房棟　李宣

摘要：文章闡述了云錄播的概念和模型，并從邏輯和物理結(jié)構(gòu)上對(duì)云錄播的構(gòu)成與功能進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，結(jié)合學(xué)校實(shí)際的云錄播建設(shè)案例，介紹了云錄播系統(tǒng)的建設(shè)思路和部署方法，并對(duì)基于云錄播技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探索，為大規(guī)模的微格教室或者錄播建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；云錄播；高職教育；資源共享

【中圖分類號(hào)】G40—057 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【論文編號(hào)】1009—8097（2014）02—0115—05【DOI】10.3969/j.issn.1009- 8097.2014.02.016

引言

《教育部關(guān)于全面提高高等職業(yè)教育教學(xué)質(zhì)量的若干意見(jiàn)》指出：“高等職業(yè)院校要積極與行業(yè)企業(yè)合作開(kāi)發(fā)課程，根據(jù)技術(shù)領(lǐng)域和職業(yè)崗位（群）的任職要求，參照相關(guān)的職業(yè)資格標(biāo)準(zhǔn)，改革課程體系和教學(xué)內(nèi)容”。由此看來(lái)，我國(guó)高等職業(yè)教育的重點(diǎn)已轉(zhuǎn)向關(guān)注內(nèi)涵的發(fā)展，高職院校重點(diǎn)構(gòu)建針對(duì)職業(yè)崗位設(shè)置及與行業(yè)生產(chǎn)緊密聯(lián)系的實(shí)訓(xùn)課程，并且將實(shí)訓(xùn)課程的教學(xué)課時(shí)數(shù)量大大增加。

微格教學(xué)是指利用現(xiàn)代的錄音、錄像等設(shè)備，幫助被培訓(xùn)者訓(xùn)練某一技能技巧的教學(xué)方法。這種教學(xué)技術(shù)最早用于訓(xùn)練師范生的教學(xué)技能，它是以教育學(xué)和心理學(xué)為基礎(chǔ)，以現(xiàn)代視聽(tīng)技術(shù)設(shè)備為手段，在課堂上由執(zhí)教者對(duì)少數(shù)學(xué)生講課，錄下來(lái)后進(jìn)行迅速反饋，以訓(xùn)練某種技能的方法，它的核心是錄播技術(shù)，這和職教的實(shí)訓(xùn)課程是非常契合的。但是這種傳統(tǒng)的技術(shù)并不適合大規(guī)模的普及。首先是在經(jīng)濟(jì)上，傳統(tǒng)微格教學(xué)系統(tǒng)的建設(shè)成本很高，如果要在全校普及，在經(jīng)濟(jì)上是不允許的。其次是傳統(tǒng)的微格教學(xué)系統(tǒng)存在在資源共享的瓶頸，錄制的實(shí)訓(xùn)課程資源無(wú)法實(shí)現(xiàn)共享。

云計(jì)算技術(shù)的成熟使得微格教學(xué)技術(shù)在實(shí)訓(xùn)教學(xué)中的普及成為可能?；谠朴?jì)算技術(shù)的云錄播系統(tǒng)不但可以大大降低微格實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的建設(shè)成本，還解決了傳統(tǒng)微格教學(xué)系統(tǒng)的關(guān)鍵瓶頸——資源共享。本文主要從基礎(chǔ)架構(gòu)、服務(wù)和管理三方面闡述如何通過(guò)云計(jì)算技術(shù)架構(gòu)多媒體教學(xué)系統(tǒng)，解決傳統(tǒng)多媒體教學(xué)系統(tǒng)中存在的問(wèn)題。

一 云錄播的概念和特點(diǎn)

云計(jì)算是基于Internet或者Intranet的計(jì)算解決方案，他把原來(lái)分散的資源集中到一起，實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力的聚合，然后再把這些計(jì)算能力分配給各種應(yīng)用。云錄播就是利用云計(jì)算的技術(shù)，把傳統(tǒng)的在各個(gè)錄播教室的各種應(yīng)用遷移到云端，由云端的服務(wù)器統(tǒng)一處理，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行應(yīng)用和數(shù)據(jù)的分發(fā)。

傳統(tǒng)的錄播是在每個(gè)需要錄播的教室建立一套完整的錄播系統(tǒng)，如果有N個(gè)教室需要這種應(yīng)用，則需要在N個(gè)教室都建立同樣的系統(tǒng)，而實(shí)際上在N個(gè)教室同時(shí)需要這種應(yīng)用的概率是相當(dāng)?shù)偷?，重?fù)建立N套這樣的系統(tǒng)是對(duì)資源的極大浪費(fèi)。在云錄播系統(tǒng)中，教室端只是完成各種媒體的采集，采集到的媒體經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)皆贫?。原?lái)在教室錄播設(shè)備上完成的各種功能都由云端服務(wù)器進(jìn)行處理。這種模式的最大好處是可以按需分配計(jì)算能力，不需要給每個(gè)應(yīng)用或者任務(wù)分配專門的硬件資源，任務(wù)和應(yīng)用需要計(jì)算資源時(shí)，可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)計(jì)算能力，從云端獲取強(qiáng)大的計(jì)算資源和存儲(chǔ)能力，任務(wù)完成后釋放計(jì)算資源。

云錄播是按需進(jìn)行資源分配的模式，對(duì)資源的利用效率大大提高。在提高資源利用效率的同時(shí)大大降低了單個(gè)錄播教室的投資成本，這有利于錄播系統(tǒng)的普及，使得每個(gè)教室都具有錄播功能成為可能。同時(shí)由于數(shù)據(jù)和應(yīng)用是統(tǒng)一存儲(chǔ)在云端，因此可以輕松實(shí)現(xiàn)應(yīng)用和數(shù)據(jù)的共享，基于網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用擴(kuò)展也變得更加簡(jiǎn)單快捷。同時(shí)基于云端的分布式存儲(chǔ)使數(shù)據(jù)的可靠性和安全性得到極大提高。

二 云錄播的系統(tǒng)模型

云錄播運(yùn)用了云計(jì)算的模型對(duì)錄播系統(tǒng)進(jìn)行了新的架構(gòu)，把傳統(tǒng)的錄播教室里的錄播主機(jī)實(shí)現(xiàn)的功能遷移到云端服務(wù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，各個(gè)錄播教室從云端申請(qǐng)資源實(shí)現(xiàn)各種錄播功能，用戶也在云端實(shí)現(xiàn)各種基于錄播的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了硬件資源和計(jì)算能力的共享。

1 云錄播的邏輯模型

云計(jì)算在邏輯上一般分為三個(gè)層次：IaaS層（InfrastrucRtre as a Service，基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù)）、PaaS層（Platform as a Service，平臺(tái)即服務(wù)）和SaaS（Soft as a Service，軟件即服務(wù)），也即I-P-S三層模型。云錄播是錄播技術(shù)在云計(jì)算上的一種應(yīng)用，他也是按照云計(jì)算的三層模型進(jìn)行架構(gòu)。系統(tǒng)圖如下：

基礎(chǔ)架構(gòu)層主要指提供錄服務(wù)支撐的基礎(chǔ)硬件設(shè)備，包含錄播服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和存儲(chǔ)設(shè)備等。這些基礎(chǔ)硬件設(shè)備安裝在數(shù)據(jù)中心，可以在一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)，也可以安裝在不同地方的機(jī)房?jī)?nèi)，通過(guò)虛擬化技術(shù)形成資源池，也就是計(jì)算能力的聚合，這些計(jì)算能力可以按照用戶需求進(jìn)行動(dòng)態(tài)的配置。當(dāng)某個(gè)教室需要實(shí)現(xiàn)錄播功能時(shí)，教室只需要把基本的音視頻等媒體信息經(jīng)過(guò)編碼以后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給云端服務(wù)器，由云端的服務(wù)器進(jìn)行各種應(yīng)用的處理。采用這種模式的好處是不同的教室可以共享這些資源，按需申請(qǐng)資源，使用以后釋放資源，而不需要在每個(gè)教室都建設(shè)這些基礎(chǔ)設(shè)施。

云錄播的平臺(tái)層是指錄播系統(tǒng)所采用的平臺(tái)技術(shù)，為各種錄播應(yīng)用提供軟件基礎(chǔ)服務(wù)和開(kāi)發(fā)接口，這些服務(wù)包括存儲(chǔ)服務(wù)、錄播控制服務(wù)、文件管理服務(wù)、用戶管理服務(wù)等。這一層不直接面向用戶，但是直接影響應(yīng)用開(kāi)發(fā)和用戶體驗(yàn)，因?yàn)樗械膽?yīng)用開(kāi)發(fā)都是根據(jù)平臺(tái)所提供的接口和工具進(jìn)行的。

應(yīng)用層是指基于錄播的各種應(yīng)用，例如微格教學(xué)、微課、在線學(xué)習(xí)、網(wǎng)絡(luò)教研和課程評(píng)價(jià)等。這些應(yīng)用運(yùn)行于云端，用戶不必單獨(dú)的開(kāi)發(fā)或者安裝各種應(yīng)用軟件，只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)即可。

2 云錄播的物理模型

云錄播在物理模型上由前端和后端組成。前端系統(tǒng)主要指安裝在教室內(nèi)的設(shè)備，后端系統(tǒng)指云本身。前段系統(tǒng)和后端系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)鏈接。

前端系統(tǒng)主要是完成媒體采集功能。它又包含控制子系統(tǒng)，音視頻采集子系統(tǒng)?？刂谱酉到y(tǒng)主要是完成教室內(nèi)設(shè)備的控制以及身份認(rèn)證。傳統(tǒng)的多媒體控制系統(tǒng)是一個(gè)教室一個(gè)系統(tǒng)，各個(gè)教室之間是相互獨(dú)立的，在云錄播系統(tǒng)里，教室控制系統(tǒng)主要是完成控制信號(hào)的采集和分發(fā)，而控制指令的判斷和行動(dòng)調(diào)度，則由云端服務(wù)器完成。音視頻采集子系統(tǒng)主要是完成教室內(nèi)音視頻媒體的采集和編碼，然后發(fā)送給云端的服務(wù)器進(jìn)行后續(xù)應(yīng)用處理。

后端系統(tǒng)即云本身，它提供實(shí)現(xiàn)云服務(wù)的應(yīng)用程序、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。前端系統(tǒng)和后端系統(tǒng)之間通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接。

三 云錄播微格教學(xué)系統(tǒng)的搭建

我校一共有100多個(gè)多媒體教室，先期我們選擇了20個(gè)教室進(jìn)行基于云錄播的平臺(tái)建設(shè)試驗(yàn)。該方案既包含了原有的微格教學(xué)系統(tǒng)的功能，把傳統(tǒng)的微格教學(xué)的各個(gè)功能模塊重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)整合，又創(chuàng)新的運(yùn)用了當(dāng)下非常流行的云計(jì)算技術(shù)，而且更加突出了資源的分享與應(yīng)用功能，所有的應(yīng)用都是基于云端，錄播教室通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲取各種錄播功能，學(xué)生和老師只要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)就能獲取各種應(yīng)用資源。

系統(tǒng)分為前端教室系統(tǒng)建設(shè)和后端建設(shè)兩部分。教室前端系統(tǒng)主要設(shè)備是媒體采集編碼器，只負(fù)責(zé)媒體的采集編碼工作，不再在每個(gè)教室里配置錄播主機(jī)，主要的錄播功能都是通過(guò)云端的服務(wù)器完成；后端系統(tǒng)主要是錄播服務(wù)器、媒體中心、多媒體控制中心和存儲(chǔ)系統(tǒng)，這些設(shè)備都統(tǒng)一安裝在網(wǎng)絡(luò)中心，此外我們還在校園內(nèi)的主要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署了節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，主要是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪問(wèn)時(shí)的流量分流，防止數(shù)據(jù)流量過(guò)度集中造成的網(wǎng)絡(luò)擁塞。系統(tǒng)圖見(jiàn)圖3：

我們?cè)诿總€(gè)教室里配置了兩個(gè)音視頻編碼器和一個(gè)VGA編碼器，音視頻編碼器負(fù)責(zé)教師和學(xué)生的視頻和音頻信號(hào)的采集，VGA編碼器負(fù)責(zé)各種多媒體課件信號(hào)的采集。編碼器把各種信號(hào)進(jìn)行采集以后，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸給網(wǎng)絡(luò)機(jī)房里的錄播服務(wù)器，由錄播服務(wù)器進(jìn)行媒體的進(jìn)一步處理。媒體采集子系統(tǒng)采用高性能專用嵌入式編碼器，編碼器采用專用的DSP編碼芯片。和傳統(tǒng)的PC架構(gòu)的錄播主機(jī)相比，嵌入式編碼器的最大好處是工作效率大大提高，在相同網(wǎng)絡(luò)帶寬情況下，圖像質(zhì)量明顯得到提高；而且穩(wěn)定性大大提高，大大減輕了維護(hù)的工作量，這對(duì)于大規(guī)模部署的環(huán)境尤其重要。

在網(wǎng)絡(luò)中心，我們部署了2臺(tái)16通道的錄播服務(wù)器、一臺(tái)媒體中心主控服務(wù)器、一臺(tái)集中控制服務(wù)器和一臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。此外，我們還在學(xué)校的主要網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署了節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，用于應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)流量的分流。

錄播服務(wù)器主要是完成各種錄播的數(shù)據(jù)處理，例如教室內(nèi)的視頻的導(dǎo)播切換、視頻的錄制和直播等。一臺(tái)服務(wù)器可以完成16個(gè)教室的同時(shí)控制和錄播，相對(duì)于傳統(tǒng)的一個(gè)教室一臺(tái)服務(wù)器的模式，采用這種方案我們不但大大的減少了管理和維護(hù)的工作量，而且節(jié)省了大量的投資成本。目前我們配置的錄播服務(wù)器可支持32個(gè)教室的同時(shí)錄播，多余的12個(gè)通道可作為系統(tǒng)的冗余備份。

錄播系統(tǒng)的各種應(yīng)用功能，主要是在媒體中心服務(wù)器上完成的，分為控制服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和節(jié)點(diǎn)服務(wù)器。主控服務(wù)器安裝在網(wǎng)絡(luò)中心機(jī)房，主要是完成管理控制入口和應(yīng)用訪問(wèn)入口；根據(jù)校園的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，我們?cè)诓煌木W(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)部署了節(jié)點(diǎn)服務(wù)器，主要是完成流量分發(fā)功能。和傳統(tǒng)星形的結(jié)構(gòu)相比，節(jié)點(diǎn)服務(wù)器優(yōu)化了整個(gè)校園網(wǎng)的流量分配，避免的了網(wǎng)絡(luò)中心的網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷過(guò)重。

媒體中心是基于最新的HTML5技術(shù)架構(gòu)，這是一種跨平臺(tái)的技術(shù)，因此我們實(shí)現(xiàn)了幾乎所有終端的資源訪問(wèn)和分享，無(wú)論是安卓系統(tǒng)的手機(jī)終端還是蘋果系統(tǒng)的手機(jī)終端，或者是WINDOWS系統(tǒng)的PC和MAC機(jī)器，都能直接從媒體中心上獲得資源，而無(wú)需安裝各種插件和各種APP。

控制服務(wù)器主要是完成對(duì)教室內(nèi)各種多媒體設(shè)備的集中控制和各種身份權(quán)限的認(rèn)證。我們也通過(guò)控制服務(wù)器來(lái)完成和學(xué)校一卡通系統(tǒng)的互通。

通過(guò)云錄播平臺(tái)，我們除了實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源的編輯和發(fā)布功能外，還增加了交流、評(píng)價(jià)、反饋、推薦等功能。為了方便師生的備課和學(xué)習(xí)，我們完成了錄播媒體中心與數(shù)字化校園平臺(tái)的對(duì)接，教師在校內(nèi)外通過(guò)Ⅲ登錄信息門戶，經(jīng)過(guò)身份認(rèn)證就可以進(jìn)入錄播媒體中心；利用媒體中心提供的在線編輯工具，教師可以完成對(duì)自己課件的修改、編輯、評(píng)價(jià)和視頻資源的定向發(fā)布等工作；視頻資源同時(shí)上傳至學(xué)校統(tǒng)一的資源庫(kù)管理平臺(tái)，方便其他師生共享；教師也可以根據(jù)課程的重點(diǎn)難點(diǎn)在相應(yīng)的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注和注解，學(xué)生在觀看視頻資源后，可以在關(guān)鍵點(diǎn)標(biāo)注并提出問(wèn)題，老師和其他同學(xué)可以給出相應(yīng)的解答；這些交流和評(píng)價(jià)信息都可以通過(guò)瀏覽器在資源庫(kù)管理平臺(tái)看到。同時(shí)資源庫(kù)管理平臺(tái)即將開(kāi)發(fā)的協(xié)同過(guò)濾的功能，也將對(duì)學(xué)生在對(duì)某個(gè)資源進(jìn)行學(xué)習(xí)后，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)的內(nèi)容推薦相類似的資源，為學(xué)生下一步的全面學(xué)習(xí)提供方便：學(xué)生在點(diǎn)播教學(xué)視頻的時(shí)候，可以通過(guò)預(yù)設(shè)的界面找到同時(shí)在觀看該教學(xué)視頻的同學(xué)。通過(guò)平臺(tái)的通訊系統(tǒng)，雙方或多方可以進(jìn)行即時(shí)交流和討論。

四 成果評(píng)價(jià)與展望

按照上述微格實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路，我校先后共投入了近200萬(wàn)元的資金對(duì)原有多媒體教室進(jìn)行了改造。通過(guò)近兩年的理論探索和項(xiàng)目實(shí)施，我們初步構(gòu)建了基于網(wǎng)絡(luò)的分布式的橫跨教學(xué)樓、行政樓和培訓(xùn)大樓的云錄播系統(tǒng)。搭建了互動(dòng)討論型、雙軌教學(xué)型為典型代表的新型的多媒體教學(xué)環(huán)境。通過(guò)統(tǒng)一的媒體中心實(shí)現(xiàn)了普通課堂教學(xué)、實(shí)訓(xùn)課堂教學(xué)、行政會(huì)議和專家培訓(xùn)講座等不同層次和要求的高標(biāo)清視頻資源管理。

借助視頻教學(xué)資源庫(kù)的建設(shè)，最終通過(guò)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，將現(xiàn)實(shí)課堂教學(xué)與在線自主學(xué)習(xí)的第二課堂結(jié)合起來(lái)，為高等職業(yè)院校師生的再學(xué)習(xí)和為社會(huì)服務(wù)提供了有力保障。

我們始終認(rèn)為，在全國(guó)高職院校加強(qiáng)內(nèi)涵建設(shè)的關(guān)鍵時(shí)期，積極向國(guó)際先進(jìn)職教理念學(xué)習(xí)，切實(shí)提升課堂教學(xué)質(zhì)量，提高支持教學(xué)的技術(shù)水平，選擇設(shè)計(jì)更適合本校實(shí)際的教學(xué)系統(tǒng)，才能占領(lǐng)職教人才培養(yǎng)的制高點(diǎn)，立于不敗之地。

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編輯：小西