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如何为高等教育建立远程学习基础设施

远程教育
(图片来源:NC State)

 谁:托尼·皮尔森(Tony Pearson)是NC State的DELTA团队的视频通信服务高级副总监

北卡罗来纳州立大学长期以来一直是远程学习领域的领导者-提供学生在家中,工作场所或任何地方都可以学习的课程。我们近40年来一直是远程学习的领导者:今天,我们为全球50,000多名学生提供服务,并且我们的一些在线课程在2010年被评为前10名 美国新闻与世界报道 (大学排名的领导者)和其他报告机构。

关于远程教育和学习技术应用(DELTA) 

三角洲在教务长办公室内的作用是促进学习技术在北卡州立大学校园和远距离学习计划中的集成和支持。我们为大学协调所有基于距离的学分计划和课程的资金和制作。我们通过扩大教职员工的范围,并在高效,有效和面向服务的环境中合作应用技术和教学法方面的专业知识,来促进高质量的教育。 

视频通讯服务 

视频通信服务始于1980年代的DELTA。使用物理介质,磁带,然后是CD,然后是直接运送给学生的DVD来捕获/记录课程。在此期间,还通过以下许多方法广播了课程和特殊节目:LPTV,微波,卫星,ISDN,MPEG2和H.323。 

在H.323之前,卫星和微波主要用于同步学习:远程学生与实际在校的学生同时观看课程讲座。他们可以通过双向视频(H.323)和/或电话桥与教授互动,从而给与课堂的互动带来真正的感觉。 

一旦互联网成为提供高质量资料的可靠来源,我们便开始将课程在线转移。好处是显而易见的:不仅得益于较低的分发成本,而且还具有即时性,交互性以及由于增强了协作应用程序和视频点播访问而提高了同步或异步使用课程的能力。使NC State与众不同的是,他们需要为远程教育课程的制作保持专业,高质量的广播标准方法。工作流程是使用实时制作过程创建的,其中包括每学期针对指定课程的实时传输和/或同步连接。 

所有这些都是在一开始通过创建最初称为Studio教室(现在称为媒体增强型教室)的方式来实现的。尽管这些教室是校园和远距离的传统学生使用的空间,但这些空间并不是您的标准教室。所有教室都是配备专业照明的完整制作工作室,制作切换台,角色生成器,台式或天花板麦克风,并在需要时最多配备六个摄像头。

远程教育

(图片来源:NC State)

运营效率 

随着我们的远程教育计划的增长,增加了更多的教室,并且对增加教室容量的需求也变得迫切。在此增长时期,我们开始看到每年的注册人数增长15%至20%,这表明需要改进和高效的工作流程。 

增长的结果是,所有支持媒体增强教室的指定控制室都减少了设备间,以提供教室内更多的座位。这需要从拥有专业技术人员或视频导演的控制室模式快速过渡。一旦确定了用于中央控制室(CCR)的空间,第一阶段便通过两个控制台实现,以远程支持,控制和监视三个媒体增强型教室。 

挑战之一是如何重新利用不再需要用于微波传输的现有光纤:由于CCR位于主园区的中心,因此必须对所有现有光纤线路进行重新布线,并增加额外的线路以将本垒打送回Ricks Hall Annex。 

视音频基础设施设计要求使用单模光纤来传输每根光纤束一个SDI视频源,每个教室总共四个源。这严重限制了我们可以传输回CCR的信号数量。包括摄像头和计算机源在内的媒体教室可以管理12到16个视频源。当前的光纤基础设施每个教室只能给我们提供四个视频通道。视音频设计解决方案是在每个教室中放置一个多画面查看器,并通过光纤向CCR发送四分割屏幕馈送。

该决定意味着技术人员只能看到数量有限的信号源,并且通过使用路由控制,他们可以切换和管理各种信号。因为多画面查看器到多画面查看器的设计提供了从每个教室传输的所有来源的捆绑供稿,所以创建了障碍,并且无法解散这些供稿以提供其他远程来源的真实可信度供稿。技术人员必须对路由具有真正的创造力,以便查看,监视和控制所有内容。

远程教育

(图片来源:NC State)

迁移到IP 

展望未来,我们确定需要一个开放的体系结构解决方案,以便为CCR中的下一代远程监视和控制提供灵活性和可伸缩性。我们还需要它是基于标准的,这样可以确保未来的发展,而又不会受到专有解决方案的束缚,而这会限制未来的发展。 

选择解决方案的过程耗时近四年。我们研究了目前正在或正在进入市场的各种产品。由于路由器和Multiviewer的老化,我们的重点是使用从信号采集到信号传递和监视的行业标准接口的开放式体系结构解决方案。当我们寻求从专用的SDI连接路由器转向全IP处理平台时,很明显,从SDI到全IP的解决方案将提供我们所需要的全部灵活性和可扩展性,以取代已达到使用寿命的系统。这也使我们能够继续使用我们的SDI旧设备作为该新体系结构的一部分。 

好消息是,我们的研究与SMPTE ST 2110标准的开发同时进行。当我们研究其他标准并审查了有关IP连接的替代建议时,我们的结论是SMPTE ST 2110标准代表了我们基础架构最稳定的未来。我们还必须对第一阶段可以实现的目标保持现实。我们不能跳到全ST 2110系统:我们必须维护投入了太多资金的SDI基础架构。因此,我们的解决方案是在CCR上构建一个新的全IP内核,从而为我们提供了将SDI部署到教室中IP设备的灵活性。 

另一个挑战是时间表。我们必须将这种整合方式纳入学术日程安排,因此,直到春季学期结束之前,我们都无法使用任何现有的基础设施。然后,我们不得不等到6月中旬才能完成安装。剩下的时间是7月,这是我们团队的学习时间,他们开始研究并弄清楚如何支持这些新技术,并为8月中旬秋季学期的开始做好准备。 

合伙

有了我们的标准清单,我们花费了数年时间评估所有可能的供应商。很明显,解决方案来自 想象通讯 在标准列表中得分较高。他们不仅准备与我们建立技术合作伙伴关系,在我们尝试做的所有事情中为我们提供支持,而且他们提供的产品确实使我们的要求切实可行。例如,Selenio网络处理器(SNP)是一个小盒子,其中包含四个单独的处理链。您可以设置使用软件进行操作所需的功能,但是我们主要用于在SDI数字视频和SMPTE ST 2110 IP连接之间进行转换。 

因此,我们不必放弃任何SDI设备,而我们集成了一个真正强大,灵活的IP内核。 Imagine还提供了EPIC多画面查看器,它与SNP集成得很好,并为我们提供了在需要时随时随地设置所需多画面显示的灵活性。 SNP还为我们提供了来自每个位置的32个独立信号,因此我们具有足够的容量,并且可以根据需要进行监视。这种能力使我们可以轻松地到达其他受媒体支持的区域以及同一建筑物内的其他教室。 

拥有额外的多视图显示对于冗余也非常有用:我们希望尽可能多地复制系统,以最大程度地减少停机时间。如果中期需要与社会保持距离,SNP多画面查看器控件使我们可以通过在指定的机房中部署支持人员来减少CCR中的人数。借助网络,任何位置的任何技术人员都可以控制源和目的地的任何组合。这项技术使我们可以取出大型SDI广播路由器,并用完全无阻塞的256 x 256 HD路由器代替它。 1RU企业级Cisco以太网交换机作为IP路由器结构的核心,使我们可以自由扩展并将任何事物连接到任何事物。 

通过与集成团队,AV集成商和Imagine的合作,该系统得以快速启动并运行,DELTA团队已准备好在我们的45天之内为课程提供支持。最初的设计和实现仍然需要我们对交付的会话进行编码并在教室内进行记录。实施四个月后,将核心的冗余Selenio网络处理器(SNP)配置为从IP到SDI,从而可以将我们的教室捕获编码器集中在核心。它还在核心上创建了额外的冗余,使我们能够切换到CCR中的备用编码器。所有这些都由Imagine的Magellan SDN Orchestrator进行简单控制。  

我们担心的是,所有源都必须同步。在IP网络中,最好使用定义为ST 2110标准一部分的PTP(精确时间协议)来实现。 ST 2110的功能之一是它可以分别处理视频和音频,而不是将声音嵌入图片中。因此,我们需要出色的系统时序来确保口形同步和清晰的切换。我们需要以最小的延迟来执行此操作,因为有时操作员需要在远程教室中控制设备。  

在安装期间,我们最大的担忧之一是超过10公里的光纤运行距离对于高带宽IP信号而言可能太远了。好消息:这不是问题。 

结论

我们为取得的成就感到自豪。当我们将访客带入我们的CCR时,他们所看到的一切给他们留下了深刻的印象。该系统旨在支持八个监测站,目前有七个正在运行。我们有25到30个编码器,可以从我们的任何工厂随时监控。这些都是实时流式播放,在课程结束时,也可以在15秒内按需提供。所有工作站都带有记号,并针对每个教室进行交谈,因此,如果出现问题,讲师只需按一下帮助按钮即可。然后,技术人员可以使用反向视频源出现在教室中,并进行交谈并快速解决任何问题。  

我最引以为豪的是,我们已经实现了对最终用户透明的系统。我们的老师随他们的教学一起进行,一切都在幕后进行。这就是我们使用想象通讯解决方案设计的系统的优点。现在,我们具有灵活性和可扩展性,可以继续使NC State和DELTA成为远程学习的领导者。