区域智慧教育云视频平台建设的实践探索——以南京市江宁区为例

许海清

2021年12月，中央网络安全和信息化委员会印发《“十四五”国家信息化规划》，明确要求提升教育信息化基础设施建设水平，构建高质量教育支撑体系。教育部重视教育云平台的发展，不断加强顶层设计，积极推进教育统筹部署和新型基础设施建设，推动各级各类教育平台融合发展。［1］

教育云课堂是慕课的一种体现方式，是基于云计算技术的一种高效、便捷、实时互动的远程教学课堂形式，主要为学习者提供海量、优质的课程资源。［2］教育直播平台是现代远程教育的一种应用手段，包含远程研训平台、全区录播教室直播平台等的大部分功能。［3］

目前，各大平台的教育直播资源仍需要进一步整合。例如公开课、名师课堂、教学研讨等活动，需要针对不同的教育活动场景，获取视频流信号，并将这些活动在互联网进行直播。优质的视频直播体验能吸引更多用户，有助于提高资源利用率，实现教育资源的共享化、公平化。［4］

江宁区在移动学习、自主学习、促进教育均衡发展等方面进行探索和实践，运用视频的点播与直播技术，搭建了教育云课堂和教育直播应用平台。

一、平台设计

第一，推动教育均衡化、公平化、优质化。教育的均衡化是教育现代化的核心理念。云视频平台的定位是开放、可扩展、可持续提供信息化服务、可长期运营的信息化平台，面向全区所有的教育行政部门、学校，为庞大的教师、学生、家长等用户群体。

第二，推动教育服务高效、可扩展、高安全性、低成本。通过平台建设，教育服务应当更高效，服务更广泛的用户群体，为教育管理者提供网络化办公环境；为一线教师提供一个集教学交流、网络授课、资源共享于一体的平台；为广大学生服务，使他们在网络的支持下，以全新的学习模式与学习手段进行学习；为家长服务，通过架设教育局、学校和家庭之间的沟通桥梁，实现家校共育的教育模式；为社会公众服务，提供各类教育视频信息与服务，满足大众终身学习的需要。

第三，打破用户孤岛、应用孤岛、信息孤岛。江宁教育云视频平台（以下简称“云视频平台”）利用云计算技术和可扩展的架构方案，将用户、应用和数据进行集中统一管理，提供了高性能、可维护的教育服务。同时，平台能提供接口来整合已有的和第三方应用服务，从而解决用户孤岛、应用孤岛、信息孤岛问题，为教育信息化持续发展奠定基础。

二、平台整体功能设计

（一）总体结构

云视频平台依托江宁教育云体系进行开发，是一个综合型视频服务平台。云视频平台集视频点播、直播、第三方应用服务接口以及丰富的视频应用功能于一身，除提供PC端的视频体验外，还有移动终端供用户使用。

1.总体框架体系结构

云视频平台的业务主要包括江宁教育在线、江宁教育直播、视频云媒体开放平台、微课堂、分布式共享、资源池优化、视频打点、移动客户端等。云视频平台采用了大型系统所使用的分层级框架体系结构，从底层到上层分为“底层数据层”“视频处理层”“流媒体服务层”“流量负载均衡层”“业务功能层”“服务接口层”“业务门户层”“网络承载层”“终端用户层”，将相关业务逻辑集中到相应的层级进行集中处理。分层级的结构使得系统结构和业务逻辑更加清晰，并具有良好的可扩展性。系统也采用了灵活的模块化分布式部署模式。

在设计开发中，这样的部署可以将系统的各功能模块分离，灵活地将各功能模块部署于不同的服务器上。每个功能模块的服务器（包括WEB 服务器、应用服务器、数据库服务器、转码服务器、流媒体服务器等）均支持多服务器集群，通过负载均衡技术实现弹性扩展，实现高性能、高可靠性的服务。

2.全区多数据中心分布式架构设计

云视频平台支持在区、校多个数据中心之间进行分布式部署。与传统的只将部分功能部署到其他数据中心的架构不同，本平台架构在区、校每个数据中心都是全功能的，可自成一体、独立运行。同时，通过各个数据中心平台的底层接口互联、任务分配与调度、广域网负载均衡等技术，能保障各数据中心平台之间的协同。

在全区多数据中心分布式架构中，不同数据中心平台之间通过应用服务器进行命令交互及控制，实现视频流、视频缓存、视频转码任务等的自动化调度，同时通过负载均衡策略将用户引导到最佳的数据中心及网络链路上。

下文以江宁教育在线、江宁教育直播两大平台为对象进行重点介绍。

（二）江宁教育在线

1.主要功能实现

（1）学生学习空间

江宁教育在线平台致力于打造一体化的线上教学、线上线下互通的学生学习空间。学生在学习空间中完成指定的课程学习任务，可以根据年级、学科、知识点检索和学习自己感兴趣的课程、资源等。学生学习空间中发布的课程涵盖课前、课中、课后教学全过程，能有效增强学生的学习自主性。

另外，平台依照真实教学情境，遵循学习规律，以江宁区实际使用的教材为依据，为学生定制以教学大纲为指导的学习课程。学生可以按照学科、章节、知识点进行预习、复习等，还可以向教师反馈学习情况，让教师及时了解其知识掌握情况。

（2）教师培训与教研空间

教师培训指平台对教师的学习内容、学习进度、学习时长等进行监控和记录。教研空间指为参与教研活动的教研员、教师提供的协作平台。与传统线下教研相比，线上教研空间提供了更灵活多样的教研形式。同时，线上教研活动的全过程都被记录并发布为资源，让成果得以转化。

（3）资源整合与资源交换

资源是支撑线上教学、教研的重要组成部分。教师发布的课程资源、教研活动形成的资源、学校开发的校本资源和购买的各类资源等共同充实江宁教育平台，为学生学习、教师培训、教研活动等提供有力的支撑。同时，江宁教育在线还可与南京市各区的教育平台甚至其他省、市、区（县）进行合作，实现资源互换，扩充资源库。

（4）教学分析与精准推送

教学分析的功能是通过对发布课程的学习量、资源的查阅情况、学习进度、练习题作答情况等进行统计分析，得出课程教学质量、学生对各知识点掌握情况等数据。平台能根据学生所在年级、当前所学章节、查找资源的关注点、错题情况等进行智能判断，从而实现资源的精准推送。

2.特色与优势

通过课前、课后练习评测及时收集学生答题结果以促进数据的统计，实现资源共享、精准推送；实现江宁区资源平台数据的交换、共享服务；实现与第三方教育在线平台身份认证、页面定制、API 对接服务，为学生提供在线辅导。

江宁教育在线平台打造的是一体化的教学、教研平台，不仅适用于线上教学模式，也适用于线上线下相结合的教学模式，可适应日常的教学环境，亦可满足突发事件期间的特殊需求。平台从时间、空间等多维度拓展了学生学习的灵活性和便捷性，使教学从以教师为中心向以学生为中心转变，以信息化手段促进教育教学模式的改革。

（三）江宁教育直播

目前许多学校建设的录播教室存在局限性，如视频只能在校内局域网观看，无法为其他学校的教师和学生提供在线直播服务。江宁教育直播平台依托直播技术，整合全区录播教室资源，与各个学校的录播教室进行对接。这就将录播教室的影响力从学校扩展到全区范围，实现为广大用户提供优质的视频直播服务。同时，江宁教育直播平台采用分布式部署，协同各个数据中心的带宽资源、服务器资源，具备良好的扩展性和灵活性，能够应对高并发量的直播活动，给用户提供良好的学习体验。

第一，平台性能提升。增加CDN 缓存加速；增加Nginx 缓存，减小后端服务器压力；HLS编码优化，适应缓存及CDN 环境；WEB 功能模块分离，代码优化数据缓存。

第二，平台可靠性提升。对客户端进行优化升级，适配双直播通道，在后台可选择双直播通道为“主备”或“双活”模式；当所有通道视频流都中断无法加载时，将插入类似“信号中断，请稍候”的提示画面并检测所有通道的视频流情况，一旦视频流恢复，则继续播放。

1.主要功能实现

形成录播教室对接接口规范，协助录播教室厂商对接工作；提供直播服务，对接全区有录播教室的学校，将直播信号传到区级数据中心；建立区、校协同机制，将校级数据中心的直播信号、预告信息、直播信息汇集到区平台并进行展示；直播时用户可以签到、实时讨论、在线问答、下载资源、发布公告等；直播服务器兼容RTMP，MMS 等协议的视频流格式；能应对大量用户同时访问的负载情况；能扩展服务器资源，满足大容量用户的访问需求；支持集群模式。

2.特色与优势

其一，支持多信号源。能够对接视频会议系统信号、直播录播教室系统信号，支持PC、移动端推流软件推送的信号。

其二，实现分布式部署，各级数据中心协同工作、相互支持。可借用其他数据中心的服务器资源、带宽资源进行直播，以缓解本地服务器压力。根据用户的IP 自动分配就近的服务器地址，最大限度优化用户访问，提升用户的使用体验。

其三，负载均衡应对高并发量用户的直播活动。直播流媒体服务器可以设置多台缓存服务器，并随时根据情况扩充缓存服务器，实时监测各服务器状态。

其四，直播打点。当直播结束后，可以将视频录像与直播打点信息自动关联，便于后期检索。

三、结束语

区域智慧教育云视频平台具有强大的云端处理能力，结构合理，具备弹性扩展能力。平台利用支持区、校分布式架构，使各节点间互连互通、协同工作，真正将各节点融合成云端服务节点，有助于增强“云”服务模式。区域智慧教育云视频平台的建设需要建立一体化解决方案，只有理解教育理念并结合实际的业务和应用将这些优秀的产品置于一个体系里，才能真正体现教育信息化的价值。

另外，平台建设是一个长期的系统工程，还受到教育教学体制和习惯的制约。因此，必须分阶段、分步骤实施。平台的实施建设，将依据国家教育发展纲要，把准项目系统之间的技术联系性、子系统业务逻辑的关系、平台建设的抗风险性、投资保护原则性等进行分步实施和实践优化。