投屏技術及其教學應用

倪俊杰

應用場景

場景一：

大約是上學期期末，有一位年長的英語老師找到我。她平時經(jīng)常關注微信里分享的有關英語寫作的新聞，這些文章里既有文字內(nèi)容，又有配音、視頻，是很好的教學素材。她想把這些內(nèi)容拿到教室去播放給學生看。可惜教室的電腦不能上外網(wǎng)，只能連接學校的內(nèi)網(wǎng)，于是她向我求助該怎么辦。

場景二：

現(xiàn)在的年輕人，在家基本不看數(shù)字電視，都在用一個叫做“盒子”的東東，如小米盒子、天貓盒子、樂視盒子等。今年上半年，某網(wǎng)絡劇很火，很多人都在追劇，甚至有人不惜花錢購買了會員，只是為了早點一飽眼福。可惜的是，“盒子”里的電視劇更新速度沒有手機、iPad里的快，在手機的小屏幕上觀看的效果肯定比不上在家里的大電視上看，怎么辦呢？

場景三：

我市正在大力推動智慧教育，教育局還特地定制開發(fā)了一款教育APP。因此，學校請了技術公司的工程師為全校教師培訓如何安裝和使用這款APP。培訓開始沒多久，老師們都盯著大屏幕議論紛紛，表情驚嘆。原來大屏幕上顯示的不是電腦畫面，而是工程師手里的手機操作畫面。只見這位工程師在手機上操作什么，大屏幕上就顯示什么。也正因為如此，本次培訓很成功，老師們也很快掌握了APP的使用方法。那么，這位工程師是如何做到的呢？

可能有很多讀者已經(jīng)想到了，上面三個場景都可以用同一種方法來解決——投屏技術。那么，什么是投屏技術呢？它的原理是什么？能為我們的教學帶來哪些幫助呢？接下來，我們一起來討論這些話題。

何為投屏技術

投屏又稱為同屏、屏幕共享、多屏互動。具體來說，是通過某種技術方法將移動設備A（如手機、平板）的畫面“實時地”顯示在另一個設備B（如手機、平板、電腦、電視機）上，輸出的內(nèi)容包括相冊、視頻、音頻等各類多媒體信息，也包括在設備A上的實時操作畫面。同理，設備B的內(nèi)容也可以顯示在設備A上。

根據(jù)連接方式的不同，投屏技術可以分為硬件連接投屏和無線連接投屏。硬件連接投屏是指利用數(shù)據(jù)線（常見的有VGA接口和HDMI接口連接線）將移動設備的畫面投屏在電腦上，這種方式無需網(wǎng)絡支持，且一般不用安裝軟件。這種方案，要求發(fā)送設備和接收設備都有相同的接口，但是，大多數(shù)智能設備不支持此類接口，連MINI HDMI接口都很少見，使用時還需要搭配接口轉(zhuǎn)換器，不是很方便。無線連接投屏是指移動設備利用無線網(wǎng)絡技術，通過內(nèi)置的“投屏模塊”將本地畫面發(fā)送到另一個設備上（如圖1）。無線連接投屏技術需要網(wǎng)絡支持，且需要安裝特定的軟件。目前，支持無線顯示技術且較為成熟的方案有4個：蘋果陣營的Airplay、Wi-Fi聯(lián)盟陣營的Miracast、Intel WiDi以及其他公司聯(lián)盟的DLNA。

投屏技術的原理

實現(xiàn)投屏技術的關鍵因素有兩個，即接口權限和傳輸協(xié)議，這兩項都能依托投屏軟件實現(xiàn)。接口權限主要是指對移動設備進行截屏和錄音的接口權限，傳輸協(xié)議是指將截屏和錄音的數(shù)據(jù)通過有線或無線的方式傳輸?shù)搅硪粋€設備上，投屏技術的系統(tǒng)結構如圖2所示。其實，可以這樣理解，投屏軟件中具有相應的“同屏模塊”，移動設備通過“同屏模塊”將屏幕內(nèi)容的信號編碼為數(shù)據(jù)流，另一臺設備上的同屏器接收到信號后，將其編碼成音視頻信號輸出。同屏器的作用是將移動設備的畫面一幀一幀地“復制”到另一個設備上，屏幕內(nèi)容以鏡像的形式顯示在其他設備中。打個比方，我們可以把投屏技術看作是一位勤勞能干的攝影師。現(xiàn)在A地正在舉行一場精彩的文藝演出，攝影師就用攝像機把文藝演出拍下來，拿到B地去播放展出。起初，攝影師比較辛苦，在A地拍完一張，然后跑到B地去播放，時間間隔比較長。后來，攝影師的拍攝技術越來越高超，跑步速度也越來越快了，B地的人也有福了，可以幾乎無延遲地觀看這場演出，這就達到了現(xiàn)場直播的效果。

接下來，我們介紹幾種支持無線投屏的主流技術和協(xié)議。

1.AirPlay

AirPlay是蘋果開發(fā)的一種無線技術，它不僅支持無線傳輸多媒體數(shù)據(jù)，還支持鏡像傳輸。AirPlay可以通過無線網(wǎng)絡將iPhone、iPad、iPodtouch等iOS設備上的圖片、音頻、視頻信號傳輸?shù)搅硪慌_支持AirPlay的設備上。售價99美元的Apple TV就具備這樣的功能，當前一些主流的家庭影音設備也已經(jīng)開始支持AirPlay功能了。另外，AirPlay的最大優(yōu)勢就是能夠?qū)崿F(xiàn)AirPlay鏡像，可以將iPhone或者iPad上的畫面無線傳輸?shù)狡渌O備上，而不僅限于圖片和視頻。有的游戲玩家就是用這個功能來玩游戲，把手里的iPhone或者iPad當作方向盤使用，顯得非常酷。

具體實現(xiàn)方法是：發(fā)送設備先搜索并連接無線同屏器發(fā)射的Wi-Fi熱點，連接成功后，在發(fā)送設備上沿屏幕由下往上推，打開AirPlay控制中心，就會看到AirPlay功能按鈕，點擊Airplay按鈕，選擇接收設備，再選擇“鏡像”，就可以實現(xiàn)投屏了。

當然，AirPlay鏡像還可以實現(xiàn)雙屏游戲，讓你的游戲有更多的交互。例如，電視里顯示的是游戲畫面，而iPad上顯示的是比賽的路線圖。

目前，蘋果的AirPlay只適用于認證過的蘋果設備，主要是蘋果自己的設備，包括iPad、iPhone、Apple TV等，此外還有一些蘋果授權的合作伙伴的設備，如向Pioneer和Sony提供技術授權的音響。

2.DLNA

DLNA的全稱是Digital Living Network Alliance，由索尼、英特爾、微軟等發(fā)起成立，旨在解決包括個人PC、消費電器、移動設備在內(nèi)的無線網(wǎng)絡和有線網(wǎng)絡的互聯(lián)互通，使數(shù)字媒體和內(nèi)容服務的無限制共享和增長成為可能，其宗旨是“隨時隨地享受音樂、照片和視頻”，目前成員公司已達280多家。

DLNA與蘋果的AirPlay功能類似，協(xié)議也大體相同，都可以將用戶手機中的媒體內(nèi)容投放到電視屏幕上。不同的是手機上的DLNA并沒有類似Apple TV的AirPlay鏡像功能，也沒有Apple TV所支持的雙屏游戲體驗。目前，DLNA更多的是將手機的照片和視頻投送到大屏幕上。DLNA是基于文件的，媒體文件可能有各種各樣的編碼格式，播放器這端必須能夠處理多種編碼格式。通常，為了有比較好的播放體驗，DLNA會先緩存一小段時間。

另外，在線視頻也可以用DLNA模式推送到客廳電視上顯示，安卓系統(tǒng)部分播放器就具備DLNA功能，目前支持無線推送的視頻客戶端有愛奇藝視頻、騰訊視頻、搜狐視頻、PPTV視頻等。

3.WIDI

WIDI的全稱為Wireless Display（無線高清技術），它通過Wi-Fi信號來實現(xiàn)電腦和顯示設備的無線連接。在英特爾發(fā)布Capella移動平臺之后，WIDI技術就已經(jīng)能夠運用在相關產(chǎn)品之中。WIDI的實現(xiàn)原理是筆記本首先通過無線網(wǎng)卡發(fā)出無線信號，然后電視端會有一個無線接收裝置來接收信號，無線接收裝置再通過HDMI或者AV線纜把信號傳輸?shù)斤@示設備上。

WIDI需要電腦內(nèi)置Windows 7操作系統(tǒng)。對于筆記本用戶來說，只需搭載英特爾Centrino Advanced-N 6200/6300/1000的無線網(wǎng)卡就能夠通過無線接收適配器和顯示設備進行無線連接。目前，聯(lián)想有K800和K900兩款采用了Intel CPU的手機支持WIDI無線顯示。

4.Miracast

Miracast是由Wi-Fi聯(lián)盟于2012年制定的，以Wi-Fi直連為基礎的無線顯示標準。在無線顯示標準一片混亂之時，Wi-Fi聯(lián)盟搬出了Miracast，想要統(tǒng)一無線顯示的行業(yè)標準，這一行為得到了英特爾WIDI、三星Allshare、NVIDIA芯片等技術的響應。支持此標準的設備可通過無線方式分享視頻畫面，如手機可通過Miracast將影片或照片直接在電視或其他裝置播放而無需受到連接線纜長度的影響。

Miracast的技術核心是Wi-Fi Direct標準。無需使用路由器，該標準使設備之間能實現(xiàn)端到端連接，實時傳輸源端（Source）的輸出。源端屏幕任何的操作都會被傳輸?shù)浇邮斩恕Ｈ绻炊耸遣シ琶襟w文件，則負責先對媒體文件解碼，然后再編碼成H.264的格式，接收端只需要做H.264的解碼就可以了。與DLNA不同的是，Miracast也有類似于AirPlay的鏡像功能，可以將手機中屏幕內(nèi)容直接投放到高清電視屏幕上，這樣你也可以通過電視屏幕來玩游戲了。Android4.2以后版本系統(tǒng)標配此功能（在設置或顯示菜單中可以找到，應用名稱諸如Wlan Display、Wi-Fi Display、Miracast、Allshare Cast、Mirroring Screen、無線顯示等，只是各手機廠家命名不同而已）。手機屏幕通過無線顯示接收器可以將畫面無線傳輸?shù)狡渌^大屏幕上，如客廳電視、會議室投影儀等。從使用效果、普及適用性、實時性等角度來看，Miracast是大多數(shù)用戶的首選。

投屏技術在教學中的應用

正因為投屏技術有實時傳輸屏幕鏡像、傳輸音視頻數(shù)據(jù)等功能，不少教育工作者已經(jīng)將其應用于課堂教學和培訓中了。首先，他們會在教室或者會場搭建投屏技術所需的無線網(wǎng)絡環(huán)境，當成功連接后，將移動設備與教室或者會場的多媒體系統(tǒng)融合起來，構成一套新型的移動授課平臺，移動設備的屏幕就可以發(fā)揮各種功能了。教師脫離了講臺的約束，可以自由走動。

1.作為擴展屏幕

擴展屏幕是投屏技術最基礎的功能，它可以讓講授者不局限于教室多媒體系統(tǒng)的演示畫面，還可以增加移動、平板，甚至另一臺電腦作為擴展屏幕，豐富演示的來源和形式。例如，教師需要演示移動設備里的文檔、照片、視頻等內(nèi)容，就不再需要物理拷貝了，通過投屏技術就可以直接展示。

2.作為電子白板

現(xiàn)有的教室多媒體系統(tǒng)，如投影儀、LED顯示屏、液晶電視，大多不支持觸屏操作，而手機、平板等設備的屏幕是高清多點觸控屏，通過投屏技術，可以將移動設備設置成為功能強大的手持電子白板。教師在移動設備上自由書寫、繪畫，就類似于將大屏幕當作電子白板了，而且這塊“電子白板”還可以自由攜帶，如希沃授課助手就支持電子白板的功能。

3.作為視頻展臺

現(xiàn)在，很多教室的多媒體教學系統(tǒng)都支持視頻展臺的功能，尤其是在實驗課上，視頻展臺在教學中的應用非常豐富，能給學生帶來更為直觀生動的感受。但是，現(xiàn)有的視頻展臺存在設備昂貴、操作復雜、使用受連接線限制等問題，教師只能在講臺上展示，無法顧及每一位學生。智能手機的使用則方便得多，依托投屏技術，智能手機攝像頭可以融入教室多媒體系統(tǒng)，成為可移動的視頻展臺。這種方式還可以節(jié)約經(jīng)費投入，降低維護難度。

目前，智能手機的攝像頭像素普遍達到千萬以上，清晰度比較高，而且，在相關手機APP支持下，還可以實現(xiàn)3D、全景、補光、特效、轉(zhuǎn)換攝像頭等優(yōu)化拍攝功能。利用投屏技術，將手機拍攝的畫面實時同步顯示在教室大屏幕上，可以用于案例分析、作品展示，有助于教師當場分析，進行針對性講解，還能實現(xiàn)局部放大、保存圖片和視頻的功能，提高教學效率。

4.作為無線遙控

投屏技術除了能夠傳輸音視頻數(shù)據(jù)、實時畫面外，還能傳輸鼠標和鍵盤信號，把智能設備當作一根無線教鞭，能夠遠程控制教室的電腦和大屏幕，如希沃授課助手中就有遠程播放電腦上的PPT、鼠標控制左鍵和右鍵的功能。借助無線網(wǎng)絡和投屏技術，教師只需在手機上做相應的設置，就可以任意控制電腦。這樣一來，智能手機既是一個無線鼠標，又是一個翻頁器，一舉多得。

普及投屏技術教學的問題及對策

雖然投屏技術這么神奇好用，但我們發(fā)現(xiàn)其大多出現(xiàn)在培訓或者娛樂的場合，真正走進課堂教學的還不多，只有少數(shù)“貪玩”的教師才會嘗試著使用。究其原因，可能有以下三個方面。

1.思想理念問題

思想決定行動。如果思想上沒有跟上，就無法用正確的心態(tài)來面對這些新技術、新理念了，投屏技術亦是如此。不少領導者對現(xiàn)代教育技術持有不贊同的態(tài)度，認為這些都是“嘩眾取寵”的東西，應該劃清界限。因為不了解，導致不放心，才會不去做。當然，也包括部分教師在內(nèi)，對待新技術也是視而不見。這也成為投屏等新技術走進課堂的第一道屏障。

2.軟件技術問題

投屏技術的原理并不復雜，相關的協(xié)議、途徑也有很多，但真正好用的軟件還不多。蘋果用戶還好一些，自帶的AirPlay比較簡便，既能投畫面，也能投聲音，但是蘋果設備畢竟價格相對昂貴一些。安卓設備就比較麻煩了，尤其是安卓5.0以下的設備，由于系統(tǒng)沒有放開截取屏幕的系統(tǒng)權限，用戶必須獲得ROOT權限后才能畫面投屏。而從安卓5.0開始，谷歌向開發(fā)者提供了截圖的相應接口，才不需要ROOT。另外，大多數(shù)安卓投屏軟件不支持投聲音數(shù)據(jù)，這也是安卓投屏效果不理想的主要原因之一。

3.網(wǎng)絡環(huán)境問題

畢竟用硬件連接的方式有諸多不便，無線連接投屏還是教師的首選。但是，現(xiàn)在大多數(shù)教室并沒有無線網(wǎng)絡覆蓋，甚至連有線網(wǎng)也不一定實現(xiàn)“班班通”。基于上述情況，我們建議有條件的學校重新改造學校網(wǎng)絡，在每間教室安裝無線AP，并使用實名認證方式登錄使用。如果教室的多媒體設備是“電腦+投影儀或電腦+電視機”，可以在電腦上安裝相應的無線投屏軟件，如蘋果錄屏大師、AirPlay。如果是一體機，除了安裝上述軟件外，也可以使用一體機自帶的投屏軟件，如希沃授課助手或者其他投屏軟件（如AirLink）。這樣一來，無論教師走到哪間教室上課，都可以輕松地將手機與電視、電腦、一體機連接，實現(xiàn)投屏。

領導和教師的理念問題，不是一朝一夕能夠改變的，但很多有識之士已經(jīng)品嘗到了利用現(xiàn)代教育技術促進教育教學成功的果實。很多草根教師，也因為敢于嘗試、勇于實踐，成了網(wǎng)紅教師。我們有理由相信，很快會有更多的教育工作者加入到研究新技術、實踐新技術的隊伍中來。