张鸿福 吴庚生 唐 玲
【摘 要】本文以清华大学远程播出平台为例，分析和探讨如何应用SMIL 和网格技术促进播出平台的交互性、表现性，实现分布式存储，以及提高传输能力。
【关 键 词】远程播出平台；SMIL；网格
【作者简介】张鸿福，清华大学教育技术研究所
吴庚生，清华大学继续教育学院副院长
唐 玲，清华大学继续教育学院北京卓尔教育投资公司副主任
远程教育是一种师生分离的学习组织方式，需要利用传播技术来传递知识以及实现师生之间的交流。应用远程播出平台的远程教学在一定程度上能够模拟传统的课程教学，但它在交互性、个性化教学方面与传统的面授教学相比却还有很大的差距。因此，本文将以清华大学的远程播出平台为例，探讨如何应用技术来提高远程播出平台的各种性能，从而提高远程教学的质量。
一、清华大学播出平台情况介绍
图1 清华大学远程播出平台拓扑图
1．平台发展介绍
清华大学作为四所试点院校之一，于1997 年率先在全国范围内开展远程教育，继续教育学院于2004 年在对原有平台充分调查和研究的基础上，最终完成对清华大学原有播出平台的改造。新平台整合了互联网（Internet）和卫星网（DVB-S）各自的优势，对教育节目用MPEG-4 编码方式进行流媒体播出，实现了基于两种网络的实时课堂直播、录播和基于互联网的分布式课件点播，在技术上实现了天网和地网的无缝连接。
自从2005 年清华大学新远程教育播出平台运行以来，通过本平台已经传输了远程学历教育、清华大学扶贫、清华远程学堂培训、律政培训等多种课程,共开设240 门课程。教学资源300 余种，包括5000 余盘录像带，流媒体课件 200 余门约 350G的数据量，VCD 光盘 7000 余张。
2. 现有播出平台的不足之处
以学生为中心，实现个别化的自主学习是现代远程教育的全新学习模式。以学生为中心的学习，需要与之相适应的学习环境的支持。现有的一些具有交互能力的流媒体制作平台在课件交互方面有了一定的提高，例如，有的学习资源借助一定的技术，能够支持学习者根据自己的需要和能力对教学进行调整。在利用这类资源的学习过程中，学习者能够对学习资源呈现的学习信息做出积极的反应，资源也可以依据学习者的反应做出相应的变化。但总体而言，清华大学远程播出平台的多媒体课件交互性功能还比较薄弱，没有充分考虑到远程教育的特点，比如不同同学的学习进度、不同知识背景、课件大小、传输的要求。
笔者以清华大学远程播出平台为案例，综合比较了现有远程播出平台，认为现有播出平台在资源智能化、交互性和表现形式等方面存在如下不足：
（1）交互技术基于帧或者MPEG-4 技术，开发制作复杂、成本高；
（2）无法对视频文件内容进行查询；
（3）对象的选择不精细；
（4）交互仅限于文字和视频的跳转，缺乏图片、网页、动画等媒体形式；
（5）视频资源有的需要依赖于数据库支持，不易于实现资源共享；
（6）没有考虑到远程教学对课件的传输和存储的特殊要求；
（7）难于同步控制各种资源。
因此，根据学员具体需求和自主学习理论，笔者对新平台的流媒体课件交互性进行改进，结合学生个别化学习的需要，努力增加课件的信息量，突出课件的智能化、交互性和表现形式的人性化，形成课件特色。
二、基于SMIL 的流媒体课件制作子系统
针对以上不足之处，我们设计开发了基于SMIL 语言的流媒体课件制作系统。该系统是清华大学现有播出平台的子系统。通过SMIL 语言处理的流媒体课件，可将音频、视频、图形、动画、网页、文本等融和，提供具有交互功能的媒体流。
1. SMIL 简介：(见表1)
1998 年W3C推荐了SMIL1.0。它是由XML 定义并与其完全兼容的标记语言。其作用是使Web 上的多媒体应用保持同步。SMIL 是一种简单易用的中性标示语言，它能够通过编制一个时间序列表，对音频、视频、文本和图像文件出现的先后次序做出安排，而不需要制作者再去掌握相应的开发工具或是复杂的编程语言。SMIL 的出现使得互动视频制作变得容易起来，如同用HTML 编写网页一样，把视频、音频、图片、动画、超链接集成起来。
表1 SMIL 流媒体课件制作子系统功能结构图
SMIL在流媒体编辑方面的优点：
·对不同文件格式的超强编辑，简单易用；
·在不改变源文件的情况下可以连续播放不同格式的文件；
·可以在视频中加入超级链接，用来关联相关的相关内容；
·技术开发不以帧为单位，大大减低了开发的难度；
·资源整合能力强，突破空间限制，时间控制方便；例如可以播放A 服务器上的视频，同时播放B 服务器上的解说，播放C 服务器上的解说词；
·视频片断的轻松剪辑功能；
·对整个演示进行布局：对视频、文字我们可以按照我们希望的方式来布局。我们可以设置在一个区域播放视频，在另一个区域显示文字；
·多语言选择支持、多带宽选择支持；
·智能连接选择：根据不同的internet 连接方式，可以制作适应不同传输速度的演示。播放器检测出用户的连接速度后，就同服务器“协商”，要求传输并播放相应的演示文件。这也就是流技术中常常说的智能流中的一种。
2．SMIL 流媒体子系统介绍：
基于SMIL 语言的流媒体课件，将音频、视频、图形、动画、网页、文本等融和，提供有交互功能的媒体流。不同知识背景和不同接受程度的学生可以根据自己的具体情况，来决定自己学习的内容、学习的速率。学习者可以对视频中出现的内容进行选择。国外对这个领域已经有多年的探索了，但是截至目前，这项技术的实现依然还存在一些困难。这项技术类似于网页允许学习者在浏览网页的时候对相关的知识“追溯”下去一样，互动式教学媒体课件也能提供相关信息的补充，包括提供网页和视频链接。用SMIL 编程语言来实现视频的互动是目前比较快捷和方便的一种方式，但是对于大多数教师而言，编程实现有交互功能的教学课件还是比较复杂，而且效率低、质量不高。本系统可以通过类似于制作网页的方式来生成互动视频，大大方便教师制作具有交互功能的视频。
基于SMIL 语言的流媒体课件制作子系统是要深入研究远程教育的特点，结合学生个别化学习的需要，努力增加资源的信息量，突出资源的智能化、交互性和表现形式的人性化，形成资源特色。同时要积极鼓励教师学习和掌握现代教育理论，运用先进的教育技术手段与方法开发优秀的网络教学资源，提高网络教学资源的整体质量。通过研究学习者对交互性的需求，现有的交互性多媒体课件的优点和缺点，采用最新的开发、制作技术设计出适合于远程教育特点的交互性强的流媒体制作系统。应用该系统能够帮助教师制作更加具有表现力、重现力、参与性、受控性等的交互式多媒体课件。制作恰当的流媒体课件，做到有的放矢，真正发挥教师的指导作用，提高学生的自主学习能力和创新意识，争取最佳教学效果。利用了新技术的优势来帮助远程学员更清晰地把握自己学习过程的行为参与和精力投入程度，以达到更高效的学习目的。
三、用p2p 技术来改进分布式存储
随着远程教育的发展以及多媒体技术的应用，教学资源正以爆炸式速度增长。这些教学资源由视频、音频、多媒体课件等组成，其中视频图像、音频和图形文件占用空间大,需要大量的硬盘空间存储。这样的资源最大的优点就是直观、生动。缺点是占用空间大，而且远距离传输需要占用很大的带宽，传输速度慢。这也是远程教育目前面临的最大的瓶颈。清华大学远程播出平台采用了镜像的形式把教学资源存放在各地教学站点的服务器中，缓解了主站点播服务器的带宽压力，从而达到节约网络带宽的目的，实现了分布式存储。
本着学生进行课件点播的“就近原则”，按照学生的站点属性，设定课件点播服务器的位置来提高课件点播的速度。这就对远程教育提出了挑战——怎样在现有的卫星和网络带宽下，尽量提高教学资源的传输速率。对于这个难题，清华大学现有播出平台提出自己的解决方案，例如用MPEG-4 技术来减少视频文件的大小；用流媒体传输技术来减少用户等待时间；用镜像方法来分流传输信道的带宽。这些技术都在一定程度上大大提高了存储和传输效率，促进了远程教育的发展。
但是其中也不乏缺点：
·资源的同步需要手工操作来完成，智能性比较差；
·传输速度比主站传输提高很多，但是还是不理想；
·无法实现存取不同平台以及不同防火墙之间的多媒体课件的传输；
随着网格的出现，一种新的数据存储、管理、传输技术随之诞生，实现了数据同步的自动化和数据传输的多点化。
1．网格技术简介
“网格”是目前非常热的一个话题和技术，被誉为下一代Internet。目前没有一个被普遍接受的定义，大家都从不同研究角度、不同侧重点提出了网格的定义。笔者认为：“网格就是一个集成的计算与资源环境，或者说是一个计算资源池。网格能吸纳各种计算资源，并将他们转化成一种随处可得的、可靠的、标准的同时还是经济的计算能力”。一个很通俗易懂的例子可以帮助我们了解网格到底是什么：就是把网格比喻成电力网格。当我们使用电力时，不需要知道它是从哪个发电站输送出来的，也不需要知道电力是通过什么样的发电厂产生的，我们只要把插头插上就可以方便使用电力。网格也希望给最终的网格使用者提供的是与地理位置无关、与具体的计算设施无关的通用问题求解能力。
2. 基于网格的FTP 传输
Globus 项目是美国Argomme 国家实验室等科研单位的研发项目，它的主要工作是建立支持网格计算的通用协议，开发支持网格计算的服务，实现支持网格计算环境的软件开发工具。Gloubs 工具包针对各种协议提出了一系列的服务、软件库、编程接口和使用例子。我们利用其中的数据管理来改进分布式存储机制。
·复制管理是Globus 中数据管理的一个基本服务单位，主要针对大型远程数据文件的访问。它的主要作用是管理数据集合拷贝的完整复制或部分复制。Globus 中的复制目录服务(Globus repica catalog)是Globus 复制管理的核心部分，它通过把相关数据智能的放置在离远程教学点最近的位置，使得各种课件资源可以快速的传送到目的地。
·复制目录的主要功能主要是在逻辑文件名或逻辑集合与保存在物理存储系统中的物理文件之间建立映射关系。复制目录主要注册三种类型的项：逻辑集合、位置和逻辑文件。
·当数据智能的放置到离应用站点最近的位置之后，文件的复制和转移还是需要实现的，Globus 提出了基于Grid 的GridFtp，即网格ftp 传输机制。它基于规范的ftp 协议，并在此基础上进行了全面的扩充，支持安全、高速的数据传输，并且能避免由于不同系统所造成的不兼容问题。
复制管理对数据进行智能放置，并能对集合数据和部分数据进行管理；GridFtp 在Ftp 的基础上增强了安全性，提供并行传输，部分数据传输等，保证了大量数据的安全高速传输。上述两种服务能很好的结合起来，为海量数据管理、传输铺垫技术基础。
四、小结
利用SMIL 的简洁、灵活、方便来提高远程播出平台课件的交互性、表现性、智能性，增强远程教学的个性化。用网格技术构建存储传输系统，是对海量数据管理的一种探索和尝试，实现了数据同步的自动化和数据传输的多点化。复制管理的智能放置数据并能对集合数据和部分数据进行管理；GridFtp 在Ftp 的基础上增强了安全性，提供并行传输，部分数据传输等，保证了大量数据的安全高速传输。
【参考文献】
[1] http://www.w3.org/TR/REC-smil/
[2] 李震声. 对远程教育试点实践的几点思考[J]. 中国远程教育, 2004.5
[3] 都志辉, 陈渝, 刘鹏. 网格计算[M]. 北京：清华大学出版社, 2002.11
[4] http://www.globus.org
[本文曾发表于《现代教育技术》2007年第1期]
