端用摄像机和麦克风等采集教师的实时授课现场信息，并用Windows Media Encoder直接制作成ASF流4，送到媒体服务器，同时媒体服务器启动Station Service模块，直接发布ASF流，客户端用Windows Media Player接收和播放ASF流。4.5 考场监控 辅助老师监考，能最大化地起到监督考场纪律的作用。在每个考场安放两台摄像机，从前后两个方位监控考试状况。把摄像机的AV输出连接到编码计算机的视频采集卡上，由编码计算机采集编码后上传到控制中心，在控制中心即可监视各个考场状况另外，得到控制中心授权的用户还可以在校园网内安装了监控客户端软件的联网计算机上查看各监控点，并把监控的情况实时录制下来，以供备查5。4.6 视频会议 院校之间经常会有学术或者合作项日上的交流，利用视频会议系统可极大提高办公效率，在IP网上的软件视频会议系统与基于硬件的传统视频会议系统相比较，具有成本低、方便灵活的优势同时，教育网充足的网络带宽为实施视频会议提供了便利条件。4.7 远程手术教学 由于各大医院手术室大小和卫生等条件的限制，不可能让每个学生都进入手术室观看医生手术，现在流媒体技术的出现，可以彻底的解决这个问题。在手术室内放置多台摄像机或者遥控摄像头，将手术工程通过宽带网络实时地传递给流媒体服务器，教室内的计算机再通过校园网把手术图像实时的播放投影在教室的大屏幕上，这样学生就可以不用进入手术室就可以观看学习手术了。有条件还可以安排单独的医生在手术室现在讲解和解答同学们的疑问，达到互动，使教学效果更好。可以预见，流媒体技术在医学院校的教学中具有更广泛的应用前景。参考文献1 李英.Real 流媒体技术构建网络教学系统J.辽宁工程技术大学学报,2005,24(3):410-4122 路莹.基于Windows流媒体技术的现代医学远程教育系统J.计算机辅助工程，2003，(6)：56-583 温蕴.基于流媒体技术的远程教学系统J.内蒙古电大学刊,2005,68(4)：62-654 张军翔.基于视频流媒体技术的交互教学系统的研究J.湖北师范学院学报(自然科学版),2005,25(6):63-665 王以宁,郑燕林.流媒体技术及其教育应用J.中国电化教育,2000(11):45-48作者单位：齐齐哈尔医学院网络中心邮编 161042