構建基于視頻會議系統的遠程教育環境

陳堅志

[摘要]通過分析視頻會議系統的特點，結合遠程教育的要求，構建基于視頻會議系統的遠程教育環境。

[關鍵詞]視頻會議：遠程教育；MCu；視頻會議終端

[中圖分類號]G40—057

[文獻標識碼]A

[論文編號]1009—8097(2009)13—0154—03

一背景

我校南校區在廣州大學城，北校區在廣州白云山北麓，兩個校區相隔約35公里，兩個校區的校園網通過光纖連接，形成一個超過4萬個信息點的校園網。學校有文學、經濟學、管理學、法學、工學、理學、教育學共7大學科門類。北校區主要是文學類的學科專業，即語言類專業(13個語種)；南校區主要是經濟學、管理學、法學、工學、理學、教育學六大學科專業，即非語言類專業。兩個校區的學生要跨校區選修通選課、輔修課面臨很大困難。為此，2007年，我校投資建設了基于視頻會議系統的遠程教育環境，該遠程教育環境包括1個系統控制中心和10個遠程教學點(教室)，從而實現了學生跨校區選修通選課、輔修課的目標。

二視頻會議系統概述

視頻會議是隨著通訊技術與計算機技術的密切結合而出現的一項通訊新業務，也是一種集圖像、語音、數據為一體的視聽多媒體業務。它能跨越空間的限制，使位于兩個或多個地點的一群用戶自由地進行各種交流：發表意見、探討問題、觀察對方表情和形象、出示事物和圖表、傳送數據文件、共享電子白板、播放錄像資料等。使與會各方如同置身于同一地點進行面對面的交流。

1視頻會議系統的組成

視頻會議系統主要由MCU(多點控制單元)、視頻會議終端、系統管理設備、有關外圍設備和傳輸通道組成。

MCU(Multipoint Control Unit)是視頻會議系統的中央控制設備。當參加會議的會場數大于2個時，必須經過MCU來進行控制。所有會場的視頻會議終端通過標準接口連接到MCU，MCU按照國際標準H.221、H.242、H.243、T.120等協議，實現圖像和語音的混合與交換，實現所有會場的控制和數據流的發布。

視頻會議終端是視頻會議系統的終端設備，它的作用是將本地會場點的實況圖像信號、語音信號及相關的數據信號進行采集、壓縮編碼、多路復用后經傳輸通道傳送到分會場的視頻會議終端，并把遠端分會場的視頻會議終端傳送過來的視頻會議信號進行解碼，還原成原圖像、語音及數據信號。視頻會議終端還可將本點的會議控制信號(如申請發言、申請主控權)傳送到MCU，同時還執行MCU對本點的控制指令。

2視頻會議系統的類型

(1)按傳輸介質分類

視頻會議系統按傳輸介質分類可分為：基于通用電話網(POTS)的視頻會議系統、基于局域網(LAN)的視頻會議系統、基于綜合業務數字網(ISDN)的視頻會議系統、基于異步傳輸網(ATM)的視頻會議系統和基于因特網(Internet)視頻會議系統。以及基于衛星通信的視頻會議系統。

(2)按設備結構分類

視頻會議系統按設備結構分類可分為：基于嵌入式設計的硬件視頻會議系統和基于PC構架的軟件視頻會議系統。

嵌入式硬件系統通常基于專用通信處理器(CPU)和數字信號處理器(DSP)實現系統控制和音視頻信號處理。操作系統采用嵌入式實時操作系統(如VxWorks)。這種結構的視頻會議系統具有如下幾個特點：1)安全性高，不會受到黑客和病毒的攻擊；2)穩定性高，嵌入式操作系統穩定、可靠：3)處理性能強，嵌入式操作系統指令精簡，實時性高，結合DSP，可實現高品質、低延時的視音頻信號處理：4)擴展性好，基于嵌入式硬件的MCU和終端易于大容量、模塊化設計，可輕易實現容量、功能以及組網方式的靈活擴展。

PC構架的系統在硬件上一般采用PC機(或服務器、工控機)加插卡(編解碼卡、信道卡)的方式實現，操作系統通常基于微軟WINDOWS操作系統。受PC結構及操作系統本身的限制，這類系統的穩定性、可靠性、安全性、可擴展性均不如嵌入式硬件系統，但由于其實現簡單、成本低廉，所以具有易于部署、應用靈活等特點。

3視頻會議系統的會議模式

視頻會議系統的會議模式根據會場數量的多少，一般可分為點對點模式和點對多點模式。

(1)點對點會議模式

點對點視頻會議系統只涉及兩個會議終端，其模式非常簡單，不需要使用MCU，很容易實現。如圖l所示

(2)點對多點會議模式

當有兩個以上會場參加視頻會議時，就構成點對多點視頻會議模式。在這個會議模式中，必須使用MCU進行控制。點對多點視頻會議模式的使用操作比較復雜，需要進行一個會議組織的過程。如圖2所示

三構建遠程教育環境

遠程教育是指由特定的教育組織機構、綜合應用一定社會時期的技術，收集、開發、設計制作和利用各種教育資源、建構教育環境，并基于一定社會時期的技術、教學資源和教育環境為學生提供教育服務，以及出于教學和社會化的目的進而為學生組織一些集體會議交流活動(以傳統面對面方式或以現代電子方式進行)，以幫助和促進學生遠程學習為目的的所有實踐活動的總稱。在所有活動中，教師是以教育資源的形式或學習幫助者的身份與學生保持著一種準永久性分離的狀態；而學生與教育組織機構(教師)或學生與學生之間將通過建立雙向或多向通訊機制保持即時通話。

遠程教育所要求的活動的電視圖像和實時的語音信號，以及雙向、多點的信息交互的特色，正是視頻會議系統可以較好解決的。目前，基于IP網的視頻會議技術已經成為遠程實時授課的主要技術手段。

根據視頻會議系統的分類特點，結合遠程教育的要求，我校遠程教育系統是按照基于局域網(LAN)的視頻會議系統進行構建，MCU和視頻會議終端均選擇基于嵌入式硬件系統的設備，以保證系統的可靠性和安全性。

1遠程教育系統的組成

一般的視頻會議系統主要為開會考慮，有些特點并不符合遠程教育的需要，簡單套用視頻會議系統并不能構成一個完全符合要求的遠程教育系統。因此，較理想的，應考慮教育行業的特殊要求(師生互動，教學課件演示等)，具有高要求的數據交換能力。因此，本遠程教育系統是在視頻會議系統的基礎上，在系統控制中心增加了1臺T.120服務器，在每個教學點增加1塊電子白板，以及相關多媒體教學設備，構成一個完全符合要求的遠程教育系統。

本系統采用技術先進、性價比較高的國產品牌視頻會議設備進行建設。系統控制中心由1臺MCU，1臺網管服務器、1臺數字錄像點播服務器，1臺T.120數據服務器，以及系統控制軟件平臺組成。10個遠程教學點(教室)分布在兩個校區的教學樓。MCU通過校園網與各教學點的視頻會議終端連接。系統連接如圖3所示。

每個遠程教學點由1臺視頻會議終端，1臺會議錄播服務器，2個攝像頭，1塊電子白板，2支無線話筒，1支鵝頸會

議話筒，1臺調音臺，1臺功放，1對音箱，2臺投影機，2幅150寸投影幕、1臺中控，1臺多媒體電腦等設備組成。遠程教學點設備連接如圖4所示：

2構建遠程教育系統要考慮的主要方面

(1)MCU的用戶數量。本系統配置為16個用戶，但選擇支持32個2M用戶數的MCU，目的是方便日后擴展教學點的數量。

(2)MCU和視頻會議終端支持的協議。考慮與其它品牌的兼容性，應選用國際通用協議，支持H.261、H.263、H.263+、H.264、MPEG2、MPEG4等視頻主流編碼協議，音頻方面，支持G全系列協議及具有CD級音質和雙聲道立體聲的MP3編碼協議。

(3)系統具備數字錄像和視頻點播功能，滿足教學需求。

(4)系統支持QOS網絡質量保障技術，能夠在不同的網絡環境下保證系統質量。

(5)視頻會議終端應支持最大8M的數據速度，充分保障視頻、音頻及其他方便的最佳效果。

(6)視頻會議終端支持H.239協議，具有雙視頻流功能，最好選擇內置雙流模塊的產品。

(7)視頻會議終端提供多種信號接口。應具有內置視頻矩陣，支持VGA、復合視頻接口、s端子等接口。

(8)視頻會議終端同時具有編、解碼功能，聲畫要同步，延時小。

(9)視頻會議終端具有回聲抑制功能，消除教學討論互動時的回聲現象，保證語音清晰。

(10)調音臺應具備音頻輔助輸入(AUX.IN)和編組輸出(GROUP OUT)接口，以方便音頻信號的分配連接。

另外，據調研發現，國內外大部分品牌的視頻會議終端發送雙流視頻時，第二視頻流(PC機的VGA信號)均采用低于15幀／秒傳送，導致的問題是，如果教師電腦播放的是活動圖像，如錄像、FLASH等活動畫面視頻，接收端接收到的第二視頻流(PC機的VGA信號)的畫面是不流暢的。原因是視頻會議終端發送的第二視頻流畫面的幀數沒有達到PAL制式25幀／秒，NTST制式30幀／秒的要求。為了解決這個問題，在每個遠程教學點需增加l臺嵌入式操作系統的錄播服務器，該服務器采用硬件方式獲取VGA信號，畫面幀數達到PAL制式25幀／秒，NTST制式30幀／秒的要求，接收端采用PC機收看錄播服務器直播的教學內容，畫面非常流暢，符合教學要求。

四系統教學功能應用

1雙向互動教學功能

利用視頻會議終端第一視頻流傳送各個教學點的聲音和圖像，實現雙向互動面授教學，能較好地模擬真實的課堂教學情境，可以實現多個教學點的交互式教學活動。

2傳送教學課件演示功能

利用視頻終端的發送雙流功能，把主教學點教師電腦的教學課件或教案的見解畫面傳送到遠程教學點。雙流傳送的圖像可按雙屏幕方式輸出或采用畫中畫單屏幕方式輸出，即可通過2臺投影機分別顯示兩路視頻，也可只用一臺投影機采用畫中畫方式顯示雙流，大小畫面可互換，小畫面也可在屏幕四角移動。如果教師電腦播放的是活動視頻，可使用嵌入式操作系統的錄播服務器直播發送，在接收端采用PC機收看活動視頻。

3數據交換功能

T.120數據服務器可以將教師的電子白板內容傳送到遠程教學點，使遠程教學點計算機也能顯示授課教師的講義和教案，大大方便了遠程授課點對授課老師教學內容的理解。各授課點的學生通過遠程教學系統中的大屏幕實時地看到授課老師的現場講解。

NetMeeting是T.120數據會議的一個終端，教師和學生可以通過NetMeeting進行互動，教師可以把教學文件分發給遠處教學點的學生。

4數字錄像和點播

利用系統的錄像功能，能夠對教學過程進行DVD級別的音視頻錄像，系統支持雙流錄像，可以將授課教師的講課過程和教師機上的教學文檔同時錄制下來。為保證錄像效果，系統采用數字錄像技術，由安裝有錄像軟件的PC或服務器直接接收MCU轉發過來的數字碼流進行直接錄制和存儲。錄制的錄像以ASF格式保存，該文件格式適合多種播放器的播放，也支持其他編輯軟件進行方便靈活的編輯。經編輯好的教學錄像存放在視頻點播庫，學生通過登錄VOD視頻點播平臺進行在線點播學習。

五結束語

應用視頻會議系統構建遠程教育環境，為了能達到理想的效果，除了系統設備達到要求外，還必須對教學點(課室)進行必要的建聲裝修處理，適當增加影視輔助燈光。自2007年我校遠程教育環境建成后，馬上投入教學使用，解決了學生跨區選修通選課、輔修課的困難，達到預期目標。采用現代教育技術手段，實施跨校區遠程教學，對學生來說，學生在選修通選課、輔修課的時候，不受地域的限制，更加靈活：對教師來說，利用遠程教育系統可采用合班上課，教師的工作量得以減少，節省了時間和精力，因而廣大師生使用遠程教育系統進行教與學的積極性比較高，也取得良好的教學效果。