国防科技大学实时远程教学系统建设浅析
关键词：实时远程教学、会议电视
实时远程教学一般分为单向实时远程教学和双向交互式实时远程教学两种方式。前者如传统的电大教学，采用模拟电视传输技术。后者可以采用双向模拟电视传输技术实现，但当前先进的方法是采用数字化的会议电视或视频会议技术。实时交互式远程教学系统一般由多媒体授课室、多媒体听课室、多点控制器以及传输等组成，教师在授课室通过白板、视音频设备、传输网络将授课内容及教学情景实时传送到远端听课室，同时学生可在远端听课室现场回答教师提出的问题或向教师提出疑问，教师在授课时可以看到各听课室的全貌，还可以看到发问、回答问题的学生，如同面对面教学。本文在考察和分析国内几所著名院校现代远程教育，尤其是实时远程教学系统应用现状的基础上，就我校实时远程教学系统的建设，从技术路线上提出了我们的建议。
国内高校应用现状
国内我们考察了浙江大学和上海大学开展现代远程教育的情况，现如下：
浙江大学
（1）校内实时教学
本着“开展现代远程教育，网络必须先行”的着眼点，浙江大学投资两千多万元建设了目前规模最大的、包含54公里、48芯光缆的园区网络，将本部与其他四个分部连接起来，并成为中国教科网的浙江省地区节点中心。学校于1998年先后投资近两百万元购置了深圳中兴公司的会议电视系统ZXMVC3000，包括六个会议电视终端和一个MCU，其中五个终端分别安装在五个园区的多媒体教室，一个终端和MCU分别安装在校行政楼的会议室和校办。系统既用于远程教学，又用于校行政办公会议。各会议终端通过E1-2M接口接入155M光同步数字传输网SDH，并分别在各个园区采用CATV技术将其多媒体教室中会议终端的视音频信号“双向延伸”至其他无会议电视终端的教室，通过视音频切换可完成更广范围的实时交互教学。其基本结构如图1所示：
图1 浙大校内实时远程教学系统组成简图
其教学课件利用PC机通过LAN、路由器、基带Modem、E1与会议电视信号复接接入155M光同步数字传输网SDH。学校于1998年6月6日进行实时双向的现代远程教育试播，获得了成功。并陆续开展了生命和部分基础课的远程实时教学。
（2）校外实时教学
远程教育学院于1998年与香港航科公司和浙江广播电视网络公司合作开展远程教育服务，浙大负责教学资源组织、香港航科公司投资远程教室设备，浙江广播电视网络公司提供2M通信专线。目前已在浙大建成3000平方米的远程教学楼，1个大型演播室和2个小演播教室。会议电视系统选择香港航科公司代理的美国VTel会议电视产品，通过专线和MCU与宁波、台洲的两个听课室相连。一个大型演播室和一个MCU投资两百万、两个听课室分别投资一百万，系统正在进行安装调试。浙江大学远程教育学院目前已进入招生阶段，今年已招收了机专业和工商管理专业学生500多名。
上海交通大学
上海交通大学虽然没有列入教育部第一批试点大学，但它在现代远程教育规划和技术实施方面做出了突出的成绩。其远程教育工作主要由计算机科学与工程系远程教育研究室、现代教育技术中心和成人教育学院承担。
在实时远程教育方面，现代教育技术中心和成人教育中心分别建成了各自的多媒体远程教育教室。现代教育技术中心采用桌面视频会议系统Intel/proshare系统，实现了实时交互远程教育实验系统，并在上海交通大学和上海医科大学间进行了实验，收到了良好的效果。利用这个系统，交大徐汇校区和闵行校区的实时多媒体远程教育教室通过23公里的光纤信道或ISDN进行点对点实时交互远程教学。同时在多媒体教室有一个电视播控室，可以利用CATV技术进行双向模拟视音频信号传输。 基于Intel/Proshare 的实时远程教育系统模型在结构上分成两个部分：教师端和学生端。其中教师端模型可由图2表示。在图2中，电子白板与Internet相连。当教师按下电子白板的保存按钮后，可将白板中的板书内容以JPEG格式上传到Web服务器的指定目录。这样，所有可以接入Internet的学生都可以在Web网页中浏览教师在该堂课中的笔记。
成人教育学院则采用美国PictureTel公司的会议电视产品，利用ISDN线路在成人教育学院多媒体远程教育教室和浦东克虏伯不锈钢集团的远程教育教室间进行实时交互远程教学。
图2 教师端模型
二、经验与问题分析
通过对两校实时交互远程教学系统的调研，既学到了许多成功的经验，也认识到存在的问题。现总结如下：
1、成功的经验
总体目标一致、任务分工明确
无论是浙大还是上海交大，对现代远程教育十分重视，各校都成立了具体的机构和编制来专门从事现代远程教育的规划与实施，并做到任务分工明确。新浙江大学成立后，对开展现代远程教育进行了详细的规划和分工。网络办公室的任务就是保证整个园区网的安全畅通和一些基本的网络服务。现代教育技术中心的任务就是负责在园区网上对在校学生开展网上远程教育的技术方案规划、实施和保障。远程教育学院的任务就是负责对外的成人教育的技术方案规划、实施和保障。整个教学活动的计划和管理由教务处负责。上海交大更是在学校“三年规划”中提出了“数字化校园”的宏大目标，成立了校“远程教育委员会”负责远程教育的规划和领导工作。本着“扎根本校，逐步开放”的思路，做了许多扎实的工作。从具体任务分工来看，校网络中心负责网络基础设施的建设与维护，校教务处负责教学活动的计划和管理，远程教育研究室负责远程教育技术支持和开发，现代远程教育技术中心负责校内远程教育的具体实施，成人教育学院负责校外远程教育的具体实施。
网络必须先行
新浙大成立后，针对多个分布的园区，浙大领导及时地意识到“开展现代远程教育，网络必须先行”，因此投巨资建设连接各个园区的光缆，并对整个园区网上的远程教育应用进行了周密的规划和方案论证。同样，上海交大的网络建设基本上以“24小时”不间断安全畅通服务为目标。现代远程教育，网络是基础，技术与内容是核心，管理是保障。因此，在具体网络建设时，要充分考虑网络安全性和可靠性。对安全性，各校有不同的标准，暂且不谈。对可靠性，浙大采用了网络线路备份和自动切换技术，上海交大采用了数字线路和模拟CATV线路并存的机制，保障实时交互远程教学活动的正常进行。
教育是新兴产业
远程教育的目的就是发挥高校教育资源的最大效益，从市场的角度讲，教育已成为一个新兴产业。浙大远程教育学院通过引进外资和与广电部门的合作开展社会教育就是成功的范例。同样，上海交大与上海电信部门合作开展远程教育的谈判已进入最后阶段。
成功的系统集成
在实时交互远程教育系统方案论证中，都注重会议系统的选型和系统集成。基本上选择了比较成熟的会议电视或桌面视频会议系统产品，如中兴ZXMVC3000，PictureTel Venue2000,VTel TC2000等。
CATV的应用
无论是浙大还是上海交大，都在实时交互远程教学系统中采用了CATV技术，虽然CATV现采用模拟方式传输视音频信号，但它图像和声音质量高，且每个学校都有覆盖园区的CATV网，即使新架设，造价也较低。浙大应用CATV技术进行会议电视信号的“延伸”，上海交大应用CATV进行双向教学，是数字视频会议系统的备份和补充。
2、存在的问题
单一的解决方案
无论是浙大还是交大，实时交互远程教学系统基本上作为一个独立的系统进行方案论证，甚至将实时交互远程教学系统与某个会议电视系统、桌面视频会议系统完全等同。我们认为实时交互远程教学系统应该是基于会议电视技术或桌面视频会议技术的面向教学的应用系统，它不应局限于某个具体的会议电视系统或桌面视频会议系统方案，而应该是一个能够提供适应不同通信环境，满足不同层次应用需求和服务质量的多层次综合解决方案。如浙大、交大基本上提供了基于PCM专线或ISDN拨号网络的会议电视系统，但这种设备一般比较昂贵，安装在固定的多媒体教室，专人负责维护，开展一次教学任务一般要有正规的安排手续，且在正常的实时教学过程中，基本是单向授课，交互活动很少，除非是点对点授课，老师与学生的交互可以频繁进行。这种方式只是教室的简单延伸，且由于设备投资大，多媒体教室有限，决大多数同学或老师都无法使用这种系统。因此，这两所大学的学生和老师对远程体会并不深，有些学生和老师甚至不知道学校有实时远程教学手段。作为远程教学主体的学生和老师，如何给他们提供一个在任何时候、在任何地点都能自主选择适合自己的多种灵活的远程教学手段将是推动远程教学应用的至关重要的一环。
独立于基于Web的异步多媒体教学系统
远程教育系统从逻辑上可分为实时交互远程教学系统和异步多媒体教学系统。后者目前一般是基于Web的多媒体远程教学系统。在浙大，这两个系统基本是独立论证和开发的。在交大，在基于Web的远程教育系统中加入了实时语音交流，在实时交互教学系统中可以将白板的内容存储于Web服务器中，供学生课后调用浏览。这只是与基于Web的异步多媒体教学系统的简单接口，而无法使两个系统紧密耦合。
三、我校的应用需求与远程接入方式
1. 应用需求
根据《学校远程教育工作的初步设想》，实时交互远程教学系统必须满足以下应用需求：
在全校范围内（特别是三个本部以外的园区），开展基础课的远程交互式教学和对办公自动化的支持；
在职申请研究生学位、工程硕士培养的实时远程授课和辅导；
与广州军区范围内的部队和军队院校协作单位（中心）开展实时远程教学；
选择广州军区试点，利用实时交互远程教学系统，面向全军院校开展师资培训，面向部队进行专业技术培训、机等级辅导和培训等。
从技术上来讲，以上应用需求可以逻辑上归结为建立一个面向在校学生的、含盖四个园区的实时交互远程教学系统和一个面向广州军区试点部队军官的实时交互远程教学系统。具体实现方案可以考虑分别建设，也可以统一建设。为便于应用管理，可以暂考虑分别建设，从实施步骤上，建议先建设园区内系统，后建设园区外系统。
2. 可能的远程接入方式
为建设覆盖四园区的实时远程教学系统，网络必须先行。目前，四园区的通信网络平台可以归结为计算机网络（Internet/Intranet）、CATV网和电话通信网。根据《四校区三网合一建设内容及方案》，规划中的实时远程教学系统可能有两种接入方式：
（1）2M（E1） PCM信道接入方式
若四园区具有2M PCM信道接入口，可采用基于ITU－T H.320标准的会议电视系统作为实时远程教学系统通信平台。
（2）IP接入方式
若四园区网互联成功，可采用基于ITU－T H.323标准的桌面视频会议系统作为实时远程教学系统通信平台。
根据目前基础设施建设情况，四园区通信信道即将建成。
四、系统建设建议方案
1. 系统建设目标
根据我校实时交互远程教育的应用需求和网络基本设施建设规划，并考虑到技术的适应性，我校实时交互远程教学的建设目标建议为：建设一个能够适应多种通信网络环境的、提供不同服务质量的，能够与基于Web的异步多媒体教学系统集成的多层次综合实时交互远程教学互联网络系统。
适应多种通信网络环境
通信网络环境是实时交互远程教学系统的基础，我校的网络基本设施和远程接入在近期内将仍然维持多种通信网络环境并存的状况，因此，必须考虑能够适应多种通信网络环境，典型的有E1、卫星VSAT、IP等。
提供不同服务质量
实时交互远程教学系统应至少提供三种服务质量：
高服务质量
高质量服务一般由会议室型会议电视系统提供。所谓高质量就是提供全硬件Codec，30fps FCIF格式视频，自适应全双工回声抑制语音功能，智能化人机交互设备，保证视音频通信服务质量（QoS）要求，支持T.120数据会议标准等。它一般是基于PCM专线（DDN、E1、卫星VSAT通信等）、拨号ISDN的符合国际标准H.320的会议电视产品，信道速率一般在384Kbps以上。高质量服务意味着高投资，一个会议电视终端的基本价格在20万～50万人民币不等。一个8口MCU的基本价格在30万～60万人民币不等。这类系统一般提供给机关正式的办公会议或大型远程教学使用，影响大，效果好。
中等服务质量
中等服务质量一般由桌面视频会议系统提供。所谓中等质量就是提供全硬件Codec，15～30fps FCIF格式视频，自适应全双工回声抑制语音功能，智能化人机交互设备，支持T.120数据会议标准，但不保证视音频通信服务质量（QoS）要求等。它一般是基于IP的符合国际标准H.323的桌面视频会议产品，信道速率一般在128～768Kbps。一个桌面视频会议终端的基本价格在4万人民币左右。一个8口MCU的基本价格在25万人民币左右。这类系统一般提供给小范围办公会议或小型远程教学使用，性能价格比较高。
低服务质量
低服务质量一般由桌面视频会议系统或可视电话提供。所谓低质量就是提供纯软件Codec，5～15fps FCIF格式视频，支持或不支持T.120数据会议标准，但不保证视音频通信服务质量（QoS）要求等。它一般是基于IP的符合国际标准H.323的桌面视频会议产品或基于POTS的符合国际标准H.324的桌面视频会议或可视电话产品，信道速率一般在19.2～128Kbps。一个桌面视频会议终端的基本价格在1.5万人民币左右。这类系统一般提供给一般教师和学生远程点对点答疑。
与基于Web的异步多媒体教学系统集成
以上提供不同服务质量的系统中，桌面视频会议应能够与基于Web的异步多媒体教学系统集成，学生如果在浏览Web课件时，有问题可以给老师发E-mail，也可以申请与老师实时远程交流，老师若正在网上，可以选择是否与该同学交流。这对学生随时随地进行学习提供了更有利的条件。
基于多种通信网络环境的会议系统的互联
未来的视频会议系统将统一在保证多媒体通信QoS的IP网络之上，但目前针对基于多种通信网络的视频会议系统，互联已提到议事日程上。如基于E1网的会议电视网与基于IP网的桌面视频会议网的互联等。
2. 系统建设方案建议
根据我校通信网络基础设施现状和建设规划，按照系统建设目标，建议我校的实时交互远程教学系统采用两种会议系统互联的集成方案，其集成的核心内容为：
遵循H.320标准的会议电视系统通过符合国际标准的会议网关与遵循H.323标准的桌面视频会议系统的互联；
实时交互远程教学系统与基于Web的异步多媒体教学系统集成；
遵循H.320标准的会议电视系统与基于Web的异步多媒体教学系统松散集成；遵循H.323标准的桌面视频会议系统与基于Web的异步多媒体教学系统无缝集成；
数字化会议系统与CATV模拟视音频双向或单向传输系统相结合；
集成的系统方案基本组成如图3所示（不包括CATV网络）：
五、结束语
本文针对我校实时远程教学系统的建设提出了肤浅的认识。随着园区网建设的飞速发展，基于IP的远程教学系统将是未来的发展方向。我们正在研究基于园区网的远程教学平台，其中就包括实时远程教学功能。有关此方面的情况，我们将另撰文介绍。
[1] 王晖. 多媒体会议系统MMM2000体系结构及其多点通信技术的研究与实现. 国防科技大学硕士，1998.
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[3] 王晖，胡晓峰等. 一个实用的多点通信部件的设计与实现. 计算机工程,1999,5
[4] 王晖，胡晓峰等. 多媒体会议系统中多点通信模型的研究. 通信技术,1999,2
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