程 曦

(安慶廣播電視大學，安徽 安慶 246000)

?

DVR技術在現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)中的應用研究

程 曦

(安慶廣播電視大學，安徽 安慶 246000)

通過對兩種不同的現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)模型的分析，討論了基于DVR技術模式的遠程教育系統(tǒng)模型的優(yōu)越性，以及實現(xiàn)DVR技術模式需解決的若干問題。

遠程教育；模型；DVR技術

現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)是融入了計算機網(wǎng)絡技術、數(shù)字通信技術和多媒體技術的第三代遠程教育平臺；是開放教育體系賴以生存和發(fā)展的物質保障；是深化教育活動不可或缺的基本環(huán)境。因此，建設一個功能強大完善、易于操作管理、適合開放教育特點并且節(jié)約投資的遠程網(wǎng)絡教育系統(tǒng)平臺，具有重要的實際意義。

現(xiàn)有模式的遠程網(wǎng)絡教育平臺及其應用系統(tǒng)，可以用一句簡單的語言來描述：遠程網(wǎng)絡教育系統(tǒng)平臺+通信網(wǎng)絡+學習終端及學習個體。常規(guī)意義上的“遠程網(wǎng)絡教育系統(tǒng)平臺”的建設屬于系統(tǒng)而龐大工程項目。從工程路線的層面上至少需要具備以下條件和過程：需求目標研究與分析、技術調研與應用、市場及應用領域的調查研究，方案論證與設計、工程技術設計與施工。除此之外，須有良好的經(jīng)濟與物質保障。作為遠程網(wǎng)絡教育系統(tǒng)平臺提供服務的對象——學習終端及個體，成了被動的施授者，對平臺系統(tǒng)的建設無直接的作用。學習終端及學習個體，是遠程網(wǎng)絡教育系統(tǒng)平臺不可分割部分，怎樣使學習終端及學習個體成為遠程網(wǎng)絡教育系統(tǒng)平臺建設主體的一部分，甚至學習終端自身就能具備遠程網(wǎng)絡教育平臺特征的子系統(tǒng)，或承擔遠程網(wǎng)絡教育系統(tǒng)的一個單元平臺，是一個值得研究的課題。

本文根據(jù)市場應用廣泛，技術日臻完善，價額低廉的DVR (Digital Video Recorder數(shù)字視頻錄像機)板卡的技術構架特征，欲從另一個視角對遠程教育系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)——前端視、音頻采集、處理和存儲以及流媒體傳輸技術進行思考、研究。探索應用DVR板卡技術在直至研究于遠程網(wǎng)絡教育系統(tǒng)終端中的應用。

1 DVR技術在現(xiàn)代遠程教育技術中的模型

DVR作為數(shù)字技術的高科技產(chǎn)品，其實質是一套集視頻采集與圖像存儲處理的計算機系統(tǒng)，具有對圖像/語音進行長時間錄像、錄音、網(wǎng)絡遠程監(jiān)視和控制的功能，DVR集合了錄像機、畫面分割器、云臺鏡頭控制、報警控制、網(wǎng)絡傳輸?shù)榷喾N功能于一身，一臺DVR能取代模擬監(jiān)控系統(tǒng)中除前端以外的所有設備的功能，并且價格上有很大優(yōu)勢。

DVR作為安防監(jiān)控系統(tǒng)的核心設備具備了現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)中各個硬件環(huán)節(jié)所必備的功能。如，多路視、音頻采集和存儲功能能夠同時滿足多個教學場所的實時攝像并存儲教學資源；方便的回放檢索和網(wǎng)絡傳輸功能意味著能夠通過不同的網(wǎng)絡將教學資源實時或回放檢索方式的提供遠程教學服務。

現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)往往是多級網(wǎng)絡構架，一般分為一級系統(tǒng)，二級系統(tǒng)，三級系統(tǒng)等多級機構。即如，中央電大遠程教育系統(tǒng)，省級電大遠程教育系統(tǒng)，市級電大遠程教育系統(tǒng)，工作站遠程教育系統(tǒng)等。但就其某級單元構架來說，可通過以下模型實現(xiàn)。

1.1 基于Web模式的遠程教育系統(tǒng)模型

如圖1所示，遠程教育系統(tǒng)主要是由通信網(wǎng)絡，終端設備，應用系統(tǒng)和教學資源4部分組成。通信網(wǎng)絡和終端設備為系統(tǒng)硬件環(huán)境，應用系統(tǒng)和教學資源則是系統(tǒng)的軟件環(huán)境。通信網(wǎng)絡位于系統(tǒng)的中心，作用是將不同地域和物理位置的子系統(tǒng)或終端聯(lián)系起來，使它們能夠進行通信及資源共享。終端設備包括視頻、音頻和其他一些多媒體設備，這些設備可以對教學活動中的視、音頻等信息進行采集、加工和處理，然后通過網(wǎng)絡傳送給遠程用戶終端，從而完成遠程教育信息服務。

圖1 基于Web模式的遠程教育系統(tǒng)模型

從以上的模型架構中我們不難看出，現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)硬件平臺最為關鍵的技術環(huán)節(jié)就是要解決多媒體信息的采集、處理和網(wǎng)絡傳輸。按常規(guī)的技術手段要解決這些問題，必須投入大量的資金，購置視頻會議主機、各類服務器和相應的軟件產(chǎn)品以及租用電信服務商足夠帶寬的網(wǎng)絡資源。并且這些設備和主機還要根據(jù)市場和研發(fā)商的升級不斷進行后續(xù)投入。

1.2 基于DVR技術模式的遠程教育系統(tǒng)模型

如圖2所示，基于DVR技術模式的遠程教育系統(tǒng)模型，采用H.264、MPEG4、JPEG等壓縮算法、嵌入式實時多任務操作系統(tǒng)和嵌入式處理器一體化的設計，在單板上集成了視音頻采集、壓縮、存儲、網(wǎng)絡傳送、多路云臺控制、報警檢測等功能，支持同步回放和錄像(雙工)，保證了系統(tǒng)的高集成度和高可靠性。提供了多種接口，支持網(wǎng)絡，遠程的錄像回放和在線監(jiān)看，視頻環(huán)通輸出和矩陣切換、USB 2.0高速備份以及鼠標鍵盤操作。系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能。

1.2.1 壓縮功能

支持 PAL / NTSC4.43 / NTSC3.58 制式視頻信號。視頻壓縮采用H.264壓縮技術，支持變碼率和變幀率，可設定視頻圖像質量和壓縮碼流。每路視音頻信號獨立實時壓縮，音頻壓縮標準采用G.722。視頻和音頻信號壓縮后生成復合的H.264碼流，碼流回放時視頻和音頻保持同步。也可設置不用音頻。雙流壓縮：主碼流本地存儲，副碼流適用于圖像在低帶寬網(wǎng)絡上傳輸。

圖2 基于.DVR技術模式的遠程教育系統(tǒng)模型

1.2.2 網(wǎng)絡功能

支持TCP/IP協(xié)議(支持ARP、RARP、IP、TCP、PPPOE、DHCP等等)，支持寬帶撥號上網(wǎng),同時支持斷線自動重撥，支持域名解析。完備的網(wǎng)絡端控制命令，通過網(wǎng)絡可以使用客戶端管理器控制嵌入式硬盤錄像機、設置主機各種參數(shù)、遠程升級和維護。具備Web Server功能，能通過IE瀏覽器訪問主機，支持域名解析、監(jiān)看實時圖像、點播錄像數(shù)據(jù)以及控制云臺。內(nèi)置多種云臺控制協(xié)議，可以在主機端和網(wǎng)絡端控制云臺和鏡頭等。

1.2.3 錄像功能

錄像模式：手動錄像、定時錄像、移動檢測錄像、報警錄像，支持錄像內(nèi)容的分類檢索，每路視音頻錄像參數(shù)均可單獨設置。視頻移動動態(tài)檢測功能，每路視頻可設置多個動態(tài)檢測區(qū)域，可以實現(xiàn)實時畫面全屏蔽，全屏蔽狀態(tài)的時候錄像不會被屏蔽。

支持通道名疊加，支持通道錄像日期、時間疊加，支持圖標疊加、局部馬賽克和遮蓋。

管理主機可通過網(wǎng)絡實時紀錄壓縮碼流，支持借助網(wǎng)絡將圖像聲音同步直接錄入電腦。

1.2.4 存儲備份功能

在主機前面板和后面板提供多個USB 2.0/SATA備份專用接口，遠程通過客戶端管理器備份錄像機中的錄像內(nèi)容。強大的硬盤管理功能，支持硬盤進行格式化，具有扇區(qū)損壞屏蔽功能。支持硬盤休眠，但是工作硬盤個數(shù)最多不超過2個，硬盤上文件采用預分配技術，保障硬盤數(shù)據(jù)的安全性和完整性。標準 FAT32 文件系統(tǒng)格式，硬盤可在 PC 系統(tǒng)上識別。

1.2.5 安全保障

采用高性能32位嵌入式微處理器及嵌入式實時操作系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高實時性、可靠性和穩(wěn)定性。健全的錄像日志查詢功能(遠程登陸日志查詢、錄像參數(shù)修改日志查詢、升級日志查詢、回放日志查詢、系統(tǒng)啟動日志查詢)。系統(tǒng)鎖定、按鍵鎖定、口令檢驗、多級用戶授權等多種安全保障功能；用戶名、口令及碼流傳輸時用密碼加密，防止泄露。

具備看門狗功能，出現(xiàn)異常時系統(tǒng)可自動檢測，同時自動重新啟動，以完成系統(tǒng)輸入、輸出以及錄像狀態(tài)等的重新初始化。

2 基于DVR技術模式的遠程教育系統(tǒng)模型需解決的問題

DVR技術雖然具備了現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)諸多環(huán)節(jié)所需之功能，其強大的功能和低廉的造價亦為發(fā)展普及遠程教育技術提供了廣闊的情景，但作為產(chǎn)生于安防監(jiān)控領域的專用設備直接用于遠程教育系統(tǒng)還有著以下問題。

2.1 文件存儲的管理

DVR在視頻監(jiān)控系統(tǒng)錄像中將采集和處理后的數(shù)據(jù)文件以時間為線索進行文件管理，文件系統(tǒng)只有時間、日期標簽。而遠程教育系統(tǒng)中所存儲的教學資源是以科目、課程、章節(jié)，單元、講數(shù)作為文件標簽進行管理。只有解決了文件存儲的管理問題才能夠為遠程異步教學通過完善服務。是基于內(nèi)容的檢索技術CBR能夠解決這一問題。

2.2 圖形界面

DVR的用戶圖形界面用于遠程教育系統(tǒng)還有待改善。只有滿足雙向視、音頻交流的用戶圖形界面才能完全符合現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)的要求。目前，很多DVR系統(tǒng)都為用戶提供客戶端管理器SDK開發(fā)包。可以解決這一問題。

2.3 表現(xiàn)形式的多樣化

DVR在遠程教育系統(tǒng)中的管理問題有待進一步分析、量化，融入遠程教育系統(tǒng)需要根據(jù)具體的系統(tǒng)與網(wǎng)絡構架加以解決。DVR除視頻、音頻采集處理外的其他多媒體信息的采集與處理?？梢酝ㄟ^對文件格式預處理或文件格式轉換得以實現(xiàn)。在不借助流媒體服務器的情況下，DVR的流傳輸能力的開發(fā)。直接影響到DVR在遠程教育系統(tǒng)中實際價值和可靠性，需要通過優(yōu)化資源和配置加以實現(xiàn)。

3 結束語

由于DVR技術的先進性、可靠性和低造價為其在現(xiàn)代遠程教育系統(tǒng)中的應用提供了廣闊的情景。通過科學地分析研究，實事求是地努力實踐，能夠使這一領域取得重大的突破與發(fā)展。

[1] 余云燦.虛擬現(xiàn)實技術在高職院校中的應用研究[J]. 廣東技術師范學院學報,2016(05) :117-121.

[2] 滕厚雷,文芳.分布式虛擬現(xiàn)實技術及其教育應用研究[J]. 攀枝花學院學報,2112(04):126-128.

[3] 李鳴華.面向遠程教育的智能虛擬教室的設計[J]. 中國電化教育2008(06): 120-125

2016-12-10

程曦(1959-)，男，安慶廣播電視大學副教授。

G64

B

1674-2273(2017)03-0080-03