IPTV在高校中的应用研究

丁 静，姚文亮

(沈阳工程学院 现代教育技术中心，辽宁 沈阳110136)

随着高校校园网络的不断发展，网络硬件设备性能的不断提高，实现校园百兆局域网的架设已经变得轻而易举。同时随着近年来三网融合带来的新产物IPTV的诞生，也使得计算机网络技术与数字电视、通信技术进行了紧密地融合。在硬件设施和网络环境双向满足的前提下，高校建设校园IPTV的技术已经日渐成熟，特别是在高校学生工作日渐深入的情况下，利用IPTV不仅可以为学生提供更多的信息，为教师提供混合的教学手段，同时也可以通过监测学生的网络行为，掌握学生的网络动态，更好地为学生的学习和生活提供优质的服务。

1 校园IPTV

校园IPTV是IPTV技术结合校园网共同呈现的具有高校信息化建设特征的，集互联网、多媒体教学、通讯、多媒体控制等多种技术于一体的，为师生提供教学、会议、学术报告等多种交互式数字媒体服务的平台［1］。校园IPTV内容包含电视节目直播、录播；教学音视频；社团活动直播、录播；大型知识讲座的直播、录播；校园网游戏联盟、学生原创视频等。

2 校园IPTV系统框架

校园IPTV系统架构应由3个部分构成：

1)服务端软件，指在管理服务器端实现流媒体的功能软件，具有管理业务，控制操作响应时间，提供付费保证服务质量，保护用户信息安全等功能。

2)多媒体节目传送，实现了网络流媒体的传送。目前学校园区多数实现楼与楼之间光纤入户，楼宇内双绞线传输速率也可达百兆，同时校园内音视频传播通常使用校园网络传输，因此传输过程中，通常校园网网络对传输音视频效果影响较小。

3)客户端，具有音视频的播放，消息的接收等功能，能够完成接收、播放、上网、互动及转发IP音视频，播放音视频课件，收看视频直播会议等项目。

其基本结构如图1所示。

图1 校园IPTV系统结构

3 校园IPTV关键技术

校园IPTV涉及的关键技术有音视频编解码技术、流媒体技术、流媒体传输技术等。

3.1 音视频压缩编码技术

音视频压缩编码技术是IPTV的关键技术之一，在IPTV的多媒体通信中占据着非常重要的地位。音视频多媒体信息传输的信息量非常巨大，为了能完成传输过程，需要通过特定的音视频编码规则将多媒体文件和资料编码成为适用于网络传输的流媒体文件，当流媒体被用户客户端接收后，用户客户端播放器将编码过的流媒体数据还原成原始的音视频数据资料，即音视频解码技术［2］。音视频压缩主要编码技术有3种：MPEG-4、H.264、AVS。MPEG-4 和 H.264 具有较高的图像效果，但是有算法复杂度高、费用高的缺点。相比前两种技术，AVS具有效率高，算法复杂度低等优点，同时由于它是我国自主知识产权的编码技术，因此费用很低廉，但是其图像效果较差。

3.2 流媒体技术

流媒体技术就是把连续的影像和声音信息经过压缩处理后放上网站服务器，让用户一边下载一边观看、收听，而不要等整个压缩文件下载到自己的计算机上才可以观看的网络传输技术。该技术先在使用者端的计算机上创建一个缓冲区，在播放前预先下一段数据作为缓冲，在网路实际连线速度小于播放所耗的速度时，播放程序就会取用一小段缓冲区内的数据，这样可以避免播放的中断，也使得播放品质得以保证［3］。MPEG、AVI、DVI、SWF、FLV 等都是适用于流媒体技术的媒体格式。校园 IPTV中的课程视频点播、学术报告、社团活动、大型会议直播等方式也都是流媒体技术应用的产物。

3.3 流媒体传输技术

在传输过程中，HTTP和 FTP是Internet常用的两种传输协议，但它们并不适合实时传输。目前适合媒体数据流的传输并保证传输的Qos协议有3种：实时流协议 RTSP(Real-Time Streaming Protocol)、实时传输协议 RTP(Real-Time Transport Protocol)和实时控制协议 RTCP(Real-Time ControlProtocol)［4］，每个协议应用于不同的场合。利用组播技术可以很好的解决校园IPTV业务中的流媒体传输问题，能更合理、有效地利用高校现有的校园网络资源，既能节省网络带宽及服务器资源，又能提高网络传输的性能与效率。

除了上述关键技术外，还有网络分发技术、组播实现技术、数字内容保护等，同时需要考虑数据内容的存储情况、硬盘的性能、服务器操作系统的性能等。

4 校园IPTV分层结构

校园IPTV不同于普通家庭所使用的IPTV，它以多媒体教学、时事新闻报道、学校会议为主；而以电视节目、视频更新为辅，突出的是学校教学、娱乐资源的学习性和实用性。校园 IPTV的分层结构要适度，层次不能太多也不能少，以沈阳工程学院为例，结合校园需求，将IPTV分为4个层次：业务层、内容层、网络层、用户层。校园IPTV分层结构如图2所示。

图2 校园IPTV分层结构

1)业务层。为校园IPTV提供业务管理和业务支撑，可对学校师生进行认证、计费和业务受理，包括业务管理、网管系统、数字版权管理等。

2)内容层。IPTV内容制作与管理，包括内容制作、内容管理、流媒体服务、电子节目指南等。

3)网络层。包括 Internet、校园骨干网、网络接入方式等。

4)用户层。通过PC、手机、机顶盒等方式实现与校园IPTV的连接使用。

5 校园IPTV的应用

前多数学校都拥有自己的网络电视台、视频会议室、多媒体录制间、利用 IPTV分层框架，在每层中运用已选的关键技术来搭建校园IPTV。校园IPTV网络拓扑如图3所示。

图3 校园IPTV网络拓扑

其中服务器包括视频格式转换服务器、教学资源存储器、视频会议服务器。相关内容制作、视频会议直播主要由学校网络电视台、现代教育技术中心等单位进行录制和后期制作，利用网络中心的存储设备进行流媒体存储，提供点播功能。可以采用SCSI硬盘视频服务器或用SAS硬盘进行存储，然后利用内容分发网络技术CDN［5］通过骨干网络分发到IP网络用户端。

6 IPTV在校园中的应用实例

沈阳工程学院自建设校园 IPTV后，经过不断的实践与摸索，使得校园IPTV在学生工作中起到了突出的作用。利用IPTV中丰富多彩的视频满足了学生学习和娱乐的需要，同时通过管理后台数据库，对视频浏览进行了必要的统计分析，掌握学生浏览IPTV视频的动态，并将统计信息反馈给学生管理部门，达到了监控和管理的作用。

6.1 提供校园电视节目转播、影视剧录播

校园IPTV为学生提供了丰富的电视节目。由于学生宿舍区没有接入有线电视，学生看电视节目及一些影视剧必须通过互联网的转播或下载平台，这将占用大量的出口带宽，即给网络带来拥塞又花费大量的流量，为此有些学生不得不放弃一些重要的新闻及活动资讯。利用IPTV电视节目转播为学生提供更方便的获知渠道。通过监控播放列表，发现 IPTV对大型节目的转播，在学生管理上起到了重要的作用。这使得学生业余生活集中在校园内部，杜绝了逃课去校园周边网吧的不良行为。这些校园IPTV内容包括奥运会开幕式、球赛、政治会议等。

6.2 提供资源课程视频

高校大学生思维方式具有独立化、个性化的特点，其学习状态也随着思维方式的改变而改变。因此只有掌握当今大学生目前想学习的内容、学习状态、学习规律、行为方式，才能正确地对其进行引导以及提供更丰富的学习内容。学院重点专业的资源课程在IPTV下开设，使得学生可以挑选和定制自己喜欢的课程，有利于多学科的学习和融合。

6.3 提供学院重要新闻会议、知识讲座、社团活动等

将学院重要新闻会议、知识讲座、社团活动利用IPTV技术提供给学生，配合学生的管理工作，规定学生在特定时间、不限地点集体参与和学习，促使学生充分利用课余时间，关注重要的政治活动，丰富了业余生活。这些都使得学生管理工作在利用IPTV平台后变得游刃有余、等心应手。

6.4 网络行为监控

通过网络行为的统计与监控，将行为统计反馈给学生管理部门，有利于掌握学生一段时间内的网络行为，以此对学生进行教育与督导。

IPTV网络行为其中采集到的内容有：

①用户IP，即学生登陆使用的IP地址；

②影片名，即学生观看内容名；

③开始时间，即学生登陆IPTV平台开始时间，以小时为记录单位；

④停止时间，学生退出IPTV平台时间，以小时为记录单位；

⑤播放时长，观看此次内容的时间长度，以分钟为记录单位。

表1是沈阳工程学院IPTV提供的2014年3月的网络行为监控表。

以IP地址172.20.82.201为例，此学生位置在8舍2楼，属于自控系女生宿舍。在2014年4月1日早6时到8时之间，登录IPTV平台观看了影片《前任攻略》，在线时长为104 min。将此信息反馈到自控系学生工作处，由教师对信息进行筛选与记录，备入学生行为档案。通过半学期或1学期的统计，基本上掌握该学生的IPTV行为轨迹，从而决定是否对其行为进行引导纠正。

表1 网络行为监控

沈阳工程学院自2008年建设校园 IPTV以来，在学生管理工作中取得的成果显著，特别是在对学生集体进行活动的把握上，学生工作人员能够高效地、充分地利用IPTV掌握学生动态，营造学习氛围，减少了不良上网行为，特别是很大程度上缓解了下载影视剧而导致的出口带宽紧张的压力。随着IPTV技术的发展，应进一步提高高校IPTV的应用范围，例如在网络游戏泛滥的趋势下，如何营造健康的校园网络游戏氛围，是值得探索和思考的问题。

7 将IPTV应用于高校的意义

随着IPTV技术在高校中的应用，IPTV已经成为教育、文化的有效载体之一，丰富了现代教育的内涵，延伸了现代教育的手段，是打造学习型社会的一种创新模式。结合学生的行为预测和管理，IPTV技术在学生管理工作中的应用主要体现在以下几个方面：

1)丰富了教学渠道。IPTV有利于对教学资源的整合，特别是摆脱了地域和时间的限制。如 IPTV具有远程教学和基础教学手段，可满足不同地区、不同年龄、不同层次的学习者的认知要求，同时以图、文、声等多重方式吸引学习者的注意力，提高学习兴趣，使学习者更容易掌握所学的知识，激发学习的积极性。

2)加强了师生交互［6］。IPTV的互动性是最大的亮点。在教学过程中使学习者之间进行相互交流，有效提高学习者的学习能力和适应社会的能力，促进学习者的全面发展。除了互联网技术外，IPTV技术将会提高现代教育的互动能力，不仅为现代教育提供了传输信息和促进知识教育的技术环境，而且使学习主体在主动构建知识结构的同时，更自然地提高了人的素质智能，创造了更加适合学生的教育环境。

3)指导学生业余活动。目前学生的网络在线时间多用来收看电影或参加网络游戏，用于学习的时间极少。通过IPTV对学习资源及各种类型的视频资源进行整合，使学习者可以更加便捷地根据个人需要有选择地学习、娱乐，有了更大的思考空间和学习自由度，进而改变学习习惯。通过IPTV对电视节目转播、学院大型活动直播、社团活动录播等形式，对学生的业余活动进行引导，带动学生参加更有意义的团体活动，改变学生的一些不良上网行为。

4)凸显了个性化服务与选择。现有的教学模式一定程度上可以认为是静态教学，尚未实现“因人施教和因材施教”。对学习者学习效果的评价手段单一，学习课程基本相同，和国外开放大学的个性化教学差异较大。通过IPTV可运用数据库技术对每个学习者的个人资料和学习情况实现完整的记录，结合互联网的网上学习记录，统计学生观看内容的比例情况，分析多数学生目前的网络行为，为个性化教学提供了确实有效的实现条件和途径。

8 结语

通过校园IPTV提供丰富的寓教于乐的内容，促进学生管理工作的信息化与高效化，不仅为学生提供更丰富的教学内容，而且可以通过网络行为监控学生的整体行为，掌握学生整体行为动态，充分发挥现代教育技术手段在学生学习和生活中的作用。

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