多媒體教室遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

孫宏志　姜彤偉

摘要；針對(duì)高校多媒體教室數(shù)量和使用頻率不斷增加的現(xiàn)狀，從教師需求、技術(shù)管理人員需求、教學(xué)管理需求出發(fā)，設(shè)計(jì)具有多媒體教室遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程輔助教學(xué)、課堂教學(xué)觀摩、遠(yuǎn)程輔助錄播、教學(xué)視頻管理、一卡通遠(yuǎn)程信息管理等功能的多媒體教室遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)。對(duì)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、前端接入模式、存儲(chǔ)方式和控制中心進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行全面部署，實(shí)現(xiàn)對(duì)全校多媒體教室的統(tǒng)一管理和維護(hù)，促進(jìn)信息化教學(xué)服務(wù)質(zhì)量和管理質(zhì)量的提升。

關(guān)鍵詞：多媒體教室；遠(yuǎn)程管理；集控系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）07-0187-03

隨著高校信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷完善，近年來高校多媒體教室數(shù)量不斷增加，多媒體硬件設(shè)備不斷更新?lián)Q代，功能不斷拓展，使用頻率大大提高，為管理人員和授課教師提出了更高的要求。傳統(tǒng)的多媒體教室管理方式多為多媒體管理人員或?qū)Ｂ毥逃夹g(shù)人員分散管理維護(hù)，需要耗費(fèi)極大的人力，無法滿足對(duì)多媒體教學(xué)設(shè)備高效管理和良好維護(hù)的需求；另一方面部分教師不能夠熟練使用多媒體設(shè)備，多媒體課堂教學(xué)活動(dòng)的順利開展需要隨時(shí)得到強(qiáng)有力的技術(shù)保障。針對(duì)上述問題，從學(xué)校多媒體教室建設(shè)的實(shí)際情況出發(fā)，充分考慮教師需求、技術(shù)管理人員需求、教學(xué)管理需求，利用多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代化技術(shù)研究并設(shè)計(jì)一套多媒體教室遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)管理人員在主控室內(nèi)即可對(duì)各個(gè)多媒體教室進(jìn)行管理和維護(hù)，同時(shí)滿足教師、教學(xué)管理人員的實(shí)際需求。

1多媒體教室遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

多媒體教室遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)支持接人多種類型的教室，包括符合網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)控型、監(jiān)控型、標(biāo)準(zhǔn)錄播型、專業(yè)錄播型以及專業(yè)實(shí)驗(yàn)室等，根據(jù)教室類型不同，集控系統(tǒng)提供不同的管控功能，這些教室在集控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下，協(xié)同作用，構(gòu)成學(xué)校完整的多媒體教學(xué)環(huán)境，完成學(xué)校教室、設(shè)備、教師及課程的信息化教學(xué)管理。

1.1多媒體教室遠(yuǎn)程管理功能

遠(yuǎn)程分類管理；對(duì)多媒體教室進(jìn)行分校區(qū)、分院系管理。

遠(yuǎn)程設(shè)備管理：遠(yuǎn)程優(yōu)先級(jí)管理設(shè)備開關(guān)機(jī)等控制；遠(yuǎn)程控制設(shè)備信號(hào)切換輸出到投影機(jī)。

教室使用狀態(tài)顯示分類管理：可遠(yuǎn)程統(tǒng)計(jì)上課或下課教室狀態(tài)。

任務(wù)列表管理：按時(shí)間順序，用不同的顏色表示出教室任務(wù)狀態(tài)。

安防報(bào)警功能：系統(tǒng)支持投影機(jī)的線纜被拔掉或斷開會(huì)報(bào)警；無論何種形式的報(bào)警都要求實(shí)現(xiàn)觸發(fā)報(bào)警，將報(bào)警信息傳到網(wǎng)絡(luò)主控室，以閃爍圖像告警。

教室投影機(jī)使用期限統(tǒng)計(jì)；遠(yuǎn)程登記并統(tǒng)計(jì)投影機(jī)燈泡使用壽命，管理使用期限。

1.2遠(yuǎn)程輔助教學(xué)功能

遠(yuǎn)程輔助授課：遠(yuǎn)程接管多媒體教室內(nèi)的設(shè)備，控制設(shè)備操作，如開啟關(guān)閉、播放暫停、設(shè)備切換等；對(duì)多媒體教室的授課計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程桌面接管；遠(yuǎn)程與授課教師對(duì)講，幫助教師解決遇到的操作問題_2_。

廣播示范教學(xué)：支持管理人員將授課教師現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的優(yōu)秀示范課程視頻圖像分多組直播到其他教室，并通過教室內(nèi)的投影機(jī)等設(shè)備播放出來，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程收視教學(xué)。

課堂教學(xué)視頻錄制存儲(chǔ)：支持按周期循環(huán)的全天錄制課堂教學(xué)錄像，并存儲(chǔ)通用的MP4格式，用于回放、查詢或網(wǎng)絡(luò)課程等視頻應(yīng)用。

遠(yuǎn)程分類教學(xué)觀摩管理：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程樹形分類4窗口課堂觀摩教學(xué)，并可錄制現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)視頻，進(jìn)行教學(xué)督導(dǎo)。

1.3課堂展示功能

多畫面集中展示；支持投影或大屏拼接等多種形式的課堂教學(xué)展示系統(tǒng)，管理者可以屏顯1、4、9、16或分割等畫面的方式，并可巡視所有多媒體教室。

重點(diǎn)單獨(dú)展示；當(dāng)有管理需要或有教室出現(xiàn)異常時(shí)，可以將指定的教室以全屏顯示的方式單獨(dú)展示出來，以便進(jìn)行重點(diǎn)關(guān)注。

電子監(jiān)考；系統(tǒng)支持電視墻顯示設(shè)備上展示諸如教學(xué)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、網(wǎng)上招生、考場(chǎng)電子巡視等教學(xué)與管理需求畫面。

1.4遠(yuǎn)程輔助導(dǎo)播管理

遠(yuǎn)程錄播設(shè)備管理：可監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)直播畫面，進(jìn)行畫面導(dǎo)播調(diào)度，根據(jù)拍攝需求，調(diào)控?cái)z像機(jī)，根據(jù)教學(xué)需求，設(shè)定和管理直播/錄播的各項(xiàng)參數(shù)。

直播/備播雙畫面模式：一個(gè)窗口顯示正在直播和錄制的畫面，另一個(gè)窗口用于對(duì)將要切換的畫面進(jìn)行前期調(diào)整備播處理，調(diào)整攝像機(jī)角度、推進(jìn)或拉遠(yuǎn)鏡頭，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)度需要，將調(diào)整好的畫面切換到直播主畫面中。

支持多場(chǎng)景畫面：支持展示現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)組、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)設(shè)備（課件電腦、視頻展臺(tái)等）、現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)實(shí)況等多場(chǎng)景畫面，導(dǎo)播控制后就可以把此畫面直播/備播。

人工輔助錄制：可以遠(yuǎn)程啟動(dòng)、暫停、結(jié)束錄播進(jìn)程，為錄制文件添加片頭、片尾，添加錄像名稱、主講人信息等，設(shè)定錄制模式及分辨率、碼流、音量的大??；設(shè)定錄制文件的名稱、存儲(chǔ)地址等。

1.5一卡通遠(yuǎn)程信息管理

教師教學(xué)信息記錄管理：兼容校園一卡通，教師通過校園卡識(shí)別驗(yàn)證開啟多媒體教室設(shè)備，并記錄上下課時(shí)問，便于教師課堂教學(xué)考勤管理。

—卡通信息安全管理；通過教師身份識(shí)別信息進(jìn)行安全驗(yàn)證管理，非安全校園卡不能開啟設(shè)備。

教師與課程數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)管理：采用中間數(shù)據(jù)庫與學(xué)校一卡通數(shù)據(jù)庫對(duì)接，并保持定期更新。

2多媒體教室遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多媒體教室遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)包括位于集控室的服務(wù)器部分和控制監(jiān)視部分以及位于授課教室的多媒體教室部分。服務(wù)器部分主要包括服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、錄制服務(wù)器?？刂票O(jiān)視部分包括集控系統(tǒng)、雙液晶電視墻和獨(dú)立電視墻。多媒體教室部分包括一體機(jī)系統(tǒng)、酷睿軟件系統(tǒng)和教師授課PC代理軟件。基本結(jié)構(gòu)如圖1；

服務(wù)器部分包括數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器和錄制服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫使用MYSQL，它包括用戶數(shù)據(jù)、多媒體教室數(shù)據(jù)、日志記錄等。服務(wù)器是系統(tǒng)管理的核心組件，提供用戶登錄、多媒體教室狀態(tài)管理、控制轉(zhuǎn)發(fā)等核心功能，多媒體教室部分各系統(tǒng)通過服務(wù)器與控制監(jiān)視部分各系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)系，控制監(jiān)視部分的控制信息也通過服務(wù)器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。同時(shí)服務(wù)器還管理所有多媒體教室的實(shí)時(shí)狀態(tài)和控制用戶的實(shí)時(shí)狀態(tài)。錄制服務(wù)器為多媒體教室使用的TopVS專業(yè)視頻編碼卡而創(chuàng)建，它由服務(wù)器進(jìn)行直播控制，提供指定教室的指定通道視頻的錄制工作。

控制監(jiān)視部分包括集控軟件、導(dǎo)播軟件和獨(dú)立電視墻。集控軟件提供用戶對(duì)所有多媒體教室進(jìn)行統(tǒng)一管理及各種操作功能，包括開關(guān)機(jī)控制、分類管理、設(shè)備管理、視頻廣播、快速響應(yīng)等，集控軟件還集成對(duì)指定教室的導(dǎo)播。導(dǎo)播軟件提供用戶對(duì)指定錄播教室的遠(yuǎn)程輔助錄制，包括場(chǎng)景監(jiān)視、場(chǎng)景通覽、場(chǎng)景切換、球機(jī)控制、遠(yuǎn)程配置、直播控制等。獨(dú)立電視墻由多臺(tái)獨(dú)立的顯示器構(gòu)成，每個(gè)顯示器對(duì)應(yīng)雙液晶軟件的一個(gè)當(dāng)前正在展示的教室視頻。

多媒體教室部分包括一體機(jī)系統(tǒng)、酷睿軟件系統(tǒng)和教師授課PC代理軟件。一體機(jī)系統(tǒng)為多媒體教室的核心系統(tǒng)，它使用嵌入式的操作系統(tǒng)，提供多媒體教室的所有設(shè)備的控制和管理，并通過服務(wù)器與控制部分各系統(tǒng)進(jìn)行通訊，實(shí)時(shí)反映當(dāng)前多媒體教室的狀態(tài)并接受控制部分各系統(tǒng)的控制?？犷ｄ洸ソ淌也捎每犷５妮o助面板代替一體機(jī)?？犷＼浖到y(tǒng)為現(xiàn)有酷睿軟件的升級(jí)，升級(jí)后的酷睿軟件系統(tǒng)能很好地加入到多媒體教室及集控系統(tǒng)中。教師授課PC代理軟件安裝于教師授課計(jì)算機(jī)上，它提供遠(yuǎn)程桌面、廣播接收等功能。

2.2系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

多媒體教室遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)采用星形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各終端設(shè)備通過樓層交換機(jī)上聯(lián)至校園核心數(shù)據(jù)交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。多媒體教室內(nèi)的高清攝像機(jī)、VGA解碼器、一體機(jī)等設(shè)備，將采集的數(shù)據(jù)通過樓層交換機(jī)上聯(lián)至核心數(shù)據(jù)交換機(jī)。集控室內(nèi)集控管理系統(tǒng)、解碼系統(tǒng)、輔助錄制系統(tǒng)通過樓層交換機(jī)與核心數(shù)據(jù)交換機(jī)上聯(lián)對(duì)多媒體教室進(jìn)行監(jiān)視、控制、錄制。存儲(chǔ)服務(wù)器、錄播服務(wù)器、轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器直連核心數(shù)據(jù)交換機(jī)，對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)。觀摩用戶PC端通過辦公交換機(jī)、樓層交換機(jī)與核心數(shù)據(jù)交換機(jī)連接，讀取觀摩監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)。

2.3前端接入模式設(shè)計(jì)

多媒體教室前端采用720P高清網(wǎng)絡(luò)球機(jī)，高清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)視頻相對(duì)過去的模擬標(biāo)清視頻具有顯著優(yōu)勢(shì)：圖像清晰度更高、細(xì)節(jié)更加清楚，目標(biāo)覆蓋范圍更廣、提高控制效能。高清攝像機(jī)能實(shí)現(xiàn)數(shù)字PTZ（Pan/Tilt/Zoom，云臺(tái)全方位移動(dòng)及鏡頭變倍、變焦控制）功能。前端直接編碼產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)高清視頻流，通過校園以太網(wǎng)接入到控制中心。多媒體計(jì)算機(jī)通過VGA視頻編碼器編碼后通過校園以太網(wǎng)接入到控制中心。

2.4存儲(chǔ)方式設(shè)計(jì)

采用監(jiān)控錄制的方式存儲(chǔ)。每路視頻圖像3Mb碼流，25幀/s，每天24小時(shí)，實(shí)時(shí)存儲(chǔ)5天。磁盤陣列需要考慮RAID校驗(yàn)盤和熱備盤的損耗，并且硬盤格式化也會(huì)有一定的損耗。其存儲(chǔ)空間計(jì)算方法如表1所示。

2.5控制中心設(shè)計(jì)

考慮到網(wǎng)絡(luò)的壓力，把存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備接入到校園中心機(jī)房，減少對(duì)控制中心交換機(jī)的壓力。中心機(jī)房設(shè)置視頻轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器、監(jiān)控視頻存儲(chǔ)服務(wù)器、智能教室集控錄播服務(wù)器?？刂浦行脑O(shè)置集控服務(wù)器、輔助錄制系統(tǒng)、電視墻服務(wù)器、投影拼接控制軟件、觀摩軟件。

3結(jié)語

學(xué)校于2015年7月對(duì)多媒體教室遠(yuǎn)程集控系統(tǒng)應(yīng)用進(jìn)行全面部署，建成多媒體教學(xué)服務(wù)中心，即多媒體教室遠(yuǎn)程集控中心。集控中心由集控管理系統(tǒng)、拼接屏展示管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程輔助導(dǎo)播系統(tǒng)、錄制存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)組成，具備設(shè)備運(yùn)維管理、遠(yuǎn)程輔助教學(xué)、教學(xué)觀摩、課堂直播、錄播管理、教學(xué)視頻管理、一卡通遠(yuǎn)程信息管理等幾大功能。多媒體教室在集控系統(tǒng)的統(tǒng)一管理下，協(xié)同工作，構(gòu)成學(xué)校完整的多媒體教學(xué)環(huán)境。