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CATV数据广播系统在远程教育中的应用——侯卫兵 李衍达

2/14/2005来源:视频通信人气:11834

CATV数据广播系统在远程教育中的应用——侯卫兵 李衍达 【提要】充分利用CATV数据广播系统在解决信息高速公路入户问题上的快速、低成本以及 宽带优势,本文提出将CATV数据广播系统与卫星远程教育相结合,将远程教育范围扩大到 用户家中的方案。文中对CATV数据广播系统以及清华大学远程教育示范工程分别进行了描 述,分析了新系统的优缺点,就几个关键问题进行了阐述。同时,提出了几个管理方案, 对分级管理进行了描述。 【关键词】CATV数据广播系统卫星远程教育分级管理 1概述 经济发展要求扩大教育的实施范围,产业革命要求教育对社会开放。使教育从课堂、 学校走向社会,使教育对象从青少年扩大到成年,使每个公民都有享受教育的权利,以达到 教育终生化,从而满足社会政治、经济发展的需要,这是一项刻不容缓的跨世纪基础性工程。 我国教育部在1998年正式批准清华大学、浙江大学、北京邮电大学和湖南大学为我国首批开 展远程教育试点院校。 在国外,实现现代远程教育的方法主要采用卫星传输网或计算机网来实现按需学习和补 充课堂学习。它打破了地域、时空的限制,具有交互性优势,因而使得在线远程教育日渐流 行。随着信息时代的到来,网络得到飞速发展,新技术不断涌现。所有这些给我们扩大教育 的实施范围带来了方便,给远程教育的推广和提高提供了便利条件。 三大网络发展非常迅速,纷纷向承载综合业务方向发展。有线电视网络遍布千家万户, 它在解决信息高速公路入户问题上具有宽带、成本低、实现速度快等突出优势。近阶段在有 线电视网上承载其它业务的技术发展飞快,数据广播系统便是其中一种。外交互式数据广播 系统宽带、低成本、高速地解决了网络入户问题,它的出现可以更利于远程教育推广。由此 我们提出一个更一般性,教育面更广、更方便的方案——利用CATV宽带网解决信息高速公路 人户问题的优越性,将卫星传送的教育信息通过CATV数据广播系统传到各有线电视用户学员 家中。此方案将给学生的自我学习带来更大的方便,学员可以不受时间和空间的限制,按需 所学;可以随时访问学员当地有线电视台所备份的教学内容;也可随时上网与清华大学远程 教育中心取得联系,进行交流。 2 清华大学远程教育示范工程简介 清华大学“现代化远程教育示范工程”的模式是建立一个以CERNET为依托,采用卫星传 播与地面网相结合的手段,把全国主要大学同主要企业联系起来的方案。清华大学远程教育 的目的是利用清华大学雄厚的师资力量和丰富的教学资源为科教兴国服务,建立一种开放的、 现代化的教学方式,满足高等教育大众化的需求,并为企业和地区培养各类高层次人才。通 过远程教育手段可实现终生教育,同时上为下岗、转岗人员提供再教育的环境,并且能够有 效地推广高、新技术,促进企业的技术改造和新产品开发,促进地区经济建设的发展。 2.1清华大学远程教育网技术方案 清华大学远程教育是要建设一个以清华大学为源头,采用卫星传输方式、使用数字压缩技 术,充分利用现有的计算机网络基础,具有交互式教学功能,具有一定的教学规模,内容充实 的现代化远程教学系统。其系统结构原理如图1所示。它是卫星传输网与地面网相结合的系统, 是点对多点的星型网。它采用MPEG-2数字压缩技术,QP-SK调制,利用约4Mb/s的带宽进行 数字卫星广播,向各地面站传输以音频、视频信号为主的多媒体教育课程。卫星接收机具有 RS232及RS422通讯接口,可以直接下载计算机信息。并可以通过卫星信道、ISDN、普通电话线 路或CERNET等广域网络开展实时和非实时的交互式教学讨论。在远程站中,小部分已经建立VS AT双向实时交互系统,大部分可单向接收音视频和数据。整个系统是一个具有双向交互功能、 可控的远程教育专用网,具备指挥、调度和控制的功能。 目前清华大学远程教育系统机构采用自治系统,教学采用远程教室的方式,即一种以教师 为中心的远程方式,以教室教学为起点,并具备教师与学生之间远程交互功能的学习系统。 清华大学远程教育课件制作以课堂直播为主(同时以录像带记录),即把课堂信息以及教师 用WordPowerpoint等工具制作的各种媒体的课件转换成音频、视频信号,通过编码、压缩调制 后进行卫星广播,各接收站通过解调解码后还原成音频、视频信号送监视器播出。 2.2接收站点情况简介 到目前为止,已经在全国范围内建立了3O多个接收站,其中已经正常开课的有16个站。鉴于 各地区经济条件不同,一些地区只能建立单向卫星接收站,而另有一些地区则分别建立了可视电 话系统或电视会议系统,可以跟清华远程教育中心进行双向通讯,或者通过广域网络进行通讯和 信息交换。 2.3远程教室的优越性 远程教室的方式能很好地实现我们的远程教育。现代技术的发展给我们提供更为便捷的教学 方式,利用有线电视数据广播系统的入户优越性,将其与现有卫星远程教育系统相结合,可将学 生的学习移到家中。这样给学生学习带来非常大的方便,可不受时间和空间的限制,有利于使远 程教育的面铺得更广,使远程教育的办学宗旨进一步落实到实处。 2.4清华大学远程教育系统的不足 目前清华大学远程教育系统的远程教室教学方式存在的问题: (1)在学生学习的自主性和独立性方面的灵活性存在不足之处。学生必须严格按照教学活动 的计划和安排,集中在一个具有卫星接收系统的教室共同学习,有时间和空间的限制。 (2)课件的制作在远程教育中占有非常重要的地位。课件的形式需要以多媒体和视频、音频 相配合。此形式的课件需要花大量的人力和物力来实现。 (3)针对这种形式的课件,需要一个较大带宽的传输途径来实现(最少需要2MHz带宽)。目前 的CERNET等广域网还满足不了要求。 3 清华永新CATV数据广播系统简介 清华永新数据广播系统是基于有线电视网的外交互式数据传输系统。是有线电视网承载多种 业务的解决方案之一,是解决信息高速公路入户问题的理想方案。 3.1系统原理及特点 清华永新数据广播系统将有线电视网的一个8MHz模拟带宽的PAL制频道分成4个子信道,采用 MPEG1格式,QPSK调制方式,其中每一个子信道有2MHz数字带宽。在多频道中的子信道之间可以灵 活进行配置。它具有很低的误码率(信噪比大于19dB时可低于10的负8次方)。它充分利用了网络 数据流量的上下行不对称性(下行流量往往是上行的几百倍,甚至上千倍),上行采用电话回传 方式,在无需对有线网络进行任何改造的情况下低成本、高速度、高质量地解决了信息高速公路的 宽带入户问题。系统如图2所示,其特点如下: (1)大数据量海量下行解决了信息高速公路的瓶颈问题; (2)不需改造网络,费用低廉,能为普通用户所接受; (3)便于用户下载有用的信息,因CATV信息服务中心对资源进行组织并控制信息的质量,节省 用 户的精力; (4)与互联网络优势互补,相辅相成; (5)可持续发展。系统采用开放型结构,在线路负荷范围内,节目资源可以任意地加减,服务 项目可以任意地增删; (6)用户除了可以接收大量的广播信息外,用户可以进行节目定制,实现预计节目,如信息需 求等等。这样可以实现我们的个性信息需求; (7)进一步,用户可通过CATV网高速进入因特网; (8)在用户收费和管理等方面提供了完整的多方案管理软件。如收费系统可以针对每一个确定 的资源进行收费,好可以针对节目或频道来收费等等。 图2中虚线框中为有线电视台设备,用户可经信息接收卡和计算机接收有线电视台传来的数字 信息,也可通过机顶盒来实现。 3.2系统的组成及主要功能 清华永新数据广播系统解决信息高速公路入户问题,用户将以有线台为交互中心,与外界实 现信息的接收和发送。有线电视台将成为未来的信息服务中心。遍布全城的由光纤、电缆混合构 成的宽带城域网络将提供广播电视和交互式图像、语音、数据传输等综合性业务,以满足社会对 广播电视、电话、电子邮件、传真、视频点播、远程教育、电子购物、电子交易、社会公共电子 服务的综合要求。目前已经开始的节目有视频播放(VCD)、股票分析、Internet接入、资源信息 (如期刊光盘检索、房地产中介信息、企业查询、日常信息查询、中学生同步教育、成人教育、 人才库等等)。 数据广播系统文件服务软件主要包括: (1)服务器端数据推送功能服务器端建立在有线电视台环境,在管理员的操作下,完成节目登 记、节目调度和节目播发等等任务。服务器端按功能划分为如下5个模块: ①资源管理模块,负责有线台的全部数字节目的管理工作。 ②节目单管理模块,节目单是一组从资源数据库中挑选的节目(资源、子频道和频道)。 ③发送控制模块,发送控制负责从编辑好的节目单中选择其中的某些节目单列入发送计划, 并控制发送。 ④多媒体公共服务信息模块,包括气象预报、实时新闻、人才及招聘信息、航班信息、电话 号 码查询等制作模板,有线台技术人员可用来方便地制作有关信息资源节目。 ⑤多媒体即时信息制作模块,用来制作服务器端需要即时发布的通知、广告等信息,支持移 动 文本、图像(包括动画)、网页(HTML)等多媒体类型。 (2)用户(客户)端控制功能 客户端控制软件又称数据广播导航器。服务器端正在广播时,程序接收到资源节目单,会自 动 启动资源接收,弹出缺省浏览器,在数据广播导航器主页中显示节目单,同时启动客户端主界面。 3.3清华永新数据广播系统接口 清华永新数据广播系统具有以太网接口(10Base-T、100Base-T)、E1接口、RS422 (HDLC方 式、异步方式)接口、RS232接口等等。 4 清华永新CATV数据广播系统在清华大学远程教育中应用方案 清华永新数据广播系统在清华大学远程教育系统中应用的方案如图3所示。二者可以实现完全 无 缝连接。 4.1工作原理 多媒体课件从清华大学通过课件发送服务器、接口转换器和卫星发射机,以2MHz速率向各地 传送。 在各地,经过卫星接收机、接收服务器使课件进入有线电视台局域网,同时在课件备份服务器上进 行 备份。课件通过有线电视数据广播发送到学员家中。学员在家中可以不受时间限制,采用定制的方 法 或及时地与有线台进行交互,选择自己所需要的课件进行学习。学员也可以通过数据广播系统进入 地 面网,而与主站取得联系。通常情况下,学员的课件需求只需与有线电视台进行交互便可满足。 此方案面临如下几个问题: (1)各地卫星站建站问题。对于已经建立了卫星站的地方,可以和当地有线电视台进行协商, 将课 件传送到有线台,或将当地卫星站移到有线电视台。对于还未建站的地方,可以与当地有线电视台 进 行协商,在有线电视台直接建站。 (2)学员管理问题。以有线电视台为中心进行组织,其它单位为分中心,即分级管理模式;也 可由 各单位自己组织,与有线台进行合作,由有线台向各单位传送远程教育课件。对单位组织培养的学 员, 可在单位集中接收从有线台传来的课件上课,也可以由学员业余在家中接收课件复习等。对于社会 上分 散学员,可以在有线台报名组织,在家中学习,也可集中在有线台上课。对于学员的管理可以充分 利用 清华永新数据广播系统的用户管理功能。在有线电视台局域网中的学员管理服务器可以对学员进行 管理, 管理服务器对学员所下载的课件进行实时记录,从而可以方便地进行计费管理。同时,还可以对学 员下 发各种通知,如考试时间等等。 (3)各地课件备份问题。对视音频或多媒体课件,采用磁盘阵列或光盘库。对节目带课件, 由于占 用存储空间大,可采用刻录VCD方式,或暂时采用节目带录制备份。对VCD方式,仍然可存入光盘 库,直 接从学员的定制要求中由数据广播系统按时播放。 (4)课件制作问题。课件应由清华大学远程教育中心负责组织人员来进行课件的制作。 其中关键的问题是如何对学员进行管理和收费。 4.2采用清华永新CATV数据广播系统的优势 清华永新数据广播系统应用到清华大学远程教育系统中,是对清华大学远程教育系统的一 个补充和完善。它可以将学生的学习移到家中,给学生学习带来非常大的方便,可以不受时间 和空间的限制,更有利于教育的普及和提高,使远程教育的办学宗旨进一步落实到深处。与其 它方式相比,它具有如下特点: (1)有线电视数据广播系统解决了信息高速公路入户问题,它具有宽带、低成本、实现速 度快等特点; (2)针对远程教育课件的多样化,视频、音频课件仍然占主要地位,由于有线电视数据广 播系统具有宽带,一个子信道具有2MHz数据带宽,因而不但可以传送内容丰富的多媒体课件, 而且还可以满足传送视、音频入户的要求,这是目前计算机网和邮电网还难以实现的一个瓶颈; (3)清华永新数据广播系统子信道带宽为2MHz,与现有卫星远程教育带宽为无缝连接; (4)可以实现比远程教室更有利的教学方式,将学员的学习扩展到家中,减少对学员时间 和空间的限制,更有利于远程教育的普及和推广; (5)由于有线电视台对清华大学传来的课件进行备份,因而学员复习或补课时直接与有线 电视台交互即可,这样可以大大提’高远程教育的效率和速度,减轻清华大学远程教育中心 的负担; (6)因有线电视数据广播系统具有完整的加解密系统和用户管理系统,而可方便地实现对 学员的管理和收费,对学员课件资源访问进行有效地控制和收费; (7)采用清华永新CATV数据广播系统可以节省投资。由于采用清华永新CATV数据广播系统 与卫星远程教育结合可以充分利用现有的设备,且无需改动,如图3中的小虚框设备为添加设 备,因而投资少。清华大学卫星远程教育中心仅仅添加一台播放服务器和一个接口转换器即可。 地方有线电视台仅仅需投资 图3中小虚框中的设备。 总之,采用数据广播系统与卫星远程教育相结合,更有利于教育的普及和提高,它的应用 可以进一步推动运程教育的发展。 中国远程教育体系的建立,一要结合国情,二要结合技术进步。数字化的多媒体网络正在 成为一种普适性的大众网络,极大地促进了知识的传播。本方案考虑到上述两个结合,可以迅 速低成本地建立我国的远程教育体系。该体系对中等教育、高等教育、终生教育以及对全民素 质的提高将起重要的推动作用。随着技术进步和网络状况的提高,我国远程教育体系也会不断 地改进和提高。对于远程教育而言,不论采用何种方式,多媒体课件的制作将是真正实现远程 教育的关键。