雙向播控多媒體教學系統設計與實踐

 雙向播控多媒體教學系統設計與實踐
 任國燦      汪宋良   
  (  浙江省寧波市  郵編315100）
 
 摘要:文章提出并分析了一種利用多媒體手段實現的雙向播控教學系統。系統以普通音視頻傳輸網絡為基礎，通過改造，增加上行控制功能，使其形成具有交互式雙向控制能力的多媒體教學系統。系統在設計時硬件上通過主控中心的通信卡和操作控制盒相連接，軟件上采用了紅外遙控技術和先進的編解碼控制技術，并運用軟件管理和授權控制方式．從而使整個系統的組成更簡單，操作更方便。實現了多點對多點，單點對多點的靈活控制。    關鍵詞:多媒體,模塊,教學 ,網絡
 

1引言
 隨著電子信息技術和計算機科學的高速發展，網絡技術及多媒體技術的應用越來越普及，學校的教學手段隨著多媒體技術發展，有條件也有必要進行改革，以適應現代教學的需要。本文介紹就是一種以多媒體技術為基礎，具有多種功能的教學系統。
2系統組成和各部分功能    Multi—Com多媒體教學播控系統由多媒體教室、主控中心和控制管理軟件三部分組成。系統結構示意圖如圖l所示。
2.1、多媒體教室
2.1.1多媒體教室的功能
   多媒體教室改進了原有的 CATV網絡無法實現的對主控中心的控制功能。在本系統中，教師利用教室中的鍵盤和鼠標，可以對主控中心的任意一臺播放設備如錄像機、VCD、DVD等進行仿真操作，控制錄像機、DVD和 VCD的播放、暫停、停止、回放、快進、慢放、定格等動作。
 此外，多媒體教室還實現了在教室中對主控中心的計算機的虛擬操作。教室中的視頻顯示設備可以完全仿真主控中心的計算機顯示屏，教師通過遙控鍵盤操作遠端的計算機，就像在本地使用一樣，可以非常方便地向學生演示各種軟件的使用和操作以及計算機的網絡功能，如Internet網絡連接、遠程登錄、訪問遠地站點等，也可以在不同的教室之間，向學生演示計算機聯網、資源共享等局域網的功能。
2.1.2多媒體教室的組成
 多媒體教室的主要配置有：控制盒、鼠標、鍵盤、視頻顯示設備(如顯示器、電視機等)。

圖1 multi—com多媒體教學播控系統結構示意圖
 多媒體教室的主要功能都由教室控制盒來完成。控制盒接收遙控鍵盤的控制信號和遙控器的紅外控制信號，并將它們編碼后通過控制網傳遞到主控中心，實現對主控中心設備的控制。控制盒的面板上的LED可以顯示當前所占用的頻道，并提供了頻道選擇按鈕。此外，控制盒上還配置有話筒及通話鍵，在需要時，教師可以呼叫主控中心。在設計系統時充分考慮了以后系統的功能擴展，在控制盒上預留有云臺控制器接口。每個教室的控制盒對主控中心設備的控制都是相互獨立的，互不干擾。
 多媒體教室所用的鍵盤和鼠標都是標準的，在控制盆上有標準鍵盤和鼠標的接口；同時，考慮到有線鍵盤和鼠標的操作距離有限，控制盒上還有一個紅外接收器，可以接收無線紅外鍵盤的信號，增大了教師操作的靈活性。
2.2主控中心
2.2.1主控中心的功能
 主控中心是整個系統的核心，它可以向全校或部分教室進行電視講話，播送電視節目、圖文音像資料等。光盤、錄像帶可以直接播放。
 主控中心同時對所有的多媒體教室進行監控，對多個教室傳來的信息(包括鼠標或鍵盤信息，錄像機、DVD、VCD機的控制信息，呼叫信息等)進行響應和處理，使錄像機、DVD、VCD機、計算機產生相應的動作。
   主控中心可以將計算機演示的各種教學軟件、應用軟件直接送到各教室的屏幕上。計算機的操作可以由教師在教室中通過遠端仿真鼠標和鍵盤來實現。也可以由控制室來控制計算機，通過語音和廣播功能向學生講解。
2.2.2主控中心的組成
   主控中心的所有設備都放在主控室內，由控制主機、播放設備(攝像機、DVD、VCD機等)、計算機、語音設備（MIC、音箱等）及網絡接口等幾部分組成。
   控制主機是聯系多媒體教室和控制中心其他設備的樞紐，由高性能PC擔任。控制主機與各教室問的通信，以及與中心的各播放設備和計算機之間的通信，由我們自己開發的專用通信卡來完成。
   主控中心的計算機可組成一個簡單的 LAN，其作用一方面是為計算機教學提供網絡環境，并實現計算機之間的資源共享；另一方面便于以后網絡功能的提升，實現與其他網絡互聯。
   在系統的擴展功能中，主控中心的控制主機能夠將遠端(多媒體教室)的視頻與音頻信號實時地按VCD2．0格式記錄在硬盤上，或通過光盤刻錄機將資料保存在光盤上。2.3控制中心管理軟件    控制中心管理軟件的控制部分由VC十十作為開發工具，后臺數據庫采用Microsoft Access, 前臺界面由 VB5．0來開發。    控制中心的管理軟件由兩個模塊組成：通信控制模塊和管理模塊，它們具有友好的全中文操作界面和各種提示信息，可以輕松地查看各種管理信息。
2.3.1通信控制模塊
   通信控制模塊的主要功能是完成通信卡和計算機之間的數據轉換。控制主機對各個教室采用輪詢控制的方式，由通信控制模塊識別通信卡傳來的地址信息、教室狀態、教室請求信息，并根據這些信息更新數據庫；對于收到的操作請求，通信控制模塊將它轉換成相應設備可識別的信號，并進行轉
 圖2 Multi-Com多媒體教學系統網絡結構
 發，實現對控制中心播控設備的控制。
2.3.2管理模塊
   管理模塊主要是對各個多媒體教室和資料數據庫進行管理。管理模塊將數據庫中的各個多媒體教室的狀態信息和設備使用情況顯示到桌面上。當有教室的狀態發生變化時，會及時通知中心的管理員，并提示相關信息。管理模塊建立了完備的光盤、錄像帶、軟件等資料的管理數據庫，便于管理員進行檢索。管理模塊具有教學預約管理功能。教師授課所需要的資料可以提前向管理員預約，管理員記錄這些預約，在上課前系統會自動提示管理員準備資料。
 管理模塊還具有教學日程安排管理功能，根據教學需要，每學期(年)安排好的電教課程表可以提前輸入到系統中，系統會根據時間自動提示管理員在授課前提前準備好教學資料。
3網絡結構及硬件實現
 Multi—Com多媒體教學系統的網絡結構分為視頻傳輸網和控制網兩個部分。視頻傳輸網就是校園有線電視網，用于傳輸視頻信號；控制網連接主控中心的通信卡和各個教室的控制盒，用于傳遞中心和教室之間的上／下行控制信號。系統除了以上兩個基本網絡構成外，主控中心的多個計算機之間還可以組成一個小型局域網。三個網絡之間的相互關系如圖2所示。
3.1控制網
 控制網由主控中心的控制主機上的通信綜合卡和各多媒體教室控制盒以及傳輸線組成，其拓撲結構為總線方式，通信標準采用485，可以滿足傳輸距離較遠的要求。在控制網內部預定了各個教室控制盒的地址編號，控制主機根據各地址發送輪詢信息，并接收教室控制盒發送的響應信息。
 傳輸線采用普通雙絞線(8根)，其中包括控制數據線和話音傳輸線。數據控制線通過RJ—45接頭與多媒體教室控制盒和控制主機的通信綜合卡相連。話音傳輸線用于多媒體教室和主控中心之間的互相呼叫。傳輸線中除了控制線和話音線以外，還預留有上行控制線，用于系統的功能擴展。
 多媒體教室控制盒接收紅外鍵盤及控制盒面板上按鈕的信號，并將信號進行編碼，連同本控制盒的地址信息發送到控制線上：控制盒同時接收控制主機的通信綜合卡的控制信息。多媒體教室控制盒對外有兩個接口：一個是電源接口；另一個是控制網接口，接頭采用 RJ—45。控制盒對于電源沒有特別的要求，采用普通的220V交流電。控制盒的 RJ-45接口線必須并聯到控制網的傳輸線上。控制盒內部還有一個可以接話機手柄的話音接口 RJ-11，教師按下控制盒上的通話鍵后可以通過話機手柄向主控中心進行呼叫。在控制盒的面板上有紅外接收頭，可以接收紅外鍵盤和紅外遙控器發送的紅外信號。在安裝時將控制盒固定在距離220V電源和教室電視機較近的地方，控制盒最好面對學生，這樣便于教師可以一邊進行控制操作，一邊進行講解。控制盒配有專用的鎖，當不用時應該將控制盒鎖上，教師上課操作時，必須打開控制盒才能進行操作。控制盒上還預留一個云臺控制器接口，此接口在控制盒內部連接到傳輸線的預留控制線上，可以傳輸云臺控制器的控制信號，因此系統可擴展監控功能。    通信綜合卡插在主控中心的控制主機的擴展槽上，綜合卡與多媒體教室控制盒之間的通信采用485標準，接頭采用BJ—45。其主要功能如下：    3.1.1完成與多媒體教室控制盒之間的通信。通信綜合卡向各個多媒體教室發送輪詢信息，并接收教室控制盒發送的狀態信息和控制信號。綜合卡能夠實現485接口與微機之間的通信，將接收到的多媒體教室的狀態信息和控制信息傳送給控制主機,由控制中心管理軟件的通信控制模塊進行識別，根據信息的內容更新數據庫，顯示各個教室的狀態和設備使用情況；此外還將控制信息傳送給相應的設備(包括中心的播放設備和 LAN上的各臺計算機)，使其產生相應的動作。    3.1.2能對主控中心的播放設備進行紅外遙控。當綜合卡收到教室控制盒傳來的控制信號(如暫停、播放、快進、回放等)后，將其轉換成播放設備可識別的紅外遙控信號，從而實現對播放設備的控制。    3.1.3具有學習的功能。在使用某個播放設備之前應首先對這個設備的遙控器進行學習，使綜合卡識別并記憶此設備的遙控信號。3.2視頻傳輸網    視頻傳輸網就是校園的CATV網，各教室的視頻顯示設備以標準的視頻輸入接口接人傳輸網，用于接收主控中心調制到視頻傳輸網上的各種節目。
3.3主控中心LAN     主控中心的多臺計算機可以構成基本的小型局域網(LAN)，其組網方式可以多種多樣。計算機的視頻輸出可以經過AV轉換后接入視頻傳輸網送達各教室。在教室中，教師可以通過遙控鍵盤演示計算機的有關操作，鍵盤信息通過控制網傳送到主控中心的控制主機上，并由控制主機通過LAN將命令傳送給相應的計算機。在主控中心組建LAN還便于與其他網絡進行互聯。
4結論 
 多媒體教學雙向播控系統對有線電視網進行了升級，系統設計采用了標準接口，布線簡單，符合未來技術趨勢。本系統還具有以下幾大特點：
4.1多路視頻可以同時分別控制。每一個教室的播控盒有各自不同的地址編碼，每一臺節目源播出設備有各自不同的設備編碼，系統根據這些編碼進行授權編程控制，并保證各控制指令按編碼送到不同的設備執行。
 4.2節目源(錄像機、VCD、多媒體計算機)由總控室集中管理，在教室內也可以完成對總控室內多種信號的選擇和操作。系統有自學習功能，對節目源無特殊要求。
 4.3遙控、鍵盤(包括鼠標)可在教室內的電視機上直接操作節目源計算機，同時可以把 Internet引入教室，進行遠程教學。鍵盤也可以控制總控室的錄像機、VCD等節目源。
 4.4在授權情況下，可以將教室作為演播室，向全校轉播，進行示范教學或會議。
 4.5系統提供自檢功能，自動檢測各種設備的運行狀態，并在一定程度上有自修復功能。
 4.6管理簡便。系統以總控室的控制主機為中心，采用軟件操作控制方式，同時負責課程管理和預約。采用RS—485或RS-422長距離控制信號總線式進行組網，系統組網靈活方便且可擴充性強。

參考文獻：
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