视频云服务在高校视频教学系统中的应用研究

杨炳华 杨海超

摘  要：视频教学是高校开展“互联网+教学”的重要措施，点播、直播和互动直播三种模式与传统教学有机结合开展“线上线下”新模式教学，对高校教学效果有显著提升。文章分析了高校信息化建设中视频应用的需求和特点，及传统视频系统建设的痛点和视频云服务的发展情况和特点，通过云南开放大学的云服务实施案例，研究视频云服务低成本、高效率等特点在高校视频教学系统建设中的价值和优势，探讨了高校实施视频云服务项目的注意事项和建议，为推动我国高校视频教学发展提供了借鉴。

关键词：视频云;视频教学;云直播;直播教学

中图分类号：TP37       文献标志码：A         文章编号：1673-8454（2019）10-0090-04

一、引言

近年来“互联网+教育”发展较快，比达咨询发布的《2018年中国在线教育行业发展报告》显示，我国在线教育用户规模达1.72亿人，高校教育占在线教育细分领域38.3%，是最庞大的社会刚需[1]。在线视频教学因能承载更多信息量，能给教学提供更好的参与感，是各高校发展远程教育最典型的应用和需求之一。

与此同时，国家高度重视云计算产业发展，先后出台了《关于积极推进“互联网+”行动的指导意见》《云计算发展三年行动计划（2017-2019年）》等文件，经多年发展，我国的云计算服务能力及应用水平已达较高水平。视频云服务也得到全方位发展，颠覆了传统视频系统建设思路，大幅降低业务门槛。

本文对国内视频云服务行业的特点进行分析，研究以云服务的模式建设高校视频教学平台的思路和优势。

二、高校视频应用的需求及特点

1.高校视频应用需求

高校视频应用以解决教学需求为主，主要有教学视频点播、在线视频教学直播和在线互动教学直播三种。教学视频点播是视频点播（VOD，Video on Demand）[2]的典型应用，将教学视频内容预先录制、编辑好，通过流媒体服务器供用户自由点播，是最普遍的视频教学应用方式。在线视频教学直播通过互联网技术面向学员提供实时视频直播教学，与点播的区别在于学员观看到的是实时的远端教学内容。在线互动教学直播在视频教学直播的基础上，提供教师与学员、学员与学员之间的交互能力，包括文字、语音和视频等互动形式。视频互动教学直播具有最好的现场还原能力，用户体验最好，但实现成本、技术难度也最大。

随着互联网应用的发展，高校视频应用的需求也在不断扩大，视频应用成为高校一种重要的新兴媒体。例如用于开展远程视频会议、远程视频教学研讨，用于毕业典礼、校庆等活动的视频直播和互动需求。

2.高校视频应用的特点

高校视频应用是互联网视频领域的一个细分应用，具备互联网视频发展的所有特点，不断从PC向移动化发展，音视频质量不断提升，更加注重互动性，大量应用人工智能技术。此外，还具有以下几个特点：①数据量较大。音视频已成为高校最主要的教学资源类型，每门课程甚至每一节课都需要视频化，它们构成了高校新的“知识库”，是重要的无形资产，数据量相对较大。②要求支持多应用系统。高校信息化应用程度普遍较高，往往建有多种应用系统，从数据整合角度，视频资源是高校重要的教学资源，需为所有应用系统共享。因此视频服务需面向多个应用系统提供接入支持。③专业技术力量薄弱。音视频服务涉及从网络、服务器、存储到应用系统、软件优化、编解码等各领域技术，对专业技术要求较高，而大部分高校的信息技术团队在这方面是薄弱的。④成本投资敏感。音视频系统的建设和运维投入较高，而高校的视频应用要考虑经济性、扩展性和延续性，对成本投资比较敏感。⑤安全保障要求高。除功能需求外，网络信息安全是高校的首要指标，一方面是平台的网络安全，另一方面是内容安全。音视频服务作为新兴媒体形式，尤其是直播和互动直播，大大增加了内容安全监管的难度。

视频应用是高校推进教育信息化的重要组成部分，具有量大、多变等特点，对投资成本和管理成本比较敏感。因此，寻求一种可靠、高效、灵活、经济的音视频服务体系可以帮助高校快速部署视频应用，将精力集中在顶层应用设计和资源建设中。

三、传统视频系统建设痛点

成本高、难度大、周期长、淘汰快、风险高是传统视频服务系统的痛点。要求校方建设机房、服务器、带宽、视频处理等所有系统，配备全栈技术人员。初期建设和后期人力成本非常高，且难度大、建设周期长、淘汰快。实际应用中，所投资的计算、存储和带宽资源要么不够用，要么长期未满载运行，处于闲置状态造成浪费。

以基于会议系统的互动直播平台为例，需大量部署MCU（MulTI-point Control Unit 多点控制单元）[3]和终端设备，要求各节点间提供高速、可靠的带宽保障，开放多个专用TCP、UDP端口，限制了其使用范围和效果。且由于技术和网络的限制，仍然会存在卡顿、延時等问题，用户体检较差。

四、视频云服务

1.国内视频云服务市场发展现状

我国互联网在线视频业务起步于2005年，典型代表是提供视频内容服务为主的土豆网、乐视网、优酷网等。2015年，各种直播、短视频App持续火爆，随着云计算市场的发展，公有云厂商纷纷开始提供视频云服务，2016年被称为“直播元年”[4]。在此背景下，传统视频通讯厂商、主流云计算企业都开始提供视频云服务，2016年也被称为“云视频元年”。2017年以来，围绕视频的云服务已经非常丰富，服务能力涵盖了IaaS、PaaS和SaaS[5]，各层都有完整、可靠的解决方案。

典型的视频云服务商有三类：①主流云计算服务商，如腾讯云、金山云、阿里云、百度云等，依托其丰富IaaS资源和服务能力，不断向PaaS、SaaS层扩展，逐渐提供全栈视频云服务。②专注于视频云服务的厂商，如七牛云、网易云信、声网等，以PaaS层服务为主。③面向行业、注重场景化应用的SaaS层视频云服务，如保利威、263企业通、小鱼易连等。随着市场和技术发展的需要，为缓解标准化、定制化之间的矛盾，各厂商不断向其他层扩张，面向用户提供“一篮子”服务，使得IaaS、PaaS和SaaS层的界限日益模糊。

2.视频云服务的特点

视频云服务相较于传统建设模式，在成本、难度、周期等方面有绝对优势。

（1）低成本。主要体现在：①零基础设施建设成本。无需建设机房、服务器、网络带宽等，节省高昂资产投资。②低运维成本。省去基础设施运维工作，节约人力成本。③按需按量付费。可根据实际按需、按量弹性付费。④升级成本低。云服务的升级对用户是透明的，用户可随时以服务方式选用最新技术，成本较低。⑤其他间接成本。因技术门槛、实施难度、运维难度下降，为用户带来大量间接经济效应。

（2）高效率。云服务商提供全套、成熟的解决方案，可“即买即用”，项目实施周期可以天为单位推进，效率极高。

（3）技术先进。云服务商具有强大的资金、技术、人才整合能力，技术起点高，代表着行业最先进水平，保障了平台的先进性、可靠性、稳定性。如，大部分云平台已开始提供人工智能、Quic[7]和H.265[8]等前沿技术。

（4）功能丰富。视频云服务提供点播、直播、互动直播等所有主流业务，功能丰富，覆盖IaaS、PaaS、SaaS的全部能力。

（5）灵活性强。一是部署灵活，既可模块化单选，也可购买整套成熟产品;二是支持弹性配置;三是计费方式灵活。

（6）扩展能力强。支持弹性升级、动态分配，资源扩展能力强。

3.如何实施视频云服务项目

视频直播的技术体系庞大、业务复杂，要求全面筹备和规划作为保障。

（1）充分调研云服务市场。国内现有各类视频云服务厂商30余个，技术能力、业务侧重、服务能力各有所长。需首先应对云服务市场全面考察、充分调研。

（2）明确需求和目标。视频教学本身只是一种技术手段，并不能解决教学本质的问题。应结合自身特点和需求，以业务需求为导向，设计教学措施和方法，从而确定视频教学的需求和目标。

（3）产品选型。根据需求设计产品指标、划定产品选型。主要的选型依据包括：①性能。②功能完整性。③易用性。④支持能力。⑤节点及区域覆盖。节点数量、覆盖面通常与服务能力成正比。⑥服务商发展前景。⑦经济性。进行横向对比，优选最经济的厂商。

（4）明确商务模式。对于高校，按需分配、弹性消费等优点如何与正规的立项、采购和验收流程相匹配，仍然需要探讨。需结合地方及学校实际，研究和探索一种合理的商务模式，既发挥云服务的灵活性等优势，又不违背项目实施相关规定。

4.视频云服务的功能体系

图 1为某视频云服务商提供的直播云端到端解决方案，是典型的视频云服务架构，涵盖了从主播（内容提供方）到观众的全流程服务。云服务商以公有云的形式提供业务服务器，并提供音视频采集和播放端SDK及实时流网络支持。业务服务器定义了直播所需的开发支持;采集端SDK提供多终端API支持，支持PC、Android和iOS，集成了美颜滤镜、编码压缩优化、推流优化等;播放端同样实现多终端支持，内置了解码、硬件加速、秒开、动态追帧等性能优化;实时流网络通过服务器端SDK接入业务服务器，集成推、拉流的优化，提供鉴权、鉴黄、录制等功能。

各厂商的视频云服务内容本质上是一致的，核心流程如图 2所示。

采集、编码和解码、播放分别是音视频的源端、目的端，通常以SDK开发包形式供用户的业务系统调用，在音视频采集、编码压缩等基础上完善了回音抑制、美颜滤镜、推流等服务。个别厂商将软、硬件功能集成在一起，提供直接可用的系统，如小鱼易连。

云端处理和分发是视频云服务的云端核心能力，负责媒体信息接收、存储、转码、连麦、互动等，分发是实现视频高性能的关键，一方面提供对HTTP、RTMP等多协议的支持，同时提供高速CDN（Content Delivery Network，内容分发网络）[6]服务。

五、视频云服务实施案例分析

云南开放大学的前身是云南广播电视大学，2010年10月，国务院批准云南作为全国开展“探索开放大学建设模式”的试点省份，2012年12月，教育部正式批准云南广播电视大学更名为云南开放大学，试点远程开放教育成为云南开放大学的重要使命。为落实国家下达的试点建设任务，云南开放大学明确了构建以网络信息化为支撑的“空中大学”的目标，定制研发了集招生、教务、教学等为一体的“综合信息化服务平台”。截至目前，平台在籍学员16.9万余人，招生范围涉及全省所有地州。在整个开放教学体系中，线上远程视频服务是最主要、最基本的教学手段，通过远程视频的方式，面向云南省所有地区，提供统一、优质的教学服务，取得顯著成效。

云南开放大学的远程教学主要依靠在线教学平台和“云教室”两个系统：①在线教学平台始建于2011年，是一套定制的、以教学点播功能为主的软件系统，已有各类教学资源约7TB，其中视频资源约6TB。为支撑该系统研发、运行，学校投入近400万元进行开发（含招生、教务等管理功能），先后购买了两批共24台刀片服务器和2套FC-SAN高端存储阵列，每年支出100余万元购买中国电信、中国移动双线出口IP专线，成本较高。②“云教室”直播系统是一套基于硬件的直播互动系统，实现省校与各地州教学点间互动教学功能。该系统要求省校配置中高端MCU和高速互联网IP专线，各接入点也配置相应的MCU设备，并要求所有点提供上下行稳定、不受防火墙限制的公网IP。

在线教学平台和“云教室”系统为云南开放大学的远程办学提供了有力的支撑，但其建设、运行和管理成本较高，设备故障率高，利用率低，第三方音视频编解码服务效率低、用户体验较差，面临设备淘汰、技术更新等难题。为有效解决需求与投资建设和运维管理之间的矛盾，学校于2017年底开始调研公有云服务应用，并于2018年采购了国内某知名厂商的视频公有云租赁服务和云直播系统。

在线视频点播方面，云南开放大学2018年投入40万元采购公有云租赁服务，购买内容包括13台不同配置的高性能弹性云服务器、10TB对象存储服务及弹性出口带宽、多线BGP公网IP、负载均衡、网络安全等资源。其中视频点播服务根据转码时长、存储容量、CDN服务情况弹性计费，集成了滤镜、鉴权、AI鉴黄等功能。软件开发商投入半个月时间即完成将原有自建平台迁移至公有云平台，转码效率、稳定性、CDN支持等方面取得非常明显的性能提升，且具有较好的经济性、扩展性和安全性。直播教学方面，通过购买基于云服务的软、硬件一体化直播系统，将系统建设成本降低至少3/4，无需专用网络接入，不需要公网IP，支持多种终端接入直播，可快速部署互动节点，零维护成本。

云南开放大学的两个视频云服务实例，实现了低成本、短周期、易使用、易管理、高可靠的目标，效益非常显著。

视频教学是“互联网+教学”的重要手段，根据学校实际教学需求，开展丰富多样的视频教学模式，可快速提升教学效果和效率。相较于传统自建方式，云服务的发展革新了视频项目实施，解决了成本高、难度大等诸多难题，且技术成熟，案例丰富。选择基于视频云服务建设视频教学点播、直播平台，其可靠性、稳定性、经济性都有保障，投资效益较高。但在实际应用中，一是云服务的商务模式，二是视频服务与教学如何结合，仍有很大探索和创新的空间。避免“为建系统而建系统”，真正使之服务于教学才是价值所在。

参考文献：

[1]比达网.2018年中国在线教育行业发展报告[EB/OL].http：//www.bigdata-research.cn/content/201810/784.html.

[2]杨文涛.视频点播系统VOD技术的应用探讨[J].西部广播电视，2017（18）：199+203.

[3]郑美兰. 视频会议系统技术与应用研究[A].江西省电机工程学会.2017年江西省电机工程学会年会论文集[C].江西省电机工程学会，2018：3.

[4]唐延杰.基于“网络直播元年”的批判性思考[J].青年记者，2017（14）：10-11.

[5]陆红.云计算架构研究[J].河南科技，2013（8）：6+13.

[6]乔爱锋.CDN体系架构及运营部署方案[J].电信快报，2018（10）：17-21.

[7]李志瑞.高性能移动直播场景下QUIC协议研究与应用[D].广州：华南理工大学，2018.

[8]郑耐琴.创新时代下的视频编码技术—H.265[J].隴东学院学报，2018，29（1）：32-35.

（编辑：鲁利瑞）