葉惠文，柯銘健

(華南師范大學(xué)教育信息中心，廣東廣州510631)

隨著學(xué)校的信息化廣泛應(yīng)用，多媒體教學(xué)系統(tǒng)逐步普及，有效地促進(jìn)了教學(xué)改革，提高了教學(xué)質(zhì)量和效率．目前應(yīng)用的多媒體教學(xué)系統(tǒng)處于沒有統(tǒng)一規(guī)范統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的局面．所使用的多媒體產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)都是廠家各自定義，中央控制器、通信格式和操作控制碼各自為政，造成使用麻煩．由于多媒體教學(xué)系統(tǒng)對中控器非常依賴，且中控器內(nèi)嵌了視音頻切換和處理模塊，無論系統(tǒng)配置前端或后端設(shè)備技術(shù)指標(biāo)多高，最后顯示還原的結(jié)果，只能達(dá)到中控器技術(shù)指標(biāo)水平．無法滿足某些學(xué)科或者某些技術(shù)特殊的功能室用戶要求，如音樂專業(yè)學(xué)科對于音頻要求較高;醫(yī)學(xué)和藝術(shù)專業(yè)學(xué)科對圖像色彩要求嚴(yán)格等等．

為了使學(xué)校建設(shè)的多媒體教學(xué)系統(tǒng)能實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)互通，相互替換，中國教育技術(shù)協(xié)會2011年制定了《多媒體教學(xué)環(huán)境的工程建設(shè)規(guī)范》［1］，為開發(fā)多媒體教學(xué)系統(tǒng)設(shè)備提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)．本文提出一個以《多媒體教學(xué)環(huán)境的工程建設(shè)規(guī)范》(以下簡稱《工程建設(shè)規(guī)范》)為標(biāo)準(zhǔn)的基于軟件中央控制器多媒體教學(xué)系統(tǒng)的實施方案．

1 多媒體教學(xué)系統(tǒng)背景

1．1 硬件中央控制器

多媒體教學(xué)系統(tǒng)中央控制器是在硬件上將音視頻切換模塊、VGA電腦信號切換模塊、設(shè)備電源管理模塊、電動屏幕控制模塊、音色、音量處理模塊、控制接口處理模塊、電源模塊、紅外線編碼和發(fā)射模塊以及R232或R485通信接口集成一起，通過內(nèi)嵌的控制軟件，用戶可用按鈕式控制面板、觸摸屏和無線遙控等設(shè)備，完成控制投影機(jī)、展示臺、影碟機(jī)、錄像機(jī)、卡座、功放、話筒、計算機(jī)、筆記本、電動屏幕、電動窗簾、燈光等設(shè)備的操作與控制的設(shè)備［2］．

1．2 軟件中央控制器

所謂多媒體教學(xué)系統(tǒng)軟件中央控制器就是用軟件技術(shù)設(shè)計多媒體教學(xué)操控平臺，通過互聯(lián)網(wǎng)將依據(jù)《工程建設(shè)規(guī)范》［1］設(shè)計的各媒體設(shè)備集成一體;在應(yīng)用中，用戶可以根據(jù)多媒體教學(xué)系統(tǒng)所配置的設(shè)備功能，自行選擇適合自己的操作控制，自定義控制界面，以實現(xiàn)多媒體教學(xué)系統(tǒng)控制操作、聯(lián)動集成操控、嵌入新設(shè)備、新系統(tǒng)等功能，并能實現(xiàn)即插即用．

1．3 系統(tǒng)設(shè)計思路

基于軟件中央控制器的多媒體教學(xué)系統(tǒng)，將原硬件的中控器所有集成的硬件模塊分別設(shè)計成一個獨立的、依據(jù)《工程建設(shè)規(guī)范》［1］的、具有 tcp/ip通信和系統(tǒng)自測、數(shù)字化信號采集功能的設(shè)備，然后用軟件中央控制平臺通過互聯(lián)網(wǎng)方式將所有媒體設(shè)備級聯(lián)一體，實現(xiàn)遠(yuǎn)程管理、遠(yuǎn)程控制、移動管理和控制［3］．這樣，用戶在建設(shè)多媒體教學(xué)系統(tǒng)時就可以根據(jù)專業(yè)教學(xué)的功能和技術(shù)需求，科學(xué)、合理選配各種檔次的媒體設(shè)備組成系統(tǒng)，各專業(yè)教師可以根據(jù)教學(xué)實際自定義自己的操作界面，進(jìn)行多媒體教學(xué);同時，避免了升級或設(shè)備更新中必須滿足原硬件中央控制器標(biāo)準(zhǔn)的弊端，提高系統(tǒng)可維護(hù)性．

2 基于軟件中控器的多媒體教學(xué)系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)

2．1 系統(tǒng)基本組成

基于軟件中控器的多媒體教學(xué)系統(tǒng)由2部分組成．

2．1．1 硬件教學(xué)支撐系統(tǒng) 基于軟件由用戶中央控制器多媒體教學(xué)系統(tǒng)的硬件組成比較靈活，根據(jù)學(xué)科專業(yè)教學(xué)需求而定，并可以隨時增添，即裝即用．

在硬件設(shè)計上，為了實現(xiàn)透明管理和遠(yuǎn)程操控管理，提高系統(tǒng)管理和服務(wù)的效率，提高系統(tǒng)的可靠性，各媒體設(shè)備通過內(nèi)嵌的tcp/ip協(xié)議接口組件，依托互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)集成一體，也可根據(jù)教學(xué)需求隨時在線接入所需的設(shè)備，具備即插即用的效能;各媒體設(shè)備通過內(nèi)嵌設(shè)備自動診斷檢測和數(shù)字化信號采集組件，將檢測和采集的各課室多媒體設(shè)備狀態(tài)信息送往遠(yuǎn)程管理中心，管理人員可準(zhǔn)確地了解設(shè)備的運行狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)問題，快速處理，避免教學(xué)事故，保證正常教學(xué)．

2．1．2 基于軟件中央控制器多媒體教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

基于軟件中央控制器的多媒體教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中的課室多媒體教學(xué)系統(tǒng)(圖1，虛線框圖所示)由下列部件組成:

圖1 基于軟件中央控制器的多媒體教學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Figure 1 The central controller based on software structure ofmultimedia education system

①課室多媒體互聯(lián)網(wǎng)堆疊器．該設(shè)備由具有堆疊功能的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成，將課室內(nèi)部教學(xué)設(shè)備鏈接起來，構(gòu)成一個內(nèi)部子網(wǎng)，完成課室里所有多媒體設(shè)備的互聯(lián)，并將多媒體設(shè)備采集數(shù)據(jù)［4］和控制操作信息交換到遠(yuǎn)程控制中心．此外，在外部網(wǎng)絡(luò)斷線情況下，完成內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的通信，以保障正常的教學(xué)進(jìn)行．

②內(nèi)嵌互聯(lián)網(wǎng)接口的設(shè)備．所有接入系統(tǒng)的設(shè)備必須具有兩個功能模塊:基于tcp/ip協(xié)議的互聯(lián)接口模塊和系統(tǒng)檢測、信號采集模塊．加入這些功能的目的是能夠?qū)⒚襟w的控制參數(shù)、工作狀態(tài)以及設(shè)備運行信息傳送到本地軟件中央控制器和遠(yuǎn)程控制管理中心．

③課室軟件中央控制器．它以計算機(jī)或者移動終端設(shè)備(pad或手機(jī)或pda設(shè)備)為載體，將控制操作軟件嵌入在此類設(shè)備中．在教學(xué)過程中，教師可以使用計算機(jī)或移動終端進(jìn)行控制，也可以由遠(yuǎn)程控制中心控制，必要時，還可以由課室管理技術(shù)員利用移動設(shè)備操控．

④移動管理終端設(shè)備．通過無線網(wǎng)絡(luò)接收遠(yuǎn)程控制管理中心發(fā)來的所有課室的多媒體教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)和控制信息，管理人員隨時地了解到各室設(shè)備的運行狀況，對設(shè)備出現(xiàn)的故障或問題即時進(jìn)行處理和提供遠(yuǎn)程控制服務(wù)［5］．

框圖中的遠(yuǎn)程控制管理中心由計算機(jī)和服務(wù)器設(shè)備構(gòu)成，將遠(yuǎn)程控制平臺安裝在這里．遠(yuǎn)程控制平臺主要完成兩個任務(wù):各課室的多媒體教學(xué)系統(tǒng)操作控制、各種相關(guān)的數(shù)據(jù)收集和管理．這里數(shù)據(jù)包括課室安排、課室與上課教師的關(guān)聯(lián)、各課室的媒體設(shè)備狀態(tài)等．

2．2 軟件服務(wù)支撐系統(tǒng)

軟件服務(wù)系統(tǒng)是系統(tǒng)中最重要的部分，在《工程建設(shè)規(guī)范》的前提下，軟件服務(wù)系統(tǒng)重點開發(fā)2個平臺．

(1)基于互聯(lián)網(wǎng)的、可遠(yuǎn)程服務(wù)與管理的可視化平臺 遠(yuǎn)程管理、移動管理和遠(yuǎn)程維護(hù)與服務(wù)是當(dāng)今服務(wù)與管理的發(fā)展趨勢．基于軟件中央控制器的多媒體系統(tǒng)由于各設(shè)備都具有互聯(lián)接口和通信能力，通過遠(yuǎn)程服務(wù)與管理平臺可以將各設(shè)備的運行狀態(tài)信息收集，給管理者或維護(hù)人員提供透明化運行圖，即時發(fā)現(xiàn)運行中的系統(tǒng)問題，給用戶提供超前式服務(wù)(在用戶發(fā)現(xiàn)問題前就解決了故障)，提高服務(wù)質(zhì)量;通過無線網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)移動式管理，大大減少維護(hù)與管理人員，提高效率;通過設(shè)備使用信息，清晰了解設(shè)備的使用頻率和效率，各教師的使用習(xí)慣，為相關(guān)部門提供建設(shè)和升級系統(tǒng)制定計劃依據(jù)．

(2)課室多媒體教學(xué)系統(tǒng)的軟件中央控制器平臺 基于軟件的多媒體教學(xué)中央控制器的開發(fā)可以引入虛擬技術(shù)，構(gòu)建各教師個性化的虛擬桌面，或用戶自由地定義自己的操控界面．用戶可以根據(jù)專業(yè)和教學(xué)的需求，組合多媒體系統(tǒng)的硬件，如用戶對音頻要求比較高的，可以選擇高檔的音頻處理設(shè)備來組合系統(tǒng)，不需傳統(tǒng)的硬件中控器那樣綁定公司自研的設(shè)備．在教學(xué)應(yīng)用時，一旦教師通過刷卡確認(rèn)身份后自動將操控桌面推送到課室．

3 系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)與特色

3．1 硬件關(guān)鍵技術(shù)

要通過互聯(lián)網(wǎng)對教學(xué)設(shè)備實行遠(yuǎn)程控制(圖2)，在硬件上需要決解2個關(guān)鍵技術(shù):教學(xué)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)通信接口和教學(xué)設(shè)備信號與參數(shù)采集的模塊．

圖2 基于軟件中央控制器多媒體教學(xué)設(shè)備框圖Figure 2 The central controller based on software ofmultimedia teaching equipment diagram

3．1．1 教學(xué)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)通信 本系統(tǒng)中所有設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)通信接口(圖3)，其中51單片機(jī)負(fù)責(zé)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)，在上電開機(jī)時，自動將傳感器采集的信號數(shù)據(jù)讀入進(jìn)行分析，以判斷系統(tǒng)是否正常;初始化處理時，自動將設(shè)備系統(tǒng)各控制狀態(tài)參數(shù)讀入，為遠(yuǎn)程控制提供依據(jù)．同時，使用串行E2prom作為IP地址存儲器．

圖3 教學(xué)設(shè)備互聯(lián)網(wǎng)通信接口Figure 3 On teaching equipments internet communication interface

3．1．2 教學(xué)設(shè)備信號與參數(shù)采集的模塊 在多媒體學(xué)設(shè)備中主要采集的信號有4種類型:音頻信號、視頻信號、VGA信號和開關(guān)信號［6］．系統(tǒng)中對于視頻信號采集同步信號分離法，即從復(fù)合視頻信號中，采用放大、箝位、切割技術(shù)，將同步頭分離出來，整形為“0”和“1”的信號;對于 VGA 信號，由于 R、G、B和同步信號分離獨立傳送，因此，可以直接從它的同步信號驅(qū)動線中取出，通過整形、轉(zhuǎn)換處理，成為“0”和“1”的信號;在多媒體教學(xué)系統(tǒng)中，音頻信號源較多，處理較為復(fù)雜．系統(tǒng)采用10位的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采集，并在硬件上使用多路分時采集方式，進(jìn)行各音頻信號采集．

3．2 軟件關(guān)鍵技術(shù)

基于軟件中央控制器的多媒體教學(xué)系統(tǒng)中，主要是解決移動終端操作控制與管理軟件嵌入技術(shù)和軟件中控個性化操控的虛擬桌面技術(shù)問題．本系統(tǒng)的開發(fā)主要面向類似ipod和智能手機(jī)等方便攜帶的終端工具．目前這種工具主要使用的操作系統(tǒng)有Android和windowce等2大系統(tǒng)．因此，開發(fā)支持這2種操作系統(tǒng)的、內(nèi)嵌于移動終端的軟件模塊成為技術(shù)的關(guān)鍵和特色．

為了方便管理，基于移動終端的軟件又分為:移動管理和移動軟件中央控制平臺模塊．移動管理主要為多媒體管理人員提供基于pod移動終端的軟件，以方便管理員進(jìn)行巡視式管理;移動軟件中央控制平臺主要是為教師提供基于pod移動終端的操控軟件，以方便教師在教學(xué)過程中進(jìn)行移動式講學(xué)，提高師生教與學(xué)的互動性．

由于移動管理和移動教學(xué)的軟件模塊中，仍需要嵌入其它第三方應(yīng)用軟件，因此．系統(tǒng)引入虛擬桌面技術(shù)制定個性化的管理與操控桌面，以滿足各學(xué)校、各教師的個性化的應(yīng)用．

4 展望

多媒體教學(xué)系統(tǒng)是今后數(shù)字校園和智慧校園的重要組成部分，它的作用不僅僅滿足信息化教學(xué)，它還應(yīng)該是教學(xué)資源案例源制作系統(tǒng)，教研活動的交互交流系統(tǒng)，教學(xué)評價系統(tǒng)．因此，本研究中的技術(shù)方案可以很方便地將錄播系統(tǒng)、視頻交互系統(tǒng)和觀摩評價系統(tǒng)接入，以使多媒體教學(xué)系統(tǒng)很方便地嵌入數(shù)字校園之中，最大地發(fā)揮其效果．

［1］中國教育技術(shù)協(xié)會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會．多媒體教學(xué)環(huán)境工程工程建設(shè)規(guī)范［S］．北京:清華大學(xué)出版社，2011．

［2］硬件中央控制器定義，廣州宏控電子科技有限公司網(wǎng)站，http://www．capm．a(chǎn)c．cn/News/2011128162924．html

［3］葉惠文，沈云云．基于觸摸技術(shù)的LCD多屏組合多媒體教學(xué)系統(tǒng)［J］．現(xiàn)代教育技術(shù)，2010(9):35-39．

［4］劉典文．?dāng)?shù)字多媒體中央控制系統(tǒng)設(shè)計［D］．長沙:湖南大學(xué)，2007．

［5］方錫武．基于移動終端的裝備維修管理技術(shù)研究［J］．設(shè)備管理與維修，2009(2):12-14．

［6］浦萬成．多媒體中控系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用［J］．北京聯(lián)合大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2003(2):68-73．