视像会议和远程控制技术在远程教育中的应用

视像会议和远程控制技术在远程教育中的应用ApplicationofVideoConferenceandRemoteControlinDistantEducation刘友和*王庆年*刘惠文**谭惠民***华南理工大学E-mail:[e-mail]@scut.edu.cn**香港理工大学E-mail:[e-mail]@polyu.edu.hk本文介绍了视像会议技术和远程控制技术的原理，分析了这些技术对发展远程教育的好处，并举出近年在华南理工大学和香港理工大学间进行的有关教学试验的几个例子。指出如果很好地利用这些技术，加上网络质量的不断改良，有可能使网络课程产生某些超越常规面授教学方式的良好效果。关键词:远程教学网络视像会议远程控制1引言中国网络教育的规模在近几年有了很大的发展，网络教育学院已有数十家，但对网络教育的质量至今仍褒贬不一。好些人抱着试试看的态度，有的人认为当然比不上传统的面授方式。我们则从发展的眼光去看这个问题。诚然，限于网络目前还不够理想的性能，特别是边远地区网络还未普及，现在在网上学习的学生还会遇到不少困难。但是，科学的发展，特别是信息工业的发展一日千里，与此相关的现代教育技术正方兴未艾。其中视像会议技术和远程控制技术就非常适合于网络教育。华南理工大学工业培训中心和香港理工大学工业中心都是为全校学生提供基础工业培训的校内实习基地，是对口单位。两中心有长达十多二十年的友好合作历史，1999年6月更经当时的广东省高等教育厅正式批准，在华工成立了两中心的联合教学基地。3年来开展了多项联合教学活动，特别是在将视像会议技术和远程控制技术应用到网上教学方面进行了多次试验。2视像会议技术和远程控制技术2.1视像会议主要设备视像会议是可视电话技术、网络技术的结合和发展，可以实时传递远隔千里的两地人员的视频和音频信息。其中两地的视频设备主要是摄象机和监视器，音频设备主要是话筒和扬声器，通过两地的电脑和两地之间的网络联系起来，如图1所示。图1通过国际因特网络实现的视像会议在视像会议用的电脑中多媒体数字信号编解码器是系统的心脏，其主要功能是信号转换和信号压缩。当接受到音频和视频信号时，编解码器将模拟的视频和音频信号转换为数字信号，然后将数字信号压缩以便传输。另一方面，当编解码器接收到传输信号时，它会将接收到的数字信号转换回模拟信号，以便为观众播放。编解码器的带宽和速度对声像质量有很大的影响。视像会议系统一般以每秒钟5～30帧进行传输，视系统的带宽而定。2.2视像会议用的网络（1）ISDN专线。它能提供视像会议所需的宽频和快速两种特性。一般来说，一条ISDN电话线可为每秒种15帧的视像会议提供足够的带宽和每秒种传输128K比特的速度。三条一组的ISDN线可一每秒种384K比特的传输速度，为视像会议提供非常好的质量，可以每秒30帧传输平滑的音频和视频信息，质量与播放VHS录象带差不多，不过费用较高。（2）局域网。应用于范围不太大的视像会议，一般都以IP寻址作为根本及以运输控制协议（TCP）和用户数据协议（UDP）作为运输层的协定。其中TCP会提供高可性靠的服务。它的主要工作是连接管理和流量控制。（3）异步传输网络（ATM）。一般的ATM网络都用上了光纤，所以数据流是以光速传输，可实现宽带信息传输，在视像会议，语音通话等实时业务中都占有优势。但需要投资较大，电讯公司多用。（4）不对称性数字用户环路（ADSL）。这是利用非屏蔽双绞线、利用高于音频的频带来传送宽带信息的一种方法。可以不对称地传送512Kbps至8Mbps的下载信号和16kbps至1Mbps的上传信号。是一种比较价廉实用的传输手段。由于上行通道和下行通道的不对称，故此避免了数字传输上的近端干扰。但它不能保证讯息传送能达到一定的指标，当网络使用率高时，实时的语音及视像讯号便会受到影响。（5）有线电视宽带网络（CATV）。它的带宽从50M到800M，其中700M到800M这一段可用于传输电脑信息，只要解决不同地区的网络连接问题，便可实现远程视像会议，是很有前途的方法。（6）普通的国际因特网络（Internet）。与NetmeetingG等软件配合，也可以实现视像会议。最为便宜和简单，但在目前更易受网络繁忙的影响，传输质量更不稳定。不过从长远来看，最有前途。在香港，新加坡等地，ISDN和有线电视宽带网络已经用得非常普遍。但在内地高校，目前还只能用国际因特网来进行试验，下面分别介绍三次试验的情况。2.3远程控制技术框架这是基于虚拟网络计算技术（VNC）实现的。VNC利用远程帧缓冲技术，实现在本地客户计算机实时监视异地服务器用户界面（GUI）的功能，服务器显示的任何变动，都会很快地反映在本地屏幕上。当用户操作本地计算机键盘或移动鼠标，同样的动作就会在服务器上完成。图2展示了一个单元的联接结构。图2远程控制技术框架的联接结构3用于远程设计讨论2001年10月24日9：45至10：30,在香港理工大学工业中心举行的“工业中心发展之路”研讨会上，现场进行了一次用视像会议技术进行穗港两地师生进行技术讨论的示范。香港的老师看到坐在华工教室内的学生，讲评他们的设计（图3和图5），华工学生在华工校园看到香港理工大学工业中心的会场和老师，用华工电脑键盘控制香港电脑荧屏上的图像（图4）。在点评和讨论完毕后，即时用一种快速成型技术（FDM技术）将一位同学的设计作品——仿古酒杯制造出来，学生在广州看到了制造的实际过程（图6和图7）。图3香港理工大学的工程师点评华南理工大学学生作品图4在香港看到的屏幕：左边为华工学生正在广州控制香港荧屏上的图像，解释其设计意图，右边为坐在广州华工课室里正在注视着香港情况的华工学生图5香港理工大学的工程师点评华南理工大学另一学生的作品图6正在将华工学生的设计数据传到FDM快速成型机进行快速制造图7制成的学生作品——仿古酒杯由于网络教育学院的学生多半处在不同的地方，彼此相隔遥远，与老师见面机会甚少，通过视像会议，处在异地的师生可以面对面地讨论复杂的工程设计，符合近年世界上受到众多学者和企业家推崇的“全球制造”的理念，进一步发展这一技术可以使分散在多个不同地方的网络学员面对面地交流和切磋。所以，这一试验的成功对于发展网络教学有很大的意义。4用于远程实验演示和授课2001年10月24日10：45—11：30,用视像会议技术进行了一次远程实验教学及授课活动。华南理工大学外语系科技英语专业99级学生59人，坐在华南理工大学工业培训中心的301多媒体教室中上一节塑料成形新技术----反应注塑的实验教学课。这是一种不用注塑机而能制造出大型注塑制品的新技术。将两种分别盛于两独立的贮料筒内的液态原材料用泵送至一手提喷射装置内，在喷嘴中混合并即时注射入模腔中，在里面完成化学反应，固化而得大型注塑件，称为反应注塑技术。华工的任课教师和香港理工大学工业中心的技师在香港理工大学工业中心的快速成形实验室里进行实验演示，学生在广州华工的课室里观看由视像会议传过来的整个过程，如图8，9，10，11所示。图8上课开始教师在香港理工向在广州的华工同学图9装配模具介绍实验内容图10注射双组分原料，进行反应注塑图11反应注塑制成品从这一试验以及下面介绍的远程控制试验可以见到，网络学员只要条件具备，同样可以听到千理之外的专家讲课，看到示范性的实验过程，甚至可以控制实验的过程，这对解决网络学员难有面授机会，难以及时了解亲眼看到外面科技的进展等问题很有帮助。5用于远程控制自动化加工2001年6月，在广州华工教育技术中心举办的一期现代教育技术培训中，进行了一次远程控制自动化加工的演示性实验。学生在广州通过因特网看到香港理工大学工业中心的计算机集成制造系统（CIMS），并用鼠标操纵此系统，令其开始加工，一边看着加工程序的执行，一边看到毛坯被机械手自动从仓库中取出，放到运输带上，送入数控车床和数控铣床中加工，加工完毕进行自动检验，然后被传输带送回，由机械手送入成品库的全过程（图12，13，14）。图12香港理工大学工业中心的CIMS系统图13加工程序的执行图14学生在广州看到的实际加工情况和虚拟的遥控6结论通过上述例子可见视像会议技术和远程控制技术的确会在远程教育中起到很大的作用。包括：（1）解决了网上学员见老师难，见同学难的问题，使分散在多个不同地方的网络学员可以面对面地交流和切磋。（2）使边远地区的学生也和在校面授的学生一样有机会参加由千里之外的名师面授的课。（3）使设备贫乏、工艺落后地区的学员也有机会实时目睹先进制造技术的实施过程，使这些学员的优秀设计一样可以变成现实的作品，会给网络学院的学生以莫大的鼓励。（4）可真正实现资源共享，而且不限于设备资源，还包括了人力资源和信息资源。由于网络学员所处地域非常分散，可在更广的地区内发挥多个地方各自的长处，使交流切磋和资源共享的优点更形突出，有可能得到在某方面超过传统的在一地集中面授教学所能达到的效果。虽然由于目前许多学校投资仍然不足，这些技术的应用尚未普遍。但和其他电脑设施和资讯器材的价格一直下降而功能又不断改善的趋势来看，它们的普及是指日可待的。大范围地提高远程网络的性能，进一步降低视像会议技术和远程控制技术所需的投资，大力发展多站点同时参与的视像会议控制装置，是使这些技术逐渐推广的关键。参考文献[1]全国高等学校教育技术协作委员会组织编写.网络课程开发技术.高等教育出版社,2002.[2]GCCCE/NEIF2002,(SCUT)andTheHongKongPolytechnicUniversity(PolyU)inrecentyearsarelisted.Imposingthesetechniquewellandimprovingthequalityofnetworkcontinually,itispossibletoproducesomeexcellenteffectwhichisbetterthantoteachfacetoface.