基于云錄播的職教微格實訓系統設計

房棟　李宣

摘要：文章闡述了云錄播的概念和模型，并從邏輯和物理結構上對云錄播的構成與功能進行了詳細的闡述，結合學校實際的云錄播建設案例，介紹了云錄播系統的建設思路和部署方法，并對基于云錄播技術的應用進行了探索，為大規模的微格教室或者錄播建設提供參考。

關鍵詞：云計算；云錄播；高職教育；資源共享

【中圖分類號】G40—057 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097（2014）02—0115—05【DOI】10.3969/j.issn.1009- 8097.2014.02.016

引言

《教育部關于全面提高高等職業教育教學質量的若干意見》指出：“高等職業院校要積極與行業企業合作開發課程，根據技術領域和職業崗位（群）的任職要求，參照相關的職業資格標準，改革課程體系和教學內容”。由此看來，我國高等職業教育的重點已轉向關注內涵的發展，高職院校重點構建針對職業崗位設置及與行業生產緊密聯系的實訓課程，并且將實訓課程的教學課時數量大大增加。

微格教學是指利用現代的錄音、錄像等設備，幫助被培訓者訓練某一技能技巧的教學方法。這種教學技術最早用于訓練師范生的教學技能，它是以教育學和心理學為基礎，以現代視聽技術設備為手段，在課堂上由執教者對少數學生講課，錄下來后進行迅速反饋，以訓練某種技能的方法，它的核心是錄播技術，這和職教的實訓課程是非常契合的。但是這種傳統的技術并不適合大規模的普及。首先是在經濟上，傳統微格教學系統的建設成本很高，如果要在全校普及，在經濟上是不允許的。其次是傳統的微格教學系統存在在資源共享的瓶頸，錄制的實訓課程資源無法實現共享。

云計算技術的成熟使得微格教學技術在實訓教學中的普及成為可能。基于云計算技術的云錄播系統不但可以大大降低微格實訓系統的建設成本，還解決了傳統微格教學系統的關鍵瓶頸——資源共享。本文主要從基礎架構、服務和管理三方面闡述如何通過云計算技術架構多媒體教學系統，解決傳統多媒體教學系統中存在的問題。

一 云錄播的概念和特點

云計算是基于Internet或者Intranet的計算解決方案，他把原來分散的資源集中到一起，實現計算能力的聚合，然后再把這些計算能力分配給各種應用。云錄播就是利用云計算的技術，把傳統的在各個錄播教室的各種應用遷移到云端，由云端的服務器統一處理，然后通過網絡進行應用和數據的分發。

傳統的錄播是在每個需要錄播的教室建立一套完整的錄播系統，如果有N個教室需要這種應用，則需要在N個教室都建立同樣的系統，而實際上在N個教室同時需要這種應用的概率是相當低的，重復建立N套這樣的系統是對資源的極大浪費。在云錄播系統中，教室端只是完成各種媒體的采集，采集到的媒體經由網絡傳輸到云端。原來在教室錄播設備上完成的各種功能都由云端服務器進行處理。這種模式的最大好處是可以按需分配計算能力，不需要給每個應用或者任務分配專門的硬件資源，任務和應用需要計算資源時，可以通過網絡申請計算能力，從云端獲取強大的計算資源和存儲能力，任務完成后釋放計算資源。

云錄播是按需進行資源分配的模式，對資源的利用效率大大提高。在提高資源利用效率的同時大大降低了單個錄播教室的投資成本，這有利于錄播系統的普及，使得每個教室都具有錄播功能成為可能。同時由于數據和應用是統一存儲在云端，因此可以輕松實現應用和數據的共享，基于網絡的應用擴展也變得更加簡單快捷。同時基于云端的分布式存儲使數據的可靠性和安全性得到極大提高。

二 云錄播的系統模型

云錄播運用了云計算的模型對錄播系統進行了新的架構，把傳統的錄播教室里的錄播主機實現的功能遷移到云端服務器來實現，各個錄播教室從云端申請資源實現各種錄播功能，用戶也在云端實現各種基于錄播的應用，實現了硬件資源和計算能力的共享。

1 云錄播的邏輯模型

云計算在邏輯上一般分為三個層次：IaaS層（InfrastrucRtre as a Service，基礎架構即服務）、PaaS層（Platform as a Service，平臺即服務）和SaaS（Soft as a Service，軟件即服務），也即I-P-S三層模型。云錄播是錄播技術在云計算上的一種應用，他也是按照云計算的三層模型進行架構。系統圖如下：

基礎架構層主要指提供錄服務支撐的基礎硬件設備，包含錄播服務器、網絡設備和存儲設備等。這些基礎硬件設備安裝在數據中心，可以在一個機房內，也可以安裝在不同地方的機房內，通過虛擬化技術形成資源池，也就是計算能力的聚合，這些計算能力可以按照用戶需求進行動態的配置。當某個教室需要實現錄播功能時，教室只需要把基本的音視頻等媒體信息經過編碼以后通過網絡發送給云端服務器，由云端的服務器進行各種應用的處理。采用這種模式的好處是不同的教室可以共享這些資源，按需申請資源，使用以后釋放資源，而不需要在每個教室都建設這些基礎設施。

云錄播的平臺層是指錄播系統所采用的平臺技術，為各種錄播應用提供軟件基礎服務和開發接口，這些服務包括存儲服務、錄播控制服務、文件管理服務、用戶管理服務等。這一層不直接面向用戶，但是直接影響應用開發和用戶體驗，因為所有的應用開發都是根據平臺所提供的接口和工具進行的。

應用層是指基于錄播的各種應用，例如微格教學、微課、在線學習、網絡教研和課程評價等。這些應用運行于云端，用戶不必單獨的開發或者安裝各種應用軟件，只要通過網絡申請即可。

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。前端系統主要指安裝在教室內的設備，后端系統指云本身。前段系統和后端系統之間通過網絡鏈接。

前端系統主要是完成媒體采集功能。它又包含控制子系統，音視頻采集子系統。控制子系統主要是完成教室內設備的控制以及身份認證。傳統的多媒體控制系統是一個教室一個系統，各個教室之間是相互獨立的，在云錄播系統里，教室控制系統主要是完成控制信號的采集和分發，而控制指令的判斷和行動調度，則由云端服務器完成。音視頻采集子系統主要是完成教室內音視頻媒體的采集和編碼，然后發送給云端的服務器進行后續應用處理。

后端系統即云本身，它提供實現云服務的應用程序、計算機、服務器和數據存儲。前端系統和后端系統之間通過網絡連接。

三 云錄播微格教學系統的搭建

我校一共有100多個多媒體教室，先期我們選擇了20個教室進行基于云錄播的平臺建設試驗。該方案既包含了原有的微格教學系統的功能，把傳統的微格教學的各個功能模塊重新進行了設計整合，又創新的運用了當下非常流行的云計算技術，而且更加突出了資源的分享與應用功能，所有的應用都是基于云端，錄播教室通過網絡獲取各種錄播功能，學生和老師只要通過網絡就能獲取各種應用資源。

系統分為前端教室系統建設和后端建設兩部分。教室前端系統主要設備是媒體采集編碼器，只負責媒體的采集編碼工作，不再在每個教室里配置錄播主機，主要的錄播功能都是通過云端的服務器完成；后端系統主要是錄播服務器、媒體中心、多媒體控制中心和存儲系統，這些設備都統一安裝在網絡中心，此外我們還在校園內的主要網絡節點部署了節點服務器，主要是實現數據訪問時的流量分流，防止數據流量過度集中造成的網絡擁塞。系統圖見圖3：

我們在每個教室里配置了兩個音視頻編碼器和一個VGA編碼器，音視頻編碼器負責教師和學生的視頻和音頻信號的采集，VGA編碼器負責各種多媒體課件信號的采集。編碼器把各種信號進行采集以后，通過網絡傳輸給網絡機房里的錄播服務器，由錄播服務器進行媒體的進一步處理。媒體采集子系統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。和傳統的PC架構的錄播主機相比，嵌入式編碼器的最大好處是工作效率大大提高，在相同網絡帶寬情況下，圖像質量明顯得到提高；而且穩定性大大提高，大大減輕了維護的工作量，這對于大規模部署的環境尤其重要。

在網絡中心，我們部署了2臺16通道的錄播服務器、一臺媒體中心主控服務器、一臺集中控制服務器和一臺數據庫服務器。此外，我們還在學校的主要網絡節點部署了節點服務器，用于應用網絡流量的分流。

錄播服務器主要是完成各種錄播的數據處理，例如教室內的視頻的導播切換、視頻的錄制和直播等。一臺服務器可以完成16個教室的同時控制和錄播，相對于傳統的一個教室一臺服務器的模式，采用這種方案我們不但大大的減少了管理和維護的工作量，而且節省了大量的投資成本。目前我們配置的錄播服務器可支持32個教室的同時錄播，多余的12個通道可作為系統的冗余備份。

錄播系統的各種應用功能，主要是在媒體中心服務器上完成的，分為控制服務器、數據庫服務器和節點服務器。主控服務器安裝在網絡中心機房，主要是完成管理控制入口和應用訪問入口；根據校園的網絡結構特點，我們在不同的網絡節點部署了節點服務器，主要是完成流量分發功能。和傳統星形的結構相比，節點服務器優化了整個校園網的流量分配，避免的了網絡中心的網絡負荷過重。

媒體中心是基于最新的HTML5技術架構，這是一種跨平臺的技術，因此我們實現了幾乎所有終端的資源訪問和分享，無論是安卓系統的手機終端還是蘋果系統的手機終端，或者是WINDOWS系統的PC和MAC機器，都能直接從媒體中心上獲得資源，而無需安裝各種插件和各種APP。

控制服務器主要是完成對教室內各種多媒體設備的集中控制和各種身份權限的認證。我們也通過控制服務器來完成和學校一卡通系統的互通。

通過云錄播平臺，我們除了實現教學資源的編輯和發布功能外，還增加了交流、評價、反饋、推薦等功能。為了方便師生的備課和學習，我們完成了錄播媒體中心與數字化校園平臺的對接，教師在校內外通過Ⅲ登錄信息門戶，經過身份認證就可以進入錄播媒體中心；利用媒體中心提供的在線編輯工具，教師可以完成對自己課件的修改、編輯、評價和視頻資源的定向發布等工作；視頻資源同時上傳至學校統一的資源庫管理平臺，方便其他師生共享；教師也可以根據課程的重點難點在相應的關鍵點進行標注和注解，學生在觀看視頻資源后，可以在關鍵點標注并提出問題，老師和其他同學可以給出相應的解答；這些交流和評價信息都可以通過瀏覽器在資源庫管理平臺看到。同時資源庫管理平臺即將開發的協同過濾的功能，也將對學生在對某個資源進行學習后，系統會根據學習的內容推薦相類似的資源，為學生下一步的全面學習提供方便：學生在點播教學視頻的時候，可以通過預設的界面找到同時在觀看該教學視頻的同學。通過平臺的通訊系統，雙方或多方可以進行即時交流和討論。

四 成果評價與展望

按照上述微格實訓系統的設計思路，我校先后共投入了近200萬元的資金對原有多媒體教室進行了改造。通過近兩年的理論探索和項目實施，我們初步構建了基于網絡的分布式的橫跨教學樓、行政樓和培訓大樓的云錄播系統。搭建了互動討論型、雙軌教學型為典型代表的新型的多媒體教學環境。通過統一的媒體中心實現了普通課堂教學、實訓課堂教學、行政會議和專家培訓講座等不同層次和要求的高標清視頻資源管理。

借助視頻教學資源庫的建設，最終通過網絡教學平臺，將現實課堂教學與在線自主學習的第二課堂結合起來，為高等職業院校師生的再學習和為社會服務提供了有力保障。

我們始終認為，在全國高職院校加強內涵建設的關鍵時期，積極向國際先進職教理念學習，切實提升課堂教學質量，提高支持教學的技術水平，選擇設計更適合本校實際的教學系統，才能占領職教人才培養的制高點，立于不敗之地。

參考文獻

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編輯：小西