移动流媒体技术概述论文（共4篇）
移动流媒体技术概述论文 篇1
摘要：移动流媒体技术是网络音视频技术和移动通信技术发展到一定阶段的产物, 它是融合很多网络技术之后所产生的技术, 它会涉及到流媒体数据的采集、压缩、存储以及网络通信等多项技术。
关键词：移动流媒体技术,组网方案,分发系统
移动流媒体技术是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放到网络服务器上, 让移动终端用户能够边下载边观看、收听, 而不需要等到整个多媒体文件下载完成才能够观看的技术。实际上移动流媒体技术是网络音视频技术和移动通信技术发展到一定阶段的产物, 它是融合很多网络技术之后所产生的技术, 它会涉及到流媒体数据的采集、压缩、存储以及网络通信等多项技术。
移动流媒体是从固网的流媒体发展而来的, 两者的不同主要体现在终端部分和终端与服务器之间的承载网络。正是由于这两方面的不同, 造成了移动流媒体采用许多不同于固网的技术。
当前移动流媒体采用的主流媒体格式包括:3GPP3、3GPP2、MPEG-4、RM等格式。
1 移动流媒体的系统功能
移动流媒体基本业务可以分为以下三种典型业务模式:
1.1 流媒体点播:
内容提供商将预先录制好的多媒体内容编码压缩成相应格式, 存放在内容服务器上并把内容的描述信息以及链接放置在流媒体的门户上。最终用户就可以通过访问门户, 发现感兴趣的内容, 有选择的进行播放。
1.2 流媒体直播:
流媒体编码服务器将实时信号编码压缩成相应的格式, 并经由流媒体服务器分发到用户的终端播放器。根据实时内容信号源的不同, 又可以分为电视直播、远程监控等。
1.3 下载播放:
用户将流媒体内容下载并存储到本地终端中, 然后可以选择在任意时间进行播放。对于下载播放, 主要的限制指标是终端的处理能力和终端的存储能力, 内容提供商可以制作出较高质量的视频内容 (高带宽, 高帧速率) , 但需要考虑内容的下载时间及终端的存储空间。
流媒体业务必须向用户提供内容发现和业务使用两个基本功能, 还必须具备与其他服务或应用的接口能力。流媒体内容的发现是指用户使用支持流媒体业务的手机或其他移动终端, 访问流媒体业务平台Portal, 通过页面浏览、分类查找或直接搜索功能发现流媒体内容的过程。而流媒体业务的使用是指用户发现指定流媒体内容后进一步使用流媒体业务的过程, 包括流媒体内容的在线播放、流媒体内容的下载播放以及收看实时流媒体广播服务。
不同的终端之间处理能力有很大区别, 所支持的协议也各不相同, 流媒体业务必须具备有对终端适配的功能。
对于移动用户来说, 在同一地点的不同时间或在同一时间的不同地点所能使用的网络带宽会有很大的不同, 所以用统一带宽速率压缩的内容无法满足不同用户的实时播放需求。流媒体业务应该根据用户的实际使用状况, 提供带宽适配的功能。
流媒体业务应具有可以传送多种通用流媒体文件格式, 包括MPEG4、H.263、Real Networks、Windows Media, 静止图像如JPEG、GIF、动画GIF、BMP等, 特殊格式如SMIL和SVG等的功能。
在满足了上述功能的前提下, 整个流媒体系统才能正常运行起来。
2 移动流媒体系统的组网方案
流媒体系统的组网可以分为单点系统和多点系统两种方式, 在前期用户数量少的时候, 可以使用单点系统, 单点系统适合集中建设模式, 全网只有一个核心流媒体业务平台, 单点系统的组网结构存在两个不同类型的地区, 位于A类地区用户相当于本地用户, 用户接入后可以通过本地的分组网直接接入到本地的流媒体业务平台使用。
当用户数量增加的时候, 系统负荷会加大, 单点系统则不能满足整个业务的要求, 此时就要在单点系统的基础上升级为多点系统, 实现方法是在流媒体用户数量多的地方增加地方级流媒体业务平台, 原有的流媒体业务平台作为中央流媒体业务平台, 实现流媒体用户的漫
3 移动流媒体平台的内容分发系统
由于流媒体的种种特性, 在有线和无线网络上传输流媒体面临着诸多问题, 比如网络拥塞、服务器超载等。为了解决这些问题, 移动流媒体内容分发网络 (Mobile Streaming Media Content Delivery Network, MSM-CDN) 的概念应运而生。MSM-CDN是一种覆盖在现有IP网络上的复合虚拟网络, 它通过叠加的服务器实现端到端的媒体传输以及网间的媒体业务, 提供了一种新的媒体传输平台。MSM-CDN是由一系列被管理或者自管理的节点组成的, 它们相互协调地为移动用户传输流媒体, 这些叠加的节点在网络中起到了关键控制点的作用, 大大提高了端到端的流媒体传输的性能。MSM-CDN能够向大规模移动用户提供流媒体传输业务, 是实现移动流媒体技术的基础。MSM-CDN具有资源利用率高及时延迟小等优点。
随着3G时代的来临, 作为3G主打业务的移动流媒体将越来越受到各大运营商的关注。而流媒体的广泛应用赋予了3G与2G间的最大差别。也构筑了3G时代最大的卖点。3G移动流媒体业务起步在2006年, 在2008年将达到发展高峰期。我们完全有理由相信, 随着3G牌照的发放, 无线数据增值业务将为我们带来一个无限美好的未来, 手机电视等移动流媒体业
移动流媒体技术概述论文 篇2
移动通信技术飞速发展,已经历了3个主要发展阶段。第一代起源于20世纪80年代,主要采用模拟和频分多址(FDMA)技术。第二代(2G)起源于90年代初期,主要采用时分多址(TDMA)和码分多址(CDMA)技术。第三代移动通信系统(3G)可以提供更宽的频带,不仅传输话音,还能传输高速数据,从而提供快捷方便的无线应用。今日,3G通讯的技术标准与规范已进入商业用途。然而到目前为主,在应用上也发现3G通信的许多缺点,例如缺乏全球统一的标准。3G所採用的语音交换架构仍承袭了2G的“电路交换模式”(Circuit Switch Mode).而非採用纯IP方式,也因此容易受到多用户的干扰,导致传输速率无法大幅提高,因此第四代移动通信系统(4G)的研究势在必行。
2 第四代移动通信技术的定义及特点
2.1 第四代移动通信技术的定义
第四代移动通信技术可称为广带(Broadband)接入和分布网络,具有非对称超过2Mb/s的数据传输能力,对全速移动用户能提供150Mb/s的高质量影像服务,将首次实现三维图像的高质量传输。它包括广带无线固定接入、广带无线局域网、移动广带系统和互操作的广播网络(基于地面和卫星系统),集成不同模式的无线通信,移动用户可以自由地从一个标准漫游到另一个标准。其广带无线局域网(WLAN)能与B-ISDN和ATM兼容,实现广带多媒体通信,形成综合广带通信网(IBCN),他还能提供信息之外的定位定时、数据采集、远程控制等综合功能。
2.2 4G通讯技术应该具备以下的特点
(1)更大传输频宽。对大范围高速移动的使用者(最高250km/h)频宽需求为2Mbps,中速移动的使用者(60km/h)频宽需求为20Mbps,低速移动或室内静止的使用者频宽需求为100Mbps;(2)更高储存容量。由于传输频宽增大,因此资料储存容量至少需求为3G系统的10倍以上;(3)更高相容性。4G通信技术必须具备向下相容、开放介面、全球漫游、与网路互联、多元终端应用等,并能从3G通信技术平稳过渡至4G;(4)不同系统的无缝连接。行动使用者在移动中,特别是高速移动,也都能顺利使用通信系统,并在不同系统间进行无缝转换(Seamless Transitions),传送高速多媒体资料等;(5)高度智慧化网路系统。4G网路必须是高度智慧、能随状况自行调整的网路系统,它须具备良好的弹性以满足不同环境与不同用户的通信需求;(6)整合性的便利服务。4G系统将个人通信、资讯传输、广播服务与多媒体娱乐等各项应用整合,提供更为广泛、便利、安全与个性化的服务。
综上所述,4G移动通信其技术主要是能够在各终端产品间发送、接收来自另一端的信号,并在多个不同的网路系统、平台与无线通讯介面之间找到最快速与最有效率的通信路径,以进行最即时的传输、接收与定位等动作。
3 4G的关键技术
3.1 OFDM正交频率多重分割技术
OFDM技术实际上是M CM(Multi-C arrier Modulation,多载波调制)的一种。其主要思想是:将信道分成若干正交子信道,将高速数据信号转换成并行的低速子数据流,调制在每个子信道上进行传输。正交信号可以通过在接收端采用相关技术来分开,这样可以减少子信道之间的相互干扰(ICI)。每个子信道上的信号带宽小于信道的相关带宽,因此每个子信道上的可以看成平坦性衰落,从而可以消除符号间干扰。而且由于每个子信道的带宽仅仅是原信道带宽的一小部分,信道均衡变得相对容易。由于OFDM技术由于具备上述特点,是对高速数据传输的一种潜在的解决方案,因此被公认为4G的核心技术之一。
3.2 SDR软体无线电技术
软件无线电(Software Defined Radio),是一种通讯装置,其实体层至更高阶通讯协定层的作业主要是由软体定义,是采用数字信号处理技术,在可编程控制的通用硬件平台上,利用软件来定义实现无线电台的各部分功能:包括前端接收、中频处理以及信号的基带处理等。即整个无线电台从高频、中频、基带直到控制协议部分全部由软件编程来完成。软体无线电技术能够将类比讯号的数位化过程尽可能与天线的距离接近,即让A/D及D/A转换器尽可能靠近RF前端,并利用DSP进行通道分离、调变解调变,以及通道编解码等工作。透过建立无线电通讯平台,并于平台上运作各种软体系统,如此可以实现多通道、多层次与多模式的无线通讯。其核心是在尽可能靠近天线的地方使用宽带的“数字/模拟”转换器,尽早地完成信号的数字化,从而使得无线电台的功能尽可能地用软件来定义和实现。软件无线电是一种基于数字信号处理(DSP)芯片以软件为核心的崭新的无线通信体系结构。软体无线电技术可让单一行动终端装置在不同系统和平台间畅行无阻。
3.3 SA智能天线技术
智能天线是波束间没有切换的多波束或自适应阵列天线。多波束天线在一个扇区中使用多个固定波束,而在自适应阵列中,多个天线的接收信号被加权并且合成在一起使信噪比达到最大。智能天线基本工作原理是根据信号来波的方向自适应地调整方向图,跟踪强信号,减少或抵消干扰信号。智能天线的核心是智能算法,而算法决定电路实现的复杂程度和瞬时响应速率,因此需要选择较好算法实现波束的智能控制。智能型天线具备两项特点:一是充份利用讯号的空间方向性,藉由指向性天线加强讯号接收强度,并同时消除干扰;另一特点在于利用丰富的空间通道特性,藉由发射及接收多天线提供空间分集或提高传输速率。智慧型天线是因应新一代无线通讯系统,提供高速、多元、高品质、高频谱效率及低耗电等需求之关键技术之一,当然也是极具潜力的发展领域,目前全球许多先进的通讯厂商与国家都已投入大量经费与人力研发智慧型天线相关技术。智慧型天线对于覆盖面积、系统容量与讯号品质的提升有极为显着的效果,对于未来4G无线通讯技术的系统容量提升、传输速率提高及链路品质强化等要求,将会有其重要的应用价值。
3.4 IPv6协议技术
IPv6是Internet Protocol Version 6的缩写,其中Internet Protocol译为“互联网协议”。IPv6是IETF(互联网工程任务组,Internet Engineering Task Force)设计的用于替代现行版本IP协议(IPv4)的下一代IP协议。IPv6是为了解决IPv4所存在的一些问题和不足而提出的,同时它还在许多方面提出了改进,例如路由方面、自动配置方面。经过一个较长的IPv4和IPv6共存的时期,IPv6最终会完全取代IPv4。因此IPv6技术将成为下一代网络的核心协议。IPv6与IPv4技术相比具有很到的优越性,主要表现在以下几个方面:(1)巨大的地址空间。在一段可预见的时期内,它能够为所有可以想像出的网络设备提供一个全球惟一的地址。(2)自动控制。IPv6还有另一个基本特性就是它支持无状态和有状态两种地址自动配置的方式。无状态地址自动配置方式是获得地址的关键。在这种方式下,需要配置地址的节点使用一种邻居发现机制获得一个局部连接地址。一旦得到这个地址之后,它使用另一种即插即用的机制,在没有任何人工干预的情况下,获得一个全球惟一的路由地址。(3)服务质量。服务质量(QoS)包含几个方面的内容。从协议的角度看,IPv6与目前的IPv4提供相同的QoS,但是IPv6的优点体现在能提供不同的服务。IPv6报头中新增加的字段“流标志”,有了这个20位长的字段,在传输过程中,中国的各节点就可以识别和分开处理任何IP地址流。(4)移动性。移动IPv6(MIPv6)在新功能和新服务方面可提供更大的灵活性。每个移动设备设有一个固定的家乡地址(home address),这个地址与设备当前接入互联网的位置无关。当设备在家乡以外的地方使用时,通过一个转交地址(care-of address)来提供移动节点当前的位置信息。移动设备每次改变位置,都要将它的转交地址告诉给家乡地址和它所对应的通信节点。
3.5 MIMO多重输入与多重输出技术
MIMO (Multiple-Input MultipleOutput;多重输入与多重输出)技术是近年来热门的无线通讯技术之一,其最主要特色是可以大幅提昇资料的传输速率。传统的SISO (Single-input single-output)技术以单一天线进行传输,而MIMO技术则是透过增加天线数量以达到提高传输速度之效果。MIMO技术则是利用多组天线(通常为三组天线)同时传送、接收资料并合成讯号,因此不仅衰减过的讯号也可以达成传输的目的,也可以保持一定的传输速率。同时MIMO还可以利用环境中的反射波来组合讯号,因此就算是处于障碍物多的环境也能拥有稳定快速的讯号传输。MIMO技术的特性就是在相同时间内,能在相同的无线电通道内传输和接收两个或多个不同的数据串流,因此系统在每个讯息通道内传送的数据率将能提高两倍以上。尽管MIMO在架构和运算上需要更多复杂的演算法、复杂的架构和更高的数据处理能力。但随着MIMO技术渐渐运用于更多无线技术中,预计MIMO技术将大幅改变未来十年的无线电产业,例如4G蜂巢式网路、WLAN、WiBro、WiMAX与802.20等无线技术。
4 结语
由于4G与1～3G相比具有通信速度更快,网络频谱更宽,通信更加灵活,智能性能更高,兼容性能更平滑等优点,4G将成为行业关注的焦点。虽然目前已可见到4G在发展与往后实际应用上所以面临的问题,但是市场不变的趋势是,新技术和新需求将不断出现,有朝一日4G必然会取代3G,成为新一代行动通讯的主流技术。
摘要：移动通信技术飞速发展,第四代移动通信技术----4G技术已经在开始应用。4G采用OFDM正交频率多重分割等先进技术,必将成为新一代行动通讯的主流技术。
多媒体视频会议系统关键技术概述 篇3
关键词：通信控制,视频编解码,文件传输
随着人类经济、政治及文化活动的不断发展和科学技术的进步,人与人之间的信息交流愈来愈频繁,对通信方式提出了越来越多的要求。在通信中引入声音和图像信息综合起来传输,大大丰富了通信内容,同时也更适合人们获取外部信息的特点。
诸多通信业务中,多媒体视频会议是近年来发展较快的一项新业务。多媒体视频会议系统是指通过现有的各种电气通讯传输媒体,将人物的静、动态图像、语音、文字、图片等多种资料分送到各个用户的计算机上,使得在地理上分散的用户可以共聚一处,通过图形、声音等多种方式交流信息,增加双方对内容的理解能力。多媒体视频会议系统是集现代数据通信与网络技术、信息处理技术、微电子技术、光电技术、计算机软硬件技术于一体的一种远程异地通信方式。
1 通信控制协议
多媒体视频会议系统一般基于H.323或SIP两种通信控制协议。
H.323是一套在分组网上提供实时音频、视频和数据通信的标准,是ITU-T制订的在各种网络上提供多媒体通信的系列协议H.32x的一部分。H.323涉及呼叫控制、多媒体管理、带宽管理以及和各种网络之间的接口。H.323协议被普遍认为是目前在分组网上支持语音、图像和数据业务最成熟的协议。
H.323基于集中式对等结构,其优点是协议成熟,定义完全,设备的稳定性强,互通性较好,缺点是协议复杂,没有拥塞控制机制,服务质量不能得到保证,效率和扩展性较差。
SIP是IETF提出的在IP网络上进行多媒体通信的应用层控制协议,SIP是一个基于文本的应用层控制协议。SIP协议最大的特点是仅需利用已定义的信息头,对其进行简单必要的扩充就能很方便地支持各项新业务和智能业务,具有很强的灵活性和扩充性。SIP协议借鉴了HTTP、SMTP等协议,支持代理、重定向及登记定位用户等功能,支持用户移动。此外,SIP还支持多种地址格式,包括E.164和URL等。
SIP协议简单、灵活,很容易增加新业务,扩展性强,具备终端能力检测、在线检测、支持移动性、组播等能力,而且采用文本格式,开发人员容易理解,并被指定为IMS的控制协议,具有很大的发展前景。其缺点是不够成熟,需与其他协议配合使用,单独应用的范围窄。
通过对协议之间进行比较,不难看出,H.323和SIP之间不是对立的关系,而是在不同应用环境中的相互补充。SIP作为以Internet应用为背景的通信标准,是将视频通信大众化。而H.323系统和SIP系统有机结合,又确保用户可以在构造相对廉价的SIP多媒体视频会议系统的基础上,实现多方会议等多样化的功能。
2 视频编解码技术
视频编解码标准有很多种,但在中国主要是采用MPEG-4、H264技术和中国提出的具有自主知识产权的标准AVS。
2.1 MPEG-4标准
运动图像专家组MPEG于1999年2月正式公布了MPEG-4(ISO/IEC14496)标准第一版本。同年年底MPEG-4第二版亦告底定,且于2000年年初正式成为国际标准。MPEG-4不只是具体压缩算法,它是针对数字电视、交互式绘图应用、交互式多媒体等整合及压缩技术的需求而制定的国际标准。MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内,旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具,从而建立起一种能被多媒体传输、存储、检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。
MPEG-4的编码理念是:MPEG-4标准同以前标准的最显著的差别在于它是采用基于对象的编码理念,即在编码时将一幅景物分成若干在时间和空间上相互联系的视频音频对象,分别编码后,再经过复用传输到接收端,然后再对不同的对象分别解码,从而组合成所需要的视频和音频。这样既方便我们对不同的对象采用不同的编码方法和表示方法,又有利于不同数据类型间的融合,并且这样也可以方便的实现对于各种对象的操作及编辑。
2.2 H.264标准
2003年,ITU-T通过了一个新的数字视频编解码标准,即H.264标准,H.264是由ISO/IEC与ITU-T组成的联合视频组(JVT)制定的新一代视频压缩编解码标准。国际电信联盟将该系统命名为H.264/AVC,国际标准化组织和国际电工委员会将其称为14496-10/MPEG-4AVC。
H.264标准只有三个子集:基本子集、主体子集和扩展子集。基本子集是专为视频会议应用设计的,这套标准几近完美,能够提供强大的差错隐消技术,并且支持低延时编/解码技术,使视频会议显得更自然。主体子集和扩展子集更适合于电视应用(数字广播、DVD)和延时显得并不很重要的视频流应用。
2.3 AVS标准
图2 P2P网络通信方式
AVS是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准,AVS标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。2002年,在信息产业部支持下,成立了“数字音视频编解码技术标准”工作组(简称AVS工作组),2003年,国家发展和改革委员会批准了《数字音视频编解码技术标准AVS研究开发与测试验证重大专项》。在国内外上百家企业和科研单位共同参与下,AVS标准制定工作进展顺利,其中最重要的视频编码标准于2005年通过国家广电总局测试,2006年1月得到信息产业部批准,2月国家标准化管理委员会正式颁布,3月1日起实施。
3 文件传输技术
3.1 FTP文件传输
FTP起初并不是应用于IP网络上的协议,而是ARPANET网络中计算机间的文件传输协议。在那时,FTP的主要功能是在主机间高速可靠地传输文件。目前,FTP仍然保持其可靠性。FTP是TCP/IP的一种具体应用,它工作在OSI模型的第七层,TCP模型的第四层上,即应用层,使用TCP传输而不是UDP,这样FTP客户在和服务器建立连接前就要经过一个被广为熟知的“三次握手”的过程,这样使得客户和服务器之间的连接是可靠的,而且是面向连接的,为数据的传输提供了可靠的保证。
在一个典型的FTP会话中,用户坐在本地主机前,想把文件传送到一台远程主机或把它们从一台远程主机传送来。该用户必须提供一个用户名-对口令才能访问远程账号。给出这些身份认证信息后,它就可以在本地文件系统和远程文件系统之间传送文件了。用户通过一个FTP用户代理与FTP交互。他首先提供一个远程主机的主机名,这使得本地主机中的FTP客户进程建立一个与远程主机中的FTP服务器进程之间的连接。用户接着提供用户名和口令,这些信息将作为FTP命令参数经由TCP连接传送到服务器。服务器批准之后,该用户就在本地文件系统和远程文件系统之间拷贝文件。
3.2 P2P文件传输
P2P是peer-to-peer的缩写,简单可以理解为点对点,也有人称为"伙伴对伙伴"的意思,或称为对等联网。P2P技术是一种用于不同计算机用户之间,不经过中继设备直接交换数据或服务的技术。
P2P技术打破了传统的Client/Server模式。简单的说,P2P直接将用户联系起来,让用户通过互联网直接交互。P2P使得网络上的沟通变得容易、更直接共享和交互。P2P不是新技术,而是新的应用技术模式。
4 结论
多媒体视频会议系统还包括了很多其他关键技术,如:安全保证技术、网络传输技术、音视频采集与回放技术等,这里就不一一介绍了。
对于前面讲到的传输控制协议、视频编解码技术及文件传输技术,在实际应用中应当如何选择呢?在传输控制协议选择上,H.323系统和SIP系统有机结合,确保用户可以在构造相对廉价的SIP多媒体视频会议系统的基础上,实现多方会议等多样化的功能;在视频编解码技术的选择上,H.264得到了电信运营商、设备提供商和的支持,在各种应用领域,H.264都具备了占居未来市场主流的地位,H.264代替MPEG4似乎已成定局,但是短期内H.264的商用成本仍是一个不得不考虑的因素。由于AVS为国内企业具有降低专利费的优势,而且得到中国政府的支持,因此在中国的应用情况值得期待;在文件传输技术的选择上,FTP中所有资源来源于服务器,用户越多速度可能越慢;P2P中每个用户都可以充当服务器,理论上用户越多速度越快,但也受到用户数据源稳定性的影响。所以应用中需要根据实际情况加以选择。
参考文献
[1]金纯.IPTV及其解决方案[M].北京:国防工业出版社,2006,9.
[2]吴志军,马兰,沈笑云.Visual C++视频会议开发技术与实例[M].北京:人民邮电出版社,2006,1.
移动流媒体技术概述论文 篇4
从2000年起, 欧洲就对移动学习的方式表现出极大的兴趣, 先后组织了30多个移动学习项目, 对移动学习的教学对象、教学方法、技术手段等进行探讨。在我国, 研究移动学习的研究者主要分为两个流派:理论应用派和技术派, 前者的研究注重教育性与科学性, 重视从学习者的角度研究移动学习的优势与不足。后者的研究注重移动学习技术实现的可行性问题, 为将来基于成熟移动通信网络和移动通信设备的移动应用服务市场推广做准备。本文主要是从技术的角度来论述, 如何利用流媒体技术有效地支持移动学习。
1 移动学习的界定
关于移动学习, 目前还没有明确的统一定义。但存在3种不同的认识与理解取向。第一, 是将移动学习理解为远程学习的一种形式, 远程学习、数字化学习和移动学习是远程教育的3个发展阶段的观点。第二, 认为移动学习是数字化学习的扩展, 学习内容与数字化学习相同, 只是信息与知识获取的方式借助于移动通信网络和移动通信设备。第三, 从认知与学习的角度来开展研究, 认为从内容与形式方面看, 移动学习与数字化学习、网络学习没有本质区别, 但是移动学习的移动性、情境相关的特点使得其成为一种完全不同于数字化学习、网络学习的一种全新学习技术与方式。
在中国, 大部分研究移动学习的学者都比较赞同这样的定义:移动学习是指利用无线移动通信网络技术以及无线移动通信设备 (如移动电话、个人数字助理PDA、Pocket PC等) 获取教育信息、教育资源和教育服务的一种新型学习形式。
移动学习的出现, 本质上是教育与技术相互作用的结果, 经历了一个教育需求与技术发展交互驱动的过程;它的出现不仅会带来人们观念的转变, 还会促使整个人类学习环境的彻底改变。
2 移动学习的技术支持
移动学习是作为泛在社会的一部分存在的, 具备无障碍性和创造性两个重要特点, 以适应后现代社会中知识的复杂性和迭代性引发的学习范式革命。若移动学习要满足无障碍性, 没有强有力的技术支持是达不到的。早期的移动学习资源仅限于文本与简单图片等, 如果需要在移动设备中观看教学录像, 需要先通过计算机的Web接入方式下载到电脑中, 再转存到移动终端设备中, 进行学习。这就导致了移动学习的“障碍性”, 虽然目前有些移动终端能够实现音视频的在线下载和观看功能, 但传输质量和效率都不高。而流媒体技术则能完成排除“障碍”的功能。
2.1 流媒体技术
流媒体指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续时基媒体, 如音频、视频或多媒体文件。流媒体的核心部分是传输协议和文件格式。流式传输的实现有特定的实时传输协议, 其中包括Internet本身的多媒体传输协议, 以及一些实时流式传输协议等, 只有采用合适的协议才能更好地发挥流媒体的作用, 保证传输质量。
流媒体技术是从互联网上发展起来的一种传送多媒体数据流的技术。流媒体技术的最主要特点是以流 (streaming) 的形式进行多媒体数据的传输。采用流媒体技术的客户端播放器在播放一个多媒体内容之前, 预先下载多媒体内容的一部分作为缓存, 在将缓存中的这部分内容向用户播放的过程当中, 该多媒体内容的剩余部分将在后台系统从服务器继续下载到客户端播放器上。这样, 一方面客户端播放器在不断地向用户播放缓冲区中的多媒体内容, 另一方面多媒体内容的其他部分从后台服务器不断地传输到缓冲区中, 这样就可以实现不必等到整个多媒体内容都下载到客户端播放器上, 而用户就能播放该多媒体内容了。
完整的流媒体业务由流媒体服务器、流媒体客户端、门户 (Portal) 、用户管理系统、缓存服务器构成。门户是为提供更便利的流媒体内容访问能力的服务器, 即用户通过门户进入IP网络从而访问流媒体服务器的内容资源。同时, 通过门户, 内容提供商 (CP) 向流媒体服务器和流媒体缓存发布内容, 门户提供对CP的认证和内容发布的接口。管理系统用于存储用户参数和设备功能信息, 用于控制如何向用户提供流媒体内容。图1为流媒体系统框架图。
在无线网络条件下, 学习者想通过无线移动通信设备获取教育信息、教育资源和教育服务, 但由于可用带宽比较狭窄, 网络的传输时延比较大, 终端设备存储容量有限等限制因素, 学习者并不能有效地进行学习。而采用流媒体技术则可以更好地解决这些问题, 从而有利于开展移动学习。
近年来3G (3rd Generation第三代移动通信系统, 是指能够满足ITUIMT-2000系统要求的新一代移动通信系统) 技术已日趋成熟, 流媒体技术在移动终端实现音视频的直播, 点播和下载功能成为研究的热点问题。
2.2 移动流媒体技术
移动流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放到网络服务器上, 让移动终端用户能够一边下载一边观看, 而不需要等到整个多媒体文件下载完成就可以观看的技术。移动流媒体系统框架如图2所示, 比较图1和图2可知, 实质上, 移动流媒体技术是流媒体技术在无线网络环境下的应用。
2.2.1 VOD下载应用
VOD下载应用是通过Wap或Web门户提供给终端学习者的。终端学习者浏览媒体门户时, 当他们找到一个符合自我需求的教学资源, 就会点击该资源的链接。这样, 该资源就会保存到移动终端的内存里面, 学习者可以直接使用移动终端进行离线学习。利用移动流媒体技术可以实现该项功能, 图2中实现该功能的流程图如图3所示。当流媒体使用H.264编码标准, 可以保证在同样的图像质量下, 将压缩比提高一倍, 这样就使视频下载应用就更有吸引力了。教学资源提供者可以在不损失图像质量的情况下, 提供的同样大小的视频教学资源, 该资源所包含的信息量大约是以前的2倍。结果是大大缩小了下载时间或提供更多的信息量。在使用流媒体技术后, 视频下载无论是对教学资源提供者还是资源使用者 (学习者) 都具有极大的吸引力。
对于VOD下载播放, 主要的限制指标是终端的处理能力和终端的存储能力, 教学资源提供者可以制作出较高质量的视频内容 (高带宽, 高帧速率) , 但需要考虑内容的下载时间及终端的存储空间。
2.2.2 流式视频直播应用
流式视频直播应用包括3个组件:一端是连接到PC的视频摄像机, 例如:课堂中安装多角度的摄录设备。中间是视频分发平台, 可以在录播系统的控制室安装视频分发平台。另一端是配备移动设备的终端学习者。目的是使终端学习者访问的时候, 感觉视频是直接从摄像机过来的, 而视频分发平台对用户是透明的。利用这样一个视频直播平台, 学习者可以通过移动终端设备对视频画面进行切换, 满足学习者的个性化学习。流式视频直播流程图如图4所示。
2.2.3 流式视频点播应用
移动终端播放器实时从流媒体服务器上获取流媒体数据, 边下载边播放, 流媒体内容不需存储在用户的终端设备。如果学习者需要多次播放同一内容, 每一次都需要从流媒体服务器上重新下载数据。但是这样大大减少了学习者的下载等待时间, 灵活自主、随时随地的自己选择学习内容。教学多媒体内容文件不在客户端驻留, 播放完毕即被清除, 不占用学习终端的存储空间。所以“边下载, 边播放”是流式传输技术真实写照, 也是它与“先下载, 再播放”的传统传输技术的最大区别。
由于是边下载边播放, 播放效果很大程度上依赖于网络带宽, 所以需要根据实际带宽状况, 选择合适的压缩参数制作教学内容。点播应用的流程图与VOD下载应用流程图相同, 只是下载机制不同。
综上所述, 利用流媒体技术支持移动学习, 不仅能实现传统的下载离线学习方式, 而且能满足“边下载, 边播放”的学习点播功能, 还能实现直播的在线学习方式, 比早期的移动学习要有许多优越的地方。学习者不再受基于桌面电脑的固定场地所局限, 可以“随时、随地、随身”在有无线网络接入的地方进行移动学习。
3 基于流媒体技术的移动学习系统仿真模型
Real Networks主要是从事开发与销售专门应用与网络上的音频、视频及其他多媒体的软件, 使用户可从个人电脑至其他电子设备终端都可以发送与接收高质量的视频。自1995年面世至今, Real Networks的产品已成为Internet和Intranet上最具有影响的、最深入人心的媒体流解决方案。
3.1 仿真模型
本文以Real System为原型, 使用Rational Rose统一建模工具, 设计出基于流媒体技术的移动学习系统仿真模型, 如图5所示。
TD-SCDMA作为中国提出的第三代移动通信标准 (简称3G) , 自1998年正式向ITU (国际电联) 提交以来, 已经历经10来年的时间, 完成了标准的专家组评估、ITU认可并发布、与3GPP (第三代伙伴项目) 体系的融合、新技术特性的引入等一系列的国际标准化工作, 从而使TD-SCDMA标准成为第一个由中国提出的, 以我国知识产权为主的、被国际上广泛接受和认可的无线通信国际标准。故本仿真系统采用TD-SCDMA标准作为无线网络的接入方式。移动学习者通过移动终端在有无线网络接入的地方访问门户, 进而实现教学视频的点播, 直播或下载功能, 享受移动学习的快速冲浪体验;教学内容提供者也可以通过无线接入方式提供教学视频内容。
3.2 系统功能特点
(1) 对网络带宽的适配功能
对于移动终端学习者, 在同一地点的不同时间或在同一时间的不同地点所能使用的网络带宽会有很大不同, 所以用统一带宽速率压缩的内容无法满足不同用户的实时播放需求。流媒体业务应根据用户的实际使用状况, 提供带宽适配的功能。当终端学习者在播放流媒体教学内容时, 流媒体业务平台能够探测学习者当前的实际带宽, 然后把以接近实际带宽速率压缩的内容发送给学习者, 保障学习者能够在不同的带宽情况下都能看到无中断的播放。
(2) 负载均衡功能
当流媒体系统有多个流媒体服务器时, 系统具备为学习者的流媒体服务请求选择最合适的流媒体服务器的能力。
(3) 流媒体服务的中断和续传
无线传输由于其网络的特殊性, 容易出现阻塞和中断, 影响学习者观看和学习, 改系统提供断点续传功能, 学习者可从断点处往下观看, 而不用从头开始观看。
(4) 容错功能
无线电传播环境恶劣或学习者处于移动状态等诸多因素, 均能造成无线电传播的损耗。多媒体信息经过压缩后对错误特别敏感, 所以多媒体信息通过无线信道传播时, 极易出现错误。改系统通过采用带宽冗余和丢包重发机制来保证容错。
4 结束语
3G技术已经掀开历史的崭新一页, 无线通信的快速发展变得不可逆转, 移动学习在无线通信技术的支持下更显示其优越性。本文对支持移动学习的流媒体技术进行了初步的探索, 并创新地应用基于J2EE框架的统一建模工具设计出基于流媒体技术的移动学习系统仿真模型, 以期验证流媒体技术可以有效地支持移动学习。虽然, 本文研究的模型代码还未成型, 但为以后的实现模型代码指明了方向, 有利于以后提出优化算法, 使流媒体技术更好地服务移动学习。
摘要：首先对移动学习的概念和本质进行研究;然后阐述流媒体技术以及支持移动学习的流媒体技术即移动流媒体技术;最后, 从理论上分为3个方面论证:移动流媒体技术能有效支持移动学习;并创新地使用Rational Rose统一建模工具, 设计出基于流媒体技术的移动学习系统仿真模型, 以期验证流媒体技术可以有效地支持移动学习。
关键词：移动学习,流媒体技术,移动流媒体技术,无线网络
参考文献
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