投屏技術(shù)及其教學(xué)應(yīng)用

倪俊杰

應(yīng)用場(chǎng)景

場(chǎng)景一：

大約是上學(xué)期期末，有一位年長(zhǎng)的英語(yǔ)老師找到我。她平時(shí)經(jīng)常關(guān)注微信里分享的有關(guān)英語(yǔ)寫作的新聞，這些文章里既有文字內(nèi)容，又有配音、視頻，是很好的教學(xué)素材。她想把這些內(nèi)容拿到教室去播放給學(xué)生看?？上Ы淌业碾娔X不能上外網(wǎng)，只能連接學(xué)校的內(nèi)網(wǎng)，于是她向我求助該怎么辦。

場(chǎng)景二：

現(xiàn)在的年輕人，在家基本不看數(shù)字電視，都在用一個(gè)叫做“盒子”的東東，如小米盒子、天貓盒子、樂(lè)視盒子等。今年上半年，某網(wǎng)絡(luò)劇很火，很多人都在追劇，甚至有人不惜花錢購(gòu)買了會(huì)員，只是為了早點(diǎn)一飽眼福。可惜的是，“盒子”里的電視劇更新速度沒(méi)有手機(jī)、iPad里的快，在手機(jī)的小屏幕上觀看的效果肯定比不上在家里的大電視上看，怎么辦呢？

場(chǎng)景三：

我市正在大力推動(dòng)智慧教育，教育局還特地定制開(kāi)發(fā)了一款教育APP。因此，學(xué)校請(qǐng)了技術(shù)公司的工程師為全校教師培訓(xùn)如何安裝和使用這款A(yù)PP。培訓(xùn)開(kāi)始沒(méi)多久，老師們都盯著大屏幕議論紛紛，表情驚嘆。原來(lái)大屏幕上顯示的不是電腦畫面，而是工程師手里的手機(jī)操作畫面。只見(jiàn)這位工程師在手機(jī)上操作什么，大屏幕上就顯示什么。也正因?yàn)槿绱?，本次培?xùn)很成功，老師們也很快掌握了APP的使用方法。那么，這位工程師是如何做到的呢？

可能有很多讀者已經(jīng)想到了，上面三個(gè)場(chǎng)景都可以用同一種方法來(lái)解決——投屏技術(shù)。那么，什么是投屏技術(shù)呢？它的原理是什么？能為我們的教學(xué)帶來(lái)哪些幫助呢？接下來(lái)，我們一起來(lái)討論這些話題。

何為投屏技術(shù)

投屏又稱為同屏、屏幕共享、多屏互動(dòng)。具體來(lái)說(shuō)，是通過(guò)某種技術(shù)方法將移動(dòng)設(shè)備A（如手機(jī)、平板）的畫面“實(shí)時(shí)地”顯示在另一個(gè)設(shè)備B（如手機(jī)、平板、電腦、電視機(jī)）上，輸出的內(nèi)容包括相冊(cè)、視頻、音頻等各類多媒體信息，也包括在設(shè)備A上的實(shí)時(shí)操作畫面。同理，設(shè)備B的內(nèi)容也可以顯示在設(shè)備A上。

根據(jù)連接方式的不同，投屏技術(shù)可以分為硬件連接投屏和無(wú)線連接投屏。硬件連接投屏是指利用數(shù)據(jù)線（常見(jiàn)的有VGA接口和HDMI接口連接線）將移動(dòng)設(shè)備的畫面投屏在電腦上，這種方式無(wú)需網(wǎng)絡(luò)支持，且一般不用安裝軟件。這種方案，要求發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備都有相同的接口，但是，大多數(shù)智能設(shè)備不支持此類接口，連MINI HDMI接口都很少見(jiàn)，使用時(shí)還需要搭配接口轉(zhuǎn)換器，不是很方便。無(wú)線連接投屏是指移動(dòng)設(shè)備利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過(guò)內(nèi)置的“投屏模塊”將本地畫面發(fā)送到另一個(gè)設(shè)備上（如圖1）。無(wú)線連接投屏技術(shù)需要網(wǎng)絡(luò)支持，且需要安裝特定的軟件。目前，支持無(wú)線顯示技術(shù)且較為成熟的方案有4個(gè)：蘋果陣營(yíng)的Airplay、Wi-Fi聯(lián)盟陣營(yíng)的Miracast、Intel WiDi以及其他公司聯(lián)盟的DLNA。

投屏技術(shù)的原理

實(shí)現(xiàn)投屏技術(shù)的關(guān)鍵因素有兩個(gè)，即接口權(quán)限和傳輸協(xié)議，這兩項(xiàng)都能依托投屏軟件實(shí)現(xiàn)。接口權(quán)限主要是指對(duì)移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行截屏和錄音的接口權(quán)限，傳輸協(xié)議是指將截屏和錄音的數(shù)據(jù)通過(guò)有線或無(wú)線的方式傳輸?shù)搅硪粋€(gè)設(shè)備上，投屏技術(shù)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。其實(shí)，可以這樣理解，投屏軟件中具有相應(yīng)的“同屏模塊”，移動(dòng)設(shè)備通過(guò)“同屏模塊”將屏幕內(nèi)容的信號(hào)編碼為數(shù)據(jù)流，另一臺(tái)設(shè)備上的同屏器接收到信號(hào)后，將其編碼成音視頻信號(hào)輸出。同屏器的作用是將移動(dòng)設(shè)備的畫面一幀一幀地“復(fù)制”到另一個(gè)設(shè)備上，屏幕內(nèi)容以鏡像的形式顯示在其他設(shè)備中。打個(gè)比方，我們可以把投屏技術(shù)看作是一位勤勞能干的攝影師?，F(xiàn)在A地正在舉行一場(chǎng)精彩的文藝演出，攝影師就用攝像機(jī)把文藝演出拍下來(lái)，拿到B地去播放展出。起初，攝影師比較辛苦，在A地拍完一張，然后跑到B地去播放，時(shí)間間隔比較長(zhǎng)。后來(lái)，攝影師的拍攝技術(shù)越來(lái)越高超，跑步速度也越來(lái)越快了，B地的人也有福了，可以幾乎無(wú)延遲地觀看這場(chǎng)演出，這就達(dá)到了現(xiàn)場(chǎng)直播的效果。

接下來(lái)，我們介紹幾種支持無(wú)線投屏的主流技術(shù)和協(xié)議。

1.AirPlay

AirPlay是蘋果開(kāi)發(fā)的一種無(wú)線技術(shù)，它不僅支持無(wú)線傳輸多媒體數(shù)據(jù)，還支持鏡像傳輸。AirPlay可以通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將iPhone、iPad、iPodtouch等iOS設(shè)備上的圖片、音頻、視頻信號(hào)傳輸?shù)搅硪慌_(tái)支持AirPlay的設(shè)備上。售價(jià)99美元的Apple TV就具備這樣的功能，當(dāng)前一些主流的家庭影音設(shè)備也已經(jīng)開(kāi)始支持AirPlay功能了。另外，AirPlay的最大優(yōu)勢(shì)就是能夠?qū)崿F(xiàn)AirPlay鏡像，可以將iPhone或者iPad上的畫面無(wú)線傳輸?shù)狡渌O(shè)備上，而不僅限于圖片和視頻。有的游戲玩家就是用這個(gè)功能來(lái)玩游戲，把手里的iPhone或者iPad當(dāng)作方向盤使用，顯得非常酷。

具體實(shí)現(xiàn)方法是：發(fā)送設(shè)備先搜索并連接無(wú)線同屏器發(fā)射的Wi-Fi熱點(diǎn)，連接成功后，在發(fā)送設(shè)備上沿屏幕由下往上推，打開(kāi)AirPlay控制中心，就會(huì)看到AirPlay功能按鈕，點(diǎn)擊Airplay按鈕，選擇接收設(shè)備，再選擇“鏡像”，就可以實(shí)現(xiàn)投屏了。

當(dāng)然，AirPlay鏡像還可以實(shí)現(xiàn)雙屏游戲，讓你的游戲有更多的交互。例如，電視里顯示的是游戲畫面，而iPad上顯示的是比賽的路線圖。

目前，蘋果的AirPlay只適用于認(rèn)證過(guò)的蘋果設(shè)備，主要是蘋果自己的設(shè)備，包括iPad、iPhone、Apple TV等，此外還有一些蘋果授權(quán)的合作伙伴的設(shè)備，如向Pioneer和Sony提供技術(shù)授權(quán)的音響。

2.DLNA

DLNA的全稱是Digital Living Network Alliance，由索尼、英特爾、微軟等發(fā)起成立，旨在解決包括個(gè)人PC、消費(fèi)電器、移動(dòng)設(shè)備在內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，使數(shù)字媒體和內(nèi)容服務(wù)的無(wú)限制共享和增長(zhǎng)成為可能，其宗旨是“隨時(shí)隨地享受音樂(lè)、照片和視頻”，目前成員公司已達(dá)280多家。

DLNA與蘋果的AirPlay功能類似，協(xié)議也大體相同，都可以將用戶手機(jī)中的媒體內(nèi)容投放到電視屏幕上。不同的是手機(jī)上的DLNA并沒(méi)有類似Apple TV的AirPlay鏡像功能，也沒(méi)有Apple TV所支持的雙屏游戲體驗(yàn)。目前，DLNA更多的是將手機(jī)的照片和視頻投送到大屏幕上。DLNA是基于文件的，媒體文件可能有各種各樣的編碼格式，播放器這端必須能夠處理多種編碼格式。通常，為了有比較好的播放體驗(yàn)，DLNA會(huì)先緩存一小段時(shí)間。

另外，在線視頻也可以用DLNA模式推送到客廳電視上顯示，安卓系統(tǒng)部分播放器就具備DLNA功能，目前支持無(wú)線推送的視頻客戶端有愛(ài)奇藝視頻、騰訊視頻、搜狐視頻、PPTV視頻等。

3.WIDI

WIDI的全稱為Wireless Display（無(wú)線高清技術(shù)），它通過(guò)Wi-Fi信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電腦和顯示設(shè)備的無(wú)線連接。在英特爾發(fā)布Capella移動(dòng)平臺(tái)之后，WIDI技術(shù)就已經(jīng)能夠運(yùn)用在相關(guān)產(chǎn)品之中。WIDI的實(shí)現(xiàn)原理是筆記本首先通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡發(fā)出無(wú)線信號(hào)，然后電視端會(huì)有一個(gè)無(wú)線接收裝置來(lái)接收信號(hào)，無(wú)線接收裝置再通過(guò)HDMI或者AV線纜把信號(hào)傳輸?shù)斤@示設(shè)備上。

WIDI需要電腦內(nèi)置Windows 7操作系統(tǒng)。對(duì)于筆記本用戶來(lái)說(shuō)，只需搭載英特爾Centrino Advanced-N 6200/6300/1000的無(wú)線網(wǎng)卡就能夠通過(guò)無(wú)線接收適配器和顯示設(shè)備進(jìn)行無(wú)線連接。目前，聯(lián)想有K800和K900兩款采用了Intel CPU的手機(jī)支持WIDI無(wú)線顯示。

4.Miracast

Miracast是由Wi-Fi聯(lián)盟于2012年制定的，以Wi-Fi直連為基礎(chǔ)的無(wú)線顯示標(biāo)準(zhǔn)。在無(wú)線顯示標(biāo)準(zhǔn)一片混亂之時(shí)，Wi-Fi聯(lián)盟搬出了Miracast，想要統(tǒng)一無(wú)線顯示的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這一行為得到了英特爾WIDI、三星Allshare、NVIDIA芯片等技術(shù)的響應(yīng)。支持此標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備可通過(guò)無(wú)線方式分享視頻畫面，如手機(jī)可通過(guò)Miracast將影片或照片直接在電視或其他裝置播放而無(wú)需受到連接線纜長(zhǎng)度的影響。

Miracast的技術(shù)核心是Wi-Fi Direct標(biāo)準(zhǔn)。無(wú)需使用路由器，該標(biāo)準(zhǔn)使設(shè)備之間能實(shí)現(xiàn)端到端連接，實(shí)時(shí)傳輸源端（Source）的輸出。源端屏幕任何的操作都會(huì)被傳輸?shù)浇邮斩?。如果源端是播放媒體文件，則負(fù)責(zé)先對(duì)媒體文件解碼，然后再編碼成H.264的格式，接收端只需要做H.264的解碼就可以了。與DLNA不同的是，Miracast也有類似于AirPlay的鏡像功能，可以將手機(jī)中屏幕內(nèi)容直接投放到高清電視屏幕上，這樣你也可以通過(guò)電視屏幕來(lái)玩游戲了。Android4.2以后版本系統(tǒng)標(biāo)配此功能（在設(shè)置或顯示菜單中可以找到，應(yīng)用名稱諸如Wlan Display、Wi-Fi Display、Miracast、Allshare Cast、Mirroring Screen、無(wú)線顯示等，只是各手機(jī)廠家命名不同而已）。手機(jī)屏幕通過(guò)無(wú)線顯示接收器可以將畫面無(wú)線傳輸?shù)狡渌^大屏幕上，如客廳電視、會(huì)議室投影儀等。從使用效果、普及適用性、實(shí)時(shí)性等角度來(lái)看，Miracast是大多數(shù)用戶的首選。

投屏技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用

正因?yàn)橥镀良夹g(shù)有實(shí)時(shí)傳輸屏幕鏡像、傳輸音視頻數(shù)據(jù)等功能，不少教育工作者已經(jīng)將其應(yīng)用于課堂教學(xué)和培訓(xùn)中了。首先，他們會(huì)在教室或者會(huì)場(chǎng)搭建投屏技術(shù)所需的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，當(dāng)成功連接后，將移動(dòng)設(shè)備與教室或者會(huì)場(chǎng)的多媒體系統(tǒng)融合起來(lái)，構(gòu)成一套新型的移動(dòng)授課平臺(tái)，移動(dòng)設(shè)備的屏幕就可以發(fā)揮各種功能了。教師脫離了講臺(tái)的約束，可以自由走動(dòng)。

1.作為擴(kuò)展屏幕

擴(kuò)展屏幕是投屏技術(shù)最基礎(chǔ)的功能，它可以讓講授者不局限于教室多媒體系統(tǒng)的演示畫面，還可以增加移動(dòng)、平板，甚至另一臺(tái)電腦作為擴(kuò)展屏幕，豐富演示的來(lái)源和形式。例如，教師需要演示移動(dòng)設(shè)備里的文檔、照片、視頻等內(nèi)容，就不再需要物理拷貝了，通過(guò)投屏技術(shù)就可以直接展示。

2.作為電子白板

現(xiàn)有的教室多媒體系統(tǒng)，如投影儀、LED顯示屏、液晶電視，大多不支持觸屏操作，而手機(jī)、平板等設(shè)備的屏幕是高清多點(diǎn)觸控屏，通過(guò)投屏技術(shù)，可以將移動(dòng)設(shè)備設(shè)置成為功能強(qiáng)大的手持電子白板。教師在移動(dòng)設(shè)備上自由書寫、繪畫，就類似于將大屏幕當(dāng)作電子白板了，而且這塊“電子白板”還可以自由攜帶，如希沃授課助手就支持電子白板的功能。

3.作為視頻展臺(tái)

現(xiàn)在，很多教室的多媒體教學(xué)系統(tǒng)都支持視頻展臺(tái)的功能，尤其是在實(shí)驗(yàn)課上，視頻展臺(tái)在教學(xué)中的應(yīng)用非常豐富，能給學(xué)生帶來(lái)更為直觀生動(dòng)的感受。但是，現(xiàn)有的視頻展臺(tái)存在設(shè)備昂貴、操作復(fù)雜、使用受連接線限制等問(wèn)題，教師只能在講臺(tái)上展示，無(wú)法顧及每一位學(xué)生。智能手機(jī)的使用則方便得多，依托投屏技術(shù)，智能手機(jī)攝像頭可以融入教室多媒體系統(tǒng)，成為可移動(dòng)的視頻展臺(tái)。這種方式還可以節(jié)約經(jīng)費(fèi)投入，降低維護(hù)難度。

目前，智能手機(jī)的攝像頭像素普遍達(dá)到千萬(wàn)以上，清晰度比較高，而且，在相關(guān)手機(jī)APP支持下，還可以實(shí)現(xiàn)3D、全景、補(bǔ)光、特效、轉(zhuǎn)換攝像頭等優(yōu)化拍攝功能。利用投屏技術(shù)，將手機(jī)拍攝的畫面實(shí)時(shí)同步顯示在教室大屏幕上，可以用于案例分析、作品展示，有助于教師當(dāng)場(chǎng)分析，進(jìn)行針對(duì)性講解，還能實(shí)現(xiàn)局部放大、保存圖片和視頻的功能，提高教學(xué)效率。

4.作為無(wú)線遙控

投屏技術(shù)除了能夠傳輸音視頻數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)畫面外，還能傳輸鼠標(biāo)和鍵盤信號(hào)，把智能設(shè)備當(dāng)作一根無(wú)線教鞭，能夠遠(yuǎn)程控制教室的電腦和大屏幕，如希沃授課助手中就有遠(yuǎn)程播放電腦上的PPT、鼠標(biāo)控制左鍵和右鍵的功能。借助無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和投屏技術(shù)，教師只需在手機(jī)上做相應(yīng)的設(shè)置，就可以任意控制電腦。這樣一來(lái)，智能手機(jī)既是一個(gè)無(wú)線鼠標(biāo)，又是一個(gè)翻頁(yè)器，一舉多得。

普及投屏技術(shù)教學(xué)的問(wèn)題及對(duì)策

雖然投屏技術(shù)這么神奇好用，但我們發(fā)現(xiàn)其大多出現(xiàn)在培訓(xùn)或者娛樂(lè)的場(chǎng)合，真正走進(jìn)課堂教學(xué)的還不多，只有少數(shù)“貪玩”的教師才會(huì)嘗試著使用。究其原因，可能有以下三個(gè)方面。

1.思想理念問(wèn)題

思想決定行動(dòng)。如果思想上沒(méi)有跟上，就無(wú)法用正確的心態(tài)來(lái)面對(duì)這些新技術(shù)、新理念了，投屏技術(shù)亦是如此。不少領(lǐng)導(dǎo)者對(duì)現(xiàn)代教育技術(shù)持有不贊同的態(tài)度，認(rèn)為這些都是“嘩眾取寵”的東西，應(yīng)該劃清界限。因?yàn)椴涣私?，?dǎo)致不放心，才會(huì)不去做。當(dāng)然，也包括部分教師在內(nèi)，對(duì)待新技術(shù)也是視而不見(jiàn)。這也成為投屏等新技術(shù)走進(jìn)課堂的第一道屏障。

2.軟件技術(shù)問(wèn)題

投屏技術(shù)的原理并不復(fù)雜，相關(guān)的協(xié)議、途徑也有很多，但真正好用的軟件還不多。蘋果用戶還好一些，自帶的AirPlay比較簡(jiǎn)便，既能投畫面，也能投聲音，但是蘋果設(shè)備畢竟價(jià)格相對(duì)昂貴一些。安卓設(shè)備就比較麻煩了，尤其是安卓5.0以下的設(shè)備，由于系統(tǒng)沒(méi)有放開(kāi)截取屏幕的系統(tǒng)權(quán)限，用戶必須獲得ROOT權(quán)限后才能畫面投屏。而從安卓5.0開(kāi)始，谷歌向開(kāi)發(fā)者提供了截圖的相應(yīng)接口，才不需要ROOT。另外，大多數(shù)安卓投屏軟件不支持投聲音數(shù)據(jù)，這也是安卓投屏效果不理想的主要原因之一。

3.網(wǎng)絡(luò)環(huán)境問(wèn)題

畢竟用硬件連接的方式有諸多不便，無(wú)線連接投屏還是教師的首選。但是，現(xiàn)在大多數(shù)教室并沒(méi)有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，甚至連有線網(wǎng)也不一定實(shí)現(xiàn)“班班通”?；谏鲜銮闆r，我們建議有條件的學(xué)校重新改造學(xué)校網(wǎng)絡(luò)，在每間教室安裝無(wú)線AP，并使用實(shí)名認(rèn)證方式登錄使用。如果教室的多媒體設(shè)備是“電腦+投影儀或電腦+電視機(jī)”，可以在電腦上安裝相應(yīng)的無(wú)線投屏軟件，如蘋果錄屏大師、AirPlay。如果是一體機(jī)，除了安裝上述軟件外，也可以使用一體機(jī)自帶的投屏軟件，如希沃授課助手或者其他投屏軟件（如AirLink）。這樣一來(lái)，無(wú)論教師走到哪間教室上課，都可以輕松地將手機(jī)與電視、電腦、一體機(jī)連接，實(shí)現(xiàn)投屏。

領(lǐng)導(dǎo)和教師的理念問(wèn)題，不是一朝一夕能夠改變的，但很多有識(shí)之士已經(jīng)品嘗到了利用現(xiàn)代教育技術(shù)促進(jìn)教育教學(xué)成功的果實(shí)。很多草根教師，也因?yàn)楦矣趪L試、勇于實(shí)踐，成了網(wǎng)紅教師。我們有理由相信，很快會(huì)有更多的教育工作者加入到研究新技術(shù)、實(shí)踐新技術(shù)的隊(duì)伍中來(lái)。