雙向視頻遠程教育設備的應用與開發

林建南

福建廣播電視大學南平分校(南平 353000)

雙向視頻教學系統，是一種通信承載平臺，它以教育科研網IP 寬帶光纖作為實時交互式音視頻遠程教學系統。該系統通常設計有若干個用以遠程教學的教室，這些教室分布在不同的地區，在這些教室中一個作為主授課教室，其他的作為聽課教室。有一位教師在這個主授課教室里講課， 其講課的圖像、聲音可以通過這個雙向視頻教學系統實時傳送到各個聽課教室，使得各個聽課教室里的學生也可以聽到該教師的所講的內容。與此同時，各個聽課教室里的情況也可以通過該教學系統實時的傳送到主授課教室，使得講課的教師也可以隨時了解各個教室里學生的聽課情況，以此來實現這個所謂的實時交互式雙向視頻教學。

1 雙向視頻遠程教育設備的開發

從結構上劃分，該系統主要包括3 個部分：負責遠程教學控制的遠程教學控制中心系統、主管授課的授課教室系統以及遠程聽課教室系統。教師講課的授課教室與遠程教學控制中心的距離比較近，其網絡連接也是采用的局域網，各個聽課教室與遠程教學控制中心的距離是比較遠的，由于該教學系統在教學的過程中需要實時傳輸視頻、音頻等數據信息，其網絡連接一般采用本地ISDN 網，如圖1 所示。

1.1 遠程教學控制中心系統的設計

遠程教學控制中心系統在整個教學系統中居于核心地位，該系統主要由多點會議控制器(MCU)以及網管工作站兩部分組成。MCU 是遠程教學控制中心系統的主控制器，它能夠確保各個教室間同時進行相互的圖像通信，在數字域中實現視頻、音頻以及數據信令的切換，從而達到遠程教學的目的。通過ISDN 網，多點會議控制器與各地的遠程教室建立起實時交互通信，并且經過ISDN 王，各個遠程教室的終端設備均與多點會議控制器建立起通信鏈接，這樣就使得其中任何一個遠程教室，都可以通過多點會議控制器與其余的各個遠程教室，建立起實時交互通信連接。然后整個系統的運行將由網管工作站來控制。

1.2 主管授課的授課教室系統的設計

負責授課的教師在這個教室里講課，其講課的聲音、圖像可以實時傳送到各個聽課教室，與此同時，講課教師要隨時了解各個聽課教室里同學們的聽課情況，以便于對講課的方式方法不斷的調整，以提高同學的聽課效率，實現在授課教室里視頻和音頻的實時雙向傳送。

1.2.1 授課教室視頻系統的設計

在授課教室里，雙向視頻交互式教學的實現，主要包括電視會議終端、自動跟蹤攝像系統以及電子白板。電視會議終端，是授課教室里的主要圖傳輸設備，在多點會議控制器的組織下，能夠實現多點的圖像通信，最終可以實現遠程教學的目的。

自動跟蹤攝像系統也是授課教室里的主要設備之一，它能夠自動跟蹤講課教師，并采集動態教學活動，以此作為視頻終端設備的視頻信號。

電子白板和工作站也是授課教室的核心部分，電子白板是該系統的輸入設備，通常電子白板是通過串口RS 232 與工作站相連接的，在講課的時候，授課教師可以在電子白板上隨意書寫，其所寫內容可以通過電子白板感應出來，傳送到工作站中，然后工作站再通過網絡，將授課教室里電子白板感應出的內容，傳輸到各個遠程聽課教室的會議終端上，并且用投影儀投放出來，這樣，教師講課時所書寫的內容就會同時顯現在授課教室和各個聽課教室的投影屏幕上。 同樣，聽課的學生在聽課教室里的電子白板上所書寫的內容，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，但是卻實現了交互式實時教學所要達到的目的。

1.2.2 授課教室音頻系統的設計

既然是上課，就避免不了老師與學生的互動，當然授課教室里要能夠聽到各個聽課教室里學生的提問，與此同時，也要將授課教師的聲音傳輸到各個聽課教室里，并且要做到與視頻信號同步進行。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候，同時將其對應的音頻信號調入調音臺，話筒將遠程教室里學生的聲音也輸入到調音臺，調音臺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，經過混音，然后輸出到電視會議終端，這樣，在各個遠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節。調音臺的第二路編組輸出主要用于，將電視會議終端輸出的各個遠程教室學生的聲音以及授課教室話筒輸入的聲音，傳輸到功率放大器，再經由音響輸出，其音量也是通過音量控制模塊來調節的。

1.3 遠程聽課教室系統的設計

各個遠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，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 遠程聽課教室視頻系統的設計

同樣，電視會議終端和電子白板也是遠程聽課教室的中心部分，經由電視會議終端，可以接收來自遠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，電子白板接收來自遠程授課教室授課教師所書寫的內容，本地的圖像信息、書寫的內容等也可以經由電視會議終端、電子白板以及工作站傳輸到遠程授課教室，以達到交互式教學的目的。在這里，教師終端可以接收來自網上的廣播，并且可以點播服務器的內容，同時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。

1.3.2 遠程聽課教室音頻系統的設計

遠程聽課教室的音頻系統是比較簡單的，只需要把電視會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，另外遠程聽課教室應配備適量的話筒，以滿足更多學生的需求。

2 雙向視頻設備在遠程教育中的應用

2.1 雙向視頻設備在課堂組織形式中的應用

通過雙向視頻教學系統，可實現對課堂提問、分組討論等課堂教學形式的方便管理，有助于教學效果的提高。在主授課教室教師利用PC 機進行授課的同時，另外多家分教室可以組織學生進行聽課，節約資源，節省時間。在講課的過程中，主教室里的學生如果有疑問，可以在主教室當場提出，教師也可以及時給予解答；當然如果分教室的學生也有問題的話，也可以隨時提出，其問題要經由多點會議控制器交換機給予授權，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時，便可以對其進行解答，因此，在分教室里聽課的學生的問題，也是可以得到即時地解決的，這種方法還可以讓在主教室里講課的教師，及時得到在分教室里聽課的學生所反饋的信息。同時，主講教師可以根據同學們的反饋，及時調整教學方法，使其適合一定的教學內容。當然主教室里的學生和分教室里的學生也可以事先各自討論，然后再通過雙向視頻直播技術，雙方進行互動，進而使主教室和分教室學生之間進行再次的討論。這樣就使得聽課學生之間的充分交流有了保障，增強了遠程教育的互動性，與此同時也擴大了學生的參與性。

2.2 雙向視頻設備在開展遠程會議中的應用

在各種會議場合，雙向視頻播出系統顯示出很大的優勢。例如主會場可以設置在主教室里，然后多家分會場可以設置在各個分教室里，這樣開會就會方便很多，也可以及時、有效的安排部署相關的工作。

3 雙向視頻遠程教育設備在遠程教育中的優勢

雙向視頻教學系統能夠解決了遠程學習過程中，師生空間分離不能即時互動等一系列的問題。參與學習的人不必集中參加面授，利用雙向視頻教學系統的雙向視頻播出技術來取代面授教學的過程，使得分隔兩地師生實現零距離授課，節省時間，節約資源。可以聘請優秀教師主持講課，能有效解決邊遠地區師資匱乏的問題；實現交互式實時教學，有助于遠程教育的教學質量的提高。實現師生之間的即時互動，在直播學習的過程中，學生可以與老師之間進行同步的交流，老師也能夠及時的了解學生的學習動態，這樣老師也可以根據學生的學習情況及時調整自己教學方法，有助于教學質量的提高。與目前遠程教育中非實時的%& 課件相比，它能夠有效的解決早期遠程教育視頻系統中，反饋非常遲緩的問題，有助于教學效率的提高。通過該系統，也可以實現師生之間的情感交流，師生分離是遠程教育最突出的特點， “目光的接觸”、“用眼睛交流情感” 是老師與學生之間沒法實現的，而雙向視頻教學則可以避免上述情況，使老師和學生交流情感。在雙向視頻教學系統中，無論是在主教室還是在分教室的學生，都可以通過相應的設備進行面對面的交流、互動，更有利于開展學習者之間的協作學習。

4 結語

雙向視頻教學系統將視頻、音頻、數據信息等集于一體，充分展示了現代化的通信技術對人們生活的深遠影響，也使得其在當代教育模式中占有極大的優勢。該系統在現實生活的應用中， 得到了廣大師生的一致好評，節省時間，節約資源，能有效解決邊遠地區師資匱乏的問題，對今后教學改革和提高教學質量具有一定的現實意義。

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