文章编号：1672-5913(2008)12-0138-04
摘要：本文以基于Windows Media技术的课堂网络直播系统为例，通过介绍课堂网络直播制作系统的基本构成、直播制作的基本过程、播放端的条件要求，结合有关的测试以及直播制作的经验，对声音图像效果受影响的原因进行了分析，并提出了应对的办法。
关键词：网络直播；音像效果；流媒体；多媒体流
中图分类号：G642
文献标识码：B
当前，一种通过计算机网络传输的有声音、教师人像、教案屏幕、文字双向交互为一体授课内容的课堂网络直播正逐渐成为学校远程教育教学的重要手段。建立在网络通信、多媒体数据采集、多媒体数据压缩、多媒体数据存储和多媒体数据传输的基础技术之上的流媒体技术，成为计算机网络直播的重要应用技术。基于Windows Media流媒体技术的课堂网络直播系统在这种同时有声音、人像、教案屏幕、文字双向交互的远程教学中起到了重要的作用。然而，由于一些原因的影响，使音像效果会出现诸如声音时有时无、声音含糊、有声但人像和教案屏幕停止、人像模糊等现象，对使用造成了影响。因此，通过对从直播制作到接收播放过程中音像效果受影响的原因进行分析，有助于采取相应的办法去避免或减少音像效果受到影响，使课堂网络直播系统在远程教学中的作用能得到更好的发挥。
1课堂网络直播制作系统的基本构成
课堂网络直播制作系统主要是在多媒体课堂的设备基础上，加上视频、流媒体等相关的设备而构成。系统主要包括：
硬件部分——教师多媒体电脑、投影机、投影幕、麦克风、音频放大器、扩音机、音箱、摄像机、视频切换台、视/音频采集卡、视/音频编码器、媒体服务器等。
软件部分——屏幕编码软件(第三方软件)、Windows Media Encoder、媒体编码器(第三方软件)、Windows Media服务、媒体分发器(第三方软件)等。
其中设备的主要作用：
教师多媒体电脑(安装屏幕编码软件)——课堂教学中，作为电子教案内容的演示，并将电脑的屏幕图像数据经编码后发送至媒体服务器。
投影机、投影幕——将电脑屏幕的显示内容投影到投影幕上供课堂中的学生学习。
音频放大器——将麦克风信号放大并与多媒体电脑音频信号混合后传输至视/音频采集卡和扩音机。
摄像机——重点拍摄教师的讲课情景，也可拍摄课堂学生的上课情景。
视频切换器——选择各路视频信号中的一路信号，切换输出至视/音频采集卡。
视/音频采集卡——将视频数据、音频数据输入计算机，并转换成可由计算机处理的数字媒体文件。
Windows Media视/音频编码器(安装Windows Media Encoder、媒体编码器)——通过特殊的算法对视频、音频进行编码压缩，压缩后形成Windows Media文件或流，如WMV、WMA、ASF等格式的流媒体文件。编码器可以是硬件编码器，也可以是软件编码器。硬件编码器主要由计算机、压缩卡、Windows Media Encoder、媒体编码器组成。
媒体服务器(安装Windows Media服务、媒体分发器等软件)——向用户播放机发送多媒体流，也存储多媒体文件供点播用。
课堂网络直播制作系统基本结构如下图所示。
2直播制作过程概述
* 各路摄像机根据现场教学情况从各自角度对课堂的教学情景进行拍摄，重点拍摄教师的人像，也可以拍摄学生的上课情景。
* 视频切换器将各路摄像机拍摄到的其中一路视频图像信号送至视/音频采集卡。同时，经放大后的麦克风信号和多媒体电脑音频信号也被送至视/音频采集卡。
* 视/音频编码器按照预先设置和默认的视频编码参数、音频编码参数对由采集卡输入的视频数据、音频数据进行编码压缩，然后输出Windows Media文件或流至媒体服务器。预先设置的视频编码参数主要有视频比特率、帧速率、视频大小、关键帧间隔、亮度、色度、对比度、色饱和度等。音频编码参数有音频比特率、音量等。
* 视/音频编码器开始对视频、音频进行编码压缩时，教师多媒体电脑的屏幕编码软件也同步地对本机屏幕图像的数据进行编码处理，并将形成的屏幕流发送至媒体服务器。
* 媒体服务器根据客户播放机的点播请求，向客户播放机发送多媒体流。多媒体流包括了音频流、视频流、屏幕流等的数据。
3影响音像效果的原因
课堂网络直播由制作到播放的过程包含了多个环节。使用正常的直播制作系统作课堂直播，当音像效果出现问题时，原因涉及多个方面，通常会与以下其中的因素有关。
3.1摄像
一个效果理想的视频源是保证课堂直播的视频图像效果的前提。因此，照明灯光、镜头的光圈、对焦等的调试和操作都是影响视频图像清晰度的其中重要原因。
3.2拾音
(1) 教师讲话如果使用以电池供电的麦克风，由于电池电量难以把握，会因直播中电池电量的下降而造成声音越来越小或甚至无声。建议：如果不是非要使用靠电池工作的麦克风不可的，就尽量使用不需电池的麦克风。
(2) 使用有线领夹式麦克风或手握有线麦克风，教师如果时常走动，可能会使信号引线因受到经常的牵扯而造成线路的时通时断，影响声音的效果，其现象是：教师声音时有时无，或出现低频声。建议：讲课中，教师的活动范围要尽量小，或尽量保持在固定的位置上，或使用固定的座式麦克风。
(3) 课堂现场扩音。在课堂的直播中，如果利用直播系统作双向音频交互，当室内扩音的音量控制不当时，会有以下其中的现象发生。
a. 麦克风与扩音后的声音之间会产生正回输而引起现场声音的啸叫。
b. 甲方声音经过直播传到乙方被扩音后，经乙方麦克风和直播系统返传回到甲方，甲方再扩音后又经麦克风和直播系统再传到乙方，如此反复循环，并由于直播的延迟关系，使每一次发音后，甲乙双方都能听到一种如同在山谷中发出响声后形成的多次回响声。这种回响声使双方都听不清对方的声音，严重影响直播的声音效果。
应对的办法有：利用半双工通讯的方式进行对讲，即甲方讲话时乙方关闭麦克风，乙方讲话时甲方关闭麦克风；或者将扩音的音量尽量降低。
3.3视/音频编码器
对编码器一些参数的设置也是影响视频图像、音频声音效果的重要原因。受相关参数设置的影响以及网络带宽的原因，用户播放机会出现如视频图像模糊，声音含糊不清，视频图像停顿，视频图像和屏幕图像停止等现象。
经测试表明，对有关参数作设置时，在已有的参数值范围内，视频比特率、视频大小、帧速率的参数对视频图像效果的影响最大，而音频比特率和音量的选择则分别对声音的音质和音量的影响最大。当视频比特率、视频大小的参数值设得越高时，压缩后的视频图像的清晰度就越好，反之就差；当帧速率参数值设得越高时，压缩后的视频图像变化的流畅度就越好，反之就差；当音频比特率参数值设得越高时，压缩后的声音音质越好，反之就差。但测试又同时表明，各项的设置参数中任一项数值的升高，都会造成压缩后对应的视频流或文件、音频流或文件的比特率的升高，各项参数的对应情况见下表。当各项参数都设高时，编码器输出的组合比特率会更高，该组合比特率=视频比特率+音频比特率+脚本比特率。比特率高会因网络带宽的拥挤而影响流的传输，如下表所示。
3.4教案屏幕
对于媒体服务器将多媒体流向用户播放机的传送，有的直播系统是屏幕流与视音频流合在一起流向用户播放机，有的直播系统是屏幕流与视音频流各自流向用户播放机。直播时屏幕流比特率过高同样会因网络传输带宽拥挤而影响流的传输，其结果是用户播放机会出现如屏幕图像停止或停顿，视频图像和屏幕图像同时停止或停顿，视频图像和屏幕图像同时停止并且无声等现象。屏幕流过高主要由两个原因造成。
(1) 教案
在教学中，会用到PowerPoint、Word、网页等作为教学内容的演示。但在课堂网络直播的教案屏幕内容中，如果有不断变动的内容时，例如不断变化或闪烁的图形和文字、连续拖动Word文档的滚动条进行翻页、连续地拖动某一图标或窗口，都会瞬时造成屏幕流比特率的明显升高。测试证明：教案中一幅相对静止的PowerPoint屏幕与一幅有不断变化或闪烁图形的网页屏幕相比较，前者的屏幕流比特率是10Kbps左右，而后者的屏幕流比特率会达到100Kbps以上。
(2) 参数设置
有些屏幕编码软件可以对屏幕流每秒的帧参数进行设置。该参数设高了，播放的屏幕内容的流畅度会相对好，但屏幕流比特率会升高。
为了防止屏幕流比特率过高，应对的办法有：(a)尽量使用PowerPoint作教学内容的演示，避免使用动画、视频等。(b)由于教学中的内容是以静止的文字或图形为主的，因此教案屏幕流的帧数每秒设为4帧即可以基本满足内容显示的需要。
3.5计算机网络
计算机网络作为传输多媒体流的通道，其是否通畅，对播放机音像效果的好坏同样起到重要的作用。我国的互联网资源分别由多个网络运营商负责提供，各个运营商网络带宽以及之间的连接带宽会有所不同。因此，对于网络传输的畅顺性或条件，直播系统和用户同在一个运营商网内的，通常会比直播系统和用户不在同一个运营商网内的要好。我国高校的远程直播教学主要是通过教科网进行，当课堂直播的多媒体流的比特率较高时，对于网络传输条件较好的用户，其接收播放的音像效果不易受影响或受到影响较轻，但对于网络传输条件无保障的用户，如果遇到网络拥挤，播放就会出现以下的现象：
(1) 声音断续、视频图像停顿、屏幕图像停顿。其原因主要是网络带宽拥挤，播放时多媒体流不能持续到达播放机。
(2) 只有声音持续而视频图像、屏幕图像停止不动。其原因是流媒体数据遇到网络拥挤时，会优先让音频流通过，所以会出现只有声音的情况。若要在网络拥挤时仍能播放出持续的声音和视频图像，可采用的措施是使用Windows Media Encoder中的多比特率(MBR)编码方案，也称为智能流技术方案。该方案的特点是同时压缩几组不同比特率的视频数据供网络传输用，当服务器收到用户的直播请求时，服务器会根据与用户的连接速度情况而决定向用户发送哪一组的比特率数据。连接速度慢时，发送低比特率数据，连接速度快时，发送高比特率数据。这样，遇到网络拥挤时，播放机会在有持续声音的同时也能有活动的视频图像，但图像清晰度会下降。
3.6播放机
用户若要正常播放课程的直播，其播放机必须达到该直播系统对播放机的关于硬件、软件条件的要求。条件主要有：
(1) 操作系统使用Windows。其版本要达到该课堂直播系统指定的基本要求，例如Windows 98 SE以上或Windows2000以上等。
(2) 安装Windows Media Player。该播放器软件在Windows系统中有自带，但版本要达到该课堂直播系统指定的基本要求。
(3) 安装Microsoft DirectX。该图像加速软件在Windows系统中有自带，但版本要达到该课堂直播系统指定的基本要求。
(4) 安装第三方媒体播放器，即对应课堂直播系统的媒体播放器。有些直播系统的媒体播放器会嵌在直播系统的点播网页中。
(5) 直播的多媒体流通常会在几十Kbps至三百Kbps之间，因此播放机的固有网络带宽要达到相关的条件才能满足正常播放的需要。
(6) 直播系统对播放机的CPU、内存、显卡等也会有相应的要求，这些配置越高，对保障播放的效果就越有利。
(7) 播放机缓存。流媒体的播放特点是播放时首先下载一小部分数据至缓存中，几秒至十几秒后再开始边播放边继续下载后面的数据。由于缓存除了使用内存的空间外，还可能用到硬盘的空间，所以硬盘的空间不能过小。
当播放机的硬件情况、软件情况和安全情况都符合要求时，一些情况仍然会影响到有些播放机的正常播放，使播放机出现声音断续、视频图像停顿、屏幕图像停顿的现象。主要的原因是主机同时运行了包括该播放程序在内的多个程序，比如人为同时运行了多个程序，或防毒杀毒等有关软件也在自动运行，使主机因对任务进程处理不及而出现上述的现象。应对办法是将与点播无关的任务进程停止或关闭。
4结束语
目前，在各种的原因中，校园网外网络出现不畅顺的情况是导致课堂直播音像效果受影响的主要原因。因此，利用互联网进行远程教学时，为了避免或减少因互联网网络的不畅顺而对音像效果的影响，除了上述的应对办法外，还可以在直播的对象、范围、时间等方面作有利于直播时多媒体流传输的选择。另外，采用直播后提供点播、课件下载、课件光盘的方式进行远程教学，也能避免或减少因网络不畅顺对课堂网络直播系统的使用所造成的影响。
参考文献
[1] 廖勇等. 流媒体技术入门与提高[M]. 北京:国防工业出版社,2006:397.
[2] 钟小平,张金石. 网络服务器配置与应用[M]. 北京:人民邮电出版社,2007:322.