构建基于视频会议系统的远程教育环境

陈坚志

[摘要]通过分析视频会议系统的特点，结合远程教育的要求，构建基于视频会议系统的远程教育环境。

[关键词]视频会议：远程教育；MCu；视频会议终端

[中图分类号]G40—057

[文献标识码]A

[论文编号]1009—8097(2009)13—0154—03

一背景

我校南校区在广州大学城，北校区在广州白云山北麓，两个校区相隔约35公里，两个校区的校园网通过光纤连接，形成一个超过4万个信息点的校园网。学校有文学、经济学、管理学、法学、工学、理学、教育学共7大学科门类。北校区主要是文学类的学科专业，即语言类专业(13个语种)；南校区主要是经济学、管理学、法学、工学、理学、教育学六大学科专业，即非语言类专业。两个校区的学生要跨校区选修通选课、辅修课面临很大困难。为此，2007年，我校投资建设了基于视频会议系统的远程教育环境，该远程教育环境包括1个系统控制中心和10个远程教学点(教室)，从而实现了学生跨校区选修通选课、辅修课的目标。

二视频会议系统概述

视频会议是随着通讯技术与计算机技术的密切结合而出现的一项通讯新业务，也是一种集图像、语音、数据为一体的视听多媒体业务。它能跨越空间的限制，使位于两个或多个地点的一群用户自由地进行各种交流：发表意见、探讨问题、观察对方表情和形象、出示事物和图表、传送数据文件、共享电子白板、播放录像资料等。使与会各方如同置身于同一地点进行面对面的交流。

1视频会议系统的组成

视频会议系统主要由MCU(多点控制单元)、视频会议终端、系统管理设备、有关外围设备和传输通道组成。

MCU(Multipoint Control Unit)是视频会议系统的中央控制设备。当参加会议的会场数大于2个时，必须经过MCU来进行控制。所有会场的视频会议终端通过标准接口连接到MCU，MCU按照国际标准H.221、H.242、H.243、T.120等协议，实现图像和语音的混合与交换，实现所有会场的控制和数据流的发布。

视频会议终端是视频会议系统的终端设备，它的作用是将本地会场点的实况图像信号、语音信号及相关的数据信号进行采集、压缩编码、多路复用后经传输通道传送到分会场的视频会议终端，并把远端分会场的视频会议终端传送过来的视频会议信号进行解码，还原成原图像、语音及数据信号。视频会议终端还可将本点的会议控制信号(如申请发言、申请主控权)传送到MCU，同时还执行MCU对本点的控制指令。

2视频会议系统的类型

(1)按传输介质分类

视频会议系统按传输介质分类可分为：基于通用电话网(POTS)的视频会议系统、基于局域网(LAN)的视频会议系统、基于综合业务数字网(ISDN)的视频会议系统、基于异步传输网(ATM)的视频会议系统和基于因特网(Internet)视频会议系统。以及基于卫星通信的视频会议系统。

(2)按设备结构分类

视频会议系统按设备结构分类可分为：基于嵌入式设计的硬件视频会议系统和基于PC构架的软件视频会议系统。

嵌入式硬件系统通常基于专用通信处理器(CPU)和数字信号处理器(DSP)实现系统控制和音视频信号处理。操作系统采用嵌入式实时操作系统(如VxWorks)。这种结构的视频会议系统具有如下几个特点：1)安全性高，不会受到黑客和病毒的攻击；2)稳定性高，嵌入式操作系统稳定、可靠：3)处理性能强，嵌入式操作系统指令精简，实时性高，结合DSP，可实现高品质、低延时的视音频信号处理：4)扩展性好，基于嵌入式硬件的MCU和终端易于大容量、模块化设计，可轻易实现容量、功能以及组网方式的灵活扩展。

PC构架的系统在硬件上一般采用PC机(或服务器、工控机)加插卡(编解码卡、信道卡)的方式实现，操作系统通常基于微软WINDOWS操作系统。受PC结构及操作系统本身的限制，这类系统的稳定性、可靠性、安全性、可扩展性均不如嵌入式硬件系统，但由于其实现简单、成本低廉，所以具有易于部署、应用灵活等特点。

3视频会议系统的会议模式

视频会议系统的会议模式根据会场数量的多少，一般可分为点对点模式和点对多点模式。

(1)点对点会议模式

点对点视频会议系统只涉及两个会议终端，其模式非常简单，不需要使用MCU，很容易实现。如图l所示

(2)点对多点会议模式

当有两个以上会场参加视频会议时，就构成点对多点视频会议模式。在这个会议模式中，必须使用MCU进行控制。点对多点视频会议模式的使用操作比较复杂，需要进行一个会议组织的过程。如图2所示

三构建远程教育环境

远程教育是指由特定的教育组织机构、综合应用一定社会时期的技术，收集、开发、设计制作和利用各种教育资源、建构教育环境，并基于一定社会时期的技术、教学资源和教育环境为学生提供教育服务，以及出于教学和社会化的目的进而为学生组织一些集体会议交流活动(以传统面对面方式或以现代电子方式进行)，以帮助和促进学生远程学习为目的的所有实践活动的总称。在所有活动中，教师是以教育资源的形式或学习帮助者的身份与学生保持着一种准永久性分离的状态；而学生与教育组织机构(教师)或学生与学生之间将通过建立双向或多向通讯机制保持即时通话。

远程教育所要求的活动的电视图像和实时的语音信号，以及双向、多点的信息交互的特色，正是视频会议系统可以较好解决的。目前，基于IP网的视频会议技术已经成为远程实时授课的主要技术手段。

根据视频会议系统的分类特点，结合远程教育的要求，我校远程教育系统是按照基于局域网(LAN)的视频会议系统进行构建，MCU和视频会议终端均选择基于嵌入式硬件系统的设备，以保证系统的可靠性和安全性。

1远程教育系统的组成

一般的视频会议系统主要为开会考虑，有些特点并不符合远程教育的需要，简单套用视频会议系统并不能构成一个完全符合要求的远程教育系统。因此，较理想的，应考虑教育行业的特殊要求(师生互动，教学课件演示等)，具有高要求的数据交换能力。因此，本远程教育系统是在视频会议系统的基础上，在系统控制中心增加了1台T.120服务器，在每个教学点增加1块电子白板，以及相关多媒体教学设备，构成一个完全符合要求的远程教育系统。

本系统采用技术先进、性价比较高的国产品牌视频会议设备进行建设。系统控制中心由1台MCU，1台网管服务器、1台数字录像点播服务器，1台T.120数据服务器，以及系统控制软件平台组成。10个远程教学点(教室)分布在两个校区的教学楼。MCU通过校园网与各教学点的视频会议终端连接。系统连接如图3所示。

每个远程教学点由1台视频会议终端，1台会议录播服务器，2个摄像头，1块电子白板，2支无线话筒，1支鹅颈会

议话筒，1台调音台，1台功放，1对音箱，2台投影机，2幅150寸投影幕、1台中控，1台多媒体电脑等设备组成。远程教学点设备连接如图4所示：

2构建远程教育系统要考虑的主要方面

(1)MCU的用户数量。本系统配置为16个用户，但选择支持32个2M用户数的MCU，目的是方便日后扩展教学点的数量。

(2)MCU和视频会议终端支持的协议。考虑与其它品牌的兼容性，应选用国际通用协议，支持H.261、H.263、H.263+、H.264、MPEG2、MPEG4等视频主流编码协议，音频方面，支持G全系列协议及具有CD级音质和双声道立体声的MP3编码协议。

(3)系统具备数字录像和视频点播功能，满足教学需求。

(4)系统支持QOS网络质量保障技术，能够在不同的网络环境下保证系统质量。

(5)视频会议终端应支持最大8M的数据速度，充分保障视频、音频及其他方便的最佳效果。

(6)视频会议终端支持H.239协议，具有双视频流功能，最好选择内置双流模块的产品。

(7)视频会议终端提供多种信号接口。应具有内置视频矩阵，支持VGA、复合视频接口、s端子等接口。

(8)视频会议终端同时具有编、解码功能，声画要同步，延时小。

(9)视频会议终端具有回声抑制功能，消除教学讨论互动时的回声现象，保证语音清晰。

(10)调音台应具备音频辅助输入(AUX.IN)和编组输出(GROUP OUT)接口，以方便音频信号的分配连接。

另外，据调研发现，国内外大部分品牌的视频会议终端发送双流视频时，第二视频流(PC机的VGA信号)均采用低于15帧／秒传送，导致的问题是，如果教师电脑播放的是活动图像，如录像、FLASH等活动画面视频，接收端接收到的第二视频流(PC机的VGA信号)的画面是不流畅的。原因是视频会议终端发送的第二视频流画面的帧数没有达到PAL制式25帧／秒，NTST制式30帧／秒的要求。为了解决这个问题，在每个远程教学点需增加l台嵌入式操作系统的录播服务器，该服务器采用硬件方式获取VGA信号，画面帧数达到PAL制式25帧／秒，NTST制式30帧／秒的要求，接收端采用PC机收看录播服务器直播的教学内容，画面非常流畅，符合教学要求。

四系统教学功能应用

1双向互动教学功能

利用视频会议终端第一视频流传送各个教学点的声音和图像，实现双向互动面授教学，能较好地模拟真实的课堂教学情境，可以实现多个教学点的交互式教学活动。

2传送教学课件演示功能

利用视频终端的发送双流功能，把主教学点教师电脑的教学课件或教案的见解画面传送到远程教学点。双流传送的图像可按双屏幕方式输出或采用画中画单屏幕方式输出，即可通过2台投影机分别显示两路视频，也可只用一台投影机采用画中画方式显示双流，大小画面可互换，小画面也可在屏幕四角移动。如果教师电脑播放的是活动视频，可使用嵌入式操作系统的录播服务器直播发送，在接收端采用PC机收看活动视频。

3数据交换功能

T.120数据服务器可以将教师的电子白板内容传送到远程教学点，使远程教学点计算机也能显示授课教师的讲义和教案，大大方便了远程授课点对授课老师教学内容的理解。各授课点的学生通过远程教学系统中的大屏幕实时地看到授课老师的现场讲解。

NetMeeting是T.120数据会议的一个终端，教师和学生可以通过NetMeeting进行互动，教师可以把教学文件分发给远处教学点的学生。

4数字录像和点播

利用系统的录像功能，能够对教学过程进行DVD级别的音视频录像，系统支持双流录像，可以将授课教师的讲课过程和教师机上的教学文档同时录制下来。为保证录像效果，系统采用数字录像技术，由安装有录像软件的PC或服务器直接接收MCU转发过来的数字码流进行直接录制和存储。录制的录像以ASF格式保存，该文件格式适合多种播放器的播放，也支持其他编辑软件进行方便灵活的编辑。经编辑好的教学录像存放在视频点播库，学生通过登录VOD视频点播平台进行在线点播学习。

五结束语

应用视频会议系统构建远程教育环境，为了能达到理想的效果，除了系统设备达到要求外，还必须对教学点(课室)进行必要的建声装修处理，适当增加影视辅助灯光。自2007年我校远程教育环境建成后，马上投入教学使用，解决了学生跨区选修通选课、辅修课的困难，达到预期目标。采用现代教育技术手段，实施跨校区远程教学，对学生来说，学生在选修通选课、辅修课的时候，不受地域的限制，更加灵活：对教师来说，利用远程教育系统可采用合班上课，教师的工作量得以减少，节省了时间和精力，因而广大师生使用远程教育系统进行教与学的积极性比较高，也取得良好的教学效果。