視頻會議及其對遠程教育的影響

【摘要】近年來，視頻會議正被廣泛地應用于遠程教育中，從而使遠程教育的教學模式產生了極大的變化。本文就視頻會議的發展、組成進行了簡要地介紹，并重點就視頻會議在現代遠程教育中的應用以及在現代遠程教育中的優勢進行了分析與探討。

【關鍵詞】視頻會議，MCU，實時性，監控性

【中圖分類號】G434【文獻標識碼】B【論文編號】1009—8097（2007）02—0077—04

隨著網絡技術及多媒體技術的迅速發展，使得視頻會議已經逐漸融入到人們的生活和工作當中，從而為異地間的用戶提供了快捷、直觀的通信方式，并且已在政府部門、遠程醫療、遠程監控和遠程教育中得道了越來越廣泛的應用。

一、視頻會議的發展

1．視頻會議的發展

視頻會議又稱電視會議，是通過電視（或多媒體設備）和通信網絡召開會議的一種方式。在召開會議時，處于兩地或多個不同地點的與會代表既可以聽到對方的聲音，又能看到對方的形象，同時還能看到對方會議室的場景，以及在會議室中展示的實物、圖片、文件等，縮小了與會代表間的距離，從而完成了會議的目的。從技術的角度來說，就是在發送端，把圖像、聲音和文字等轉換成數字化信號，并經過壓縮、編碼后通過通信網絡傳送到接收端，在接收端再將這些信號還原成可以接收的視聽信號。

視頻會議系統的應用至今已有30多年的歷史，其間經歷了一個由模擬視頻會議到數字視頻會議的發展過程。視頻會議的研究是從20世紀60年代開始的，當時美國電報電話公司推出了模擬視頻會議，但因受當時技術條件及電話帶寬的限制而未能發展起來。進入20世紀70年代以后，數字信號處理技術、通信技術、及其它相關技術有了長足的進步，生產成本不斷下降，大大提高了視頻會議的實用性，使其逐漸進入市場。進入20世紀80年代以后，大規模集成電路技術的飛速發展，圖像編、解碼技術取得了突破，為視頻會議走向數字化、實用化提供了良好地發展條件。20世紀90年初，第一套國際標準H.320獲得通過，不同品牌產品的兼容問題得以解決。從此，不同檔次的視頻會議產品源源不斷地進入政府機關、科研單位和教育部門。縱觀視頻會議的發展，美國pictureTeI公司主席諾曼蓋特先生認為，視頻會議的發展大致可以劃分為四個浪潮。

第一次浪潮是撥號群組視頻會議。撥號群組視頻會議可以說是現今發展最為成熟的一種視頻會議。撥號群組是一種“預先安排”的“共享式”的群組會議環境，它未必成為個人。

第二次浪潮是基于ISDN的桌面視頻會議。它不是群組共享式環境，會議不必事先安排，隨著T.120標準的制定，使得ISDN網絡組成的視頻會議得到了迅速發展。

第三次浪潮是LAN上的組播視頻會議。該次浪潮不同于前兩種，它首先被設計成為多用戶參與方式，使多用戶會議及加入或退出都變得非常簡單；其次，使用非常方便；最后，最大的不同在于它是一種公司、企業、單位等內部的應用。

第四次浪潮是Internet上的組播視頻會議。隨著Internet在全球的快速增長，Internet視頻會議已成為第四個浪潮，這也是一次最大的浪潮。隨著Internet技術的不斷發展、帶寬的不斷增加，Internet視頻會議必將是最有發展前途的一種視頻會議。

我國視頻會議方面的研究是從70年代初的黑白視頻會議開始的，1978年在北京和廣州間首次開通了視頻會議實驗業務。盡管各種視頻會議實驗早在國內出現，但真正實現視頻會議業務是于1994年國際公眾視頻骨干網開通以后開始的。隨著視頻會議的不斷發展和完善，現在視頻會議已深入到社會的各個領域，并在遠程教育中發揮著重要作用。

2．視頻會議的種類

視頻會議的分類方法很多，從遠程學習的角度可分為：上課型、討論型和個體型視頻會議；根據視頻會議利用傳輸網絡的不同可分為：基于ISDN的視頻會議、基于PSTN的視頻會議、基于IP網絡的視頻會議和基于ATM的視頻會議；按視頻會議實現的方式可分為：基于硬件的視頻會議和基于軟件的視頻會議。

（1）基于硬件的視頻會議

目前市場上成熟的硬件視頻會議系統，主要有兩種：

一種是基于H.320標準的視頻會議。該標準是ITU-T較早的視頻會議標準，制定于1990年，主要對視頻會議的性能指標、壓縮算法、信息結構、控制命令和組網原則等作了全面的規定，還規定了編碼、解碼器的主要結構，并規定了視頻會議電視信號的組成和數據結構。從而使不同品牌產品之間的兼容問題得到了解決。該標準主要針對基于電路交換的網絡，如ISDN、DDN等。我國早期建設的視頻會議系統多采用H.320標準。電路交換網絡的特點是面向連接、傳輸速率和時延小且穩定、誤碼率低，從而保證了視頻會議的質量。該標準的缺點也很突出，如要求必須進行點到點的無縫連接，這就造成帶寬的利用率較低，開放性較差。

另一種是基于H.323標準的視頻會議。該標準于1996年頒布以來，由于符合用IP統一一切，在開放式網絡平臺和應用平臺上進行互連互通的國際發展趨勢，因而受到越來越多的廠商和廣大用戶歡迎。該標準涵蓋了視頻、音頻和數據在IP網絡上的通信，包括各種獨立設備、個人計算機技術以及點對點和點對多點視頻會議。同時還解決了視頻會議中的呼叫與會話控制、多媒體與帶寬管理等問題。目前，H.323標準的視頻會議可以有ADSL、電信專線、衛星網絡等多種選擇。

近年來隨著寬帶網絡的穩定性和可靠性的不斷提高，基于IP網絡的H.323視頻會議發展很快，但考慮到兼容性和互通性，一般廠商的視頻會議都支持H.320和H.323兩種標準以保護用戶的投資。

（2）基于軟件的視頻會議

基于軟件的視頻會議的原理與基于硬件的視頻會議原理基本相同，不同之處在于多點控制單元和終端是利用高性能的PC機和服務器相結合的軟件來實現，視頻編碼多數采用MPEG-4標準。在目前技術條件下，基于軟件的視頻會議在視、音頻質量方面，已接近于硬件視頻會議。比較而言，基于軟件的視頻會議具備許多優勢：首先在硬件設備上投入少，維護量少，因而成為低成本高收效的方案；其次系統對網絡的適應能力較強；最后具有投資靈活，安裝部署方便、容易擴容和產品升級等優勢。

二、視頻會議的基本組成

視頻會議主要由三部分組成。

終端設備。視頻會議終端是面向用戶而設置的，主要包括數據端口、視頻/音頻輸入設備、視頻/音頻輸出設備、通信設備、視頻/音頻編碼/解碼設備、信息處理設備、多路復用/分解設備等。其功能是將視頻、音頻、數據、信令等各種數字信號分別處理后，組合成一路復合的數字碼流，再將數字碼流轉換成適合于與用戶網絡接口兼容，符合傳輸網絡規定的數據格式，并送至傳輸信道。

傳輸信道（通信網絡）。傳輸信道是指連接終端設備使之能夠傳輸視頻、音頻和數據的各種傳輸介質的總稱。視頻會議的傳輸介質可采用光纜、電纜、微波以及衛星等數字信道，或者其它類型的傳輸信道。視頻會議業務可以在現有的多種通信網絡中展開，例如，SHD數字通信網、DDN、ISDN、ATM等。現在新的標準還保證視頻會議信號可以在計算機網絡中傳輸，如LAN、WAN、INTERNET等。

多點控制單元（MUC）。無論是電信網或計算機網，視頻會議都是利用它們來傳送活動或靜態圖像信號、語音信號、數據信號以及系統控制信號。目前各種網絡本身的通信控制機制，還不能完全滿足視頻會議所要求的多點通信控制功能。因此，除了終端設備、通信線路外，還增設了多點控制單元設備。它根據一定準則處理視聽信號、數據信號，并將它們分配給對應連接的信道。實際上，它是多媒體信息交換機，實現多點呼叫和連接、視頻廣播、視頻選擇、音頻混合及數據廣播等功能，完成各終端信號的匯接與切換。在基于硬件視頻會議中，多點控制單元是通過一個硬件單元即多點控制單元來實現的。在基于軟件視頻會議中，多點控制單元是通過軟件來實現。

三、視頻會議在遠程教育中的應用

1．遠程教育對視頻會議的要求

一般的視頻會議只要能夠較好的完成視頻、音頻的交互，同時完成少量的數據傳輸即可滿足視頻會議的需求。遠程教育實時授課系統雖然是基于視頻會議來實現的，但是對視頻會議又提出了更高要求。首先提供的視頻/音頻質量要高。因為主播教室產生的視頻/音頻信息要通過傳輸網絡傳送到遠程的聽課教室，只有高質量的視頻/音頻信息，才能保證在遠程聽課教室能真實再現視頻圖像和聲音，從而提高教學效果；其次要有強大的數據交互能力。在遠程教學過程中，不僅要完成視頻/音頻的交互，更重要的是要完成對數據的交互。因為教師在遠程教育教學過程中，除了用語言講述教學內容外，還要通過電子白板、幻燈片、應用程序共享等手段，向學生提供大量的文字內容，使學生能及時看到教師的板書、幻燈片的放映等內容，這就對視頻會議的數據交互能力提出了更高的要求；最后還要保證快速的數據傳輸能力。為了便于學生課后復習，教師應在每一次課程結束前，將自己的電子教案、學習資料等發送給學生，如果數據傳輸速度較慢勢必影響正常的教學進度。

2．基于視頻會議遠程教育的輔助設備

為了利用視頻會議開展遠程教育，還應對視頻會議進行改造，以適應遠程教學的需求，即增加一些輔助設備，來提高遠程教育的教學效果。在遠程教育的適時授課系統中，主播教室中除前述的終端主要設備外，還應包括以下輔助設備：

投影儀。在視頻會議遠程教學中，學生獲取的信息多數來自于視覺，其性能好壞將直接影響到視覺效果，進而影響到學習效果。

無線話筒。在教師和學生非面對面的情況下，學生獲取信息的另一主要途徑是聽角，真實的聲音能夠使學生感覺舒適自然，注意力集中。同時可以保證授課教師在教室自由走動時，仍然能產生清晰的聲音信號，從而保證遠程聽課教室的學生能聽到教師真實、清晰的聲音。

電子白板。電子白板是視頻會議中重要的輔助信息處理設備，從表面上看，和普通教室的黑板一樣，所不同的是在電子白板上書寫的內容可以通過視頻會議系統傳送到遠程端的聽課教室，使所有聽課的學生都能看到。在遠程教學中，電子白板不僅可以代替原有黑板的功能，而且師生之間還可以通過其進行“筆談”實施交互式教學。電子白板和視頻會議終端之間一般通過RS-232串口線相連。老師在白板上書寫的內容經過白板處理后變為數據信號，送入視頻會議終端，會議終端通過傳輸信道傳送到遠程端的聽課教室，再經過遠程端的終端設備處理后顯示在大屏幕上。

自動跟蹤攝像機。自動跟蹤攝像機一般是通過紅外線遙控的方式保證，當教師在主播教室走動時，教師的畫面始終要出現在屏幕上。這樣教師就能像在普通教室上課一樣，來回自由走動，而不必擔心自己走出畫面。使教師和學生的注意力更加集中在教與學上，從而提高了教學效率。

視頻展示臺。近年來視頻展示臺已成為會議室、多媒體教室的一個重要設備，并在逐漸取代了傳統的膠片投影儀、幻燈機的大部分作用。視頻展示臺不但能將幻燈片、透明膠片上的內容投到屏幕上，而且可以將各種實物，如印發刊物、立體實物，甚至是活動圖像清晰的投射到屏幕上。PC機通過視頻捕捉卡連接展示臺，通過相關程序軟件，可將視頻展示臺輸出的視頻信號輸入到PC機進行各種處理，并且可以傳送到遠程端的聽課教室。

在遠程教育的適時授課系統中，聽課教室的配置與主播教室大致相同，只是聽課教室的學生課桌上都配備有一個耳機。有的聽課教室與主播教室則完全相同，這樣任何一個聽課教室也可作為主播教室，當然不同的視頻會議系統會有不同的設備配置。

3．視頻會議在遠程教育中的應用

目前應用于遠程教育中的視頻會議多數是基于硬件視頻會議，進行一點到多點的雙向傳輸，從而達到課堂教學的效果。視頻會議構成的遠程教育實時授課系統如圖1所示。一般由主播教室、多點控制單元（MCU）、若干個本地及遠程聽課教室以及傳輸網絡組成。 教師在規定的時間在主播教室授課，學生在本地或遠程的聽課教室聽課，教師和學生之間進行實時交互，使得異地的教師和學生之間好像身處一室。

主播教室將將教師的動態圖象和聲音、教師在PC機上演示的電子教案或課件、錄像機播放的畫面和聲音、視頻演示臺展示的圖表資料等教學信息，實時傳輸到所有遠程端的聽課教室，聽課教室的學生如同在面對面的環境中聽課。若主講教師在教學過程中，需要提問某一個遠程端聽課教室的學生時，只要通過多點控制單元進行連接對象的切換就可以了。同時借助于安裝在遠程端的跟蹤攝像機觀察被提問學生的反映，并通過話筒聽到學生的回答。學生需要提問題時，只需要點擊學生課桌上的發言按鈕，系統就會啟用預先設定好的應用程序，攝像機將自動對準發言的學生，并將該學生的視/音頻信息實時的傳送到主播教室的監視器上。這樣師生之間的信息交流幾乎可以達到現場教學的效果。

四、視頻會議在遠程教育中的優勢

1．師生之間的交流是實時的，提高了學生學習的積極性

傳統的遠程教育其師生之間的相互交流是非實時的，即便是發展到基于網絡的教學模式，其師生之間的相互交流也是非實時的。在基于網絡的教學模式中，雖然學生可以通過給教師網上留言，或發送電子郵件等形式交流，但仍需等待一段時間由教師來答復，因為教師不可能每時每刻都在線，教師只是定期的查看學生的留言并回復。這樣學生從提出問題到收到老師的答復就需要一定的時間。有研究結果表明：這種狀況會影響到學生學習的積極性，并最終影響學習效果；而視頻會議可以解決上述問題，學生與教師之間的信息交互是實時的，實時的信息包括文本、聲音、圖像等，達到了類似于面對面交流的效果。這種實時性不僅大大增強了學生學習的積極性，而且教師也可以根據學生的反映有目的進行教學過程的調整。

2.實現了師生之間的雙向交流，從而營造出良好的學習氛圍

基于視頻會議的遠程教育是一種交互式教學系統，從而實現了信息的雙向交互傳播。傳統的廣播電視教學模式，由于教師、學生異地，學生的學習是以電視、文字教材為主要媒體，而且教學信息的傳遞一般是單向的，因而存在明顯的不足：如教師與學生不是面對面教學，因而無法直接溝通；學生之間缺乏交流機會；缺乏集體學習的氣氛。利用視頻會議開展遠程教育很好地解決了上述問題，不僅可以實現人機交互，而且為教師與學生之間直接對話、溝通、討論提供了條件。學生可以即時提問、隨時請教，也可以得到教師的即時回答，并方便了他們之間的情感交流，從而營造出良好的學習氛圍。

3．有利于提高對學生的監控性

這里所提到的監控性是指教師或學習的組織者對學生學習行為的監控。在視頻會議構成的遠程教育環境下，教師或學習組織者對學生的監控性主要是通過教學平臺的監控系統來實現的，該系統為每一個參與遠程學習的學生建立了學習日志。當學生進入該遠程教育實時授課系統學習時，系統就對遠程學生進行監控。如計算出學生一次聽課的時間，記錄學生的學習項目，學習次數等。教師只要打開日志記錄，就能監控學生的學習情況，并對學生的學習情況、學習內容進行測試與評價。

利用視頻會議開展遠程教育雖然具有上述優勢，但還存在不少缺陷：其一，所使用的系統和通信線路價格比較昂貴，初始投資較大，很難作到擴大招生；其二，雖然國家正在制定遠程教育標準化規定，但還存在互操作性問題；其三，在技術上還無法保證良好的交互性，因為如此眾多的學生在同一課堂的有限時間里與一名教師交流是相當困難的；其四，學生在學習上沒有自由度，并且實時視頻會議同時只支持一門課程，很難做到多個專業同時開課，因此，難于滿足異步點播的需求。

利用視頻會議開展遠程教育是對遠程教育教學方法和教學模式的有益嘗試，盡管目前視頻會議在技術上還有這樣或那樣的問題或局限性，還尚未走向普及階段。但是隨著視頻會議與其他新技術，如信息高速公路、虛擬現實技術等的相結合，基于視頻會議的遠程教育必將更加完善，這無疑將為遠程教育帶來更加廣闊的發展空間，并將在遠程教育中發揮重大作用。

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