多媒體教室環(huán)境下無(wú)線投屏應(yīng)用方案的實(shí)踐與研究

賈亞剛　王彥　吳偉

一、無(wú)線投屏應(yīng)用的概述

近些年，隨著無(wú)線移動(dòng)技術(shù)的普及和快速發(fā)展，人們對(duì)于傳統(tǒng)臺(tái)式計(jì)算機(jī)的應(yīng)用正在逐步減少，取而代之的是更加便捷的智能移動(dòng)設(shè)備，如手機(jī)、PAD、筆記本等。此類設(shè)備為了保證便于攜帶及使用，其硬件更加集成化和小型化，顯示屏幕及音頻模塊相對(duì)較小，而缺少了分享性，視聽(tīng)覺(jué)效果不佳，不利于展示。由此，出現(xiàn)了以無(wú)線投屏技術(shù)或多屏互動(dòng)技術(shù)為核心的應(yīng)用方案，以解決上述困境。無(wú)線投屏技術(shù)是指通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接，基于DLNA、Miracast、AirPlay等協(xié)議，使智能移動(dòng)設(shè)備（如手機(jī)、PAD、筆記本等）與大屏顯示設(shè)備（如電視、投影等）實(shí)現(xiàn)屏幕共享和操作的一項(xiàng)技術(shù)。隨著無(wú)線投屏技術(shù)的不斷完善和發(fā)展，近兩年，其適用性、兼容性及功能性大大加強(qiáng)，目前已廣泛應(yīng)用于商業(yè)、教育等行業(yè)的展示活動(dòng)。

二、無(wú)線投屏應(yīng)用方案的研究

無(wú)線投屏技術(shù)的應(yīng)用對(duì)于以展示及示范為主的傳統(tǒng)教學(xué)來(lái)說(shuō)，無(wú)疑其的作用及效果更加突出。它的應(yīng)用解決了傳統(tǒng)多媒體教室移動(dòng)設(shè)備無(wú)法展示以及計(jì)算機(jī)視頻信號(hào)輸出端口不統(tǒng)一、連接煩瑣等問(wèn)題，不僅使老師的教學(xué)更加便捷和豐富，更加促進(jìn)了學(xué)生的參與和教學(xué)模式的改革?；谏鲜?，作為教育教學(xué)信息化發(fā)展前沿的高等院校，也逐步將此應(yīng)用投入于其智慧教室建設(shè)中，作為其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，進(jìn)行局部的試用和推廣。目前其在高校的應(yīng)用范圍較為有限，缺乏大規(guī)模使用的案例。

無(wú)線投屏技術(shù)發(fā)展至今，其應(yīng)用趨勢(shì)越來(lái)越普及化和多樣化?？v觀目前市場(chǎng)，不同無(wú)線投屏應(yīng)用的產(chǎn)品定位各不相同，主要區(qū)分為“消費(fèi)級(jí)無(wú)線投屏產(chǎn)品”和“專業(yè)級(jí)無(wú)線投屏產(chǎn)品”這兩大類，兩類產(chǎn)品無(wú)論從價(jià)格、功能和性能上都存在較大的差別。針對(duì)于教育行業(yè)，此類應(yīng)用主要是面對(duì)的用戶是眾多的教學(xué)人員和學(xué)生，因此，其應(yīng)用方案都應(yīng)當(dāng)滿足便捷、穩(wěn)定、功能等的同時(shí)還需兼顧整體化、規(guī)?；膶?shí)施要求。經(jīng)過(guò)市場(chǎng)和部分高校調(diào)研，用于教學(xué)的無(wú)線投屏應(yīng)用的方案主要有三種：第一種是以無(wú)線投屏器為核心的應(yīng)用方案，即智能移動(dòng)設(shè)備通過(guò)無(wú)線投屏設(shè)備與大屏幕顯示設(shè)備共享屏幕，此種方案普及化程度較高，市場(chǎng)應(yīng)用較多，技術(shù)成熟度較高：第二種是采用集控方式的應(yīng)用方案，即智能移動(dòng)設(shè)備利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通過(guò)集控服務(wù)器與大屏顯示設(shè)備圖像輸入端相連的計(jì)算機(jī)聯(lián)系的共享屏幕方案，此種方案應(yīng)用較少，具有整體化和規(guī)模化的特點(diǎn)，適合大規(guī)模的集中管控：第三種是以教育類APP為核心的應(yīng)用方案。即通過(guò)綜合性教育APP中的無(wú)線投屏功能來(lái)實(shí)現(xiàn)投屏，此類方式都采用的是基于云端的架構(gòu)，因此，它的使用需要通過(guò)展示計(jì)算機(jī)在連接互聯(lián)網(wǎng)的狀態(tài)下才能來(lái)實(shí)現(xiàn)。三種方案各有各自特點(diǎn)，比較如無(wú)線投屏應(yīng)用方案比較表所示：

三、無(wú)線投屏的方案的設(shè)計(jì)與實(shí)踐

隨著智慧化教育概念的逐步深化，北京聯(lián)合大學(xué)近些年將無(wú)線投屏技術(shù)首先應(yīng)用到了5間智慧教室的建設(shè)中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，其帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的方便與支撐得到了使用人員的肯定。在總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)，在學(xué)校北四環(huán)校區(qū)2號(hào)樓37間多媒體教室實(shí)施了無(wú)線投屏應(yīng)用的推廣和功能實(shí)現(xiàn)。本次實(shí)踐主要以使用廣泛、成熟度較高的無(wú)線投屏器方案為核心，從網(wǎng)絡(luò)改造、多媒體設(shè)施改造和無(wú)線投屏應(yīng)用設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)三個(gè)方面使無(wú)線投屏應(yīng)用與多媒體教室進(jìn)行了融合。

（一）網(wǎng)絡(luò)改造實(shí)踐

無(wú)線投屏技術(shù)的應(yīng)用都是以無(wú)線網(wǎng)絡(luò)作為其兩端設(shè)備（智能移動(dòng)設(shè)備和大屏顯示設(shè)備）的連接橋梁，因此其效果的呈現(xiàn)在很大程度上都需要網(wǎng)絡(luò)作為支撐和保障。為此，我們網(wǎng)絡(luò)改造的目標(biāo)是使用者提供更便捷的網(wǎng)絡(luò)接入方式的同時(shí)兼顧信號(hào)穩(wěn)定性的保持，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)設(shè)備連接到校園統(tǒng)一的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)時(shí)（無(wú)須二次連接）即可準(zhǔn)確搜索到所在教學(xué)區(qū)域無(wú)線投屏設(shè)備。實(shí)施區(qū)域原有無(wú)線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均部署于教室外樓道位置，雖然信號(hào)可以覆蓋整個(gè)教學(xué)區(qū)域，但無(wú)法保障教室內(nèi)部各個(gè)角落的信號(hào)強(qiáng)度與均衡，隨著大批量的無(wú)線設(shè)備的接入很容易造成信號(hào)的不穩(wěn)定和網(wǎng)速延遲等顯現(xiàn)，進(jìn)而影響到無(wú)線投屏的使用效果。因此，本次網(wǎng)絡(luò)改造主要對(duì)實(shí)施區(qū)域作出了三個(gè)方面的變化。

第一，無(wú)線AP部署改造。本次改造將無(wú)線AP部署于每間教室內(nèi)部前后兩端，并對(duì)其覆蓋強(qiáng)度進(jìn)行局部調(diào)整，使教室內(nèi)部無(wú)線網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)度更加均衡化，同時(shí)，關(guān)閉原樓道位置的無(wú)線AP，盡可能保證在移動(dòng)設(shè)備連接到其所在教室的無(wú)線AP。通過(guò)對(duì)信號(hào)覆蓋、PHY物理端口速率等測(cè)試，均顯示網(wǎng)絡(luò)條件良好。如圖1無(wú)線SSID信號(hào)覆蓋熱圖所示，此圖為實(shí)施區(qū)域二層校園無(wú)線SSID信號(hào)覆蓋熱圖信號(hào)覆蓋情況，圖上藍(lán)色線條為行走測(cè)試路徑。

第二，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行區(qū)域劃分。由于無(wú)線投屏器的使用數(shù)量較大，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，設(shè)備列表將會(huì)很長(zhǎng)，不利于很快找到所需使用的無(wú)線投屏設(shè)備，為此，本次網(wǎng)絡(luò)改造根據(jù)教室物理分布情況將網(wǎng)絡(luò)劃分為兩個(gè)區(qū)域，即實(shí)現(xiàn)在A區(qū)域連接到校園網(wǎng)絡(luò)時(shí)只能搜索到此區(qū)域的無(wú)線投屏設(shè)備，同樣，在B區(qū)域也如此。如圖2安卓手機(jī)和蘋果手機(jī)搜索無(wú)線投屏設(shè)備的截圖所示。

第三，經(jīng)前期無(wú)線投屏器方案的使用發(fā)現(xiàn)，其在5.0GHz無(wú)線網(wǎng)絡(luò)頻段中使用效果明顯高于2.4GHz頻段，但2.4GHz頻段使用范圍更為廣泛，適用設(shè)備更多。為此，為保障無(wú)線投屏應(yīng)用效果的同時(shí)，兼顧更多移動(dòng)應(yīng)用的普遍情況，本次無(wú)線網(wǎng)絡(luò)同時(shí)開(kāi)啟了無(wú)線網(wǎng)絡(luò)5.0GHz頻段和2.4GHz頻段，并將5.0GHz頻段的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)隱藏，只供無(wú)線投屏設(shè)備連接使用，從而既保障了更多的移動(dòng)設(shè)備可接入校園無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，又提高無(wú)線投屏的使用效果。

（二）與多媒體設(shè)施的融合

傳統(tǒng)多媒體教室系統(tǒng)早已趨于穩(wěn)定，且使用者對(duì)其操作較為熟悉，無(wú)線投屏功能應(yīng)在不改變?cè)邢到y(tǒng)和使用習(xí)慣的同時(shí)融入其中，這也是我們此次無(wú)線投屏應(yīng)用建設(shè)的目標(biāo)之一。為此，我們進(jìn)行了以下設(shè)計(jì)，首先是對(duì)多媒體中控面板的改造，將中控面板上的一個(gè)按鍵作為無(wú)線投屏信號(hào)源的選擇鍵，其次是音視頻信號(hào)的整合，通過(guò)音視頻矩陣的程序策略實(shí)現(xiàn)音視頻信號(hào)同時(shí)跟隨選擇發(fā)生變化，既當(dāng)在中控面板中選擇無(wú)線投屏設(shè)備作為信號(hào)源時(shí)，大屏顯示無(wú)線投屏設(shè)備畫(huà)面，音箱發(fā)出同源的聲音，同樣，其他信號(hào)源也如此。由于前期多媒體教室的建設(shè)一般多采用的是VGA端口作為圖像輸入輸出端口，因此需要將圖像信號(hào)與音頻信號(hào)獨(dú)立接入音視頻矩陣，具體情況如圖3系統(tǒng)連接圖所示。