王 琳東北大學(xué) 遼寧沈陽 110819

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基于云架構(gòu)的高校視頻資源制播體系研究

王 琳
東北大學(xué) 遼寧沈陽 110819

摘 要：在開放教育資源運動及大規(guī)模開放式網(wǎng)絡(luò)課程興起的大背景下，高校面臨著大量視頻教學(xué)資源的制播、存儲以及共享等問題。利用云計算等技術(shù)建立基于云架構(gòu)的視頻資源制播體系，可以充分利用現(xiàn)有軟硬件資源，提高資源建設(shè)質(zhì)量與效率。提出了云制播體系的技術(shù)架構(gòu)及實現(xiàn)方案，對高校資源建設(shè)未來發(fā)展進行了展望。

關(guān)鍵詞：視頻資源；制播；云架構(gòu)

近年來，多媒體、網(wǎng)絡(luò)信息等技術(shù)快速發(fā)展，教學(xué)方法和手段不斷創(chuàng)新，開放教育資源運動在全世界范圍內(nèi)悄然興起。2003年我國開始了國家精品課建設(shè)工作，隨后視頻公開課、精品資源共享課等也相繼啟動，2012年MOOCs（大規(guī)模開放式網(wǎng)絡(luò)課程）進入了大家的視野，在這樣的大背景下，高校視頻學(xué)習(xí)資源的錄播和制作成了資源建設(shè)中的重中之重。大數(shù)據(jù)、云計算等聲音時常在大眾耳邊響起，那么這些新興技術(shù)會給高校教學(xué)資源建設(shè)帶來什么樣的影響呢？

1　云架構(gòu)在高校資源建設(shè)中應(yīng)用的優(yōu)勢

高校傳統(tǒng)視頻資源制播體系一般是每一間教室都搭建一套錄播系統(tǒng)，一間教室至少需要2位技術(shù)人員跟蹤操作。遇到多間教室同時錄制的情況時，人員不夠成為常態(tài)，資源利用率也比較低。在錄制之后還要通過人工拷貝等方式將視頻資源傳送到編輯軟件所在的電腦里，編輯輸出后還需要上傳至指定服務(wù)器，不僅費時費力，而且容易出現(xiàn)差錯、丟失數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的低集成度造成了管理不便、運行成本高、資源建設(shè)效率低［1］。

運用云計算等技術(shù)構(gòu)建的云制播體系，可以把錄播室的導(dǎo)播等應(yīng)用放到云平臺上，通過網(wǎng)絡(luò)同步采集視音頻信號，在云平臺導(dǎo)播控制系統(tǒng)完成導(dǎo)播、編輯、轉(zhuǎn)碼、存儲等服務(wù)，充分利用高?，F(xiàn)有的硬件資源，不必在每間錄播室都建立整套的錄播系統(tǒng)，降低資源開發(fā)成本?？梢愿鶕?jù)各類課程的特點，搭建多樣化的在線學(xué)習(xí)平臺，滿足學(xué)習(xí)者個性化學(xué)習(xí)需求，有利于資源共建共享。

通過云架構(gòu)可以實現(xiàn)適合多種類型終端的視頻資源發(fā)布功能，可以為使用不同設(shè)備（如計算機、平板電腦、智能手機等）的學(xué)習(xí)者提供視頻資源點播服務(wù)，使學(xué)習(xí)者隨時可學(xué)、隨地可學(xué)，實現(xiàn)泛在學(xué)習(xí)和碎片化學(xué)習(xí)。由于數(shù)據(jù)和應(yīng)用都統(tǒng)一部署在云服務(wù)器上，實現(xiàn)了資源集中管理，避免了多用戶分散化管理，大大提高了數(shù)據(jù)的可靠性和安全性，保證教學(xué)資源的完整性。

2　視頻資源云制播體系架構(gòu)

視頻教學(xué)資源的生產(chǎn)過程由錄播、編輯制作、合成、審核、存儲、上傳等多個環(huán)節(jié)構(gòu)成，本質(zhì)上是數(shù)據(jù)信息在物理層、網(wǎng)絡(luò)層、應(yīng)用層等不同層面變化和傳輸?shù)倪^程。要在多環(huán)節(jié)的前提下，保障資源的完整性、可靠性，必須整合資源，構(gòu)建云制播體系，將云技術(shù)、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)互相融合起來，建立比傳統(tǒng)制播系統(tǒng)具有更高的效率與安全性的制播系統(tǒng)。

該體系采用三層架構(gòu)，包括基礎(chǔ)支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、服務(wù)層 （如圖1所示）。

圖1　視頻資源云制播體系架構(gòu)

云制播體系不是簡單的錄播室與服務(wù)器連接，而是以錄播室視音頻信號同步采集為基礎(chǔ)，利用云計算技術(shù)，以云平臺錄播、編輯制作、轉(zhuǎn)碼、發(fā)布等功能為重心，提高視頻制播工作的智能化水平，實現(xiàn)資源的統(tǒng)一管理與共享?；A(chǔ)支撐層采用網(wǎng)絡(luò)、防火墻、服務(wù)器虛擬化等技術(shù)，使硬件資源得到充分的利用，在業(yè)務(wù)應(yīng)用層實現(xiàn)基于云的錄播控制、編輯制作、轉(zhuǎn)碼、審片、存儲等功能，在服務(wù)層建立綜合管理系統(tǒng)、資源發(fā)布與點播系統(tǒng)等。

3　視頻資源云制播體系實現(xiàn)方案

3.1多種類型演播室搭建方案

高校視頻資源錄播場所可以包括專業(yè)級演播室、虛擬演播室、訪談型演播室、常規(guī)教學(xué)錄播室、外景錄制現(xiàn)場等幾種。

3.1.1專業(yè)級演播室

在資源建設(shè)過程中，一些高標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)資源如教學(xué)專題片、精品課等，僅滿足常規(guī)教學(xué)需求還不夠，對藝術(shù)水平、畫面真實感、視音頻質(zhì)量、教學(xué)設(shè)計思想也有更高的需求，常規(guī)錄制室不能滿足錄播的需要?？梢圆捎萌龣C位高清攝像機人工跟蹤拍攝及一路VGA信號，錄制教室全景、教師近景、學(xué)員近景及授課電子講稿，可以展現(xiàn)教師與學(xué)員的精神風(fēng)貌和課堂互動效果。技術(shù)人員通過導(dǎo)播控制實時切換鏡頭，生成教學(xué)效果自然、課程品質(zhì)高的視頻資源。這種演播模式需要專業(yè)技術(shù)人員在錄播過程中進行適當(dāng)?shù)牟僮?，成本較高但效果較好。

3.1.2虛擬演播室

應(yīng)用虛擬演播室，在建設(shè)方面只需搭建有藍色背景的錄播空間，后期制作人員運用摳圖、三維制作等技術(shù)，將教師與場景完美結(jié)合，可以隨意構(gòu)建場景，滿足不同課程的實際需求?？梢圆捎?～3機位，拍攝近景、特寫等鏡頭，通過錄播控制系統(tǒng)生成課程源視頻，制作人員在云平臺上進行制作合成。這種方式可以應(yīng)用于高校的實踐教學(xué)、精品課程建設(shè)等。

3.1.3訪談型演播室

訪談型講座是常有的授課方式，高校會邀請專家學(xué)者、知名企業(yè)家等來校，這種方式授課人通常會脫稿自由發(fā)揮，對于錄播工作來說主要是拍攝教師特寫鏡頭及學(xué)員全景或近景，采用2個高清攝像機機位便可以滿足需求，云端錄播控制系統(tǒng)根據(jù)實時授課情況自由切換畫面，錄制出來的視頻資源直接存放在云存儲服務(wù)器上，后期制作等人員在云平臺上直接進行相關(guān)操作，整個錄播過程方便快捷、自由流暢。

3.1.4常規(guī)教學(xué)錄播室

在日常教學(xué)過程中，將教學(xué)活動通過攝像機錄制下來，教師可以通過教學(xué)視頻發(fā)現(xiàn)教學(xué)中的不足，有利于提高教學(xué)質(zhì)量；學(xué)生可以通過教學(xué)視頻進行復(fù)習(xí)，鞏固學(xué)習(xí)效果；教師可以共享授課視頻資源，節(jié)省開放教育資源的錄制成本，提高教學(xué)資源利用率。在錄播室內(nèi)架設(shè)2～3臺攝像機，錄制全景、教師特寫、學(xué)員近景等，再加一路電子講稿VGA信號，常規(guī)教學(xué)錄制方法可以完整記錄教學(xué)過程，包括授課過程、板書、師生互動等，通過云端錄播系統(tǒng)集中錄制，錄制完成后自動上傳至云平臺，再進行編輯等操作［2］。

3.1.5外景錄制

課程錄制場地除了幾種類型室內(nèi)錄播室之外，可能還需要拍攝一些課堂以外的視頻影像，例如深入工廠拍攝大型設(shè)備工作現(xiàn)場、拍攝實訓(xùn)基地的實踐過程、拍攝校園外景等，需要錄制人員有較高的技術(shù)水平及臨場發(fā)揮能力，對燈光、構(gòu)圖等都提出了很高的要求。外景拍攝之后，將視頻等素材上傳至云存儲平臺，有利于資源的制作及共享，避免了分散化存儲可能會出現(xiàn)的資源丟失、檢索不便等問題。

3.2視頻資源云制播體系的技術(shù)實現(xiàn)

通過云制播體系，可以實現(xiàn)專業(yè)級演播室、虛擬演播室、訪談型演播室、常規(guī)教學(xué)錄播室、外景錄制等不同級別和需求的視頻教學(xué)資源開發(fā)與管理（如圖2所示）。在云端采用多通道錄播系統(tǒng)，實現(xiàn)多采集通道集中或分組控制，可以選擇多錄制室集中式錄制或各個錄播室分別控制兩種模式，支持多通道幀精度同步控制，保證錄播質(zhì)量。與傳統(tǒng)的錄播系統(tǒng)相比，不僅減少了大量軟硬件建設(shè)成本，還使管理和維護變得更加集中化，進而減少人力成本，同時也提高了資源建設(shè)的工作效率。

圖2　云制播體系功能模型

云存儲平臺可以由密集刀片服務(wù)器或大量分布式計算機利用分布式算法、虛擬化技術(shù)等組成的云資源池，密集刀片服務(wù)器的優(yōu)點是擁有較高的系統(tǒng)性能但購置成本高昂，分布式計算機構(gòu)成的云資源池可以充分利用現(xiàn)有硬件資源、節(jié)約建設(shè)成本但性能略低，高校可以根據(jù)自身的實際情況，選擇一種較為適宜的方法，構(gòu)建云平臺來實現(xiàn)資源的靈活配置和統(tǒng)一管理。

運用桌面虛擬化技術(shù)，可以使用戶在云終端完成視頻編輯、審核、轉(zhuǎn)碼等操作，不僅方便快捷而且利于管理。云制播平臺不僅滿足制作人員云編輯、云轉(zhuǎn)碼等需求，還可以為教室提供在線編輯平臺訪問權(quán)限，便于查看、修改視頻資源，使教師快速地發(fā)現(xiàn)課程的問題，方便教師與負責(zé)編輯制作的相關(guān)人員溝通，提高課程資源制作效率。通過云點播服務(wù)器等軟硬件設(shè)施，為用戶提供資源發(fā)布、點播等服務(wù)，可以通過多種終端，如計算機、平板電腦、智能手機訪問云點播系統(tǒng)進行點播學(xué)習(xí)。系統(tǒng)在面向用戶開放的同時，實行用戶認證與授權(quán)管理等安全保證機制，為資源的安全性和可靠性提供保障。

4　總結(jié)及展望

基于云架構(gòu)的高校視頻資源制播體系可以充分利用軟硬件資源，降低建設(shè)成本、人力成本，為資源建設(shè)提供高可靠性、高處理能力的運行平臺，使視頻資源開發(fā)擁有更高的效率和質(zhì)量。傳統(tǒng)的制播體系網(wǎng)絡(luò)、硬件等結(jié)構(gòu)較為簡單，易于維護，云制播體系雖然節(jié)省了大量維護人員的管理成本，但卻需要少量高端人才，需要具備虛擬化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式計算等多種知識及應(yīng)用能力，這就需要高校著重培養(yǎng)相關(guān)的技術(shù)人員以滿足信息化建設(shè)的需要。

隨著云計算等新技術(shù)進入高校應(yīng)用領(lǐng)域，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)及法律準(zhǔn)則已經(jīng)與技術(shù)的快速發(fā)展不相匹配。如果要使高校資源建設(shè)與共享持續(xù)健康有序的發(fā)展，修訂相應(yīng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、構(gòu)建相關(guān)法律體系是必不可少的工作。這就需要國家層面及各大院校審慎研究，出臺政策及法律法規(guī)，為教育信息化建設(shè)提供政策支持及法律保障。

從高校信息化管理未來發(fā)展來看，必將從現(xiàn)有的封閉式內(nèi)部管理平穩(wěn)過渡到基于云架構(gòu)的開放式云管理，以提高資源利用率，構(gòu)建開放的教育資源體系，促進教育行業(yè)的良性發(fā)展。

參考文獻

［1］ 宋述強，鐘曉流，李海霞.面向MOOCs的云錄播教學(xué)環(huán)境的設(shè)計與實現(xiàn)［J］.實驗技術(shù)與管理，2014（8）:177-180.

［2］ 趙祥好，王鵬，方小凡.多層次云平臺錄播系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用研究［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2015（5）:121-126.

實驗室與實訓(xùn)基地建設(shè)

Research of Video Resources in Universities Production and Broadcasting System Based on Cloud

Wang Lin
Northeastern University， Shenyang， 110819， China

Abstract:In the background of Open Educational Resources movement and the rising of Massive Online Open Course， the university is facing a large number of video teaching resources， how to product， store and share these resources is a problem. Building the video resources in universities production and broadcasting system based on cloud computing technology can make full use of existing hardware and software resource and improving the quality and effciency of resource development. This paper presents the technical architecture and implementation of cloud production and broadcasting system and discusses the future development of Universities' resources building.

Key words:video resources； production and broadcasting； cloud architecture

收稿日期：2015-11-10

作者簡介：王琳，本科，助理實驗師。