胡珍瑩，楊傳斌
?。ㄕ憬瓗煼洞髮W(xué) 教師教育學(xué)院，浙江 金華 321004）
摘要：提出的基于Flex的遠程學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)解決了遠程教育缺乏面對面體驗的問題，讓教師與學(xué)習(xí)者都能通過視頻矩陣看到彼此，學(xué)生可以感受到傳統(tǒng)面授課堂的教學(xué)氛圍，教師也可以進行更合理的教學(xué)安排。系統(tǒng)采用了Java頁面開發(fā)技術(shù)結(jié)合Flex加Red5的視頻開發(fā)，在B/S架構(gòu)上為網(wǎng)絡(luò)教學(xué)提供較之獨立監(jiān)控軟件更為便捷有效的服務(wù)，且實施效果良好。
中圖分類號：TP37文獻標(biāo)識碼：ADOI： 10.19358/j.issn.16747720.2016.20.025
引用格式：胡珍瑩，楊傳斌. 基于FLEX的遠程學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.微型機與應(yīng)用，2016,35（20）：90 92，95.
關(guān)鍵詞：Flex；學(xué)習(xí)監(jiān)控；視頻技術(shù)；遠程學(xué)習(xí)
0引言
目前在線學(xué)習(xí)社區(qū)應(yīng)用廣泛，在線課堂的線上學(xué)習(xí)率得到很大提升。2015年3月李克強總理提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”概念后，一直致力于提供優(yōu)質(zhì)學(xué)習(xí)資源的智慧教育開始更加關(guān)注線上學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)狀態(tài)。然而信息不對稱往往是效率低下的重要影響因素，對于網(wǎng)絡(luò)課程來說更是如此［1］。本文就此提出了一種B/S架構(gòu)下基于Flex的遠程學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，不僅符合智慧教育目標(biāo)，也有一定方法上的創(chuàng)新以及市場運用前景，同時也為“互聯(lián)網(wǎng)+教育”提供了一條技術(shù)上的參考道路。
1系統(tǒng)需求
遠程教育風(fēng)靡全球，憑借其不受時間、空間拘束的特點備受推崇，將網(wǎng)絡(luò)和教育相結(jié)合已成為現(xiàn)代教育的一個趨勢。然而網(wǎng)絡(luò)教學(xué)始終不能與傳統(tǒng)課堂相提并論，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的在線學(xué)習(xí)中，學(xué)生不可能感知到教師對自己的督促，網(wǎng)絡(luò)失去了課堂教學(xué)那種嚴(yán)肅環(huán)境，學(xué)生失去了課堂紀(jì)律的約束感，從而導(dǎo)致思想散漫，學(xué)習(xí)動力不足，學(xué)習(xí)興趣也大幅度下降［2］；教師難以監(jiān)控學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)，對教學(xué)效果無法預(yù)測，不能有效進行課程的優(yōu)化設(shè)計［1］。
如何運用現(xiàn)代教育技術(shù)解決以上問題，從而讓教師與學(xué)生突破網(wǎng)絡(luò)教學(xué)限制能夠感受到傳統(tǒng)面授課堂的“面對面”的感受呢？有學(xué)者提出可以在教學(xué)設(shè)計時就考慮利用BBS、Email、聊天室、視頻會議等網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)工具，以達到促進學(xué)習(xí)者交流的目的［2］。的確，這樣實現(xiàn)了學(xué)習(xí)者在網(wǎng)絡(luò)上互相督促，可是這些工具并不是專門針對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，不僅容易分散學(xué)習(xí)者注意力，而且跨平臺操作也十分不便，這都容易在與學(xué)習(xí)無關(guān)的環(huán)節(jié)花費過多時間。針對以上問題，本文提出了一套合理化的解決方案。
2系統(tǒng)設(shè)計
2.1B/S架構(gòu)
B/S架構(gòu)是將所有的程序工作都放在服務(wù)器上，客戶端只需通過瀏覽器完成操作，它與C/S架構(gòu)相對應(yīng)，并不需要獨立的開發(fā)軟件，只需做好網(wǎng)頁設(shè)計讓用戶打開瀏覽器便可體驗系統(tǒng)功能。B/S架構(gòu)是真正建立在廣域網(wǎng)上的，用戶通過網(wǎng)絡(luò)隨時隨地調(diào)用視頻，獲取信息，最大化地實現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)共享；同時客戶端要求低，維護方便［3］。加之?dāng)?shù)字視頻只有與計算機數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡(luò)結(jié)合在一起，才能實現(xiàn)更方便、快速的傳播與利用，本系統(tǒng)服務(wù)于遠程學(xué)習(xí)， B/S架構(gòu)自然是不二選擇。
其次，監(jiān)控視頻錄制文件保存為FLV(F1ash Video)格式，由于Flash的廣泛使用，瀏覽器只要能看Flash動畫，就能看FLV格式視頻，而無需再額外安裝其他視頻插件，這也使B/S架構(gòu)的推廣更為便利。
2.2系統(tǒng)部署
如圖1所示，學(xué)生在自己的計算機上進行正常的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，隨著學(xué)習(xí)開始，計算機攝像頭自動開始捕獲學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)狀態(tài)。由于采用B/S架構(gòu)，無需開啟監(jiān)控軟件，可以依托網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺同步運行。教師可以在監(jiān)控端的頁面上觀看到矩陣式的視頻窗口組合，右鍵可以查看單個學(xué)生的個人信息以及學(xué)習(xí)情況，也可以連接到教室的IP攝像頭從而監(jiān)控到整個網(wǎng)絡(luò)教室的環(huán)境。
為了加強學(xué)生的自覺性，也使課堂學(xué)習(xí)某些環(huán)節(jié)更為方便，本系統(tǒng)分設(shè)了兩個視頻觀看權(quán)限，除了教師在講臺的全局監(jiān)控之外，學(xué)生也有觀看到彼此學(xué)習(xí)狀態(tài)的權(quán)限。一來提高視頻監(jiān)控的利用彈性，再者也可讓學(xué)生之間有更多交流互動的機會。
2.3開發(fā)工具
系統(tǒng)開發(fā)工具全部采用開源解決方案，系統(tǒng)開發(fā)過程中使用的工具如下：視頻流服務(wù)器采用開源的Red5，版本為Red5 1.0.0；數(shù)據(jù)庫采用開源的MySQL，版本為MySQL5.6；Flex視頻界面開發(fā)工具使用了Adobe公司的Flash Builder，版本為Adobe Flash Builder 4，F(xiàn)lex SDK名稱為Flex 4.1；服務(wù)器端開發(fā)IDE采用開源的 Myeclipse，版本為Myeclipse 10.6；Web 應(yīng)用服務(wù)器采用了輕量級的Tomcat服務(wù)器，版本為Tomcat 7。
3Flex+Red5技術(shù)
Flex RIA技術(shù)的興起，將桌面系統(tǒng)的響應(yīng)速度和豐富功能與Web應(yīng)用結(jié)合在一起，提供了效果極佳的用戶體驗［4］。Flex用規(guī)范的、標(biāo)準(zhǔn)化的MXML描述界面，用ActionScript實現(xiàn)程序邏輯，實現(xiàn)了內(nèi)部邏輯與外部界面的相互分離［5］，且致力于實現(xiàn)瀏覽器、桌面和移動平臺的支持，支持包括移動學(xué)習(xí)在內(nèi)的多種學(xué)習(xí)模式，能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)評價、智能導(dǎo)航、反饋，在遠程教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)中具有廣泛的應(yīng)用前景。
Red5則是一個新興的開源項目，用于實現(xiàn)Flash與服務(wù)器之間的流媒體服務(wù)，使用開源技術(shù)Spring Apache Mina、Jetty，實現(xiàn)了RTMP、RTMPT、AMF、HTTP通信協(xié)議。
4功能實現(xiàn)
4.1JAVA結(jié)合Flex
本系統(tǒng)直接用Flash Builedr開發(fā)視頻播放界面，MyEclipse單獨開發(fā)Web界面。集成的時候?qū)lex編譯成功的結(jié)果在WEBROOT文件夾下直接引用。具體方法是將Flex頁面嵌入JSP，過程中只需要嵌入Iirame標(biāo)簽，路徑引用WEBROOT下編譯成功的SWF文件即可。
本系統(tǒng)中的Iframe標(biāo)簽示例代碼如下：
<iframe src="monitor/test.html" width="350" height="400" align="middle"> </iframe>
此處需要注意SWF文件與HTML文件的區(qū)別，筆者先嘗試的是SWF文件，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CSS樣式和AS文件都無法獲得，通過查閱資料后發(fā)現(xiàn)功能都在HTML文件中，所以如果包含外部功能最好是引入HTML文件以確保完整性。當(dāng)然也可以將FLEX集成到MyEclipse中去，這樣可以直接在MyEclipse中進行Flex開發(fā)，而不必考慮兩個開發(fā)平臺的對接問題。
4.2視頻壓縮技術(shù)
對網(wǎng)絡(luò)帶寬進行需求分析后，除了通過改善硬件條件來直觀地提高運行視頻觀看速率外，視頻壓縮技術(shù)也是一種有效的方式。視頻壓縮技術(shù)可以減少視頻文件的大小，從而節(jié)省存儲空間和網(wǎng)絡(luò)帶寬，本系統(tǒng)采用了最新的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H264。
此處有一點需要注意，視頻壓縮技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)攝像機和顯示終端有一定要求，如果設(shè)備沒有足夠的技術(shù)承載能力，那就必須退一步降低需求而采取適宜的相應(yīng)技術(shù)。理論上能夠?qū)崿F(xiàn)的技術(shù)若是沒有同步先進的設(shè)備支撐也是徒勞無功的。
4.3右鍵與全屏功能
視頻播放組件都有默認的右鍵功能，一般用以查看組件版本與更新狀況。然而完整地開發(fā)一個用于管理的系統(tǒng)軟件明顯需要自己獨立的右鍵功能，此處可以通過修改index.template.html文件，同時創(chuàng)建一個用于存儲右鍵菜單內(nèi)容的類RightClickManager.as，然后在程序入口new一下RightClickManager就能輕松屏蔽掉原先自帶的右鍵功能，改為顯示RightClickManager這個類中寫入的右鍵功能。
在主程序中調(diào)用的rightClickHandler、removeMenu、initMenu、createMenuItems、menuItemSelected等函數(shù)都是為了屏蔽初始的右鍵功能創(chuàng)立新的右鍵菜單。
FullScreenUtil的封裝類也是相同道理，dbFullScreen、fullScreen函數(shù)用此封裝類實現(xiàn)了雙擊全屏的功能。
4.4多參數(shù)的傳遞
在Flex里通過addEventListener函數(shù)給控件動態(tài)加載click事件偵聽函數(shù)時，除了事件本身傳遞的Event類型參數(shù)外，還需要傳遞更多的參數(shù)。此時就需要一個封裝好的類EventArgExtend，如rightClickHandler(event:ContextMenuEvent,...arg)和menuItemSelected(event:MenuEvent,...arg)。因為右鍵菜單選項不只一個,所以需要傳遞的參數(shù)不只一個，這時EventArgExtend這個封裝類就提供了...arg的多參數(shù)傳遞方式。
4.5空函數(shù)
在本系統(tǒng)的開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)Flex視頻開發(fā)中涉及個別函數(shù)：securityErrorHandler、asyncErrorHandler、onBWCheck、onBWDone、onMetaData、statusHandler等，這些函數(shù)雖然沒有實際的應(yīng)用效果，但對于標(biāo)準(zhǔn)的視頻軟件開發(fā)卻是必不可少的，記錄了安全問題、帶寬問題、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測問題，如果缺少了這些空函數(shù)，Adobe將會報錯。
4.6帶寬分析
由于本系統(tǒng)需要多端口獲取視頻并播放，因此對帶寬的需求分析是必不可少的。根據(jù)后臺服務(wù)器上的錄制視頻文件可以讀取視頻屬性，進行屬性分析后可以大致判斷帶寬需求。
圖2是通過本設(shè)計的視頻監(jiān)控端口上傳到服務(wù)器的座位號為3的學(xué)生視頻流屬性，在代碼中的定義是cam.setMode(320,240,30)。由此可知生成的流文件以像素為單位長寬為320×240，幀速率為30 f/s，讀圖知視頻時長為196 s。由此可以計算碼流和視頻支持情況。
該文件對應(yīng)的碼流是：
7.77×1 024×1 024×8/(3×60+16)=332 548.39
10 Mb/s獨享帶寬能支撐的同時在線人數(shù)為：
10×1 024×1 024/332 548.39=31
也就是說如果一個學(xué)習(xí)平臺有31個人，為了能支持這31個人同時在線，則至少需要10 Mb/s的帶寬。當(dāng)然，以上數(shù)據(jù)都是理論值，實際數(shù)據(jù)在理論值之下。經(jīng)過具體實踐分析，設(shè)置的幀速率、流文件的像素大小還有文件格式都會影響帶寬。如果是相同的分辨率，碼流越大，壓縮比就越小，畫質(zhì)就越清晰，同樣需要的帶寬也就越大，相同帶寬下支持的在線人數(shù)也就越少。
對監(jiān)控視頻來說還有一個十分重要的函數(shù)，那就是關(guān)鍵幀的設(shè)置。關(guān)鍵幀的設(shè)置保證了視頻的有效性，一定程度上反映了視頻的刷新速率，所以在很大程度上依托于實際帶寬情況。關(guān)鍵幀的設(shè)置也在一定程度上解決了因傳輸數(shù)據(jù)量過大而造成的排隊現(xiàn)象，以及存儲過程中復(fù)雜的處理過程等，這些問題時常會誘發(fā)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控中延時現(xiàn)象的發(fā)生。設(shè)置傳輸?shù)囊曨l關(guān)鍵幀可以根據(jù)實際的帶寬情況來設(shè)置，關(guān)鍵幀數(shù)值越小帶寬使用率越大，反之關(guān)鍵幀數(shù)值越大帶寬使用率越小。對畫面質(zhì)量要求高的視頻監(jiān)控可以設(shè)置相對數(shù)值較小的關(guān)鍵幀。
5應(yīng)用效果分析
本系統(tǒng)運用了相對先進與成熟的技術(shù)，在一定程度上縮小了網(wǎng)絡(luò)教學(xué)與傳統(tǒng)面授課堂的差距。且采用B/S架構(gòu)，對同樣普遍采用B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)平臺來說具有很好的兼容性，可以達到系統(tǒng)間的無縫對接。
參考文獻［6］中將“網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)監(jiān)控”一詞的概念界定為“通過提高學(xué)習(xí)效果和質(zhì)量而達到學(xué)習(xí)目的，充分利用計算機網(wǎng)絡(luò)和遠程通信功能，對學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)活動進行計劃、檢查、評價、反饋并根據(jù)反饋結(jié)果對網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)做出相應(yīng)的控制和調(diào)節(jié)的過程”。從概念上分析，本系統(tǒng)并未完全解決網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)監(jiān)控這一問題。然而監(jiān)控方式分為外部監(jiān)控與內(nèi)部監(jiān)控，本文所論述的技術(shù)主要解決了外部監(jiān)控來達到使網(wǎng)絡(luò)教學(xué)更為貼近傳統(tǒng)面授課堂。同時本系統(tǒng)很好地解決了外部監(jiān)控涉及的問題，將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)課堂學(xué)習(xí)更相近，可方便教師考慮后繼的教學(xué)設(shè)計問題，且應(yīng)用效果良好，具有一定的市場推廣價值。
6結(jié)論
網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控作為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和視頻監(jiān)控技術(shù)融合的產(chǎn)物，隨著技術(shù)的進步不斷得到發(fā)展，作為數(shù)字校園的重要組成部分，在教學(xué)管理生活中發(fā)揮越來越大的作用，很多教學(xué)活動都離不開視頻監(jiān)控的支持，網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控在數(shù)字校園的大環(huán)境中也必將繼續(xù)發(fā)揮更大的作用［3］。
B/S架構(gòu)下的Flex加Red5的視頻播放技術(shù)使遠程監(jiān)控系統(tǒng)的推廣使用更加便捷高效，加之智慧校園的建設(shè)需求，該系統(tǒng)的設(shè)計思路有很大的市場應(yīng)用前景，其實現(xiàn)也很大程度上推進了教育信息化建設(shè)。隨著設(shè)備更新?lián)Q代，本文所提供的設(shè)計思路會得到更好的支撐。視頻監(jiān)控技術(shù)需要大量的資金投入來支撐設(shè)備供需，加上學(xué)習(xí)環(huán)境需要提供多路視頻，如何降低成本同時更好地提供視頻播放，是系統(tǒng)后期維護過程中需要不斷更進的一項研究。
參考文獻
?。?］ 洪寶林.基于Bb教學(xué)平臺進行學(xué)生網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)狀態(tài)監(jiān)控初探［J］.人力資源管理,2010(9):41-42.
［2］ 秦浩,楊玉軍,胡青,等.建筑類專業(yè)技術(shù)人員繼續(xù)教育網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)監(jiān)控策略［J］.大學(xué)教育,2014(9):37-38.
?。?］葉金嶺,王青峰,余波.網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控在數(shù)字校園中的應(yīng)用研究［J］.計算機光盤軟件與應(yīng)用,2014(11): 251,253.
?。?］ 呂海東,陸永林.基于Flex和BlazeDS推技術(shù)實現(xiàn)WEB方式實時監(jiān)控系統(tǒng)［J］.自動化技術(shù)與應(yīng)用,2010,29(1):34-36.
?。?］ 鄧夢德.Flex在遠程教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用研究［J］.現(xiàn)代教育技術(shù),2009,19(9):92-94.
?。?］ 琚超.網(wǎng)絡(luò)教育的學(xué)習(xí)監(jiān)控探析［J］.河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版）,2010,2(1):41-44.