遠程視頻在教育教學中的應用

現在是信息世界，數字信息深入人類生活的各個方面。每天,人們不僅要接收大量的電子信息,有時還需要對電子信息進行加工、處理和再利用。要達此目標,人們必須要獲取該信息。Internet是一個信息的海洋,是世界上最大的數字信息資源寶庫。在Internet中,并不缺乏我們所需要的資源,缺乏的是發現信息的慧眼和獲取信息資源的途徑。在網絡環境中,人們瀏覽到的信息并不都能夠輕松獲取,比如時下非常流行的在線觀看視頻信息,明明可以方便地觀看,想下載保存卻十分困難。如何有效地獲取遠程視頻資源是擺在我們面前一個現實而緊迫的問題,特別是對于廣大的教育工作者來說,更是如此。在教學工作中,教師要處理、編輯大量的電子信息,計算機網絡已成為他們獲得教育資源的重要途徑,隨著時代的發展,這種方式顯得越來越重要。一、傳統視頻資源所謂遠程視頻是指存在于網絡服務器而非本機上的視頻文件,并不一定是遠距離。從大的方面來看,遠程視頻資源分為兩大類型:傳統遠程視頻資源和流媒體視頻資源。傳統視頻是指必須具有完整的文件格式才能播放的視頻文件。最早出現的視頻文件就是這種方式,比如AVI、MPEG、DAT等格式的視頻文件。傳統遠程視頻資源的獲取并不困難,只要我們有一雙慧眼(搜索引擎)就比較好辦了。對于遠程視頻資源來說,我們既可以用大眾化的搜索工具,比如百度、谷歌等;也可以用視頻專用搜索工具,如騰訊的旋窩、美國的影立馳等。利用這些搜索工具,輸入所需視頻名稱,直接點擊搜索就行了,用視頻專用搜索工具具有更加準確可靠的優點。由于視頻文件體積一般都比較大,大家最好在網絡通暢的情況下,用具備斷點續傳功能的下載軟件下載,比如“迅雷”、騰訊“超級旋風”等。二、流媒體技術的應用所謂流媒體視頻,是指通過網絡傳輸的、能夠在本地終端實時回放的、具有實時特征的視頻內容編碼數據流。流技術的出現使得遠程視頻可以在線觀看,而不必經歷漫長的完整下載過程,相對于傳統視頻來講,流媒體視頻具有極大的優勢。在最近的十來年的時間里,流媒體視頻技術發展得特別快,在遠程視頻領域已處于絕對的優勢地位。(一)技術路線選擇流媒體視頻有著自身獨特的技術特征,它不同于傳統的TCP/UDP技術,有專用的協議系統。TCP(TransmissionControProtocol傳輸控制協議)具有數據傳輸的高可靠性,但網絡資源(帶寬)占用較大;UDP(UserDatagramProtocol用戶數據報協議)具有數據傳輸的不可靠性,網絡資源占用較小。而流媒體數據不需要像TCP協議那樣數據傳輸嚴格的要求,也不能像UDP協議那樣數據傳輸的高錯誤率,它采取了折中的技術路線。流媒體協議具有適中的網絡傳輸可靠性和網絡資源占用,適合視頻在網絡上傳輸的特點。流媒體視頻有專用的協議系統,主要有MMS和RTSP兩大協議系統。1.tocol媒體服務協議MMS(MicrosoftMediaServerProtocol媒體服務協議)由微軟提出,是用來訪問并且流式接收WindowsMedia服務器中ASF和WMV文件的一種協議,該協議用于訪問WindowsMedia發布點上的單播內容。2.流媒體傳輸rtsp/mmsRTSP(Real-TimeTransportStreamingProtocol實時流傳輸協議)由RealNetwork公司提出,該協議定義了一對多應用程序如何有效地通過IP網絡傳送多媒體數據。使用RTSP時,客戶機和服務器都可以發出請求,即RTSP可以是雙向的。采用RTSP等傳輸協議,更加適合動畫、視音頻在網上的流式實時交互傳輸。流媒體數據的傳輸不同于普通的文件傳送,它為了實現一邊傳輸一邊呈現的流水線式的作業方式,采用了獨特的工作機制。在流媒體傳輸的實現方案中,一般采用HTTP/TCP協議來傳輸高可靠性的控制信息,而用RTSP/MMS協議來傳輸可靠性要求不太高的大數據量實時視頻數據。以RTSP為例,具體的傳輸流程如下:(1)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。(2)用HTTP從Web服務器檢索相關數據,由A/V播放器進行初始化。(3)從Web服務器檢索出來的相關服務器的地址定位A/V服務器。(4)A/V播放器與A/V服務器之間交換A/V傳輸所需要的實時控制協議。(5)一旦A/V數據抵達客戶端,A/V播放器就可播放。需要說明的是,在流式傳輸中,使用RTSP、TCP兩種不同的通信協議與A/V服務器建立聯系,是為了把服務器的輸出重新定向到一個不同于運行A/VHelper程序所在客戶機的目的地址。(二)流媒體視頻的編碼為了迎合網絡傳輸的特點,流媒體視頻都采取了壓縮算法進行編碼。一般情況下,壓縮率越高,圖像清晰度就越低。根據不同的壓縮編碼,流媒體視頻顯現不同的文件格式,常見的流媒體視頻文件格式如下表所示。表中所列的四大公司的視頻文件類型占了流媒體視頻文件的95%以上,是流媒體視頻文件的主流。發布文件本身并不是視頻數據,它是服務器上視頻數據的“替身”,標明了所代表的流媒體視頻文件的應用環境、URL(UniformResourceLocator統一資源定位)等信息。(三)流媒體技術方式通常情況下,視頻網站都提供了在線觀看視頻的功能,但并不提供視頻文件的直接下載。出于保護知識產權等目的,視頻網站還千方百計地應用各種技術手段來防止訪問者對視頻資源的下載,比如采用編碼加密技術、右鍵功能屏蔽技術等,甚至不惜開發專用的流媒體視頻格式和與之配套的播放器。為了獲取流視頻資源,我們有必要了解視頻網站加密流媒體視頻的技術方式。以OSI(OpenSystemInterconnection開放系統互聯)網絡模型為例,流媒體視頻傳輸遵循從高層到低層(服務器端),又從低層到高層(客戶端)的傳輸流程。如圖1所示:流媒體協議是建立在TCP/IP協議網絡層之上的內容,對OSI模型的第一、二層是沒有修改的權利,可以加密的層級只能在第三層(網絡層)至第七層(應用層)之間。加密的層級越低,實現起來越困難,解密的難度就相應加大。以下是針對不同的加密層級的流媒體視頻獲取方法和技巧。1.有文件的上傳,視頻的發布是背景只要找到了流媒體視頻的URL網絡地址,也即得到了它,就可以用“迅雷”、騰訊“超級旋風”等下載軟件直接下載就行了。要找出流媒體視頻的URL,可以直接查看網頁的HTML源代碼,很多時候就可以通過HTML源代碼發現在線視頻文件的URL。更直接的是通過查看流媒體視頻的屬性來找出視頻文件的URL。在播放的狀態下,右鍵點擊視頻畫面,在快捷菜單中選擇“屬性”菜單,很多情況下,就會顯示出當前播放的視頻文件的URL。有時找到地址下載后,用播放器軟件打開卻不能觀看,查看文件大小只有幾百KB,一部電影怎么可能這么小?原來RAM、ASX或SMIL等文件是流媒體視頻文件的發布格式,它只是表明了該視頻的使用環境、網絡地址等信息,瀏覽器可以通過發布文件來找出對應的視頻文件,而播放器卻不行。我們可以用記事本打開這些發布格式文件,就可以找到真正的URL了。這種方法針對的是沒有任何加密措施的流媒體視頻資源,這種視頻資源量是相當少的,還有相當大的局限性。絕大部分視頻網站不愿意讓瀏覽者下載視頻資源,對網頁HTML源代碼中的視頻鏈接地址進行了加密、屏蔽等處理,常用的加密編碼有Unicode和Java編碼,這兩種編碼可以對HTML代碼進行交叉多重加密,直接查詢HTML源代碼看到的是一堆亂碼,發現不了視頻文件的URL的。2.ie臨時文件一般情況下,人們通過IE(InternetExplorer)瀏覽的內容都保存在IE的臨時文件夾中,默認位置是在C:\DocumentsandSettings\用戶名\LocalSettings\TemporaryInternetFiles文件夾中,通過IE觀看的在線視頻資源也不例外。具體下載過程為:(1)首先是通過IE把所需的視頻資源在線完整地觀看一遍。IE瀏覽器有一個特性,它會把所要呈現的資源(包括視頻資源)保存在臨時文件夾中,以便IE隨時調用。利用IE這個特性,完整地看一遍視頻就會把所觀看視頻文件保存在IE的臨時文件夾中。(2)然后打開IE臨時文件夾,通過文件的類型,可以很快找到剛才觀看過的視頻文件,找到就點擊右鍵復制。(3)打開存放所需視頻文件的位置,在該位置直接右鍵粘貼就行了。IE臨時文件夾處于OSI網絡模型的會話層,可以實現對表示層以上的解密。這種方法雖然簡單,卻有較大的局限性。首先,必須要耐著性子把在線視頻從頭至尾完整地觀看一遍,需花費較多時間。其次,它只適用于順序傳輸(數據的傳輸必須按內容的先后次序傳送,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后頭部分,不能根據用戶的連接速度做調整。)的流媒體視頻文件,如FLV格式視頻;不適用于實時傳輸(數據的傳輸可以不按內容的先后次序傳輸,用戶可以隨時改變播放的位置,如是還未下載的內容,那么播放器將從新位置開始下載,前面未下載的數據將不再傳送。)的流媒體視頻文件,如RM、ASF格式視頻。當然,不僅僅是IE具有臨時文件夾,所有的順序流媒體播放器(如暴風影音、QvodPlayer等)都有臨時文件夾,都可以采用這種方法來獲取遠程視頻資源。而實時流媒體播放器(如WindowsMediaPlayer、RealPlayer等)一般不設臨時文件夾,故不能應用這種方法來獲取遠程視頻資源。3.視頻資源解碼軟件既然絕大多數網站對視頻文件的URL在表示層上進行了加密處理,我們可以對加密的內容進行針對性地解密處理。在表示層上解密流媒體視頻文件網絡地址的軟件是比較多的,很多軟件主要針對某種固定格式的視頻文件,如解密FLV格式視頻的有維棠FLV和UUmeFLVSpy等軟件。對所有常見的流媒體視頻資源都能很好解密的軟件并不多,典型的有Maxthon2.5和RealPlayer11。下面以RealPlayer11為例,來說明此類軟件獲取流媒體視頻資源的過程。RealPlayer11是RealNetworks公司最新發布的媒體播放器,它支持所有主要視頻類型,包括ASF、WMV、RM、MOV、FLV等視頻格式的播放和下載,以前的版本不具有下載功能。在下載之前,我們必須先它的開啟一鍵下載功能,也就是把相應的視頻URL解密功能啟動,過程如下:打開RealPlayer11播放器的“工具”菜單,選擇“首選項”子菜單,在打開的對話框中,選擇“下載和錄制”選項,在“啟用Web下載和錄制”方框中打鉤就行了。在開啟了一鍵下載功能的前提下,在線播放所需視頻資源,RealPlayer11就會自動對所播放視頻進行URL的解密。幾秒種后,我們用鼠標指向視頻畫面就會出現如圖2所示的下載按鈕,點擊此按鈕就會立即下載所觀看的視頻資源,如圖2所示。4.流媒體技術以及視頻資源網絡嗅探軟件工作在OSI網絡模型的網絡層,通過截取鏈路層(網卡)的數據包來探測數據的URL,它和前面的流媒體網絡地址解密軟件工作原理完全不同。網絡嗅探軟件處于比較低的層級,繞開了OSI網絡模型高層的加密和解碼,因而具有更大的靈活性。在嗅探軟件安裝的過程中,WinPcap(WindowsPacketCapture數據包捕捉)必須安裝,有的是分開安裝,有的是集成安裝。WinPcap是嗅探軟件的核心,它是Windows平臺下一個免費、公共的網絡訪問系統,它為Win32應用程序提供訪問網絡底層的能力。WinPcap的主要功能在于獨立于主機協議而發送和接收原始數據包,也就是說,WinPcap不能阻塞,過濾或控制其他應用程序數據包的發收,它僅僅只是監聽共享網絡上傳送的數據包。典型的流媒體嗅探軟件有URLSnooper和NetTransport(網絡傳送帶),尤其是后者不僅具有網絡嗅探的功能,還具有流媒體下載功能,功能十分強大好用。NetTransport是一個優秀的國產軟件,它支持MMS、RSTP等流媒體協議,除了嗅探的功能外,還具有對網絡地址進行解密的功能。以NetTransport2.8版為例,具體過程為:(1)安裝后運行NetTransport軟件,選擇“URL嗅探器”選項,點擊下面的“開始”按鈕就開始嗅探流媒體視頻的URL了。NetTransport會啟動自身所帶的WinPcap程序,通過WinPcap來監聽本機所接收到的數據包,它只是對所接收數據包的復制,因此并不會影響相應視頻播放器的正常播放,不會讓播放器感覺有什么不同。(2)打開流媒體在線播放器播放所需要的視頻資源。收到的視頻數據包一邊提供給播放器播放,同時WinPcap會復制一份視頻數據包來交給NetTransport進行分析相應的網絡地址。(3)幾秒鐘后,NetTransport就會分析出視頻數據包的網絡地址,并在URL嗅探器窗口中顯示所播放視頻資源的URL。(4)選擇相應的URL,再點擊下面的“下載”按鈕,就開始下載了,如圖3所示。在圖3中可以看出,視頻資源是在RealPlayer上播放的RM格式視頻,采用的是RTSP協議系統,下載的速度為199.48KB/S(右下角顯示),具體地址是:一部電影為什么會有兩個地址呢?原來是有些網站對流媒體的播放地址使用了動態變址技術,即地址在過一段時間后會隨機改變,這就會導致影片下到一半時就無法繼續下載。對于這種動態改變的應對措施,我們可以用播放器一直播放該視頻,同時使用嗅探軟件連續偵測該流媒體視頻的地址,出現新的視頻地址后直接下載就行了。總的來看,遠程視頻資源具有多種獲取方法,它們針對OSI網絡模型不同的層級,層級越低,技術含量越高,應用面就更大。從理論上講,所見即能所得,遠程視頻也不例外。三、遠程視頻資源的形成視頻在教學中的應用是十分廣泛的,與文本、圖片等其他媒體元素相比,它有著自身的一些優勢。(一)視頻媒體的作用首先,視頻具有表現性強的優勢。視頻影像適宜呈現一些對學生來講感覺比較陌生的信息,具有很強的感染力和表現力,尤其在表現事物細節的能力方面,視頻所能傳輸的信息量是很大的。比如微生物的形態、月球的構成等微觀或宏觀的特征。其次,視頻還有具象性強的優勢。具象性是心理感知規律、記憶規律以及注意規律的重要基礎,鮮明、生動的形象不僅能提高學生對講解重點的選擇性和理解性,同時還能夠使注意力穩定和持久,并且增強記憶的牢固性,準確、逼真的視頻媒體尤其能夠非常好地表達教學對象在時間、空間方面的運動變化。比如在表現一些實驗操作過程、作業生產流程等方面就比較適合運用視頻媒體。另外,視頻還有紀實性強的優勢。視頻影像能夠比較真實全面地記錄整個教學內容,在這一點上視頻和動畫是有區別的,動畫有時具有一定的虛擬性和假定性。比如在講解動植物不同時期不同生理表現的內容時,視頻可以給學生以很強的真實感,同時讓學生有一種身臨其境的現場感,可以大大增強學習的效果。(二)校園網建設方面視頻在教學中的應用形式是比較多的,概括起來主要有以下三種形式:1.建立教學視頻資源庫,推動教育信息化的和諧發展。教育部在2001年明確提出了“以教育信息化帶動教育現代化,實現教育跨越式發展”的發展戰略,拉開了我國教育信息化發展的序幕。通過近幾年的建設和發展,我國教育信息化取得了很大的發展,但也遇到了一些問題,突出表現在信息資源建設滯后于基礎設施的建設,信息資源嚴重缺乏,信息流動性差,更新緩慢。這些問題成為我國教育信息化進一步發展的障礙,到了必須加以解決的時候了。各級各類學校在加強教育信息化基礎設施建設的同時,應同步建設信息資源庫,教學視頻資源庫就是最為典型的代表。視頻資源庫的建設有利于整個信息資源的充實和發展,帶動圖片、聲音等素材資源建設,為校園網提供豐富的信息源泉。基礎設施與軟件系統就像是人的骨架和肌肉,而信息就像是人的血液。只有信息流動起來,基礎設施才能發揮效能,充滿活力。視頻資源庫建設還有利于學校或區域教育信息化基礎設施的良性運行。各類校園網是教育信息化最基本的組成,校園網面臨的主要問題是帶寬不夠,滿足不了廣大師生的需求。實際上,校園網內部的速率是很快的,只是外部速度慢。學校內部視頻資源庫的建立可以把大數據量的網絡訪問消化在內部,比如內網100M外網2M的校園網,單個視頻訪問約需40~50KB/S,理論上網內可以同時滿足2000個用戶的視頻訪問,而網外只能滿足40位用戶同時瀏覽視頻。提高了校園網的使用效能,可以有效促進學校或區域教育信息化的良性發展。視頻資源庫的建設有利于教師增強制作電子課件的積極性和課件質量。其實廣大教師并不缺乏制作電子課件的熱情,很多時候是由于課件多媒體素材的缺乏影響了他們制作課件的積極性,同時也限制了課件的教學質量。只要有合適的多媒體素材,他們一定會制作出豐富多彩的多媒體課件出來。2.建立視頻點播(VOD)系統,促進個別化學習和豐富課堂教學內容。VOD(VideoOnDemand視頻點播)是一種可以按用戶需要點播節目的交互式視頻系統,該系統是以流技術為核心,不需下載完視頻文件就可播放,即點即播,十分方便。在校園網上建立VOD系統是比較簡單的,有許多成熟的VOD系統,比如Cisco公司的IP/TV就得到了廣泛地應用。學校應用VOD系統,可以有效培養學生的治學能力,促進個性化的發展。學習者通過校園視頻點播系統,可以自主選擇想要學習的內容,學習時間完全由學生自己掌握,能夠充分發揮學習的主動性。在VOD系統中,我們可以預先存儲優質的