双向视频远程教育设备的应用与开发

2015-04-01林建南

电大理工 2015年2期

林建南

福建广播电视大学南平分校(南平 353000)

双向视频教学系统，是一种通信承载平台，它以教育科研网IP 宽带光纤作为实时交互式音视频远程教学系统。该系统通常设计有若干个用以远程教学的教室，这些教室分布在不同的地区，在这些教室中一个作为主授课教室，其他的作为听课教室。有一位教师在这个主授课教室里讲课，其讲课的图像、声音可以通过这个双向视频教学系统实时传送到各个听课教室，使得各个听课教室里的学生也可以听到该教师的所讲的内容。与此同时，各个听课教室里的情况也可以通过该教学系统实时的传送到主授课教室，使得讲课的教师也可以随时了解各个教室里学生的听课情况，以此来实现这个所谓的实时交互式双向视频教学。

1 双向视频远程教育设备的开发

从结构上划分，该系统主要包括3 个部分：负责远程教学控制的远程教学控制中心系统、主管授课的授课教室系统以及远程听课教室系统。教师讲课的授课教室与远程教学控制中心的距离比较近，其网络连接也是采用的局域网，各个听课教室与远程教学控制中心的距离是比较远的，由于该教学系统在教学的过程中需要实时传输视频、音频等数据信息，其网络连接一般采用本地ISDN 网，如图1 所示。

1.1 远程教学控制中心系统的设计

远程教学控制中心系统在整个教学系统中居于核心地位，该系统主要由多点会议控制器(MCU)以及网管工作站两部分组成。MCU 是远程教学控制中心系统的主控制器，它能够确保各个教室间同时进行相互的图像通信，在数字域中实现视频、音频以及数据信令的切换，从而达到远程教学的目的。通过ISDN 网，多点会议控制器与各地的远程教室建立起实时交互通信，并且经过ISDN 王，各个远程教室的终端设备均与多点会议控制器建立起通信链接，这样就使得其中任何一个远程教室，都可以通过多点会议控制器与其余的各个远程教室，建立起实时交互通信连接。然后整个系统的运行将由网管工作站来控制。

1.2 主管授课的授课教室系统的设计

负责授课的教师在这个教室里讲课，其讲课的声音、图像可以实时传送到各个听课教室，与此同时，讲课教师要随时了解各个听课教室里同学们的听课情况，以便于对讲课的方式方法不断的调整，以提高同学的听课效率，实现在授课教室里视频和音频的实时双向传送。

1.2.1 授课教室视频系统的设计

在授课教室里，双向视频交互式教学的实现，主要包括电视会议终端、自动跟踪摄像系统以及电子白板。电视会议终端，是授课教室里的主要图传输设备，在多点会议控制器的组织下，能够实现多点的图像通信，最终可以实现远程教学的目的。

自动跟踪摄像系统也是授课教室里的主要设备之一，它能够自动跟踪讲课教师，并采集动态教学活动，以此作为视频终端设备的视频信号。

电子白板和工作站也是授课教室的核心部分，电子白板是该系统的输入设备，通常电子白板是通过串口RS 232 与工作站相连接的，在讲课的时候，授课教师可以在电子白板上随意书写，其所写内容可以通过电子白板感应出来，传送到工作站中，然后工作站再通过网络，将授课教室里电子白板感应出的内容，传输到各个远程听课教室的会议终端上，并且用投影仪投放出来，这样，教师讲课时所书写的内容就会同时显现在授课教室和各个听课教室的投影屏幕上。同样，听课的学生在听课教室里的电子白板上所书写的内容，也可以在授课教室的投影屏幕上显示，这样一来，授课教师和听课学生就好像在同一间教室上课一样，虽然他们可能在不同的地方，甚至相隔千里，但是却实现了交互式实时教学所要达到的目的。

1.2.2 授课教室音频系统的设计

既然是上课，就避免不了老师与学生的互动，当然授课教室里要能够听到各个听课教室里学生的提问，与此同时，也要将授课教师的声音传输到各个听课教室里，并且要做到与视频信号同步进行。因此，鉴于视频与音频同步的原则，在将视频、音频切换矩阵，切换到一路视频源的时候，同时将其对应的音频信号调入调音台，话筒将远程教室里学生的声音也输入到调音台，调音台里具有两路编组输出，第一路编组输出主要用于，将话筒和音频、视频切换矩阵传输来的声音，经过混音，然后输出到电视会议终端，这样，在各个远程听课的教室里就可以听到授课教室的声音，音量的大小可以通过音量控制模块来调节。调音台的第二路编组输出主要用于，将电视会议终端输出的各个远程教室学生的声音以及授课教室话筒输入的声音，传输到功率放大器，再经由音响输出，其音量也是通过音量控制模块来调节的。

1.3 远程听课教室系统的设计

各个远程听课教室只需要接收来自授课教室的音频、视频信息，与此同时，将本教室的音频、视频信息传送到主管授课的授课教室就可以了。

1.3.1 远程听课教室视频系统的设计

同样，电视会议终端和电子白板也是远程听课教室的中心部分，经由电视会议终端，可以接收来自远程授课教室的图像信息，并且可以显示在投影屏幕或显示器上，与此同时，电子白板接收来自远程授课教室授课教师所书写的内容，本地的图像信息、书写的内容等也可以经由电视会议终端、电子白板以及工作站传输到远程授课教室，以达到交互式教学的目的。在这里，教师终端可以接收来自网上的广播，并且可以点播服务器的内容，同时可以用投影仪投放到投影屏幕上或直接在显示器上显示，用于单向教学。

1.3.2 远程听课教室音频系统的设计

远程听课教室的音频系统是比较简单的，只需要把电视会议终端的音频输出端连接到功率放大器，然后再连接到音箱，就可以放出授课教室的声音，另外远程听课教室应配备适量的话筒，以满足更多学生的需求。

2 双向视频设备在远程教育中的应用

2.1 双向视频设备在课堂组织形式中的应用

通过双向视频教学系统，可实现对课堂提问、分组讨论等课堂教学形式的方便管理，有助于教学效果的提高。在主授课教室教师利用PC 机进行授课的同时，另外多家分教室可以组织学生进行听课，节约资源，节省时间。在讲课的过程中，主教室里的学生如果有疑问，可以在主教室当场提出，教师也可以及时给予解答；当然如果分教室的学生也有问题的话，也可以随时提出，其问题要经由多点会议控制器交换机给予授权，然后才能将分教室的这一信息传送到主教室，主教室教师在接收到这一信号时，便可以对其进行解答，因此，在分教室里听课的学生的问题，也是可以得到即时地解决的，这种方法还可以让在主教室里讲课的教师，及时得到在分教室里听课的学生所反馈的信息。同时，主讲教师可以根据同学们的反馈，及时调整教学方法，使其适合一定的教学内容。当然主教室里的学生和分教室里的学生也可以事先各自讨论，然后再通过双向视频直播技术，双方进行互动，进而使主教室和分教室学生之间进行再次的讨论。这样就使得听课学生之间的充分交流有了保障，增强了远程教育的互动性，与此同时也扩大了学生的参与性。

2.2 双向视频设备在开展远程会议中的应用

在各种会议场合，双向视频播出系统显示出很大的优势。例如主会场可以设置在主教室里，然后多家分会场可以设置在各个分教室里，这样开会就会方便很多，也可以及时、有效的安排部署相关的工作。

3 双向视频远程教育设备在远程教育中的优势

双向视频教学系统能够解决了远程学习过程中，师生空间分离不能即时互动等一系列的问题。参与学习的人不必集中参加面授，利用双向视频教学系统的双向视频播出技术来取代面授教学的过程，使得分隔两地师生实现零距离授课，节省时间，节约资源。可以聘请优秀教师主持讲课，能有效解决边远地区师资匮乏的问题；实现交互式实时教学，有助于远程教育的教学质量的提高。实现师生之间的即时互动，在直播学习的过程中，学生可以与老师之间进行同步的交流，老师也能够及时的了解学生的学习动态，这样老师也可以根据学生的学习情况及时调整自己教学方法，有助于教学质量的提高。与目前远程教育中非实时的%& 课件相比，它能够有效的解决早期远程教育视频系统中，反馈非常迟缓的问题，有助于教学效率的提高。通过该系统，也可以实现师生之间的情感交流，师生分离是远程教育最突出的特点， “目光的接触”、“用眼睛交流情感” 是老师与学生之间没法实现的，而双向视频教学则可以避免上述情况，使老师和学生交流情感。在双向视频教学系统中，无论是在主教室还是在分教室的学生，都可以通过相应的设备进行面对面的交流、互动，更有利于开展学习者之间的协作学习。