基于云录播的职教微格实训系统设计

房栋　李宣

摘要：文章阐述了云录播的概念和模型，并从逻辑和物理结构上对云录播的构成与功能进行了详细的阐述，结合学校实际的云录播建设案例，介绍了云录播系统的建设思路和部署方法，并对基于云录播技术的应用进行了探索，为大规模的微格教室或者录播建设提供参考。

关键词：云计算；云录播；高职教育；资源共享

【中图分类号】G40—057 【文献标识码】A 【论文编号】1009—8097（2014）02—0115—05【DOI】10.3969/j.issn.1009- 8097.2014.02.016

引言

《教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见》指出：“高等职业院校要积极与行业企业合作开发课程，根据技术领域和职业岗位（群）的任职要求，参照相关的职业资格标准，改革课程体系和教学内容”。由此看来，我国高等职业教育的重点已转向关注内涵的发展，高职院校重点构建针对职业岗位设置及与行业生产紧密联系的实训课程，并且将实训课程的教学课时数量大大增加。

微格教学是指利用现代的录音、录像等设备，帮助被培训者训练某一技能技巧的教学方法。这种教学技术最早用于训练师范生的教学技能，它是以教育学和心理学为基础，以现代视听技术设备为手段，在课堂上由执教者对少数学生讲课，录下来后进行迅速反馈，以训练某种技能的方法，它的核心是录播技术，这和职教的实训课程是非常契合的。但是这种传统的技术并不适合大规模的普及。首先是在经济上，传统微格教学系统的建设成本很高，如果要在全校普及，在经济上是不允许的。其次是传统的微格教学系统存在在资源共享的瓶颈，录制的实训课程资源无法实现共享。

云计算技术的成熟使得微格教学技术在实训教学中的普及成为可能。基于云计算技术的云录播系统不但可以大大降低微格实训系统的建设成本，还解决了传统微格教学系统的关键瓶颈——资源共享。本文主要从基础架构、服务和管理三方面阐述如何通过云计算技术架构多媒体教学系统，解决传统多媒体教学系统中存在的问题。

一 云录播的概念和特点

云计算是基于Internet或者Intranet的计算解决方案，他把原来分散的资源集中到一起，实现计算能力的聚合，然后再把这些计算能力分配给各种应用。云录播就是利用云计算的技术，把传统的在各个录播教室的各种应用迁移到云端，由云端的服务器统一处理，然后通过网络进行应用和数据的分发。

传统的录播是在每个需要录播的教室建立一套完整的录播系统，如果有N个教室需要这种应用，则需要在N个教室都建立同样的系统，而实际上在N个教室同时需要这种应用的概率是相当低的，重复建立N套这样的系统是对资源的极大浪费。在云录播系统中，教室端只是完成各种媒体的采集，采集到的媒体经由网络传输到云端。原来在教室录播设备上完成的各种功能都由云端服务器进行处理。这种模式的最大好处是可以按需分配计算能力，不需要给每个应用或者任务分配专门的硬件资源，任务和应用需要计算资源时，可以通过网络申请计算能力，从云端获取强大的计算资源和存储能力，任务完成后释放计算资源。

云录播是按需进行资源分配的模式，对资源的利用效率大大提高。在提高资源利用效率的同时大大降低了单个录播教室的投资成本，这有利于录播系统的普及，使得每个教室都具有录播功能成为可能。同时由于数据和应用是统一存储在云端，因此可以轻松实现应用和数据的共享，基于网络的应用扩展也变得更加简单快捷。同时基于云端的分布式存储使数据的可靠性和安全性得到极大提高。

二 云录播的系统模型

云录播运用了云计算的模型对录播系统进行了新的架构，把传统的录播教室里的录播主机实现的功能迁移到云端服务器来实现，各个录播教室从云端申请资源实现各种录播功能，用户也在云端实现各种基于录播的应用，实现了硬件资源和计算能力的共享。

1 云录播的逻辑模型

云计算在逻辑上一般分为三个层次：IaaS层（InfrastrucRtre as a Service，基础架构即服务）、PaaS层（Platform as a Service，平台即服务）和SaaS（Soft as a Service，软件即服务），也即I-P-S三层模型。云录播是录播技术在云计算上的一种应用，他也是按照云计算的三层模型进行架构。系统图如下：

基础架构层主要指提供录服务支撑的基础硬件设备，包含录播服务器、网络设备和存储设备等。这些基础硬件设备安装在数据中心，可以在一个机房内，也可以安装在不同地方的机房内，通过虚拟化技术形成资源池，也就是计算能力的聚合，这些计算能力可以按照用户需求进行动态的配置。当某个教室需要实现录播功能时，教室只需要把基本的音视频等媒体信息经过编码以后通过网络发送给云端服务器，由云端的服务器进行各种应用的处理。采用这种模式的好处是不同的教室可以共享这些资源，按需申请资源，使用以后释放资源，而不需要在每个教室都建设这些基础设施。

云录播的平台层是指录播系统所采用的平台技术，为各种录播应用提供软件基础服务和开发接口，这些服务包括存储服务、录播控制服务、文件管理服务、用户管理服务等。这一层不直接面向用户，但是直接影响应用开发和用户体验，因为所有的应用开发都是根据平台所提供的接口和工具进行的。

应用层是指基于录播的各种应用，例如微格教学、微课、在线学习、网络教研和课程评价等。这些应用运行于云端，用户不必单独的开发或者安装各种应用软件，只要通过网络申请即可。

2 云录播的物理模型

云录播在物理模型上由前端和后端组成。前端系统主要指安装在教室内的设备，后端系统指云本身。前段系统和后端系统之间通过网络链接。

前端系统主要是完成媒体采集功能。它又包含控制子系统，音视频采集子系统。控制子系统主要是完成教室内设备的控制以及身份认证。传统的多媒体控制系统是一个教室一个系统，各个教室之间是相互独立的，在云录播系统里，教室控制系统主要是完成控制信号的采集和分发，而控制指令的判断和行动调度，则由云端服务器完成。音视频采集子系统主要是完成教室内音视频媒体的采集和编码，然后发送给云端的服务器进行后续应用处理。

后端系统即云本身，它提供实现云服务的应用程序、计算机、服务器和数据存储。前端系统和后端系统之间通过网络连接。

三 云录播微格教学系统的搭建

我校一共有100多个多媒体教室，先期我们选择了20个教室进行基于云录播的平台建设试验。该方案既包含了原有的微格教学系统的功能，把传统的微格教学的各个功能模块重新进行了设计整合，又创新的运用了当下非常流行的云计算技术，而且更加突出了资源的分享与应用功能，所有的应用都是基于云端，录播教室通过网络获取各种录播功能，学生和老师只要通过网络就能获取各种应用资源。

系统分为前端教室系统建设和后端建设两部分。教室前端系统主要设备是媒体采集编码器，只负责媒体的采集编码工作，不再在每个教室里配置录播主机，主要的录播功能都是通过云端的服务器完成；后端系统主要是录播服务器、媒体中心、多媒体控制中心和存储系统，这些设备都统一安装在网络中心，此外我们还在校园内的主要网络节点部署了节点服务器，主要是实现数据访问时的流量分流，防止数据流量过度集中造成的网络拥塞。系统图见图3：

我们在每个教室里配置了两个音视频编码器和一个VGA编码器，音视频编码器负责教师和学生的视频和音频信号的采集，VGA编码器负责各种多媒体课件信号的采集。编码器把各种信号进行采集以后，通过网络传输给网络机房里的录播服务器，由录播服务器进行媒体的进一步处理。媒体采集子系统采用高性能专用嵌入式编码器，编码器采用专用的DSP编码芯片。和传统的PC架构的录播主机相比，嵌入式编码器的最大好处是工作效率大大提高，在相同网络带宽情况下，图像质量明显得到提高；而且稳定性大大提高，大大减轻了维护的工作量，这对于大规模部署的环境尤其重要。

在网络中心，我们部署了2台16通道的录播服务器、一台媒体中心主控服务器、一台集中控制服务器和一台数据库服务器。此外，我们还在学校的主要网络节点部署了节点服务器，用于应用网络流量的分流。

录播服务器主要是完成各种录播的数据处理，例如教室内的视频的导播切换、视频的录制和直播等。一台服务器可以完成16个教室的同时控制和录播，相对于传统的一个教室一台服务器的模式，采用这种方案我们不但大大的减少了管理和维护的工作量，而且节省了大量的投资成本。目前我们配置的录播服务器可支持32个教室的同时录播，多余的12个通道可作为系统的冗余备份。

录播系统的各种应用功能，主要是在媒体中心服务器上完成的，分为控制服务器、数据库服务器和节点服务器。主控服务器安装在网络中心机房，主要是完成管理控制入口和应用访问入口；根据校园的网络结构特点，我们在不同的网络节点部署了节点服务器，主要是完成流量分发功能。和传统星形的结构相比，节点服务器优化了整个校园网的流量分配，避免的了网络中心的网络负荷过重。

媒体中心是基于最新的HTML5技术架构，这是一种跨平台的技术，因此我们实现了几乎所有终端的资源访问和分享，无论是安卓系统的手机终端还是苹果系统的手机终端，或者是WINDOWS系统的PC和MAC机器，都能直接从媒体中心上获得资源，而无需安装各种插件和各种APP。

控制服务器主要是完成对教室内各种多媒体设备的集中控制和各种身份权限的认证。我们也通过控制服务器来完成和学校一卡通系统的互通。

通过云录播平台，我们除了实现教学资源的编辑和发布功能外，还增加了交流、评价、反馈、推荐等功能。为了方便师生的备课和学习，我们完成了录播媒体中心与数字化校园平台的对接，教师在校内外通过Ⅲ登录信息门户，经过身份认证就可以进入录播媒体中心；利用媒体中心提供的在线编辑工具，教师可以完成对自己课件的修改、编辑、评价和视频资源的定向发布等工作；视频资源同时上传至学校统一的资源库管理平台，方便其他师生共享；教师也可以根据课程的重点难点在相应的关键点进行标注和注解，学生在观看视频资源后，可以在关键点标注并提出问题，老师和其他同学可以给出相应的解答；这些交流和评价信息都可以通过浏览器在资源库管理平台看到。同时资源库管理平台即将开发的协同过滤的功能，也将对学生在对某个资源进行学习后，系统会根据学习的内容推荐相类似的资源，为学生下一步的全面学习提供方便：学生在点播教学视频的时候，可以通过预设的界面找到同时在观看该教学视频的同学。通过平台的通讯系统，双方或多方可以进行即时交流和讨论。

四 成果评价与展望

按照上述微格实训系统的设计思路，我校先后共投入了近200万元的资金对原有多媒体教室进行了改造。通过近两年的理论探索和项目实施，我们初步构建了基于网络的分布式的横跨教学楼、行政楼和培训大楼的云录播系统。搭建了互动讨论型、双轨教学型为典型代表的新型的多媒体教学环境。通过统一的媒体中心实现了普通课堂教学、实训课堂教学、行政会议和专家培训讲座等不同层次和要求的高标清视频资源管理。

借助视频教学资源库的建设，最终通过网络教学平台，将现实课堂教学与在线自主学习的第二课堂结合起来，为高等职业院校师生的再学习和为社会服务提供了有力保障。

我们始终认为，在全国高职院校加强内涵建设的关键时期，积极向国际先进职教理念学习，切实提升课堂教学质量，提高支持教学的技术水平，选择设计更适合本校实际的教学系统，才能占领职教人才培养的制高点，立于不败之地。

参考文献

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[3]教育部.教育部关于全面提高高等职业教育教学质量的若干意见（教高[2006]16号）[OL].

[4]彭飞，王智.基于网络多媒体教室的微格教学系统构建[J].中国现代教育装备，201l，（5）：41-43.

编辑：小西