陳堅(jiān)志

[摘要]通過(guò)分析視頻會(huì)議系統(tǒng)的特點(diǎn)，結(jié)合遠(yuǎn)程教育的要求，構(gòu)建基于視頻會(huì)議系統(tǒng)的遠(yuǎn)程教育環(huán)境。

[關(guān)鍵詞]視頻會(huì)議：遠(yuǎn)程教育；MCu；視頻會(huì)議終端

[中圖分類(lèi)號(hào)]G40—057

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[論文編號(hào)]1009—8097(2009)13—0154—03

一背景

我校南校區(qū)在廣州大學(xué)城，北校區(qū)在廣州白云山北麓，兩個(gè)校區(qū)相隔約35公里，兩個(gè)校區(qū)的校園網(wǎng)通過(guò)光纖連接，形成一個(gè)超過(guò)4萬(wàn)個(gè)信息點(diǎn)的校園網(wǎng)。學(xué)校有文學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、法學(xué)、工學(xué)、理學(xué)、教育學(xué)共7大學(xué)科門(mén)類(lèi)。北校區(qū)主要是文學(xué)類(lèi)的學(xué)科專(zhuān)業(yè)，即語(yǔ)言類(lèi)專(zhuān)業(yè)(13個(gè)語(yǔ)種)；南校區(qū)主要是經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、法學(xué)、工學(xué)、理學(xué)、教育學(xué)六大學(xué)科專(zhuān)業(yè)，即非語(yǔ)言類(lèi)專(zhuān)業(yè)。兩個(gè)校區(qū)的學(xué)生要跨校區(qū)選修通選課、輔修課面臨很大困難。為此，2007年，我校投資建設(shè)了基于視頻會(huì)議系統(tǒng)的遠(yuǎn)程教育環(huán)境，該遠(yuǎn)程教育環(huán)境包括1個(gè)系統(tǒng)控制中心和10個(gè)遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)(教室)，從而實(shí)現(xiàn)了學(xué)生跨校區(qū)選修通選課、輔修課的目標(biāo)。

二視頻會(huì)議系統(tǒng)概述

視頻會(huì)議是隨著通訊技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的密切結(jié)合而出現(xiàn)的一項(xiàng)通訊新業(yè)務(wù)，也是一種集圖像、語(yǔ)音、數(shù)據(jù)為一體的視聽(tīng)多媒體業(yè)務(wù)。它能跨越空間的限制，使位于兩個(gè)或多個(gè)地點(diǎn)的一群用戶(hù)自由地進(jìn)行各種交流：發(fā)表意見(jiàn)、探討問(wèn)題、觀察對(duì)方表情和形象、出示事物和圖表、傳送數(shù)據(jù)文件、共享電子白板、播放錄像資料等。使與會(huì)各方如同置身于同一地點(diǎn)進(jìn)行面對(duì)面的交流。

1視頻會(huì)議系統(tǒng)的組成

視頻會(huì)議系統(tǒng)主要由MCU(多點(diǎn)控制單元)、視頻會(huì)議終端、系統(tǒng)管理設(shè)備、有關(guān)外圍設(shè)備和傳輸通道組成。

MCU(Multipoint Control Unit)是視頻會(huì)議系統(tǒng)的中央控制設(shè)備。當(dāng)參加會(huì)議的會(huì)場(chǎng)數(shù)大于2個(gè)時(shí)，必須經(jīng)過(guò)MCU來(lái)進(jìn)行控制。所有會(huì)場(chǎng)的視頻會(huì)議終端通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口連接到MCU，MCU按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)H.221、H.242、H.243、T.120等協(xié)議，實(shí)現(xiàn)圖像和語(yǔ)音的混合與交換，實(shí)現(xiàn)所有會(huì)場(chǎng)的控制和數(shù)據(jù)流的發(fā)布。

視頻會(huì)議終端是視頻會(huì)議系統(tǒng)的終端設(shè)備，它的作用是將本地會(huì)場(chǎng)點(diǎn)的實(shí)況圖像信號(hào)、語(yǔ)音信號(hào)及相關(guān)的數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行采集、壓縮編碼、多路復(fù)用后經(jīng)傳輸通道傳送到分會(huì)場(chǎng)的視頻會(huì)議終端，并把遠(yuǎn)端分會(huì)場(chǎng)的視頻會(huì)議終端傳送過(guò)來(lái)的視頻會(huì)議信號(hào)進(jìn)行解碼，還原成原圖像、語(yǔ)音及數(shù)據(jù)信號(hào)。視頻會(huì)議終端還可將本點(diǎn)的會(huì)議控制信號(hào)(如申請(qǐng)發(fā)言、申請(qǐng)主控權(quán))傳送到MCU，同時(shí)還執(zhí)行MCU對(duì)本點(diǎn)的控制指令。

2視頻會(huì)議系統(tǒng)的類(lèi)型

(1)按傳輸介質(zhì)分類(lèi)

視頻會(huì)議系統(tǒng)按傳輸介質(zhì)分類(lèi)可分為：基于通用電話(huà)網(wǎng)(POTS)的視頻會(huì)議系統(tǒng)、基于局域網(wǎng)(LAN)的視頻會(huì)議系統(tǒng)、基于綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)(ISDN)的視頻會(huì)議系統(tǒng)、基于異步傳輸網(wǎng)(ATM)的視頻會(huì)議系統(tǒng)和基于因特網(wǎng)(Internet)視頻會(huì)議系統(tǒng)。以及基于衛(wèi)星通信的視頻會(huì)議系統(tǒng)。

(2)按設(shè)備結(jié)構(gòu)分類(lèi)

視頻會(huì)議系統(tǒng)按設(shè)備結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為：基于嵌入式設(shè)計(jì)的硬件視頻會(huì)議系統(tǒng)和基于PC構(gòu)架的軟件視頻會(huì)議系統(tǒng)。

嵌入式硬件系統(tǒng)通?；趯?zhuān)用通信處理器(CPU)和數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和音視頻信號(hào)處理。操作系統(tǒng)采用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)(如VxWorks)。這種結(jié)構(gòu)的視頻會(huì)議系統(tǒng)具有如下幾個(gè)特點(diǎn)：1)安全性高，不會(huì)受到黑客和病毒的攻擊；2)穩(wěn)定性高，嵌入式操作系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠：3)處理性能強(qiáng)，嵌入式操作系統(tǒng)指令精簡(jiǎn)，實(shí)時(shí)性高，結(jié)合DSP，可實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)、低延時(shí)的視音頻信號(hào)處理：4)擴(kuò)展性好，基于嵌入式硬件的MCU和終端易于大容量、模塊化設(shè)計(jì)，可輕易實(shí)現(xiàn)容量、功能以及組網(wǎng)方式的靈活擴(kuò)展。

PC構(gòu)架的系統(tǒng)在硬件上一般采用PC機(jī)(或服務(wù)器、工控機(jī))加插卡(編解碼卡、信道卡)的方式實(shí)現(xiàn)，操作系統(tǒng)通常基于微軟WINDOWS操作系統(tǒng)。受PC結(jié)構(gòu)及操作系統(tǒng)本身的限制，這類(lèi)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性、可擴(kuò)展性均不如嵌入式硬件系統(tǒng)，但由于其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、成本低廉，所以具有易于部署、應(yīng)用靈活等特點(diǎn)。

3視頻會(huì)議系統(tǒng)的會(huì)議模式

視頻會(huì)議系統(tǒng)的會(huì)議模式根據(jù)會(huì)場(chǎng)數(shù)量的多少，一般可分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式和點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)模式。

(1)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)會(huì)議模式

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)視頻會(huì)議系統(tǒng)只涉及兩個(gè)會(huì)議終端，其模式非常簡(jiǎn)單，不需要使用MCU，很容易實(shí)現(xiàn)。如圖l所示

(2)點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)會(huì)議模式

當(dāng)有兩個(gè)以上會(huì)場(chǎng)參加視頻會(huì)議時(shí)，就構(gòu)成點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)視頻會(huì)議模式。在這個(gè)會(huì)議模式中，必須使用MCU進(jìn)行控制。點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)視頻會(huì)議模式的使用操作比較復(fù)雜，需要進(jìn)行一個(gè)會(huì)議組織的過(guò)程。如圖2所示

三構(gòu)建遠(yuǎn)程教育環(huán)境

遠(yuǎn)程教育是指由特定的教育組織機(jī)構(gòu)、綜合應(yīng)用一定社會(huì)時(shí)期的技術(shù)，收集、開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)制作和利用各種教育資源、建構(gòu)教育環(huán)境，并基于一定社會(huì)時(shí)期的技術(shù)、教學(xué)資源和教育環(huán)境為學(xué)生提供教育服務(wù)，以及出于教學(xué)和社會(huì)化的目的進(jìn)而為學(xué)生組織一些集體會(huì)議交流活動(dòng)(以傳統(tǒng)面對(duì)面方式或以現(xiàn)代電子方式進(jìn)行)，以幫助和促進(jìn)學(xué)生遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)為目的的所有實(shí)踐活動(dòng)的總稱(chēng)。在所有活動(dòng)中，教師是以教育資源的形式或?qū)W習(xí)幫助者的身份與學(xué)生保持著一種準(zhǔn)永久性分離的狀態(tài)；而學(xué)生與教育組織機(jī)構(gòu)(教師)或?qū)W生與學(xué)生之間將通過(guò)建立雙向或多向通訊機(jī)制保持即時(shí)通話(huà)。

遠(yuǎn)程教育所要求的活動(dòng)的電視圖像和實(shí)時(shí)的語(yǔ)音信號(hào)，以及雙向、多點(diǎn)的信息交互的特色，正是視頻會(huì)議系統(tǒng)可以較好解決的。目前，基于IP網(wǎng)的視頻會(huì)議技術(shù)已經(jīng)成為遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)授課的主要技術(shù)手段。

根據(jù)視頻會(huì)議系統(tǒng)的分類(lèi)特點(diǎn)，結(jié)合遠(yuǎn)程教育的要求，我校遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)是按照基于局域網(wǎng)(LAN)的視頻會(huì)議系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建，MCU和視頻會(huì)議終端均選擇基于嵌入式硬件系統(tǒng)的設(shè)備，以保證系統(tǒng)的可靠性和安全性。

1遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的組成

一般的視頻會(huì)議系統(tǒng)主要為開(kāi)會(huì)考慮，有些特點(diǎn)并不符合遠(yuǎn)程教育的需要，簡(jiǎn)單套用視頻會(huì)議系統(tǒng)并不能構(gòu)成一個(gè)完全符合要求的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)。因此，較理想的，應(yīng)考慮教育行業(yè)的特殊要求(師生互動(dòng)，教學(xué)課件演示等)，具有高要求的數(shù)據(jù)交換能力。因此，本遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)是在視頻會(huì)議系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在系統(tǒng)控制中心增加了1臺(tái)T.120服務(wù)器，在每個(gè)教學(xué)點(diǎn)增加1塊電子白板，以及相關(guān)多媒體教學(xué)設(shè)備，構(gòu)成一個(gè)完全符合要求的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)。

本系統(tǒng)采用技術(shù)先進(jìn)、性?xún)r(jià)比較高的國(guó)產(chǎn)品牌視頻會(huì)議設(shè)備進(jìn)行建設(shè)。系統(tǒng)控制中心由1臺(tái)MCU，1臺(tái)網(wǎng)管服務(wù)器、1臺(tái)數(shù)字錄像點(diǎn)播服務(wù)器，1臺(tái)T.120數(shù)據(jù)服務(wù)器，以及系統(tǒng)控制軟件平臺(tái)組成。10個(gè)遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)(教室)分布在兩個(gè)校區(qū)的教學(xué)樓。MCU通過(guò)校園網(wǎng)與各教學(xué)點(diǎn)的視頻會(huì)議終端連接。系統(tǒng)連接如圖3所示。

每個(gè)遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)由1臺(tái)視頻會(huì)議終端，1臺(tái)會(huì)議錄播服務(wù)器，2個(gè)攝像頭，1塊電子白板，2支無(wú)線話(huà)筒，1支鵝頸會(huì)

議話(huà)筒，1臺(tái)調(diào)音臺(tái)，1臺(tái)功放，1對(duì)音箱，2臺(tái)投影機(jī)，2幅150寸投影幕、1臺(tái)中控，1臺(tái)多媒體電腦等設(shè)備組成。遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)設(shè)備連接如圖4所示：

2構(gòu)建遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)要考慮的主要方面

(1)MCU的用戶(hù)數(shù)量。本系統(tǒng)配置為16個(gè)用戶(hù)，但選擇支持32個(gè)2M用戶(hù)數(shù)的MCU，目的是方便日后擴(kuò)展教學(xué)點(diǎn)的數(shù)量。

(2)MCU和視頻會(huì)議終端支持的協(xié)議?？紤]與其它品牌的兼容性，應(yīng)選用國(guó)際通用協(xié)議，支持H.261、H.263、H.263+、H.264、MPEG2、MPEG4等視頻主流編碼協(xié)議，音頻方面，支持G全系列協(xié)議及具有CD級(jí)音質(zhì)和雙聲道立體聲的MP3編碼協(xié)議。

(3)系統(tǒng)具備數(shù)字錄像和視頻點(diǎn)播功能，滿(mǎn)足教學(xué)需求。

(4)系統(tǒng)支持QOS網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保障技術(shù)，能夠在不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下保證系統(tǒng)質(zhì)量。

(5)視頻會(huì)議終端應(yīng)支持最大8M的數(shù)據(jù)速度，充分保障視頻、音頻及其他方便的最佳效果。

(6)視頻會(huì)議終端支持H.239協(xié)議，具有雙視頻流功能，最好選擇內(nèi)置雙流模塊的產(chǎn)品。

(7)視頻會(huì)議終端提供多種信號(hào)接口。應(yīng)具有內(nèi)置視頻矩陣，支持VGA、復(fù)合視頻接口、s端子等接口。

(8)視頻會(huì)議終端同時(shí)具有編、解碼功能，聲畫(huà)要同步，延時(shí)小。

(9)視頻會(huì)議終端具有回聲抑制功能，消除教學(xué)討論互動(dòng)時(shí)的回聲現(xiàn)象，保證語(yǔ)音清晰。

(10)調(diào)音臺(tái)應(yīng)具備音頻輔助輸入(AUX.IN)和編組輸出(GROUP OUT)接口，以方便音頻信號(hào)的分配連接。

另外，據(jù)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，國(guó)內(nèi)外大部分品牌的視頻會(huì)議終端發(fā)送雙流視頻時(shí)，第二視頻流(PC機(jī)的VGA信號(hào))均采用低于15幀／秒傳送，導(dǎo)致的問(wèn)題是，如果教師電腦播放的是活動(dòng)圖像，如錄像、FLASH等活動(dòng)畫(huà)面視頻，接收端接收到的第二視頻流(PC機(jī)的VGA信號(hào))的畫(huà)面是不流暢的。原因是視頻會(huì)議終端發(fā)送的第二視頻流畫(huà)面的幀數(shù)沒(méi)有達(dá)到PAL制式25幀／秒，NTST制式30幀／秒的要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，在每個(gè)遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)需增加l臺(tái)嵌入式操作系統(tǒng)的錄播服務(wù)器，該服務(wù)器采用硬件方式獲取VGA信號(hào)，畫(huà)面幀數(shù)達(dá)到PAL制式25幀／秒，NTST制式30幀／秒的要求，接收端采用PC機(jī)收看錄播服務(wù)器直播的教學(xué)內(nèi)容，畫(huà)面非常流暢，符合教學(xué)要求。

四系統(tǒng)教學(xué)功能應(yīng)用

1雙向互動(dòng)教學(xué)功能

利用視頻會(huì)議終端第一視頻流傳送各個(gè)教學(xué)點(diǎn)的聲音和圖像，實(shí)現(xiàn)雙向互動(dòng)面授教學(xué)，能較好地模擬真實(shí)的課堂教學(xué)情境，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)教學(xué)點(diǎn)的交互式教學(xué)活動(dòng)。

2傳送教學(xué)課件演示功能

利用視頻終端的發(fā)送雙流功能，把主教學(xué)點(diǎn)教師電腦的教學(xué)課件或教案的見(jiàn)解畫(huà)面?zhèn)魉偷竭h(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)。雙流傳送的圖像可按雙屏幕方式輸出或采用畫(huà)中畫(huà)單屏幕方式輸出，即可通過(guò)2臺(tái)投影機(jī)分別顯示兩路視頻，也可只用一臺(tái)投影機(jī)采用畫(huà)中畫(huà)方式顯示雙流，大小畫(huà)面可互換，小畫(huà)面也可在屏幕四角移動(dòng)。如果教師電腦播放的是活動(dòng)視頻，可使用嵌入式操作系統(tǒng)的錄播服務(wù)器直播發(fā)送，在接收端采用PC機(jī)收看活動(dòng)視頻。

3數(shù)據(jù)交換功能

T.120數(shù)據(jù)服務(wù)器可以將教師的電子白板內(nèi)容傳送到遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)，使遠(yuǎn)程教學(xué)點(diǎn)計(jì)算機(jī)也能顯示授課教師的講義和教案，大大方便了遠(yuǎn)程授課點(diǎn)對(duì)授課老師教學(xué)內(nèi)容的理解。各授課點(diǎn)的學(xué)生通過(guò)遠(yuǎn)程教學(xué)系統(tǒng)中的大屏幕實(shí)時(shí)地看到授課老師的現(xiàn)場(chǎng)講解。

NetMeeting是T.120數(shù)據(jù)會(huì)議的一個(gè)終端，教師和學(xué)生可以通過(guò)NetMeeting進(jìn)行互動(dòng)，教師可以把教學(xué)文件分發(fā)給遠(yuǎn)處教學(xué)點(diǎn)的學(xué)生。

4數(shù)字錄像和點(diǎn)播

利用系統(tǒng)的錄像功能，能夠?qū)虒W(xué)過(guò)程進(jìn)行DVD級(jí)別的音視頻錄像，系統(tǒng)支持雙流錄像，可以將授課教師的講課過(guò)程和教師機(jī)上的教學(xué)文檔同時(shí)錄制下來(lái)。為保證錄像效果，系統(tǒng)采用數(shù)字錄像技術(shù)，由安裝有錄像軟件的PC或服務(wù)器直接接收MCU轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)字碼流進(jìn)行直接錄制和存儲(chǔ)。錄制的錄像以ASF格式保存，該文件格式適合多種播放器的播放，也支持其他編輯軟件進(jìn)行方便靈活的編輯。經(jīng)編輯好的教學(xué)錄像存放在視頻點(diǎn)播庫(kù)，學(xué)生通過(guò)登錄VOD視頻點(diǎn)播平臺(tái)進(jìn)行在線點(diǎn)播學(xué)習(xí)。

五結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用視頻會(huì)議系統(tǒng)構(gòu)建遠(yuǎn)程教育環(huán)境，為了能達(dá)到理想的效果，除了系統(tǒng)設(shè)備達(dá)到要求外，還必須對(duì)教學(xué)點(diǎn)(課室)進(jìn)行必要的建聲裝修處理，適當(dāng)增加影視輔助燈光。自2007年我校遠(yuǎn)程教育環(huán)境建成后，馬上投入教學(xué)使用，解決了學(xué)生跨區(qū)選修通選課、輔修課的困難，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。采用現(xiàn)代教育技術(shù)手段，實(shí)施跨校區(qū)遠(yuǎn)程教學(xué)，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)，學(xué)生在選修通選課、輔修課的時(shí)候，不受地域的限制，更加靈活：對(duì)教師來(lái)說(shuō)，利用遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)可采用合班上課，教師的工作量得以減少，節(jié)省了時(shí)間和精力，因而廣大師生使用遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)進(jìn)行教與學(xué)的積極性比較高，也取得良好的教學(xué)效果。