创建移动学习的多媒体组件

时间:2024-01-08 点赞:45507 浏览:88281 作者原创标记本站原创

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摘 要 :该文提出了一个基于模板的生成多媒体组件的方案,适用于应用计算机或移动设备的教学.该研究领域结合了计算机科学、移动设备和电子学习的研究,被称为移动学习或者M-Learning.研究的目标是为处于任何地点的学习者提供获取电子学习资料的途径,让学习内容更适合移动设备的特点、交流环境、学习者的知识和喜好.该技术解决方案将充分发挥移动设备的潜力,广泛应用于教育领域.

关 键 词 :M-Learning 移动设备 MPEG-21标准 多媒体数据库

中图分类号:TP393 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2014)10-2381-04

Abstract: The paper proposes a solution to generate template based multimedia ponents for instruction and learning ailable both for puter based applications and for mobile devices. The field of research is situated at the intersection of puter science, mobile tools and e-learning and is generically named mobile learning or M-learning. The research goal is to provide access to puter based training resources from any location and to adapt the training content to the specific features of mobile devices, munication environment, users’ preferences and users’ knowledge. To bee important tools in education field, the technical solutions proposed will follow to use the potential of mobile devices.

Key words: M-learning; Mobile devices; MPEG-21 standard; Multimedia databases

移动学习是指学习者学习的位置不固定或者学习者借助移动技术获得知识的过程[1].现有的移动设备和技术应用于教学有以下优点:移动设备拥有大量的用户;移动设备具备多媒体性能;移动设备几乎时刻与通信网络连接在一起,而且很容易获得[2].移动设备的迅速发展和广泛使用解除了学习者学习时间和地域的限制,使得学习在任何时间、任何地点都可以发生[3].移动设备的多样性和个性化以及学习者学习目标的多样性也给移动学习造成了很多技术困难.

本文提出的解决方案旨在建立一个系统,该系统可以动态地给每一位学习者根据移动设备的特性和学习者的喜好提供学习内容.该方案的主要优点是:减少授课所需时间,降低授课成本,提高授课效率.

1.实现移动学习的移动技术

我们将学习的可移动性从技术角度可以分成不同种类.从此角度看,这种可移动性是指学习应具有便于携带的和可移动的技术特点.

1.1移动技术的分类

我们按照个人式还是共享式,便携式的还是固定式的两个坐标来对移动技术进行分类(见图1)[4][11].位于第一象限的是便携式个人设备,包括移动、PDA、平板个人电脑和笔记本电脑.我们称这些设备为个人设备是因为这些设备一般情况下都只支持单个人使用.这些设备可以通过联网进行信息的交流,所以它们虽然是个人设备,但这些设备间可以共享信息.这就是可携式个人技术.

有一些技术的移动性并不像移动和PDA那样便于携带,但是仍然可以在学习过程中提供个性化的互动.从第二象限看,包括传统教育系统中每个学生个体所使用的设备.这种技术是固定式的,因为它只能在固定地点使用,而每个使用者都拥有自己的设备、账户和资料.在第三象限,我们列出了电子白板、视频会议设备等技术,它们具有共享式特点,并且由于体积庞大而不便携带.在第四象限里所列举的这些技术可以提供学习内容,即使这些设备本身在位置上是不方便移动的.这种技术的设备包括电子信息导航站、交互式博物馆展示仪等等.在使用这类设备学习过程中,学习者是移动着的而设备是相对固定的.这种设备可以让多个学习者共享学习内容同时也是可移动的.由此可见,移动技术包含了所有第1、2、4象限所列出的设备.

1.2移动学习的多媒体解决方案

移动学习是与应用移动通信技术的移动设备相关的,这些设备包括:移动,PDA,可编程的电脑,iPod,个人视频播放器和数码视频相机.

移动学习中的多媒体解决方案主要有[5]:

虚拟现实技术和环境模拟,它们可以为教学以及互动的运用提供综合的解决方案.虚拟现实技术能模拟出有限的或开放的空间,在其中应用多种互动.

交互式软件程序能够通过模拟各种实践的真实情境来促进教学过程.

利用计算机设备和多媒体仪器,可以收集并解释来自现实世界的不同媒体信息.这种情况下为教学通常使用的解决方案如:认识植物园、动物园、河流等.

移动应用软件提供了更好的控制环境,并能很好地弥补移动设备的不足,比如:间歇性通信连接的存在,有限的通信网络带宽、有限的存储空间和缺乏多样性相互工具.应用软件的使用能够比经典学习解决方案,更大可能地在学习过程中提供更完善的社会经验[10]. 移动技术已开始在学习和教学过程中广泛使用.为教育开发一个合适的移动系统是必要的,以满足一定的需求.其中最重要的需求有:

使用情境信息来帮助适应多媒体资源的技术条件和具体每个用户学习水平和培训需求.

确保灵活性和机动性,能够让用户参与教育过程中的活动,并且能同教学过程外的活动联系在一起,给学生提供离开教室的可能性而且可以组织一些不同于学校日程安排的活动.

很有必要运用充足、改进的软件工具来记录、检索和组织移动学习的经验.

移动学习的多媒体数据

在过去几年由于因特网的快速发展,在教育中也大量运用到多媒体应用的开发.所以,对多媒体技术领域研究的重要性也不断提高.由于多媒体数据的特点,对它们的管理和查询技术也不同于传统的数据.

1.3多媒体数据的特性

把多媒体数据作为使用对象在移动学习系统中是一个巨大的挑战.从许多方面来看多媒体数据都是异构的:

有一些数据存在时变,也有一些是与时间无关的;

多媒体数据使用不同的数据表示格式;

有些数据是结构化的,而有一些是非结构化的或者表现为半结构化的数据流;

有些数据类型可以在短时间内进行远距离传输,而有些则需要很长的传输时间.

我们可以把移动学习多媒体系统看成是一系列的软件组件,其中包含着如图片、文本、视频和音频序列等多媒体元素的集合,并且在系统中的每一个组件中都用空间和时间信息来描述多媒体元素的位置.

如果我们选择手工创作多媒体培训材料的话,就必须在培训组件中明确规定每一个多媒体元素:文本、视频、音频和动画,及它们必须出现的地点和时间.在这种情况下,当用户发生变化时,我们每一次都必须修改培训组件或对同一培训组件建立不同的版本.如果我们必须要对多媒体培训组件修改一些元素,或者想在不同的平台上使用同一个组件,比如在因特网平台上,在具有各种功能的移动设备平台上,或者说培训组件要配合用户的喜好的话,那么我们就有必要为相同的多媒体培训组件创建不同的版本.

2.基于模板的多媒体工具的创建

当需要更新或更换培训内容时,有一种解决方案就是建立模板并使用它们在各种情况下自动产生新的培训材料或自动重建培训材料.为此,我们必须建立一个语义系统,该系统包含了多媒体教学要素和每一个要素的语义特征间的关系.我们利用该系统来自动建立复杂的系统,适应一定的准则,但教育的信息保持不变.

多媒体内容的描述要对具体细节表述进行抽象,要表明多媒体元素的语义关系.利用这些信息,我们就可能根据语义关系,建立教育资料.我们可以自动产生不同的多媒体教育资料,可以有用软件或硬件平台来管理教育资料的功能,有关于用户的不同喜好的功能,及关于通信网络类型的功能.

基于模板的多媒体培训资料的生成使用了多媒体内容描述来创建教育资料.我们提出了一个基于网页的方案,它可用于移动系统和非移动系统.这个问题应当使用一些转换规则和一系列可以为我们最终展示多媒体的约束条件.网页浏览器能够处理视频流、音频序列、显示在用户终端上的静态图片及每一个多媒体元素的时间轴.因此处理过程发生在客户机端,而不在服务器端.我们要将由于通信网络的不稳定性造成的影响减到最小,从而确保最终显示的高质量.

2.1 移动学习系统的多媒体编辑中MPEG-21 标准的使用

MPEG-21是动态图像专家组 (MPEG)的ISO/IEC 21000标准,它给多媒体定义了一个开放的框架.MPEG-21的作用在于我们可以建立多媒体传输及使用的标准设备.然而没有一个架构来描述这些元素之间的相互作用.MPEG-21标准的目标就是给多媒体定义一个开放的框架,允许透明使用,能够在多媒体资源控制方面有良好的性能表现,能够使用多种不同的网络、设备和移动设备.MPEG-21为多媒体数据的传输和使用提供了开放支持[6].

MPEG-21给多媒体信息和服务提供了标准,包括从内容开发到向终端用户的传递.在这些过程中我们必须要识别、描述、管理和保护多媒体内容.多媒体内容的传输可以通过不同的网络在不同种终端间进行. MPEG-21标准有两个重要的概念:传递和交换的基本单元,即数字项,和数字项交互的用户.数字项是一个具有标准结构和相关元数据的数字对象.数字项既包含了多媒体资源、内容,又包含了与资源相关的元数据.

任何与MPEG-21多媒体框架标准环境交互式使用MPEG-21数字项实体的个人或团体都可以看作是用户.用户可以通过发布或传递等不同方法来处理多媒体内容.通常使用者拥有一些特定的权利和义务,和MPEG-21标准的其他用户互动技术的功能[7].

我们之所以选择MPEG-21数据项标准是因为该标准给多媒体内容描述提供了通用工具,给多媒体教育组件内容开发提供了标准.

用于数据项描述的MPEG-21组件具有如下意义:

项是MPEG-21数字元的声明形式,一个项由一组子项或者具有相关描述符的元素组成;

描述符包含项的相关信息,如活动;

组件将资源和所有相关描述符链接在一起,并且包含了一个资源所有部分的信息;

资源是指可以通过地址识别的单个元素,它可以用来识别视频序列和静态图像.

2.2 基于模板的培训资料生成的技术解决方案

我们可以使用XSLT(扩展样式表转换语言)文件来转换基于XML的HTML (超文本标记语言)文件中的MPEG-21文件,这样可以根据现有资源或用户喜好,来生成或修改内容.在运行时,能够动态地生成XML格式的MPEG-21文件.MPEG-21文件描述了多媒体网页显示中的数字项.根据XML文件附带的图解,我们把HTML文件中的MPEG-21文件进行转换. 我们使用C#方案来建立并实现系统.在生成并格式化MPEG-21文件时,我们使用了XmlTextWriter类,方法如下所示:

xw等于new XmlTextWriter( Server.MapPath ("Presentation.xml"), System.Text.Encoding.UTF8);

xw.WriteStartDocument(true);

xw.Formatting等于System.Xml.Formatting.Indented;

String PItext 等于 "type等于'text/xsl' href等于'prez.xslt'";

xw.WriteProcessingInstruction("xml-stylesheet", PItext);

xw.WriteStartElement("DIDL","urn:mpe

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g:mpeg21:2002/01-DIDL-NS");

xw.WriteAttributeString("xmlns","xsi",null,"http://.w3./2001/XMLSchema-instance");

xw.WriteAttributeString("xsi","schemaLocation",null,"urn:mpeg:mpeg21:2002/01-DIDL-NS mpeg-21.xsd")

xw.WriteStartElement("Item");

xw.WriteStartElement("Descriptor");

xw.WriteStartElement("Statement");

xw.WriteAttributeString("type","urn:mpeg:mpeg21:data-format:IPTCMime-TypeCS:text/xml");

等等等等等

xw.WriteStartElement("tr");

xw.WriteAttributeString("height","250");

xw.WriteAttributeString("width","800");

xw.WriteAttributeString("valign","top");

xw.WriteAttributeString("align","center");

xw.WriteStartElement("td");

xw.WriteEndElement();

xw.WriteStartElement("td");

xw.WriteStartElement("time","seq",null);

vant等于0;

for (int i等于0;i{ // add the images in the XML file

xw.WriteStartElement("link","LINK",null);

string imag等于((Imagini)al[i]).imag;

xw.WriteAttributeString("target","#"+imag.ToString()+"-text");

xw.WriteStartElement("time","img",null;

xw.WriteAttributeString("src","mpeg21-replacement");

string inc等于vant.ToString();

string dur等于Convert.ToString((((Imagini)

al[i+1]).nrframe((Imagini)al[i]).nrframe)/25;

xw.WriteAttributeString("begin","1");

xw.WriteAttributeString("dur",dur.ToString());

xw.WriteEndElement();

xw.WriteEndElement();

}

xw.WriteStartElement("link","LINK",null);

imag1等于((Imagini)al[al.Count-1]).imag;

xw.WriteAttributeString("target","#"+imag1.ToString()+"-text");

xw.WriteStartElement("time","img",null;

xw.WriteAttributeString("src","mpeg21-replacement");

xw.WriteAttributeString("begin","1");

xw.WriteAttributeString("dur","indefinite");

xw.WriteEndElement();

xw.WriteEndElement();

此代码创建了一个XmlTextWriter类的新实例,用于在网页服务器上创建并存入一个新的XML文件Presentation.xml.这些要素和下文中的MPEG-21文件的结构一致.根据XML文件附带的图解对HTML文件中的MPEG-21文件进行转换.我们定义了一个容器,储存多媒体元素的信息和每个多媒体元素显示的时间间隔.在运行显示期间,我们用这个容器使多媒体元素同步.元素名字和对应的多媒体资源间的连接是由MPEG-21格式中数字元描述来完成的.MPEG-21对图像组件的描述如下例子所示:

等等等等

利用MPEG-21 XML文件,我们就可自动生成HTML文件,为移动和非移动设备所使用,指令如下:

XPathDocument xmldoc 等于 new XPathDocument(Server.MapPath("Prezentare.xml"));

XslTranorm xslt 等于 new XslTranorm();

xslt.Load(Server.MapPath("Tranormari.xslt"));

XmlUrlResolver urlResolver 等于 new XmlUrlResolver();

urlResolver.Credentials 等于 CredentialCache.DefaultCredentials ;


xslt.XmlResolver 等于 urlResolver;

xslt.Tranorm(Server.MapPath("Prezentare.xml"), Server.MapPath("Prezentare."),urlResolver);

Response.Redirect("Prezentare.");

为了自动检测移动设备的硬件特性我们使用了标准化系统WURFL(Wireless Universal Resource File).使用系统中的信息,可以根据设备的技术条件对所要求的动态视频和静态图片这些媒体种类做出删选[8][9].图2就是一个基于模板创建的HTML文件,其中包含了同步文本、图片和视频.

3.结论

从本文所提出的方案可以看出,制作教学资料可以从一系列基于模板的多媒体资源开始,并且可以适用于不同的技术条件和用户喜好;改变一些可用资源的格式,也不会影响最终统一的显示,也可以将格式转换成移动设备可以使用的格式.该文提出的这种开放的、基于模板的标准化的解决方案,对于推广开发多媒体教育组件的方法提供了可能和保证.

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