多媒体教室环境下无线投屏应用方案的实践与研究

贾亚刚　王彦　吴伟

一、无线投屏应用的概述

近些年，随着无线移动技术的普及和快速发展，人们对于传统台式计算机的应用正在逐步减少，取而代之的是更加便捷的智能移动设备，如手机、PAD、笔记本等。此类设备为了保证便于携带及使用，其硬件更加集成化和小型化，显示屏幕及音频模块相对较小，而缺少了分享性，视听觉效果不佳，不利于展示。由此，出现了以无线投屏技术或多屏互动技术为核心的应用方案，以解决上述困境。无线投屏技术是指通过无线网络连接，基于DLNA、Miracast、AirPlay等协议，使智能移动设备（如手机、PAD、笔记本等）与大屏显示设备（如电视、投影等）实现屏幕共享和操作的一项技术。随着无线投屏技术的不断完善和发展，近两年，其适用性、兼容性及功能性大大加强，目前已广泛应用于商业、教育等行业的展示活动。

二、无线投屏应用方案的研究

无线投屏技术的应用对于以展示及示范为主的传统教学来说，无疑其的作用及效果更加突出。它的应用解决了传统多媒体教室移动设备无法展示以及计算机视频信号输出端口不统一、连接烦琐等问题，不仅使老师的教学更加便捷和丰富，更加促进了学生的参与和教学模式的改革。基于上述，作为教育教学信息化发展前沿的高等院校，也逐步将此应用投入于其智慧教室建设中，作为其中一个重要环节，进行局部的试用和推广。目前其在高校的应用范围较为有限，缺乏大规模使用的案例。

无线投屏技术发展至今，其应用趋势越来越普及化和多样化。纵观目前市场，不同无线投屏应用的产品定位各不相同，主要区分为“消费级无线投屏产品”和“专业级无线投屏产品”这两大类，两类产品无论从价格、功能和性能上都存在较大的差别。针对于教育行业，此类应用主要是面对的用户是众多的教学人员和学生，因此，其应用方案都应当满足便捷、稳定、功能等的同时还需兼顾整体化、规模化的实施要求。经过市场和部分高校调研，用于教学的无线投屏应用的方案主要有三种：第一种是以无线投屏器为核心的应用方案，即智能移动设备通过无线投屏设备与大屏幕显示设备共享屏幕，此种方案普及化程度较高，市场应用较多，技术成熟度较高：第二种是采用集控方式的应用方案，即智能移动设备利用无线网络通过集控服务器与大屏显示设备图像输入端相连的计算机联系的共享屏幕方案，此种方案应用较少，具有整体化和规模化的特点，适合大规模的集中管控：第三种是以教育类APP为核心的应用方案。即通过综合性教育APP中的无线投屏功能来实现投屏，此类方式都采用的是基于云端的架构，因此，它的使用需要通过展示计算机在连接互联网的状态下才能来实现。三种方案各有各自特点，比较如无线投屏应用方案比较表所示：

三、无线投屏的方案的设计与实践

随着智慧化教育概念的逐步深化，北京联合大学近些年将无线投屏技术首先应用到了5间智慧教室的建设中，经过一段时间的使用，其带来的网络化教学的方便与支撑得到了使用人员的肯定。在总结经验的同时，在学校北四环校区2号楼37间多媒体教室实施了无线投屏应用的推广和功能实现。本次实践主要以使用广泛、成熟度较高的无线投屏器方案为核心，从网络改造、多媒体设施改造和无线投屏应用设计与实现三个方面使无线投屏应用与多媒体教室进行了融合。

（一）网络改造实践

无线投屏技术的应用都是以无线网络作为其两端设备（智能移动设备和大屏显示设备）的连接桥梁，因此其效果的呈现在很大程度上都需要网络作为支撑和保障。为此，我们网络改造的目标是使用者提供更便捷的网络接入方式的同时兼顾信号稳定性的保持，实现移动设备连接到校园统一的无线网络时（无须二次连接）即可准确搜索到所在教学区域无线投屏设备。实施区域原有无线网络设备均部署于教室外楼道位置，虽然信号可以覆盖整个教学区域，但无法保障教室内部各个角落的信号强度与均衡，随着大批量的无线设备的接入很容易造成信号的不稳定和网速延迟等显现，进而影响到无线投屏的使用效果。因此，本次网络改造主要对实施区域作出了三个方面的变化。

第一，无线AP部署改造。本次改造将无线AP部署于每间教室内部前后两端，并对其覆盖强度进行局部调整，使教室内部无线网络强度更加均衡化，同时，关闭原楼道位置的无线AP，尽可能保证在移动设备连接到其所在教室的无线AP。通过对信号覆盖、PHY物理端口速率等测试，均显示网络条件良好。如图1无线SSID信号覆盖热图所示，此图为实施区域二层校园无线SSID信号覆盖热图信号覆盖情况，图上蓝色线条为行走测试路径。

第二，對无线网络进行区域划分。由于无线投屏器的使用数量较大，对于使用者来说，设备列表将会很长，不利于很快找到所需使用的无线投屏设备，为此，本次网络改造根据教室物理分布情况将网络划分为两个区域，即实现在A区域连接到校园网络时只能搜索到此区域的无线投屏设备，同样，在B区域也如此。如图2安卓手机和苹果手机搜索无线投屏设备的截图所示。

第三，经前期无线投屏器方案的使用发现，其在5.0GHz无线网络频段中使用效果明显高于2.4GHz频段，但2.4GHz频段使用范围更为广泛，适用设备更多。为此，为保障无线投屏应用效果的同时，兼顾更多移动应用的普遍情况，本次无线网络同时开启了无线网络5.0GHz频段和2.4GHz频段，并将5.0GHz频段的无线网络隐藏，只供无线投屏设备连接使用，从而既保障了更多的移动设备可接入校园无线网络，又提高无线投屏的使用效果。

（二）与多媒体设施的融合

传统多媒体教室系统早已趋于稳定，且使用者对其操作较为熟悉，无线投屏功能应在不改变原有系统和使用习惯的同时融入其中，这也是我们此次无线投屏应用建设的目标之一。为此，我们进行了以下设计，首先是对多媒体中控面板的改造，将中控面板上的一个按键作为无线投屏信号源的选择键，其次是音视频信号的整合，通过音视频矩阵的程序策略实现音视频信号同时跟随选择发生变化，既当在中控面板中选择无线投屏设备作为信号源时，大屏显示无线投屏设备画面，音箱发出同源的声音，同样，其他信号源也如此。由于前期多媒体教室的建设一般多采用的是VGA端口作为图像输入输出端口，因此需要将图像信号与音频信号独立接入音视频矩阵，具体情况如图3系统连接图所示。