基于軟件中央控制器的多媒體教學系統(tǒng)實施方案

葉惠文，柯銘健

(華南師范大學教育信息中心，廣東廣州510631)

隨著學校的信息化廣泛應用，多媒體教學系統(tǒng)逐步普及，有效地促進了教學改革，提高了教學質量和效率．目前應用的多媒體教學系統(tǒng)處于沒有統(tǒng)一規(guī)范統(tǒng)一標準的局面．所使用的多媒體產品的標準都是廠家各自定義，中央控制器、通信格式和操作控制碼各自為政，造成使用麻煩．由于多媒體教學系統(tǒng)對中控器非常依賴，且中控器內嵌了視音頻切換和處理模塊，無論系統(tǒng)配置前端或后端設備技術指標多高，最后顯示還原的結果，只能達到中控器技術指標水平．無法滿足某些學科或者某些技術特殊的功能室用戶要求，如音樂專業(yè)學科對于音頻要求較高;醫(yī)學和藝術專業(yè)學科對圖像色彩要求嚴格等等．

為了使學校建設的多媒體教學系統(tǒng)能實現設備互聯互通，相互替換，中國教育技術協會2011年制定了《多媒體教學環(huán)境的工程建設規(guī)范》［1］，為開發(fā)多媒體教學系統(tǒng)設備提供了標準依據．本文提出一個以《多媒體教學環(huán)境的工程建設規(guī)范》(以下簡稱《工程建設規(guī)范》)為標準的基于軟件中央控制器多媒體教學系統(tǒng)的實施方案．

1 多媒體教學系統(tǒng)背景

1．1 硬件中央控制器

多媒體教學系統(tǒng)中央控制器是在硬件上將音視頻切換模塊、VGA電腦信號切換模塊、設備電源管理模塊、電動屏幕控制模塊、音色、音量處理模塊、控制接口處理模塊、電源模塊、紅外線編碼和發(fā)射模塊以及R232或R485通信接口集成一起，通過內嵌的控制軟件，用戶可用按鈕式控制面板、觸摸屏和無線遙控等設備，完成控制投影機、展示臺、影碟機、錄像機、卡座、功放、話筒、計算機、筆記本、電動屏幕、電動窗簾、燈光等設備的操作與控制的設備［2］．

1．2 軟件中央控制器

所謂多媒體教學系統(tǒng)軟件中央控制器就是用軟件技術設計多媒體教學操控平臺，通過互聯網將依據《工程建設規(guī)范》［1］設計的各媒體設備集成一體;在應用中，用戶可以根據多媒體教學系統(tǒng)所配置的設備功能，自行選擇適合自己的操作控制，自定義控制界面，以實現多媒體教學系統(tǒng)控制操作、聯動集成操控、嵌入新設備、新系統(tǒng)等功能，并能實現即插即用．

1．3 系統(tǒng)設計思路

基于軟件中央控制器的多媒體教學系統(tǒng)，將原硬件的中控器所有集成的硬件模塊分別設計成一個獨立的、依據《工程建設規(guī)范》［1］的、具有 tcp/ip通信和系統(tǒng)自測、數字化信號采集功能的設備，然后用軟件中央控制平臺通過互聯網方式將所有媒體設備級聯一體，實現遠程管理、遠程控制、移動管理和控制［3］．這樣，用戶在建設多媒體教學系統(tǒng)時就可以根據專業(yè)教學的功能和技術需求，科學、合理選配各種檔次的媒體設備組成系統(tǒng)，各專業(yè)教師可以根據教學實際自定義自己的操作界面，進行多媒體教學;同時，避免了升級或設備更新中必須滿足原硬件中央控制器標準的弊端，提高系統(tǒng)可維護性．

2 基于軟件中控器的多媒體教學系統(tǒng)框架結構

2．1 系統(tǒng)基本組成

基于軟件中控器的多媒體教學系統(tǒng)由2部分組成．

2．1．1 硬件教學支撐系統(tǒng) 基于軟件由用戶中央控制器多媒體教學系統(tǒng)的硬件組成比較靈活，根據學科專業(yè)教學需求而定，并可以隨時增添，即裝即用．

在硬件設計上，為了實現透明管理和遠程操控管理，提高系統(tǒng)管理和服務的效率，提高系統(tǒng)的可靠性，各媒體設備通過內嵌的tcp/ip協議接口組件，依托互聯網進集成一體，也可根據教學需求隨時在線接入所需的設備，具備即插即用的效能;各媒體設備通過內嵌設備自動診斷檢測和數字化信號采集組件，將檢測和采集的各課室多媒體設備狀態(tài)信息送往遠程管理中心，管理人員可準確地了解設備的運行狀態(tài)，提前發(fā)現問題，快速處理，避免教學事故，保證正常教學．

2．1．2 基于軟件中央控制器多媒體教學系統(tǒng)結構

基于軟件中央控制器的多媒體教學系統(tǒng)結構圖中的課室多媒體教學系統(tǒng)(圖1，虛線框圖所示)由下列部件組成:

圖1 基于軟件中央控制器的多媒體教學系統(tǒng)結構Figure 1 The central controller based on software structure ofmultimedia education system

①課室多媒體互聯網堆疊器．該設備由具有堆疊功能的網絡交換機組成，將課室內部教學設備鏈接起來，構成一個內部子網，完成課室里所有多媒體設備的互聯，并將多媒體設備采集數據［4］和控制操作信息交換到遠程控制中心．此外，在外部網絡斷線情況下，完成內部網絡的通信，以保障正常的教學進行．

②內嵌互聯網接口的設備．所有接入系統(tǒng)的設備必須具有兩個功能模塊:基于tcp/ip協議的互聯接口模塊和系統(tǒng)檢測、信號采集模塊．加入這些功能的目的是能夠將媒體的控制參數、工作狀態(tài)以及設備運行信息傳送到本地軟件中央控制器和遠程控制管理中心．

③課室軟件中央控制器．它以計算機或者移動終端設備(pad或手機或pda設備)為載體，將控制操作軟件嵌入在此類設備中．在教學過程中，教師可以使用計算機或移動終端進行控制，也可以由遠程控制中心控制，必要時，還可以由課室管理技術員利用移動設備操控．

④移動管理終端設備．通過無線網絡接收遠程控制管理中心發(fā)來的所有課室的多媒體教學系統(tǒng)的設備狀態(tài)和控制信息，管理人員隨時地了解到各室設備的運行狀況，對設備出現的故障或問題即時進行處理和提供遠程控制服務［5］．

框圖中的遠程控制管理中心由計算機和服務器設備構成，將遠程控制平臺安裝在這里．遠程控制平臺主要完成兩個任務:各課室的多媒體教學系統(tǒng)操作控制、各種相關的數據收集和管理．這里數據包括課室安排、課室與上課教師的關聯、各課室的媒體設備狀態(tài)等．

2．2 軟件服務支撐系統(tǒng)

軟件服務系統(tǒng)是系統(tǒng)中最重要的部分，在《工程建設規(guī)范》的前提下，軟件服務系統(tǒng)重點開發(fā)2個平臺．

(1)基于互聯網的、可遠程服務與管理的可視化平臺 遠程管理、移動管理和遠程維護與服務是當今服務與管理的發(fā)展趨勢．基于軟件中央控制器的多媒體系統(tǒng)由于各設備都具有互聯接口和通信能力，通過遠程服務與管理平臺可以將各設備的運行狀態(tài)信息收集，給管理者或維護人員提供透明化運行圖，即時發(fā)現運行中的系統(tǒng)問題，給用戶提供超前式服務(在用戶發(fā)現問題前就解決了故障)，提高服務質量;通過無線網絡，實現移動式管理，大大減少維護與管理人員，提高效率;通過設備使用信息，清晰了解設備的使用頻率和效率，各教師的使用習慣，為相關部門提供建設和升級系統(tǒng)制定計劃依據．

(2)課室多媒體教學系統(tǒng)的軟件中央控制器平臺 基于軟件的多媒體教學中央控制器的開發(fā)可以引入虛擬技術，構建各教師個性化的虛擬桌面，或用戶自由地定義自己的操控界面．用戶可以根據專業(yè)和教學的需求，組合多媒體系統(tǒng)的硬件，如用戶對音頻要求比較高的，可以選擇高檔的音頻處理設備來組合系統(tǒng)，不需傳統(tǒng)的硬件中控器那樣綁定公司自研的設備．在教學應用時，一旦教師通過刷卡確認身份后自動將操控桌面推送到課室．

3 系統(tǒng)的關鍵技術與特色

3．1 硬件關鍵技術

要通過互聯網對教學設備實行遠程控制(圖2)，在硬件上需要決解2個關鍵技術:教學設備互聯網通信接口和教學設備信號與參數采集的模塊．

圖2 基于軟件中央控制器多媒體教學設備框圖Figure 2 The central controller based on software ofmultimedia teaching equipment diagram

3．1．1 教學設備互聯網通信 本系統(tǒng)中所有設備的互聯網通信接口(圖3)，其中51單片機負責設備的數據采集和網絡互聯，在上電開機時，自動將傳感器采集的信號數據讀入進行分析，以判斷系統(tǒng)是否正常;初始化處理時，自動將設備系統(tǒng)各控制狀態(tài)參數讀入，為遠程控制提供依據．同時，使用串行E2prom作為IP地址存儲器．

圖3 教學設備互聯網通信接口Figure 3 On teaching equipments internet communication interface

3．1．2 教學設備信號與參數采集的模塊 在多媒體學設備中主要采集的信號有4種類型:音頻信號、視頻信號、VGA信號和開關信號［6］．系統(tǒng)中對于視頻信號采集同步信號分離法，即從復合視頻信號中，采用放大、箝位、切割技術，將同步頭分離出來，整形為“0”和“1”的信號;對于 VGA 信號，由于 R、G、B和同步信號分離獨立傳送，因此，可以直接從它的同步信號驅動線中取出，通過整形、轉換處理，成為“0”和“1”的信號;在多媒體教學系統(tǒng)中，音頻信號源較多，處理較為復雜．系統(tǒng)采用10位的A/D轉換器進行采集，并在硬件上使用多路分時采集方式，進行各音頻信號采集．

3．2 軟件關鍵技術

基于軟件中央控制器的多媒體教學系統(tǒng)中，主要是解決移動終端操作控制與管理軟件嵌入技術和軟件中控個性化操控的虛擬桌面技術問題．本系統(tǒng)的開發(fā)主要面向類似ipod和智能手機等方便攜帶的終端工具．目前這種工具主要使用的操作系統(tǒng)有Android和windowce等2大系統(tǒng)．因此，開發(fā)支持這2種操作系統(tǒng)的、內嵌于移動終端的軟件模塊成為技術的關鍵和特色．

為了方便管理，基于移動終端的軟件又分為:移動管理和移動軟件中央控制平臺模塊．移動管理主要為多媒體管理人員提供基于pod移動終端的軟件，以方便管理員進行巡視式管理;移動軟件中央控制平臺主要是為教師提供基于pod移動終端的操控軟件，以方便教師在教學過程中進行移動式講學，提高師生教與學的互動性．

由于移動管理和移動教學的軟件模塊中，仍需要嵌入其它第三方應用軟件，因此．系統(tǒng)引入虛擬桌面技術制定個性化的管理與操控桌面，以滿足各學校、各教師的個性化的應用．

4 展望

多媒體教學系統(tǒng)是今后數字校園和智慧校園的重要組成部分，它的作用不僅僅滿足信息化教學，它還應該是教學資源案例源制作系統(tǒng)，教研活動的交互交流系統(tǒng)，教學評價系統(tǒng)．因此，本研究中的技術方案可以很方便地將錄播系統(tǒng)、視頻交互系統(tǒng)和觀摩評價系統(tǒng)接入，以使多媒體教學系統(tǒng)很方便地嵌入數字校園之中，最大地發(fā)揮其效果．

［1］中國教育技術協會技術標準委員會．多媒體教學環(huán)境工程工程建設規(guī)范［S］．北京:清華大學出版社，2011．

［2］硬件中央控制器定義，廣州宏控電子科技有限公司網站，http://www．capm．ac．cn/News/2011128162924．html

［3］葉惠文，沈云云．基于觸摸技術的LCD多屏組合多媒體教學系統(tǒng)［J］．現代教育技術，2010(9):35-39．

［4］劉典文．數字多媒體中央控制系統(tǒng)設計［D］．長沙:湖南大學，2007．

［5］方錫武．基于移動終端的裝備維修管理技術研究［J］．設備管理與維修，2009(2):12-14．

［6］浦萬成．多媒體中控系統(tǒng)的設計與應用［J］．北京聯合大學學報:自然科學版，2003(2):68-73．