網絡化多媒體教室初探

摘要 網絡化多媒體教室集遠程設備管理、遠程視頻監控、遠程視頻直播、遠程視頻點播、網絡課件錄制和網絡教學資源管理等于一體，徹底改變了傳統多媒體教室在教育教學中的作用。視聽媒體和多媒體計算機在教育教學中的應用不僅極大地改變了傳統的教學環境，而且也將會對傳統的教學模式產生極其深遠的影響。

關鍵詞 多媒體 監控 直播 點播 視聽媒體

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

1 網絡化多媒體教室的發展

當代科學技術的迅猛發展，使得有關音視頻、計算機技術、通信技術和智能控制等方面的先進設備不斷被引入到教育教學過程中來。不同階段和不同時期的設備引入都會帶來教育教學方法改革和手段的不斷更新，逐步提高教育教學質量水平。這些設備的引入主要分為三個階段：電教室、多媒體教室和網絡化多媒體教室。

1.1 電教室（80年代及以前，模擬時代）

電教室也可以稱為多功能教室。較為典型的音頻設備是錄放機和擴音機，視頻設備是幻燈機（包括膠片投影儀）、錄像機和電視機，通信設備基本沒有。電教室的主要作用是減輕教師的勞動強度，在一定程度上豐富教學素材。當時的電教室雖然有多種媒體，但其信息沒有數字化，無法集成控制和管理設備，所以它還不是現代意義下的多媒體。

1.2 多媒體教室（90年代，數字時代）

多媒體教室也稱數字式多媒體教室。它保留了電教室的某些設備，但同時引入了更多新設備。最典型的設備是數字式投影儀、計算機和中央控制機，條件較好的學校還會加入網絡和閉路電視等相關設備。多媒體教室的主要作用是減輕教師的勞動強度，在更多更大范圍內豐富教學素材，讓教師充分發揮自己的教學特長和特色，促進教育教學的改革與發展。多媒體教室的主要教學信息都被數字化，主要設備和信息也能進行集中控制。

1.3 網絡化多媒體教室（21世紀初，網絡時代）

網絡化多媒體教室是在多媒體教室的基礎上更新和增加軟硬設施形成的。網絡化多媒體教室最典型的設備是普通網絡設備和網絡中央控制機，教學資源的實時采集、后期編輯制作和軟硬設備管理平臺。隨著網絡化多媒體教室設備的不斷增加，實現的功能也逐步增強，目前比較公認的網絡多媒體教室的功能除普通多媒體教室具有的功能外，還應至少具備遠程設備管理、教學現場點播和直播、課件合成制作等功能。普通多媒體教室可以相互完全獨立地建設，而網絡多媒體教室必須備有中央控制機，且必須使用同一品牌的網管軟件。它在教學過程中除具備普通多媒體教室的功能外，還能減輕網管人員的勞動強度，實現無人值守（理想狀態下），擴大授課范圍，充分發揮優秀教師作用，彌補師資不足的缺陷；教師間進行協同式教學，提高教學質量；將精品課程整合成網絡教學資源，實現全校師生甚至更大范圍的資源共享。

2 網絡化多媒體教室的組成

九十年代末，用于多媒體教室的教學設備不斷增加，許多的電源開關、音量開關、遙控板和許多的信號源等使教師不知所措。為解決該類問題，開始出現中控機來集中管理各種設備，統一切換各種音視頻源。進入21世紀，隨著高等教育事業的飛速發展，各高校的多媒體教室不斷增加，這給多媒體教室的管理又帶來困難。從教學和資源使用角度出發，應充分利用多媒體教室，使其在教學中發揮更大的作用。各廠商為了滿足學校的管理和使用要求，開始研發各類產品將多媒體教室聯網，實現統一管理和集中控制，使得一般多媒體教室逐步向網絡化多媒體教室發展。近幾年，隨著通訊技術的飛速發展，特別是音視頻編碼算法的進步，才有了目前的網絡化多媒體教室。網絡化多媒體教室主要由以下幾部分組成：

（1）數字網絡。通過計算機網絡實現多媒體教學的最大障礙在于視頻信號的傳輸（如VOD視頻點播），因為視頻信號數字化后數據量非常大。例如，一幅NTSC標準的24位真彩色圖像約占1MB空間，要在計算機上實現全活動的視像，則幀速為30FPS，1秒鐘的視頻數據約為30MB。若僅依靠常規的存貯技術根本無法實現，更不要說在網絡上實時傳輸了。為此，ISO制定了將動態圖像進行壓縮的MPEG標準。所以為提高網絡數據傳送，網速最好能達到100M，交換機到主干網采用光纖接口，交換機支持UDP協議，網絡可以跨網段甚至跨校區進行資源訪問。

（2）聽課教室。它可以接收主播教室的教學現場、點播已存儲在錄課主機和中央控制室資源服務器中的課件資源。聽課教室基本設備包括數字式投影儀、網絡中控機、計算機、擴音設施和鋼制講臺等。計算機必須有網卡和聲卡，網卡最好有PXE啟動芯片便于計算機遠程喚醒。其中擴展設備包括遠程電子鎖及其控件、視頻監控攝像頭、安防報警模塊、IP電話模塊、IC卡模塊及讀卡器等。

（3）主播教室。該教室主要用于課堂視頻場景及VGA畫面直播和采集。除具備聽課教室的全部設備外，另有一錄課主機和云臺（或其他攝像機、攝像頭等視頻輸入源），為達到VGA畫面實時采集，錄課主機內需有一塊VGA采集卡，安裝相應軟件后，錄課主機就相當于一套視頻服務器。

（4）中央控制室。其基本設備有資源服務器（存儲課件資源以實現資源點播）、網管服務器（安裝網管軟件，遠程管理和監控各多媒體教室各設備）、畫面分割器（通過多畫面視頻循環監控多個多媒體教室）和等離子電視機等。

3 網絡化多媒體教室的功能

（1）遠程設備配置檢查：檢查各多媒體教室主要設備的詳細配置信息和使用記錄。比如網絡中控的品牌與型號，投影儀的品牌與型號、燈泡的使用壽命、開啟次數和使用時間等，計算機的詳細配置信息等。通過對所有教室的自動掃描，可以生成列表文件進行保存。

（2）遠程設備狀態檢查：檢查網絡中控、計算機、投影儀和擴音設備等是否打開或關閉。

（3）遠程設備控制：通過網絡和網絡中控機實現對接入網絡中控的所有設備進行遠程控制，如屏幕的升降、投影儀輸入源的切換、音源設備的開、關及音量調節、投影儀的開、關、云臺和攝像機遠程控制以及計算機遠程接管等。

（4）遠程協助和維護：管理員通過接管教室主機，可以指導教師使用多媒體教室相關設備。同時，教師還可以通過IP電話（需要擴展設備）與管理員進行溝通，指導多媒體教室相關設備的使用和提供多媒體教室相關技術情況。如果多媒體教室計算機需臨時安裝某個軟件，管理員可以遠程發布并安裝。

（5）設備使用日志：各教室的網絡中控會向中央控制室發送（有的產品是由網管軟件主動收集）主要設備的開、關時間，形成設備使用日志。管理員借助這些日志可以了解設備的使用情況和故障情況，以指導教室資源的建設、多媒體設備的采購和維護人員的工作考核等；遠程安全防范是通過網絡中控中的遠程安防模塊和遠程視頻監視實現對教室設備的安全防范。

（6）遠程視頻監視（需要擴展設備）：通過安裝在教室的攝像機和中央控制室的多畫面分割器，可以在中央控制室以多畫面方式，輪流查看各教室的現場。比如了解師生上課情況、講臺是否打開或關閉，投影儀和幕布等狀態。對感興趣的教室還可以放大全屏觀看。安裝拾音器可在觀看教室畫面的同時，聽到教室的現場聲音。

（7）本地安防報警：通過安防模塊，紅外裝置，門磁裝置和微電流閉路保護等設施，在有人非法進入、取下投影儀、撬開控制臺等，網絡中控都將發出報警聲，并將信號傳到中央控制室。

（8）遠程安防報警：中央控制室收到教室的報警信號，將以電子地圖形式顯示報警位置，提示報警種類，并以聲音和閃光通知管理員。在安裝一些簡單的軟硬裝置后，安防系統還會以電子郵件、手機短信、傳真，甚至打電話通知有關人員。

（9）實時硬盤錄像（需要擴展設備）：通過硬盤錄像的軟硬設施可以對多畫面視頻監控的信息進行全程實時錄像并保存到存儲設備中，在發生問題時，可以讀取查閱這些錄像資料，以幫助分析。

（10）現場直播和點播：通過主播教室的錄課主機（視頻服務器），將主播教室的現場教學以多視頻流方式組播到指定聽課教室。同時，聽課教室也可以申請，點播某個主播教室的教學現場。通過錄課主機或資源服務器，用戶利用瀏覽器就可點播已錄制好的多視頻流課件，并可對任一視頻流畫面進行放大。

（11）后期課件合成制作：可將已錄制好的課件利用相關編輯軟件對其進行后期編輯合成，或進行視頻格式轉換。但是，一旦轉換成其他視頻格式后，多畫面視頻流就無法相互切換和放大。

（12）上載與使用教學資源：任課教師根據自身的教學需要可以將各種教學資源通過互聯網上載到中央控制室的資源服務器（需預先向管理人員申請用戶名），然后該教師可在任何教室點播自己已上載的教學資源。另外，中央控制室也可授權其他教師使用這些資源或將這些資源組播到其他教室，或允許網絡上的授權用戶實現資源點播。

（13）外部教學資源的使用：除將教學資源上載到中央控制室的資源服務器進行使用外，還可增加相關設備，如錄音帶、錄像帶、VCD機、DVD機和電視信號等來實時音視頻組播功能。