教育视频会议系统和网络教研平台融合建设与应用探索

郑厦君

（福建省教育管理信息中心，福建 福州350003）

从2012年开始，福建省教育厅整合基于专网的教育视频会议系统和依托互联网的网络教研平台，构建覆盖全省各市、县（区）教育局和学校的教育网络视频会议和网络教研平台，实现二套设备的有效整合，全省95个县（市、区）和9562所各级各类学校和教育机构，都可以通过专网或互联网参加教育部和省教育厅召开的视频会议或网络教研等活动。

一、系统概述

视频会议是顺应信息化发展趋势、转变政府职能、改进管理方式的重要载体。它是一种支持远距离实时信息交流、开展协同工作的系统。无论身处何处，只要有网络就可以使得在地理上分散的用户通过图像、声音等多种方式交流信息，使人们身临其境地在同一个会场中。它让会议的组织更加灵活，任何一个分会场都可以作为主会场召开会议，也可以一起召开会议或点对点进行视频对话。

1.教育视频会议系统

福建省教育视频会议系统基于标准的H.323架构，依靠嵌入式实时系统软件实现了视音频处理、网络通信和各项会议功能。该系统采用H.264协议标准，提供720P高清晰图像和4CIF标清图像，其主要特点是使用专用的设备来实现视频会议，系统造价较高，视频质量非常好，对网络要求高，需要专线来保证。

福建教育视频会议系统以中国电信的MPLS-VPN专用网络为基础，系统省级控制中心设在省教育厅五楼视频会议主会场，配置一套支持128路终端接入的MCU、两套的高清视频会议终端和录播服务器。各接入单位的会议终端通过视频会议系统专网接入省级控制中心的MCU。省级控制中心部署一台会议管理终端，通过该终端实现会议组织、系统配置、设备的实时监控和日志记录等功能。方便易用的遥控功能，操作简单，可以用遥控器操作和进行各项设置，也通过Web方式进行设置和操作。

图1 福建教育视频会议系统终端连接图

（2）教育视频会议系统的存在的突出问题

采用了高性能的DSP处理器和专用操作系统，整体造价比较高。为了保障较好视音频质量和较高安全性，相应对网络要求也就较高，固定的会议室无法满足随时随地的视频沟通，且一般使用时，需有专人维护，单台MCU设备一般只支持100以内终端同时在线。由于受到协议的限制，设备成型，功能固化，属于一次性投入，对系统的扩展性和可升级性以及修改等造成麻烦。几乎没有数据功能，只有单向的屏幕广播功能。

2.网络教研平台

福建省教育厅的网络教研平台是基于互联网而实现的，其特点是可以实现非常强大的数据共享和协同办公，对网络要求极低，客户使用非常方便，无需投入高昂的成本，用普通的PC机、标准的视频采集设备、耳机和麦克风就能进行基于Internet的虚拟会议并发挥强大的数据协作功能（文档共享和标注、白板共享、屏幕截取共享、桌面共享、远程控制等），轻松实现远程网络授课、协作交流、远程会议等，有效地节约时间和经费，提高工作效率。

（1）教育视频会议系统的优势

①音视频效果好。采用了高效的编解码技术，系统的图像和声音质量高、效果好，唇音同步也较易于实现。②集成度比较高。视频终端提供多种音视频接口，具有视频矩阵功能，外置的音视频设备只要接入就可以集成使用，硬件MCU集成了分屏显示、网守、数字混音等各种功能模块。③安全性比较高。嵌入式架构天生具备良好的抗病毒能力，基于DSP处理器的设计让硬件视频会议设备具有很低的功耗和良好的稳定性，实现不间断运行。支持多种QoS技术，保障视频会议在恶劣的网络条件下均能稳定运行。④操作简单灵活。视频终端集成了

图2 福建省网络教研平台部署说明图

网络教研平台现采用集中部署的方式，在省教育厅数据中心机房部署一组16台服务器，支持一万个客户端同时登录和交流互动。中心服务器包括Web服务器、数据库服务器、无限宝登录交互服务器、代理服务器和录制服务器，该平台具有良好的系统扩容性，使用专门设计的ProxyServer代理服务器技术，能处理音视频、文档、桌面共享等的数据交互，分担主服务器RoomServer的负担，实现单台代理服务器稳定支持1000用户同时在线。

（1）网络教研平台的优势

①易用性。使用联网的任何一台PC机或笔记本安装好客户端软件、摄像头和耳麦即可登录参加远程互动学习和远程视频会议。②实用性。软件基于Windows系统，具有完全的实时音视频和数据互动功能，如电子白板、文档共享、网页共享、桌面共享、文字讨论交流功能等，让参与者有如置身于真实的互动环境，确保交流和沟通的高效完成。③先进性。领先的音视频技术。低带宽占用、音质好、画面清晰，支持回音消除、音量智能调节、唇音同步。④扩展性。强大的扩充能力，模块化的结构增强了系统的灵活配置性。通过服务器集群，系统规模还可以成倍的扩大，完全满足电信运营和企业大型使用等较大规模的应用需求。系统的核心部件在开发过程中充分考虑了用户将来的功能扩展需求，使用户平稳地升到更高版本。⑤网络要求较低。可以满足不同网络环境需求，适应所有的代理服务器和防火墙；客户端使用带宽较低，一般为500K即可有良好效果。⑥建设成本较低。PC在各领域的普及程度越来越高，客户端不需要购买软件和很多硬件设备，其成本比普通的硬件视频会议系统低得多。

（2）网络教研平台的存在问题

由于平台基于Windows系统和PC构架，较易受到操作系统的影响。视频采集依托USB摄像头、PCI接口的视频采集卡+外接摄像头，视频的图像质量和色彩还原度不如硬件的视频会议系统，客户端需借助计算机CPU来实现解码功能，对CPU的性能和整机的稳定性要求较高，对操作系统的环境依赖性比较大。

二、融合建设

福建教育视频会议系统与网络教研平台各有优势和劣势，网络教研平台虽然在图像质量和稳定性方面和教育视频会议系统还有一定差距，但是随着计算机硬件的不断更新和信息化技术的日新月异，不可否认的是，两个系统之间的差距正在逐渐缩小。将两者有机地结合起来，组成一个完整的视频会议网络，在某些应用上形成互补态势，利用教育视频会议系统高稳定性和高画质的优点，保证整个视频会议系统的稳定高效，利用网络教研平台高扩展性和低成本的优势，形成“到达每一个桌面”的系统部署规模和深度，提高整个视频会议系统的覆盖面和性价比。

1.整体架构

福建省教育网络视频会议平台基于教育视频会议系统和网络教研平台，充分利用现有的网络资源，从而构建覆盖全省各市、县（区）教育局和学校的教育网络视频会议系统。融合建设完成后，取长补短，既保证了整个系统的稳定可靠，又达到了高清画质的要求，还能以较低的代价实现最大的覆盖面，所有会议参与者都可以收到清晰的主会场声音，使用高清终端的可以得到分辨率达到1280×720的动态画面，使用客户端的也可以得到1024×768的图像。

图3 福建省教育网络视频会议平台拓扑图

（1）多链路互联互通

网络环境是视频会议质量的重要保证，福建省教育厅数据中心全面完成电信、联通、移动、福建教育科研网和中国教育科研网多网络千兆光纤接入，选择多链路出口是为了提高网络的整体带宽和可靠性，但当前不同运营商之间存在访问速度不畅的瓶颈。

图4 福建省教育网络视频会议平台网络拓扑图

福建省教育厅数据中心通过配备智能域名管理设备，利用智能DNS的单个域名对应多个IP功能，进行业务应用系统优化配置，利用智能DNS的分线路智能解析功能，智能的判断来访用户所属的线路，返回用户在同一线路内的服务器IP地址供其访问，有效避免了不同运营商之间的瓶颈问题，充分利用多出口优势，从根本上解决了互联互通问题，用户之间可共享和平滑使用网络服务与资源。同时智能域名管理设备支持线路检测与自动切换功能，只要出口链路不同时故障，当检测到某个出口链路故障时能自动将域名在该线路的对应IP切换为其他线路，保障业务不间断运行，链路恢复后会自动回切，从而达到服务不间断的目标。

（2）跨网段双网组会

一般基于硬件的视频会议系统都只能在单网专线中运行使用。福建教育视频会议系统则是在MCU上配置两块网卡分别接入CERNET和福建教科网，通过双网卡和系统优化配置，将不同网络类型接入的视频终端接入到一个多点会议中,实现了原本没有互通条件的接入终端之间的互连和会议交流。

这一独到的特点，让厦门大学等高校可以利用原有的CERNET线路直接参加省教育厅的会议，而不需要再单独架设福建教科网线路。同时全国各兄弟省份的终端也可以直接通过CERNET连到福建省教育厅主会场进行省份之间的交流。

（3）级联方式的选择

福建教育网络视频会议平台可以将省教育厅或分会场的音视频图像传输给教育部视频会议系统；同时也可将教育部视频会议中心会场音视频图像广播到全省各个分会场，实现与教育部视频会议系统进行无缝的互联互通互控。

两个不一样的视频会议系统的互联方式通常有两种：一种是通过MCU级联。MCU级联就是通过两个MCU之间的互通将两个不同视频会议系统连接到一起，协同工作来支持整个视频会议的召开，一般是通过H.323或SIP协议实现级联的。另一种方式是通过视频终端“背靠背”连接。“背靠背”就是将两个终端的音视频信号输出口与音视频信号输入口交互连接，这样把两个不同的视频会议系统终端作为一个节点连接到一起，逻辑上同时进行一个视频会议。在教育视频会议系统与网络教研平台的连接中，采用“背靠背”方式来实现。

与教育部视频会议系统对接中，则以MCU级联为主、“背靠背”为辅，通过系统优化配置，省教育厅的MCU跟教育部视频会议系统的两套MCU实现级联，另外将省教育厅主会场一台视频会议终端配置CERNET的IP，平时作为会场的一个终端使用，应急时该终端直接连教育部视频会议系统，然后采用“背靠背”的方式将信号转到全省的分会场，保障省教育网络视频会议系统与教育部视频会议系统的互联互通功能。

（4）智能调速的技术

视频会议过程中实时统计当前的视音频丢包情况，当丢包率大于某个设定的条件时，便启动智能调速策略处理，系统根据网络状况自动调节流量，在最快时间内降低速率，降到不丢包的范围内，让当前不稳定网络达到最佳的视频通话效果，当网络带宽有所恢复，这时系统将启动自动升速策略处理，同时保持网络最大利用率与视频会议最佳效果。

智能调速的同时超强纠错技术，从而实现视音频编解码层面与RTP层面相结合的抗丢包处理，通过关联校验、分组交替传输来保持视频的同步补偿，画面平滑处理，最大限度的保证视音频通信不受影响。从现网的运行状态来看，在3%的丢包环境下，视频效果不发生任何变化，观看时基本感觉不到丢包。在3%以上到10%之间的丢包，也能很快地实现图像会聚，图像较为连续，基本可看。

（5）网络设计的优化

虽然现有的网络条件较好，完全可以提供视频会议系统所需的带宽，但是为了避免带宽的浪费和突发数据流对视频会议系统以及其他系统造成的影响，有必要对系统进行优化。因视频会议系统均带有流媒体广播功能，可以实现视频会议在局域网内的广播，这在方便了用户收看会议的同时，也造成了网络资源的浪费，而且容易产生广播风暴，造成网络瘫痪，因此我们对网络资源进行合理的配置，在交换机上通过端口绑定的方式设置了专门的VLAN，限定广播的范围，将视频会议信号转发到指定的客户端上，防止不必要的网络开销。

视频会议数据基于UDP协议传输，该协议本身对于顺序错误或丢包并不做纠错或重传，所以很难用简单的包过滤技术对其处理。虽然目前使用的防火墙能够通过H.323数据包，但是实际使用中我们发现，视频数据流在通过防火墙时时延较大，影响视频图像质量。考虑到视频数据流的特殊性，我们把整个硬件视频会议系统放在防火墙之外，通过交换机和路由器之间的直连，视频数据流可以高速地在网络上传递。

2.会场环境的优化

视频会议室既是开会的场所，同时又是放置视频会议系统设备的场所。会议室的内装修设计和会议室灯光系统、音响系统、显示系统等的选型和设计将直接影响视频会议的效果，从而影响到开会的效果和效率。因此会议室的设计合理性决定了视频会议图像的质量、音频的效果。

（1）音频干扰消除

视频会议过程中的音质很重要的，如果声音有交流声、失真、杂音、啸叫等，将直接影响会议的质量。音频信号一般波长较长，不容易受到辐射干扰，当遇到交流声干扰时，一般通过接地来消除。在音频系统中，接地是抑制噪声和防止干扰，保证设备电磁兼容性，提高可靠性的重要技术措施。正确的接地既能抑制干扰的影响，又能抑制设备向外发射干扰；反之，错误的接地会引入严重的干扰，甚至使设备无法正常工作。

视频会议系统整合以后接入的设备非常多，虽然大多数设备都进行接地处理，但干扰还是悄悄进来了，直接去掉设备的接地不太合适也不能完全解决，这主要是设备之间各自用各自的参考地，就会存在不同地电压了，在实际使用中在音频信号传输之间加装音频隔离变压器，通过电磁耦合切断设备之间的信号地的直接连接，从而解决音频输出口干扰问题。例如，在视频会议过程中与会者经常自带电脑设备接入会议系统，当外带笔记本的VGA信号和音频信号通过电缆连接到控制室的矩阵时，会场就有交流声的干扰，拔掉VGA线路干扰就没有了，这个是由于VGA线路较长，地线阻抗大，虽然笔记本和矩阵的音视频信号是共地，但是信号在地线回路中形成较大的干扰电动势，两个地不同电势就造成了不同的参考电压，因此在音频回路中加装音频隔离变压器。

（2）会议灯光选择

灯光照度是会议系统中保证视频效果的基本必要条件。专业灯光系统对于视频会议系统的摄像显示效果非常重要。由于视频会议召开时间具有随机的，自然光源照度与色温均不一样，而且自然光源的色温比日光灯高，如两种光源同时存在，就会产生有蓝色投射和红色阴影区域的视频图像，会场使用人工冷光源而避免自然光，因此会场的门窗需用深色窗帘遮挡。采用白炽灯照明会使图像偏蓝，频闪，画面出现波浪，影响会议效果。因此会议室灯光统一采用LED新型的节能环保产品，色温5000k，显色指数（CRI）＞90、R9ffgt;50，功率因数＞0.9，做到防眩光无频闪，无辐射无蓝光危害，解决灯光刺眼频闪问题，同时合理分布灯光位置，使会议室内光线柔和均匀，使人感觉舒适，主席台照度充足均匀度好，视频直播录制效果好。

图5 灯光改造前后对比图

（3）电动吊轨摄像

将电动轨道悬吊在会议室的顶部，将摄像机和万向球型云台悬置在吊轨上，通过遥控的方式，满足不同角度、不同高度、顶置拍摄、俯视拍摄的要求。当作为主会场召开视频会议时，会议室的摄像头可以根据需要移动拍摄到主席台上发言人的正面影像，当作为教育部分会场时，用会议室前面的摄像头，进行全景的拍摄。

（4）矩阵切换系统

由于主会议室涉及的各种不同类型的信号较多，为满足任意信号间的切换，在会议室的控制室配置了矩阵切换器。主会场显示为12块LED拼接屏幕，位于会议室最前端，主要作用是：教育部召开会议作为分会场时，显示主会场画面和演示画面；在作为主会场召开会议时，轮询其他分会场画面和播放演示画面；另外考虑到视频会议室比较宽，在会议室两侧吊装2台液晶电视机，使左右两排的参会人员能够看到清晰的图像。

三、应用模式

1.工作视频会议

在日常的工作中，经常需要召开各种大型的工作会议，总结前一阶段的工作情况和执行进度，部署下一阶段的工作任务，把上级的文件精神和最新决策传达到各级相关部门。通过教育网络视频会议平台，可以随时随地召开会议，多路的音视频，实现网上直播互动交流，无论与会人员身处何地，只要有电脑能上网，就能召集会议或参与会议，省事省心省力。学校也可以通过此平台在网上举办家长会，可以节省家长们的路途时间，降低学校的组织成本，突破时间和空间的限制，大大方便广大家长与学校的交流。

2.网上同步上课

网上同步课堂实现了优秀师资共享，解决学校名师资源短缺问题，满足日常学校教学的需要，采用主教室+多个分教室应用模式，利用教育网络视频会议平台，将主教室的教学活动实时直播到同年级的其他班级教室（同校或异校），构成虚拟大教室，模拟真实课堂教学情境，消除地域界限，实现班级间的课程共享。

在网上同步课堂中所有的学生可以同步看到主教室教师讲课的图像，同步听到教师讲课的声音，看到教师在教学资料上做的标注、说明以及板书；学生在任何位置举手向教师提问，与教师对话互动，学生之间还可以进行问题讨论。

3.业务技术培训

邀请在一线任教的高中各学科优秀教师、高校的招生就业老师和心理、营养健康专业人员进行高考复习、高考志愿填报和相关专题的讲座，邀请校长就学校管理、学生培养等方面开展教育综合改革论坛讲座。利用此平台进行业务培训既能节省经费，又能解决参培人员路途劳累，同时不受空间限制，是业务培训的创新补充机制。学员在参加培训的过程中，可以结合实际工作中出现的问题，现场和授课人沟通交流，授课人现场解答学员的问题，实现了培训的“面对面”，解决问题的“零间隙”。同时，该平台自动将培训内容留存下来，方便重复观看学习，增强了培训效果。

图6 网上同步课堂

图7 网上教研活动直播

4.互动交流讨论

为教师搭建基于信息技术支持，与同区域或不同区域的专家名师互动交流的网络空间。教师之间、教研组之间可以实现远距离的交流与合作，可以根据教学需要设计讨论话题，引发研讨，还可以设计一些有意义的专题，开展网络互相交流，发表各自的主张，相互借鉴，对各自得出的结论进行探讨。

线上和线下教学教研活动的密切结合，利用教育网络视频会议平台，开展城乡间、东西部间等跨区域的常规教学教研活动，对课程改革的实施起到积极推动作用。

图8 在线业务讲座

四、结束语

近三年，福建省利用这套整合平台先后召开142次国家和省的视频会议，同时举办了350多次网络教研活动，千名教师走上网络讲台，播出756节名师优质课和中小学生艺术表演节目，组织开展跨区域网络教研直播活动，53个县（市、区）教研团队参加在线评课；福州一中、福建师大附中等名校开展开放周、教学观摩周网络直播活动，安排中小学综合实践活动“才艺展示与资源开发”微课展播，向全省学校推送小学综合实践活动常态教学专递课堂。

福建省充分利用信息化手段扩大优质教育资源覆盖面，逐步缩小区域、城乡、校际差距，只要有网络的地方，全省各级教育行政部门、高校和分布各地的中小学就可以参加教育部和省教育厅召开的视频会议或举办的远程培训、网络教研等活动，在省、市、县教育局、学校间“足不出户”就能够进行相互交流。目前整个平台运行稳定，图像清晰，音频质量高，为我省教育视频会议、远程教学、培训提供了高品质的应用保障。