楊炳華 楊海超

摘? 要：視頻教學是高校開展“互聯(lián)網+教學”的重要措施，點播、直播和互動直播三種模式與傳統(tǒng)教學有機結合開展“線上線下”新模式教學，對高校教學效果有顯著提升。文章分析了高校信息化建設中視頻應用的需求和特點，及傳統(tǒng)視頻系統(tǒng)建設的痛點和視頻云服務的發(fā)展情況和特點，通過云南開放大學的云服務實施案例，研究視頻云服務低成本、高效率等特點在高校視頻教學系統(tǒng)建設中的價值和優(yōu)勢，探討了高校實施視頻云服務項目的注意事項和建議，為推動我國高校視頻教學發(fā)展提供了借鑒。

關鍵詞：視頻云;視頻教學;云直播;直播教學

中圖分類號：TP37? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ?文章編號：1673-8454（2019）10-0090-04

一、引言

近年來“互聯(lián)網+教育”發(fā)展較快，比達咨詢發(fā)布的《2018年中國在線教育行業(yè)發(fā)展報告》顯示，我國在線教育用戶規(guī)模達1.72億人，高校教育占在線教育細分領域38.3%，是最龐大的社會剛需[1]。在線視頻教學因能承載更多信息量，能給教學提供更好的參與感，是各高校發(fā)展遠程教育最典型的應用和需求之一。

與此同時，國家高度重視云計算產業(yè)發(fā)展，先后出臺了《關于積極推進“互聯(lián)網+”行動的指導意見》《云計算發(fā)展三年行動計劃（2017-2019年）》等文件，經多年發(fā)展，我國的云計算服務能力及應用水平已達較高水平。視頻云服務也得到全方位發(fā)展，顛覆了傳統(tǒng)視頻系統(tǒng)建設思路，大幅降低業(yè)務門檻。

本文對國內視頻云服務行業(yè)的特點進行分析，研究以云服務的模式建設高校視頻教學平臺的思路和優(yōu)勢。

二、高校視頻應用的需求及特點

1.高校視頻應用需求

高校視頻應用以解決教學需求為主，主要有教學視頻點播、在線視頻教學直播和在線互動教學直播三種。教學視頻點播是視頻點播（VOD，Video on Demand）[2]的典型應用，將教學視頻內容預先錄制、編輯好，通過流媒體服務器供用戶自由點播，是最普遍的視頻教學應用方式。在線視頻教學直播通過互聯(lián)網技術面向學員提供實時視頻直播教學，與點播的區(qū)別在于學員觀看到的是實時的遠端教學內容。在線互動教學直播在視頻教學直播的基礎上，提供教師與學員、學員與學員之間的交互能力，包括文字、語音和視頻等互動形式。視頻互動教學直播具有最好的現(xiàn)場還原能力，用戶體驗最好，但實現(xiàn)成本、技術難度也最大。

隨著互聯(lián)網應用的發(fā)展，高校視頻應用的需求也在不斷擴大，視頻應用成為高校一種重要的新興媒體。例如用于開展遠程視頻會議、遠程視頻教學研討，用于畢業(yè)典禮、校慶等活動的視頻直播和互動需求。

2.高校視頻應用的特點

高校視頻應用是互聯(lián)網視頻領域的一個細分應用，具備互聯(lián)網視頻發(fā)展的所有特點，不斷從PC向移動化發(fā)展，音視頻質量不斷提升，更加注重互動性，大量應用人工智能技術。此外，還具有以下幾個特點：①數(shù)據(jù)量較大。音視頻已成為高校最主要的教學資源類型，每門課程甚至每一節(jié)課都需要視頻化，它們構成了高校新的“知識庫”，是重要的無形資產，數(shù)據(jù)量相對較大。②要求支持多應用系統(tǒng)。高校信息化應用程度普遍較高，往往建有多種應用系統(tǒng)，從數(shù)據(jù)整合角度，視頻資源是高校重要的教學資源，需為所有應用系統(tǒng)共享。因此視頻服務需面向多個應用系統(tǒng)提供接入支持。③專業(yè)技術力量薄弱。音視頻服務涉及從網絡、服務器、存儲到應用系統(tǒng)、軟件優(yōu)化、編解碼等各領域技術，對專業(yè)技術要求較高，而大部分高校的信息技術團隊在這方面是薄弱的。④成本投資敏感。音視頻系統(tǒng)的建設和運維投入較高，而高校的視頻應用要考慮經濟性、擴展性和延續(xù)性，對成本投資比較敏感。⑤安全保障要求高。除功能需求外，網絡信息安全是高校的首要指標，一方面是平臺的網絡安全，另一方面是內容安全。音視頻服務作為新興媒體形式，尤其是直播和互動直播，大大增加了內容安全監(jiān)管的難度。

視頻應用是高校推進教育信息化的重要組成部分，具有量大、多變等特點，對投資成本和管理成本比較敏感。因此，尋求一種可靠、高效、靈活、經濟的音視頻服務體系可以幫助高?？焖俨渴鹨曨l應用，將精力集中在頂層應用設計和資源建設中。

三、傳統(tǒng)視頻系統(tǒng)建設痛點

成本高、難度大、周期長、淘汰快、風險高是傳統(tǒng)視頻服務系統(tǒng)的痛點。要求校方建設機房、服務器、帶寬、視頻處理等所有系統(tǒng)，配備全棧技術人員。初期建設和后期人力成本非常高，且難度大、建設周期長、淘汰快。實際應用中，所投資的計算、存儲和帶寬資源要么不夠用，要么長期未滿載運行，處于閑置狀態(tài)造成浪費。

以基于會議系統(tǒng)的互動直播平臺為例，需大量部署MCU（MulTI-point Control Unit 多點控制單元）[3]和終端設備，要求各節(jié)點間提供高速、可靠的帶寬保障，開放多個專用TCP、UDP端口，限制了其使用范圍和效果。且由于技術和網絡的限制，仍然會存在卡頓、延時等問題，用戶體檢較差。

四、視頻云服務

1.國內視頻云服務市場發(fā)展現(xiàn)狀

我國互聯(lián)網在線視頻業(yè)務起步于2005年，典型代表是提供視頻內容服務為主的土豆網、樂視網、優(yōu)酷網等。2015年，各種直播、短視頻App持續(xù)火爆，隨著云計算市場的發(fā)展，公有云廠商紛紛開始提供視頻云服務，2016年被稱為“直播元年”[4]。在此背景下，傳統(tǒng)視頻通訊廠商、主流云計算企業(yè)都開始提供視頻云服務，2016年也被稱為“云視頻元年”。2017年以來，圍繞視頻的云服務已經非常豐富，服務能力涵蓋了IaaS、PaaS和SaaS[5]，各層都有完整、可靠的解決方案。

典型的視頻云服務商有三類：①主流云計算服務商，如騰訊云、金山云、阿里云、百度云等，依托其豐富IaaS資源和服務能力，不斷向PaaS、SaaS層擴展，逐漸提供全棧視頻云服務。②專注于視頻云服務的廠商，如七牛云、網易云信、聲網等，以PaaS層服務為主。③面向行業(yè)、注重場景化應用的SaaS層視頻云服務，如保利威、263企業(yè)通、小魚易連等。隨著市場和技術發(fā)展的需要，為緩解標準化、定制化之間的矛盾，各廠商不斷向其他層擴張，面向用戶提供“一籃子”服務，使得IaaS、PaaS和SaaS層的界限日益模糊。

2.視頻云服務的特點

視頻云服務相較于傳統(tǒng)建設模式，在成本、難度、周期等方面有絕對優(yōu)勢。

（1）低成本。主要體現(xiàn)在：①零基礎設施建設成本。無需建設機房、服務器、網絡帶寬等，節(jié)省高昂資產投資。②低運維成本。省去基礎設施運維工作，節(jié)約人力成本。③按需按量付費?？筛鶕?jù)實際按需、按量彈性付費。④升級成本低。云服務的升級對用戶是透明的，用戶可隨時以服務方式選用最新技術，成本較低。⑤其他間接成本。因技術門檻、實施難度、運維難度下降，為用戶帶來大量間接經濟效應。

（2）高效率。云服務商提供全套、成熟的解決方案，可“即買即用”，項目實施周期可以天為單位推進，效率極高。

（3）技術先進。云服務商具有強大的資金、技術、人才整合能力，技術起點高，代表著行業(yè)最先進水平，保障了平臺的先進性、可靠性、穩(wěn)定性。如，大部分云平臺已開始提供人工智能、Quic[7]和H.265[8]等前沿技術。

（4）功能豐富。視頻云服務提供點播、直播、互動直播等所有主流業(yè)務，功能豐富，覆蓋IaaS、PaaS、SaaS的全部能力。

（5）靈活性強。一是部署靈活，既可模塊化單選，也可購買整套成熟產品;二是支持彈性配置;三是計費方式靈活。

（6）擴展能力強。支持彈性升級、動態(tài)分配，資源擴展能力強。

3.如何實施視頻云服務項目

視頻直播的技術體系龐大、業(yè)務復雜，要求全面籌備和規(guī)劃作為保障。

（1）充分調研云服務市場。國內現(xiàn)有各類視頻云服務廠商30余個，技術能力、業(yè)務側重、服務能力各有所長。需首先應對云服務市場全面考察、充分調研。

（2）明確需求和目標。視頻教學本身只是一種技術手段，并不能解決教學本質的問題。應結合自身特點和需求，以業(yè)務需求為導向，設計教學措施和方法，從而確定視頻教學的需求和目標。

（3）產品選型。根據(jù)需求設計產品指標、劃定產品選型。主要的選型依據(jù)包括：①性能。②功能完整性。③易用性。④支持能力。⑤節(jié)點及區(qū)域覆蓋。節(jié)點數(shù)量、覆蓋面通常與服務能力成正比。⑥服務商發(fā)展前景。⑦經濟性。進行橫向對比，優(yōu)選最經濟的廠商。

（4）明確商務模式。對于高校，按需分配、彈性消費等優(yōu)點如何與正規(guī)的立項、采購和驗收流程相匹配，仍然需要探討。需結合地方及學校實際，研究和探索一種合理的商務模式，既發(fā)揮云服務的靈活性等優(yōu)勢，又不違背項目實施相關規(guī)定。

4.視頻云服務的功能體系

圖 1為某視頻云服務商提供的直播云端到端解決方案，是典型的視頻云服務架構，涵蓋了從主播（內容提供方）到觀眾的全流程服務。云服務商以公有云的形式提供業(yè)務服務器，并提供音視頻采集和播放端SDK及實時流網絡支持。業(yè)務服務器定義了直播所需的開發(fā)支持;采集端SDK提供多終端API支持，支持PC、Android和iOS，集成了美顏濾鏡、編碼壓縮優(yōu)化、推流優(yōu)化等;播放端同樣實現(xiàn)多終端支持，內置了解碼、硬件加速、秒開、動態(tài)追幀等性能優(yōu)化;實時流網絡通過服務器端SDK接入業(yè)務服務器，集成推、拉流的優(yōu)化，提供鑒權、鑒黃、錄制等功能。

各廠商的視頻云服務內容本質上是一致的，核心流程如圖 2所示。

采集、編碼和解碼、播放分別是音視頻的源端、目的端，通常以SDK開發(fā)包形式供用戶的業(yè)務系統(tǒng)調用，在音視頻采集、編碼壓縮等基礎上完善了回音抑制、美顏濾鏡、推流等服務。個別廠商將軟、硬件功能集成在一起，提供直接可用的系統(tǒng)，如小魚易連。

云端處理和分發(fā)是視頻云服務的云端核心能力，負責媒體信息接收、存儲、轉碼、連麥、互動等，分發(fā)是實現(xiàn)視頻高性能的關鍵，一方面提供對HTTP、RTMP等多協(xié)議的支持，同時提供高速CDN（Content Delivery Network，內容分發(fā)網絡）[6]服務。

五、視頻云服務實施案例分析

云南開放大學的前身是云南廣播電視大學，2010年10月，國務院批準云南作為全國開展“探索開放大學建設模式”的試點省份，2012年12月，教育部正式批準云南廣播電視大學更名為云南開放大學，試點遠程開放教育成為云南開放大學的重要使命。為落實國家下達的試點建設任務，云南開放大學明確了構建以網絡信息化為支撐的“空中大學”的目標，定制研發(fā)了集招生、教務、教學等為一體的“綜合信息化服務平臺”。截至目前，平臺在籍學員16.9萬余人，招生范圍涉及全省所有地州。在整個開放教學體系中，線上遠程視頻服務是最主要、最基本的教學手段，通過遠程視頻的方式，面向云南省所有地區(qū)，提供統(tǒng)一、優(yōu)質的教學服務，取得顯著成效。

云南開放大學的遠程教學主要依靠在線教學平臺和“云教室”兩個系統(tǒng)：①在線教學平臺始建于2011年，是一套定制的、以教學點播功能為主的軟件系統(tǒng)，已有各類教學資源約7TB，其中視頻資源約6TB。為支撐該系統(tǒng)研發(fā)、運行，學校投入近400萬元進行開發(fā)（含招生、教務等管理功能），先后購買了兩批共24臺刀片服務器和2套FC-SAN高端存儲陣列，每年支出100余萬元購買中國電信、中國移動雙線出口IP專線，成本較高。②“云教室”直播系統(tǒng)是一套基于硬件的直播互動系統(tǒng)，實現(xiàn)省校與各地州教學點間互動教學功能。該系統(tǒng)要求省校配置中高端MCU和高速互聯(lián)網IP專線，各接入點也配置相應的MCU設備，并要求所有點提供上下行穩(wěn)定、不受防火墻限制的公網IP。

在線教學平臺和“云教室”系統(tǒng)為云南開放大學的遠程辦學提供了有力的支撐，但其建設、運行和管理成本較高，設備故障率高，利用率低，第三方音視頻編解碼服務效率低、用戶體驗較差，面臨設備淘汰、技術更新等難題。為有效解決需求與投資建設和運維管理之間的矛盾，學校于2017年底開始調研公有云服務應用，并于2018年采購了國內某知名廠商的視頻公有云租賃服務和云直播系統(tǒng)。

在線視頻點播方面，云南開放大學2018年投入40萬元采購公有云租賃服務，購買內容包括13臺不同配置的高性能彈性云服務器、10TB對象存儲服務及彈性出口帶寬、多線BGP公網IP、負載均衡、網絡安全等資源。其中視頻點播服務根據(jù)轉碼時長、存儲容量、CDN服務情況彈性計費，集成了濾鏡、鑒權、AI鑒黃等功能。軟件開發(fā)商投入半個月時間即完成將原有自建平臺遷移至公有云平臺，轉碼效率、穩(wěn)定性、CDN支持等方面取得非常明顯的性能提升，且具有較好的經濟性、擴展性和安全性。直播教學方面，通過購買基于云服務的軟、硬件一體化直播系統(tǒng)，將系統(tǒng)建設成本降低至少3/4，無需專用網絡接入，不需要公網IP，支持多種終端接入直播，可快速部署互動節(jié)點，零維護成本。

云南開放大學的兩個視頻云服務實例，實現(xiàn)了低成本、短周期、易使用、易管理、高可靠的目標，效益非常顯著。

視頻教學是“互聯(lián)網+教學”的重要手段，根據(jù)學校實際教學需求，開展豐富多樣的視頻教學模式，可快速提升教學效果和效率。相較于傳統(tǒng)自建方式，云服務的發(fā)展革新了視頻項目實施，解決了成本高、難度大等諸多難題，且技術成熟，案例豐富。選擇基于視頻云服務建設視頻教學點播、直播平臺，其可靠性、穩(wěn)定性、經濟性都有保障，投資效益較高。但在實際應用中，一是云服務的商務模式，二是視頻服務與教學如何結合，仍有很大探索和創(chuàng)新的空間。避免“為建系統(tǒng)而建系統(tǒng)”，真正使之服務于教學才是價值所在。

參考文獻：

[1]比達網.2018年中國在線教育行業(yè)發(fā)展報告[EB/OL].http：//www.bigdata-research.cn/content/201810/784.html.

[2]楊文濤.視頻點播系統(tǒng)VOD技術的應用探討[J].西部廣播電視，2017（18）：199+203.

[3]鄭美蘭. 視頻會議系統(tǒng)技術與應用研究[A].江西省電機工程學會.2017年江西省電機工程學會年會論文集[C].江西省電機工程學會，2018：3.

[4]唐延杰.基于“網絡直播元年”的批判性思考[J].青年記者，2017（14）：10-11.

[5]陸紅.云計算架構研究[J].河南科技，2013（8）：6+13.

[6]喬愛鋒.CDN體系架構及運營部署方案[J].電信快報，2018（10）：17-21.

[7]李志瑞.高性能移動直播場景下QUIC協(xié)議研究與應用[D].廣州：華南理工大學，2018.

[8]鄭耐琴.創(chuàng)新時代下的視頻編碼技術—H.265[J].隴東學院學報，2018，29（1）：32-35.

（編輯：魯利瑞）