雙向視頻遠(yuǎn)程教育設(shè)備的應(yīng)用與開發(fā)

林建南

福建廣播電視大學(xué)南平分校(南平 353000)

雙向視頻教學(xué)系統(tǒng)，是一種通信承載平臺(tái)，它以教育科研網(wǎng)IP 寬帶光纖作為實(shí)時(shí)交互式音視頻遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)。該系統(tǒng)通常設(shè)計(jì)有若干個(gè)用以遠(yuǎn)程教學(xué)的教室，這些教室分布在不同的地區(qū)，在這些教室中一個(gè)作為主授課教室，其他的作為聽課教室。有一位教師在這個(gè)主授課教室里講課， 其講課的圖像、聲音可以通過這個(gè)雙向視頻教學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)傳送到各個(gè)聽課教室，使得各個(gè)聽課教室里的學(xué)生也可以聽到該教師的所講的內(nèi)容。與此同時(shí)，各個(gè)聽課教室里的情況也可以通過該教學(xué)系統(tǒng)實(shí)時(shí)的傳送到主授課教室，使得講課的教師也可以隨時(shí)了解各個(gè)教室里學(xué)生的聽課情況，以此來實(shí)現(xiàn)這個(gè)所謂的實(shí)時(shí)交互式雙向視頻教學(xué)。

1 雙向視頻遠(yuǎn)程教育設(shè)備的開發(fā)

從結(jié)構(gòu)上劃分，該系統(tǒng)主要包括3 個(gè)部分：負(fù)責(zé)遠(yuǎn)程教學(xué)控制的遠(yuǎn)程教學(xué)控制中心系統(tǒng)、主管授課的授課教室系統(tǒng)以及遠(yuǎn)程聽課教室系統(tǒng)。教師講課的授課教室與遠(yuǎn)程教學(xué)控制中心的距離比較近，其網(wǎng)絡(luò)連接也是采用的局域網(wǎng)，各個(gè)聽課教室與遠(yuǎn)程教學(xué)控制中心的距離是比較遠(yuǎn)的，由于該教學(xué)系統(tǒng)在教學(xué)的過程中需要實(shí)時(shí)傳輸視頻、音頻等數(shù)據(jù)信息，其網(wǎng)絡(luò)連接一般采用本地ISDN 網(wǎng)，如圖1 所示。

1.1 遠(yuǎn)程教學(xué)控制中心系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程教學(xué)控制中心系統(tǒng)在整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)中居于核心地位，該系統(tǒng)主要由多點(diǎn)會(huì)議控制器(MCU)以及網(wǎng)管工作站兩部分組成。MCU 是遠(yuǎn)程教學(xué)控制中心系統(tǒng)的主控制器，它能夠確保各個(gè)教室間同時(shí)進(jìn)行相互的圖像通信，在數(shù)字域中實(shí)現(xiàn)視頻、音頻以及數(shù)據(jù)信令的切換，從而達(dá)到遠(yuǎn)程教學(xué)的目的。通過ISDN 網(wǎng)，多點(diǎn)會(huì)議控制器與各地的遠(yuǎn)程教室建立起實(shí)時(shí)交互通信，并且經(jīng)過ISDN 王，各個(gè)遠(yuǎn)程教室的終端設(shè)備均與多點(diǎn)會(huì)議控制器建立起通信鏈接，這樣就使得其中任何一個(gè)遠(yuǎn)程教室，都可以通過多點(diǎn)會(huì)議控制器與其余的各個(gè)遠(yuǎn)程教室，建立起實(shí)時(shí)交互通信連接。然后整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行將由網(wǎng)管工作站來控制。

1.2 主管授課的授課教室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

負(fù)責(zé)授課的教師在這個(gè)教室里講課，其講課的聲音、圖像可以實(shí)時(shí)傳送到各個(gè)聽課教室，與此同時(shí)，講課教師要隨時(shí)了解各個(gè)聽課教室里同學(xué)們的聽課情況，以便于對(duì)講課的方式方法不斷的調(diào)整，以提高同學(xué)的聽課效率，實(shí)現(xiàn)在授課教室里視頻和音頻的實(shí)時(shí)雙向傳送。

1.2.1 授課教室視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在授課教室里，雙向視頻交互式教學(xué)的實(shí)現(xiàn)，主要包括電視會(huì)議終端、自動(dòng)跟蹤攝像系統(tǒng)以及電子白板。電視會(huì)議終端，是授課教室里的主要圖傳輸設(shè)備，在多點(diǎn)會(huì)議控制器的組織下，能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)的圖像通信，最終可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程教學(xué)的目的。

自動(dòng)跟蹤攝像系統(tǒng)也是授課教室里的主要設(shè)備之一，它能夠自動(dòng)跟蹤講課教師，并采集動(dòng)態(tài)教學(xué)活動(dòng)，以此作為視頻終端設(shè)備的視頻信號(hào)。

電子白板和工作站也是授課教室的核心部分，電子白板是該系統(tǒng)的輸入設(shè)備，通常電子白板是通過串口RS 232 與工作站相連接的，在講課的時(shí)候，授課教師可以在電子白板上隨意書寫，其所寫內(nèi)容可以通過電子白板感應(yīng)出來，傳送到工作站中，然后工作站再通過網(wǎng)絡(luò)，將授課教室里電子白板感應(yīng)出的內(nèi)容，傳輸?shù)礁鱾€(gè)遠(yuǎn)程聽課教室的會(huì)議終端上，并且用投影儀投放出來，這樣，教師講課時(shí)所書寫的內(nèi)容就會(huì)同時(shí)顯現(xiàn)在授課教室和各個(gè)聽課教室的投影屏幕上。 同樣，聽課的學(xué)生在聽課教室里的電子白板上所書寫的內(nèi)容，也可以在授課教室的投影屏幕上顯示，這樣一來，授課教師和聽課學(xué)生就好像在同一間教室上課一樣， 雖然他們可能在不同的地方，甚至相隔千里，但是卻實(shí)現(xiàn)了交互式實(shí)時(shí)教學(xué)所要達(dá)到的目的。

1.2.2 授課教室音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

既然是上課，就避免不了老師與學(xué)生的互動(dòng)，當(dāng)然授課教室里要能夠聽到各個(gè)聽課教室里學(xué)生的提問，與此同時(shí)，也要將授課教師的聲音傳輸?shù)礁鱾€(gè)聽課教室里，并且要做到與視頻信號(hào)同步進(jìn)行。因此，鑒于視頻與音頻同步的原則，在將視頻、音頻切換矩陣，切換到一路視頻源的時(shí)候，同時(shí)將其對(duì)應(yīng)的音頻信號(hào)調(diào)入調(diào)音臺(tái)，話筒將遠(yuǎn)程教室里學(xué)生的聲音也輸入到調(diào)音臺(tái)，調(diào)音臺(tái)里具有兩路編組輸出，第一路編組輸出主要用于，將話筒和音頻、視頻切換矩陣傳輸來的聲音，經(jīng)過混音，然后輸出到電視會(huì)議終端，這樣，在各個(gè)遠(yuǎn)程聽課的教室里就可以聽到授課教室的聲音，音量的大小可以通過音量控制模塊來調(diào)節(jié)。調(diào)音臺(tái)的第二路編組輸出主要用于，將電視會(huì)議終端輸出的各個(gè)遠(yuǎn)程教室學(xué)生的聲音以及授課教室話筒輸入的聲音，傳輸?shù)焦β史糯笃鳎俳?jīng)由音響輸出，其音量也是通過音量控制模塊來調(diào)節(jié)的。

1.3 遠(yuǎn)程聽課教室系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

各個(gè)遠(yuǎn)程聽課教室只需要接收來自授課教室的音頻、視頻信息，與此同時(shí)，將本教室的音頻、視頻信息傳送到主管授課的授課教室就可以了。

1.3.1 遠(yuǎn)程聽課教室視頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

同樣，電視會(huì)議終端和電子白板也是遠(yuǎn)程聽課教室的中心部分，經(jīng)由電視會(huì)議終端，可以接收來自遠(yuǎn)程授課教室的圖像信息，并且可以顯示在投影屏幕或顯示器上，與此同時(shí)，電子白板接收來自遠(yuǎn)程授課教室授課教師所書寫的內(nèi)容，本地的圖像信息、書寫的內(nèi)容等也可以經(jīng)由電視會(huì)議終端、電子白板以及工作站傳輸?shù)竭h(yuǎn)程授課教室，以達(dá)到交互式教學(xué)的目的。在這里，教師終端可以接收來自網(wǎng)上的廣播，并且可以點(diǎn)播服務(wù)器的內(nèi)容，同時(shí)可以用投影儀投放到投影屏幕上或直接在顯示器上顯示，用于單向教學(xué)。

1.3.2 遠(yuǎn)程聽課教室音頻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程聽課教室的音頻系統(tǒng)是比較簡(jiǎn)單的，只需要把電視會(huì)議終端的音頻輸出端連接到功率放大器，然后再連接到音箱，就可以放出授課教室的聲音，另外遠(yuǎn)程聽課教室應(yīng)配備適量的話筒，以滿足更多學(xué)生的需求。

2 雙向視頻設(shè)備在遠(yuǎn)程教育中的應(yīng)用

2.1 雙向視頻設(shè)備在課堂組織形式中的應(yīng)用

通過雙向視頻教學(xué)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)課堂提問、分組討論等課堂教學(xué)形式的方便管理，有助于教學(xué)效果的提高。在主授課教室教師利用PC 機(jī)進(jìn)行授課的同時(shí)，另外多家分教室可以組織學(xué)生進(jìn)行聽課，節(jié)約資源，節(jié)省時(shí)間。在講課的過程中，主教室里的學(xué)生如果有疑問，可以在主教室當(dāng)場(chǎng)提出，教師也可以及時(shí)給予解答；當(dāng)然如果分教室的學(xué)生也有問題的話，也可以隨時(shí)提出，其問題要經(jīng)由多點(diǎn)會(huì)議控制器交換機(jī)給予授權(quán)，然后才能將分教室的這一信息傳送到主教室，主教室教師在接收到這一信號(hào)時(shí)，便可以對(duì)其進(jìn)行解答，因此，在分教室里聽課的學(xué)生的問題，也是可以得到即時(shí)地解決的，這種方法還可以讓在主教室里講課的教師，及時(shí)得到在分教室里聽課的學(xué)生所反饋的信息。同時(shí)，主講教師可以根據(jù)同學(xué)們的反饋，及時(shí)調(diào)整教學(xué)方法，使其適合一定的教學(xué)內(nèi)容。當(dāng)然主教室里的學(xué)生和分教室里的學(xué)生也可以事先各自討論，然后再通過雙向視頻直播技術(shù)，雙方進(jìn)行互動(dòng)，進(jìn)而使主教室和分教室學(xué)生之間進(jìn)行再次的討論。這樣就使得聽課學(xué)生之間的充分交流有了保障，增強(qiáng)了遠(yuǎn)程教育的互動(dòng)性，與此同時(shí)也擴(kuò)大了學(xué)生的參與性。

2.2 雙向視頻設(shè)備在開展遠(yuǎn)程會(huì)議中的應(yīng)用

在各種會(huì)議場(chǎng)合，雙向視頻播出系統(tǒng)顯示出很大的優(yōu)勢(shì)。例如主會(huì)場(chǎng)可以設(shè)置在主教室里，然后多家分會(huì)場(chǎng)可以設(shè)置在各個(gè)分教室里，這樣開會(huì)就會(huì)方便很多，也可以及時(shí)、有效的安排部署相關(guān)的工作。

3 雙向視頻遠(yuǎn)程教育設(shè)備在遠(yuǎn)程教育中的優(yōu)勢(shì)

雙向視頻教學(xué)系統(tǒng)能夠解決了遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)過程中，師生空間分離不能即時(shí)互動(dòng)等一系列的問題。參與學(xué)習(xí)的人不必集中參加面授，利用雙向視頻教學(xué)系統(tǒng)的雙向視頻播出技術(shù)來取代面授教學(xué)的過程，使得分隔兩地師生實(shí)現(xiàn)零距離授課，節(jié)省時(shí)間，節(jié)約資源?？梢云刚?qǐng)優(yōu)秀教師主持講課，能有效解決邊遠(yuǎn)地區(qū)師資匱乏的問題；實(shí)現(xiàn)交互式實(shí)時(shí)教學(xué)，有助于遠(yuǎn)程教育的教學(xué)質(zhì)量的提高。實(shí)現(xiàn)師生之間的即時(shí)互動(dòng)，在直播學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生可以與老師之間進(jìn)行同步的交流，老師也能夠及時(shí)的了解學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，這樣老師也可以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及時(shí)調(diào)整自己教學(xué)方法，有助于教學(xué)質(zhì)量的提高。與目前遠(yuǎn)程教育中非實(shí)時(shí)的%& 課件相比，它能夠有效的解決早期遠(yuǎn)程教育視頻系統(tǒng)中，反饋非常遲緩的問題，有助于教學(xué)效率的提高。通過該系統(tǒng)，也可以實(shí)現(xiàn)師生之間的情感交流，師生分離是遠(yuǎn)程教育最突出的特點(diǎn)， “目光的接觸”、“用眼睛交流情感” 是老師與學(xué)生之間沒法實(shí)現(xiàn)的，而雙向視頻教學(xué)則可以避免上述情況，使老師和學(xué)生交流情感。在雙向視頻教學(xué)系統(tǒng)中，無論是在主教室還是在分教室的學(xué)生，都可以通過相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行面對(duì)面的交流、互動(dòng)，更有利于開展學(xué)習(xí)者之間的協(xié)作學(xué)習(xí)。

4 結(jié)語

雙向視頻教學(xué)系統(tǒng)將視頻、音頻、數(shù)據(jù)信息等集于一體，充分展示了現(xiàn)代化的通信技術(shù)對(duì)人們生活的深遠(yuǎn)影響，也使得其在當(dāng)代教育模式中占有極大的優(yōu)勢(shì)。該系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)生活的應(yīng)用中， 得到了廣大師生的一致好評(píng)，節(jié)省時(shí)間，節(jié)約資源，能有效解決邊遠(yuǎn)地區(qū)師資匱乏的問題，對(duì)今后教學(xué)改革和提高教學(xué)質(zhì)量具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

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