双向播控多媒体教学系统设计与实践

 双向播控多媒体教学系统设计与实践
 任国灿      汪宋良   
  (  浙江省宁波市  邮编315100）
 
 摘要:文章提出并分析了一种利用多媒体手段实现的双向播控教学系统。系统以普通音视频传输网络为基础，通过改造，增加上行控制功能，使其形成具有交互式双向控制能力的多媒体教学系统。系统在设计时硬件上通过主控中心的通信卡和操作控制盒相连接，软件上采用了红外遥控技术和先进的编解码控制技术，并运用软件管理和授权控制方式．从而使整个系统的组成更简单，操作更方便。实现了多点对多点，单点对多点的灵活控制。    关键词:多媒体,模块,教学 ,网络
 

1引言
 随着电子信息技术和计算机科学的高速发展，网络技术及多媒体技术的应用越来越普及，学校的教学手段随着多媒体技术发展，有条件也有必要进行改革，以适应现代教学的需要。本文介绍就是一种以多媒体技术为基础，具有多种功能的教学系统。
2系统组成和各部分功能    Multi—Com多媒体教学播控系统由多媒体教室、主控中心和控制管理软件三部分组成。系统结构示意图如图l所示。
2.1、多媒体教室
2.1.1多媒体教室的功能
   多媒体教室改进了原有的 CATV网络无法实现的对主控中心的控制功能。在本系统中，教师利用教室中的键盘和鼠标，可以对主控中心的任意一台播放设备如录像机、VCD、DVD等进行仿真操作，控制录像机、DVD和 VCD的播放、暂停、停止、回放、快进、慢放、定格等动作。
 此外，多媒体教室还实现了在教室中对主控中心的计算机的虚拟操作。教室中的视频显示设备可以完全仿真主控中心的计算机显示屏，教师通过遥控键盘操作远端的计算机，就像在本地使用一样，可以非常方便地向学生演示各种软件的使用和操作以及计算机的网络功能，如Internet网络连接、远程登录、访问远地站点等，也可以在不同的教室之间，向学生演示计算机联网、资源共享等局域网的功能。
2.1.2多媒体教室的组成
 多媒体教室的主要配置有：控制盒、鼠标、键盘、视频显示设备(如显示器、电视机等)。

图1 multi—com多媒体教学播控系统结构示意图
 多媒体教室的主要功能都由教室控制盒来完成。控制盒接收遥控键盘的控制信号和遥控器的红外控制信号，并将它们编码后通过控制网传递到主控中心，实现对主控中心设备的控制。控制盒的面板上的LED可以显示当前所占用的频道，并提供了频道选择按钮。此外，控制盒上还配置有话筒及通话键，在需要时，教师可以呼叫主控中心。在设计系统时充分考虑了以后系统的功能扩展，在控制盒上预留有云台控制器接口。每个教室的控制盒对主控中心设备的控制都是相互独立的，互不干扰。
 多媒体教室所用的键盘和鼠标都是标准的，在控制盆上有标准键盘和鼠标的接口；同时，考虑到有线键盘和鼠标的操作距离有限，控制盒上还有一个红外接收器，可以接收无线红外键盘的信号，增大了教师操作的灵活性。
2.2主控中心
2.2.1主控中心的功能
 主控中心是整个系统的核心，它可以向全校或部分教室进行电视讲话，播送电视节目、图文音像资料等。光盘、录像带可以直接播放。
 主控中心同时对所有的多媒体教室进行监控，对多个教室传来的信息(包括鼠标或键盘信息，录像机、DVD、VCD机的控制信息，呼叫信息等)进行响应和处理，使录像机、DVD、VCD机、计算机产生相应的动作。
   主控中心可以将计算机演示的各种教学软件、应用软件直接送到各教室的屏幕上。计算机的操作可以由教师在教室中通过远端仿真鼠标和键盘来实现。也可以由控制室来控制计算机，通过语音和广播功能向学生讲解。
2.2.2主控中心的组成
   主控中心的所有设备都放在主控室内，由控制主机、播放设备(摄像机、DVD、VCD机等)、计算机、语音设备（MIC、音箱等）及网络接口等几部分组成。
   控制主机是联系多媒体教室和控制中心其他设备的枢纽，由高性能PC担任。控制主机与各教室问的通信，以及与中心的各播放设备和计算机之间的通信，由我们自己开发的专用通信卡来完成。
   主控中心的计算机可组成一个简单的 LAN，其作用一方面是为计算机教学提供网络环境，并实现计算机之间的资源共享；另一方面便于以后网络功能的提升，实现与其他网络互联。
   在系统的扩展功能中，主控中心的控制主机能够将远端(多媒体教室)的视频与音频信号实时地按VCD2．0格式记录在硬盘上，或通过光盘刻录机将资料保存在光盘上。2.3控制中心管理软件    控制中心管理软件的控制部分由VC十十作为开发工具，后台数据库采用Microsoft Access, 前台界面由 VB5．0来开发。    控制中心的管理软件由两个模块组成：通信控制模块和管理模块，它们具有友好的全中文操作界面和各种提示信息，可以轻松地查看各种管理信息。
2.3.1通信控制模块
   通信控制模块的主要功能是完成通信卡和计算机之间的数据转换。控制主机对各个教室采用轮询控制的方式，由通信控制模块识别通信卡传来的地址信息、教室状态、教室请求信息，并根据这些信息更新数据库；对于收到的操作请求，通信控制模块将它转换成相应设备可识别的信号，并进行转
 图2 Multi-Com多媒体教学系统网络结构
 发，实现对控制中心播控设备的控制。
2.3.2管理模块
   管理模块主要是对各个多媒体教室和资料数据库进行管理。管理模块将数据库中的各个多媒体教室的状态信息和设备使用情况显示到桌面上。当有教室的状态发生变化时，会及时通知中心的管理员，并提示相关信息。管理模块建立了完备的光盘、录像带、软件等资料的管理数据库，便于管理员进行检索。管理模块具有教学预约管理功能。教师授课所需要的资料可以提前向管理员预约，管理员记录这些预约，在上课前系统会自动提示管理员准备资料。
 管理模块还具有教学日程安排管理功能，根据教学需要，每学期(年)安排好的电教课程表可以提前输入到系统中，系统会根据时间自动提示管理员在授课前提前准备好教学资料。
3网络结构及硬件实现
 Multi—Com多媒体教学系统的网络结构分为视频传输网和控制网两个部分。视频传输网就是校园有线电视网，用于传输视频信号；控制网连接主控中心的通信卡和各个教室的控制盒，用于传递中心和教室之间的上／下行控制信号。系统除了以上两个基本网络构成外，主控中心的多个计算机之间还可以组成一个小型局域网。三个网络之间的相互关系如图2所示。
3.1控制网
 控制网由主控中心的控制主机上的通信综合卡和各多媒体教室控制盒以及传输线组成，其拓扑结构为总线方式，通信标准采用485，可以满足传输距离较远的要求。在控制网内部预定了各个教室控制盒的地址编号，控制主机根据各地址发送轮询信息，并接收教室控制盒发送的响应信息。
 传输线采用普通双绞线(8根)，其中包括控制数据线和话音传输线。数据控制线通过RJ—45接头与多媒体教室控制盒和控制主机的通信综合卡相连。话音传输线用于多媒体教室和主控中心之间的互相呼叫。传输线中除了控制线和话音线以外，还预留有上行控制线，用于系统的功能扩展。
 多媒体教室控制盒接收红外键盘及控制盒面板上按钮的信号，并将信号进行编码，连同本控制盒的地址信息发送到控制线上：控制盒同时接收控制主机的通信综合卡的控制信息。多媒体教室控制盒对外有两个接口：一个是电源接口；另一个是控制网接口，接头采用 RJ—45。控制盒对于电源没有特别的要求，采用普通的220V交流电。控制盒的 RJ-45接口线必须并联到控制网的传输线上。控制盒内部还有一个可以接话机手柄的话音接口 RJ-11，教师按下控制盒上的通话键后可以通过话机手柄向主控中心进行呼叫。在控制盒的面板上有红外接收头，可以接收红外键盘和红外遥控器发送的红外信号。在安装时将控制盒固定在距离220V电源和教室电视机较近的地方，控制盒最好面对学生，这样便于教师可以一边进行控制操作，一边进行讲解。控制盒配有专用的锁，当不用时应该将控制盒锁上，教师上课操作时，必须打开控制盒才能进行操作。控制盒上还预留一个云台控制器接口，此接口在控制盒内部连接到传输线的预留控制线上，可以传输云台控制器的控制信号，因此系统可扩展监控功能。    通信综合卡插在主控中心的控制主机的扩展槽上，综合卡与多媒体教室控制盒之间的通信采用485标准，接头采用BJ—45。其主要功能如下：    3.1.1完成与多媒体教室控制盒之间的通信。通信综合卡向各个多媒体教室发送轮询信息，并接收教室控制盒发送的状态信息和控制信号。综合卡能够实现485接口与微机之间的通信，将接收到的多媒体教室的状态信息和控制信息传送给控制主机,由控制中心管理软件的通信控制模块进行识别，根据信息的内容更新数据库，显示各个教室的状态和设备使用情况；此外还将控制信息传送给相应的设备(包括中心的播放设备和 LAN上的各台计算机)，使其产生相应的动作。    3.1.2能对主控中心的播放设备进行红外遥控。当综合卡收到教室控制盒传来的控制信号(如暂停、播放、快进、回放等)后，将其转换成播放设备可识别的红外遥控信号，从而实现对播放设备的控制。    3.1.3具有学习的功能。在使用某个播放设备之前应首先对这个设备的遥控器进行学习，使综合卡识别并记忆此设备的遥控信号。3.2视频传输网    视频传输网就是校园的CATV网，各教室的视频显示设备以标准的视频输入接口接人传输网，用于接收主控中心调制到视频传输网上的各种节目。
3.3主控中心LAN     主控中心的多台计算机可以构成基本的小型局域网(LAN)，其组网方式可以多种多样。计算机的视频输出可以经过AV转换后接入视频传输网送达各教室。在教室中，教师可以通过遥控键盘演示计算机的有关操作，键盘信息通过控制网传送到主控中心的控制主机上，并由控制主机通过LAN将命令传送给相应的计算机。在主控中心组建LAN还便于与其他网络进行互联。
4结论 
 多媒体教学双向播控系统对有线电视网进行了升级，系统设计采用了标准接口，布线简单，符合未来技术趋势。本系统还具有以下几大特点：
4.1多路视频可以同时分别控制。每一个教室的播控盒有各自不同的地址编码，每一台节目源播出设备有各自不同的设备编码，系统根据这些编码进行授权编程控制，并保证各控制指令按编码送到不同的设备执行。
 4.2节目源(录像机、VCD、多媒体计算机)由总控室集中管理，在教室内也可以完成对总控室内多种信号的选择和操作。系统有自学习功能，对节目源无特殊要求。
 4.3遥控、键盘(包括鼠标)可在教室内的电视机上直接操作节目源计算机，同时可以把 Internet引入教室，进行远程教学。键盘也可以控制总控室的录像机、VCD等节目源。
 4.4在授权情况下，可以将教室作为演播室，向全校转播，进行示范教学或会议。
 4.5系统提供自检功能，自动检测各种设备的运行状态，并在一定程度上有自修复功能。
 4.6管理简便。系统以总控室的控制主机为中心，采用软件操作控制方式，同时负责课程管理和预约。采用RS—485或RS-422长距离控制信号总线式进行组网，系统组网灵活方便且可扩充性强。

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