1、数字化多媒体微格教学系统数字化多媒体微格教学系统技术方案2009年5月目 录前 言 3第一章 项目概述及设计原则 51.1 工程建设总体原则 51.2 方案设计原则及特点 61.3.1 稳定可靠性 61.3.2 技术先进性 71.3.3 可扩展性及兼容性 81.3.4 操作、维护的简便性 81.3.5 经济实用性 91.4 艾威康不懈追求的“六化”目标 91.4.1 校园网建设的一体化 91.4.2 教学与管理手段的多元化 101.4.3 使用操作的人性化 101.4.4 网络运行的安全化 101.4.5 系统维护的智能化 101.4.6 资源生成与整合的简单化 10第二章 数字化多媒体微格教
2、学系统优势与特点 12第三章 数字化多媒体微格教学系统应用环境建设方案 153.1 微格教学系统控制平台功能 163.2 视频管理点播系统 193.3 数字化多媒体微格教学系统应用环境总体设计 203.4 网络中央控制系统设计 233.4.1 主控中心的网络中控功能设计 233.5 数字化多媒体微格教学系统应用设计 263.5.1 教师课件的提交、检索及分发 263.5.2 教师工具箱 27第四章 软硬件核心设备介绍 304.1 硬件核心设备 304.1.1 网络视频服务器 AVC MCVS100 304.2 软件平台 314.2.1 网管工作站软件包 314.2.2 数字化多媒体微格教学系统
3、软件平台 35第五章 配置清单 36前 言结合外国语小学数字化多媒体微格教学系统设备建设目标，通过对学校需求深层次多方位的了解，我们设计构建了多媒体网络控制系统的建设方案，该方案全面体现了该系统在教学与管理中的广泛应用。在方案的设计中，我们针对学校的具体情况并结合我公司多年的校园信息化建设经验，阐述了本次项目建设的设计思想，概括和总结了艾威康公司产品与技术所具有的特点和优势。全面满足系统功能、货物需求和技术指标的要求。随着各项教育事业的持续发展，传统的本地单体中控设备以及传统已不能适应学校教学与管理信息化的发展。适应教学设备集中安全管理与校园资源的全面整合的时代要求，它既为用户建立了一个常青的
4、校园多媒体网络教室平台，也为多媒体网络中控的发展打下了坚实的基础。艾威康多媒体网络控制系统结合了嵌入式电路技术、视音频压缩技术以及网络应用技术，提倡校园网建设一体化，操作使用人性化，资源形式多样化以及系统维护简单化。它突破了传统微格教学多媒体系统、单纯计算机网及传统电化教育手段的限制，解决了数字化多媒体微格教学系统综合应用、多种网络有机融合、资源生成和利用等一系列问题，使学校、教师、学生轻松地享受信息时代所带来的便利与乐趣。设计方案中非常重视数字化微格教学多媒体系统在校园数字化多媒体微格教学系统中的应用水平。在面向教学和管理特别是面向课堂教学和设备管理的设计中，依靠高速的以太网平台，遵循TCP
5、/IP协议，将计算机局域网、电化教学网、智能数字广播网等子系统有机地整合起来，以计算机网络技术、嵌入式系统技术，将系统的先进性和实用性紧密地结合起来，全方位地服务于学校教学、教研和管理信息化的应用。系统实现了诸如教学管理、设备管理、教学应用、教学评估等多种实用功能。其人性化和柔性化的操作使用方式，为广大教师和管理人员提供了极其便捷的数字化多媒体微格教学系统工具和管理手段。系统所具有的开放式、模块式和标准化体系结构及软硬件配置，保证了项目建设可做到“安全实用、量体裁衣、分布实施”，避免了基础设施和应用平台的重复建设。方案设计中，我们不盲目追求低成本而牺牲设备与网络必备的稳定性能；不过分追求简单而
6、留有教学故障隐患和设备安全隐患，并为系统留有充分的扩展能力。设计中多处体现了上述设计思想和具体措施。北京艾威康电子技术有限公司作为中关村高新技术开发区内的一家高新技术企业，一直致力于发展中国的教育信息化事业，主要从事数字化校园网、智能数字化多媒体微格教学系统管理与应用系统、交互式多媒体电视教学系统、教学评估系统、电子考场、 VOD 视频点播系统、智能广播系统以及远程教学系统的组建与开发等业务。公司在加大技术研发投入的同时，也加强企业内部管理与产品质量管理，主要产品都经过国家 3C 产品强制认证，企业通过了 ISO9001 质量体系认证，有力地保证了为学校提供高质量的产品和优质的服务。在本次方案
7、的设计中，尽管我们认真分析了用户的需求，尽量考虑到了每一处细节，但仍会出现一些疏漏，敬请领导和专家们审阅指正，并提出宝贵的意见和建议。以客户为中心，真诚服务于教育事业是我公司的理念和生存之本。展望未来，朝气蓬勃的艾威康人以“诚信、敬业、团队精神；创新、守纪、追求精品”的公司理念，将不断为客户提供精品工程和升级服务，回报广大客户和业界对我们艾威康的信赖。再次感谢校方领导、老师和专家们给我们这样一个良机，并忠心期盼在本次数字化多媒体微格教学系统应用系统项目建设中能合作成功！第1章 项目概述及设计原则1.1 工程建设总体原则随着现代化信息技术尤其是多媒体技术的不断发展，学校逐步实现教学设备智能化、教
8、育管理现代化以及教学手段多样化就显得越来越重要。推进计算机网络技术、音视频技术、环境控制技术在教育领域的普及与应用，尤其是推进多媒体技术、软件应用技术在课堂教学与管理中的应用，将传统的电化教育手段、单体管理方式与现代计算机网络有机地整合在一起，实现智能化无缝连接，已成为我国教育信息化发展的必然趋势。数字化多媒体微格教学系统应用系统建设在总体设计上应遵循稳定可靠性、技术先进性、可扩展及兼容性、操作维护简便性和经济实用性原则，构建一个集网络技术、音视频技术、多媒体技术、环境控制技术、软件应用技术等于一体的高科技集成系统。该系统能做到安全稳定、技术先进、功能完善、操作简易且拓展性强，能充分满足数字化
9、多媒体微格教学系统应用的需求，为现代教育提供智能化、网络化及资源自动生成的教学环境。系统设计和设备选型注重优化组合与实用功能，在充分使用目前学校已有设备的基础上，将现有的、成熟的先进技术以优良性价比合理地应用到系统中,实现系统的功能与应用管理的实际需要相结合，并支持系统未来的扩容和升级。数字化多媒体微格教学系统应用系统要面对全校教师的课堂教学应用和各类学生活动的使用，因此设备长期稳定可靠的运行和安全有效的管理，是系统建设方案的首要设计原则。根据外小的需求，本次项目建设，基于TCP/IP标准的LAN技术，无需另外铺设专线，利用学校现有校园网，充分考虑原有数字化多媒体微格教学设备性能，采用星型或多
10、级星型结构，将计算机网络、中央控制系统有机结合起来，从而避免单独建设各个子系统，既造成设备、资源的浪费，又增加了维护的复杂性，同时内部间也缺乏有机的联系。我们将面向应用和有机整合作为本次项目建设的总体原则，力争做到全面规划、统一实施，注重在教学管理、设备管理、教学应用、教学评估等方面的应用，并尽可能地节约成本，充分保证用户的投资利益。1.2 方案设计原则及特点本设计方案中采用了最新研发和生产的艾威康数字化校园网系列产品(AVC-MCL-II)，全方位满足学校在数字化多媒体微格教学应用环境建设中对校园多媒体应用、课堂教学与管理、设备管理与维护的需求。本设计方案是一项集网络技术、多媒体技术、环境控
11、制技术、软件应用技术及嵌入式系统技术等于一体的高科技系统集成工程，而不是设备的简单叠加与组合。运用现有的、成熟的先进技术，以优良化系统性价比，合理地选用和匹配系统设备，使竣工后的数字化多媒体微格教学系统应用系统成为智能化、现代化的教学环境。本次设计使用的网络平台、教育技术装备及应用软件，在技术上严格遵循统一的设计原则，符合相关的国际、国内或行业标准；在质量管理上严格执行ISO9000质量标准及艾威康企业标准。设备的标准和质量的标准只能是一个项目质量保障的基础，贯彻项目始终的设计理念和设计原则才是一个项目成功的精髓。本设计方案主要遵循了以下几个主要设计原则及特点：稳定可靠性技术先进性可扩展性及兼
12、容性操作、维护的简便性经济实用性1.3.1 稳定可靠性稳定可靠性是本设计方案首要遵守的原则，设计方案应能保证中控系统每周7天，每天24小时不间断工作，以保证教学、学术活动的不间断进行；在突发系统或前端设备故障时，系统具有足够的应变能力和容错能力，并提供各种故障的快速恢复措施。为全方位保障教学安全，本方案在设计时采用的核心硬件是艾威康公司独立研发和生产的嵌入式多媒体网络中控。它连接所有教学设备，控制各种教学设备的工作状态，监测设备的运行情况并通过网络连接远程主控中心。它是教室设备管理、控制、监测和数据转换的中心。所以，除具备诸如本地中控所实现的基本功能外，多媒体网络中控的稳定性能、免维护性能、架
13、构的合理性、连续工作能力以及工作方式等要求极高，这些关键要素和指标水平将直接影响到学校日常教学、管理和评估活动的安全和质量。艾威康多媒体网络中控具有高可靠性和稳定性的关键在于：真正的嵌入式结构，固化软件稳定，硬件电路设计合理，选用工业级器件及插接件。嵌入式技术是目前电子领域内相当成熟且经过长时期实践检验的高科技技术，艾威康将这一成熟技术应用于多媒体网络中控中，为其高稳定性和可靠性提供了有力的技术保障。其可靠性和稳定性表现为：不受电脑病毒、环境温度、空气粉尘、氧化腐蚀和电源干扰的影响；极强的容错能力并可全天24小时长时间连续工作；主控中心可以提前发现和消除隐患，避免教学活动事故，保障设备使用的安
14、全性，极大减少设备的维护工作量。1.3.2 技术先进性在满足校方现有需求的前提下，充分考虑当今网络技术、多媒体传输技术和音视频处理技术迅猛发展的趋势，在技术上适度超前并提供平滑的升级服务，使该项目的建设与学校的其他系统建设在技术平台上保持相对的时代同步性，体现现代教育教学的技术韵味，从而在技术的应用和教育的手段上都保证了整个系统的前瞻性和先进性。系统遵从TCP/IP网络协议，采用全数字化、模块化、安全而开放的设计结构，基于浏览器/服务器(B/S)的应用平台，视音频综合压缩编码策略，课件格式的自适应播放，资源分配及流量控制最优化等先进的设计思想，提供标准化和技术成熟的软硬件产品，支持跨VLAN、
15、跨路由的应用，从而确保校园网络的先进性。艾威康技术应用优势还突出体现在图像、数据、声音的多媒体综合处理及实时传输、交换、存储、显示等方面。1.3.3 可扩展性及兼容性基于艾威康公司的强大的软、硬件技术优势及上千所校园网建设的成功经验，艾威康数字化多媒体微格教学应用系统、网络中控系统具有极强的兼容性和可扩展性。系统采用符合国际标准的协议标准，是标准化、开放性和模块化的系统。系统软硬件之间的兼容性良好，能与符合标准的任何第三方硬件、软件或资源库产品兼容，在系统规模和功能上具有很强的扩展能力，可以适应网络技术和软件技术的不断发展，开展新的应用。系统可根据学校不同时期的不同需求和条件，添加相应的设备和
16、软件，即可扩展规模、调整或增添相应的功能。系统支持电脑及中控设备布点数量的扩充；支持点播服务器的集群/分布式应用；支持节目源设备的增加，可扩展接入网络的电视节目数量；软件的升级和更新，在主控中心即可方便完成。例如，软件升级时，原有线路、系统中心设备、电脑内硬件都不会淘汰，只需由网管工作站软件统一控制，进行批处理，一次性安装即可，从而最大限度地保证客户的投资利益。在数字化多媒体微格教学系统的设计上，我们采用开放式架构、开放式系统组件和开放式用户接口，以利于网络的多层次应用、扩展升级以及与外界信息的交流，更加适应新技术和教育未来发展的需要。系统在搭建时本着兼容性原则，在主控室及各个集中管理部位都充
17、分考虑到了将来的扩展状况，所以在未来的扩建上仅需在扩建的教室端添加相应得硬件设备即可，无需在进行大规模的系统组建。本设计方案具有良好的兼容性，系统对计算机、投影机、DVD机、卡座、麦克风等部件均可充分兼容。1.3.4 操作、维护的简便性艾威康系统从硬件到软件的设计中都考虑了用户易操作的需求：中控系统集大屏幕投影机、视频展示台、幕布、功放、操作台等设备控制于一身，使教师上课时不再需要对各种设备进行独立烦琐的操作，轻按中控面板的按键即可控制相应设备。软件采用人性化的图文界面，家电式操作，直观易学，轻松快捷，方便教师操作。任何产品都有维护的问题，没有绝对的免维护。艾威康系统设计了强大的网管集控功能，
18、全面实现了对分散配置于教室端的数字化多媒体微格教学电脑、投影机等设备进行远程唤醒、运行状态监控与远程控制。软件的升级和更新，在主控中心即可统一完成。还可通过端对端的I/O远程接管，实现全功能远程维护管理，用便捷的方式解决远端故障，便于系统维护。1.3.5 经济实用性在充分保障系统稳定性的前提下，此次设计方案依据经济实用性原则，尽可能做到系统的总投资少, 系统的管理和维护费用少, 系统在未来进行更改、搬迁、改造、升级时所需的花费少，保证总体设计达到功能和经济的优化设计。本系统充分利用和保护现有资源，发挥原有设备效益。艾威康系列网络产品分类很细，可根据学校的不同需求及条件，选择较佳的网络结构及设备
19、配置，调整或增添相应的功能。系统在网络与本地设备控制、资源广播、信息浏览、教学评估与安防监控等模块中，提供了上百种教育教学功能，充分丰富了系统的实用性。如：人性化的操作界面、设备实时检测、远程控制、无人值守管理、电子教鞭、在线指导等，所有这些将为学校的教学与管理提供便捷、安全的帮助。1.4 艾威康不懈追求的“六化”目标1.4.1 校园网建设的一体化符合综合布线规范，遵循TCP/IP标准。计算机局域网中的布线不变，设备不变，标准不变，轻松构成网络微格教学多媒体系统。并可按需驳接各种设备和开展各种应用。1.4.2 教学与管理手段的多元化无需转换支持各种格式的课件、视频、音频文件的播放；支持对新格式
20、的升级；支持教室资源、校园网资源及远程资源三位一体的应用，特别是其强大的电脑及中控设备独立操作功能，甚至在网络出现故障时仍能进行正常的教学活动。1.4.3 使用操作的人性化人性化的图文界面，方便教师操作，专业教师可通过网络在线辅导任课教师和学生的操作，声像并茂亲切交流。教师工具箱提供强大的电子教鞭和画面特效功能，“无尘粉笔”帮助教师随心所欲的在屏幕上驰骋。1.4.4 网络运行的安全化DPS有盘技术保证系统文件、资源数据的安全备份及容错性能，保证电脑及中控设备的安全启动及工作状态的平稳性，电脑及中控设备内的防攻击模块可有效防止病毒侵袭和黑客的攻击；数据恢复模块可有效防止重要数据丢失及资源的外流。
21、1.4.5 系统维护的智能化校园网产品从根本上讲不存在零维护和免维护。艾威康致力于系统维护的简单化，DPS有盘技术使得系统维护量远远小于无盘网络中对启动服务器、应用服务器、相关通信链路和网络服务质量的维护量，并大大降低了对维护人员技术水平的要求。特别是艾威康公司首家推出的“零时间响应”在线服务系统，彻底解决了用户的后顾之忧。1.4.6 资源生成与整合的简单化教学资源是课堂教学应用中必不可少的，教学过程中，教师除了使用外购和自己制作的教学资源外，还可以利用我公司特有的校本资源实时生成系统制作课件（加录播系统可扩展），既充分利用了本校的教学资源，又节省了资金。教学资源生成与整合的具体方式如下：实时
22、采集教室的图像、声音；实时采集屏幕显示的教学内容：包括电子白板内容、课件播放过程、鼠标运动轨迹等；采集、裁剪优秀课件片段；支持素材的后期配音、格式转换、编辑等课件制作处理；录制内容可作为点播资源使用；素材可自动保留在电脑及中控设备硬盘或服务器内。第2章 数字化多媒体微格教学系统优势与特点我公司为贵校的数字化多媒体微格教学系统提供了一套先进、成熟和完善的解决方案和系列产品。方案设计中，我们不盲目追求低成本，而牺牲必要的设备、系统及网络稳定性能、安全性和扩展能力。在实现稳定、可靠和先进性前提下，尽可能做到系统的总投资少,系统的管理和维护费用低,系统在未来进行更改、搬迁、改造、升级时所需的花费少，从
23、而保证总体设计达到功能、性能和经济的优化设计。多媒体网络中控的性能与特点是由其自身在教学与管理中的作用和地位所决定的。多媒体网络中控连接和控制所有的教学设备，检测各种教学设备的工作状态，监测设备的运行情况并通过网络连接远程控制指挥中心。它是教室设备管理、控制、监测和数据转换的中心，是微格教学多媒体系统中的核心设备。所以，除具备诸如本地中控所实现的基本功能外，多媒体网络中控对设备整体的稳定性能、免维护性能、架构的合理性、连续工作能力以及工作方式等要求极高，这些关键要素和指标水平将直接影响到学校日常教学、管理和评估活动的安全和质量。选择理想的多媒体网络中控可以提前发现和消除隐患，避免教学活动事故，
24、极大减少设备维护量和保障设备使用的安全性。本次我方为贵校选择的多媒体网络中控在上述方面具有明显的优势，现介绍如下：（1）高可靠、低功耗、无噪音多媒体网络中控具有高可靠性和稳定性的关键在于：真正的嵌入式结构，固化软件稳定，硬件电路设计合理，选用工业级器件及插接件。其可靠性和稳定性表现为：不受电脑病毒、环境温度、空气粉尘、氧化腐蚀和电源干扰的影响，极强的容错能力并可长时间连续工作。系统采用嵌入式技术，专用飞利浦高速（DSP）编解码器，无风扇设计，具有视音频压缩、VGA、AV、USB、网络、云台镜头解码及RS232/RS485接口。设备内置多级单片MCU，并行处理架构，摒弃电脑主板和CPU。其大容量
25、EEPROM存储器用于固化软件程序，保证断电不丢失数据。提供了投影机、电动幕布的本地与网络控制、投影机断电延迟保护、音量控制、DVD/录像机/卡座的控制、电子锁检测控制等功能。讲台开关控制可以具有：网络课表、IC卡、本地钥匙等三种方式。纯硬件系统结构设计，设备内无风扇、无噪音，无PCI或内存插槽，耗电10W，内置看门狗、多重应急备份等设施。设备安全可靠，完全胜任全天候工作。（2）真正的免维护性能设备平均无故障工作时间MTBF为40万小时，可连续不间断的持续工作，无死机问题。可对设备进行远程管理、监测和修改配置。MTBF值的计算方法，权威标准是GJB/Z299B商用电子产品MTBF值计算机的行业
26、标准，MTBF计算中主要考虑的是产品中所有器件失效率的加权平均。对比中PC架构式中控，嵌入式多媒体网络中控器件数量少，集成度高，插接件少，器件全部采用焊装方式，无明显易出故障的部件如风扇。所以其设备质量和使用寿命便于控制，平均无故障工作时间要大的多。由于器件在不同的环境、不同的使用条件下，失效率大不相同，所在实际使用环境下，通常达不到理论计算时的指标。我们给出的MTBF计算方法不像大多数厂家是根据产品部件统计进行理论计算，而采用的是按照产品实际使用情况的记录，进行长期统计来计算的。这样能更客观地反映出产品或系统的稳定性。首先我们确认每个月安装的产品的平均数(A)，并计算产品发售的时间(B)，从
27、而计算出产品使用的总月数。C = (A1)+(A2)+(AB) 然后我们认为卖出的产品有70%在使用中，并且每天工作12小时。从C计算出产品使用的总小时数D。D = C70%1230最后用产品使用的总小时数D除产品出现故障的次数E，得出该产品的平均无故障时间。MTBF = D / E经过我公司产品质量检验部门对系统主要设备的可靠性分析和MTBF的统计计算，给出了主要设备的平均无故障工作时间，如下表所示：名称型号设备MTBF网络中央控制器V3CK-3大于400,000小时主控管理软件可对多媒体网络中控进行远程管理、监测和配置，内容主要包括：网络参数，如IP地址、组播地址、端口地址、网关等；视音频
28、编解码参数，如压缩标准、分辨率、传输码流、连接方式、视频亮度、对比度、色饱和度等；接口参数，如串口波特率、云镜解码格式、音频输入输出电平增益、报警通道等；设备状态检测，如投影机工作状态、灯泡寿命检测、讲台开关检测、电脑的使用状况统计等；设备状态控制，如投影机开关、幕布升降、灯光控制、音量调节、显示切换、设备关机重起等。第3章 数字化多媒体微格教学系统应用环境建设方案微格教学（Microteaching），又叫做录像反馈教学，1963年诞生于美国斯坦福大学，并得到大量研究和迅速推广。70年代初，微格教学传到欧洲、日本、澳大利亚、新加坡等发达国家，80年代开始在亚洲、非洲普遍推广。我国也于80年代
29、应用和推广微格教学。微格教学的特点是：训练内容单一、参加人数少、上课时间短、心理负担小、反馈直观有效。微格教学的作用：对师范生进行培训、对在职教师进行培训，或各种相关的技能培训。A、 微格教学的特征及特点：1、范围小、规模小；2、有操作、有记录；3、可重复、可调整；4、有反复、有循环；5、可控制、可模仿。主要应用于对师范生、想成为教师的人和在职教师进行教学技能培训。B、 教学技能分类：基本教学技能语言技能提问技能板书技能演示技能变化技能强化技能综合教学技能导入技能讲解技能结束技能组织技能此外，微格教学的模式有：斯坦福大学的“行为改变模式”、伯克利分校的“微型课程模式”、悉尼大学模式、芝加哥大学
30、的“动力技能模式”、英国新乌斯特大学的“社会心理学模式”、英国斯特灵大学的“认知结构模式”等。自80年代中期引进微格教学以来，微格教学在我国得到迅速发展，大部分师范院校开展了微格教学和微格教学研究。3.1 微格教学系统控制平台功能系统内所有管理点的云镜控制、切换功能： 该控制平台支持对每个微格教室及分控室的云台、镜头进行控制（上、下、左、右、拉远、拉近、聚焦等）。观摩转播功能系统可以将各微格教室、分控室等管理点的现场的音视频任意转播到其他微格教室、分控室等,支持多种方式的音视频广播：数字广播，分布广播、主讲插播等。从而实现学校召开会议或大型活动时，只要在教室就可以实时收看，网络副控平台功能 系
31、统可设立多个分控点，在个分控点，经授权后可以实现各微格教室的相应切换、控制，且各分控点互不干扰，在各分控点，也可以进行视频会议等功能。硬盘录像及回放功能微格教室的音视频信号可以实时录制到硬盘上，而且录制的同时不影响其他的控制，如云台控制、录像的回放、观摩教学等。教学评估功能系统集成了专业的教学评估系统，可以对教室的授课能力进行评估，评估的对象分为三级（专家、教师、学生），不同的用户对教师评估不同的方面，对教师进行全方位的评估，同时生成评估报表 ，并可以及时打印，且评估的项目可以根据不同院校的要求进行更改，更加贴近专业院校的特色。示范功能：在主控室可以将某一音像资料强制广播到指定的微格教师，教师
32、经授权后在教室对其指定的班级进行教学，也可以将某个教室的实况转播到所有微格教室或指定的微格教室3.2 视频管理点播系统强大的数据库平台及扩充能力 方案中考虑到视频点播服务的高容量、高带宽等因素，特采用大型数据库产品为平台，在系统的扩展上支持磁盘阵列、WEB SERVER集群等 ，在系统升级方面也不用更改原体系结构。 音视频压缩技术的多样化 对微格教室的音视频的捕获、编辑转化、采用特殊的压缩技术将对影像进行编码，并且采用流媒体技术在不同的网络环境中访问系统资源。 稳定可靠性 系统依靠其强大的数据库及压缩编码技术，性能稳定，编辑好的流媒体课间，适应多种带宽，根据不同的客户端接入方式自动适应传输率，体验高品质的音
