摘要：經過近幾年的突飛發展、流媒體技術逐漸成為了網絡多媒體技術的主流。本文介紹了北京世紀葵花數字傳媒技術有限公司自主研發的基于富媒體技術和MPEG4編解碼技術的C2課堂直播系統的設計原理以及應用領域，對需要進行遠程教學、富媒體課件制作、編輯提供了一套高效可行的解決方案。

    要害字：流媒體、音視頻壓縮、屏幕采集壓縮、多流同步、富媒體文件生成

    一、引言：

    網絡媒體技術的高速發展，給我們提供了便利、快捷的知識獲取渠道，也為現代遠程教育提供了更多的手段。

    遠程教育中時常需要把教師的音視頻和課件一起連續、同步、低延時的傳遞給其他在線接收端，使得學員能夠通過網絡圖文并茂的收看老師的講解。在本文就是探討如何利用流媒體技術來實現這一技術。

    二、C2的設計原理及實現：

    ClassCaster（簡稱C2）是一套典型的流媒體應用在遠程教育領域的應用系統，它利用先進的流媒體技術，將現場音視頻和電腦屏幕進行實時處理，實現多媒體課堂的在線直播、同步錄像、課件編輯、課件點播等教學應用。

    C2采用了面向對象以及模塊化思想進行設計，并將最新的多媒體技術應用到采集、壓縮、回放等功能部分，比如音視頻捕捉技術、MPEG4壓縮算法、mp3壓縮算法、計算機屏幕捕捉壓縮技術、多流合成同步直播/錄像技術等等。C2在網絡傳輸方面，也采用了獨到的設計理念：為保證傳輸質量的基礎上減小對網絡資源的占用，系統提供單播以及組播方式，當網絡環境支持組播模式時系統優先使用組播以節省網絡帶寬，當不支持組播或支持不完善時自動切換為單播連接方式，保證了用戶接入質量。為提高系統的易用性，系統采取成熟實用的Browser-Server-Database三層體系結構（B/S架構），用戶只需訪問一個網頁即可實現點播錄像節目、觀看實時直播節目以及對直播進行錄像等功能。

    C2有三部分組成，1、教師端(C2Teacher)；2、服務端（C2Server）；3、課件編輯工具（課件編輯是一個離線操作，可以被安裝在任何一個位置）。C2的典型應用主要有教師端和服務器端兩部分構成，拓撲結構圖如下：

拓撲結構圖

    C2Teacher的主要目的是為了實時捕捉計算機屏幕，通過在教師授課的計算機上安裝C2Teacher，實時的采集教師課件，根據獨有的動態檢測技術，對捕捉到的教師屏幕進行處理，取出特征信息，并進行編碼后實時上傳給C2Server。

    C2Server通過安裝在本地的音視頻采集卡捕捉實況音視頻，把捕捉到的音頻進行MP3壓縮，捕捉到的視頻進行MPEG4壓縮，然后和C2Teacher傳遞過來的教師屏幕流進行混合，成富媒體課件流（音頻流＋視頻流＋屏幕流），然后通過C2Server內置的流服務發布出去，供在線用戶接收觀看，或者進行錄制，形成課件。

    為了考慮的錄制課件的兼容性，我們采用WMV格式進行封裝，這樣錄制完成的課件即可有MSMediaPlayer打開觀看。

    同步錄制成WMV課件是本系統的重大突破，由于WMV文件每次寫入數據時都必須是一個完整的幀，所以首先需要將幀數據重組，然后才能創建WMV數據流，等所有流都創建完畢后才能實現幀數據寫入。我們為此設計了同步器，分別對音頻數據、視頻數據和教師屏幕進行組合、同步后即再組成完整的幀送給WMV錄像模塊，其流程如下：

流程

    多流同步接收回放形成了出色的課堂，為了保證接收端收到的所有流都能夠正常、同步的播放，我們采用單一端口模型，把混合流通過一個端口發送到客戶端，盡量保證所有數據流在接收端不混亂，同時我們采用最小耦合的設計原則，網絡發送協議獨立可選，支持單播、組播等發送模式，客戶端接收到數據流后，先按包序號進行排序，然后再組成完整的音頻幀、視頻幀、屏幕幀、并交給播放同步器進行同步處理后，解壓播放。

    由于C2采用B/S模型，默認情況下在線學員通過訪問C2Server的ip地址即可接收課堂直播流。C2支持智能流技術，能夠根據實際情況自動采用最佳方式選擇接收方式，目的就是在保證接收質量的同時最大限度的減小對網絡資源的占用。

    音、視頻和屏幕流的回放采用DirectShow、DirectDraw、DirectSound技術，通過采用這些技術手段，我們不僅可以得到完美的兼容性，而且可以使用顯卡和聲卡的硬件加速功能來提升回訪質量以及降低系統資源占用。但假如正在播放時改變的顯示器的分辨率或者顏色，將導致畫面無法現實。為此我們在客戶端中加入了兩種機制來保證畫面的正常現實：1、定時檢測；2、系統信息變化時觸發。每當現實分辨率變化或顏色設置變化時，就將重新創建DirectDraw表面，從而解決問題。

    其流程如下：

    1、加載我們自己的媒體數據SourceFilter；

    2、在SourceFilter中根據媒體數據創建VideoPin和AudioPin；

    3、連接VideoPin、AudioPin到VideoDecoder、AudioDecoder；

    4、渲染各級Pin；

    5、當SourceFilter中緩沖一定比例后開始播放；

流程

    三、C2典型應用：

    C2是針對網絡教學需求而設計的，有效解決了多媒體教學專業人員短缺、應用急迫的問題，是一套課堂錄播、課件制作以及網絡教學的系統方案。C2可廣泛適用于遠程教育、企業培訓、新聞發布、產品演示等活動，為用戶提供一個完整、統一的多媒體課件制作、編輯、播放的解決方案。

    課堂直播：C2可以將課堂中講師的聲音、圖像和電子講稿教學等全部信息實時播放給學生，同時老師在講稿上的所有標注也可以實時共享給學生，做到課堂的實景廣播，學生使用普通的PC機，通過局域網、互聯網就可加入直播課堂，接受遠程教育和培訓。

    課件錄制：利用C2，我們可以簡單快捷的將講師的電子講稿（包括文字、圖片、動畫、抓屏、聲音）與演講現場的影像，在演講的同時，同步、實時、自動的錄制成多流的媒體課件；

    課件編輯：C2配備實用的課件編輯工具，利用編輯工具，可對錄制下來的課件打點（添加章節索引）、剪輯（插入或刪除一段視頻文件）、以及合并等操作。輕松制作出含有文檔、影音、索引提綱等元素的富媒體課件，為E-Learning提供豐富的課件資源。

    課件點播：C2提供課件點播功能、能夠對錄制后的課件進行分類、注釋、授權、發布、建立VOD點播課件庫、授權終端能夠直接通過瀏覽器進行點播觀看。

    視頻直播：C2不但可以實現教學、培訓等應用，還可以進行諸如視頻直播、媒體廣播、電影點播等標準的網絡視頻流媒體應用。

    四、C2的優勢：

    簡單、靈活、無需培訓、所見即所得實現各種網絡教學應用；

    徹底打破其他同類產品中常用的復雜網頁技術實現的網頁課件，真正以簡潔的流媒體技術實現的富媒體課件、在一個標準的課件文件中同時融入多個流、包括影音、屏幕、文字等信息；

    生成的課件支持單播、組播等多種網絡應用，可以構建衛星網、互聯網、城域網以及局域網的多種網絡模式應用，支持通過MsMediaServices或KMSServices實現課件廣播、點播；

    由于直接生成WMV格式的課件，可以支持DRM等數字版權治理系統，擴展了其應用；

    提供專用的播放插件、以同屏多畫面的形式回放課件、可輕松選擇播放模式；

    五、結束語：

    C2是北京世紀葵花公司根據多年來對流媒體技術的理解，以及遠程教育的特點設計的適合課堂直播、課件制作的系統，C2的成功實現給我們展示了流媒體技術應用在遠程教育中的出色。