DVR技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

程 曦

(安慶廣播電視大學(xué)，安徽 安慶 246000)

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DVR技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

程 曦

(安慶廣播電視大學(xué)，安徽 安慶 246000)

通過對兩種不同的現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型的分析，討論了基于DVR技術(shù)模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型的優(yōu)越性，以及實現(xiàn)DVR技術(shù)模式需解決的若干問題。

遠(yuǎn)程教育；模型；DVR技術(shù)

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)是融入了計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)字通信技術(shù)和多媒體技術(shù)的第三代遠(yuǎn)程教育平臺；是開放教育體系賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)保障；是深化教育活動不可或缺的基本環(huán)境。因此，建設(shè)一個功能強大完善、易于操作管理、適合開放教育特點并且節(jié)約投資的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)平臺，具有重要的實際意義。

現(xiàn)有模式的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育平臺及其應(yīng)用系統(tǒng)，可以用一句簡單的語言來描述：遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)平臺+通信網(wǎng)絡(luò)+學(xué)習(xí)終端及學(xué)習(xí)個體。常規(guī)意義上的“遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)平臺”的建設(shè)屬于系統(tǒng)而龐大工程項目。從工程路線的層面上至少需要具備以下條件和過程：需求目標(biāo)研究與分析、技術(shù)調(diào)研與應(yīng)用、市場及應(yīng)用領(lǐng)域的調(diào)查研究，方案論證與設(shè)計、工程技術(shù)設(shè)計與施工。除此之外，須有良好的經(jīng)濟(jì)與物質(zhì)保障。作為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)平臺提供服務(wù)的對象——學(xué)習(xí)終端及個體，成了被動的施授者，對平臺系統(tǒng)的建設(shè)無直接的作用。學(xué)習(xí)終端及學(xué)習(xí)個體，是遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)平臺不可分割部分，怎樣使學(xué)習(xí)終端及學(xué)習(xí)個體成為遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)平臺建設(shè)主體的一部分，甚至學(xué)習(xí)終端自身就能具備遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育平臺特征的子系統(tǒng)，或承擔(dān)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)的一個單元平臺，是一個值得研究的課題。

本文根據(jù)市場應(yīng)用廣泛，技術(shù)日臻完善，價額低廉的DVR (Digital Video Recorder數(shù)字視頻錄像機(jī))板卡的技術(shù)構(gòu)架特征，欲從另一個視角對遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)——前端視、音頻采集、處理和存儲以及流媒體傳輸技術(shù)進(jìn)行思考、研究。探索應(yīng)用DVR板卡技術(shù)在直至研究于遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)教育系統(tǒng)終端中的應(yīng)用。

1 DVR技術(shù)在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育技術(shù)中的模型

DVR作為數(shù)字技術(shù)的高科技產(chǎn)品，其實質(zhì)是一套集視頻采集與圖像存儲處理的計算機(jī)系統(tǒng)，具有對圖像/語音進(jìn)行長時間錄像、錄音、網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)視和控制的功能，DVR集合了錄像機(jī)、畫面分割器、云臺鏡頭控制、報警控制、網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)榷喾N功能于一身，一臺DVR能取代模擬監(jiān)控系統(tǒng)中除前端以外的所有設(shè)備的功能，并且價格上有很大優(yōu)勢。

DVR作為安防監(jiān)控系統(tǒng)的核心設(shè)備具備了現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中各個硬件環(huán)節(jié)所必備的功能。如，多路視、音頻采集和存儲功能能夠同時滿足多個教學(xué)場所的實時攝像并存儲教學(xué)資源；方便的回放檢索和網(wǎng)絡(luò)傳輸功能意味著能夠通過不同的網(wǎng)絡(luò)將教學(xué)資源實時或回放檢索方式的提供遠(yuǎn)程教學(xué)服務(wù)。

現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)往往是多級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，一般分為一級系統(tǒng)，二級系統(tǒng)，三級系統(tǒng)等多級機(jī)構(gòu)。即如，中央電大遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，省級電大遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，市級電大遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)，工作站遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)等。但就其某級單元構(gòu)架來說，可通過以下模型實現(xiàn)。

1.1 基于Web模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型

如圖1所示，遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)主要是由通信網(wǎng)絡(luò)，終端設(shè)備，應(yīng)用系統(tǒng)和教學(xué)資源4部分組成。通信網(wǎng)絡(luò)和終端設(shè)備為系統(tǒng)硬件環(huán)境，應(yīng)用系統(tǒng)和教學(xué)資源則是系統(tǒng)的軟件環(huán)境。通信網(wǎng)絡(luò)位于系統(tǒng)的中心，作用是將不同地域和物理位置的子系統(tǒng)或終端聯(lián)系起來，使它們能夠進(jìn)行通信及資源共享。終端設(shè)備包括視頻、音頻和其他一些多媒體設(shè)備，這些設(shè)備可以對教學(xué)活動中的視、音頻等信息進(jìn)行采集、加工和處理，然后通過網(wǎng)絡(luò)傳送給遠(yuǎn)程用戶終端，從而完成遠(yuǎn)程教育信息服務(wù)。

圖1 基于Web模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型

從以上的模型架構(gòu)中我們不難看出，現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)硬件平臺最為關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)就是要解決多媒體信息的采集、處理和網(wǎng)絡(luò)傳輸。按常規(guī)的技術(shù)手段要解決這些問題，必須投入大量的資金，購置視頻會議主機(jī)、各類服務(wù)器和相應(yīng)的軟件產(chǎn)品以及租用電信服務(wù)商足夠帶寬的網(wǎng)絡(luò)資源。并且這些設(shè)備和主機(jī)還要根據(jù)市場和研發(fā)商的升級不斷進(jìn)行后續(xù)投入。

1.2 基于DVR技術(shù)模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型

如圖2所示，基于DVR技術(shù)模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型，采用H.264、MPEG4、JPEG等壓縮算法、嵌入式實時多任務(wù)操作系統(tǒng)和嵌入式處理器一體化的設(shè)計，在單板上集成了視音頻采集、壓縮、存儲、網(wǎng)絡(luò)傳送、多路云臺控制、報警檢測等功能，支持同步回放和錄像(雙工)，保證了系統(tǒng)的高集成度和高可靠性。提供了多種接口，支持網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)程的錄像回放和在線監(jiān)看，視頻環(huán)通輸出和矩陣切換、USB 2.0高速備份以及鼠標(biāo)鍵盤操作。系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能。

1.2.1 壓縮功能

支持 PAL / NTSC4.43 / NTSC3.58 制式視頻信號。視頻壓縮采用H.264壓縮技術(shù)，支持變碼率和變幀率，可設(shè)定視頻圖像質(zhì)量和壓縮碼流。每路視音頻信號獨立實時壓縮，音頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)采用G.722。視頻和音頻信號壓縮后生成復(fù)合的H.264碼流，碼流回放時視頻和音頻保持同步。也可設(shè)置不用音頻。雙流壓縮：主碼流本地存儲，副碼流適用于圖像在低帶寬網(wǎng)絡(luò)上傳輸。

圖2 基于.DVR技術(shù)模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)功能

支持TCP/IP協(xié)議(支持ARP、RARP、IP、TCP、PPPOE、DHCP等等)，支持寬帶撥號上網(wǎng),同時支持?jǐn)嗑€自動重?fù)?，支持域名解析。完備的網(wǎng)絡(luò)端控制命令，通過網(wǎng)絡(luò)可以使用客戶端管理器控制嵌入式硬盤錄像機(jī)、設(shè)置主機(jī)各種參數(shù)、遠(yuǎn)程升級和維護(hù)。具備Web Server功能，能通過IE瀏覽器訪問主機(jī)，支持域名解析、監(jiān)看實時圖像、點播錄像數(shù)據(jù)以及控制云臺。內(nèi)置多種云臺控制協(xié)議，可以在主機(jī)端和網(wǎng)絡(luò)端控制云臺和鏡頭等。

1.2.3 錄像功能

錄像模式：手動錄像、定時錄像、移動檢測錄像、報警錄像，支持錄像內(nèi)容的分類檢索，每路視音頻錄像參數(shù)均可單獨設(shè)置。視頻移動動態(tài)檢測功能，每路視頻可設(shè)置多個動態(tài)檢測區(qū)域，可以實現(xiàn)實時畫面全屏蔽，全屏蔽狀態(tài)的時候錄像不會被屏蔽。

支持通道名疊加，支持通道錄像日期、時間疊加，支持圖標(biāo)疊加、局部馬賽克和遮蓋。

管理主機(jī)可通過網(wǎng)絡(luò)實時紀(jì)錄壓縮碼流，支持借助網(wǎng)絡(luò)將圖像聲音同步直接錄入電腦。

1.2.4 存儲備份功能

在主機(jī)前面板和后面板提供多個USB 2.0/SATA備份專用接口，遠(yuǎn)程通過客戶端管理器備份錄像機(jī)中的錄像內(nèi)容。強大的硬盤管理功能，支持硬盤進(jìn)行格式化，具有扇區(qū)損壞屏蔽功能。支持硬盤休眠，但是工作硬盤個數(shù)最多不超過2個，硬盤上文件采用預(yù)分配技術(shù)，保障硬盤數(shù)據(jù)的安全性和完整性。標(biāo)準(zhǔn) FAT32 文件系統(tǒng)格式，硬盤可在 PC 系統(tǒng)上識別。

1.2.5 安全保障

采用高性能32位嵌入式微處理器及嵌入式實時操作系統(tǒng)，保證了系統(tǒng)高實時性、可靠性和穩(wěn)定性。健全的錄像日志查詢功能(遠(yuǎn)程登陸日志查詢、錄像參數(shù)修改日志查詢、升級日志查詢、回放日志查詢、系統(tǒng)啟動日志查詢)。系統(tǒng)鎖定、按鍵鎖定、口令檢驗、多級用戶授權(quán)等多種安全保障功能；用戶名、口令及碼流傳輸時用密碼加密，防止泄露。

具備看門狗功能，出現(xiàn)異常時系統(tǒng)可自動檢測，同時自動重新啟動，以完成系統(tǒng)輸入、輸出以及錄像狀態(tài)等的重新初始化。

2 基于DVR技術(shù)模式的遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)模型需解決的問題

DVR技術(shù)雖然具備了現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)諸多環(huán)節(jié)所需之功能，其強大的功能和低廉的造價亦為發(fā)展普及遠(yuǎn)程教育技術(shù)提供了廣闊的情景，但作為產(chǎn)生于安防監(jiān)控領(lǐng)域的專用設(shè)備直接用于遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)還有著以下問題。

2.1 文件存儲的管理

DVR在視頻監(jiān)控系統(tǒng)錄像中將采集和處理后的數(shù)據(jù)文件以時間為線索進(jìn)行文件管理，文件系統(tǒng)只有時間、日期標(biāo)簽。而遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中所存儲的教學(xué)資源是以科目、課程、章節(jié)，單元、講數(shù)作為文件標(biāo)簽進(jìn)行管理。只有解決了文件存儲的管理問題才能夠為遠(yuǎn)程異步教學(xué)通過完善服務(wù)。是基于內(nèi)容的檢索技術(shù)CBR能夠解決這一問題。

2.2 圖形界面

DVR的用戶圖形界面用于遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)還有待改善。只有滿足雙向視、音頻交流的用戶圖形界面才能完全符合現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)的要求。目前，很多DVR系統(tǒng)都為用戶提供客戶端管理器SDK開發(fā)包?？梢越鉀Q這一問題。

2.3 表現(xiàn)形式的多樣化

DVR在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的管理問題有待進(jìn)一步分析、量化，融入遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)需要根據(jù)具體的系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架加以解決。DVR除視頻、音頻采集處理外的其他多媒體信息的采集與處理?？梢酝ㄟ^對文件格式預(yù)處理或文件格式轉(zhuǎn)換得以實現(xiàn)。在不借助流媒體服務(wù)器的情況下，DVR的流傳輸能力的開發(fā)。直接影響到DVR在遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中實際價值和可靠性，需要通過優(yōu)化資源和配置加以實現(xiàn)。

3 結(jié)束語

由于DVR技術(shù)的先進(jìn)性、可靠性和低造價為其在現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了廣闊的情景。通過科學(xué)地分析研究，實事求是地努力實踐，能夠使這一領(lǐng)域取得重大的突破與發(fā)展。

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2016-12-10

程曦(1959-)，男，安慶廣播電視大學(xué)副教授。

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1674-2273(2017)03-0080-03