P2P流媒体技术在远程教育网络中的应用

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第22卷第6期2008年12月

中　国　医　学　教　育　技　术　　CH I N A ME D I CAL E DUCATI O N TECHNOLOGY Vol .22No .6

Dec .2008

?网络教育?

收稿日期:2008208220

作者简介:宋蔚(19822),女,山东济南人,在读硕士研究生,主要研究方向:网络远程教育。

P2P 流媒体技术在远程教育网络中的应用

宋　蔚1

,谢百治1

,欧阳晓辉

2

(1第四军医大学教育技术中心,陕西　西安　710032;2解放军总医院第二附属医院,北京　100091)

【摘要】:由于媒体文件的巨大数据量和客户端对流媒体有连续的时间要求,如何在广域网上

高质量、低成本地针对多用户分发多媒体内容一直是一个难题。目前已有的解决方案中,采用基于客户端的P2P 应用层组播网来进行媒体分发,由于其成本低、可扩展性好,已成为最具前途的流媒体解决方案。文章着重探讨和分析了网络远程教育和P2P 流媒体技术结合的优势及技术实现途径,并给出了实现示例。

【关键词】:远程教育;P2P 流媒体;Moodle 【中图分类号】:G434　【文献标识码】:A 　【文章编号】:100425287(2008)0620572204

Appli ca ti on of P 2P stream m ed i a technology i n d ist ance educa ti on network

S ong W ei 1

,X ie B aizhi 1

,O uyang X iaohui

2

(1

Center of Educational Technology,the Fourth M ilitary M edical U niversity,X i ’an 710032;

2

the S econd A ffilia ted Hospita l of PLA General Hospital,B eijing 100091,China )

【Abstract 】:Due t o the enor mous media file data and clients’require ment of consecutive ti m e of strea m media,it has been a difficult p r oble m how t o distribute t o multi 2users multi m edia content on WAN with high quality and at l ow cost .Currently,the most p r om ising stea m media s oluti on is distributing media with peer 2t o 2peer (P2P )app licati on layer multicast net w ork based on the client side because of its l ower cost and good scalability .This paper f ocuses on the combined strength of distance educati on and P2P strea m media technol ogy and means of technol ogy realizati on on the I nternet,and then gives a de mo r outine .

【Key words 】:distance educati on;P2P strea m 2media;Moodle 1　远程教育的转变

由于远程教育的学习者分布分散,学习时间受各种因素影响因人而异,传统电视教学在时间上限制了学习者的时间和空间上的选择能力。而传统的网络视频教学虽然能够满足学习者分散的现状,但网络基础建设开支巨大,又不符合远程教育低成本的要求。让视频与网络技术结合,一直是远程教育的一个理想。随着宽带网络技术的普及,应运而生

的P2P 视频流媒体(以下简称P2P 流媒体)技术能够在目前的网络带宽条件下,满足学习者对时间和空间的需求,能够促进远程教育的发展。2　网络视频技术的演进

研究高效的视频编码技术、使用可伸缩性视频

编码技术以及传统视频流媒体技术,虽然能在一定程度上满足网络传输视频的需要,但仍不能从根本上解决广域网中以大用户群为目标对象的应用。

宽带接入服务的普及为新技术的出现及广泛应用提供了基础。我国基于宽带上网用户数量2006年已达到9070万,宽带上网计算机数量达到3530万台,宽带已成为中国最主要的上网手段。诸多网络新技术相继出现,其中最能够被远程教育直接利用的当属集视频流媒体与P2P 应用优势于一身的P2P 流媒体技术

[1]

。P2P 流媒体技术可以理解为是

建立在P2P 技术上的多媒体数据流传输技术。P2P 是peer 2t o 2peer 的缩写,也可以理解为点对点的意思,或称为对等联网。在网络拓扑结构中,如果把“点”的范围定义为网络主机的话,只要是以单个网

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　第22卷第6期　宋　蔚等.P2P 流媒体技术在远程教育网络中的应用

络主机开始,到其他单个网络主机的数据传输都可以称为点对点

[2]

,而流媒体则代表终端用户可以边

下载、边收看的视频应用模式。

最初,因特网中的P2P 技术主要应用于文件资源

的共享(e Dunkey,e Mule,Kaza A 等)[3]

,而后不久又发展出与P2P 技术结合的视频流媒体技术的应用。技术的进步,使用户在观看视频流媒体时,可以与同时在观看该视频的其他用户之间进行资源交换,从这些用户中寻找并下载自己所需要的该视频片断,较旧模式有更丰富的数据源,数据下行带宽因此被有效扩展。视频或文件信息不必经过服务器,体现了P2P 网络结构的优点,极大减轻了服务器的负担。

中国在P2P 流媒体技术的研究上是世界领先的,大家熟悉的P2P 流媒体产品有PP L I V E 、PPST RE A M 、UUSEE 等已应用多年,其中PP L I V E 创造过50万用户同时在线收看300kbp s ～400kbp s 直播视频节目的记录。这些产品目前都已支持视频节目的直播和点播功能,但这些主流产品的运营内容都局限于大众娱乐,缺少与其他应用领域的内容增值服务。3　P2P 与远程教育的结合

远程学习者的学习时间相对灵活且不固定,随时以P2P 流媒体点播方式开始的视频课程是最理想的模式。在应用视频学习的同时,还可以采用其他技术开展教学互动、学习讨论等以往必须在课堂上才能实现的内容。由此,也就出现了类似于随机参与的网络视频课堂的新型远程教育模式,其应用研究有深入开展的意义。P2P 流媒体服务系统的应用成本非常低廉,对带宽需求也不敏感,因此可以满足从基层单位的视频直播到大范围远程教学等各层次应用的需求。比如:对于医学教育这样特别依赖于影像和多媒体教育的领域,应用P2P 流媒体技术就是一个理想的解决方案。这样,有限的教育资金就可以更多地集中投放在教学内容的制作和优化上,促进降低成本和提升服务与教材质量,实现内容的最大范围的传播,更进一步推动远程教育,实现优势资源共享。

3.1　P2P 在远程教育中的应用

远程教育中,设计制作一门优质的网络课程甚至可能花费几万到十几万元。这就要求远程教育的教学成本能够随着学生人数的增加基本不变。只有当远程教育发展到一定规模时,其成本才会降低下来[4]

。因此,将P2P 流媒体技术引入远程教育,也是我国现代远程教育事业的主流定位及要面向大众教育的保证。

　另一方面,P2P 流媒体技术的发展必然需要和

远程教育结合。在P2P 流媒体与远程教育结合之前,节目版权问题一直是其发展的瓶颈。因为P2P 流媒体仅是一个技术平台,平台之上最重要的是内容,内容的匮乏限制了P2P 流媒体技术的健康发展。而远程教育内容的丰富性,正好弥补了P2P 流媒体发展的瓶颈问题,远程教育必将对P2P 流媒体技术的进步起到二次推动作用。

3.2　P2P 与Moodle 系统联合构建的远程教育系统

如何将P2P 流媒体视频内容有效地组织到教学内容中呢?随W eb 2.0发展起来的Moodle 作为课程内容管理系统,有着先天的优势。开放的Moodle 系统,教师可以全面控制课程的所有设置;灵活的课程活动配置;绝大部分的文本(资源、论坛帖子等)可以用所见即所得的编辑器编辑;所有在论坛、测验和作业评定的分数都可以在同一页面查看(并且可以下载为电子表格文件);全面的用户日志和跟踪———在同一页面内统计每个学生的活动,显示图形报告,包括每个模块的细节(最后访问时间、阅读次数),还有参与的讨论等,汇编为每个学生的详细的“故事”。

通过对Moodle 示范系统的初步试用,我们发现Moodle 在多媒体信息的展示方面主要依赖传统W eb 服务提供的基础功能,示范系统中缺少对多媒体课程信息有效地管理与发布功能。我们在Moodle 系统中,也看到了Y outube 视频功能扩展模块的出现。其基本思路是利用广域网中丰富的免费Flash Movie 视频资源,作为存储、管理和发布的平台。但是,我们认为目前流行的Flash Movie (如Y outube,Y ouku 等视频网站)并不能视为理想的教学视频解决方案,Flash Movie 虽然具有易于部署的优点,但是通常需要牺牲图像的分辨率来降低服务器的负载和对网络带宽的要求;Flash Movie 的另一个缺陷就是容易被下载和通过其他途径传播,这对保护节目权人的利益并无益处。相比较而言,传统的流媒体视频技术能够提供理想的影像分辨率和保护节目权人的利益,且在局域网教学环境多有应用,但在面对广域网中大用户群访问时,又显得力不从心了。

将P2P 流媒体视频概念引入到Moodle 系统开展大用户群远程教育实践(如图1所示),会让以上矛盾迎刃而解。

在Moodle 系统中,与远程课程配套的流媒体视频课程文件的发布,可以是简短的P2P 流媒体链接。客户端与服务器交换I P 后,Peer (种子)服务器将向客户端提供流媒体视频种子资源的I P 地址群列表,客户端获得I P 地址群后,即可与这些I P 地址

3

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图1　P2P 流媒体视频服务与Moodle

结合的远程教育网络示意图

通信获得需要的流媒体视频片断,并将自己已有的视频片断数据发送给其他需要的用户。加入的用户越多,I P 地址群范围就会越广,用户可获得的视频数据源也就越丰富,流媒体视频在客户端播放就会越流畅。在获得流畅的视频播放效果的同时,Moodle 系统主服务器和视频推送服务器都不会因用户的增多而显著增加数据传输量,既为Moodle 系统添加了视频多媒体课程的发布能力,同时不会增加Moodle 系统的建设成本和服务器的负担。另外,流媒体视频只是在客户端计算机内存中保存节目的片段,且边播放边更新,避免了节目的非法传播,能有效保护节目权人的利益。利用Moodle 系统对课程内容管理的优势,将P2P 流媒体视频以文字的方式检索和管理,以视频的方式浏览访问,将是一种理想的模式。4　应用P2P 探索远程教育新模式的技术设想与实现4.1　结构描述

应用P2P 流媒体远程教育网络的实现包含了

“P2P 流媒体→Moodle 教学系统→学习者”这一过程所运用的技术和方法。P2P 流媒体与Moodle 教学系统是并列独立的,但又是相互依托的关系。应用Moodle 系统完成教学视频节目的组织、发布与管理,P2P 流媒体将Moodle 系统的视频节目播放能力升级增强,保证大用户群的高效访问。P2P 流媒体视频节目借助Moodle 系统,被有机地组织起来,方便学习者检索和学习。P2P 流媒体加入Moodle 系统后,将Moodle 系统升级为多媒体教学平台,标清视频得以在

广域网中共享。我们认为可以借助开源或免费P2P 流媒体系统进行集成,这样可以最大限度地降低应用和推广成本。我们在实践中选取了PPStrea m,推出了免费的PPS 流媒体点播服务器系统。它可以完成简单的媒体文件管理与广播功能。借助其内置的功能,我们尝试将其与Moodle 系统嫁接,获得在Moodle 中播放P2P 流媒体的能力。

PPS 流媒体服务器可以允许教师通过客户端远

程登录到服务器,组织视频文件的广播。PPS 系统允许输出媒体的PPS 超链接,学习者使用浏览器获得这个链接也就获得了播放链接指定视频的途径,播放的工作则交由网页嵌入的PPStrea m ActiveX 控件自动完成。每次组织ActiveX 控件嵌入代码是繁琐的工作,比较容易出现错误,并且是与教学无关的内容。因此需要一种便捷的手段来简化PPS 视频在Moodle 中的发布工作。我们经过多种方案的尝

试,最终选择了跨平台的PHP 脚本语言,编制具有

自动文本过滤功能的Moodle 过滤器(Filter )功能模块来实现。通过设定一个简单的语法规则,将带有PPS 视频链接的文本内容自动转换成可以在客户端

自动播放的网页代码。教师只需按规则输入简单的一行文本即可实现PPS 视频发布。4.2　具体步骤

首先,需要确定用于简化操作的预设语法规则:{{p2p:s ource:reference |title}}。目的是从PPS 服务器

获得视频链接为pps ://231.23.13.23/video /less on01.r m,在示范系统中,仅需输入“{{p2p:pps ://231.23.13.23/video /less on01.r m@640×480|第一章第一节示例视频

教程}}”,即可实现将指定课程视频以指定大小窗

口在网页中播放P2P 视频(如图2所示)。其中“p2p:”是一个过滤关键字,设置的目的是为日后便于模块的功能扩展。如当使用其他支持ActiveX 的节目资源时,可以通过拓展新的关键字,直接获得嵌入其他服务的能力。“@640×480”是设定默认播放窗口的大小。教师可以根据网页布局特点灵活掌握。“|”后面的文字,为任意长的单行说明文字,如果遵照一定规格书写,可以方便在Moodle 中进行检索,便于多媒体视频资源管理

。

图2　P2P 视频流媒体节目在Moodle 中发布示例图

其次,需要对Moodle 中输入的普通文本信息进行筛查,对符合特征的文本串提取相关信息。我们使用如下语句实现:

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　第22卷第6期　宋　蔚等.P2P 流媒体技术在远程教育网络中的应用

preg_match_all (’/\{\{p2p:(pps |ppstrea m ):(.3?)(2(.3?))?\}\}/s’.＄u,＄text,＄list_of_movies );

如果找到特征串并对内部数据分割成功,那么

就将各数据块传递给相应变量:

＄movie =ne w stdclass;＄movie 2>ty pe =＄list_of_movies[1][＄key];＄movie 2>reference =＄list_of_movies[2][＄key];＄movie 2>title =＄list_of_movies[4][＄key];找出对播放窗口设置的宽高数据,默认宽高是320×240:

if (preg_match (’/(.3?)@([\d ]{1,4})x ([\d ]{1,4})/’,＄movie 2>reference,＄parts )){

＄movie 2>reference =＄parts[1];

＄movie 2>width =＄parts[2];＄movie 2>height =＄parts[3];}else {＄movie 2>height =240;

＄movie 2>width =320;}

当嵌入媒体类型为PPS 流媒体时,我们使用以下代码将PPS 超链接替换为可以直接在网页中打开ActiveX 控件的代码:

＄replace =’’.’’.＄footertext .’