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基于应用层组播的远程授课直播系统的设计和实现

作　者: 刘秀花
导　师: 张卫
学　校: 华东师范大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 应用层组播 MRTP协议远程授课直播帧内帧间二次压缩算法分块传输 Directshow MPEG-4 mp3
分类号: TP311.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 51次
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内容摘要

在现代远程教学中为方便远程学习者较直观快速的学习,以视频会议为主的实时在线远程教学往往成为学习者的首选。这种同步讲授型教学模式在实现时普遍采用点对点实时传输技术,网络资源的开销开始时较小,但是随着接入主机数目的增多,服务器数据传输负荷明显增大,占用越来越多的服务器资源和网络资源,甚至造成网络拥塞,需要不断增加网络带宽,这些都会影响系统的扩展。而随着计算机网络的发展,应用层组播技术作为组播网络的前沿技术得到了广泛的研究并取得一些成熟的理论,其最显著的特点是“时间上集中,空间上分布”,单源发送一个包,多端接收,充分利用带宽和计算机资源,具有较好的数据传输效率,弥补了已有实时网络在可扩展性和伸缩性等方面的不足。应用层组播技术所具有的这些特点较适合远程同步讲授型教学模式。鉴于此,本文提出了基于应用层组播的远程授课直播系统的设计与实现,阐述了系统总体框架的设计及实现过程,通过教师授课直播室用相对有限的网络资源完成屏幕演示、现场直播、文件管理/下载、消息广播四个方面的远程教学应用。首先本文概述了应用层组播技术的原理和远程教学目前存在的状况,提出了基于应用层组播的远程授课直播系统的必要性和可行性。接着介绍了系统开发中用到的关键技术,阐述了应用层组播平台(MRTP)的通信工作原理,在此基础上设计了系统的体系结构,各模块的功能及其工作流程。然后系统利用应用层组播平台提高带宽利用率和降低传输延时的优势,详细描述了屏幕图像传输、视频信息传输等模块的设计及其实现过程。对屏幕图像传输模块采用了帧内帧间二次压缩算法,先对相邻的两幅图像逐行比较记录下变化的部分,再对该部分进行zlib压缩,减少数据传输量,最后分块通过MRTP平台进行传输。对于视频信息传输模块,采用directshow技术来实现捕捉,用Xvid Video MPEG-4编码器对视频数据进行编码压缩,对音频采用MP3方式进行压缩,由根服务器设置时间戳Timestamp来完成在同一个通道上传输音频和视频两个信道的内容,从而实现声像的同步传输。文件下载是靠TCP控制通道进行可靠性的验证。消息广播主要是完成对消息的同步传输。最后将该系统应用在学校网络学院,并对系统使用结果进行实验测评。从测试的结果看,节点间的数据转发延迟在150-200ms之内,整体时延小于5秒,传输的视频画面具有良好的效果,保证了系统的同步性和实时性。总之,该系统采用对动态获取屏幕图像和捕捉的视频分别压缩处理后再进行分块传输,减轻服务器负荷,进一步提高传输速率,从而使系统具备良好的同步性和实时性。另外,该系统能自适合调整,且不需要额外的硬件设备,操作较简单,是典型的异地同步讲授型模式的应用,为远程实时教学带来极大的便利。

全文目录

论文摘要  7-9
ABSTRACT  9-14
第1章概述  14-23
  1.1 应用层组播技术  14-17
  1.2 远程教学技术  17-19
    1.2.1 远程教学的发展及含义  17-18
    1.2.2 国内外远程教学的发展状况  18-19
    1.2.3 远程教学模式及特点  19
  1.3 课题的研究意义和现状  19-21
  1.4 本论文的思路和主要工作  21
  1.5 本论文组织结构  21-23
第2章系统相关技术  23-40
  2.1 应用层组播实时传输协议(MRTP)  23-27
    2.1.1 MRTP协议基本思想  23
    2.1.2 MRTP协议的特点  23-25
    2.1.3 MRTP的接口  25-27
  2.2 系统开发环境  27-28
    2.2.1 VC.NET简介  27-28
    2.2.2 COM技术概述  28
  2.3 MPEG-4视频编解码技术  28-31
    2.3.1 MPEG-4视频编解码简介  28-29
    2.3.2 MPEG-4视频编解码中的关键技术  29-30
    2.3.3 MPEG-4视频编解码的功能特点  30-31
  2.4 DirectX技术  31-39
    2.4.1 概述  31-32
    2.4.2 DirectDraw基本原理  32-33
    2.4.3 DirectSound基本原理  33-37
    2.4.4 DirectShow技术  37-39
  2.5 本章小结  39-40
第3章基于应用层组播的远程授课直播系统的体系结构及框架的设计  40-46
  3.1 系统需求分析  40
  3.2 系统解决思路  40-41
  3.3 系统体系结构  41-43
    3.3.1 硬件架构  41
    3.3.2 软件架构  41-43
  3.4 实现框架  43-45
  3.5 本章小结  45-46
第4章屏幕图像传输的设计  46-60
  4.1 屏幕图像模块功能及实现思想  46-48
    4.1.1 屏幕图像模块功能  46
    4.1.2 实现屏幕图像模块解决的关键问题  46-47
    4.1.3 屏幕图像传输模块实现思想  47-48
  4.2 屏幕图像的动态获取  48-50
    4.2.1 屏幕图像的捕捉  48-50
    4.2.2 鼠标的绘制  50
  4.3 屏幕图像的压缩解压缩算法  50-54
    4.3.1 帧间行程压缩  51-53
    4.3.2 帧内Zlib压缩  53-54
  4.4 运用应用层组播平台传输屏幕图像的代码实现  54-59
    4.4.1 教师端  54-57
    4.4.2 学生端  57-59
  4.5 本章小结  59-60
第5章视频信息传输的设计  60-76
  5.1 视频模块功能及实现思想  60-62
    5.1.1 视频模块功能  60
    5.1.2 实现视频模块需解决的关键问题  60-61
    5.1.3 视频模块的实现思想  61-62
  5.2 捕捉与回放  62-67
    5.2.1 视频捕捉与回放  62-66
    5.2.2 音频捕捉与回放  66-67
  5.3 视频音频压缩处理  67-71
    5.3.1 视频的编码解码  67-70
    5.3.2 音频压缩编码解码  70-71
  5.4 视频音频同步处理  71-74
    5.4.1 视频音频同步方法  71-73
    5.4.2 视频音频各自内部同步  73
    5.4.3 视频音频间的同步  73-74
  5.5 通过MRTP协议进行视频传输的实现  74-75
  5.6 本章小结  75-76
第6章实验测评  76-80
第7章总结与展望  80-82
  7.1 总结  80
  7.2 论文的工作和特点  80-81
  7.3 进一步工作和展望  81
  7.4 本章小结  81-82
致谢  82-83
攻读硕士学位期间参加的科研项目和发表的学术论文  83-84
参考文献  84-86

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