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投屏技术及其教学应用
2019-02-25 10:29  

应用场景

场景一:

大约是上学期期末,有一位年长的英语老师找到我。她平时经常关注微信里分享的有关英语写作的新闻,这些文章里既有文字内容,又有配音、视频,是很好的教学素材。她想把这些内容拿到教室去播放给学生看。可惜教室的电脑不能上外网,只能连接学校的内网,于是她向我求助该怎么办。

场景二:

现在的年轻人,在家基本不看数字电视,都在用一个叫做“盒子”的东东,如小米盒子、天猫盒子、乐视盒子等。今年上半年,某网络剧很火,很多人都在追剧,甚至有人不惜花钱购买了会员,只是为了早点一饱眼福。可惜的是,“盒子”里的电视剧更新速度没有手机、iPad里的快,在手机的小屏幕上观看的效果肯定比不上在家里的大电视上看,怎么办呢?

场景三:

我市正在大力推动智慧教育,教育局还特地定制开发了一款教育APP。因此,学校请了技术公司的工程师为全校教师培训如何安装和使用这款APP。培训开始没多久,老师们都盯着大屏幕议论纷纷,表情惊叹。原来大屏幕上显示的不是电脑画面,而是工程师手里的手机操作画面。只见这位工程师在手机上操作什么,大屏幕上就显示什么。也正因为如此,本次培训很成功,老师们也很快掌握了APP的使用方法。那么,这位工程师是如何做到的呢?

可能有很多读者已经想到了,上面三个场景都可以用同一种方法来解决——投屏技术。那么,什么是投屏技术呢?它的原理是什么?能为我们的教学带来哪些帮助呢?接下来,我们一起来讨论这些话题。

何为投屏技术

投屏又称为同屏、屏幕共享、多屏互动。具体来说,是通过某种技术方法将移动设备A(如手机、平板)的画面“实时地”显示在另一个设备B(如手机、平板、电脑、电视机)上,输出的内容包括相册、视频、音频等各类多媒体信息,也包括在设备A上的实时操作画面。同理,设备B的内容也可以显示在设备A上。

根据连接方式的不同,投屏技术可以分为硬件连接投屏和无线连接投屏。硬件连接投屏是指利用数据线(常见的有VGA接口和HDMI接口连接线)将移动设备的画面投屏在电脑上,这种方式无需网络支持,且一般不用安装软件。这种方案,要求发送设备和接收设备都有相同的接口,但是,大多数智能设备不支持此类接口,连MINI HDMI接口都很少见,使用时还需要搭配接口转换器,不是很方便。无线连接投屏是指移动设备利用无线网络技术,通过内置的“投屏模块”将本地画面发送到另一个设备上(如图1)。无线连接投屏技术需要网络支持,且需要安装特定的软件。目前,支持无线显示技术且较为成熟的方案有4个:苹果阵营的Airplay、Wi-Fi联盟阵营的Miracast、Intel WiDi以及其他公司联盟的DLNA。

投屏技术的原理

实现投屏技术的关键因素有两个,即接口权限和传输协议,这两项都能依托投屏软件实现。接口权限主要是指对移动设备进行截屏和录音的接口权限,传输协议是指将截屏和录音的数据通过有线或无线的方式传输到另一个设备上,投屏技术的系统结构如图2所示。其实,可以这样理解,投屏软件中具有相应的“同屏模块”,移动设备通过“同屏模块”将屏幕内容的信号编码为数据流,另一台设备上的同屏器接收到信号后,将其编码成音视频信号输出。同屏器的作用是将移动设备的画面一帧一帧地“复制”到另一个设备上,屏幕内容以镜像的形式显示在其他设备中。打个比方,我们可以把投屏技术看作是一位勤劳能干的摄影师。现在A地正在举行一场精彩的文艺演出,摄影师就用摄像机把文艺演出拍下来,拿到B地去播放展出。起初,摄影师比较辛苦,在A地拍完一张,然后跑到B地去播放,时间间隔比较长。后来,摄影师的拍摄技术越来越高超,跑步速度也越来越快了,B地的人也有福了,可以几乎无延迟地观看这场演出,这就达到了现场直播的效果。

接下来,我们介绍几种支持无线投屏的主流技术和协议。

1.AirPlay

AirPlay是苹果开发的一种无线技术,它不仅支持无线传输多媒体数据,还支持镜像传输。AirPlay可以通过无线网络将iPhone、iPad、iPodtouch等iOS设备上的图片、音频、视频信号传输到另一台支持AirPlay的设备上。售价99美元的Apple TV就具备这样的功能,当前一些主流的家庭影音设备也已经开始支持AirPlay功能了。另外,AirPlay的最大优势就是能够实现AirPlay镜像,可以将iPhone或者iPad上的画面无线传输到其他设备上,而不仅限于图片和视频。有的游戏玩家就是用这个功能来玩游戏,把手里的iPhone或者iPad当作方向盘使用,显得非常酷。

具体实现方法是:发送设备先搜索并连接无线同屏器发射的Wi-Fi热点,连接成功后,在发送设备上沿屏幕由下往上推,打开AirPlay控制中心,就会看到AirPlay功能按钮,点击Airplay按钮,选择接收设备,再选择“镜像”,就可以实现投屏了。

当然,AirPlay镜像还可以实现双屏游戏,让你的游戏有更多的交互。例如,电视里显示的是游戏画面,而iPad上显示的是比赛的路线图。

目前,苹果的AirPlay只适用于认证过的苹果设备,主要是苹果自己的设备,包括iPad、iPhone、Apple TV等,此外还有一些苹果授权的合作伙伴的设备,如向Pioneer和Sony提供技术授权的音响。

2.DLNA

DLNA的全稱是Digital Living Network Alliance,由索尼、英特尔、微软等发起成立,旨在解决包括个人PC、消费电器、移动设备在内的无线网络和有线网络的互联互通,使数字媒体和内容服务的无限制共享和增长成为可能,其宗旨是“随时随地享受音乐、照片和视频”,目前成员公司已达280多家。

DLNA与苹果的AirPlay功能类似,协议也大体相同,都可以将用户手机中的媒体内容投放到电视屏幕上。不同的是手机上的DLNA并没有类似Apple TV的AirPlay镜像功能,也没有Apple TV所支持的双屏游戏体验。目前,DLNA更多的是将手机的照片和视频投送到大屏幕上。DLNA是基于文件的,媒体文件可能有各种各样的编码格式,播放器这端必须能够处理多种编码格式。通常,为了有比较好的播放体验,DLNA会先缓存一小段时间。

另外,在线视频也可以用DLNA模式推送到客厅电视上显示,安卓系统部分播放器就具备DLNA功能,目前支持无线推送的视频客户端有爱奇艺视频、腾讯视频、搜狐视频、PPTV视频等。

3.WIDI

WIDI的全称为Wireless Display(无线高清技术),它通过Wi-Fi信号来实现电脑和显示设备的无线连接。在英特尔发布Capella移动平台之后,WIDI技术就已经能够运用在相关产品之中。WIDI的实现原理是笔记本首先通过无线网卡发出无线信号,然后电视端会有一个无线接收装置来接收信号,无线接收装置再通过HDMI或者AV线缆把信号传输到显示设备上。

WIDI需要电脑内置Windows 7操作系统。对于笔记本用户来说,只需搭载英特尔Centrino Advanced-N 6200/6300/1000的无线网卡就能够通过无线接收适配器和显示设备进行无线连接。目前,联想有K800和K900两款采用了Intel CPU的手机支持WIDI无线显示。

4.Miracast

Miracast是由Wi-Fi联盟于2012年制定的,以Wi-Fi直连为基础的无线显示标准。在无线显示标准一片混乱之时,Wi-Fi联盟搬出了Miracast,想要统一无线显示的行业标准,这一行为得到了英特尔WIDI、三星Allshare、NVIDIA芯片等技术的响应。支持此标准的设备可通过无线方式分享视频画面,如手机可通过Miracast将影片或照片直接在电视或其他装置播放而无需受到连接线缆长度的影响。

Miracast的技术核心是Wi-Fi Direct标准。无需使用路由器,该标准使设备之间能实现端到端连接,实时传输源端(Source)的输出。源端屏幕任何的操作都会被传输到接收端。如果源端是播放媒体文件,则负责先对媒体文件解码,然后再编码成H.264的格式,接收端只需要做H.264的解码就可以了。与DLNA不同的是,Miracast也有类似于AirPlay的镜像功能,可以将手机中屏幕内容直接投放到高清电视屏幕上,这样你也可以通过电视屏幕来玩游戏了。Android4.2以后版本系统标配此功能(在设置或显示菜单中可以找到,应用名称诸如Wlan Display、Wi-Fi Display、Miracast、Allshare Cast、Mirroring Screen、无线显示等,只是各手机厂家命名不同而已)。手机屏幕通过无线显示接收器可以将画面无线传输到其他较大屏幕上,如客厅电视、会议室投影仪等。从使用效果、普及适用性、实时性等角度来看,Miracast是大多数用户的首选。

投屏技术在教学中的应用

正因为投屏技术有实时传输屏幕镜像、传输音视频数据等功能,不少教育工作者已经将其应用于课堂教学和培训中了。首先,他们会在教室或者会场搭建投屏技术所需的无线网络环境,当成功连接后,将移动设备与教室或者会场的多媒体系统融合起来,构成一套新型的移动授课平台,移动设备的屏幕就可以发挥各种功能了。教师脱离了讲台的约束,可以自由走动。

1.作为扩展屏幕

扩展屏幕是投屏技术最基础的功能,它可以让讲授者不局限于教室多媒体系统的演示画面,还可以增加移动、平板,甚至另一台电脑作为扩展屏幕,丰富演示的来源和形式。例如,教师需要演示移动设备里的文档、照片、视频等内容,就不再需要物理拷贝了,通过投屏技术就可以直接展示。

2.作为电子白板

现有的教室多媒体系统,如投影仪、LED显示屏、液晶电视,大多不支持触屏操作,而手机、平板等设备的屏幕是高清多点触控屏,通过投屏技术,可以将移动设备设置成为功能强大的手持电子白板。教师在移动设备上自由书写、绘画,就类似于将大屏幕当作电子白板了,而且这块“电子白板”还可以自由携带,如希沃授课助手就支持电子白板的功能。

3.作为视频展台

现在,很多教室的多媒体教学系统都支持视频展台的功能,尤其是在实验课上,视频展台在教学中的应用非常丰富,能给学生带来更为直观生动的感受。但是,现有的视频展台存在设备昂贵、操作复杂、使用受连接线限制等问题,教师只能在讲台上展示,无法顾及每一位学生。智能手机的使用则方便得多,依托投屏技术,智能手机摄像头可以融入教室多媒体系统,成为可移动的视频展台。这种方式还可以节约经费投入,降低维护难度。

目前,智能手机的摄像头像素普遍达到千万以上,清晰度比较高,而且,在相关手机APP支持下,还可以实现3D、全景、补光、特效、转换摄像头等优化拍摄功能。利用投屏技术,将手机拍摄的画面实时同步显示在教室大屏幕上,可以用于案例分析、作品展示,有助于教师当场分析,进行针对性讲解,还能实现局部放大、保存图片和视频的功能,提高教学效率。

4.作为无线遥控

投屏技术除了能够传输音视频数据、实时画面外,还能传输鼠标和键盘信号,把智能设备当作一根无线教鞭,能够远程控制教室的电脑和大屏幕,如希沃授课助手中就有远程播放电脑上的PPT、鼠标控制左键和右键的功能。借助无线网络和投屏技术,教师只需在手机上做相应的设置,就可以任意控制电脑。这样一来,智能手机既是一个无线鼠标,又是一个翻页器,一举多得。

普及投屏技术教学的问题及对策

虽然投屏技术这么神奇好用,但我们发现其大多出现在培训或者娱乐的场合,真正走进课堂教学的还不多,只有少数“贪玩”的教师才会尝试着使用。究其原因,可能有以下三个方面。

1.思想理念问题

思想决定行动。如果思想上没有跟上,就无法用正确的心态来面对这些新技术、新理念了,投屏技术亦是如此。不少领导者对现代教育技术持有不赞同的态度,认为这些都是“哗众取宠”的东西,应该划清界限。因为不了解,导致不放心,才会不去做。当然,也包括部分教师在内,对待新技术也是视而不见。这也成为投屏等新技术走进课堂的第一道屏障。

2.软件技术问题

投屏技术的原理并不复杂,相关的协议、途径也有很多,但真正好用的软件还不多。苹果用户还好一些,自带的AirPlay比较简便,既能投画面,也能投声音,但是苹果设备毕竟价格相对昂贵一些。安卓设备就比较麻烦了,尤其是安卓5.0以下的设备,由于系统没有放开截取屏幕的系统权限,用户必须获得ROOT权限后才能画面投屏。而从安卓5.0开始,谷歌向开发者提供了截图的相应接口,才不需要ROOT。另外,大多数安卓投屏软件不支持投声音数据,这也是安卓投屏效果不理想的主要原因之一。

3.网络环境问题

毕竟用硬件连接的方式有诸多不便,无线连接投屏还是教师的首选。但是,现在大多数教室并没有无线网络覆盖,甚至连有线网也不一定实现“班班通”。基于上述情况,我们建议有条件的学校重新改造学校网络,在每间教室安装无线AP,并使用实名认证方式登录使用。如果教室的多媒体设备是“电脑+投影仪或电脑+电视机”,可以在电脑上安装相应的无线投屏软件,如苹果录屏大师、AirPlay。如果是一体机,除了安装上述软件外,也可以使用一體机自带的投屏软件,如希沃授课助手或者其他投屏软件(如AirLink)。这样一来,无论教师走到哪间教室上课,都可以轻松地将手机与电视、电脑、一体机连接,实现投屏。

领导和教师的理念问题,不是一朝一夕能够改变的,但很多有识之士已经品尝到了利用现代教育技术促进教育教学成功的果实。很多草根教师,也因为敢于尝试、勇于实践,成了网红教师。我们有理由相信,很快会有更多的教育工作者加入到研究新技术、实践新技术的队伍中来。

 

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