基于Openmeetings交互式远程视频教学系统

更新时间:2024-03-07 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:21540 浏览:95751

摘 要:为了实现虚拟课堂、打破时空限制,解决彼此相距千里的教师和学生之间的授课问题,满足远程在线“教与学”的需要,实现在线交互式远程视频教学.在此阐述了基于Flash的多语言可写作EPL(EclipsePublicLicense)开源视频会议Openmeetings平台交互式远程视频教学系统的设计思想、系统结构以及实现技术;该系统充分利用有线和无线网络平台,提供了灵活、开放、不受时间和地域限制的辅助教学形式,完善了辅助教学手段,丰富立体化教学模式.实验部分主要对系统在不同网络环境下进行了测试分析,并根据数据分析优化系统,实验证明其优化策略是行之有效的.

关 键 词:交互式远程视频教学系统;RIA;RTMP;电子白板

中图分类号:TN91934;TP393文献标识码:A文章编号:1004373X(2013)14010004

InteractiveremotevideoteachingsystembasedonOpenmeetings

HUANGGuofu

(QingdaoAgriculturalUniversity,Qingdao266109,China)

Abstract:Inordertoachievevirtualclassroom,breaktheconstraintsoftimeanddistance,solvetheteachingproblemthatteachersarefarfromawaytostudents,meettheneedsoftheremoteonlineteachingandlearning,andimplementonlineinteractiveremotevideoteaching,thedesignidea,systemarchitectureandimplementationtechniquesoftheinteractiveremotevideoteachingsystemwithcustomizableFlashbasedmultilingualEPL(eclipsepubliclicense)opensourcevideomeetingOpenmeetingsplatformareelaborated.Thesystemtakeulladvantageofwiredandwirelessworkplatformstoprovideaflexibleassistedinstructionintheformsofopen,independentoftimeandgeographicalconstraint,improvessecondaryteachingmethods,andenrichthreedimensionalteachingmodel.Thesystemwastestedindifferentworkenvironments,andwasoptimizedaccordingtothedataanalysis.Theexperimentprovesthattheoptimizationstrategyiseffective.

Keywords:interactiveremotevideoteachingsystem;richInterapplication;realtimemessagingprotocol;electronicwhiteboard

0引言

随着互联网和信息技术的迅速发展,信息技术应用于远程教育领域也日趋广泛.交互式远程视频教学系统[1]是利用有线和无线网络作为载体,PC和移动设备(诸如手提电脑、智能手机之类的)等作为终端平台,高性能怎么写作器提供怎么写作,从而进行交互式远程视频教学的软件系统.它可以打破时空限制,使任何地方的用户都可以通过这样一个平台实现在线教与学.由于不受地域、时间以及入学资格等条件限制,任何人只要拥有一台接入INTERNET的计算机、移动PAD以及智能手机等均可通过安全授权接入本系统,进行授权后老师教学以及学生学习,如果学员错过实时授课学习时段,课下也可以通过在线点播或下载录制视频进行自助学习.

交互式远程视频教学系统的研究与开发,可以让更多的人能够受到高等教育,就目前而言,在我国能够受到高等教育的人数只占较少的一部分,有很多人受其各种条件因素影响,不能进入高校学习,又希望通过自学或少量费用来接受高等教育,为此职业培训、成人教育成为较为受欢迎的教育方式.不过由于当前高校部分专业师资力量短缺,而学员分布又较为广泛,难于统一集中等困难,所以交互式远程视频教学系统可以改变上述现状,只要在怎么写作器上运行此软件系统,想要接受学习教育的学员通过有线或无线网路,在自己的个人PC、移动PAD或者智能手机均可以实现在线上课、学习、享受在校学生受教育的同等教学和师资资源.

1交互式视频教学系统架构简介

在线交互式远程视频教学系统是一套利用互联网络进行远程视频互动教学的授课平台,利用此平台可以开展教师的网上授课、培训及针对学生的互动辅导.交互式远程视频教学系统具备并能够实现以下功能:

(1)支持多个网上虚拟教室同时在线培训授课,具有多个虚拟教室、管理授权功能;

(2)可以通过视频、音频、电子白板[2]、即时消息等多种手段达到同步授课、师生在线交流,学生提问,老师在线答疑等;(3)支持一对多的广播[3];

(4)提供在线录制、远程共享、协助,在课下学员可以在线点播或下载已授课视频.

本系统设计是在开源Openmeetings[4]平台上做二次开发,使用的开发语言主要有Ja,Openlaszlo运行的lzx语言(一种基于XML和JaScript的语言)是一种主流的RIA构建技术,通过JaScript实现逻辑表达,可以提供丰富的高级UI表现、Web怎么写作远程调用等.客户端操作产生的各种事件都会传输到怎么写作器端完成各种业务处理.怎么写作端是Red5流媒体怎么写作器,用于开发Web音视频应用程序,传输协议以RTMP实时消息传输协议和HTTP协议传送数据为主,支持发布的LDAP(轻量级目录访问协议),同时与FMS兼容.交互式远程视频教学系统支持将音视频内容转换为播放流,可以实现在线交互教学、录制课堂内容、学员在线点播视频、下载视频、在线咨询交流、教师答疑等功能.

2系统模型

交互式视频教学系统是基于OpenMeetings开发的,怎么写作器端是由Ja面向对象语言编写的,后台是一系列的service组成的,客户端与Red5怎么写作器之间通过SOAP消息进行通信.远程调用怎么写作是由Axis中间件提供的,多媒体数据分发则是基于RTMP协议进行的.RTMP协议最早是由Maredia公司开发的,RTMP协议主要是在端和Flash怎么写作器之间传输和控制流数据.另外Openmeetings平台是建立在TCP协议之上,使用1935端口,这些service由Ja语言编写,这些service的实现类大多都在包.openmeetings.app.remote中,该包封装了大部分前后台交互的类.如文件怎么写作、用户怎么写作、会议怎么写作、流怎么写作、日历怎么写作等.这些service作为接口供前台调用,系统架构如图1所示,各怎么写作分别处理不同的业务请求,功能阐述如下:

UserService:用户注册、登录、注销、修改用户信息、创建Hash安全码提供进入系统授权等.

StreamService:视频音频录制,格式转换,处理视频流,音频流.

RoomService:为核心模块,提供房间预定、删除、房间成员管理、房间权限功能管理.

CalendarService:日历怎么写作包含会议日历的创建、编辑、删除,会议提醒等功能.

JabberService:Jabber怎么写作提供一些基本的方法可以实现从OM到Jabber的集成,而且不需要管理员权限即可实现即时通讯的的集成调用.

FileService:文件导入、上传,文件管理,文件格式转换.

图1系统架构图

3系统功能及实现

系统在实现在线交互式视频教学基本功能的基础之上,还把教学系统的功能有所扩展,从而满足当前有线、无线网络环境下都可以满足老师授课,学员在线学习的需求.交互式远程视频教学系统基本功能有:学员、教师在线注册、登录、注销,授课通知,教师在线实时音视频交互式教学(提供在线电子白板、各类文档在线演示如PPT,Doc,PDF,图片等),在线交流讨论;实现的扩展功能有:音视频教学课堂录制、授课内容在线点播、授课内容下载、老师在线音视频答疑咨询.系统功能如图2所示.


3.1注册授权登录

教师、学生进入交互式视频教学[56]系统之前,均需事先注册,由系统管理员审核、授权后方可登录系统.

(1)注册用户:LongregNewUser(StringsessionId,StringUsername,StringPassword,StringLastname,StringFirstname,String,StringAdditionalname,StringStreet,StringZip,StringFax,longState_id,StringTown,longLanguage_id,StringReg_url)

(2)添加用户:LongaddNewUser(StringsessionId,StringUsername,StringPassword,StringLastname,StringFirstname,String,StringAdditionalname,StringStreet,StringZip,StringFax,longState_id,StringTown,longLanguage_id,StringReg_url)

(3)授权用户登录:StringMarkedLoggedInSID(StringUsername,StringPassword)

图2系统功能图

3.2授课通知

注册并由管理员授权登录后,教师方可进入系统,可以发布教学通知、进入指定的课堂实施在线教学;学员进入系统后,先选择所选课程,然后查看相应课程的主讲教师发布的教学安排,在指定的授课时间内进入课堂在线学习.添加授课通知:方法是AddRoomWithModerationAndRecordingFlags,提供主要参数为:安全Hash码,课堂名称,教学课堂类型,课堂容纳学员人数,教学时间,是否运行学员发言,是否运行录制.

3.3交互教学+电子白板

教师在预先安排的授课时间进入教学系统可以进行在线交互式教学,教学功能包括:上传演讲PPT文稿(文件类型:PPT,Doc,Excel,jpg图片等);系统视频窗口区域可以展示教师和学员的视频画面;文字讨论区域可以实现教师与学员在线文字交流;电子白板提供常用的涂鸦[7]功能,方便老师在线教学;录制功能可以把实时教学的授课内容录制下来,存放在视频怎么写作器上以供学员在线点播和下载.(1)教师登录进入教学课堂:UserServiceStub.SetUserObjectAndGenerateRecordingHashByURL,主要参数:安全Hash码,教师姓名,用户类型,是否主持,是否有操作白板权限.

(2)学员登录进入教学课堂:UserServiceStub.SetUserObjectAndGenerateRecordingHashByURL,安全Hash码,学员姓名,用户类型,是否学员.

(3)教师录制教学视频:RecRequest.setRecording_id(Rec_ID),主要参数:录制房间码Rec_ID.

3.4在线点播+视频下载

教师一旦把授课视频录制完毕后,存放在流媒体怎么写作器上,学员可以根据自身学习进度和需要进行在线点播学习或下载学习.在线点播、下载学习功能非常适合工作繁忙、没有时间在线接受老师授课的学员,学员如果错过在线授课时间,线下通过自主学习授课视频(授课视频形象生动,比文字教案生动易理解、易看易学),从而不耽误学习进度,不受传统授课模式时、空域的限制.

(1)点播在线视频:StringstrSecRecHashURLRec等于stubUsers.setUserObjectAndGenerateRecordingHashByURL(sRecRecRequest).get_return()此方法先获取教学视频的录制链接码,然后在链接码之前加上怎么写作器URL地址即构成点播视频的进入地址,用户每次进入点播链接地址安全码是变化的,有效周期是可设置的.

(2)下载教学视频:怎么写作器URL地址+DownloadHandler?fileName等于"+flvRecID+"&moduleName等于lzRecorderApp&parentPath等于&room_id等于&sid等于"+ExtMarkedSID,怎么写作器地址、录制的教学视频文件名、录制文件ID、下载模式参数以及下载授权标识码(ExtMarkedID)一起构成下载链接地址,学员登录后访问此链接码即可下载教学视频进行线下自助学习.

3.5学员在线咨询,教师在线答疑

教师安排好学员在线咨询、老师在线答疑的时间,在约定的时间进入咨询答疑系统即可在线交流.此功能类似于聊天室,可以提供音频、视频以及文字交流功能,实现课下学员在线提问、教师在线解答问题,学员可以分布在全国各地、老师也可不受地域限制,学员和老师也可以在有线、无线网络环境下通过笔记本、iPhone、iPad等移动终端实现在线交流.

(1)教师和学员登录在线咨询:jascript:openurl(′enterConsulation.jsp?RoomId等于<%=rooms_id%>&isModerator等于<%=noModerator%>′,750,600,′<%=sMeetingName%>′),主要参数:咨询答疑房间号ID,咨询房间类型(Interview类型),教师/学员姓名,主持类型(类型为true则是教师,类型为false则是学员).

4实验评估

为了评估系统的基本性能,本文设计一个测试评估策略,来评估系统在一位教师主持教学,30~40名学员进入课堂参与学习的情况下,系统是否流畅以及视频画面质量,从2个层面进行实验:一个层面教师端和学员端视频画面分辨率设置为320×240;另一个层面分辨率设置为640×480,教师端与学员端分辨率要保持一致,或为320×240,或为640×480;视频的压缩比设置在70,85,90或100%(范围在0~100,100表示最高品质,70表示较低品质,85和90等级表示非常不错的画面品质).

但是在实际应用中画面品质选择必须有个权衡点,有时会牺牲一部分画面品质来获取较好的系统流畅性能,实际教学过程中画面品质无需高清效果.每次实验评估我们均使用固定的压缩比、固定的分辨率和参与人数,然后多次实验统计后取其中间值作为实验结果.320×240和640×480分辨率模式下实验数据结果如表1所示,对比折线图如3所示.

表1实验数据结果

从图2中可以看出,要让系统流畅运行,画面品质越高,视频帧率就要降低.2种分辨率情况下,画面品质压缩比在70~85之间的时候,视频帧率下降不是很明显,当压缩比调整到90甚至更高(画面品质保真要求非常高)的时候帧率下降尤为明显.因此为了既保障系统流畅运行又要视频画面质量良好,就需要考虑一个权衡策略(从视频压缩比和帧效考虑),调整压缩比到70,75左右,分辨率在320×240或640×480,帧效调整到15帧(画面播放每秒24帧,刚好达到了动画的一般要求,由于教学系统剧烈运动画面很少,大部分时间多为教师和学员静态画面,所以设置为15帧基本不影响教学效果).另外除了上述调整以外,还对RED5怎么写作器缓冲作了策略优化,设置一定的接收缓存,可以将客户端上行的UDP数据包更好的组装、更完整地转发,从而改善视频和音频的质量,改善系统的整体运行性能.经过优化后的教学系统在校园网、移动WLAN无线网以及ADSL(2~4M)网络环境下测试,教师和学员使用笔记本、iPhone手机、Andriod手机或iPad等终端设备均可流畅地使用该交互式视频教学系统.

5结语

本文阐述了交互式远程视频教学系统的设计初衷、系统架构、系统功能以及其实现过程.文中实验部分设计了测试策略对系统作了基本性能评估.

图3对比析浅图

经过策略优化调整后,系统在单并发(一对多,一名教师对几十位学员)情况下,系统运行比较流畅,未来还需要进一步考虑系统集群策略,考虑多并发状态下,系统的支撑性能;另外由于当前系统客户端采集视频和音频信号后由Flash插件完成音视频编码,编码算法是封闭的,采用的编码协议是H.323(视频编码为H.263),应用开发者无法优化这一块,要想获得H.264编码的甚低码流较为困难,这也是影响系统视频数据传输是否流畅的关键点,如当前C/S架构下很多系统已采用H.264或者MPEG4编码的情况相比,Flash对Webcam视频的编解码已大大落后了,从带宽和画质目前都无法和C/S架构相比.为此下一步改变系统的音视频编码支持H.264的编码器可用于和FMS或RED5配合实现高质量的直播、组播等,为交互式远程视频教学系统真正在INTERNET上进入实用阶段打下坚实的基础.

0340;应用[J].现代情报,2011,31(1):146149.

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