数字化微格教学系统

数字化微格教学系统
一、系统简介：
数字化微格教学系统采用当前先进的数字化传输、存储和应用方案，整个系统方案由1个总控室和多个微格室组成，该系统建成后，将会成为集微格教学、多媒体编辑、影音制作、多媒体存储中心、视频点播中心，数字化现场直播中心为一体的网络系统。

系统整体介绍如下说述：
1、整个系统采用电脑软件集中控制，和校园网络有效连接，系统中心交换机采用INTEL千兆铜芯线路连接方式，网络传输速率达到1000兆，以保证系统对多媒体素材高速率传输的要求。

各微格室电脑和交换机采用1000兆连接。

系统主交换机通过1000兆光纤模块和校园网线连，以保证整个网络数据传输的畅通无阻。

2、格微格室采用数字化摄像机（如SONY D31），将各微格室现场的教学场景直接压缩到电脑中，同时，通过告诉局域网络在网上进行实时播放，以保证学校的校园网络随时随地可以观看到各微格室的现场教学情况，同时也为学校今后进行远程教学打好坚实的基础。

3、数字化摄像机可遥控、自动跟踪功能方便了用户的管理，以保证系统捕获的图象是教学现场最精彩的场景。

4、系统采用数字化存储方式，用户可以将各自的现场教学情况保存到视频服务器中，同时可以根据学校通过视频点播系统随时、随地在网络上进行观察和回放，网络存储采用高档存储设备（如磁盘阵列HP FC60等）。

该存储设备采用光纤通道，为网络存储提供足够的网络带宽，60个磁盘托架的空间可扩从到5TB的存储容量。

5、系统采用华文产品进行系统控制和管理，华文控制系统采用先进的网络控制方式，各用户即可通过系统分控软件选择观看各微格的现场教学情况，同时，可以通过分控软件控制各摄像机的动作，利用软件内置的微格评估系统对各教学现场的学生、老师进行远程评估和观摩。

6、系统采用实时数字非线性编辑系统（如品尼高公司的Pinnacle Targa3000），以方便用户将保存的资料进行编辑、整理和播发，。

编辑系统丰富多彩的编辑特效为用户进行精彩片断的编辑和整理提供了足够的发挥空间和舞台。

图形处理工作站采用图形工作站（如HP专用的kayak
xu700），为用户提供高性能的图形处理能力和效果，同时，通过实时的编辑输出效果为，校园网络和闭路电视系统提供精彩剪辑后的教学现场。

7、网络中心采用在线式UPS（如山顿C3-20KS等），以为网络提高稳定性的电源供给和停电后的自动关机功能。

保证设备的稳定，防止突然断电后的设备损坏。

8、系统采用先进的视频流播发系统，为网络提供稳定和连续的图象传输质量。

系统采用BROADWAND视频压缩卡，高保真的MPEG II压缩网络传输方式为网络视频数据流提供可调的网络传输速率和传输质量。

系统采用企业级服务器为系统提供高稳定、高速率的网络服务（如HP LH6000等），同时HP LH6000服务器的高扩容性和热插拔功能为用户以后的扩容升级提供方便。

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数字化微格教学解决方案
一、概述
微格实验室建设是教育教学体系建设的重要一环。

当今，以数字技术为基础的信息技术高速发展，微格
实验室也必须适应新的发展要求。

西安万发网络科技有限公司凭借着多年来对教育行业的理解，在同西
安交通大学及西安财经学院等高校的长期合作及实践中提出了“网络平台+模块”的数字化网络化微格
实验室建设思路：在对原有实验室进行信息化改造的前提下，以快速以太网为骨干将原本分散的实验室
互连成一个既有分工又能实现资源共享的高效益的实验室系统；并考虑到多媒体、网络等信息技术对教
育教学发展的影响和实际运用，以期实现资源的共享，充分发挥实验室效益；在能够完成教学计划规定
的实验任务的同时，尽可能为学生营造一个自主学习和充分建构知识的环境。

二、“网络平台+模块”拓扑结构
“网络平台+模块”实际上是以快速以太局域网（Fast Ethernet LAN）为骨干的网络框架，将原来各自
独立的不同实验室有机的结合成为一个既有分工又能实现资源共享的整体。

系统的拓扑结构如下图：
网络平台是一个由支持多媒体通信的Fast Ethernet LAN组成的骨干网，规模视各自专业学生情况而定，图中的方案是由教师机、课件录播机、网络多媒体教室、服务器组成的教学网络，网络通过
TP-Link10/100Mbps自适应快速以太网交换机连接而成的星型拓扑结构。

本数字化微格教学平台基于以上网络平台可分为以下几个模块：课程实时录播系统（音视频及桌面实时同步录制及复合课件同步制作，音视频及桌面实时同步直播），多媒体复合课件合成制作系统，音视频网络互动数码学苑系统（音视频及电子白板互动共享，多媒体课件资源的沉淀共享），虚拟网络实验课程教学平台系统（网络课程开设及其网络教学的评估）。

三、平台功能特点
3.1构筑专业化的多媒体课件教学应用平台
3.1.1课件录播系统自动录制生成双视频流的多媒体复合课件；
3.1.2课件资源上传、发布、浏览全面兼容Authware和Direct制作的CAI课件、Html同步复合课件、双视频流同步复合课件、视频和PPT同步复合课件等光盘版课件；
3.2构筑网络可视化的数码互动学苑
3.2.1音视频直播教学
3.2.2影音点播教学
3.2.3显微镜下的微生物实验实时广播
3.2.4数码展台下的标本展示实时广播
3.2.5实时音视频互动交流
3.2.6实时电子白板交互与共享
3.2.7实时电子白板广播
3.2.8实时屏幕广播及远程控制
3.3课堂实况的网络实时录播
3.3.1远程录制自动生成视频和桌面的双视频流的多媒体复合课件
3.3.2 自动直播教师实时授课的视频和屏幕
3.3.3学生实时在线收看教师的网络直播
3.3.4学生课后可在资源库中流览老师上课的双视频流多媒体复合课件
3.3.5摄像机云台的远程控制，可实现摄像角度的自由切换
3.3.6摄像机镜头的远程控制，可实现图像远近及特写镜头的自由调整
3.4多媒体复合课件制作、浏览
3.4.1视频录制采用MPEG4压缩，确保课件数据量小、不失真
3.4.2桌面录制采用MPEG4压缩为1024*768大小的视频，确保课件数据量小、不失真
3.4.3能将各种视频课件和PPT课件、word讲义生成复合式网络同步教学多媒体课件
3.4.4能将各种视频课件和文本资料生成复合式网络同步教学多媒体课件
3.4.5能将视频和桌面图象同步合成双视频流网络同步复合教学多媒体课件
3.4.6能对单视频进行编辑、裁剪
3.4.7能对多视频进行合并
3.4.7能进行视频不同格式之间的转换
3.5多媒体课件资源的有效沉淀与共享
3.5.1建立多媒体教学课件资源库
3.5.2多媒体教学课件资源的共享
3.5.3多媒体教学课件资源的动态更新
3.6构筑数字化电子讲台
3.6.1实现电子白板、电子讲台向终端电脑的实时广播
3.6.2全方位有效展示教师的教学风格
3.6.3电子白板、电子讲台与投影仪及计算机结合，形成无粉尘数字化教室
3.7远程教育
3.7.1构建虚拟Internet教室
3.7.2实现远程实时及过时辅导
3.7.3实现远程多媒体直播教学
3.7.4实现远程多媒体点播教学
3.7.5实现远程教学观摩
3.8 构架虚拟的网络课程教学平台
3.8.1加强虚拟学习环境、补充课堂教学
3.8.2教师提供备课和教师、学生交流的平台，并贯穿了教学计划的全过程；为学生和教师提供辅助教学的功能
3.8.3不但提供一个课程及资源管理的网络空间，还提供一个在线答疑和讨论的社区
3.8.4为学生的跨学科学习提供了远程电子教学，远程学习，师生互动教学的教育平台
3.8.5帮助教师实现在线备课、授课、资源管理，测验考试，与学生的交流，检查作业的功能
微格教学及远程管理系统
作者：佚名文章来源：不详点击数：64 更新时间：2006-11-3
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
下载带有Google 工具栏的Firefox
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
ＩｎｍＶｉｄｅｏ视频通道类
ＩＮｍＶｉｄｅｏ：：Ｓｅｎｔ视频发送函数
ＩＮｍＶｉｄｅｏ：：Ａｃｃｅｐｔ视频接收函数
ＩＮｍＣｈａｎｎｅｌＶｉｄｅｏ：：ＳｅｔＰｒｏｐｅｒｔｙ视频属性设置函数
ＳｅｔＰｒｏｐｅｒｔｙ（
[ｉｎ] ＮＭ＿ＶＩＤＰＲＯＰｕＩＤ视频属性的ＩＤ值
[ｉｎ] ＵＬＯＮＧｕＶａｌｕｅ); 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
提高试讲人的授课水平和心理素质。

这种手段是在摄像机步入应用阶段时产生和发展的,现已成为培训教师综合素质的完备教学手段这种把教学能力和过程细分后进行训练的方法,对教师的教学行为、启发教师创造性教学行为起到了显著的效果。

随着技术的更快发展和用途的拓展,摄像机的精度越来越高,自动化程度越来越强,现在的微格教室已经发展为中小学和其他培训机构教学质量检测的一种先进手段。

它可以给校长及主管教学工作的领导提供一套教学全过程的可信资料,尤其对培养年轻教师有双向促进作用,是提高教学质量,向45分钟要成绩的先进手段。

本系统主要用于在授课过程中对老师、学生、多媒体课件、视频展台、DVD 图像等教学素材信息的画面 实时采集和在线自动截取插入编辑、同步纪录和网络传输,满足课教音像资料存档、多个教室学生身临其境的授课,其它学校远程观摩和领导在线评估的需求,评议讲学、查找不足。

该系统的诞生无疑为数字教室建设提供了一种方便可靠的课教音像实时采编录像和网络直播的专用设备。

功能强大而使用简单,是微格教学的理想设备。

本系统通过教育部科学技术成果鉴定,荣获2004年科技部国家重点新产品计划奖。

总体概念：
教室内除授课的教师和学生外,无需专人职守,整套工作是通过安装在前、后墙上的摄像机及高灵敏拾音器完成的,上课人员感觉不到任何干扰;通过四画面同屏显示可以看到不同摄像机的拍摄画面,对教室内的教学全过程从不同方位进行自动采集、编辑、录像;可对教室内教师的教态、语态、板书以及学生活动进行全方位拍摄和对教师动作、学生回答、板书内容拍摄特写镜头录像。

微格教学视频资源网播系统：
主要用于授课时的光盘同步实
时录像,能自动将老师、学生、
课件、黑板文字等信息进行自动
场切换编辑。

同步实时刻录光盘
而无需专人操作。

同时将图像经
MPEG-4数字压缩技术,经内部
局域网传输到学校内部服务器
上进行管理。

功能特点：
教学资源的收集：四路数字自动切换突出主体,老师 、学生、多媒体课件 、视频展台 、DVD 图像等教学素材信息在线实时自动插入编辑。

教学过程的实时广播：采用MPEG-4视频实时压缩技术将压缩后的音视频信号 利用10M/100M 高速网络传输,通过授权的方式,能够同时让多个教室的学生及校长办公室、会客室其它学校来实时观看教学过程,给人一种身临其境的 ?
感觉。

通过网络,将优质教学资源最有效的利用及最广泛的辐射。

资源在线存储：系统支持教学过程中的音视频实时硬盘或光盘保存。

为教研活动 课后复习、补习提供最丰富的资源。

自动传感、导演键盘切换、双功编辑方式：使电教老师摆脱繁重劳动,满足不同场合的需要,操作简单方便。

四画面同屏显示编辑浏览视窗：使编辑直观方便、准确可靠。

录像格式：SVCD 、DVD 录制格式任选。

视频通道参数调整：对前端视频
源的对比度、亮度色彩等进行任
意调整。

老师在黑板上书写或在
讲台上左右走
动BM-自动跟踪摄像机进行左
右跟踪拍摄或拉至讲台全景。

教师自动跟踪摄像：镜头自动追
随老师在讲台上随意左右走动
过程,当老师走到学生席时,触发学生席传感器自动转场到学生席全景让其充分发挥肢体语言,展现魅力,增强教学效果。

而不必担心自己是否活动在摄像范围内,其智能化的特点将给你的教学带来轻松和方便。

新型保真吸顶拾音器：声音清晰、逼真。

学生自动跟踪定位摄像机：当学生回答提问时,触动指令按钮。

学生自动跟踪定位摄像机自动寻找学生。

鼠标转换器：当老师用电脑授课时,触动鼠标向主机发出指令,自动切换到电脑画面。

解决方案：
?
实用功能推荐：
教学评估：
将授课光盘存档以备考核之用。

此系统可作为校长评估系统音像信息采集的前端。

教师自我评估的依据。

优秀教师课堂经验交流的重要工具。

组织教学管理人员在主控室对青年教师进行听课,记录缺点、问题,进行课后的对比、提高。

专业教研组的实验课和教研组针对该课的讨论、修改。

学校重大活动如外请专家、学者讲课,进行政治思想教育、爱国主义教育。

学校送电教馆评审的优秀公开课的节目录制。

信息共享：
作为班班通的信息采集源。

作为远程教育的前端采集。

进行网络教学的实时采集。

考试监督：
青岛千信电子科技有限公司版权所有
设是教育教学体系建设的重要一环。

当今，以数字技术为基础的信息技术高速发展，必须适应新的发展要求。

西安万发网络科技有限公司凭借着多年来对教育行业的理交通大学及西安财经学院等高校的长期合作及实践中提出了“网络平台+模块”的数格实验室建设思路：在对原有实验室进行信息化改造的前提下，以快速以太网为骨干实验室互连成一个既有分工又能实现资源共享的高效益的实验室系统；并考虑到多媒息技术对教育教学发展的影响和实际运用，以期实现资源的共享，充分发挥实验室效成教学计划规定的实验任务的同时，尽可能为学生营造一个自主学习和充分建构知识
台+模块”拓扑结构
块”实际上是以快速以太局域网（Fast Ethernet LAN）为骨干的网络框架，将原来同实验室有机的结合成为一个既有分工又能实现资源共享的整体。

系统的拓扑结构如
个由支持多媒体通信的Fast Ethernet LAN组成的骨干网，规模视各自专业学生情况方案是由教师机、课件录播机、网络多媒体教室、服务器组成的教学网络，网络通过Mbps自适应快速以太网交换机连接而成的星型拓扑结构。

教学平台基于以上网络平台可分为以下几个模块：课程实时录播系统（音视频及桌面及复合课件同步制作，音视频及桌面实时同步直播），多媒体复合课件合成制作系统，动数码学苑系统（音视频及电子白板互动共享，多媒体课件资源的沉淀共享），虚拟教学平台系统（网络课程开设及其网络教学的评估）。

特点
的多媒体课件教学应用平台
系统自动录制生成双视频流的多媒体复合课件；
上传、发布、浏览全面兼容Authware和Direct制作的CAI课件、Html同步复合课同步复合课件、视频和PPT同步复合课件等光盘版课件；
视化的数码互动学苑
播教学
教学
的微生物实验实时广播
下的标本展示实时广播
频互动交流
白板交互与共享
白板广播
广播及远程控制
网络实时录播
自动生成视频和桌面的双视频流的多媒体复合课件
播教师实时授课的视频和屏幕
在线收看教师的网络直播
可在资源库中流览老师上课的双视频流多媒体复合课件
台的远程控制，可实现摄像角度的自由切换
头的远程控制，可实现图像远近及特写镜头的自由调整
课件制作、浏览
采用MPEG4压缩，确保课件数据量小、不失真
采用MPEG4压缩为1024*768大小的视频，确保课件数据量小、不失真
视频课件和PPT课件、word讲义生成复合式网络同步教学多媒体课件
视频课件和文本资料生成复合式网络同步教学多媒体课件
和桌面图象同步合成双视频流网络同步复合教学多媒体课件
频进行编辑、裁剪
频进行合并
频不同格式之间的转换
资源的有效沉淀与共享
体教学课件资源库
学课件资源的共享
学课件资源的动态更新
电子讲台
白板、电子讲台向终端电脑的实时广播
效展示教师的教学风格。