王涛先生，国家广播电影电视总局有线电视研究所工程师
关键词: 远程教育 有线广播电视 广电网络
一 国内远程教育的技术发展状况
目前我国传统的远程教育可分为两种模式：一种是以广电系统为主的单向广播形式；另一种是以电信系统为主的双向广播形式。远程教育系统基本上采用了上述技术的一种或几种。在网络上，Web系统和流媒体系统采用Internet和宽带IP网、局域网、城域网或虚拟专网，用户接入为ISDN、PSTN拨号、Ethernet接入、xDSL、Cable Modem等接入方式，视频会议系统根据情况的不同，电路交换网和分组交换网络都有采用，用户接入为专线接入或宽带接入。上述系统虽然很好地完成了远程教学的任务，但不可避免地存在一些不足，尤其是在实时互动教学方面。广播电视有着高入户率、频带宽的天然优势以及费用低廉等特点，为在广播电视领域开展现代远程教育提供了其他系统不可比拟的条件。随着数字技术在广播电视领域的发展，用户在家里可以收看上百套的电视节目。因此，提供先进的现代远程教育系统是我们广电工作者义不容辞的工作。
二 创建新的远程教育模式
1. 数字电视技术为远程教育提供了新的技术解决方案
数字电视系统是目前国际上刚刚启用的新的广播方式，它是从模拟电视发展过来，但其内涵已远远超过电视本身的含义。数字电视是一个涵盖范围很大的术语，其概念指整个数字电视系统。国际电工委员会(IEC)对数字电视的定义为：数字电视是以单向或双向的方式传输多媒体信息(用数字信号表示图像信息)。从广义上讲，数字电视是用数字方式摄取、记录、处理、传输、接收和显示电视信号。但我们谈到的数字电视通常是指与人们日常生活紧密相关的数字电视广播。数字电视广播的最大特点是：电视信号是以数字形式进行广播的，数字电视广播体制与模拟电视广播体制有了根本的改变。数字电视广播系统包括电视信号的压缩处理和数字信号的传输。
无论是高清晰度电视，还是标准清晰度电视，未压缩的数字电视信号都具有很高的码率。为了能在有限的频带传送电视节目，必须对电视信号进行压缩处理。在数字电视广播中采用国际通用的MPEG-2标准对电视信号进行压缩。MPEG-2视频压缩算法是利用图像内的相关性、图像间的相关性以及人眼生理特性，去除冗余，达到压缩的目的。对于不同的图像类型(如体育、电影、新闻、动画等)，一路标准清晰度电视节目所需要的传输码率在3Mb/s到6Mb/s之间。
任何信号经过任何媒体传输都会产生各种失真，这些失真导致数字信号在传输过程中的误码。为了克服传输过程中的误码，针对不同的传输媒体，设计不同的信道编码方案和调制方案。例如，在卫星广播中使用QPSK调制，在有线电视网中使用64QAM调制，在地面广播中使用COFDM和VSB调制等。
2. 广电网络的远程教育技术研发
本系统需整合包括电信厂商、广电研究机构和系统运营商三方面的资源，目的是充分发挥各合作方的长处，研讨解决广电网络开展远程教学业务的一系列问题，包括业务模式、运营模式、相关技术、设备和网络构建问题，充分利用现有的成熟技术手段和网络资源，全面整合各项资源，使其成为一个有机的整体，提供远程教学系统的综合平台，建立广电网络远程教学系统建设的一整套技术解决方案和相关产品，为广电网络远程教学系统建设提供参考。本系统是开发一套远程教学综合平台，全面融合各种技术模式和网络模式，为广电网络远程教学系统建设提供一个标准的整合管理平台，全面满足远程教学对于教学、管理、运营的各项需求，使各种网络、设备能够方便地融入其中，并作为有机部分发挥作用，而不仅仅是设备自身的作用。
三 远程教育网络的主要用途
利用远程教育网络，可以开展下列服务：
教师实时授课视频、音频广播。召开大型单向视频会议。内部教师培训；用于教师进修，提高教师的自身素质和教学水平。向全网络接收站提供IP数据推送服务，广播海量的教学课件至校园网服务器，将远程交互转变为校园网内的本地交互。将中心站搜集、分类、整理后的其他网络教学网站、网页等资源定时、定期广播推送至学校接收站的校园网服务器，提供给学校局域网内浏览。中心站可以提供报刊杂志、广告新闻、通告通知等多媒体数据的广播推送服务；政策、信息传达等。通过PSTN拨号等方式接入中心站，组成闭合广域网，提供多媒体教学课件的点播下载和宽带Internet接入服务(扩展功能)。
四 系统设计概述
1. 系统主要功能模块
一般地说，一套远程教育系统主要应当有以下几部分组成(如图2所示)。
图2
从图2可以看出，各中心站一般由教育资源管理系统、课件制作系统、课件播出系统、虚拟教室系统、直播教学系统、教师答疑系统、考试系统、网管系统和数据广播平台等部分组成。远端教学点接收站则主要由数据广播平台的接收端、课件接收软件、虚拟教室系统、实时答疑系统、考试系统、直播教学系统的接收端和校园网教育资源管理系统组成。目前所提供的系统主要包括各学校中心站的课件播出系统、虚拟教室系统、直播教学系统、网管系统和数据广播平台以及远端学校接收站的数据广播平台的接收端、课件接收软件、虚拟教室系统和直播教学系统的接收端等。
宽带多媒体远程教育系统，是面向远程教育，基于IP协议之上的多媒体信息广播系统的全面解决方案，可以提供Multicast & Unicast UDP/IP广播、文件发送等功能，支持MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4标准的数字视频/音频业务。系统采用模块化结构，使系统具有灵活的扩展性。
2. 系统结构
系统主要分为三个部分：即中心站部分、远端教学点接收站和单个用户部分。其中中心站作为信息中心，负责教育资源的采集、教育资料制作和教学节目的播出，全网接收小站的监控等。远端教学点主要是对学生进行集中教学上课的场所。并可以实现与中心站的信息交互。单个用户只能通过计算机、电视机接收课件文件和视频节目。
3. 主要设备简介
a. 中心站部分
数据广播平台主要包括流控网关、网管工作站和各个功能模块(如图3所示)。
图3
(1)IP数据网关：流控网关将多个待发送数据媒体流Media Stream(文件数据、IP数据包、视频节目等)，按照管道Pipe的优先级高低，将管道中的媒体流数据进行统计复用后，写入虚拟数据接口，经由同步数据接口传输到调制器，然后由调制器发送到HFC进行单向广播发送。流控网关起到流量控制和流量统计、传输协议和传输介质的转换等作用。流控网关增加自动切换开关后，即可实现热备份。
(2)网管系统：所有与网络相关的管理都是在网管工作站上完成的。具体包括：各路媒体流的数据率、优先级、发送时间；各个远端小站的频道(Channel)授权等管理工作；等等，都由网管工作站来完成。
(3)文件发送服务器。
(4)实况教学系统：MPEG-1编码器。采集视频、音频，转换成MEPG-1格式的多媒体数据流，输出到流控网关。实况教学系统可提供相当于VCD质量的视音频节目，每路MPEG-1直播节目占用约1.5Mb/s的信息传输速率。
(5)教学管理系统：注册认证；教师、学生学籍档案管理；数据统计分析、挖掘、信息查询；教师评价管理、学生学习评价管理；考试管理；课程管理等。
(6)卫星接收系统(如图4所示)：
图4
主要包括接收天线、高频头(LNB)和卫星路由器。接收天线：用来接收卫星上的下行信号。高频头(LNB)：(Ku-L Band下变频)将卫星的下行信号转换为L波段(950MHz-2.25GHz)信号。卫星路由器：(L Band下变频，Demodulate，Demultiplex)接收L波段信号，将其解调，解复用并经过一系列处理后成为标准的IP流，发送到中心站的局域网上，再由中心站发送上星，向全国广播。
b. 远端教学点
远端教学点主要设备如图5所示，包括：
图5
(1)接收模块：接收路由器，接收L波段信号，将其解调，解复用并经过一系列处理后成为标准的IP流，发送到教学点的局域网，向全网广播。接收服务器：把接收路由器接收下来的信号写入硬盘，实现对各种教学资源的备份。
(2)课件接收系统：将接收下来的海量课件，自动解压缩并存贮到相应的数据库，并支持对海量课件的多种条件查询。
(3)直播教学系统：对中心站正在进行的教师授课进行实时转播。
(4)教学管理系统：对远端教学点的学籍、课程、考试成绩等进行管理。
c. 单个用户
主要包括Cable接收卡、电视机和接收计算机及相应的接收软件(如图6所示)。
图6
(1)数据接收卡：PCVSAT数据接收卡由带频率合成的调谐变频器、采用VLSI/ASIC技术的集成QAM解调器、集成FEC控制器、解复用器和标准网络总线接口组成。工作原理为：由Cable下来的0~750MHz的信号，经频率合成的调谐器变频至模拟正交基带信号，送给采用基带滤波技术的QAM解调器，解调出来的基带信号经 FEC纠错后，送至解复用器。解复用器滤除无权接收的数据，取出授权接收的数据通过一个标准的网卡接口送到计算机总线由上层应用程序存取。
(2)接收小站：标准PC机，可由用户自备。接收小站功能可分为：接收教学课件，将课件存于本机或校园网服务器上，在本地校园网内实现交互式操作；接收MPEG-1教学节目(可选)，可选择在本机播放或在校园网上转播，由其它工作站播放。选择在校园网上转播时，可由多台工作站同时播放，互不影响。播放时可以选择在计算机上播放或是将图像转到投影仪或大屏幕电视机；接收MPEG-4教学节目(可选)，可选择在本机播放或在校园网上转播，由其它工作站播放。选择在校园网上转播时，可由多台工作站同时播放，互不影响。播放时可以选择在计算机上播放或是将图像转到投影仪上。 (全文完）
摘自 《世界宽带网络》
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