多媒體教室環(huán)境下無線投屏應用方案的實踐與研究

賈亞剛　王彥　吳偉

一、無線投屏應用的概述

近些年，隨著無線移動技術的普及和快速發(fā)展，人們對于傳統(tǒng)臺式計算機的應用正在逐步減少，取而代之的是更加便捷的智能移動設備，如手機、PAD、筆記本等。此類設備為了保證便于攜帶及使用，其硬件更加集成化和小型化，顯示屏幕及音頻模塊相對較小，而缺少了分享性，視聽覺效果不佳，不利于展示。由此，出現(xiàn)了以無線投屏技術或多屏互動技術為核心的應用方案，以解決上述困境。無線投屏技術是指通過無線網(wǎng)絡連接，基于DLNA、Miracast、AirPlay等協(xié)議，使智能移動設備（如手機、PAD、筆記本等）與大屏顯示設備（如電視、投影等）實現(xiàn)屏幕共享和操作的一項技術。隨著無線投屏技術的不斷完善和發(fā)展，近兩年，其適用性、兼容性及功能性大大加強，目前已廣泛應用于商業(yè)、教育等行業(yè)的展示活動。

二、無線投屏應用方案的研究

無線投屏技術的應用對于以展示及示范為主的傳統(tǒng)教學來說，無疑其的作用及效果更加突出。它的應用解決了傳統(tǒng)多媒體教室移動設備無法展示以及計算機視頻信號輸出端口不統(tǒng)一、連接煩瑣等問題，不僅使老師的教學更加便捷和豐富，更加促進了學生的參與和教學模式的改革。基于上述，作為教育教學信息化發(fā)展前沿的高等院校，也逐步將此應用投入于其智慧教室建設中，作為其中一個重要環(huán)節(jié)，進行局部的試用和推廣。目前其在高校的應用范圍較為有限，缺乏大規(guī)模使用的案例。

無線投屏技術發(fā)展至今，其應用趨勢越來越普及化和多樣化。縱觀目前市場，不同無線投屏應用的產品定位各不相同，主要區(qū)分為“消費級無線投屏產品”和“專業(yè)級無線投屏產品”這兩大類，兩類產品無論從價格、功能和性能上都存在較大的差別。針對于教育行業(yè)，此類應用主要是面對的用戶是眾多的教學人員和學生，因此，其應用方案都應當滿足便捷、穩(wěn)定、功能等的同時還需兼顧整體化、規(guī)模化的實施要求。經過市場和部分高校調研，用于教學的無線投屏應用的方案主要有三種：第一種是以無線投屏器為核心的應用方案，即智能移動設備通過無線投屏設備與大屏幕顯示設備共享屏幕，此種方案普及化程度較高，市場應用較多，技術成熟度較高：第二種是采用集控方式的應用方案，即智能移動設備利用無線網(wǎng)絡通過集控服務器與大屏顯示設備圖像輸入端相連的計算機聯(lián)系的共享屏幕方案，此種方案應用較少，具有整體化和規(guī)模化的特點，適合大規(guī)模的集中管控：第三種是以教育類APP為核心的應用方案。即通過綜合性教育APP中的無線投屏功能來實現(xiàn)投屏，此類方式都采用的是基于云端的架構，因此，它的使用需要通過展示計算機在連接互聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下才能來實現(xiàn)。三種方案各有各自特點，比較如無線投屏應用方案比較表所示：

三、無線投屏的方案的設計與實踐

隨著智慧化教育概念的逐步深化，北京聯(lián)合大學近些年將無線投屏技術首先應用到了5間智慧教室的建設中，經過一段時間的使用，其帶來的網(wǎng)絡化教學的方便與支撐得到了使用人員的肯定。在總結經驗的同時，在學校北四環(huán)校區(qū)2號樓37間多媒體教室實施了無線投屏應用的推廣和功能實現(xiàn)。本次實踐主要以使用廣泛、成熟度較高的無線投屏器方案為核心，從網(wǎng)絡改造、多媒體設施改造和無線投屏應用設計與實現(xiàn)三個方面使無線投屏應用與多媒體教室進行了融合。

（一）網(wǎng)絡改造實踐

無線投屏技術的應用都是以無線網(wǎng)絡作為其兩端設備（智能移動設備和大屏顯示設備）的連接橋梁，因此其效果的呈現(xiàn)在很大程度上都需要網(wǎng)絡作為支撐和保障。為此，我們網(wǎng)絡改造的目標是使用者提供更便捷的網(wǎng)絡接入方式的同時兼顧信號穩(wěn)定性的保持，實現(xiàn)移動設備連接到校園統(tǒng)一的無線網(wǎng)絡時（無須二次連接）即可準確搜索到所在教學區(qū)域無線投屏設備。實施區(qū)域原有無線網(wǎng)絡設備均部署于教室外樓道位置，雖然信號可以覆蓋整個教學區(qū)域，但無法保障教室內部各個角落的信號強度與均衡，隨著大批量的無線設備的接入很容易造成信號的不穩(wěn)定和網(wǎng)速延遲等顯現(xiàn)，進而影響到無線投屏的使用效果。因此，本次網(wǎng)絡改造主要對實施區(qū)域作出了三個方面的變化。

第一，無線AP部署改造。本次改造將無線AP部署于每間教室內部前后兩端，并對其覆蓋強度進行局部調整，使教室內部無線網(wǎng)絡強度更加均衡化，同時，關閉原樓道位置的無線AP，盡可能保證在移動設備連接到其所在教室的無線AP。通過對信號覆蓋、PHY物理端口速率等測試，均顯示網(wǎng)絡條件良好。如圖1無線SSID信號覆蓋熱圖所示，此圖為實施區(qū)域二層校園無線SSID信號覆蓋熱圖信號覆蓋情況，圖上藍色線條為行走測試路徑。

第二，對無線網(wǎng)絡進行區(qū)域劃分。由于無線投屏器的使用數(shù)量較大，對于使用者來說，設備列表將會很長，不利于很快找到所需使用的無線投屏設備，為此，本次網(wǎng)絡改造根據(jù)教室物理分布情況將網(wǎng)絡劃分為兩個區(qū)域，即實現(xiàn)在A區(qū)域連接到校園網(wǎng)絡時只能搜索到此區(qū)域的無線投屏設備，同樣，在B區(qū)域也如此。如圖2安卓手機和蘋果手機搜索無線投屏設備的截圖所示。

第三，經前期無線投屏器方案的使用發(fā)現(xiàn)，其在5.0GHz無線網(wǎng)絡頻段中使用效果明顯高于2.4GHz頻段，但2.4GHz頻段使用范圍更為廣泛，適用設備更多。為此，為保障無線投屏應用效果的同時，兼顧更多移動應用的普遍情況，本次無線網(wǎng)絡同時開啟了無線網(wǎng)絡5.0GHz頻段和2.4GHz頻段，并將5.0GHz頻段的無線網(wǎng)絡隱藏，只供無線投屏設備連接使用，從而既保障了更多的移動設備可接入校園無線網(wǎng)絡，又提高無線投屏的使用效果。

（二）與多媒體設施的融合

傳統(tǒng)多媒體教室系統(tǒng)早已趨于穩(wěn)定，且使用者對其操作較為熟悉，無線投屏功能應在不改變原有系統(tǒng)和使用習慣的同時融入其中，這也是我們此次無線投屏應用建設的目標之一。為此，我們進行了以下設計，首先是對多媒體中控面板的改造，將中控面板上的一個按鍵作為無線投屏信號源的選擇鍵，其次是音視頻信號的整合，通過音視頻矩陣的程序策略實現(xiàn)音視頻信號同時跟隨選擇發(fā)生變化，既當在中控面板中選擇無線投屏設備作為信號源時，大屏顯示無線投屏設備畫面，音箱發(fā)出同源的聲音，同樣，其他信號源也如此。由于前期多媒體教室的建設一般多采用的是VGA端口作為圖像輸入輸出端口，因此需要將圖像信號與音頻信號獨立接入音視頻矩陣，具體情況如圖3系統(tǒng)連接圖所示。