云環境下移動微課直播平臺設計與應用研究

陳荊橋 劉興紅

摘 要 利用云服務平臺提供的底層架構和API，設計并實現一個微課直播學習平臺。該平臺與微課結合起來，能夠更好滿足微課教學過程中對于交互和課程講授的靈活需求，同時加強微課教學設計的互動過程，優化微課教學藝術，增強學習效果。

關鍵詞 移動學習；云服務平臺；微課直播平臺

中圖分類號：G652 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2018）16-0031-03

Research on Design and Application of Mobile Learning Micro Lesson Live Platform in Cloud Environment//CHEN Jingqiao， LIU Xinghong

Abstract With the help of the underlying architecture and API pro-vided by the public cloud platform， a micro lesson live learning plat-

form is designed and implemented. This platform combined with micro lesson which can better fit in the flexible needs of interaction and course teaching in micro teaching process， and it can also streng-

then the interactive process during the course， optimize the art of micro teaching， and enhance learning effect.

Key words mobile learning； cloud platform； micro lesson live plat-form

1 前言

近年來，隨著無線網絡與移動技術的飛速發展，傳統教育在教育領域的應用發生巨大變革。如今4G網絡收費日益低廉，無線路由網絡觸手可及，各種移動設備功能日新月異，智能手機也成為很多人日常生活中不可或缺的一部分。在這樣的硬件基礎和技術的支持下，移動學習的概念也有了逐漸滲透教育領域的方方面面的條件，成為國內外教育信息化的研究熱點。移動學習的出現，打破了傳統課堂教學與網絡教學不能讓學生根據性格、習慣、能力、基礎等多種特點進行自由學習的限制。而微課作為新的教學資源載體，能夠將大量分散的、不連續的、碎片狀的時間整合起來，讓學生利用無線通信網絡和各種移動設備實現按需、隨時、隨地的學習，正適合作為傳統課堂教學的補充與延伸。

傳統課堂教學過程中，教學交互的形式除了教師提問、學生回答這種言語交互之外，體態語言的交互和師生情感的交流也是課堂交互中非常重要的一部分。這種語言及表情交互，同樣能夠傳送豐富的教學信息，起到加強師生情感交流的作用。在方便學生獲取學習資源的同時實現教師與學生的交互，成為當今學習環境的一個新需求，如何豐富移動學習的實時交互，已經成為亟待解決的問題。通過直播這一媒體手段，教師的肢體語言也能夠即時傳送給學生，進而起到和課堂教學同樣的效果，實現和學生進行交互的需求[1]。將視頻直播作為一種實時交互方式，可能成為未來師生實時互動的新模式。

一個完整的直播流程主要包括數據采集、數據編碼、數據傳輸、解碼數據和視頻播放等五個部分：數據采集部分包括視頻/音頻的采集、圖形處理等；數據編碼和傳輸涉及視頻/音頻壓縮、CDN推流、控制信令等；數據的解碼和視頻播放部分涉及視頻/音頻解碼，拉流、即時通信等技術。對于部分高校來說，從零開始搭建一個直播平臺，要求的技術難點較多，實現較為復雜。云服務平臺能夠提供穩定的底層構架和API接口，能夠幫助高校較為輕易地實現搭建屬于自己的微課直播平臺。

2 微課直播平臺的優勢

即時的交互加強師生情感交流 在傳統的微課平臺中，學生的學習模式基本保持一成不變，即視頻的觀看、課后練習的完成等。但在一個真實的教學情境中，學生可能會產生一些疑問和困惑，如果無法得到解答，可能會影響后期學習效果。同時，在微課直播平臺中，教師可以在直播授課過程中對學生提出的問題進行實時的、面對面的答疑。直播形式的授課能夠幫助師生實現更加即時的交互，有助于加強師生情感交流，讓學生擁有更加身臨其境的學習體驗。

學習示范加強學生之間交互競爭 教師在初步了解學生學習情況的前提下，可以選擇練習情況完成良好的學生，轉讓直播權利，讓優秀學生也能夠通過直播將自己完成練習的過程直播給其他學生，起到正面的引導示范作用，以達到學生之間的交互和競爭。學生的身份也能通過直播系統隨時調換成教師，提高優秀學生的表達能力，并在此過程中進一步加強學習。

碎片化學習提高學生學習效率 微課直播這種教學模式能夠將大量分散的、不連續的、碎片狀的時間整合起來。定時直播的方式還能夠幫助學生更好地規劃學習時間，在零碎的空閑時間里進行小的知識點的學習，進行知識整合。即時直播的同時，教師也能夠通過學生的評論隨時了解學生的學習進度，便于制訂更加合理靈活的教學計劃，進一步提高學生的學習效率。

3 云平臺提供基礎服務

云計算是近年來非常有影響力的一個互聯網概念，是將虛擬化（Virtualization）、效用計算（Utility Compu-ting）、將基礎設施作為服務IaaS（Infrastructure as a Service）、將平臺作為服務PaaS（Platform as a Service）和將軟件作為服務SaaS（Software as a Service）等概念混合演進并躍升的結果。Google、微軟、IBM、Facebook等計算機巨頭都投入大量資本在云計算領域，各種云平臺設施的數量正在迅猛增長，國內各大互聯網公司也加入公共云平臺的開發工作，規模較大、較為穩定的包括網易云、百度云、騰訊云、阿里云等。云服務平臺以其超大規模、高可靠性、高可擴展性、通用性等天然優勢，能夠為直播平臺提供廉價便捷的服務[2]。

云計算按照服務類型大致可以分為IaaS、PaaS和SaaS三類[3]。IaaS給用戶提供所有計算機基礎設施的利用，如Salesforce客戶關系管理（Salesforce CRM）。PaaS將采用提供的開發語言和工具（如Java、Python、.Net等）開發的應用程序部署到應用上的云基礎設施上去，如谷歌搜索引擎。SaaS提供給用戶的服務是運營商運行在云計算基礎設施上的應用程序，用戶可以在各種設備上通過客戶端界面訪問，如亞馬遜C2和亞馬遜S3。

搭建一個直播平臺，主要用到的是云服務平臺的PaaS服務，由云環境提供存儲和CDN推流以及API接口，直播框架如圖1所示。用戶只要將自己編寫的播放器集成到云服務提供的SDK上，就能夠快速搭建一個屬于自己的直播平臺。云產品的PaaS服務對于用戶來說安裝簡易，按需收費不存在資源的浪費，同時能滿足各種需求的拓展性。云環境下搭建微課直播平臺，能夠大量減少花費在CDN分發、即時通信等困難技術上的時間，幫助用戶更便捷地根據需要搭建自己的直播平臺。

當前國內主流的云服務平臺主要有網易云、騰訊云、百度云、阿里云等，每個平臺都能夠提供完整的直播所需的基礎設施，包括智能調度、智能路由、智能QoS以及直播管理服務器和流媒體分發系統等。同時，云服務平臺通常有極高的通用性和高可擴展性，提供包括Windows、Android和iOS等各種系統皆可用的API，用戶能夠根據習慣和具體需求選擇平臺，進行直播平臺的搭建。

4 播放器模塊搭建及視頻播放

一個直播播放器主要包括五個部分，即初始化模塊、輸入模塊、解碼模塊、顯示模塊和事務處理模塊[4]，如圖2所示。

初始化模塊 初始化模塊主要負責完成播放的初始化過程，首先是創建播放器，之后就是消息機制的建立（包括數據請求、數據返回和數據響應），緊接著是創建線程以及對應的全局變量的初始化（包括獲取頻道和頻道狀態等）。

輸入模塊 輸入模塊的主要工作是拉流，即在獲取推流地址之后，對地址進行解析。對于移動端的直播平臺來說，請求獲取流媒體的標準格式有RTMP、FLV和HLS三種，這三種協議能夠滿足不同業務場景的需求。RTMP和FLV屬于長連接協議，更適用于即時性和互動性要求高的直播課程；而有回放需求的課程可以使用HLS協議。數據解析部分則需要支持FLV、TS等格式的解析，在對地址解碼之后，該模塊還需要將解碼出來的音頻和視頻文件存入緩沖隊列，以待下一個模塊對隊列中的文件進行解碼。

解碼模塊 播放器的解碼模塊包含音頻解碼和視頻解碼兩部分，這兩部分是分開進行的，單線程情況下二者交替進行，多線程則能夠對音頻、視頻進行并行解碼。解碼模塊運行的第一步是讀取輸入模塊拉流后緩存到緩沖隊列的視頻和音頻數據；第二步是將這些數據傳入對應的音頻/視頻解碼器進行解碼，等待顯示模塊將它們顯示出來。

顯示模塊 顯示模塊負責將解碼后的音頻/視頻數據幀存入相應的隊列，就能將視頻/音頻資源播放出來。

事務處理模塊 事務處理模塊主要包括用戶事務和系統事務兩部分，其中用戶事務主要包括對用戶信息的處理；而系統事務主要包括對播放器進行一些邏輯控制，如暫停、播放、截圖等操作。

5 Gradle集成SDK

一個完整的移動端微課直播平臺推流要有四個環節，即推流端、視頻處理、播放器播放和交流互動。在完成播放器SDK的設計與編寫之后，可以將其與推流端SDK、播放器SDK、即時通信SDK進行集成。

一般情況下能夠通過兩種方式進行集成，一種是通過庫類配置集成SDK，另一種是通過Gradle集成SDK。相較于通過Eclipse或Android Studio導入第三類庫進行集成的方式，Gradle拋棄了基于XML的各種配置，轉而基于Apache Ant和Apache Maven概念進行項目自動化構建，使用更加簡潔。同時，Gradle支持局部構建，適用于任何結構的工程，能夠實現靈活輕松的遷移，能夠幫助使用者更簡便地實現在一個APP中集成多種功能。

6 結語

當前，關于學習平臺的研究層出不窮，商業化的直播APP也數見不鮮，但從零開始搭建起一個個性化的班級甚至校本使用的移動學習平臺仍舊需要克服很多的技術難點。本研究主要基于當前云技術的發展情況下，利用各大運營商提供的公共云云服務平臺，如何快速地搭建一個屬于學校或班級私有的移動微課直播平臺。隨著研究的深入，用戶還能夠根據自己的需要，在系統中集成更多插件和功能，搭建出個性化的微課直播平臺，幫助教師更加高效地開展教學活動。

參考文獻

[1]李亮.基于化身技術的虛擬教室研究[J].廣州：華南師范大學，2010：40-57.

[2]張世明.數字教育資源共享生態系統研究[M].復旦大學出版社，2011：87-92.

[3]彭力.云計算導論[M].西安：西安電子科技大學出版社，2013：51-53.

[4]網易視頻云技術分享：移動端播放器框架搭建[EB/OL].[2016-11-02].https：//www.douban.com/group/topic/92635711/？author=1.