區(qū)域智慧教育云視頻平臺建設(shè)的實(shí)踐探索
——以南京市江寧區(qū)為例

許海清

2021年12月，中央網(wǎng)絡(luò)安全和信息化委員會印發(fā)《“十四五”國家信息化規(guī)劃》，明確要求提升教育信息化基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)水平，構(gòu)建高質(zhì)量教育支撐體系。教育部重視教育云平臺的發(fā)展，不斷加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，積極推進(jìn)教育統(tǒng)籌部署和新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推動(dòng)各級各類教育平臺融合發(fā)展。［1］

教育云課堂是慕課的一種體現(xiàn)方式，是基于云計(jì)算技術(shù)的一種高效、便捷、實(shí)時(shí)互動(dòng)的遠(yuǎn)程教學(xué)課堂形式，主要為學(xué)習(xí)者提供海量、優(yōu)質(zhì)的課程資源。［2］教育直播平臺是現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育的一種應(yīng)用手段，包含遠(yuǎn)程研訓(xùn)平臺、全區(qū)錄播教室直播平臺等的大部分功能。［3］

目前，各大平臺的教育直播資源仍需要進(jìn)一步整合。例如公開課、名師課堂、教學(xué)研討等活動(dòng)，需要針對不同的教育活動(dòng)場景，獲取視頻流信號，并將這些活動(dòng)在互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行直播。優(yōu)質(zhì)的視頻直播體驗(yàn)?zāi)芪嘤脩?，有助于提高資源利用率，實(shí)現(xiàn)教育資源的共享化、公平化。［4］

江寧區(qū)在移動(dòng)學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)、促進(jìn)教育均衡發(fā)展等方面進(jìn)行探索和實(shí)踐，運(yùn)用視頻的點(diǎn)播與直播技術(shù)，搭建了教育云課堂和教育直播應(yīng)用平臺。

一、平臺設(shè)計(jì)

第一，推動(dòng)教育均衡化、公平化、優(yōu)質(zhì)化。教育的均衡化是教育現(xiàn)代化的核心理念。云視頻平臺的定位是開放、可擴(kuò)展、可持續(xù)提供信息化服務(wù)、可長期運(yùn)營的信息化平臺，面向全區(qū)所有的教育行政部門、學(xué)校，為龐大的教師、學(xué)生、家長等用戶群體。

第二，推動(dòng)教育服務(wù)高效、可擴(kuò)展、高安全性、低成本。通過平臺建設(shè)，教育服務(wù)應(yīng)當(dāng)更高效，服務(wù)更廣泛的用戶群體，為教育管理者提供網(wǎng)絡(luò)化辦公環(huán)境；為一線教師提供一個(gè)集教學(xué)交流、網(wǎng)絡(luò)授課、資源共享于一體的平臺；為廣大學(xué)生服務(wù)，使他們在網(wǎng)絡(luò)的支持下，以全新的學(xué)習(xí)模式與學(xué)習(xí)手段進(jìn)行學(xué)習(xí)；為家長服務(wù)，通過架設(shè)教育局、學(xué)校和家庭之間的溝通橋梁，實(shí)現(xiàn)家校共育的教育模式；為社會公眾服務(wù)，提供各類教育視頻信息與服務(wù)，滿足大眾終身學(xué)習(xí)的需要。

第三，打破用戶孤島、應(yīng)用孤島、信息孤島。江寧教育云視頻平臺（以下簡稱“云視頻平臺”）利用云計(jì)算技術(shù)和可擴(kuò)展的架構(gòu)方案，將用戶、應(yīng)用和數(shù)據(jù)進(jìn)行集中統(tǒng)一管理，提供了高性能、可維護(hù)的教育服務(wù)。同時(shí)，平臺能提供接口來整合已有的和第三方應(yīng)用服務(wù)，從而解決用戶孤島、應(yīng)用孤島、信息孤島問題，為教育信息化持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

二、平臺整體功能設(shè)計(jì)

（一）總體結(jié)構(gòu)

云視頻平臺依托江寧教育云體系進(jìn)行開發(fā)，是一個(gè)綜合型視頻服務(wù)平臺。云視頻平臺集視頻點(diǎn)播、直播、第三方應(yīng)用服務(wù)接口以及豐富的視頻應(yīng)用功能于一身，除提供PC端的視頻體驗(yàn)外，還有移動(dòng)終端供用戶使用。

1.總體框架體系結(jié)構(gòu)

云視頻平臺的業(yè)務(wù)主要包括江寧教育在線、江寧教育直播、視頻云媒體開放平臺、微課堂、分布式共享、資源池優(yōu)化、視頻打點(diǎn)、移動(dòng)客戶端等。云視頻平臺采用了大型系統(tǒng)所使用的分層級框架體系結(jié)構(gòu)，從底層到上層分為“底層數(shù)據(jù)層”“視頻處理層”“流媒體服務(wù)層”“流量負(fù)載均衡層”“業(yè)務(wù)功能層”“服務(wù)接口層”“業(yè)務(wù)門戶層”“網(wǎng)絡(luò)承載層”“終端用戶層”，將相關(guān)業(yè)務(wù)邏輯集中到相應(yīng)的層級進(jìn)行集中處理。分層級的結(jié)構(gòu)使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和業(yè)務(wù)邏輯更加清晰，并具有良好的可擴(kuò)展性。系統(tǒng)也采用了靈活的模塊化分布式部署模式。

在設(shè)計(jì)開發(fā)中，這樣的部署可以將系統(tǒng)的各功能模塊分離，靈活地將各功能模塊部署于不同的服務(wù)器上。每個(gè)功能模塊的服務(wù)器（包括WEB 服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、轉(zhuǎn)碼服務(wù)器、流媒體服務(wù)器等）均支持多服務(wù)器集群，通過負(fù)載均衡技術(shù)實(shí)現(xiàn)彈性擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)高性能、高可靠性的服務(wù)。

2.全區(qū)多數(shù)據(jù)中心分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)

云視頻平臺支持在區(qū)、校多個(gè)數(shù)據(jù)中心之間進(jìn)行分布式部署。與傳統(tǒng)的只將部分功能部署到其他數(shù)據(jù)中心的架構(gòu)不同，本平臺架構(gòu)在區(qū)、校每個(gè)數(shù)據(jù)中心都是全功能的，可自成一體、獨(dú)立運(yùn)行。同時(shí)，通過各個(gè)數(shù)據(jù)中心平臺的底層接口互聯(lián)、任務(wù)分配與調(diào)度、廣域網(wǎng)負(fù)載均衡等技術(shù)，能保障各數(shù)據(jù)中心平臺之間的協(xié)同。

在全區(qū)多數(shù)據(jù)中心分布式架構(gòu)中，不同數(shù)據(jù)中心平臺之間通過應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行命令交互及控制，實(shí)現(xiàn)視頻流、視頻緩存、視頻轉(zhuǎn)碼任務(wù)等的自動(dòng)化調(diào)度，同時(shí)通過負(fù)載均衡策略將用戶引導(dǎo)到最佳的數(shù)據(jù)中心及網(wǎng)絡(luò)鏈路上。

下文以江寧教育在線、江寧教育直播兩大平臺為對象進(jìn)行重點(diǎn)介紹。

（二）江寧教育在線

1.主要功能實(shí)現(xiàn)

（1）學(xué)生學(xué)習(xí)空間

江寧教育在線平臺致力于打造一體化的線上教學(xué)、線上線下互通的學(xué)生學(xué)習(xí)空間。學(xué)生在學(xué)習(xí)空間中完成指定的課程學(xué)習(xí)任務(wù)，可以根據(jù)年級、學(xué)科、知識點(diǎn)檢索和學(xué)習(xí)自己感興趣的課程、資源等。學(xué)生學(xué)習(xí)空間中發(fā)布的課程涵蓋課前、課中、課后教學(xué)全過程，能有效增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性。

另外，平臺依照真實(shí)教學(xué)情境，遵循學(xué)習(xí)規(guī)律，以江寧區(qū)實(shí)際使用的教材為依據(jù)，為學(xué)生定制以教學(xué)大綱為指導(dǎo)的學(xué)習(xí)課程。學(xué)生可以按照學(xué)科、章節(jié)、知識點(diǎn)進(jìn)行預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)等，還可以向教師反饋學(xué)習(xí)情況，讓教師及時(shí)了解其知識掌握情況。

（2）教師培訓(xùn)與教研空間

教師培訓(xùn)指平臺對教師的學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)進(jìn)度、學(xué)習(xí)時(shí)長等進(jìn)行監(jiān)控和記錄。教研空間指為參與教研活動(dòng)的教研員、教師提供的協(xié)作平臺。與傳統(tǒng)線下教研相比，線上教研空間提供了更靈活多樣的教研形式。同時(shí)，線上教研活動(dòng)的全過程都被記錄并發(fā)布為資源，讓成果得以轉(zhuǎn)化。

（3）資源整合與資源交換

資源是支撐線上教學(xué)、教研的重要組成部分。教師發(fā)布的課程資源、教研活動(dòng)形成的資源、學(xué)校開發(fā)的校本資源和購買的各類資源等共同充實(shí)江寧教育平臺，為學(xué)生學(xué)習(xí)、教師培訓(xùn)、教研活動(dòng)等提供有力的支撐。同時(shí)，江寧教育在線還可與南京市各區(qū)的教育平臺甚至其他省、市、區(qū)（縣）進(jìn)行合作，實(shí)現(xiàn)資源互換，擴(kuò)充資源庫。

（4）教學(xué)分析與精準(zhǔn)推送

教學(xué)分析的功能是通過對發(fā)布課程的學(xué)習(xí)量、資源的查閱情況、學(xué)習(xí)進(jìn)度、練習(xí)題作答情況等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出課程教學(xué)質(zhì)量、學(xué)生對各知識點(diǎn)掌握情況等數(shù)據(jù)。平臺能根據(jù)學(xué)生所在年級、當(dāng)前所學(xué)章節(jié)、查找資源的關(guān)注點(diǎn)、錯(cuò)題情況等進(jìn)行智能判斷，從而實(shí)現(xiàn)資源的精準(zhǔn)推送。

2.特色與優(yōu)勢

通過課前、課后練習(xí)評測及時(shí)收集學(xué)生答題結(jié)果以促進(jìn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)資源共享、精準(zhǔn)推送；實(shí)現(xiàn)江寧區(qū)資源平臺數(shù)據(jù)的交換、共享服務(wù)；實(shí)現(xiàn)與第三方教育在線平臺身份認(rèn)證、頁面定制、API 對接服務(wù)，為學(xué)生提供在線輔導(dǎo)。

江寧教育在線平臺打造的是一體化的教學(xué)、教研平臺，不僅適用于線上教學(xué)模式，也適用于線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式，可適應(yīng)日常的教學(xué)環(huán)境，亦可滿足突發(fā)事件期間的特殊需求。平臺從時(shí)間、空間等多維度拓展了學(xué)生學(xué)習(xí)的靈活性和便捷性，使教學(xué)從以教師為中心向以學(xué)生為中心轉(zhuǎn)變，以信息化手段促進(jìn)教育教學(xué)模式的改革。

（三）江寧教育直播

目前許多學(xué)校建設(shè)的錄播教室存在局限性，如視頻只能在校內(nèi)局域網(wǎng)觀看，無法為其他學(xué)校的教師和學(xué)生提供在線直播服務(wù)。江寧教育直播平臺依托直播技術(shù)，整合全區(qū)錄播教室資源，與各個(gè)學(xué)校的錄播教室進(jìn)行對接。這就將錄播教室的影響力從學(xué)校擴(kuò)展到全區(qū)范圍，實(shí)現(xiàn)為廣大用戶提供優(yōu)質(zhì)的視頻直播服務(wù)。同時(shí)，江寧教育直播平臺采用分布式部署，協(xié)同各個(gè)數(shù)據(jù)中心的帶寬資源、服務(wù)器資源，具備良好的擴(kuò)展性和靈活性，能夠應(yīng)對高并發(fā)量的直播活動(dòng)，給用戶提供良好的學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

第一，平臺性能提升。增加CDN 緩存加速；增加Nginx 緩存，減小后端服務(wù)器壓力；HLS編碼優(yōu)化，適應(yīng)緩存及CDN 環(huán)境；WEB 功能模塊分離，代碼優(yōu)化數(shù)據(jù)緩存。

第二，平臺可靠性提升。對客戶端進(jìn)行優(yōu)化升級，適配雙直播通道，在后臺可選擇雙直播通道為“主備”或“雙活”模式；當(dāng)所有通道視頻流都中斷無法加載時(shí)，將插入類似“信號中斷，請稍候”的提示畫面并檢測所有通道的視頻流情況，一旦視頻流恢復(fù)，則繼續(xù)播放。

1.主要功能實(shí)現(xiàn)

形成錄播教室對接接口規(guī)范，協(xié)助錄播教室廠商對接工作；提供直播服務(wù)，對接全區(qū)有錄播教室的學(xué)校，將直播信號傳到區(qū)級數(shù)據(jù)中心；建立區(qū)、校協(xié)同機(jī)制，將校級數(shù)據(jù)中心的直播信號、預(yù)告信息、直播信息匯集到區(qū)平臺并進(jìn)行展示；直播時(shí)用戶可以簽到、實(shí)時(shí)討論、在線問答、下載資源、發(fā)布公告等；直播服務(wù)器兼容RTMP，MMS 等協(xié)議的視頻流格式；能應(yīng)對大量用戶同時(shí)訪問的負(fù)載情況；能擴(kuò)展服務(wù)器資源，滿足大容量用戶的訪問需求；支持集群模式。

2.特色與優(yōu)勢

其一，支持多信號源。能夠?qū)右曨l會議系統(tǒng)信號、直播錄播教室系統(tǒng)信號，支持PC、移動(dòng)端推流軟件推送的信號。

其二，實(shí)現(xiàn)分布式部署，各級數(shù)據(jù)中心協(xié)同工作、相互支持?？山栌闷渌麛?shù)據(jù)中心的服務(wù)器資源、帶寬資源進(jìn)行直播，以緩解本地服務(wù)器壓力。根據(jù)用戶的IP 自動(dòng)分配就近的服務(wù)器地址，最大限度優(yōu)化用戶訪問，提升用戶的使用體驗(yàn)。

其三，負(fù)載均衡應(yīng)對高并發(fā)量用戶的直播活動(dòng)。直播流媒體服務(wù)器可以設(shè)置多臺緩存服務(wù)器，并隨時(shí)根據(jù)情況擴(kuò)充緩存服務(wù)器，實(shí)時(shí)監(jiān)測各服務(wù)器狀態(tài)。

其四，直播打點(diǎn)。當(dāng)直播結(jié)束后，可以將視頻錄像與直播打點(diǎn)信息自動(dòng)關(guān)聯(lián)，便于后期檢索。

三、結(jié)束語

區(qū)域智慧教育云視頻平臺具有強(qiáng)大的云端處理能力，結(jié)構(gòu)合理，具備彈性擴(kuò)展能力。平臺利用支持區(qū)、校分布式架構(gòu)，使各節(jié)點(diǎn)間互連互通、協(xié)同工作，真正將各節(jié)點(diǎn)融合成云端服務(wù)節(jié)點(diǎn)，有助于增強(qiáng)“云”服務(wù)模式。區(qū)域智慧教育云視頻平臺的建設(shè)需要建立一體化解決方案，只有理解教育理念并結(jié)合實(shí)際的業(yè)務(wù)和應(yīng)用將這些優(yōu)秀的產(chǎn)品置于一個(gè)體系里，才能真正體現(xiàn)教育信息化的價(jià)值。

另外，平臺建設(shè)是一個(gè)長期的系統(tǒng)工程，還受到教育教學(xué)體制和習(xí)慣的制約。因此，必須分階段、分步驟實(shí)施。平臺的實(shí)施建設(shè)，將依據(jù)國家教育發(fā)展綱要，把準(zhǔn)項(xiàng)目系統(tǒng)之間的技術(shù)聯(lián)系性、子系統(tǒng)業(yè)務(wù)邏輯的關(guān)系、平臺建設(shè)的抗風(fēng)險(xiǎn)性、投資保護(hù)原則性等進(jìn)行分步實(shí)施和實(shí)踐優(yōu)化。