基于RIA 技术的网络实时课堂系统

兰学莉 娄 健 何欣枫

（1.河北大学，河北 保定 071002；2.河北大学计算中心，河北 保定 071002；3.河北大学数学与计算机学院，河北 保定 071002）

基于RIA 技术的网络实时课堂系统

兰学莉1娄 健2何欣枫3

（1.河北大学，河北 保定 071002；2.河北大学计算中心，河北 保定 071002；3.河北大学数学与计算机学院，河北 保定 071002）

利用RIA技术，用户开发的网络应用可以提供更丰富、更具有交互性和响应性的用户体验。网络实时课堂系统采用Flash开发工具构造的RIA系统，借助RIA技术的优势，系统既实现了良好的交互性、跨平台性，又便于部署和使用，可对基于Web的远程教学和网络学习提供良好的支持。

RIA；网络实时课堂；Flash

远程教学和网络学习是实现终身学习的一种行之有效的手段。实时课堂是远程教学和网络学习系统中一个重要的组成部分，是利用网络将教师授课中的视频、音频和板书实时地在网络上分发，可以使学生通过网络的方式达到与在课堂上课同样的教学效果。实时课堂系统有很多，主要可以分为两种，一种是基于电话、电视的实时课堂系统，这种系统，实时性好，但系统灵活性差，智能程度不高，且需要专用设备，部署不方便。另外一种是基于网络的实时课堂系统，这种系统一般需要特定软件支持，对用户有较高的计算机应用基础要求；系统升级、更新操作复杂；跨平台性较差，大都运行在Windows平台上。

（一）RIA技术简介

在过去的几年中，Web开发人员一直想构建一种比传统HTML更丰富的客户端：一个用户接口，比用HTML能实现的接口更加健壮、反应更加灵敏、更具有令人感兴趣的可视化特性。RIA（Rich Internet Application，富互联网应用系统）技术的出现允许在因特网上以一种像使用Web一样简单的方式来部署客户端程序。无论将来RIA是否能够如人们所猜测的那样完全代替HTML应用系统，比较那些C/S架构的胖客户端系统和B/S架构的瘦客户端系统，RIA确实提供了一种廉价的选择，结合了声音、视频和实时对话的综合通信技术使RIA具有前所未有的网上用户体验。RIA技术的优势在于：采用相对健壮的客户端描述引擎，能够提供内容密集、响应速度快和图形丰富的用户界面；数据能够被缓存在客户端，从而可以实现一个比基于HTML的响应速度更快且数据往返于服务器的次数更少的用户界面。目前，用于RIA的开发工具主要有：Adobe公司的 Flash/Flex，Sun公司的Java FX和Microsoft公司Silverlight。其中，Flash发展较早且技术成熟，以Flash Player为客户端的RIA可以支持种类广泛的平台和设备，其在RIA开发工具中占有主导地位。网络实时课堂系统采用Flash开发工具构造的RIA系统，借助RIA技术的优势，系统既实现了良好的交互性，又便于部署和使用，可对基于Web的远程教学和网络学习提供很好的支持。

（二）网络实时课堂系统

1.系统结构。系统结构如图1所示。系统主要由Flash Media Server、Web Server和浏览器组成，此外，要求浏览器有Flash Player插件支持。

图1 网络实时课堂系统结构图

一次实时授课的工作过程如下所示：（1）教师端访问Web Server的音视频发布页面，将带有音视频发布功能的SWF文件下载到浏览器，由嵌入浏览器的Flash Player执行；（2）教师端Flash Player从教师端本地的摄像头和麦克风处获得实时音视频流，并使用RTMP协议将其发布到Flash Media Server；（3）学生端访问Web Server的实时音视频收看页面，将包含收看实时音视频信息的SWF文件下载到浏览器，由嵌入浏览器的Flash Player执行；（4）学生端Flash Player通过RTMP协议连接到Flash Media Server，获得实时音视频流，并在浏览器内进行播放。从上述过程中可知，系统的设计基于RIA技术，体现出了新一代互联网应用的优势。系统优势体现在如下几个方面：第一，用户只需要具备嵌入Flash Player的浏览器即可完成一次授课过程，而不需要安装任何其他客户端软件或是浏览器插件。依据2008年3月份的统计数字，Flash Player 9的安装率已经超过97%。因此，系统的使用不需要做额外的软件安装、配置等工作，降低了用户对计算机知识掌握程度的要求，省略了与授课不相关的操作，使教师和学生把精力更多的集中在课程内容上。第二，所有的程序和各种流媒体信息保存在Flash Media Server和Web Server上，便于实现统一管理和维护。同时，也可保证客户端获得的永远是最新的数据。第三，基于浏览器/Flash Player的特性，系统提供了跨操作系统和浏览器运行的能力。目前，系统不仅可运行于Windows平台的IE浏览器，还可以支持Windows平台的FireFox、Opera等浏览器，Linux平台的Firefox/Mozilla浏览器，Mac OS X 平台的Safari、Opera浏览器，甚至，在Flash Lite的支持下，系统可运行在移动和消费电子设备上。

2.实时授课的实现。实现实时授课，关键就是要解决音视频流的实时传输问题。在系统中，音视频流的实时传输是使用Flash Media Server（FMS）来实现的。FMS是一个RIA的开发框架和部署环境，开发者可以使用Flash来编写媒体应用程序，然后使用FMS来部署这些应用程序。FMS将传统的流媒体功能与灵活的开发环境结合起来，为最广泛的群体创建和提供创新的、交互式媒体应用。FMS的出现使得Flash成为真正的客户端软件，从而可以和FMS建立客户/服务器（C/S）架构。对视频和音频更灵活的支持也使Flash在流媒体方面与其他流媒体服务器（如Real公司的RealServer，微软公司的Microsoft Media Server等）相比较也不逊色。FMS使用FLV作为流媒体的传输格式，FLV是一种新的流媒体格式，全称为Flash Video，使用这种格式形成的多媒体文件极小，加载速度极快，使得在低带宽网络环境下观看视频文件成为可能。借助Flash高质量视频编解码器，能够以低位速率和文件大小，提供较好的视频质量。在FMS体系结构中，客户端与服务器通过RTMP（Real-Time Message Protocol）协议相互通信。RTMP协议被Flash用于对象、视频、音频的传输，该协议建立在TCP协议或轮询HTTP协议之上。RTMP协议就像一个用来装数据包的容器，这些数据可以是AMF格式的数据，也可以是FLV中的音视频数据。

3.共享白板的实现。在系统中，除了实现音视频信息传输外，教师和学生还可以利用共享白板模块进行交流。通过共享白板模块，可实现文字、图形、图像等多种信息的实时交流，教师和学生均可对共享白板进行操作。通过共享白板模块发布的信息有以下几种类型：（1）涂鸦：使用电子画笔（用鼠标控制）在白板上进行绘图，可实现直线、自由画线、矩形、椭圆型等多种图形；（2）文字：支持文字字体、字号、颜色、格式等设置；（3）图片：包括BMP、JPG等格式图片，同时支持图片显示的位置和大小的调节；（4）其他文档：支持诸如PPT、PDF等文档类型的展示。通过上述多种形式的交流，增强了教师与学生及学生之间的交互，为达到更好的课堂教学效果提供了保障。共享白板是通过使用FMS中远程共享对象（Remote Shared Object,RSO）技术实现的。共享对象可以存储任何Flash支持的数据类型，可以用来记录或与其他联机用户实时分享一些信息。RSO的信息存储在服务器端，因此任何用户都可以连接到远程共享对象访问到相同的信息。图2演示了在系统中如何使用RSO来实现共享白板。

图2 使用RSO实现共享白板

4.其他功能。此外，系统还引入了如下功能：（1）文字聊天：类似目前网络聊天工具的功能，来实现教师学生间的问题讨论；（2）教学录像查看：一个教学VOD子系统，通过该系统学生可根据自己的进度学习，实现自主学习；（3）网络存储及管理：即实现了网络存储的功能，教师和学生可保存一些自己的教学资料，便于使用和共享。上述功能的实现主要基于FMS和Web设计技术，具体方法与实时课堂和共享白板类似。

5.系统特色。网络实时课堂系统具有如下一些特点：（1）采用RIA技术，完全基于Web实现，全部程序都由服务器端维护，客户端只需要安装浏览器，简化了用户操作；（2）使用普通摄像头作为视频采集设备，硬件成本低，无需特殊环境；（3）音视频流编码效率高，延迟低，占用系统带宽少，适用于低带宽网络；（4）跨平台特性。客户端不仅可运行于Windows系统，也可用于Linux和Mac OSX系统，甚至可运行在移动和消费电子设备上；（5）采用多种交流手段，包括实时音视频、共享白板、文字聊天等，实现教师和学生之间的良好互动；（6）采用HTML+Flash插件的实现方式，便于和现有Web应用相融合，如个人网站、Blog系统，部署方便。

网络实时课堂系统采用RIA技术实现，只需要浏览器即可完成所有功能，方便了用户操作，也便于系统的升级、维护。同时，提供了实时音视频、共享白板、文字聊天等多种交流手段，符合远程教学的规律，为提高远程教学质量，丰富远程教学手段，促进远程教学的普及提供了有力的支持。系统为开放式组件化架构，具有良好的可扩展性，方便在此基础上进行二次开发，可适用于视频会议系统、远程信息咨询、视频电子商务平台、视频娱乐网站等其他领域，具有较好的应用和推广价值。

G434；TP393

B

1008-1151(2010)04-0180-02

2010-01-20

兰学莉，女，河北大学讲师，硕士，研究方向为统计学、人口学、教育技术；娄健（1978－），女，天津人，河北大学计算中心讲师，硕士，研究方向为软件工程、教育技术；何欣枫（1976－），男，天津人，河北大学数学与计算机学院讲师，硕士，研究方向为分布式系统。