東北坤芨大學碩士學位課程教材系列網絡技術與多媒體技術TechnoIogyOfNetworkandMultimedia目錄TOC\o"1-5"\h\z目錄 02課程信息 03第一節多媒體技術1 09第二節多媒體課件設計 -30第三節多媒體課件開發 -85第四節網絡課程設計 114第五節網絡課程開發 131第六節多媒體技術2 141第七節校園局域網的構建 165第八節網絡服務器的配置與管理 189第九節網絡設備互連 -223第十節網絡安全 -248?268文獻資源?268課程信息【課程性質】該課程為專業選修課【學分要求】課程學分為2學分【教學目標】本科程內容覆蓋本科生和研究生階段的計算機網絡、網絡工程、多媒體技術、多媒體課件制作、多媒體網絡技術、虛擬學習環境構建等多門課程的核心內容，本課程是按照現代教育技術專業方向的培養目標精心設計的。課程內容不同于本科階段的內容，重在培養學習者利用多媒體技術和網絡技術從事教學、管理、開發和應用的能力。課程內容設計在于培養學習者在基礎教育教學中運用信息技術的意識，運用多媒體和網絡技術提高課堂的教學質量，具有從事組網、建網、管網、用網等相關工作的能力，提高學習者信息技術教學的實踐能力，以及教學信息資源開發與應用的能力。同時課程內容的選擇也為學習者從事基礎教育研究工作打下良好的基礎。具體的教學目標包括：1.知識與技能（1）掌握流媒體技術、視頻會議系統、移動技術、虛擬現實技術及其教育應用。（2）掌握多媒體課件的基本知識、多媒體課件應用的基本模式；了解多媒體課件開發的基本框架。（3）理解網絡課程的內涵、設計原則與設計模式，掌握網絡課程腳本編寫知識。（4）掌握DNS、DHCP、WEB和FTP四類服務的工作原理、服務器安裝及配置。（5）了解構建園區網所涉及的交換、路由等方面的知識；掌握網絡安全的應用技術，從而運用這些技術來確保計算機和網絡的信息安全。.過程與方法（1）掌握流媒體課件制作方法。了解多媒體課件軟件的設計方法，理解多媒體課件的開發過程。(3)掌握網絡課程活動設計方法，掌握網絡課程的系統設計方法；掌握網絡課程開發的基本流程、方法和技巧。(4)掌握網絡方案設計的方法和步驟，從而能夠構建高性能、易于擴展的局域網絡。(5)掌握網絡設備的配置與調試方法。(6)掌握服務器的配置與管理方法，從而能夠架設各種網絡服務器。.情感態度與價值觀(1)培養學習者利用多媒體技術和網絡技術從事教學、管理、開發和應用的意識和能力。(2)培養學習者從事組網、建網、管網、用網等相關工作的能力。(3)提高學習者信息技術教學的實踐能力，以及教學信息資源開發與應用的能力。【教學方式】采取網絡授課。由學生在網絡平臺進行自我學習，PPT按教學內容制作，便于同學形象理解。教學視頻由老師錄制，與上課同步，使網絡授課的學生也能得到在課堂上的效果。以上資源在網上共享，便于同學下載學習。閱讀文獻以論文為主。【考核方式】本課程采用多種考核評價方式，包括自我評價、同伴評價、教師評定。側重于對學生的過程評價。課程一共分為十個專題，每個專題除了理論知識外，還有相應的實例。并且每個專題都留有相應的練習題，需要學生在課后之余訓練，而且都是通過在線評判系統在線提交。在線評判系統及時反饋評測結果，這樣達到學生進行自我評價。每個專題的練習結果都將作為最終評價的一部分，這樣可以更好地突出學生整個的學習狀況和程度。【學習建議】網絡與多媒體技術是一門實踐性非常強的課程，因此要求學習者學習時必須理論與實踐相結合，為此我們給出以下學習建議：(1)廣泛閱讀網絡與多媒體技術發展迅猛，學生必須要緊跟技術的發展潮流，在基本知識和技能掌握的基礎上，應該不斷學習最新的技術以適應教育信息化的發展步伐。(2)在“做中學”和“學中做”調查表明,我們所掌握的知識，有10%是通過“閱讀”得來的，有15%是“聽”來的，有80%是親身經歷獲得來的。對于網絡和多媒體技術來說，要想學好它們，僅僅通過閱讀是不行的，必須多實踐，掌握其實際的應用，這樣才能達到學以致用。專題一：多媒體技術1.學習指導本專題包括多媒體應用的關鍵技術（數據壓縮解壓縮技術、多媒體通信技術），流媒體技術及其教育應用，視頻會議系統及其教育應用。旨在將這些技術應用于學科教學和學校教育信息化建設中。具體要求：理解國際圖像、視頻壓縮編碼標準及其應用領域（.jpg文件、VCD、DVD、標清電視、高清電視、網絡電視），了解多媒體通信協議。會利用相應軟件制作學校視頻精品課、網絡視頻課件，利用視頻會議系統開展網絡學習。根據所在學校的需要,有能力的同學通過搭建媒體服務器建立學校廣播電臺、電視臺、視頻點播系統、學校視頻資源網站等。.重點難點點:1.流媒體技術及其教育應用；2.視頻會議系統及其教育應用。點：1.用媒體服務器實現點播；2.用媒體服務器實現廣播。專題二：多媒體課件設計.學習指導在學習過程中，結合網絡學習的特點，在總體目標指導下，將每一個知識點和技能都化為一個個容易操作的“任務”來實現，在保證內容科學性的前提下，突出了學習內容的針對性、實用性和可操作性。本專題從多媒體課件制作課程學習特點出發，讓學生掌握課件的基本知識，掌握課件應用的基本模式：了解課件開發的基本框架，了解多媒體課件軟件的設計方法，為對今后的實際工作奠定基礎。.重點難點點：1.多媒體課件應用的基本模式；2.多媒體課件開發的基本框架。難點：多媒體課件軟件的設計。專題三：多媒體課件開發.學習指導多媒體課件開發是以創作開放性課件為主的學習內容。開放性課件的開放其實有兩層意義：一是學習的開放性，針對學習的自主、探究和合作學習方式而設計制作，強調課件操作的學具性和工具性；二是時空的開放性，使課件與網絡特性相一致，利用鏈接打開相應的學習內容。本專題采用循序漸進、由淺入深方法。讓學生圍繞一個個課件逐步掌握圖形、文本、動畫、元件與交互設計以后，再通過界面的集成，“整合”形成完整的課件。充分利用網絡的交互性的優勢，使學生的問題可以在課程中直接得到解決，進而學會設計和制作更復雜更完整的課件。2.重點難點重點：多媒體課件的開發過程，包括將課件內容分解為動畫、分解為層，并利用腳本語言控制，將教學內容動畫化；難點：元件及按鈕的編程。專題四：網絡課程設計.學習指導本專題包括網絡課程設計的關鍵過程與方法，具體要求為：理解網絡課程的內涵、設計原則與設計模式；掌握網絡課程活動設計方法；掌握網絡課程的系統設計方法及腳本編寫知識；能夠評估與分析網絡課程設計案例。.重點難點重點:1.網絡課程設計的原則；2.網絡課程設計的模式。難點:1.網絡課程的系統設計：2.網絡課程的腳本編寫。專題五：網絡課程開發.學習指導本專題促使學習者掌握網絡課程開發的基本流程、方法和技巧；使學習者認識和了解網絡課程開發軟件和平臺基本知識。具體要求如下：理解網絡課程的內涵、開發意義；掌握網絡課程開發的過程、方法和技巧；認識商業化網絡課程開發平臺，并能通過自主學習區分各平臺異同。.重點難點重點:1.網絡課程設計模式；2.網絡課程開發的一般過程和方法。難點:1.網絡課程開發技巧；2.網絡課程開發平臺的應用。專題六：多媒體技術2.學習指導本專題介紹多媒體技術的前沿內容，以使學生能夠關注多媒體技術的最新發展動態，開拓學習視野。主題1介紹移動技術及教育應用，在介紹移動通信技術的基礎上闡述移動學習的系統構成及實施方式。主題2介紹虛擬現實及教育應用，闡述虛擬現實系統的特點與類型，介紹虛擬現實的關鍵技術，并用相關案例幫助學生理解虛擬現實的教育應用。主題3介紹增強現實及教育應用。著重闡述虛擬現實的最新發展分支一一增強現實的關鍵技術與教育應用案例。.重點難點重點:1.移動學習關鍵技術與實施方式；2.虛擬現實系統類型與關鍵技術；3.增強現實系統特點與關鍵技術。難點:1.移動通信技術分類；2.虛擬現實系統的關鍵技術；3.增強現實系統的關鍵技術。專題七：校園局域網的構建.學習指導本專題主要介紹局域網構建的步驟，內容包括需求分析、網絡層次模型設計及拓撲結構選擇，流量分析與網絡設備的選擇；IP地址的規劃及路由協議的選擇：無線局域網的原理及組成：同時結合校園局域網組建的案例來講解局域網的設計與構建。通過本專題的學習，使同學們能夠掌握網絡方案設計的方法和步驟,從而能夠構建高性能、易于擴展的局域網絡。.重點難點本專題主要介紹局域網構建的步驟及網絡的規劃，組建有線及無線局域網。重點掌握網絡需求收集整理的方法，網絡設計的方法，層次網絡設計的特點，及明確網絡設備選擇的方法，為最終的網絡方案構建提供決策的依據。專題八：網絡服務器配置與管理.學習指導本專題主要介紹服務器的基礎知識及組建四種主流的網絡服務，內容包括DNS和DHCP服務的工作原理及部署；WEB網站的架設；FTP服務的部署。重點掌握這四類服務的工作原理、服務器安裝及配置。通過本專題的學習，使同學們能夠掌握服務器的配置與管理方法,從而能夠架設各種網絡服務器。.重點難點本專題主要介紹四種主流的網絡服務部署，重點掌握DNS服務工作原理及配置，DHCP工作原理及配置，WEB原理及配置和FTP工作原理及配置。專題九：網絡設備互連.學習指導本專題主要介紹網絡建設的關鍵技術及網絡設備一交換機和路由器的配置與調試方法，內容包括交換機的基本配置、VLAN原理及配置和SVI原理及配置；路由的基本原理、靜態路由與動態路由（RIP、OSPF）協議的原理與配置。重點掌握VLAN、SVI及路由的相關配置。旨在讓各位同學了解構建園區網所涉及的交換、路由等方面的知識，掌握網絡設備的配置與調試方法，以便在實際工作中恰當地運用這些技術，解決實際網絡中遇到的問題。.重點難點本專題主要介紹網絡建設的關鍵技術及網絡設備一交換機和路由器的配置與調試方法，重點掌握交換機的基本配置、VLAN原理及配置和SVI原理及配置；路由的基本原理、靜態路由與動態路由（RIP、OSPF）協議的原理與配置。專題十：網絡安全.學習指導本專題主要介紹密碼學和網絡安全的基本原理和應用技術，內容包括信息系統安全框架；對稱密碼與公鑰密碼；數字簽名與身份認證；網絡安全技術與系統安全。重點掌握加密技術及網絡安全技術。通過本專題的學習，使同學們能夠掌握網絡安全的應用技術，從而運用這些技術來確保計算機和網絡的信息安全。.重點難點本專題主要介紹密碼學和網絡安全的基本原理和應用技術,重點掌握對稱加密和非對稱加密機制；數字簽名的設計目標與解決方案；網絡安全技術中涉及的防火墻技術和虛擬專用網（VPN）技術及病毒的防御和控制方法。專題講座（一）專題一多媒體技術1【專題學習指導】本專題包括多媒體應用的關鍵技術（數據壓縮解壓縮技術、多媒體通信技術），流媒體技術及其教育應用，視頻會議系統及其教育應用。旨在將這些技術應用于學科教學和學校教育信息化建設中。具體要求：理解國際圖像、視頻壓縮編碼標準及其應用領域（.jpg文件、VCD、DVD,標清電視、高清電視、網絡電視），了解多媒體通信協議。會利用相應軟件制作學校視頻精品課、網絡視頻課件，利用視頻會議系統開展網絡學習。根據所在學校的需要，有能力的同學通過搭建媒體服務器建立學校廣播電臺、電視臺、視頻點播系統、學校視頻資源網站等。重點：1.流媒體技術及其教育應用：2.視頻會議系統及其教育應用。難點：1.用媒體服務器實現點播；2.用媒體服務器實現廣播。一、多媒體應用的關鍵技術.多媒體數據壓縮解壓縮技術多媒體數據主要包括視頻、音頻、圖像、動畫、文本等類型。其中視頻、音頻數據量是非常大的。例如，PAL制式圖像的720*576的分辨率、24bits/像素、每秒25幀的質量傳輸時，其數據率達30MB/S或234Mb/s。以這個速率保存15秒未壓縮視頻圖像將占用445MB的存儲空間，1GB的存儲空間只能存儲34秒的PAL制式的視頻。另一個原因是圖像、音頻和視頻這些媒體具有很大的壓縮潛力。因為在多媒體數據中，存在著空間冗余、時間冗余、信息嫡冗余、視覺冗余、聽覺冗余、結構冗余，知識冗余等，它們為數據壓縮技術的應用提供了可能的條件。因此在多媒體系統中必須采用數據壓縮技術，它是多媒體技術中一項十分關鍵的技術。國際上制定了一系列多媒體數據壓縮編碼國際標準，包括：JPEG標準JPEG（JointPhotographicExpertsGroup）是聯合圖像專家小組的英文縮寫，其中聯合的含義是指，國際電報電話咨詢委員會（CCHT）和國際標準化協會（ISO）聯合組成的一個圖像專家小組。聯合圖像專輯組多年來一直致力于標準化工作，他們開發研制出，連續色調、多級灰度、靜止圖像的數字圖像壓縮算法，該算法在1992年被確定為JPEG國際標準。用該算法壓縮的圖像格式就是應用廣泛的Jpg文件格式。.jpg文件的特點如下：JPEG在靜止圖像格式中的壓縮比是最高的，在高壓縮比情況下，會出現塊狀效應；圖像質量可調（由于JPEG壓縮算法是有損壓縮）；真彩色（圖像深度至少24bit,即R、G、B三基色分別是8bit）；常作為照片的存儲格式。MPEG-1標準MPEG是活動圖像（或稱運動圖像）專家組（MovingPictureExpertsGroup）的縮寫。MPEG-1的正式名稱是“信息技術一一用于數據速率高達大約1.5Mbit/s的數字存儲媒體的活動圖像和伴音編碼”，1992年成為正式標準。MPEG-1主要針對CIF標準分辨率（NTSC制為352x240,PAL制352x288）的圖像進行壓縮，視音頻信息經過壓縮后的數據率為1.5Mbit/s,主要應用于CD-ROM、Video-CD（VCD）等數字媒體上進行壓縮，也可以在局域網、ISDN網上進行視音頻信號的傳輸。MPEG-1標準主要由三部分組成：MPEG視頻，以壓縮傳輸速率為1.15Mb/s的視頻信號為目標，包括幀內壓縮和幀間壓縮，幀內壓縮類似JPEG,幀間壓縮采用運動估計和運動補償方法。MPEG音頻，以壓縮傳輸速率為64、128和192kb/s的數字音頻信號為目標。音頻有三個標準：layer-1、layer-2和layer-3,用layer-3標準壓縮的音頻就是MP3。MPEG系統，主要解決多路壓縮視頻、音頻流的同步及合成問題。VCD視頻格式：VCD的視頻采用MPEG-1壓縮編碼，音頻采用MPEG1/2Layer2（MP2）編碼。碼率分別為視頻1150kbit/s,音頻224kbit/s。VCD標準的格式如下：分辨率為352x20像素，每秒29.97幀（適合NTSC制式電視播放）分辨率為352x240像素，每秒23.976幀分辨率為352x288像素，每秒25幀（適合PAL制式電視播放）由于VCD的比特率和普通音樂CD相當，因此，一張標準的74分鐘的CD可以存放大約74分鐘的VCD格式的視頻。MPEG-2MPEG-2標準是對MPEG-1視頻標準的擴展，制定于1995年，該標準主要針對標準數字電視和高清晰度電視在各種應用下的壓縮方案的系統層的詳細規定，編碼率可達lOOMb/s,MPEG-2特別適用于廣播級的數字電視的編碼和傳送，被認定為標準清晰度電視(SDTV)和高清晰度電視(HDTV)的編碼標準。主要應用于DVD、數字電視、視頻點播和數字視頻廣播(DVB)系統。主要表現在：支持2-100Mb/s速率的數字視頻傳輸；可用于支持高清晰度電視(HDTV)格式；定義一種層次可伸縮的規范，用于支持全球范圍的TV/HDTV、視頻傳輸系統以及其他需要高級編碼的應用：向下兼容現存的MPEG-1和H.261標準；擴展了MPEG-1的運動補償預測方法，并且允許其他的DCT系數；定義了可伸縮的、層次化的編碼算法，使普通TV和HDTV系統可以使用相同的數據流。DVD視頻格式：分辨率為768x480像素，每秒29.97幀(適合NTSC制式電視播放)分辨率為768x576像素，每秒25幀(適合PAL制式電視播放)標清電視SDTV(StandardDefinitionTelevision)：是指分辨率達到720x576像素的標準。根據美國進階電視委員會(ATSC)的規范，SDTV能以720x480像素的16:9寬高比，720x480像素的4:3寬高比及640x480像素的4:3寬高比播送。畫面刷新率(framerate)可以為每秒24、30或60幀。高清電視HDTV(HighDefinitionTelevision)：按照CCIR國際無線電咨詢委員會的定義，HDTV的圖像比例是16:9的，觀看者在屏幕高度3倍的距離觀看時，圖像應該是透明的，和真實物體基本接近。并且配有多路環繞聲。按照ITU國際電信聯盟的定義，HDTV具有在水平方向和垂直方向的清晰度大約是常規電視機的兩倍，圖像寬高比為16:9。主觀的圖像質量與隔行掃描的HDTV演播室的標準相當。主要有720p、l080i、1080p幾個視頻標準。高清和標清電視分辨率如圖1所示。i代表隔行掃描，p代表逐行掃描。圖1-1高清電視和高清電視分辨率示意圖MPEG-4MPEG-4于1998年公布，是數字超低數碼率的視頻編碼標準，主要應用于視頻電話(VideoPhone)^視頻電子郵件(VideoEmail)和電子新聞(ElectronicNews)等，其傳輸速率較低，在4800-64000bit/s之間，分辨率為176X144。MPEG-4利用很窄的帶寬，通過幀重建技術壓縮和傳輸數據，以求以最小的數據獲得最佳的圖像質量。MPEG-4被ISMA(流媒體標準化團體)作為流媒體技術標準，目前已經有很多編碼器都參照MPEG-4標準，如WMV9、Dvix等。MPEG-4注重多媒體系統的交互性和靈活性，它與MPEG-1和MPEG-2根本不同之處是面向視頻對象編碼。在傳統的視頻壓縮中，以一連串的圖像為壓縮對象，即對一整張畫面做壓縮，如此會將畫面中不重要的部分，如單調的背景也一起壓縮，不利于低碼率環境的應用。因此，MPEG-4將以視頻對象為基礎的壓縮方式打破目前的限制，并將開發更多的多媒體應用。一個畫面可視為多個視頻對象組成，使用者可以自由地存取操作這些視頻對象，組成自己想要的畫面，可提供很高的使用者交互性。視頻圖像序列進行利用MPEG-4編碼的一個實際例子如圖2所示。該實例中，將遠端傳輸來的運動員視頻對象與本地場景疊加，生成最終的視頻，從而大大減少傳輸的數據量。圖1-2視頻圖像序列進行編碼的一個實際例子H.264H.264是ITU-T的視頻編碼專家組(VCEG)和ISO/IEC的活動圖像編碼專家組(MPEG)的聯合視頻組(JVT：JointVideoTeam)開發的一個新的數字視頻編碼標準，它既是ITU-T的H.264,又是ISO/IEC的MPEG-4的第10部分。H.264和以前的標準一樣，也是DPCM(差分脈沖編碼調制)加變換編碼的混合編碼模式。JVT于2001年12月在泰國Pattaya成立。由ITU-T和ISO兩個國際標準化組織的有關視頻編碼的專家聯合組成。JVT的工作目標是制定一個新的視頻編碼標準，以實現視頻的高壓縮比、高圖像質量、良好的網絡適應性等目標。目前JVT的工作已被ITU-T接納，新的視頻壓縮編碼標準稱為H.264標準，該標準也被ISO接納，稱為AVC(AdvancedVideoCoding)標準，是MPEG-4的第10部分。H.264和H.261、H.263一樣，也是采用DCT變換編碼加DPCM的差分編碼，即混合編碼結構。同時，H.264在混合編碼的框架下引入了新的編碼方式，提高了編碼效率，更貼近實際應用。H.264沒有繁瑣的選項，而是力求簡潔的“回歸基本”，它具有比H.263++更好的壓縮性能，又具有適應多種信道的能力。H.264的應用目標廣泛，可滿足各種不同速率、不同場合的視頻應用，具有較好的抗誤碼和抗丟包的處理能力。H.264的基本系統無需使用版權，具有開放的性質，能很好地適應IP和無線網絡的使用，這對目前因特網傳輸多媒體信息、移動網中傳輸寬帶信息等都具有重要意義。H.264/AVC的應用相當廣泛，包括固定或移動的可視電話、移動電話、實時視頻會議、視頻監控、流媒體、多媒體(超媒體)視頻、Internet視頻及多媒體(超媒體)、IPTV、手機電視、寬帶電話以及視頻信息存儲等。H.264最大的優勢是具有很高的數據壓縮比率，在同等圖像質量的條件下，H.264的壓縮比是MPEG-2的2倍以上，是MPEG-4的1.5?2倍。H.264標準壓縮系統由視頻編碼層（VCL）和網絡提取層（NetworkAbstractionLayer,NAD兩部分組成。VCL中包括VCL編碼器與VCL解碼器，主要功能是視頻數據壓縮編碼和解碼，它包括運動補償、變換編碼、焙編碼等壓縮單元。NAL則用于為VCL提供一個與網絡無關的統一接口，它負責對視頻數據進行封裝打包后使其在網絡中傳送。目前H.264標準應用于網絡視頻和移動視頻領域。常見的文件格式有：.mp4,.3gp.多媒體通信（1）多媒體通信概念多媒體通信是把通信技術、視聽技術和計算機技術融為一體的新型通信技術，可利用聲音、圖像、文字等多種信息媒體傳遞和交換信息。多媒體信息形式有四種：音頻恩、視頻、圖形和文本。其中，音頻和視頻媒體與時間相關，成為連續媒體；圖形和文本媒體與時間無關，成為靜態媒體。連續媒體具有隱含的時間關系，其播放速度將影響所含信息的再現，必須在一段特定的時間內按特定的速度播放；否則，媒體信息的完整性就會受到影響。而靜態媒體則是與時間無關的媒體，其播放速度不會影響所含信息的再現。多媒體通信技術主要研究網絡環境下多媒體信息的傳輸和應用問題。（2）因特網的多媒體體系結構為了實現多媒體通信，需要使用一些新的協議。因特網的多媒體體系結構如圖3所示。經過壓縮編碼的多媒體數據塊（聲音和視頻）送到實時傳輸協議RTP進行封裝后，成為傳輸層UDP的數據，再交給IP層。圖1-3因特網多媒體體系結構RTP(Real-timeTransportProtocol)實時傳輸協議：RTP封裝了多媒體應用的數據塊。通常與UDP協議一起使用，RTP不建立連接，不保證交付，也不進行資源預留。RTCP(RTPControlProtocol)實時傳輸控制協議：RTP本身并不能為按順序傳送數據包提供可靠的傳送機制，也不提供流量控制或擁塞控制，它依靠RTCP提供這些服務。RTCP通過周期地發送RTCP報文實施協議控制功能。RSVP(ResourceReservationProtocol)資源預留協議：是一種支持多媒體通信的傳輸協議，它在無連接協議上提供端到端的實時傳輸服務，為特定的多媒體流提供端到端的QoS(服務質量)協商和控制空能，以減小網絡傳輸延遲。RTSP(Real-TimeStreamingProtocol)實時流式協議:RTSP協議以客戶服務器方式工作，它是一個多媒體播放控制協議，用來使用戶在播放從因特網下載的實時數據時能夠進行控制，如：暫停/繼續、后退、前進等。因此RTSP又稱為“因特網錄像機遙控協議，要實現RTSP的控制功能，我們不僅要有協議，而且要有專門的媒體播放器(如RealPlayer)和媒體服務器(如RealServer)?MMS(MicrosoftMediaServer)：Microsoft的實時流式協議，功能與RTSP相同。MicrosoftMedia最初不支持RTSP,現在MicrosoftMediaService支持RTSP協議。二、流媒體技術及其教育應用.流式傳輸流媒體指在Internet/Intranet中使用流式傳輸技術的連續時基媒體，如：音頻、視頻或多媒體文件。流式媒體在播放前并不下載整個文件，只將開始部分內容存入內存，流式媒體的數據流隨時傳送隨時播放，只是在開始時有一些延遲。流媒體實現的關鍵技術就是流式傳輸。流式傳輸定義很廣泛，現在主要指通過網絡傳送媒體(如視頻、音頻)的技術總稱。其特定含義為通過Internet將影視節目傳送到PC機或移動設備。實現流式傳輸有兩種方法：實時流式傳輸(Realtimestreaming)和順序流式傳輸(progressivestreaming)。一般說來，如視頻為實時廣播，或使用流式傳輸媒體服務器，或應用如RTSP的實時協議，即為實時流式傳輸。如使用HTTP服務器，文件即通過順序流發送。流式文件也支持在播放前完全下載到硬盤。順序流式傳輸順序流式傳輸是順序下載，在下載文件的同時用戶可觀看在線媒體，在給定時刻，用戶只能觀看已下載的那部分，而不能跳到還未下載的前頭部分，順序流式傳輸不象實時流式傳輸在傳輸期間根據用戶連接的速度做調整。由于標準的HTTP服務器可發送這種形式的文件，也不需要其他特殊協議，它經常被稱作HTTP流式傳輸。順序流式傳輸比較適合高質量的短片段，如片頭、片尾和廣告，由于該文件在播放前觀看的部分是無損下載的，這種方法保證電影播放的最終質量。這意味著用戶在觀看前，必須經歷延遲，對較慢的連接尤其如此。對通過調制解調器發布短片段，順序流式傳輸顯得很實用，允許用比調制解調器更高的數據速率創建視頻片段。盡管有延遲，但可發布較高質量的視頻片段。順序流式文件是放在標準HTTP或FTP服務器上，易于管理，基本上與防火墻無關。順序流式傳輸不適合長片段和有隨機訪問要求的視頻，如：講座、演說與演示。它也不支持現場廣播，嚴格說來，它是一種點播技術。實時流式傳輸實時流式傳輸保證媒體信號帶寬與網絡連接匹配，使媒體可被實時觀看到。實時流與HTTP流式傳輸不同，它需要專用的流媒體服務器與傳輸協議。實時流式傳輸總是實時傳送,特別適合現場事件，也支持隨機訪問，用戶可快進或后退以觀看前面或后面的內容。理論上,實時流一經播放就可不停止，但實際上，可能發生周期暫停。實時流式傳輸必須匹配連接帶寬，這意味著在以調制解調器速度連接時圖像質量較差。而且，由于出錯丟失的信息被忽略掉，網絡擁擠或出現問題時，視頻質量很差。如欲保證視頻質量，順序流式傳輸也許更好。實時流式傳輸需要特定服務器，如RealServer、WindowsMediaService與QuickTimeStreamingServero這些服務器允許對媒體發送進行更多級別的控制，因而系統設置、管理比標準HTTP服務器更復雜。實時流式傳輸還需要特殊網絡協議,如:RTSP（RealtimeStreamingProtocol）或MMS（MicrosoftMediaServer）o這些協議在有防火墻時有時會出現問題，導致用戶不能看到一些地點的實時內容。.流媒體技術原理流式傳輸的實現需要緩存。因為Internet以包傳輸為基礎進行斷續的異步傳輸，對一個實時A/V源或存儲的A/V文件，在傳輸中它們要被分解為許多包，由于網絡是動態變化的，各個包選擇的路由可能不盡相同，故到達客戶端的時間延遲也就不等，甚至先發的數據包還有可能后到。為此，使用緩存系統來彌補延遲和抖動的影響，并保證數據包的順序正確，從而使媒體數據能連續輸出，而不會因為網絡暫時擁塞使播放出現停頓。通常高速緩存所需容量并不大，因為高速緩存使用環形鏈表結構來存儲數據：通過丟棄已經播放的內容，流可以重新利用空出的高速緩存空間來緩存后續尚未播放的內容。流式傳輸的實現需要合適的傳輸協議。由于TCP需要較多的開銷，故不太適合傳輸實時數據。在流式傳輸的實現方案中，一般采用HTTPfTCP來傳輸控制信息，而用RTP/UDP來傳輸實時視音頻數據。流式傳輸基本原理如圖4所示。用戶選擇網上某一流式鏈接后，Web瀏覽器與Web服務器之間使用HTTP/TCP交換控制信息，以便把需要傳輸的實時數據從原始信息中檢索出來；然后客戶機上的Web瀏覽器啟動媒體播放程序（如媒體播放器），使用HTTP從Web服務器檢索相關參數對媒體播放程序初始化。這些參數可能包括目錄信息、媒體數據的編碼類型或與媒體檢索相關的服務器地址。媒體播放程序及媒體服務器運行實時流控制協議（RTSP）,以交換媒體傳輸所需的控制信息。與CD播放機或VCRs所提供的功能相似,RTSP提供了操縱播放、快進、快倒、暫停及錄制等命令的方法。媒體服務器使用RTP/UDP協議將媒體數據傳輸給媒體客戶程序（一般可認為客戶程序等同于媒體播放程序），一旦媒體數據抵達客戶端，媒體客戶程序即可播放輸出。圖1-4流式傳輸基本原理.智能流技術(SureStream)智能流技術通過兩種途徑解決帶寬協調和流瘦化。首先，確立一個編碼框架，允許不同速率的多個流同時編碼，合并到同一個文件中創建可擴展流式文件，稱為智能流文件：第二,采用一種客戶/服務器機制探測帶寬變化。當客戶端發出請求，其帶寬容量將傳給服務器,媒體服務器根據客戶帶寬將智能流文件的相應部分傳送給用戶。用戶因此可以獲得當前連接條件下最優質的媒體質量。智能流通過描述Internet上變化的帶寬特點來發送高質量媒體，對混合連接環境的內容授權提供了解決方法。.流媒體播放方式(1)單播(Unicast)(從發送端看)在客戶端與媒體服務器之間需要建立一個單獨的數據通道，從一臺服務器送出的每個數據包只能傳送給一個客戶機，這種傳送方式稱為單播。每個用戶必須分別對媒體服務器發送單獨的查詢，而媒體服務器必須向每個用戶發送所申請的數據包拷貝。這種巨大冗余首先造成服務器沉重的負擔，響應需要很長時間，甚至停止播放：管理人員也被迫購買硬件和帶寬來保證一定的服務質量.(2)組播(Multicast)(從發送端看)組播又稱多播，是指用IP組播技術構造的一種具有組播能力的網絡，如圖5所示。允許路由器將數據包一次復制到多個通道上。在組播方式中，如果客戶端A、B、C同時請求,此時服務器只須發送一組數據包“a”，重復分發工作全部由路由器完成。因此，單個服務器能夠對幾十萬臺客戶機同時發送數據流而無延時，所有發出請求的客戶端共享同一信息包,信息可發送到任何地址的客戶端。圖1-5組播網絡連接圖這種組播方式減少了網絡上傳輸信息的總量，提高了網絡利用率，減少了占用網絡的寬帶，減少了服務器的負擔，降低了通信成本。但要求全網內的路由器都能支持組播方式。(3)點播(On-Demond)和廣播(Broadcast)(從接收端看)點播連接是客戶端與服務器之間的主動的連接。在點播連接中，用戶通過選擇內容項目來初始化客戶端連接。用戶可以開始、停止、后退、快進或暫停流。點播連接提供了對流的最大控制，但這種方式由于每個客戶端各自連接服務器，卻會迅速用完網絡帶寬。廣播指的是用戶被動接收流。在廣播過程中，客戶端接收流，但不能控制流。例如，用戶不能暫停、快進或后退該流。廣播方式中數據包的單獨一個拷貝將發送給網絡上的所有用戶。使用單播發送時，需要將數據包復制多個拷貝，以多個點對點的方式分別發送到需要它的那些用戶，而使用廣播方式發送，數據包的單獨一個拷貝將發送給網絡上的所有用戶，而不管用戶是否需要，上述兩種傳輸方式會非常浪費網絡帶寬。組播吸收了上述兩種發送方式的長處，克服了上述兩種發送方式的弱點，將數據包的單獨一個拷貝發送給需要的那些客戶。組播不會復制數據包的多個拷貝傳輸到網絡上，也不會將數據包發送給不需要它的那些客戶，保證了網絡上多媒體應用占用網絡的最小帶寬。5.流媒體格式附【常用的視頻文件格式】目前使用較多的流媒體格式主要有RealNetworks公司的RealSystem,Microsoft公司的WindowsMedia和Apple公司的QuickTime0RealSystemRealSystem由媒體內容制作工具RealProducer(HelixProducer),服務器端RealServer(HelixServer)＞客戶端軟件(RealPlayer)三部分組成。其流媒體文件包括RealAudio、RealVideo、RealPresentation和RealFlash四類文件，分別用于傳送不同的文件。RealSystem采用SureStream技術，自動地并持續地調整數據流的流量以適應實際應用中的各種不同網絡帶寬需求，輕松在網上實現視音頻和三維動畫的播放。RealSystem采用的是REAL專用壓縮算法，最近又增加了RA8壓縮算法。由于其成熟穩定的技術性能，因特網巨人美國在線(AOL)、ABC、AT&T、Sony和TimeLife等公司和網上主要電臺都使用RealSystem向世界各地傳送實時影音媒體信息以及實時的音樂廣播。RealSystem文件名后綴有：.rm、.rmvb、.ra(音頻)等。流媒體的制作利用流媒體編碼制作工具RealProducer(HelixProducer),可以將音頻、視頻、動畫等多媒體文件格式轉換為能進行流式傳輸的Real流式文件；也可以實時壓縮編碼現場信號并通過一個端口把流傳送給HelixServer進行現場流式直播。HelixProducer界面如圖6所示。

圖1-6HelixProducer界面附【HelixProducer的使用】RealPresenter作為PowerPoint的插件，把PowerPoint的PPT文件通過同期錄播的形式保存下來，制作成流媒體課件。適用于網絡教學和培訓。RealPresenter的使用見下一部分：流媒體技術教育應用。流媒體的發布用HelixServer（見圖7）建立流媒體服務器，發布流媒體，實現網絡視頻廣播和點播服務。附【HelixServer安裝】【搭建HelixServer】【RealServer實現廣播】【Rea附erver實現ReaINetwork*圖1-7HelixServer界面WindowsMediaTechnologyWindowsMediaTechnology是Microsoft提出的信息流式播放方案。其核心是ASF（AdvancedStreamFormat）文件，ASF是一種包含音頻、視頻、圖像以及控制命令、腳本等多媒體信息在內數據格式。ASF支持任意的壓縮/解壓縮編碼方式，并可以使用任何一種底層網絡傳輸協議，具有很大的靈活性。Microsoft已將WindowsMedia技術捆綁在Windows2000中。WindowsMediaTechnology是免費的。WindowsMedia文件名后綴是.wmv、.wma（音頻）.asf等。WindowsMediaTechnology由MediaTools>MediaService和MediaPlayer工具構成。MediaTools則由創建工具和編輯工具組成，包括MediaEncoder（見圖8）、WindowsMedia流編輯器（將現有文件中的流分割或組合成新的文件）、WindowsMedia配置文件編輯器、WindowsMedia文件編輯器（可調整文件的起點和終點，并添加屬性、標記和腳本命令）。附【WindowsMediaEncoder編碼器實戰應用介紹】圖1-8MediaEncoder界面MediaService可以保證文件的保密性，不被下載，并具有多種文件發布形式和監控管理功能。MediaPlayer則提供流信息的播放功能。WindowsMediaWM8格式采用MPEG—4壓縮編碼。附【WindowsMediaServices流媒體服務器的架設。】【WindowsMediaService網絡電臺服務器架設。】【利用流媒體技術實現網上宜播課堂教學】QuickTimeApple公司的QuickTime由服務器QuickTimeStreamingServer＞帶編輯功能的播放器QuickTimePlayerC免費）、制作工具QuickTime4Pro、圖像瀏覽器PictureViewer以及使Internet瀏覽器能夠播放QuickTime影片的QuickTime插件等組成。QuickTime4支持兩種類型的流：實時流和快速啟動流。使用實時流的QuickTime影片必須從支持QuickTime流的服務器上播放，是真正意義上的StreamingMedia,它使用實時傳輸協議（RTP）來傳輸數據。快速啟動影片可以從任何WebServer上播放，使用超文本傳輸協議（HTTP）或文件傳輸協議（FTP）來傳輸數據。QuickTime壓縮編碼可以選擇包括H.263在內的多種編碼，但以SorensonVideo為主，由5.0開始已經采用了MPEG-4壓縮技術。除了上述三種流媒體格式外，在多媒體課件和動畫方面的流媒體技術還有Macromedia的Shockwave技術（文件名后綴.flv）和MeataCreation公司的MetaStream技術（文件名后綴.mis）。媒體技術教育應用（1）流媒體教學系統流媒體教學系統大致由下面五個功能模塊組成：①教學內容的采集：教學節目源可以是攝像機、錄像機、DVD、VCD光盤、衛星信號等。②視音頻教學內容的捕獲和壓縮編碼:硬件一般為視音頻捕獲卡，編碼軟件可采用RealProducer>MicrosoftMediaEncoder等。③教學內容的編輯與索引：對采集的視音頻教學內容進行編輯修改、歸檔、做索引。例如可以采用VirageVideoLogger對視頻文件做索引。④教學內容的存儲和播放：對于少量教學節目可使用文件系統，如果教學節目量很大,就必須采用數據庫管理系統，用數據庫存儲視音頻教學節目。視頻服務器軟件可采用RealServer或MicrosoftMediaService等。⑤教學內容管理、發布：發行模塊負責將教學節目提交到網頁，或將視頻流地址郵寄給用戶。教學內容管理主要完成視音頻教學節目的存儲、查詢；用戶管理包括用戶的登記和授權。（2）流媒體技術在遠程教育中的應用①在線直播教學流媒體技術可以利用網絡來現場直播課堂教學的內容，學生在網絡的任何一個接入點都能實時觀看到現場直播教學。基于流媒體的在線直播教學不需要事先存儲流媒體文件，即可將視/音頻數字化后直接廣播，而且還可以實時直播電子文檔和電子屏幕信息，做到視頻/音頻信息和電子文檔直播信息完全同步。學生在看到教師的圖像、聽到他的聲音的同時，也可以看到教師講課的PPT（PowerPoint）圖片。在教師翻轉PPT的時候，學生的PPT圖片也自動翻轉。其制作方法是用攝像機拍攝教師講課的圖像和聲音，然后將教師的講課的視音頻信號及PPT文件，利用WindowsMedia提供的Encoder（壓縮）工具，在聲音中插入Marker,在聲音播放的過程中，這些Marker就會同步地翻轉PPT圖片，使聲音和PPT圖片保持同步。現場直播的教學過程結束后，可以生成基于流媒體方式的教學節目，存儲到服務器上，學生可以隨時從服務器上點播在課堂上沒聽明白的內容，直至完全理解教學內容為止。附【區域教育網內流媒體技術教育教學系統的構建】②點播自主學習將各種教學內容轉換成流式文件存儲在流媒體服務器中。學生可以根據自己的實際情況，選擇合適的時間，通過上網訪問相應的服務器，進行自主學習。學生可以自主控制學習進程，例如對學習內容進行快倒、快進、暫停等多種交互控制。在這種學習方式中，學生完全掌握學習的主動權，可以根據自己的情況，自由選擇教學內容、教學進度，學生不再是被動地接受知識，而是積極主動地參與到學習過程中。附【移動流媒體技術及其教育應用探索】【流媒體在遠程教育中應用研究的綜述】(3)精品課堂錄播精品課程建設，是''學校教學質量和教學改革工程”的重要內容之一，應用先進的信息化手段，將教學實況、教師課件錄制成流媒體。便于課后在網上學習。附【網視寶系統】(4)流媒體課件制作①軟件操作過程的錄制用屏幕錄制軟件錄制操作過程，生成流媒體文件。附【屏幕錄制軟件】【動態屏幕捕獲型流媒體課件的制作與應用】②三分屏課件的制作三分屏課件，是把教師視頻與PowerPoint課件一并攝制下來，生成電腦格式的文件，通過Windows系統里的IE瀏覽器進行播放。生成的課件包括三個部分：教師的視頻、講課的PowerPoint(也可以是DOC、網頁、圖片、動畫等其他文件)、課程綱要。因此被稱為'三分屏'課件。由于三分屏課件是基于IE瀏覽器瀏覽，所以課件可以被掛接到網絡教學平臺上，供學習者進行在線學習。由于三分屏課件是老師視頻講授同步配合PowerPoint文稿，因此教學效果非常接近現場授課。附【三分屏課件實例】三分屏課件制作按照需求可以分為兩種情況：a.通過錄制視頻、聲音和文稿、電子白板及鼠標運動軌跡，成為一體的三分屏文件。無需安裝客戶端軟件就可以遠程點播，該系統叫三分屏課件實時自動合成系統。b.已有視頻、音頻文件和PPT講稿等文件，不想再錄制，利用某一個系統將這些素材直接導入從而生成為三分屏課件。這個系統的名字叫三分屏課件合成制作編輯系統，該系統是專門針對不想再錄或者無條件再錄客戶需求而開發的。制作三分屏課件的軟件有很多，如作為PowerPoint插件的RealPresenter、MediaPresenter、AdobePresenter,也有獨立的軟件，如串流大師、課件快手等。還有些非常專業的三分屏錄制系統，具有多媒體課件錄制、編輯、發布、點播與同步直播及轉發視音頻和屏幕流于一體的功能，如/us/About/zx/2012052537.html附【基于流媒體技術的三分屏課件制作】【用RealPresenter制作流媒體課件1】[fflRealPresenter制作流媒體課件2]三、視頻會議及其教育應用.視頻會議（VideoConference（1）視頻會議系統組成視頻會議系統的主要功能是支持異地多人之間的實時多媒體交互（包括視音頻交互和數據文本交互等）、共享（多媒體數據共享與應用程序共享）和協作（公共編輯、項目開發和討論）。視頻會議系統的主要特征在于它的分布性、實時性和協作性。目前視頻會議逐步向多網協作、高清化、開發化的方向發展。視頻會議系統從物理結構上視頻會議包括終端設備、通信網絡、多點控制單元。如圖9所示。圖1-9視頻會議系統的組成終端設備：將視頻、音頻、數據、信令等各種數字信號分別進行處理后，組成一路復合的數字碼流，再將它轉變為與用戶網絡接口兼容的，符合傳輸網絡所規定的信道幀結構的信號格式送上信道進行傳輸。通信網絡：視頻會議系統可以在多種網絡上展開，例如DDN、ISDN、LAN、WAN,Internet各種計算機網上傳輸。不同的網絡采用不同的通信協議。多點控制單元：視頻會議系統是一種一點對多點的應用系統，通常，網絡環境所提供的通信業務大多是點對點的，因此，需要多點控制單元來控制各個通信會場之間的信息分配、切換與處理。MCU是多點視頻會議系統的關鍵設備，它的作用相當于一個交換機，通常設置在網絡節點處，負責對來自各個會議場點的視頻信號、音頻信號和數據信號進行處理和切換、數據廣播和路由選擇、定時和會議控制等過程。(2)視頻會議系統的分類①硬件視頻會議系統(會議室視頻會議系統)會議室視頻會議系統是在一個固定的會議室內安裝攝像機、投影儀、電視機、編解碼器、燈光、音響等設備，會場的布置、背景的選擇、音響系統的性能、與會者和攝像機的距離、角度等都是經過精心設計的，與會者在這樣的會議室中開會，可以獲得較好的視音頻效果。采用專用設備和專用技術來實現視音頻信號的獲取、編碼、傳輸、解壓縮和播放，需要建立專用網絡來傳輸視音頻信號，通過專用的MCU設備來實現多點會議。會議室視頻系統設備自帶攝像頭和遙控鍵盤，可以通過電視機或者投影儀顯示，用戶可以根據會場的大小選擇不同的設備。一般會議室設備帶SONY或CANON的專用攝像頭，可以通過遙控方式前后左右轉動從而覆蓋參加會議的任何人和物。如圖10所示。

圖1-10硬件視頻會議系統②軟件視頻會議系統（桌面視頻會議系統）桌面系統采用開放技術和通用設備構成，它將視頻會議與個人計算機融為一體，由一臺個人計算機配備相應的軟硬件構成，如攝像頭、麥克風、用于編解碼的通用硬件或軟件，利用已建成的計算機通信網絡來實現傳輸，因此價格較低。桌面系統可充分利用通用桌面平臺上豐富的應用、資源，可以在召開視頻會議的同時實現電子白板、程序共享、桌面共享、文件傳輸、文字交流等數據會議功能，作為會議的輔助工具，會議文檔的生成管理也易實現。如圖11所示。附【Microsoft的NetMeeting桌面視頻會議系統】【視高協同視頻會議系統】【視高協同視頻會議系統方案】

圖1-11視頻會議界面.視頻會議教育應用視頻會議系統在教育領域主要應用在遠程教育、各地教育分支機構會議、遠程師資培訓、遠程分校教育等方面。利用會議室視頻會議系統可以進行遠程授課。利用桌面視頻會議系統可以開展網上協作學習、個別輔導答疑。附【視頻會議系統在教育行業中的應用】專題講座(二)專題二多媒體課件設計【專題學習指導】在學習過程中，結合網絡學習的特點，在總體目標指導下，將每一個知識點和技能都化為一個個容易操作的“任務”來實現，在保證內容科學性的前提下，突出了學習內容的針對性、實用性和可操作性。本專題從多媒體課件制作課程學習特點出發，讓學生掌握課件的基本知識，掌握課件應用的基本模式：了解課件開發的基本框架，了解多媒體課件軟件的設計方法，為對今后的實際工作奠定基礎。重點：1.多媒體課件應用的基本模式；2.多媒體課件開發的基本框架。難點：多媒體課件軟件的設計。21世紀是高科技的信息時代，以計算機技術為龍頭的現代信息技術以驚人的速度改變著人們的工作方式、學習方式、思維方式、交往方式以及生活方式！在教育領域，多媒體計算機輔助教學(MultimediaComputerAssistedInstruction,簡稱MCAI)已是當前國內外現代教育的一個重要組成部分。實踐已經證明，多媒體課件在教學中的使用，改善了教學媒體的表現力和交互性，使媒體所展示的教學內容更具體，更生動，更有利于知識的傳播與接收。在多媒體的幫助下，教師傳播的知識更容易被學習者所接受。而學習者的反應也能得到及時的反饋，通過及時調整教學內容、教學策略，從而達到因材施教，使教學有條不紊地進行。由于多媒體教學軟件具有處理文字、圖形、圖像、聲音以及視頻的綜合能力，集中了幻燈、投影、電影、電視、錄像等教學媒體的優點，而且具有與學習者進行交互的特性，因此，它在教育中的使用，彌補了傳統教學媒體的不足，改變了傳統知識的存儲、傳播和提取方式,引起了教育的新變革。我們在設計與制作多媒體課件之前，必須對多媒體、多媒體技術、多媒體課件及其相關的基本概念有一個完整的了解。多媒體與多媒體技術一、多媒體技術多媒體技術是指以計算機為核心，綜合地應用文本、圖形、圖像、視頻、活動視頻和動畫等多種媒體信息，并通過計算機進行有效控制，使這些信息按照特定的邏輯順序，以更加富有表現力、更容易理解的形式呈現信息。從定義中我們可以看出，多媒體技術是以計算機為核心的，這是最基本的條件，所以我們開展多媒體教學首先要會用計算機：其次，就是交互性地多媒體課件的靈魂，這是多媒體技術與其他媒體技術相區別的一個重要特征。但是多媒體代表的是一種技術范疇，我們可以這樣理解：多媒體的“多”是指多種媒體表現、多種感官作用、多學科交匯、多領域應用；多媒體的“媒體”是指綜合集成一體化，包括各種信息及其關系的編碼一體化，設備控制一體化，并且具有實時交互控制的環境，多媒體技術主要特點如下：.集成性多媒體技術的集成性主要表現在兩個方面，即多種信息媒體的集成和處理這些媒體設備的集成。多種信息媒體的集成包括信息的多通道統一獲取、多媒體信息的統一存儲與組織、多媒體信息表現合成等多方面。對于多媒體設備的集成而言，則要求處理多媒體的各種設備應該成為一體。.可控性多媒體技術并不是多種設備的簡單組合，而是以計算機為控制中心來加工處理來自各種周邊設備的多種媒體數據，使其在不同的流程上出現。計算機是整個多媒體系統的控制中樞。多媒體信息可以在時間域上加工處理，如進行信息數據編輯等，也可在空間域上加工處理，如開設窗口等。多媒體技術的可控性也體現在其友好的界面技術上，可以充分增強和改善人機界面功能，使其更加形象、直觀、友好，能表達更多的信息。.交互性交互性是多媒體技術的特色之一。交互性是指用戶可以與計算機的多種信息媒體進行交互操作，從而為用戶提供更加有效地控制和使用信息的手段。由于交互可以增加對信息的注意力和理解，延長信息保留的時間，因此，借助于交互性，人們不是被動地接受文字、聲音、圖形、圖像、活動視頻和動畫，而是主動地進行檢索、提問和回答。例如CD-ROM可以輕而易舉地將幾十卷的百科全書存儲在一張光盤上，讀者可以隨時查詢瀏覽CD-ROM中的信息，并選取感興趣的內容閱讀，這一特點是普通書籍、錄音帶、錄像帶所遠遠不及的，它使CD-ROM被廣泛地應用到教育領域中去。.數字化從技術實現的角度來看，多媒體技術必須把各種媒體信息數字化后才能使各種信息融合在統一的多媒體計算機平臺上，才能解決多媒體數據類型繁多、數據類型之間差別大的問題,這也是多媒體技術惟一可行的方法。因此，數字化是多媒體技術發展的基礎所在。二、多媒體技術構成多媒體技術是由多種基本技術集成與綜合后形成的一種高新技術。他不僅涉及計算機技術，還涉及包括通信技術在內的諸多領域中的技術，是綜合性的電子信息技術。.音頻技術音頻技術主要包括4個方面：音頻的數字化、語言處理、語音合成及語音識別。音頻技術的數字化就是將連續的模擬的音頻信號等價地轉換成離散的數字音頻信號，以便利用計算機進行處理。音頻信息處理主要集中在音頻信息壓縮上，例如，目前最新的語音壓縮算法可將聲音壓縮6倍以上。語言合成是指將普通正文合成語言播放。.視頻技術視頻技術包括兩個方面：視頻信號的數字化和視頻編碼技術。視頻數字化的目的是將模擬視頻信號經A/D（模數）轉換和彩色空間變換，轉換成多媒體計算機可以顯示和處理的數字信號。視頻編碼技術是將數字化的視頻信號經過編碼成為電視信號，從而可以錄制到錄像帶中或在電視系統中播放。.數據壓縮和解壓縮技術數據壓縮技術是多媒體技術發展的關鍵所在。許多多媒體類型的數據文件是非常龐大的。例如，10s的聲音段要占用1720KB的空間，一段1min的音樂電視圖像則要消耗超過400MB的空間。如此之大的數據量不僅超出了當前計算機的存儲能力，更是當前通訊信道的傳輸速率所無法接受的。因此，為了使這些數據能夠在多媒體計算機中進行存儲、處理和傳輸，必須進行數據壓縮。數據是信息的載體，它是用來記錄和傳送信息的。真正有用的不是數據本身，而是數據所攜帶的信息。信息量等于數據量加數據冗余量。如何壓縮圖像和語音數據中的冗余量，這是多媒體數據壓縮技術的主要任務。因此，首先必須搞清楚多媒體數據中數據冗余的類型，從而采取相應的數據壓縮技術與方法。.媒體同步技術在多媒體技術系統所處理的信息中，各個媒體都與時間有著或多或少的依從關系，例如圖像、語音都是時間的函數。在多媒體應用中，通常要對某些媒體執行加速、放慢、重復等交互性處理。多媒體系統允許用戶改變事件的順序并修改多媒體信息的表達。多媒體具有本身的獨立性、共存性、集成性和交互性。系統中各媒體在不同的通信路徑上傳輸，將分別產生不同的延遲和損耗，造成媒體之間協同性的破壞。因此，媒體同步也是多媒體技術中的一個關鍵問題。多媒體系統中有一個“多媒體核心系統”（即多媒體操作系統）就是為了解決文字、聲音、圖形和圖像等多媒體信息的綜合處理，解決多媒體信息的時空同步問題。.多媒體網絡技術要充分發揮多媒體技術對多媒體信息的處理能力，必須與網絡技術結合。多媒體信息要占用很大的存儲空間，即使將數據壓縮，對單用戶來說，獲得豐富的多媒體信息仍然有困難。此外，在多個平臺上獨立使用相同數據，其性能價格比小。特別是在某些特殊情況下，要求許多人共同對多媒體數據進行操作時，如遠程教學、電視會議、遠程醫療會診等，不借助網絡就無法實施。多媒體網絡通信分同步通信和異步通信。同步通信主要在電路交換網絡的終端設備間交換實時語音、視頻信號，它應能滿足人體感官分辨力的要求。異步通信主要在成組交換網絡上異地提供同步信道和異步信道。多媒體網絡技術的使用，使多媒體技術在通信技術和廣播電視聲像技術的基礎上飛速發展，日臻成熟。它將數字音頻、數字視頻及其他多種最先進的技術與計算機融合在一起，為計算機對多媒體的處理展現了一個新領域。三、多媒體系統硬件的基本組成.多媒體計算機系統的組成多媒體計算機系統是多媒體技術的靈魂，它能靈活地調度和使用多媒體信息，使之與硬件協調的工作。作為一個完整的多媒體系統，它應該包括以下五個層次，其中計算機的硬件是整個系統的基礎，逐層擴展，直到最高層多媒體計算機應用系統。多媒體計算機系統的組成如圖2-1所示。圖2-1多媒體計算機系統的組成(1)多媒體CAI應用：是用戶與多媒體應用系統的接口。采用交互式界面控制形式將用戶命令轉換成相應的媒體控制信息。(2)多媒體創作系統：是利用多媒體操作系統的支持，利用多媒體創作工具，開發多媒體應用系統，用來編輯與制作多媒體課件，控制多媒體的播放。它的設計目標是縮短多媒體應用軟件的制作開發時間，降低對制作人員素質的要求。(3)多媒體操作系統：主要是支持對多媒體CAI運動圖像和靜止圖像的處理和顯示，為語言和視頻數據提供所需的實時同步任務調度，支持標準化的桌面型計算機運行環境。目前常用的運行環境有Windows7或WindowsXP等。(4)多媒體輸入/輸出控制接口:是對多媒體輸入/輸出設備的接口控制。是多媒體硬件和高層軟件之間的橋梁，直接作用于硬件對其進行驅動、控制等操作。(5)多媒體計算機硬件：是指多媒體計算機中的硬件設備，包括CPU、內存、硬盤、顯示卡及顯示器等計算機必備的硬件設備。.多媒體計算機的基本配置組成多媒體關鍵部件的硬件形成多媒體計算機的心臟，主要由以下硬件組成，如圖2-2所示。圖2-2多媒體計算機硬件組成(1)計算機計算機硬件是指支持多媒體的計算機基本部件，即主頻大于400MHz和內存大于64MB的主機，容量較大的硬盤，具有256種以上色彩和高于640X480以上分辨率的顯示器(即MPC3標準)。目前計算機的基本部件都能滿足這一基本要求，而且各種配置已經大超過了以上的標準。(2)聲卡聲卡是處理與播放多媒體聲音的關鍵部件。它的主要功能是獲取、生成、編輯、播放聲音。能處理的音頻信息有3種：數字化波形聲音、合成器產生的聲音和激光唱片(CD)音頻。(3)視頻卡視頻設備是使計算機能處理模擬或數字視頻的設備，主要是指視頻卡。它的主要作用是采集來自CD-ROM、VCD、攝像機或者帶有視頻輸出端口的電視機的信號。視頻卡主要有2種：1)電視接收卡。可直接接收電視信號并將其數字化后在計算機的VGA中顯示動態視頻圖像。2)視頻轉換/捕獲卡。可輸人多路復合視頻信號，將它們數字化并在VGA上顯示數字視頻。(4)光盤驅動器由于光盤具有極大的容量，可存儲巨大的信息。光盤驅動器是指采用光學原理為基礎進行數據存儲的光盤設備。它的技術性能主要包括CD、DVD的物理存儲格式的數據傳輸。2.2多媒體CAI概要一、多媒體CAI及其相關概念.計算機輔助教育計算機輔助教育來自于英文"ComputerBasedEducation",其原意是“基于計算機的教育”或“計算機化教育”，當時出于對這一新的教育技術的謹慎態度，國內將其譯為“計算機輔助教育”，簡稱之為CBE,是指以計算機為媒介所進行的各種教育活動。.計算機輔助教學計算機輔助教學(ComputerAssistedInstruction,簡稱CAI)是計算機輔助教育(CBE)的重要組成部分。狹義地理解，CAI是一種教學形態，是利用計算機的功能和特點，代替或部分代替教師面向學生，促進學生實現有效學習的教學形態。隨著CAI的深入發展，我們可在更加廣泛的意義上來理解這一概念。由于教育思想的差異和對概念理解角度的不同，國內外與之相關的概念與定義還有：(1)計算機輔助學習(ComputerAssistedLearning,簡稱CAL)：作為CAI的同義詞，但在一定程度上反映出了教育思想的差別。CAL較之CAI,強調計算機幫助“學”的方面多于“教”的方面。例如，用計算機來查詢有關教學內容；查閱有關的信息資料；用計算機來從事問題求解，學習各種學科問題的解決方法等等。⑵計算機化教學(ComputerBasedInstruction,簡稱CB)：作為CAI的同義詞或作為較高程度的計算機在教學方面的應用。(3)計算機化學習(ComputerBasedLearning,簡稱CBL)：作為CAI的同義詞或作為較高程度的計算機在學習方面的應用。.多媒體CAI多媒體CAI即多媒體計算機輔助教學(MultimediaComputerAssistedInstruction,簡稱MCAI)是將多媒體計算機用作教學工具，為教學提供一個良好的環境，教師和學生利用計算機對各種教學媒體(比如文本、聲音、圖形、圖像、活動視頻和動畫等)信息存儲、處理和多形態呈現的功能來支持自己的教和學的一種活動方式。作為教學媒體，多媒體計算機與其他教學媒體(如黑板、投影儀、電視機和錄像機等)沒有什么不同，都能夠幫助教師改善教學效果、擴大教學范圍、延伸教師的教育功能。在利用多媒體計算機輔助教學時，學生能夠自主的選擇學習內容和進度，能夠根據自身的需要選擇不同的學習路徑，從而實現個別化教學和因材施教：教師能及時收集每個學生在學習過程中的反饋信息、，可隨時根據需要調整教學進度，及時評價學生的學習情況。學生在這樣的學習環境中，注意力必須保持高度的集中，不允許走神。顯然，這些功能是其他教學媒體不具備的。多媒體計算機之所以能做到這一點，一方面是計算機設備本身具有的能力：另一方面，也是最重要的方面，就是教師事先編制好了具有各種功能的多媒體課件，計算機只是執行這些課件。二、多媒體CAI系統構成多媒體CAI系統是一套復雜的計算機應用系統，主要由硬件平臺、軟件平臺和課件三大部分構成。多媒體CAI的教學功能由課件所決定，硬件、軟件是課件設計、運行的環境,課件應基于多媒體CAI的硬件和軟件，并在充分利用硬件、軟件資源的基礎上進行設計。.多媒體CAI的硬件平臺多媒體CAI的硬件平臺是計算機輔助教學的基礎，在多媒體CAI教學活動中，是由硬件平臺具體地呈現教學內容、接受學生的反應，并執行各種教學信息的處理、分析，對教學過程實施決策判斷和控制評價等。從系統硬件組成的角度看，一套標準的多媒體CAI硬件主要由主機和外圍設備構成。主機的主要部分是進行信息處理和控制的中央處理器，又稱為CPU,以及存放信息數據的內存儲器。外圍設備包含存放大量信息的外存儲器（磁盤和光盤等）、輸入設備（鍵盤、鼠標、CD-ROM驅動器、掃描儀和數碼相機等）、輸出設備（顯示器、打印機、刻錄機和投影儀等）、視頻系統（攝像機、VCD、錄像機、視頻卡等）、音頻系統（MIDI設備、音響設備、話筒、耳機及音箱等）等單元。具體組成如圖2-3所示。.多媒體CAI的軟件平臺開展多媒體CAI活動除了需要必備的硬件平臺作為物質基礎外，還必須要有軟件平臺的支持，才能使多媒體的教學功能得以實現。多媒體CAI系統的軟件平臺主要包含3大部分：一是多媒體系統軟件，二是多媒體教學信息素材采集與制作軟件，三是多媒體教學信息素材編輯合成即多媒體課件的創作軟件。32-3多媒體數篁司多媒體計豆機圖2-3多媒體教室和多媒體計算機（1）多媒體CAI的系統軟件多媒體CAI系統軟件的核心是通常所說的操作系統，它是最底層的多媒體軟件，主要用于管理多媒體CAI系統的硬件、軟件資源，組織協調多媒體計算機的運行，增強系統的處理能力，同時提供人機接口，方便用戶的使用和擴充系統功能。目前國內常用的多媒體操作系統主要是Windows操作系統，它帶有多媒體擴展功能，是一個基于圖形的多任務、多窗口的操作環境，是目前多媒體CAI系統的主要操作系統。除了操作系統外，多媒體CAI的系統軟件還應包括多媒體外圍設備的驅動程序等。這些驅動程序通常是由多媒體設備廠商在出售相應設備時作為附件提供，因此，我們在多媒體計算機系統中擴充一些多媒體外圍設備時，除了正確地完成硬件的連接外，還需安裝運行這些驅動程序，這樣擴充的設備才能正常工作。(2)多媒體教學信息素材采集與制作軟件編制多媒體課件時首先應進行各種教學信息素材的準備，對各種教學素材進行采集或制作就必須用到相應的計算機軟件。常用素材制作與采集軟件主要有5大類：一是文本輸入與處理軟件；二是音頻素材采集與制作軟件；三是靜止圖像素材采集與制作軟件；四是動態視頻素材采集與制作軟件；五是動畫素材采集與制作軟件。(3)多媒體教學信息素材編輯合成軟件近年來國內許多大型軟件公司及一些專門的多媒體CAI創作系統公司，相繼推出了一系列多媒體課件的創作工具，大大簡化了CAI課件的開發過程。借助這些工具軟件，制作者可以簡單直觀地編制程序、調度各種媒體信息、設計用戶界面等，從而擺脫繁瑣的底層設計工作，將注意力集中于課件的創意和設計。目前最為流行且簡單易用的編輯創作合成軟件主要有：①PowerPoint；②幾何畫板；?Authorware；④方正奧思；⑤FrontPage；?Flash等。2.3多媒體課件的結構特性一、多媒體課件及其信息表達元素.多媒體課件從以上定義我們可以看出多媒體課件不同于一般的多媒體計算機軟件，它是一種表現特定的教學內容，適合于某類教學對象，專門用于輔助某一學科教學的教學媒體，所以人們習慣上稱它為多媒體教材。它突出的一點是強調了教育性，所以我們在開發多媒體教材時應注意教育性的體現。由于多媒體課件具有教育性，對多媒體課件提出以下的基本要求：(1)正確表達教學內容。(2)反映教學過程和教學策略。(3)具有友好的人機交互界面。(4)具有診斷評價、反饋強化功能。.多媒體課件的信息表達元素多媒體課件是一種用于教學的計算機軟件系統，它由多媒體的要素組成。從信息的角度來看，多媒體課件的信息表達元素主要有如下幾類：(1)文本在眾多教學媒體中，文字一直被認為是最基本、最重要的成分。從整個教育領域來看，迄今為止仍占據著核心教材的地位。在多媒體課件中，文本依然承擔著對教學內容進行表意、說明、概括等作用，但與其他教學媒體相比，多媒體課件中的文本有了新的表現方式和地位,它可以隨課件設計和使用者的安排呈現出非線性的狀態，也就是說文本在課件中扮演著實現課件內容變換、跳轉的角色熱字。由于以文本表達信息不是多媒體計算機的特色，因此，在多媒體課件中對文本的設計與制作要有別于文字教材，要做到簡潔、準確、要為其他媒體符號留下表現的空間。(2)靜圖靜圖即靜態的圖像，是多媒體課件中最重要的教學信息表達元素，也是決定多媒體課件視覺效果的關鍵因素。根據它在計算機內表達與生成的方法不同，多媒體課件中的靜圖元素可分成兩類：圖形和圖像。圖形指的是矢量圖形(Graphic),指構成一幅圖形的所有直線、圓、圓弧、矩形、曲線等幾何元素的位置、維數、色彩、大小和形狀。顯示時需要專門的軟件讀取這些指令，并將其轉變為所顯示的形狀和顏色。矢量圖形主要用于線型的圖畫、美術字、統計圖和工程制圖等。它占據存儲空間較小，但不適于表現復雜的圖畫，如圖2-4。圖像通常是指位圖，即點位圖像(image)。它是由描述圖像中各個像素點的強度與顏色的數位集和組成的，即把一幅彩色圖像分解成許多的像素，每個像素用若干個二進制位來指定該像素的顏色、亮度和屬性。位圖適合表現比較細致、層次和色彩比較豐富、包含大量細節的圖像，如照片和圖畫等。位圖的特點是顯示速度快，但占用的存儲空間較大如圖2-5。

圖2-4圖形圖圖2-4圖形圖2-5圖像(3)動畫動畫是指連續運動變化的圖形、圖像、活頁、連環圖畫等，也包括畫面的縮放、旋轉、切換、淡入/淡出等特殊效果。(4)音頻音頻在多媒體課件中主要是指聲音。聲音元素是多媒體課件中最容易被人感知到的成分。通常計算機內表達和處理聲音的方式有3種，即：1)波形聲音(WaveformAudio)波形聲音就是經過A/D(