IPTV在高校中的應用研究

丁 靜，姚文亮

(沈陽工程學院 現(xiàn)代教育技術中心，遼寧 沈陽110136)

隨著高校校園網絡的不斷發(fā)展，網絡硬件設備性能的不斷提高，實現(xiàn)校園百兆局域網的架設已經變得輕而易舉。同時隨著近年來三網融合帶來的新產物IPTV的誕生，也使得計算機網絡技術與數(shù)字電視、通信技術進行了緊密地融合。在硬件設施和網絡環(huán)境雙向滿足的前提下，高校建設校園IPTV的技術已經日漸成熟，特別是在高校學生工作日漸深入的情況下，利用IPTV不僅可以為學生提供更多的信息，為教師提供混合的教學手段，同時也可以通過監(jiān)測學生的網絡行為，掌握學生的網絡動態(tài)，更好地為學生的學習和生活提供優(yōu)質的服務。

1 校園IPTV

校園IPTV是IPTV技術結合校園網共同呈現(xiàn)的具有高校信息化建設特征的，集互聯(lián)網、多媒體教學、通訊、多媒體控制等多種技術于一體的，為師生提供教學、會議、學術報告等多種交互式數(shù)字媒體服務的平臺［1］。校園IPTV內容包含電視節(jié)目直播、錄播；教學音視頻；社團活動直播、錄播；大型知識講座的直播、錄播；校園網游戲聯(lián)盟、學生原創(chuàng)視頻等。

2 校園IPTV系統(tǒng)框架

校園IPTV系統(tǒng)架構應由3個部分構成：

1)服務端軟件，指在管理服務器端實現(xiàn)流媒體的功能軟件，具有管理業(yè)務，控制操作響應時間，提供付費保證服務質量，保護用戶信息安全等功能。

2)多媒體節(jié)目傳送，實現(xiàn)了網絡流媒體的傳送。目前學校園區(qū)多數(shù)實現(xiàn)樓與樓之間光纖入戶，樓宇內雙絞線傳輸速率也可達百兆，同時校園內音視頻傳播通常使用校園網絡傳輸，因此傳輸過程中，通常校園網網絡對傳輸音視頻效果影響較小。

3)客戶端，具有音視頻的播放，消息的接收等功能，能夠完成接收、播放、上網、互動及轉發(fā)IP音視頻，播放音視頻課件，收看視頻直播會議等項目。

其基本結構如圖1所示。

圖1 校園IPTV系統(tǒng)結構

3 校園IPTV關鍵技術

校園IPTV涉及的關鍵技術有音視頻編解碼技術、流媒體技術、流媒體傳輸技術等。

3.1 音視頻壓縮編碼技術

音視頻壓縮編碼技術是IPTV的關鍵技術之一，在IPTV的多媒體通信中占據(jù)著非常重要的地位。音視頻多媒體信息傳輸?shù)男畔⒘糠浅＞薮?，為了能完成傳輸過程，需要通過特定的音視頻編碼規(guī)則將多媒體文件和資料編碼成為適用于網絡傳輸?shù)牧髅襟w文件，當流媒體被用戶客戶端接收后，用戶客戶端播放器將編碼過的流媒體數(shù)據(jù)還原成原始的音視頻數(shù)據(jù)資料，即音視頻解碼技術［2］。音視頻壓縮主要編碼技術有3種：MPEG-4、H.264、AVS。MPEG-4 和 H.264 具有較高的圖像效果，但是有算法復雜度高、費用高的缺點。相比前兩種技術，AVS具有效率高，算法復雜度低等優(yōu)點，同時由于它是我國自主知識產權的編碼技術，因此費用很低廉，但是其圖像效果較差。

3.2 流媒體技術

流媒體技術就是把連續(xù)的影像和聲音信息經過壓縮處理后放上網站服務器，讓用戶一邊下載一邊觀看、收聽，而不要等整個壓縮文件下載到自己的計算機上才可以觀看的網絡傳輸技術。該技術先在使用者端的計算機上創(chuàng)建一個緩沖區(qū)，在播放前預先下一段數(shù)據(jù)作為緩沖，在網路實際連線速度小于播放所耗的速度時，播放程序就會取用一小段緩沖區(qū)內的數(shù)據(jù)，這樣可以避免播放的中斷，也使得播放品質得以保證［3］。MPEG、AVI、DVI、SWF、FLV 等都是適用于流媒體技術的媒體格式。校園 IPTV中的課程視頻點播、學術報告、社團活動、大型會議直播等方式也都是流媒體技術應用的產物。

3.3 流媒體傳輸技術

在傳輸過程中，HTTP和 FTP是Internet常用的兩種傳輸協(xié)議，但它們并不適合實時傳輸。目前適合媒體數(shù)據(jù)流的傳輸并保證傳輸?shù)腝os協(xié)議有3種：實時流協(xié)議 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)、實時傳輸協(xié)議 RTP(Real-Time Transport Protocol)和實時控制協(xié)議 RTCP(Real-Time ControlProtocol)［4］，每個協(xié)議應用于不同的場合。利用組播技術可以很好的解決校園IPTV業(yè)務中的流媒體傳輸問題，能更合理、有效地利用高校現(xiàn)有的校園網絡資源，既能節(jié)省網絡帶寬及服務器資源，又能提高網絡傳輸?shù)男阅芘c效率。

除了上述關鍵技術外，還有網絡分發(fā)技術、組播實現(xiàn)技術、數(shù)字內容保護等，同時需要考慮數(shù)據(jù)內容的存儲情況、硬盤的性能、服務器操作系統(tǒng)的性能等。

4 校園IPTV分層結構

校園IPTV不同于普通家庭所使用的IPTV，它以多媒體教學、時事新聞報道、學校會議為主；而以電視節(jié)目、視頻更新為輔，突出的是學校教學、娛樂資源的學習性和實用性。校園 IPTV的分層結構要適度，層次不能太多也不能少，以沈陽工程學院為例，結合校園需求，將IPTV分為4個層次：業(yè)務層、內容層、網絡層、用戶層。校園IPTV分層結構如圖2所示。

圖2 校園IPTV分層結構

1)業(yè)務層。為校園IPTV提供業(yè)務管理和業(yè)務支撐，可對學校師生進行認證、計費和業(yè)務受理，包括業(yè)務管理、網管系統(tǒng)、數(shù)字版權管理等。

2)內容層。IPTV內容制作與管理，包括內容制作、內容管理、流媒體服務、電子節(jié)目指南等。

3)網絡層。包括 Internet、校園骨干網、網絡接入方式等。

4)用戶層。通過PC、手機、機頂盒等方式實現(xiàn)與校園IPTV的連接使用。

5 校園IPTV的應用

前多數(shù)學校都擁有自己的網絡電視臺、視頻會議室、多媒體錄制間、利用 IPTV分層框架，在每層中運用已選的關鍵技術來搭建校園IPTV。校園IPTV網絡拓撲如圖3所示。

圖3 校園IPTV網絡拓撲

其中服務器包括視頻格式轉換服務器、教學資源存儲器、視頻會議服務器。相關內容制作、視頻會議直播主要由學校網絡電視臺、現(xiàn)代教育技術中心等單位進行錄制和后期制作，利用網絡中心的存儲設備進行流媒體存儲，提供點播功能。可以采用SCSI硬盤視頻服務器或用SAS硬盤進行存儲，然后利用內容分發(fā)網絡技術CDN［5］通過骨干網絡分發(fā)到IP網絡用戶端。

6 IPTV在校園中的應用實例

沈陽工程學院自建設校園 IPTV后，經過不斷的實踐與摸索，使得校園IPTV在學生工作中起到了突出的作用。利用IPTV中豐富多彩的視頻滿足了學生學習和娛樂的需要，同時通過管理后臺數(shù)據(jù)庫，對視頻瀏覽進行了必要的統(tǒng)計分析，掌握學生瀏覽IPTV視頻的動態(tài)，并將統(tǒng)計信息反饋給學生管理部門，達到了監(jiān)控和管理的作用。

6.1 提供校園電視節(jié)目轉播、影視劇錄播

校園IPTV為學生提供了豐富的電視節(jié)目。由于學生宿舍區(qū)沒有接入有線電視，學生看電視節(jié)目及一些影視劇必須通過互聯(lián)網的轉播或下載平臺，這將占用大量的出口帶寬，即給網絡帶來擁塞又花費大量的流量，為此有些學生不得不放棄一些重要的新聞及活動資訊。利用IPTV電視節(jié)目轉播為學生提供更方便的獲知渠道。通過監(jiān)控播放列表，發(fā)現(xiàn) IPTV對大型節(jié)目的轉播，在學生管理上起到了重要的作用。這使得學生業(yè)余生活集中在校園內部，杜絕了逃課去校園周邊網吧的不良行為。這些校園IPTV內容包括奧運會開幕式、球賽、政治會議等。

6.2 提供資源課程視頻

高校大學生思維方式具有獨立化、個性化的特點，其學習狀態(tài)也隨著思維方式的改變而改變。因此只有掌握當今大學生目前想學習的內容、學習狀態(tài)、學習規(guī)律、行為方式，才能正確地對其進行引導以及提供更豐富的學習內容。學院重點專業(yè)的資源課程在IPTV下開設，使得學生可以挑選和定制自己喜歡的課程，有利于多學科的學習和融合。

6.3 提供學院重要新聞會議、知識講座、社團活動等

將學院重要新聞會議、知識講座、社團活動利用IPTV技術提供給學生，配合學生的管理工作，規(guī)定學生在特定時間、不限地點集體參與和學習，促使學生充分利用課余時間，關注重要的政治活動，豐富了業(yè)余生活。這些都使得學生管理工作在利用IPTV平臺后變得游刃有余、等心應手。

6.4 網絡行為監(jiān)控

通過網絡行為的統(tǒng)計與監(jiān)控，將行為統(tǒng)計反饋給學生管理部門，有利于掌握學生一段時間內的網絡行為，以此對學生進行教育與督導。

IPTV網絡行為其中采集到的內容有：

①用戶IP，即學生登陸使用的IP地址；

②影片名，即學生觀看內容名；

③開始時間，即學生登陸IPTV平臺開始時間，以小時為記錄單位；

④停止時間，學生退出IPTV平臺時間，以小時為記錄單位；

⑤播放時長，觀看此次內容的時間長度，以分鐘為記錄單位。

表1是沈陽工程學院IPTV提供的2014年3月的網絡行為監(jiān)控表。

以IP地址172.20.82.201為例，此學生位置在8舍2樓，屬于自控系女生宿舍。在2014年4月1日早6時到8時之間，登錄IPTV平臺觀看了影片《前任攻略》，在線時長為104 min。將此信息反饋到自控系學生工作處，由教師對信息進行篩選與記錄，備入學生行為檔案。通過半學期或1學期的統(tǒng)計，基本上掌握該學生的IPTV行為軌跡，從而決定是否對其行為進行引導糾正。

表1 網絡行為監(jiān)控

沈陽工程學院自2008年建設校園 IPTV以來，在學生管理工作中取得的成果顯著，特別是在對學生集體進行活動的把握上，學生工作人員能夠高效地、充分地利用IPTV掌握學生動態(tài)，營造學習氛圍，減少了不良上網行為，特別是很大程度上緩解了下載影視劇而導致的出口帶寬緊張的壓力。隨著IPTV技術的發(fā)展，應進一步提高高校IPTV的應用范圍，例如在網絡游戲泛濫的趨勢下，如何營造健康的校園網絡游戲氛圍，是值得探索和思考的問題。

7 將IPTV應用于高校的意義

隨著IPTV技術在高校中的應用，IPTV已經成為教育、文化的有效載體之一，豐富了現(xiàn)代教育的內涵，延伸了現(xiàn)代教育的手段，是打造學習型社會的一種創(chuàng)新模式。結合學生的行為預測和管理，IPTV技術在學生管理工作中的應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1)豐富了教學渠道。IPTV有利于對教學資源的整合，特別是擺脫了地域和時間的限制。如 IPTV具有遠程教學和基礎教學手段，可滿足不同地區(qū)、不同年齡、不同層次的學習者的認知要求，同時以圖、文、聲等多重方式吸引學習者的注意力，提高學習興趣，使學習者更容易掌握所學的知識，激發(fā)學習的積極性。

2)加強了師生交互［6］。IPTV的互動性是最大的亮點。在教學過程中使學習者之間進行相互交流，有效提高學習者的學習能力和適應社會的能力，促進學習者的全面發(fā)展。除了互聯(lián)網技術外，IPTV技術將會提高現(xiàn)代教育的互動能力，不僅為現(xiàn)代教育提供了傳輸信息和促進知識教育的技術環(huán)境，而且使學習主體在主動構建知識結構的同時，更自然地提高了人的素質智能，創(chuàng)造了更加適合學生的教育環(huán)境。

3)指導學生業(yè)余活動。目前學生的網絡在線時間多用來收看電影或參加網絡游戲，用于學習的時間極少。通過IPTV對學習資源及各種類型的視頻資源進行整合，使學習者可以更加便捷地根據(jù)個人需要有選擇地學習、娛樂，有了更大的思考空間和學習自由度，進而改變學習習慣。通過IPTV對電視節(jié)目轉播、學院大型活動直播、社團活動錄播等形式，對學生的業(yè)余活動進行引導，帶動學生參加更有意義的團體活動，改變學生的一些不良上網行為。

4)凸顯了個性化服務與選擇?，F(xiàn)有的教學模式一定程度上可以認為是靜態(tài)教學，尚未實現(xiàn)“因人施教和因材施教”。對學習者學習效果的評價手段單一，學習課程基本相同，和國外開放大學的個性化教學差異較大。通過IPTV可運用數(shù)據(jù)庫技術對每個學習者的個人資料和學習情況實現(xiàn)完整的記錄，結合互聯(lián)網的網上學習記錄，統(tǒng)計學生觀看內容的比例情況，分析多數(shù)學生目前的網絡行為，為個性化教學提供了確實有效的實現(xiàn)條件和途徑。

8 結語

通過校園IPTV提供豐富的寓教于樂的內容，促進學生管理工作的信息化與高效化，不僅為學生提供更豐富的教學內容，而且可以通過網絡行為監(jiān)控學生的整體行為，掌握學生整體行為動態(tài)，充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術手段在學生學習和生活中的作用。

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