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摘要；针对高校多媒体教室数量和使用频率不断增加的现状，从教师需求、技術管理人员需求、教学管理需求出发，设计具有多媒体教室远程管理、远程辅助教学、课堂教学观摩、远程辅助录播、教学视频管理、一卡通远程信息管理等功能的多媒体教室远程集控系统。对系统的总体结构、拓扑结构、前端接入模式、存储方式和控制中心进行详细设计，对系统应用进行全面部署，实现对全校多媒体教室的统一管理和维护，促进信息化教学服务质量和管理质量的提升。
关键词：多媒体教室；远程管理；集控系统
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）07-0187-03
随着高校信息化基础设施建设的不断完善，近年来高校多媒体教室数量不断增加，多媒体硬件设备不断更新换代，功能不断拓展，使用频率大大提高，为管理人员和授课教师提出了更高的要求。传统的多媒体教室管理方式多为多媒体管理人员或专职教育技术人员分散管理维护，需要耗费极大的人力，无法满足对多媒体教学设备高效管理和良好维护的需求；另一方面部分教师不能够熟练使用多媒体设备，多媒体课堂教学活动的顺利开展需要随时得到强有力的技术保障。针对上述问题，从学校多媒体教室建设的实际情况出发，充分考虑教师需求、技术管理人员需求、教学管理需求，利用多媒体技术、网络技术、计算机技术等现代化技术研究并设计一套多媒体教室远程控制系统，实现管理人员在主控室内即可对各个多媒体教室进行管理和维护，同时满足教师、教学管理人员的实际需求。
1多媒体教室远程集控系统的功能设计
多媒体教室远程集控系统支持接人多种类型的教室，包括符合网络标准的网控型、监控型、标准录播型、专业录播型以及专业实验室等，根据教室类型不同，集控系统提供不同的管控功能，这些教室在集控系统的统一管理下，协同作用，构成学校完整的多媒体教学环境，完成学校教室、设备、教师及课程的信息化教学管理。
1.1多媒体教室远程管理功能
远程分类管理；对多媒体教室进行分校区、分院系管理。
远程设备管理：远程优先级管理设备开关机等控制；远程控制设备信号切换输出到投影机。
教室使用状态显示分类管理：可远程统计上课或下课教室状态。
任务列表管理：按时间顺序，用不同的颜色表示出教室任务状态。
安防报警功能：系统支持投影机的线缆被拔掉或断开会报警；无论何种形式的报警都要求实现触发报警，将报警信息传到网络主控室，以闪烁图像告警。
教室投影机使用期限统计；远程登记并统计投影机灯泡使用寿命，管理使用期限。
1.2远程辅助教学功能
远程辅助授课：远程接管多媒体教室内的设备，控制设备操作，如开启关闭、播放暂停、设备切换等；对多媒体教室的授课计算机进行远程桌面接管；远程与授课教师对讲，帮助教师解决遇到的操作问题_2_。
广播示范教学：支持管理人员将授课教师现场教学的优秀示范课程视频图像分多组直播到其他教室，并通过教室内的投影机等设备播放出来，实现远程收视教学。
课堂教學视频录制存储：支持按周期循环的全天录制课堂教学录像，并存储通用的MP4格式，用于回放、查询或网络课程等视频应用。
远程分类教学观摩管理：实现网络远程树形分类4窗口课堂观摩教学，并可录制现场教学视频，进行教学督导。
1.3课堂展示功能
多画面集中展示；支持投影或大屏拼接等多种形式的课堂教学展示系统，管理者可以屏显1、4、9、16或分割等画面的方式，并可巡视所有多媒体教室。
重点单独展示；当有管理需要或有教室出现异常时，可以将指定的教室以全屏显示的方式单独展示出来，以便进行重点关注。
电子监考；系统支持电视墙显示设备上展示诸如教学现场监控、网上招生、考场电子巡视等教学与管理需求画面。
1.4远程辅助导播管理
远程录播设备管理：可监视现场直播画面，进行画面导播调度，根据拍摄需求，调控摄像机，根据教学需求，设定和管理直播/录播的各项参数。
直播/备播双画面模式：一个窗口显示正在直播和录制的画面，另一个窗口用于对将要切换的画面进行前期调整备播处理，调整摄像机角度、推进或拉远镜头，根据现场进度需要，将调整好的画面切换到直播主画面中。
支持多场景画面：支持展示现场摄像机组、现场教学设备（课件电脑、视频展台等）、现场教学实况等多场景画面，导播控制后就可以把此画面直播/备播。
人工辅助录制：可以远程启动、暂停、结束录播进程，为录制文件添加片头、片尾，添加录像名称、主讲人信息等，设定录制模式及分辨率、码流、音量的大小；设定录制文件的名称、存储地址等。
1.5一卡通远程信息管理
教师教学信息记录管理：兼容校园一卡通，教师通过校园卡识别验证开启多媒体教室设备，并记录上下课时问，便于教师课堂教学考勤管理。
—卡通信息安全管理；通过教师身份识别信息进行安全验证管理，非安全校园卡不能开启设备。
教师与课程数据联动管理：采用中间数据库与学校一卡通数据库对接，并保持定期更新。
2多媒体教室远程集控系统的结构设计
2.1系统总体结构设计
多媒体教室远程集控系统包括位于集控室的服务器部分和控制监视部分以及位于授课教室的多媒体教室部分。服务器部分主要包括服务器、数据库、录制服务器。控制监视部分包括集控系统、双液晶电视墙和独立电视墙。多媒体教室部分包括一体机系统、酷睿软件系统和教师授课PC代理软件。基本结构如图1；
服务器部分包括数据库、服务器和录制服务器。数据库使用MYSQL，它包括用户数据、多媒体教室数据、日志记录等。服务器是系统管理的核心组件，提供用户登录、多媒体教室状态管理、控制转发等核心功能，多媒体教室部分各系统通过服务器与控制监视部分各系统进行联系，控制监视部分的控制信息也通过服务器进行转发。同时服务器还管理所有多媒体教室的实时状态和控制用户的实时状态。录制服务器为多媒体教室使用的TopVS专业视频编码卡而创建，它由服务器进行直播控制，提供指定教室的指定通道视频的录制工作。 控制监视部分包括集控软件、导播软件和独立电视墙。集控软件提供用户对所有多媒体教室进行统一管理及各种操作功能，包括开关机控制、分类管理、设备管理、视频广播、快速响应等，集控软件还集成对指定教室的导播。导播软件提供用户对指定录播教室的远程辅助录制，包括场景监视、场景通览、场景切换、球机控制、远程配置、直播控制等。独立电视墙由多台独立的显示器构成，每个显示器对应双液晶软件的一个当前正在展示的教室视频。
多媒体教室部分包括一体机系统、酷睿软件系统和教师授课PC代理软件。一体机系统为多媒体教室的核心系统，它使用嵌入式的操作系统，提供多媒体教室的所有设备的控制和管理，并通过服务器与控制部分各系统进行通讯，实时反映当前多媒体教室的状态并接受控制部分各系统的控制。酷睿录播教室采用酷睿的辅助面板代替一体机。酷睿软件系统为现有酷睿软件的升级，升级后的酷睿软件系统能很好地加入到多媒体教室及集控系统中。教师授课PC代理软件安装于教师授课计算机上，它提供远程桌面、广播接收等功能。
2.2系统拓扑结构设计
多媒体教室远程集控系统采用星形网络拓扑结构，各终端设备通过楼层交换机上联至校园核心数据交换机进行数据交换。多媒体教室内的高清摄像机、VGA解码器、一体机等设备，将采集的数据通过楼层交换机上联至核心数据交换机。集控室内集控管理系统、解码系统、辅助录制系统通过楼层交换机与核心数据交换机上联对多媒体教室进行监视、控制、录制。存储服务器、录播服务器、转发服务器直连核心数据交换机，对采集的数据进行处理和存储。观摩用户PC端通过办公交换机、楼层交换机与核心数据交换机连接，读取观摩監控数据。
2.3前端接入模式设计
多媒体教室前端采用720P高清网络球机，高清网络摄像机视频相对过去的模拟标清视频具有显著优势：图像清晰度更高、细节更加清楚，目标覆盖范围更广、提高控制效能。高清摄像机能实现数字PTZ（Pan/Tilt/Zoom，云台全方位移动及镜头变倍、变焦控制）功能。前端直接编码产生网络高清视频流，通过校园以太网接入到控制中心。多媒体计算机通过VGA视频编码器编码后通过校园以太网接入到控制中心。
2.4存儲方式设计
采用监控录制的方式存储。每路视频图像3Mb码流，25帧/s，每天24小时，实时存储5天。磁盘阵列需要考虑RAID校验盘和热备盘的损耗，并且硬盘格式化也会有一定的损耗。其存储空间计算方法如表1所示。
2.5控制中心设计
考虑到网络的压力，把存储和转发设备接入到校园中心机房，减少对控制中心交换机的压力。中心机房设置视频转发服务器、监控视频存储服务器、智能教室集控录播服务器。控制中心设置集控服务器、辅助录制系统、电视墙服务器、投影拼接控制软件、观摩软件。
3结语
学校于2015年7月对多媒体教室远程集控系统应用进行全面部署，建成多媒体教学服务中心，即多媒体教室远程集控中心。集控中心由集控管理系统、拼接屏展示管理系统、远程辅助导播系统、录制存储转发系统组成，具备设备运维管理、远程辅助教学、教学观摩、课堂直播、录播管理、教学视频管理、一卡通远程信息管理等几大功能。多媒体教室在集控系统的统一管理下，协同工作，构成学校完整的多媒体教学环境。
关键词：多媒体教室；远程管理；集控系统
中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）07-0187-03
随着高校信息化基础设施建设的不断完善，近年来高校多媒体教室数量不断增加，多媒体硬件设备不断更新换代，功能不断拓展，使用频率大大提高，为管理人员和授课教师提出了更高的要求。传统的多媒体教室管理方式多为多媒体管理人员或专职教育技术人员分散管理维护，需要耗费极大的人力，无法满足对多媒体教学设备高效管理和良好维护的需求；另一方面部分教师不能够熟练使用多媒体设备，多媒体课堂教学活动的顺利开展需要随时得到强有力的技术保障。针对上述问题，从学校多媒体教室建设的实际情况出发，充分考虑教师需求、技术管理人员需求、教学管理需求，利用多媒体技术、网络技术、计算机技术等现代化技术研究并设计一套多媒体教室远程控制系统，实现管理人员在主控室内即可对各个多媒体教室进行管理和维护，同时满足教师、教学管理人员的实际需求。
1多媒体教室远程集控系统的功能设计
多媒体教室远程集控系统支持接人多种类型的教室，包括符合网络标准的网控型、监控型、标准录播型、专业录播型以及专业实验室等，根据教室类型不同，集控系统提供不同的管控功能，这些教室在集控系统的统一管理下，协同作用，构成学校完整的多媒体教学环境，完成学校教室、设备、教师及课程的信息化教学管理。
1.1多媒体教室远程管理功能
远程分类管理；对多媒体教室进行分校区、分院系管理。
远程设备管理：远程优先级管理设备开关机等控制；远程控制设备信号切换输出到投影机。
教室使用状态显示分类管理：可远程统计上课或下课教室状态。
任务列表管理：按时间顺序，用不同的颜色表示出教室任务状态。
安防报警功能：系统支持投影机的线缆被拔掉或断开会报警；无论何种形式的报警都要求实现触发报警，将报警信息传到网络主控室，以闪烁图像告警。
教室投影机使用期限统计；远程登记并统计投影机灯泡使用寿命，管理使用期限。
1.2远程辅助教学功能
远程辅助授课：远程接管多媒体教室内的设备，控制设备操作，如开启关闭、播放暂停、设备切换等；对多媒体教室的授课计算机进行远程桌面接管；远程与授课教师对讲，帮助教师解决遇到的操作问题_2_。
广播示范教学：支持管理人员将授课教师现场教学的优秀示范课程视频图像分多组直播到其他教室，并通过教室内的投影机等设备播放出来，实现远程收视教学。
课堂教學视频录制存储：支持按周期循环的全天录制课堂教学录像，并存储通用的MP4格式，用于回放、查询或网络课程等视频应用。
远程分类教学观摩管理：实现网络远程树形分类4窗口课堂观摩教学，并可录制现场教学视频，进行教学督导。
1.3课堂展示功能
多画面集中展示；支持投影或大屏拼接等多种形式的课堂教学展示系统，管理者可以屏显1、4、9、16或分割等画面的方式，并可巡视所有多媒体教室。
重点单独展示；当有管理需要或有教室出现异常时，可以将指定的教室以全屏显示的方式单独展示出来，以便进行重点关注。
电子监考；系统支持电视墙显示设备上展示诸如教学现场监控、网上招生、考场电子巡视等教学与管理需求画面。
1.4远程辅助导播管理
远程录播设备管理：可监视现场直播画面，进行画面导播调度，根据拍摄需求，调控摄像机，根据教学需求，设定和管理直播/录播的各项参数。
直播/备播双画面模式：一个窗口显示正在直播和录制的画面，另一个窗口用于对将要切换的画面进行前期调整备播处理，调整摄像机角度、推进或拉远镜头，根据现场进度需要，将调整好的画面切换到直播主画面中。
支持多场景画面：支持展示现场摄像机组、现场教学设备（课件电脑、视频展台等）、现场教学实况等多场景画面，导播控制后就可以把此画面直播/备播。
人工辅助录制：可以远程启动、暂停、结束录播进程，为录制文件添加片头、片尾，添加录像名称、主讲人信息等，设定录制模式及分辨率、码流、音量的大小；设定录制文件的名称、存储地址等。
1.5一卡通远程信息管理
教师教学信息记录管理：兼容校园一卡通，教师通过校园卡识别验证开启多媒体教室设备，并记录上下课时问，便于教师课堂教学考勤管理。
—卡通信息安全管理；通过教师身份识别信息进行安全验证管理，非安全校园卡不能开启设备。
教师与课程数据联动管理：采用中间数据库与学校一卡通数据库对接，并保持定期更新。
2多媒体教室远程集控系统的结构设计
2.1系统总体结构设计
多媒体教室远程集控系统包括位于集控室的服务器部分和控制监视部分以及位于授课教室的多媒体教室部分。服务器部分主要包括服务器、数据库、录制服务器。控制监视部分包括集控系统、双液晶电视墙和独立电视墙。多媒体教室部分包括一体机系统、酷睿软件系统和教师授课PC代理软件。基本结构如图1；
服务器部分包括数据库、服务器和录制服务器。数据库使用MYSQL，它包括用户数据、多媒体教室数据、日志记录等。服务器是系统管理的核心组件，提供用户登录、多媒体教室状态管理、控制转发等核心功能，多媒体教室部分各系统通过服务器与控制监视部分各系统进行联系，控制监视部分的控制信息也通过服务器进行转发。同时服务器还管理所有多媒体教室的实时状态和控制用户的实时状态。录制服务器为多媒体教室使用的TopVS专业视频编码卡而创建，它由服务器进行直播控制，提供指定教室的指定通道视频的录制工作。 控制监视部分包括集控软件、导播软件和独立电视墙。集控软件提供用户对所有多媒体教室进行统一管理及各种操作功能，包括开关机控制、分类管理、设备管理、视频广播、快速响应等，集控软件还集成对指定教室的导播。导播软件提供用户对指定录播教室的远程辅助录制，包括场景监视、场景通览、场景切换、球机控制、远程配置、直播控制等。独立电视墙由多台独立的显示器构成，每个显示器对应双液晶软件的一个当前正在展示的教室视频。
多媒体教室部分包括一体机系统、酷睿软件系统和教师授课PC代理软件。一体机系统为多媒体教室的核心系统，它使用嵌入式的操作系统，提供多媒体教室的所有设备的控制和管理，并通过服务器与控制部分各系统进行通讯，实时反映当前多媒体教室的状态并接受控制部分各系统的控制。酷睿录播教室采用酷睿的辅助面板代替一体机。酷睿软件系统为现有酷睿软件的升级，升级后的酷睿软件系统能很好地加入到多媒体教室及集控系统中。教师授课PC代理软件安装于教师授课计算机上，它提供远程桌面、广播接收等功能。
2.2系统拓扑结构设计
多媒体教室远程集控系统采用星形网络拓扑结构，各终端设备通过楼层交换机上联至校园核心数据交换机进行数据交换。多媒体教室内的高清摄像机、VGA解码器、一体机等设备，将采集的数据通过楼层交换机上联至核心数据交换机。集控室内集控管理系统、解码系统、辅助录制系统通过楼层交换机与核心数据交换机上联对多媒体教室进行监视、控制、录制。存储服务器、录播服务器、转发服务器直连核心数据交换机，对采集的数据进行处理和存储。观摩用户PC端通过办公交换机、楼层交换机与核心数据交换机连接，读取观摩監控数据。
2.3前端接入模式设计
多媒体教室前端采用720P高清网络球机，高清网络摄像机视频相对过去的模拟标清视频具有显著优势：图像清晰度更高、细节更加清楚，目标覆盖范围更广、提高控制效能。高清摄像机能实现数字PTZ（Pan/Tilt/Zoom，云台全方位移动及镜头变倍、变焦控制）功能。前端直接编码产生网络高清视频流，通过校园以太网接入到控制中心。多媒体计算机通过VGA视频编码器编码后通过校园以太网接入到控制中心。
2.4存儲方式设计
采用监控录制的方式存储。每路视频图像3Mb码流，25帧/s，每天24小时，实时存储5天。磁盘阵列需要考虑RAID校验盘和热备盘的损耗，并且硬盘格式化也会有一定的损耗。其存储空间计算方法如表1所示。
2.5控制中心设计
考虑到网络的压力，把存储和转发设备接入到校园中心机房，减少对控制中心交换机的压力。中心机房设置视频转发服务器、监控视频存储服务器、智能教室集控录播服务器。控制中心设置集控服务器、辅助录制系统、电视墙服务器、投影拼接控制软件、观摩软件。
3结语
学校于2015年7月对多媒体教室远程集控系统应用进行全面部署，建成多媒体教学服务中心，即多媒体教室远程集控中心。集控中心由集控管理系统、拼接屏展示管理系统、远程辅助导播系统、录制存储转发系统组成，具备设备运维管理、远程辅助教学、教学观摩、课堂直播、录播管理、教学视频管理、一卡通远程信息管理等几大功能。多媒体教室在集控系统的统一管理下，协同工作，构成学校完整的多媒体教学环境。