基于智能流技术的多媒体教学系统优化设计

李鹤

摘要：本文采用智能流技术对流媒体传输的码率进行相应的调节，对现有多媒体教学录像重新编码，改善了它的传输性能。测试结果显示升级后带宽占用率不到升级前的二分之一。此方法有效地提高了多媒体的传输速度，具有一定的实用性。

关键词：智能流；流媒体；教学系统；多媒体

中图分类号：TP315 文献标识码：A 论文编号：1674-2117（2015）21-0085-02

现代教学课堂不再只有黑板、挂图等传统的教学设备，多媒体视频教学被越来越多的师生所接受。尤其对于医学教学，多媒体视频可以声像同步地重现真实场景，能使学生对病理案例有更直观的认识和理解。然而传统的多媒体视频教学方式具有等待传输的时间很长和占用用户大量的磁盘空间两大缺点，严重限制了师生在校园网上对多媒体的使用。

流媒体技术弥补了传统多媒体传输模式的缺陷，它是网络传输技术和多媒体技术的结合体，当客户端通过TCP/IP协议下载文件时，服务器会按照一定的次序将文件分成若干个独立的数据包，然后依次发送出去。而客户端的程序会将这些数据包重新组合起来，最终形成和原来完全一样的完整文件。但是流媒体通信时数据量大，实时性要求高，对网络带宽造成了很大的压力。

具有自适应性的智能流技术（Surestream）是近几年来研究的一项热门技术，它能根据不同网络带宽和网络拥塞情况，动态地调整多媒体的传输速率，不同接收者也能根据各自不同的带宽条件得到不同速率的多媒体数据流，从而达到降低网络拥塞、保障流媒体数据稳定连续的传输的目的。

智能流技术的传输原理

智能流技术首先确立了一个编码框架，允许不同速率的多个媒体数据同时编码，同时创建可扩展流式文件，将不同速率的编码信息合并到此文件中。当客户端发出请求时，它将其带宽容量传给服务器，媒体服务器根据所得带宽自动切换传输速率将智能流文件相应部分传送给用户。

实现流媒体的具体步骤如下：①为所有连接速率环境创建一个文件；②在混合环境下以不同速率传送媒体（如图1）；③根据网络变化，无缝切换到其他速率；④关键帧优先，音频比部分帧数据重要；⑤向后兼容老版本RealPlayer。

流媒体的自适应传输一般由自适应流管理（ASM）API来实现。ASM根据流式数据的类型，确定发送哪种类型数据包。ASM具有一定的规则，每条规则由若干个表达式和属性构成。客户端通过计算每条规则的表达式来确定订阅某种规则对应的数据流，服务器会根据该规则的属性将相应的数据包发给客户端。规则中的表达式为：#（MinRate<$BandwidthWjo2FEfRAb5cOgki+58r0A==

带宽的最大值和最小值，Paklos是丢包率的值，$Bandwidth和$PacketLoss分别是当前的带宽值和丢包率的值。

当客户端的网络变得拥塞、丢包率开始上升、当前的规则与现有的网络环境不匹配时，客户端需要放弃现有的规则。客户端向服务器申请放弃原有规则转而预订适合现有网络情况的规则，多媒体服务器会根据改变的规则属性发送数据包。当客户端网络恢复后，它又通知媒体服务器关闭前一个预订规则，媒体服务器在接收到通知后将按恢复的规则发送视频数据。流程图如图2所示。

系统设计

校园多媒体教学系统主要包括4部分，其中门户网站主要为用户提供信息搜索，流媒体点播系统包括视频流管理、视频流的制作、视频内容的发布等功能，数据库用来存储教学音视频、图片、课件等资源相关信息，后台管理主要用来对教学资源进行分类和定义用户权限级别等。

图3为媒体教学系统的结构示意图：①系统工程师首先将多媒体教学录像通过一定的编码规则存储在服务器中；②用户通过多种客户端设备访问门户网站检索并提出获取多媒体信息申请，服务器与客户端建立连接，提供数据；③网络管理员通过监控设备监控整个数据交换过程。

模拟测试

为了验证智能流技术的可行性，本文采用HP公司的Mercury Load Runner V8.0压力测试软件对多媒体教学系统的流媒体服务在升级前后进行了压力模拟测试。因为受客户端电脑的性能和网络带宽资源的限制，本次实验采用25台电脑，每台电脑中的测试软件模拟20个用户，总连接用户数为500个，使用的交换机带宽为100Mbps，每台电脑的CPU为AMD®4800，内存为1G，显卡缓存为256M。流媒体服务升级前后，测试软件所得参数对照表如右下表所示，内存和CPU参数为占用每台电脑的平均值。

从表中可以看到，在用户连接数基本相同的情况下，升级前平均每个连接多媒体教学系统的客户端占用网络带宽为323/472=0.68Mbps，升级后平均每个客户端占用网络带宽为149/492=0.30Mbps，升级后客户端占用带宽数还未达到升级前的二分之一。从实验结果可以看出，自适应流媒体技术可以大大降低每个用户观看教学录像占用的网络带宽。通过对流媒体服务的升级，可以在网络环境较差的情况下使更多的用户同时流畅地观看多媒体教学系统中的教学录像。

结束语

采用智能流技术对校园多媒体教学系统进行优化设计，可以在客户端网络拥堵的情况下，对流媒体传输的码率进行自适应调节，通过适当降低视频质量，减少每个连接占用的网络带宽来保证客户端能流畅地观看视频文件。实验测试表明，该方法可以有效提高多媒体传输速率，为全面推广校园多媒体教学奠定了坚实的基础。