远程教育中的视讯应用方案
--上海中腾信息网络有限公司

　　视频通信在远程教育领域的应用大大缩短了教学双方的空间距离，势必在很大程度上改变传统的教学方式和相应的教材内容，并达到传统教育手段所不能达到的效果。一般来说，远程教育设有远程教育中心和一些远程"电子教室"，每个教室里配备一块电子白板以及相应的摄像机、监视器、扫描仪、麦克风和喇叭。系统设计应着重考虑对用户尽可能透明，使用户感到电子教室与平常的教室相似或一致，并使师生之间可以通过交互操作进行远距离讨论。和一般视频应用相比，远程教育需要有功能较强的多媒体创作工具支持和通畅的数据传送功能。因此，基于开放式PC平台的视频通信终端系统在远程教学和培训中都具有明显的优势。

　　远程教学网络目前有：

　　1、卫星教育信息网
　　2、CERNET网（中国教育科研网）
　　3、电信业务网（ISDN/DDN/帧中继）
　　4、基于分组的信息网 基于这些网络，远程教育现阶段基本上采用以下几种方案：

方案一
　　这种方案网络环境基于卫星教育信息网和中国教育科研网。

　1.　卫星教育通信网

　　目前中国教育电视台拥有3个C波段卫星转发器，根据远程教育卫星电视教育平台的改造方案，将采用Ku频段的数字压缩电视技术。改造后，一个同样带宽的转发器可以发送多套数字电视节目，这样除传送3～4套数字压缩电视节目外，余下的转发器资源将用于今后的会议电视的远程教育，不再需要空间资源的投入，大大的扩大了卫星电视网功能，又考虑到了与未来的直播电视相兼容的问题。

　　卫星网络具有多址连接的特点，非常适宜开展点对多点的业务。H.331标准即是广播型多点系统和终端设备的建议，它与会议电视系统常用的H.320标准的主要区别在于H.331下的通信过程不需要协商，前提条件是必须把会议电视设备的音频、视频、传输速率以及数据等参数设置为完全相同的模式。卫星网络下，会议电视系统的运行常常需要卫星网管系统的配合。卫星网管系统具有设置和切换各个卫星地球站发射和接收频率的功能，因此，会议电视单收会场可通过卫星网管系统切换为双向会场，从而广播其会议电视信号。

　2、 国教育科研网（CERnet）

　　CERnet网是教育部所属的教育科研信息网，也是国内四大计算机网之一。目前已建成8个地区网络中心，连接近70个城市，350所大学，约有20万用户，而不少校园网的速率以达100Mbit/s，为交互式远程教育提供了良好的网络环境。1998年底CERnet还采用了卫星传输进行骨干网的升级，一期工程完成了北京连接沈阳，上海，西安，南京，成都的2Mbit/s的卫星双向信息传送网，还将实现上述地区与若干个端点的64-512Mbit/s的双向信息传送。

　　在这种远程教育方案中，采用了卫星、计算机网络及多媒体技术等多 项先进技术。教学课件的播送通过教育卫星，经过Ku波段转发器，视、音频信号经过压缩编码再进行播送，速率为2Mbps。教学有两种方式，一种为实时交互方式，教师和学生通过卫星地面站、视频会议系统或可视电话系统进行实时交互式的教学。另一种为非实时交互方式，教师和学生利用网络进行，网络指校园网、中国教育科研网和其他互联网，双方进行包括电子邮件、万维网、电子公告板等非实时的交流。

　方案二
　　这种方案网络环境为WAN，主要指电信业务网，即ISDN、DDN、祯中继等。

　　近年来，邮电部门的ISDN、DDN、光纤网发展迅猛，除了八纵八横的骨干网外，本地网铺设的光纤也以达30万公里，另外，为了适应社会信息化的需求，信息产业部已确定了2000年信息基础设施的建设目标，将广泛采用10Gbit/s及以上速率的光纤传输技术，以构成覆盖全国的宽带、高速、安全的光纤网络。

　　为了实现交互式多媒体远程会议、远程办公自动化，在基于ISDN、DDN或宽带多媒体通信网（指帧中继或ATM），我们采用ITU-T H.320国际视频通信标准进行组网。

　　①． 在基于邮电系统的ISDN综合业务数字网的方案中，利用低带宽数字视频压缩技术，基于ITU-T H.320国际视频通信标准，采用H.261/H.263视频压缩编码，在ISDN网上使用N*64Kbps的通信带宽，实现多点的远程教学、远程会议等办公自动化和远程会诊、远程医疗档案及设备管理等功能，使用费用低廉，组网方式灵活，扩充方便。采用的各种终端产品均可通过ISDN Modem方式访问Internet和Intranet，提高系统的应用能力和数据访问功能。采用可灵活扩充和级连的MCU，基于ISDN综合业务数字网，系统扩充极为方便。增加一个点，只需向电信部门申请3条ISDN线即可（即新装3部电话的手续），费用极低。

　　②．在基于邮电系统的透明数字传输网DDN的方案中，建立各点之间的专线连接，带宽比较高，时延比较小，采用国际标准的视频通信设备，实现卫生系统内的办公自动化和远程会诊等功能。设备选型与ISDN方式相同，仅仅需要将上述设备的ISDN BRI/PRI接口换成DDN的V.35/E1接口即可实现本方案，功能特点与ISDN方式类似。由于DDN线路采用租用方式，因此在使用费上，DDN的开支要比ISDN方式大，ISDN方式只有在使用时付费，而且只有主叫方付费，而DDN链路一经租用，使用与否都须付费，而且是所有的终端都须付费。

　　③．在基于邮电系统的多媒体宽带通信网如帧中继网F.R.或异步转移模式ATM网的方案中，多媒体宽带通信网提供给视频通信所需的足够带宽，极小的时延，由于采用包交换的异步方式，线路租用的费用较DDN专线要低，而且可以与Internet、Intranet等数据网络相连接，提高系统的利用率。同样采用租用线路，使用费用较ISDN要高很多（专线费用：租线费用+流量费用；ISDN费用：月租费+电话费），而且增加扩充没有ISDN方式灵活，需要申请F.R或ATM的永久虚电路PVC线路。

　　在这种基于WAN网络环境的方案中，为了实现多点交互教学，我们采用基于H.320国际标准的MCU多点会议控制单元。MCU的扩充非常方便，增加电路板插卡即可提高整个系统的通信能力，在单机还不能满足系统容量发展的需要时，我们可采用MCU级连的方式来扩充系统。对于网络建设的分步分段实施，这种功能节省了大量投资和线路的租用费。通过增加网络接口卡，可以灵活扩充系统容量。支持语音激活和主席控制等会议控制方式，增加分屏卡，可以实现各会场画面的分屏显示，方便对各分会场的监视和控制。提供计费功能，对各终端的使用情况做实时记录，方便管理。提供会议定时、会议预约等会议组织方式。

　方案三

　　这种方案网络环境为基于IP AN的环境。

　　IP网（Internet、Intranet、AN）是基于分组式无连接的数据网络，下一代的带宽IP网将是未来的信息高速公路的基础。由于目前10Mbit/s、100Mbit/s、1000Mbit/s以太网已经遍布大多数的企业，学校，机关，用户可以通过它接入到互连网上，从而大大扩大了远程教育的覆盖面。

　　传统的视讯系统采用基于电路交换N-ISDN网络的H.320协议，传送实时话音和活动图像。随着分组交换技术的发展，IP技术渗透到通信行业的各个领域，从办公室的局域网AN、企业网、校园网、到城域网及Intranet和Internet，为了适应网络环境的变化，ITU定义了基于IP技术的视讯协议-H.323。H.323协议针对不提供QoS质量保证的局域网，包括以太网EtherNet(IEEE802.3)、快速以太网Fast EtherNet(IEEE802.12)、令牌环Token Ring(IEEE802.5)、分布式光纤接口FDDI(IEEE802.3不提供QoS)等，这些网络的共同特点是都采用IP技术。H.323协议是在H.320的基础上制订的，很多指标特性都是和H.320共有的。它采用了和H.320相同的压缩算法，同时充分发挥分组传输的特点，增加了一些新的内容，如：多播和目录服务、异步操作、分布式多点会议等。

　　H.323系统主要包括终端设备(Termina)、网闸设备(Gatekeeper)、网关设备(Gateway)、多点控制器(Mutipoint Controor)、多点处理器(Mutipoint Processor)、多点控制单元MCU(Mutipoint Contro Unit)及Proxy安全设备。

1. 终端设备(Termina)

　　H.323终端设备能够完成与其他H.323终端、网关、MCU等设备的实时、双向通信，包括控制信息、音频、视频和数据。支持H.245、Q931、登记/许可/状态协议(与网闸通信协议)及RTP/RTCP协议。

2. 网闸设备(Gatekeeper)

　　网闸设备为H.323终端、网关、MCU提供地址翻译、网络的接入控制、呼叫鉴权、处理控制信令及呼叫管理功能，同时它还提供带宽管理及网关定位管理等。一个区域只能有一个网闸，区域的划分独立于网络拓扑结构，并且可以是由路由器等设备连接的多个网段。网闸是一套软件，可以集成到MCU或网关中，也可以是一个单独的服务器。

3. 网关设备(Gateway)

　　网关设备提供H.323终端与其他网上的视频终端和MCU的接口，完成传输格式的转换(H.225到H.221)和通信控制的转换(H.245到H.242)，通过网关可以实现网间视频通信(分组交换网PSN与电路交换网SCN)。

4. 多点控制器(Mutipoint Controor)

　　多点控制器实施H.245多点控制功能、会议控制功能以及会议资源控制。

5. 多点处理器(Mutipoint Processor)

　　多点处理器完成视频混合和切换、音频混合、T.120多点数据共享功能。

6. 多点控制单元MCU(Mutipoint Contro Unit)

　　多点控制单元MCU包括MC和MP(可选)两部分，完成集中或分散的多点会议控制。

7. Proxy安全设备

　　Proxy安全设备可以集成到网关设备或网络的防火墙Firewa中，提供安全的网络接入。

　方案四

　　这种方案的网络环境为AN和WAN混合的环境。

　　为了完成多点间的交互式视频数据传输，在AN和WAN上我们分别设立一个H.323的MCU和H.320的MCU，它们负责本地局域网内和城域网的各多媒体交互式终端之间进行多点连接的控制功能，本地AN视频、数据可以和远端的H.320终端共享资源，在网络中我们增加了一个Gateway网关设备，通过它，本地的H.323视频内容可以连接到远端的基于H.320协议的多媒体终端，完成远程教学任务。网关Gateway通过ISDN/DDN等接入公用网。通过各种网络接口，就能通过数字网络，如ISDN，DDN实现远程系统的多媒体通信。在没有铺设ISDN的地方，可以暂时通过专线或卫星系统实现教育系统的连接，当在这些地区铺设ISDN时，系统应该能够直接通过ISDN进行连接，而不需要进行任何升级或改变。

　 教室设备

　　授课室主要是给老师讲课用的教室。在授课室里，应配备1套视频终端产品作为主设备，为了便于教师讲课，可专门配备彩色电视机、电子白板、图文摄像机等设备。灯光设备买方可根据自己的要求自配。通过以上的配置，老师在授课室即可和听课室的学生互通图像和声音，又可将写在白板上的板书随写随传，图文摄像机还可将老师教学用的资料、胶片、实物等随时传送到远程教学中的各个教室。授课教室还可选配教师用VTE CameraMan摄像系统。在每个听课室，分别配置1套视频终端产品作为主设备，可专门配备彩色电视机，为了方便学生将信息反馈给老师和发言，如资金充足，建议每个教室还可选配电子白板、图文摄像机、大屏幕投影设备。如需要还可配备学生用VTE CameraMan和push-to-tak发言器。

　　可选功能说明

　　可选功能之一-连续出席功能

　　连续出席功能也称为多画面分割功能，是指在同一个显示设备上同时显示多个不同会场的画面的功能。本方案提供的连续出席功能可以同时提供四画面分割的功能，即在同一个显示设备上可以同时看到四个不同会场的会议现场的情况。在连续出席的功能状态下，四个不同的会场可以采用不同的显示功能，完全根据客户的实际需求自行设定。如：客户可选择四个画面全部为固定画面广播方式；也可以选择三个画面固定，一个画面采用语音激活方式(谁发言显示谁的发言画面)。

　　可选功能之二-实现各个会场之间的数据会议功能

　　通过在多点控制单元上添加数据会议功能模块(3606-24)，就可以提供多 达24个会场之间的数据应用共享、文件共同修改以及电子白板等功能。本数据会议功能除了在多点控制单元(MCU)上添加数据会议模块之外，所有会场的视频终端还必须能够支持T.120功能。

　　可选功能之三-扩展应用范围

　　通过适当的添加外围设备，可以方便地将现有的会议室设备的应用功能扩展至更多的范围。如利用设备本身自带的语音跟踪摄像机再配以电子白板和无线麦克风等外围设备，就可以将视讯会议室扩展为多媒体培训教室系统。

　　多媒体视/音频广播与点播系统以及多媒体课件库系统

　　多媒体广播及点播系统以及课件库系统是远程教学系统的重要组成部分。利用流点播和广播系统可以在教学活动进行的同时将教学过程在网上进行广播，扩大听课学生群体，同时我们还能将广播的内容以数字的方式保存到流服务器上，供学生课后点播。而多媒体课件库系统的主要任务则是保存课件供学生随时根据自己的学习情况访问学习。课件库中包括课程内容、参考、习题、测验试题等等。除了提供课件浏览之外，多媒体课件库的另一个重要功能是对学生访问课件的情况进行统计以便跟踪学生的学习情况，评估教师的教学水平。

　　（1）多媒体视/音频广播与点播系统

　　多媒体视/音频广播与点播系统可以为Internet或Intranet用户提供两种类型的服务：多媒体节目点播和广播。点播是指用户可以向服务器申请播放特定的节目，在播放过程中用户可以控制播放的进程，即用户可以进行暂停、快进、快退等操作。在流点播过程中，每个用户与服务器之间均要建立单独的连接，点播的节目也只送给进行点播的用户，其他的网络用户无法接收此点播者点播的节目流。而广播是指节目在网络上广播，所有在网络上的用户均可以收到广播的节目流，但用户在广播过程中不能控制节目的播出。由于在节目点播过程中，每增加一个用户就需要增加一个连接，所以系统允许并发访问的用户数要受网络带宽和服务器性能的双重限制。而广播方式完全则不同，在广播过程中只需要播出一个节目流，所以网络负担比较轻。

　　多媒体视/音频广播与点播系统在基于IP的远程教育系统中也有不同的应用。教师在授课过程中，编码工作站对教学的音频、视频信息进行压缩编码，并将同步的数据信息插入节目流用以同音频、视频流保持同步。节目流一方面被存入本地硬盘，另一方面发送给点播服务器并通过点播服务器在AN中进行广播，进行实时授课。由于节目流已被存入本地硬盘，课后学生还可以随时点播，这样即便是学生因各种原因没能听到老师的授课，也可以通过节目流点播的方式来再现授课的全过程并可反复收看。

　　(2)多媒体课件库系统

　　多媒体课件库是远程教学系统的重要组成部分，其主要任务是保存课件供学生随时根据自己的学习情况访问学习。课件库中包括课程内容、参考、习题、测验试题等等。除了提供课件浏览之外，多媒体课件库的另一个重要功能是对学生访问课件的情况进行统计以便跟踪学生的学习情况，评估教师的教学水平。

　　课件库系统由一台"课件网关"和多台"课件服务器"组成。远程教育课件库系统网络服务器是专为远程教育设计的，而不是通用的WWW 服务器。

　　课件网关的主要功能是接受用户的教学请求，确认需求的合法性，并依一定的分配算法对用户的访问进行调度，保持多个课件服务器的负载平衡、提高网络带宽的利用率。系统配置两台同样功能的课件网关，其中一台为另一台的备份。课件网关服务器还能对学生在课件库中的活动进行统计，比如学生访问课件库的时间，访问的具体内容，在课件库上的停留时间等，这样就能对每次访问依据一定的标准进行计费。课件网关还能对访问课件库的学生、教师进行管理，比如添加学生、删除学生等。它也负责对课件服务器、课件服务器中保存的课程、课件进行管理，比如添加课件、删除课件、修改课件的属性信息等．

　　课件服务器主要负责存储课件内容，并根据访问权限提供课件浏览，实现远程教学中的教学内容的传输，它具有良好的并发特性、强大的I/O能力、可靠性和稳定性。每两台课件服务器互为镜像。这样可以解决用户集中点播某一课件而导致的输出瓶颈问题。课件服务器的另一个重要的特点是具有了一定的智能功能。比如当学生在课件库中进行自我测试时，课件服务器可以根据学生的测试成绩向他推荐不同的学习内容，对于成绩优秀的学生他可以直接浏览课件的后续部分，而成绩差的学生就没有这些权限而必须一步一步地进行学习。

视频会议系统能够实现的基本性能

　　1、视频功能

　　可将本地会场的画面、本地不同视频源的视频信号、所接入录像机的录像资料传送至其它会场。
　　可根据需要录制下本地会场或本地PC机上的图像和文件。
　　帧频可达到30帧/秒，可以达到画面的最佳效果。

　　2、音频功能

　　可实现自适应全双工回声抑制。
　　采用自动背景噪声抑制，保证发言人在距麦克风的距离不同时音量基本不变。
　　利用全向麦克风，实现声音的全方位采集。
　　可随时调节音量。
　　可根据图像实际接收效果调节唇音同步。

　　3、数据功能

　　可选利用电子白板实现双向讨论、随写随传。
　　可利用软件（例如AppShare）实现双方应用程序共享。
　　可随时将运行的PC界面发送至所有会场。
　　可发送Microsoft PowerPoint格式的图片。
　　可选利用软件（例如Pen Pa Graphics），在进行图文传送的同时可进行图文的加注，可随时利用快照功能拍摄本地会场或PC中显示的图表或文件，并以JEPG或ANNEX D的格式存储或发送。
　　可实现文件传送或拖曳。
　　可选SmartView软件和图文摄像机，使用户像使用幻灯机一样将图文资料运送至远程教室中。

　　4. 控制功能

　　1）语音控制功能
　　根据多点会议中各会场声音的大小，决定谁是广播者（发言会场的声音最大），基本用于会议点数较少的场合。
　　可选择自己需要看到的会场。
　　2）直接控制功能
　　每个与会者的状态（包括图像、声音和数据）都很形象地显示在与MCS/IP相连的工作站（Workstation）的显示器上，管理者通过鼠标操作，配合管理软件，可对会议进行控制。
　　切换广播会场。
　　加入或删除会场。
　　结束会议。
　　监视各会场的情况。

　　目前 ，相互间距离较远、网络教学、信息沟通极为不方便，尤其办学点，那里没有相应的师资力量，要上海派教师去教学，这样无形中为学院在师资力量、资金上添加了非常大的压力，运用新科技、现代教学方式来解决这一矛盾并提升学校的教学质量和范围，是学校的当务之急；综合学校的现有情况，建议选用美国视讯公司的VTE远程视讯系统，VTE的"数字视讯"产品不仅为会议电视建立了新的标准，更将这一行业进入一个全新的发展阶段。VTE提供的交互、共享的多媒体平台帮助您轻松跨越现实与理想障碍，实现全数字化、全实时化。同时，还能够与其他通讯信息系统进行稳定、可靠的配合。

　　远程教育的本部选择一间多媒体教室作为主演播室（可充分利用多媒体设备），配备VTE银河（GAAXY）755系列会议电视系统一套/配备SMARTTRAK智能跟踪摄象机一台，交互式电子白板一块，图文摄象机一台；分校区选择一间教室作为接收教室，配备VTE银河（GAAXY）755系列会议电视系统一套；中腾公司根据目前上海广域网方式建议选用ISDN线路，完成分校区与本部的连接、实现不同校区远程交互式教学。

　　我们建议在远程教育方案中采用VTE美国视讯公司基于开放PC平台的多媒体视讯系统。由于具备计算机系统强大的多媒体及数据功能，并能够轻松应用各种教学软件及外界辅助工具，VTE视频系统在远程教育市场历来具有强大的优势，占具了全球半数以上的远程教育市场。开放的平台使VTE产品具有很强的拓展性，可平滑实现连接H.323或H.320，适合于各种网络环境下的远程教学和培训。目前我国最大的远程教育网--于1999年投入使用的中国多媒体远程教学网，就是VTE公司与北京邮电大学以及中国电信共同组建的。

　　视讯电视会议系统功能：

视频功能

　　可将教室教学的实时画面、不同视频源的视频信号、所接入录像机的录像资料通过广播方式传送至其它教室。
　　智能跟踪摄像系统，镜头对准发言者，与远端面对面交流。
　　可根据需要录制下本教室或本地PC机上的图像和文件。
　　帧频在15～30帧/秒之间可调，以达到画面的最佳效果。

　　音频功能

　　可实现自适应全双工回声抑制。
　　采用自动背景噪音抑制的方式提高声音质量。
　　采用自动增益控制，保证发言人在距麦克风不同时音量不变。
　　即按即讲麦克风。
　　可随时调节音量。
　　自动唇音同步，也可根据图像实际接收效果调节唇音同步。

　　数据功能

　　利用Pen Pa Graphics支持的电子白板实现数据的随写随传。
　　*利用外接Smart Board电子白板实现双向点对点的交互讨论。
　　利用AppShare软件实现点对点双向教室的应用程序共享。
　　可随时将运行的PC界面发送至所有教室。
　　可发送Microsoft PowerPoint格式的图片。
　　利用PenPaGraphics软件，在进行图文传送的同时可进行图文的 加注。
　　利用PenPaGraphics软件，可随时利用快照功能随时拍摄本教学现场 或PC显示的图表和文件，并以JEPG的格式存储或以ANNEXD的方式 发送 。
　　支持托曳式文件传送。
　　*可选SmartView软件和图文摄像机，使用户像使用幻灯机一样将图 文资料传送至远端。

　　控制功能

　　可实现点对点双向教室的远端摄像机遥控。
　　可提供6个会场预置画面，控制界面可方便地实现画面间的切换。
　　通过控制界面最多可控制四台摄像机的动作。
　　可随时切换会场图像和PC屏幕。
　　系统监测窗口可监视网络状态。如：网络速率、通信协议、网络误码

拓扑图：

视频会议网络拓扑图(VTE)

主演播室

ISDN

ISDN

分演播室