微格教学及远程管理系统

    摘要：比较当前的教学手段现代化状况，提出了微格教学及远程管理系统，并给出系统的组成、功能、特点及控制实施方案。

    关键词：微格教学  远程传输  管理  控制

    计算机技术在教育领域的应用是大势所趋，也是当今教学现代化的重要标志。以前的闭路电视教学系统采用信号单向传输，不能进行交互，播控中心不能及时了解下面的情况，教室里的教员也不能与播控中心及时联系，就象电视台放节目一样，一直放到底，不管观众到底看了没有，效果如何，更不能进行现场观摩教学。随着国内计算机软件的飞速发展，ＣＡＩ教学软件大量涌现，目前各学校所使用的电教设备急需更新。

    目前国内在教学系统这一领域起步较晚，流行比较多的是本地教学，一般局限在下面两种格式。

    （１）采用电化教学。模拟传输靠录像机、影碟机播放预先录制好的教学节目。也有节目源采用计算机，靠ＶＧＡ－ＡＶ转换将计算机屏幕通过模拟线路传输过去。

    （２）计算机教学系统。分为以下两种：

    ·纯软件系统：采用局域局，将教师机上的界面传输到每台学生机上，实现广播、示范、呼叫等，教学节目主要在教师机上的ＣＡＩ课件上。

    ·软硬组合系统：采用局域网模拟信号传输网相结合，将教师机上的界面传输到每台学生机上的ＣＡＩ课件上。该系统与纯软件系统的唯一区别是教师机的屏幕图像采用ＲＧＢ信号硬件线路分配的形式传输，因此传输速度稍快。

    以上几种都是基于本地教学方式，一般安装在一个教室或几个教室，不能进行远程传输，更不能进行现场教学远程传输。

    微格教学及远程管理系统计算机结合视频系统，用计算机帮助或代替教师执行教学任务，传递教学信息，向学生传授知识和训练技能，调动学生学习的主动性和创造性，直接为学生服务。同时用计算机管理教学，用计算机评分，建立题库，进行教学计划管理，质量评估，教学资源调度等，直接提高教务管理水平。本系统具备原有闭路电视教学功能，同时又扩展了许多新颖的功能，能够满足现代教学需要。

１ 系统组成

1.1 控制中心

    控制中心由微处理器组成的控制系统、视音频处理系统、多媒体计算机三大部分构成。其中控制系统包括摄像头控制、云台控制、通讯控制、视音频处理控制以及远程视音频传输处理控制，外部视音频设备（如ＶＣＤ、录像机）控制。系统结构如图１所示。

1.2 教室

    采用一个教室一个摄像头、一台电视、一个呼叫器，投资小，中央控制室可控制多达１２８个教室教学，或将计算机画面传送到每个教室教学。

    本系统为全新的教学方式提供一种新概念的交互式多媒体＿辅助教学手段。使多个教室同时参与进来观摩并可互相提问。根据国情设计，投资小，效率高，可与电化教学相配合，利用现有闭路电化教学线路，可节省投资，又能扩充功能，将电化教学与计算机、多媒体、网络结合起来。

２ 主要研究内容

    ·现场教学图像，声音采集子系统。为远程教学提供实时信号源。

    ·教学场景控制系统。图像根据控制，现场光线调节，图像远近，清晰度调节。

    ·辅助教学设备控制系统。如：ＣＡＩ课件播放，视频设备播放等。

    ·电话线远程传输控制系统。对没有联网的地方提供，可实现异地远程教学观摩、场景控制。

    ·网络远程教学传输、控制系统。

    ·微格教学远程传送系统。

    系统的最大特点是：除了常规远程教学外，可实现异地远程现场交互式教学，单远程提问即可实现远程可视对讲，面对面交谈，解答问题。系统既可以做到在普通电话线上实现远程教学，也可以在互联网络上实现。对远程传来的现场图像声音可在任意本地机上保存或打印。

３ 系统功能

    · 电视教务管理与讲评

    为提高学校教务管理水平，特设校长讲评功能。

    可任意将每个教室的教学情况，将老师讲课的图像、声音实时地传到控制中心。也可电视讲评与教学并存，还可完全成为教学系统。

    · 多节目源广播教学

    将控制中心播放的ＶＣＤ、录像机节目或摄像机的现场画面广播到所有教室的电视机上。通过系统软件设置又可实现多个节目（计算机、录像机、录音机、ＶＣＤ等，分别向不同教室同时广播教学。

    · 呼叫对讲与控制

    老师在教室可通过呼叫盒上的按键呼叫控制中心，并与控制中心通话，控制中心可看到教师图像。并可操作控制中心的节目源设备。

    教室与教室之间实现可视对讲（象可视电话）进行交流。

    控制中心可控制每个教室的摄像头光圈、焦距、变焦及运动（上下左右）。

    · 示范

    将某一教室的上课情况示范给全体或部分教室，该功能可用于对会议，讲学、实验等的实时转播。

    · 远程传送

    可在电话线上异地传输教室的图像、声音并操作控制，也可进行远程教学管理、课程评估调度等。

    ·备用接口

    为用户留有升级接口，可根据用户实际需要加入一些教学管理于本系统，保证系统永不落后。

４ 系统控制实现

    控制系统是本系统的核心，通过控制实现系统不同的功能，系统由众多的微处理芯片组成一个控制网络，并由微机控制，分析确定系统各种状态，执行相应动作。其框图见图２。构成主要是对经过处理的视音频进行控制，并把它们输出到各种输出设备。它主要包括视音频切换、摄像头控制、视频控制及其它控制。在远程控制处理上，采用Ｈ．３２４标准，实行压缩处理，使系统可以在普通电话线上进行图像、声音的远程传输及控制命令的收发。以上各控制在软件上由若干模块实现。

５ 远程控制传输模块

    远程控制传输模块的功能描述：

    该功能模块实现在电话线上异地实现视音频的监视切换和巡视切换，并可控制图像的大小与质量，还可使摄像头光圈变大变小、焦距变长变短、变焦及运动（上下左右线扫面扫）。

    远程控制传输模块的软件采用ｖｃ模块化编程。

    远程控制传输模块主要的类、变量及主要函数如下：

    ＩＮｍＣａｌｌ   呼叫类

    ＩＮｍＣａｌｌ：：Ｃａｌｌ   呼叫函数

    ＩＮｍＣａｌｌ：：Ａｃｃｅｐｔ   呼叫接收函数

    Ｉｎｍ Ｖｉｄｅｏ   视频通道类

    ＩＮｍ Ｖｉｄｅｏ：：Ｓｅｎｔ   视频发送函数

    ＩＮｍ Ｖｉｄｅｏ：：Ａｃｃｅｐｔ   视频接收函数

    ＩＮｍＣｈａｎｎｅｌ Ｖｉｄｅｏ：：ＳｅｔＰｒｏｐｅｒｔｙ   视频属性设置函数

    ＳｅｔＰｒｏｐｅｒｔｙ（

    [ｉｎ] ＮＭ＿ＶＩＤＰＲＯＰ ｕＩＤ   视频属性的ＩＤ值

    [ｉｎ] ＵＬＯＮＧ ｕＶａｌｕｅ);   某一视频属性的取值

    ｕＩＤ 可以取如下的值：

    Ａ．ＮＭ＿ＶＩＤＰＲＯＰ＿ＩＭＡＧＥ＿ＰＲＥＦＥＲＲＥＤ＿ＳＩＺＥ 视频源图像的大小

    这时ｕＶａｌｕｅ可以取如下值之一：

    ＮＭ＿ＶＩＤＥＯ＿ＳＭＡＬＬ 小图像

    ＮＭ＿ＶＩＤＥＯ＿ＭＥＤＩＵＭ 中图像

    ＮＭ＿ＶＩＤＥＯ＿ＬＡＲＧＥ 大图像

    Ｂ． ＮＭ＿ＶＩＤＰＲＯＰ＿ＩＭＡＧＥ＿ＱＵＡＬＩＴＹ 视频的质量，这时ｕＶａｌｕｅ  可以取０～３１的任意值。３１为最高质量。

    Ｃ．ＮＭ＿ＶＩＤＰＲＯＰ＿ＷＩＮＤＯＷ＿ＡＵＴＯ＿ＳＩＺＥ设置视频窗口的大小为源图像的百分比，ｕＶａｌｕｅ可以取值１００～１５０。

    ＩＮｍＡｕｄｉｏ   音视通道类

    ＩＮｍＡｕｄｉｏ::Ｓｅｎｔ   音频发送函数

    ＩＮｍＡｕｄｉｏ::Ａｃｅｐｔ   音频接收函数

    ＩＮｍＤａｔａ   数据通道类

    ＩＮｍＤａｔａ::ＳｅｎｔＤａｔａ   数据发送函数

    ＩＮｍＤａｔａ::ＡｃｃｅｐｔＤａｔａ   数据接收函数

    ＣｈａｎｅｌＮｕｍ   通道号

    ＣａｍｅｒａＮｕｍ   摄像头号

    Ｃｏｍｍａｎｄ   命令