網(wǎng)絡(luò)中控多媒體教室挖潛改造為遠(yuǎn)程互動(dòng)教室探討

陳王盛

華僑大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心 福建泉州 362021

網(wǎng)絡(luò)中控多媒體教室挖潛改造為遠(yuǎn)程互動(dòng)教室探討

陳王盛

華僑大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心 福建泉州 362021

簡要介紹和分析目前高校實(shí)時(shí)課堂資源難以實(shí)現(xiàn)共享的現(xiàn)狀及原因，為了達(dá)成共享的目的，考慮將多媒體教室挖潛改造為遠(yuǎn)程互動(dòng)教室以滿足需求。首先結(jié)合筆者單位已有的多媒體教室系統(tǒng)資源，對(duì)改造方案進(jìn)行可行性分析，然后通過實(shí)驗(yàn)對(duì)方案進(jìn)行技術(shù)實(shí)現(xiàn)和測(cè)試。結(jié)果表明：方案實(shí)現(xiàn)技術(shù)簡單、預(yù)算較低，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)課堂的遠(yuǎn)程互動(dòng)功能。

多媒體教室；網(wǎng)絡(luò)中控；實(shí)時(shí)資源共享；遠(yuǎn)程互動(dòng)

Author’s address Network and Modern Educational Technology Center of Huaqiao University, Quanzhou, Fujian, China 362021

1 引言

隨著多媒體教學(xué)應(yīng)用系統(tǒng)的日益普及，一大批優(yōu)秀的多媒體教學(xué)資源在各高校相繼建立，但如何實(shí)現(xiàn)課堂資源的實(shí)時(shí)共享卻始終是資源管理的一個(gè)難點(diǎn)。這個(gè)問題不但在多校區(qū)高校存在，在各校區(qū)內(nèi)部也同樣會(huì)有。尤其是在優(yōu)秀公共課程的設(shè)置上，各大高校不僅希望能夠開放課堂以滿足校區(qū)內(nèi)的選修要求，更希望能在跨校區(qū)間遠(yuǎn)程互動(dòng)開放，以在更大范圍實(shí)現(xiàn)資源共享的目標(biāo)[1-3]。

考慮到目前教室座位資源配置的緊張狀況，孤立教室的課堂開放基本上難以滿足需求，遑論跨校區(qū)的遠(yuǎn)程課堂共享。市面上雖有一些公司提出建設(shè)多教室聽課系統(tǒng)方案，但這些專用系統(tǒng)不僅造價(jià)高、遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)互動(dòng)能力差，且往往和現(xiàn)有多媒體中控系統(tǒng)不兼容，不太符合高校的實(shí)際應(yīng)用條件。

有鑒于此，綜合各高校與華僑大學(xué)實(shí)際情況，考慮將網(wǎng)絡(luò)中控多媒體教室改造為遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)互動(dòng)教室以滿足需求。改造方案既要充分挖掘現(xiàn)有多媒體教室系統(tǒng)的資源潛力，又要和現(xiàn)有系統(tǒng)兼容，還要滿足低預(yù)算、易實(shí)現(xiàn)的要求。

2 方案的可行性分析

要實(shí)現(xiàn)上述目的，首先要對(duì)高校現(xiàn)有的多媒體系統(tǒng)做一個(gè)詳細(xì)分析，以研究上述方案的可行性。

2.1 高校現(xiàn)有多媒體教室系統(tǒng)資源分析

目前各高校早期部署的多媒體教室系統(tǒng)大多經(jīng)過更新?lián)Q代，特別是多媒體中央控制器，新建的多媒體教室普遍采用新型網(wǎng)絡(luò)集成中控系統(tǒng)[4]，以達(dá)成簡化操作、集中控制、統(tǒng)一管理的建設(shè)目標(biāo)[5]。

通常，多媒體教室網(wǎng)絡(luò)集成中控系統(tǒng)（以下簡稱集成中控系統(tǒng)）包括教室端子系統(tǒng)和控制中心網(wǎng)管子系統(tǒng)。教室端子系統(tǒng)視外圍設(shè)備多寡配置不一，硬件方面可擴(kuò)展性較強(qiáng)，且能實(shí)現(xiàn)“一鍵”上下課功能；網(wǎng)管子系統(tǒng)則實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的集中管理與控制功能，應(yīng)用軟件比較豐富。以華僑大學(xué)為例，所采用的競業(yè)達(dá)集成中控系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多媒體教室集成中控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意

參看圖1，左側(cè)的教室端子系統(tǒng)以多媒體網(wǎng)絡(luò)中央控制器（以下簡稱網(wǎng)絡(luò)中控）、電源箱為中心，教師在現(xiàn)場通過控制面板（人機(jī)交互界面）按鍵觸發(fā)中控送出信號(hào)，控制對(duì)應(yīng)設(shè)備開關(guān)機(jī)或切換調(diào)節(jié)視音頻信號(hào)等。而圖1右側(cè)的集成控制中心則借助網(wǎng)管軟件通過網(wǎng)絡(luò)與各教室端中控交互通信，不但能實(shí)現(xiàn)對(duì)教室端的控制功能，還能實(shí)現(xiàn)參數(shù)配置修改等高級(jí)功能，從而完成集中控制、統(tǒng)一管理的任務(wù)。網(wǎng)絡(luò)中控是系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的核心設(shè)備，其主要接口如圖2所示。

由圖2可見，競業(yè)達(dá)網(wǎng)絡(luò)中控提供了一組視頻、音頻輸入監(jiān)控端口。中控采集監(jiān)控端口實(shí)時(shí)輸入的教室視音頻源信號(hào)，經(jīng)由合成、編碼后通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)端的控制中心。控制中心網(wǎng)管子系統(tǒng)對(duì)接收到的監(jiān)控視音頻信號(hào)進(jìn)行解碼，輸出視音頻信號(hào)至電視墻等顯示擴(kuò)音設(shè)備，使得管理人員能夠?qū)崟r(shí)觀察、了解教室情況，實(shí)現(xiàn)多媒體設(shè)備的安防、監(jiān)控等集中管理功能。目前，華僑大學(xué)多媒體教室均配備攝像頭，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。

該集成中控系統(tǒng)的軟件配置提供一套VGA信號(hào)采集軟件、一套雙視頻流接收軟件以及一套資源服務(wù)器軟件：采集軟件安裝在教室端計(jì)算機(jī)上以采集教師電腦的VGA課件圖像；雙視頻流接收軟件可以安裝在局域網(wǎng)上的任意一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，與安裝在控制中心的資源服務(wù)器軟件配合，能接收任一教室端的一路VGA信號(hào)并通過中控的監(jiān)控端口接收一路視音頻信號(hào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端實(shí)時(shí)雙視頻聽課的功能。

2.2 遠(yuǎn)程互動(dòng)教室改造方案的可行性分析

遠(yuǎn)程互動(dòng)教室系統(tǒng)的參與教室至少需要2間，本文所提出的改造方案要實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)功能主要包括：1）交互教室之間能夠穩(wěn)定地實(shí)時(shí)采集、互傳教師課件和視頻圖像，聽課教室接收、觀看授課教室的教師課件VGA圖像以及教師講課視頻，授課教室則收看聽課教室的學(xué)生場景；2）交互教室之間能夠穩(wěn)定地實(shí)時(shí)采集、互傳音頻，聽課教室收聽授課教室的現(xiàn)場聲音，而授課教室則收聽聽課教室的現(xiàn)場聲音。

對(duì)照前面的可行性分析可知，現(xiàn)有教室要能實(shí)現(xiàn)上述功能尚缺少以下條件：聽課教室所需的本地學(xué)生音頻采集功能，以傳遞到遠(yuǎn)程授課教室；聽課教室所需的遠(yuǎn)程授課視頻顯示功能，以觀看遠(yuǎn)程教師場景；授課教室所需的遠(yuǎn)程聽課視頻顯示功能，以觀看遠(yuǎn)程學(xué)生場景。

聽課教室可以借助雙視頻軟件接收遠(yuǎn)程授課教室的課件VGA圖像，并由投影顯示。同樣，授課教室也能借助該軟件接收到聽課教室的學(xué)生視頻圖像。方案充分挖掘原有系統(tǒng)的雙視頻流軟件功能，只要再增加必要的顯示設(shè)備，在原系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進(jìn)行合理的線路以及參數(shù)調(diào)整，并充分利用校園網(wǎng)絡(luò)的高速傳輸性能，不難看出本文提出的改造方案是完全可行的。

3 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)互動(dòng)教室系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

由一個(gè)授課教室與一個(gè)聽課教室構(gòu)成的遠(yuǎn)程互動(dòng)教室系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)如圖3所示。與圖1的教室端子系統(tǒng)做一個(gè)比較可知，遠(yuǎn)程互動(dòng)系統(tǒng)對(duì)原教室系統(tǒng)進(jìn)行的硬件擴(kuò)充主要在于：授課教室端增配一臺(tái)主機(jī)、一臺(tái)顯示器，以接收、顯示聽課教室學(xué)生實(shí)時(shí)場景；聽課教室端增配一臺(tái)主機(jī)、一臺(tái)大屏幕高清液晶電視，以接收、顯示授課教室教師實(shí)時(shí)圖像；聽課教室端增配一套無線話筒，以采集互動(dòng)問答時(shí)學(xué)生的實(shí)時(shí)語音信號(hào)。

該方案所改造的互動(dòng)系統(tǒng)不僅要確保兩端的圖像能夠正常傳輸、顯示，還要解決實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)互傳帶來的回音問題，并且要對(duì)系統(tǒng)兩端的音量進(jìn)行均衡設(shè)置。在線路規(guī)劃和參數(shù)調(diào)節(jié)得當(dāng)?shù)那闆r下，互動(dòng)系統(tǒng)雙方應(yīng)該要能達(dá)到均衡清晰的正常視聽效果。

為滿足實(shí)時(shí)互動(dòng)的要求，對(duì)有關(guān)的視音頻線路設(shè)置、授課教室端的攝像頭位置進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，并在系統(tǒng)中新增的2臺(tái)主機(jī)上安裝雙視頻流接收軟件，結(jié)合原有教師機(jī)上的VGA采集軟件以及安裝在控制中心的資源服務(wù)器管理軟件，進(jìn)行必要的軟件參數(shù)設(shè)置（具體設(shè)置參照產(chǎn)品手冊(cè)）后，互動(dòng)教室軟硬件系統(tǒng)即安裝完成。和專用系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)相比，本互動(dòng)系統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)簡單，且無需添置額外軟件，充分利用原有系統(tǒng)的功能特點(diǎn)。

筆者在同一教學(xué)樓層的2間多媒體教室搭建此套系統(tǒng)現(xiàn)場測(cè)試，以一臺(tái)液晶顯示器替代液晶電視輸出圖像，兩端的視頻圖像采集分別利用教室原有的監(jiān)控?cái)z像頭實(shí)現(xiàn)。攝像頭的視頻輸出接到中控的監(jiān)控視頻輸入端，聽課端新增無線話筒接收器的音頻輸出接至中控的一個(gè)話筒輸入端，中控的一路音頻輸出則直接與中控的監(jiān)控音頻輸入端連接（中控的另一路音頻輸出連接不變）。輸入到監(jiān)控端口的視音頻信號(hào)經(jīng)中控合成編碼，通過網(wǎng)絡(luò)在兩教室之間互傳，為實(shí)時(shí)互動(dòng)提供雙視音頻源。

另外，為避免回音，筆者首先取消功放音頻輸出與中控音頻輸入之間的所有連線，再將互動(dòng)雙方雙視頻接收主機(jī)的音頻輸出通過轉(zhuǎn)接線（3.5 mm轉(zhuǎn)6.5 mm）直接接到功放的話筒輸入接口。為避免音量失衡，筆者還對(duì)兩端的系統(tǒng)音量根據(jù)實(shí)際收聽效果進(jìn)行均衡調(diào)節(jié)。經(jīng)過這樣的線路和參數(shù)的系統(tǒng)調(diào)整，不僅保持了原有的視音頻監(jiān)控信號(hào)，而且解除了兩教室之間的視音頻傳輸環(huán)路，解決了由此帶來的回音問題。

系統(tǒng)的實(shí)測(cè)效果除了由于教室監(jiān)控?cái)z像頭精度有限、視頻圖像效果一般以外，互動(dòng)雙方進(jìn)行對(duì)話聲音清晰，聽課端接收授課端的PPT課件圖像清晰、穩(wěn)定。當(dāng)授課端在說話的同時(shí)播放視音頻文件以模擬實(shí)時(shí)授課場景時(shí)，筆者在聽課端仍可與授課端正常對(duì)話。

若對(duì)圖像質(zhì)量要求不太高，加上管理得當(dāng)，本互動(dòng)系統(tǒng)即可滿足實(shí)時(shí)互動(dòng)授課的要求。如若采用新型自動(dòng)跟蹤攝像頭進(jìn)行視頻圖像采集，則系統(tǒng)的實(shí)用效果必然更好。而若兩教室互動(dòng)系統(tǒng)仍無法滿足需求時(shí)，按照本方案可以進(jìn)一步推廣實(shí)現(xiàn)多間教室的實(shí)時(shí)互動(dòng)，系統(tǒng)兼容性好、擴(kuò)展性強(qiáng)。

4 結(jié)論

本文針對(duì)高校中普遍存在的對(duì)實(shí)時(shí)課堂資源共享的合理需求，基于現(xiàn)有的多媒體網(wǎng)絡(luò)集成中控系統(tǒng)的軟硬件資源，采用一種簡單廉價(jià)并且有效的改造方案，通過充分挖掘現(xiàn)有系統(tǒng)的資源潛力，實(shí)現(xiàn)2個(gè)多媒體教室間的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)交互應(yīng)用系統(tǒng)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)，該改造方案兼容性和擴(kuò)展性較強(qiáng)，可以滿足課堂資源實(shí)時(shí)共享的實(shí)際應(yīng)用需求。

[1]齊仲鋒,陳武.論高校公共課程教學(xué)手段信息化改革[J].新疆教育學(xué)院學(xué)報(bào),2006(1):59-61

[2]仲維慶.多校區(qū)高校教學(xué)資源綜合利用的思考[J].黑龍江高教研究,2008(07):37-38

[3]郭小輝.高校多校區(qū)教學(xué)資源的整合與利用初探[J].重慶科技學(xué)院學(xué)報(bào),2009(05):197-198

[4]第三代信息互動(dòng)式中控助力高校多媒體建設(shè)項(xiàng)目[J].中國電化教育,2007(01):119

[5]馬鳳濤.基于集中控制系統(tǒng)的多媒體教室設(shè)備管理[J].中國地質(zhì)教育,2005(02):92-95

Recast Common Multimedia Classrooms to Remote Interactive Classrooms

//Chen Wangsheng

In this text, it is briefly presented and discussed that the difficulties to share realtime class-teaching among colleges’ classrooms at present. To achieve the objective of sharing the real-time resources, it is considered to recast common multimedia classrooms to meet the needs of remote interactive classrooms. Then based on the current system of multimedia classrooms, a recast plan is introduced and analyzed through for its feasibility. After putting the classrooms’recast into practice and test carefully, it is shown that the recast classrooms meet the needs of real-time remote interactions, and the recast is very simple in technique and cheap in budget.

multimedia classroom; networked central controller; real-time resources sharing; remote interaction

G482

B

1671-489X(2010)18-0089-03

10.3969 /j.issn.1671-489X.2010.18.089

作者：助理工程師，碩士，主要從事多媒體資源與信息系統(tǒng)開發(fā)培訓(xùn)工作。