第三章远程教育技术系统的结构与模式ppt课件.ppt
第三章 远程教育技术系统的结构与模式,学习目标,1、掌握远程教育技术系统的基本构成，能够对一个实际的远程教育技术系统的结构与功能进行分析。2、了解远程教育技术系统中涉及的信息处理技术与信息传输技术及其在远程教育中的应用形式与功能。3、理解现代远程教育三种技术模式的特点，能够对一个实际的远程教育系统的技术模式进行分析。,知识结构,第一节 远程教育技术系统的基本结构,远程教育的技术系统就是远程教育系统的软硬件系统。从工程实践的角度来看，远程教育系统大体上可以由通信网络、终端设备和教学资源等三部分组成 。通信系统和终端设备构成了远程教育系统的硬件基础，教学资源则是远程教育系统的软件基础。,远程教育技术系统的结构,一、通信网络,通信网络处于系统的中心位置远程教育的通信网络几经变迁，从广播电视教育网络教育移动教育目前，现代远程教育技术系统的通信网络是一个融合了卫星广播网、计算机网络、有线电视网以及邮电通讯网的综合网络系统。为了支持信息量极大的多媒体学习材料的传递，在条件允许的情况下采用宽带网络系统是最佳选择。,二、终端设备,功能：接收教学信息以供学生学习；对教学信息进行加工、处理，以满足教学的需要；作为一个网络的接入端口将教学信息发送至网上，供其他用户使用。远程教育系统的终端设备主要是负责教育信息的处理、传播和接收工作。,二、终端设备,常见的终端设备：计算机，电视机，手机，PDA，电子书包等,三、教学资源,教学资源是远程教育系统的核心内容。教学资源为远程学习创设一个虚拟的课堂环境，提供学生学习的材料，管理学习活动，以及给出学生学习结果的评价等等。例如：供学生学习的丰富的教学材料，对教学活动进行组织管理和对教学成果进行评价的软件系统等等都属于教学资源的范畴。,第二节 远程教育中的信息技术,现代远程教育中涉及的关键信息技术按照功能来划分可以分为：信息处理技术信息传输技术,一、远程教育中的信息处理技术,（一）多媒体数据压缩编码技术（二）网络信息发布技术,（一）多媒体数据压缩编码技术,衡量一种压缩技术的好坏主要综合考虑三个指标：压缩比要大；算法要简单，压缩/解压缩速度快，能够满足实时性要求；压缩损失要少，即解压缩的效果要好。数据压缩的技术核心是压缩算法，目前常用的压缩方法有两类：无损失压缩（又称冗余压缩法或熵编码法），主要用于文本和数据压缩，典型的有Huffman算法、游程编码。有损失压缩（熵压缩法），主要用于图像和声音的压缩，常用的有模型编码、矢量量化、子带编码等，如用于静态图像压缩的JPEG,（一）多媒体数据压缩编码技术,国际标准化组织（ISO）、国际电子学委员会（IEC）、国际电信协会（ITU）等国际组织，领导制定了三个有关多媒体数据压缩编码的国际标准：JPEG标准，H.261，MPEG标准。静态图像压缩标准 JPEG 是适用于彩色和单色多灰度或连续色调静止图像的数字压缩国际标准。视听通信编码标准H.261标准全称为“Video Code for Audio-Visual Services at p*64kbit/s（p=130）”，它具有覆盖整个ISDN（综合业务数字网）基群信道的功能，适合于有会话业务的活动图象压缩编码，广泛应用于会议电视和可视电话。,（一）多媒体数据压缩编码技术,动态图像压缩编码标准MPEG公布了多个版本，其中 MPEG4的压缩率可以超过100倍，且仍保有极佳的音质和画质；它更适合于交互式AV服务及远程监控。今后MPEG-4可能应用于多媒体电脑、掌上电脑、网络电视、远程视频监控、视频会议和可视电话等范围，具有广泛的适应性和可扩展性。目前，MPEG专家组又推出了专门支持多媒体信息且基于内容检索的编码方案MPEG7及多媒体框架标准MPEG21。,（二） 网络信息发布技术,1、WWW与FTP技术WWW技术在现代的远程教育中都运用WWW技术来发布多媒体的课件、教学信息学习者可以通过浏览多媒体页面进行学习，WWW还提供了“传统的”Internet服务，比如Telnet、FTP、E-mail和Usenet News等。,文件传输协议FTP（File Transfer Protocol）是Internet的传统服务之一。FTP使用户能在两个联网的计算机之间传输文件，它是Internet最主要的传递文件方法。,（二） 网络信息发布技术,2、Web交互技术通用网关接口（CGI，Common Gate Interface）Active Server Pages （简称ASP）在Microsoft的有关文档中ASP被描述为：一个服务器端的脚本环境，可以生成和运行动态的、交互的、高性能的Web服务器应用程序。ASP是目前公认的建立Windows NT动态站点最好的工具。,（二） 网络信息发布技术,Java Server Pages（简称JSP）JSP是SUN公司推出的类似于微软ASP的服务器端技术，它具有ASP的所有功能。由于它是基于JAVA虚拟机的，在大多数JSP引擎上使用的编程语言是JAVA（也有一些JSP/Servlet容器支持使用其他的编程语言来编写JSP，例如Resin，它支持JAVA和Javascript作为编程语言），所以可扩展性和可移植性很好，支持大多数系统平台。,（二） 网络信息发布技术,另外还有一些WEB交互技术，例如JDBC和RAD。JDBC是Java数据库接口，它使得Java程序与数据库连接更为容易。RAD （Rapid Application Development）工具的主要特点是具有图形开发界面和可视计算技术的支持，它有几十种代表性的工具，比如IntraBuilder、PowerBuilder。,（二） 网络信息发布技术,另外还有一些WEB交互技术，例如JDBC和RAD。JDBC是Java数据库接口，它使得Java程序与数据库连接更为容易。RAD （Rapid Application Development）工具的主要特点是具有图形开发界面和可视计算技术的支持，它有几十种代表性的工具，比如IntraBuilder、PowerBuilder。,（二） 网络信息发布技术,3、IP组播技术网络平台上开发了各种业务，如E-mail、Telnet、FTP、WWW等业务，这些都是点到点的数据传输；在Internet上开视频会议、听现场音乐会、看实况转播等，这些是点到多点或多点到多点的数据传输，需要采用IP组播（IP multicast）通信技术。,（二） 网络信息发布技术,IP组播：利用一种协议将IP数据包从一个源传送到多个目的地，将信息的拷贝发送到一组地址，到达所有想要接收它的接收者处。同单播（unicast）和广播（broadcast）相比，组播效率非常高，因为任何给定的链路至多用一次，可以节省网络带宽和资源。,（二） 网络信息发布技术,单播与组播的区别：单播环境里，视频服务器依次送出n个信息流，由网络中的用户接收，共需要n*1.5Mbit/s的带宽；例如：服务器处于10Mbit/s的以太网内，67个信息流就占满了带宽；若在一个高速的以太网里，最多只能容纳250300个1.5Mbit/s的视频流，所以服务器与主机接口间的容量是一个巨大的瓶颈。组播环境里，不论网络中的用户数目有多少，服务器发出的一个视频流，由网络中的路由器或交换器同时复制出n个视频流，广播到每个用户，仅需1.5Mbit/s的带宽。,（二） 网络信息发布技术,单播与组播的区别：,（二） 网络信息发布技术,IP组播的特点和优势：能够有效地节省网络带宽和资源，管理网络的增容和控制开销，大大减轻发送服务器的负荷，从而高性能地发送信息。组播传送的信息能同时到达用户端，时延小，且网络中的服务器不需要知道每个客户机的地址。IP组播技术有效地解决了单点发送到多点、多点发送到多点的问题，实现了IP网络中点到多点的高效数据传送，能够有效地节约网络带宽、降低网络负载，基于IP组播技术可以很好地开展流媒体、视频等各种宽带增值业务。,（三）流媒体技术,目前，流媒体技术广泛的应用于多媒体新闻发布、在线直播、网络广告、电子商务、视频点播、远程教育、远程医疗、网络电台、实时视频会议等互联网信息服务的方方面面。流媒体技术的应用将为网络信息交流带来革命性的变化，同时也给现代远程教育带来了新的机遇。,（三）流媒体技术,1 流媒体的概念是指在Internet/Intranet中使用流式传输技术的连续媒体，如：音频、视频或多媒体文件。流媒体实现的关键技术就是流式传输。采用流媒体技术，能够有效地突破低比特率接入Internet方式下的带宽瓶颈，克服文件下载传输方式的不足，实现多媒体信息在Internet上的流式传输。,（三）流媒体技术,与传统媒体不同之处:流式媒体在播放前并不下载整个文件，只将开始部分内容存入内存，流式媒体的数据流随时传送随时播放，只是在开始时有一些延迟。例如:两个人传递看书,（三）流媒体技术,特点1）流媒体的数据文件体积小;2）流媒体最显著的特征是“边下载，边播放”. 即用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或十数秒的启动延时即可进行观看。,（三）流媒体技术,优越性免除了长时间等待的痛苦文件体积小,节约了存储空间,及对带宽的要求能实现网络实时广播,实时多点广播可以实现多媒体的集成(SMIL),（三）流媒体技术,流媒体的应用互联网多媒体新闻发布在线直播视频点播远程教育实时视频会议等,（三）流媒体技术,实现流式传输有两种方法：实时流式传输（Realtime streaming）顺序流式传输（progressive streaming）,（三）流媒体技术,1.顺序流式传输顺序流式传输是顺序下载，在下载文件的同时用户可观看在线媒体，在给定时刻，用户只能观看已下载的那部分，而不能跳到还未下载的前头部分，顺序流式传输不象实时流式传输在传输期间根据用户连接的速度做调整。由于标准的HTTP服务器可发送这种形式的文件，也不需要其他特殊协议，它经常被称作HTTP流式传输。,（三）流媒体技术,顺序流式传输比较适合高质量的短片段，如片头、片尾和广告，由于该文件在播放前观看的部分是无损下载的，这种方法保证电影播放的最终质量。对通过调制解调器发布短片段，顺序流式传输显得很实用，它允许用比调制解调器更高的数据速率创建视频片段。尽管有延迟，毕竟可让你发布较高质量的视频片段。,（三）流媒体技术,优点:顺序流式文件是放在标准HTTP 或 FTP服务器上,易于管理，基本上与防火墙无关。缺点:顺序流式传输不适合长片段和有随机访问要求的视频，如：讲座、演说与演示。它也不支持现场广播，严格说来，它是一种点播技术。,（三）流媒体技术,2.实时流式传输实时流式传输指保证媒体信号带宽与网络连接匹配，使媒体可被实时观看到。实时流与HTTP流式传输不同，他需要专用的流媒体服务器与传输协议。,（三）流媒体技术,实时流式传输需要特定服务器，如QuickTime Streaming Server、RealServer与Windows Media Server。这些服务器允许你对媒体发送进行更多级别的控制，因而系统设置、管理比标准HTTP服务器更复杂。实时流式传输还需要特殊网络协议，如：RTSP (Realtime Streaming Protocol)或MMS (Microsoft Media Server)。,实时流式传输的优缺点：优点: 实时流式传输总是实时传送，特别适合现场事件，也支持随机访问，用户可快进或后退以观看前面或后面的内容。理论上，实时流一经播放就可不停止，但实际上，可能发生周期暂停。缺点:实时流式传输必须配匹连接带宽，这意味着在以调制解调器速度连接时图象质量较差。由于出错丢失的信息被忽略掉，网络拥挤或出现问题时，视频质量很差。协议在有防火墙时有时会出现问题，导致用户不能看到一些地点的实时内容。,（三）流媒体技术,3.流媒体文件格式现在最为流行的流媒体主要是微软、Real Networks和Apple公司提供的。,（三）流媒体技术,在应用流媒体的时候，除了这些常用的文件格式类型，还有一些发布文件 ，例如：RAM、ASX。发布文件本身不是音影文件，它们的作用在于给出真正流媒体文件所在的位置，其实这个文件在流媒体播放的过程中也不是必需的。常用的发布文件格式。,（三）流媒体技术,常用的发布文件格式,（三）流媒体技术,流媒体技术是一个综合的技术，它包括采集、编码、传输、储存、解码等多项技术。流媒体应用系统一般由编码端、服务器端和用户终端三部分组成。,（三）流媒体技术,流媒体在远程教学中的应用：实时教学，模拟教学环境非实时教学，使用流媒体中的VOD（视频点播）技术 例如：微软公司内部大量使用了其自己的流技术产品作为其全球各分公司间员工培训和交流的手段。,（四）其他信息处理技术,1、智能代理技术2、数据挖掘技术3、虚拟现实技术4、信息推送技术,（四）其他信息处理技术,1、智能代理技术广义的智能代理包括人类、物理世界中的移动机器人和信息世界中的软件机器人。狭义的智能代理则专指信息世界中的软件机器人，它是代表用户或其他程序，以主动服务的方式完成一组操作的机动计算实体。,（四）其他信息处理技术,1、智能代理技术在现代远程教育环境下，可以调动多种教学手段，包括讲解、演示、练习、实验和考试等。其中，练习和实验是智能代理大有作为的地方。智能代理可以作为虚拟的教师、虚拟的学习伙伴、虚拟的实验室设备、虚拟的图书馆管理员等出现在远程教育系统中，增加教学内容的趣味性和人性化色彩，改善教学效果。,（四）其他信息处理技术,2、数据挖掘技术数据挖掘的目标是从大量数据中，发现隐藏于其后的规律或数据间的关系。例如：利用数据挖掘技术，通过对记录学生学习过程的系统日志日志的分析挖掘，可以找出学生行为模式,（四）其他信息处理技术,2、数据挖掘技术利用数据挖掘算法，可以发现相似学习者群体、相关Web页面等。在这些挖掘结果基础上，教师可以根据群体分类进行有针对性的教学，网站设计者可以根据情况对网站设计布局进行调整分析，从而使教学组织更加合理规范。此外，可以将Web访问日志的挖掘和其他的Web内容和Web链接结构挖掘结合起来用于Web页面的等级划分、Web文档的分类和多层次Web信息库的构造等方面，从而提供给用户更加满意的服务。,（四）其他信息处理技术,3、虚拟现实技术（Virtual Reality）虚拟现实技术一门崭新的综合性信息技术，融合了数字图像处理、计算机图形学、多媒体技术、传感器技术等多个信息技术分支。虚拟现实技术是用计算机模拟的三维环境对现场真实环境进行仿真，用户可以走进这个环境，可以控制浏览方向，并操纵场景中的对象进行人机交互。,（四）其他信息处理技术,3、虚拟现实技术虚拟现实技术能够为学生提供生动、逼真的学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，在虚拟环境中扮演一个角色，这对调动学生的学习积极性，突破教学的重点、难点，培养学生的技能都将起到积极的作用。,（四）其他信息处理技术,4、信息推送技术（Push Technology） 信息推送技术可以使用户不用再在网上盲目的点击和游荡，而是像收看广播电视一样，有目的地进行阅读和预取。因而它将从根本上改变因特网上信息的获取方式，是第三代浏览器的核心技术。,（四）其他信息处理技术,4、信息推送技术Push系统可以作为远程教育的教师、辅导员、实验员、图书管理员等出现在远程教育系统中，增加教学的趣味性和人性化色彩，改善教学效果。例如：目前，世界上最著名的Dialog系统已经开始向用户配置使用一个称为“Live Wire”的新的Push软件，使用户可自动享用来自Dialog和Profound的经过精选的信息服务。国内图书情报界有基于E-mail将Push信息服务应用到图书管理软件中去的。,二、远程教育中的信息传输技术,远程教育中应用的信息传输技术主要包括：（一）有线电视网络传输技术（二）卫星通信技术（三）计算机网络技术（四）网格技术,（一）有线电视网络传输技术,有线电视系统的组成主要由天线系统、前端系统、干线传输系统、用户分配网络构成,（一）有线电视网络传输技术,各部分主要功能天线系统: 接受无线电波，并将接受到的高频电视信号馈送给前端系统。（直接影响接受的信号质量）前端设备: 将来自天线的高频电视信号和电视台自己开办节目的电视信号进行必要的处理，然后对信号进行混合并发送到干线传输网络中去。,（一）有线电视网络传输技术,干线传输网络: 将经过混合的多套广播电视节目发送到用户分配网络。用户分配网络: 接收干线上的高频电视信号并将其分配到千家万户。（包括分配器，用户线和用户终端盒等）,（一）有线电视网络传输技术,随着广播电视数字化的发展，CATV（有线电视，或电缆电视）的数字化也已经开始。数字电视，简而言之就是指从演播室到发射、传输、接收的所有环节都是使用数字电视信号或对数字电视信号进行处理和调制的全新电视系统。,（二）卫星通信技术,卫星通信是利用卫星作为中继站来转发或反射无线电信号，在两个或多个地面站之间进行的通信。它是地面微波接力通信的继承和发展，是微波接力通信的一种特殊形式。,（二）卫星通信技术,通信卫星工作的基本原理如图所示,（二）卫星通信技术,优点:不受天气、地貌的限制覆盖面大通信质量稳定可靠容量大在远程教育领域主要用于实时和非实时传播教师授课的音视频信号，发送相关数据。,（二）卫星通信技术,利用卫星传输数字电视有两种方式:一是将数字电视信号传送到有线电视前端，再传送到用户家中，我国目前采用的就是这种方式 (转发器功率较小，需要较大的接收天线，在远程教育领域中适用于各远程站点的有线电视网络前端) ；二是将数字电视信号直接传送到用户家中，即卫星直播电视（DTH）方式(转发器功率较大，可用较小的天线接收（一般在米以下），普通家庭可以使用，在远程教育领域中适用于各具体用户)。,（二）卫星通信技术,DTH系统不仅仅是一个硬件设备，它还包括大量的操作系统和应用软件，它可以进行电视音视频信号的实时传输外，还可开展许多电视业务之外的数字信息服务，目前我国的香港和台湾已建立了能提供数据服务的DTH平台。,（三）计算机网络技术,1、ATM交换技术2、帧中继交换技术3、视频会议技术,（三）计算机网络技术,3、视频会议技术视频会议又称为会议电视、视讯会议，是利用电视和通信网络召开会议的一种多媒体通信方式。视频会议通过可视化的、实时的、双工的、交互的形式实现了在不同地理位置上人们的相互交流，包括在网络上的点对点、一点对多点、多点对多点的语音、图像、图形、动画、视频、数据的传递与交流。视频会议系统主要由终端设备、传输信道（通信道）、多点控制单元MCU（Multipoint Control Unit）以及控制管理软件等组成。,视频会议系统结构图,（三）计算机网络技术,3、视频会议技术特点：实时性好、交互性强是目前用于远程教育系统中实现异地实时授课的有效的手段之一。,（四）网格技术,网格是高性能因特网、传感器网和工作平台网三者的综合集成。网格技术关注如何有效安全地管理和共享连接到Internet上的各种资源，并提供相应的服务，网格所关注的问题无论从范围、程度还是本质上都已经与互联网所关心的互连问题有了很大的不同。网格强调的是全面地共享资源、全面地应用服务。互联网新浪潮的实质，就是要将万维网（World Wide Web）升华为网格（Great Global Grid），即实现WWW到GGG的变革。,（四）网格技术,网格技术在远程教育中的应用研究还不是很成熟，但是基于网格技术一系列优点，比如资源的分布性与共享性、动态性与异构性等，网格技术进入远程教育领域以后，会给原有的远程教育系统带来很大的改变和优化，更好地实行个性化学习、协作式学习。,第三节 现代远程教育的几种技术模式,一、基于有线电视网的远程教育模式二、基于卫星通信的远程教育模式三、基于计算机网络的远程教育模式,一、基于有线电视网的远程教育模式,我国有线电视网的特点：覆盖面广、入户率高、频带宽的特点，有利于传输数字化多媒体教学信息。例如：清华大学信息科学技术学院开发的基于有线电视网的宽带多媒体数据广播系统，是适合中国国情的远程教育方案之一。基于有线电视网的远程教育形式有其独特的优势，就是有线电视网有入户率高、覆盖面广、频带宽，接入方式也比较多，有机顶盒、Cable Modem和PC卡三种方式。它的缺点在于实现双向交互比较困难。,一、基于有线电视网的远程教育模式,有线电视系统在远程教育上的应用主要有：传统应用：利用现有有线电视系统的电视节目广播功能，将教学节目送入有线电视的前端系统，然后通过现有的传输和分配网络送到千家万户，使更多的人能获得受教育的机会多媒体应用：利用VBI多媒体数据广播技术，通过中央电视台七套发射台上行至亚太1A卫星覆盖全国，传输速率相当于电话线传输的8-10倍，用户只需具备计算机及信息收接卡，就可以通过当地有线电视网络及小区闭路电视网络进行信息接收。用户可以根据自己要求进行浏览、整理，还可以在网络中实现资源共享。,一、基于有线电视网的远程教育模式,交互电视：是数字电视广播技术和数字信息技术相结合的产物，它将电视传播方式与信息技术结合于一身，将是远程教育的一种新型的有效的技术模式。,一、基于有线电视网的远程教育模式,交互电视远程教育系统基本结构,二、基于卫星通信的远程教育模式,卫星在远程教育中的应用主要有两大方面 ：一是利用卫星的宽带广播功能开展以图像和声音为主的单向教学活动；二是利用卫星电路实现数据的交互。基于卫星通信模式的远程教育系统是由卫星主站（双向站）与分布在其他地方的卫星子站（单向接收站）、卫星转发器及卫星通讯信道共同组成的远程教育系统，如图所示。图3-3-2 基于卫星通信的远程教育系统的结构,二、基于卫星通信的远程教育模式,基于卫星通信的远程教育系统的结构,二、基于卫星通信的远程教育模式,目前广泛应用“外交互式”宽带卫星因特网接入系统DirecPC系统。所谓“外交互式”卫星通信，就是指将信息传输的上下行通道分离，下行利用宽带卫星信道，上行采用电话Modem、ISDN、DDN、ADSL等其他方式，充分利用互联网上信息传输的不对称性，实现整个通信过程，具有良好的实时性、交互性，是一种集卫星宽带广播和地面回传无缝结合的经济型远程教育解决方案。,二、基于卫星通信的远程教育模式,基于卫星通信远程教育系统基本结构,三、基于计算机网络的远程教育模式,计算机网远程教育是指通过Internet或局域网（校园网）实现全球范围或区域范围的课程传送和教学。基于计算机网络的远程教育系统既保留了传统电教的形象生动、不受时空限制等优点，又有相互访问、直接双向交流的特点。同时通过人机间的协同工作提高了学习效率，由被动学习转向主动学习，彻底改变了传统的学习方式。此系统是一个由硬件、软件及教学资源组成的有机一体化系统。一个基于计算机网络的远程教育系统应具有以下几大类设备：1、接入设备 2、交换设备 3、服务器设备4、课件制作与开发设备 5、双向交互式同步教学设备,三、基于计算机网络的远程教育模式,基于计算机网络的远程教育系统可以建立一个非常好的双向交互的教学环境。在远程教育的网络系统中，可以进行实时或非实时的交互。这种开放式具有较好双向功能的远程教育系统，不仅适应于在校学生的校园网上学习，随着计算机网络不断发展与延伸，更能满足社会上在职员工及需要进行继续学习的各类人员的学习需求。,三、基于计算机网络的远程教育模式,基于计算机网的远程教育的教学方式可以分为：同步式远程教学：利用模拟真实课堂教学方式的双向实时地开展交互式网上教学的方式，当前比较先进的方法是采用数字的视频会议技术，电子白板和聊天室的形式也属于同步方式 。异步式远程教学：采用基于网络技术的多媒体平台，将教学资源存放在信息服务器中，学生可通过网络进入这些教学平台，进而进行学习的方式。BBS、电子邮件、新闻组、视频点播等形式都属于异步方式。,
