區域智慧教育云視頻平臺建設的實踐探索
——以南京市江寧區為例

許海清

2021年12月，中央網絡安全和信息化委員會印發《“十四五”國家信息化規劃》，明確要求提升教育信息化基礎設施建設水平，構建高質量教育支撐體系。教育部重視教育云平臺的發展，不斷加強頂層設計，積極推進教育統籌部署和新型基礎設施建設，推動各級各類教育平臺融合發展。［1］

教育云課堂是慕課的一種體現方式，是基于云計算技術的一種高效、便捷、實時互動的遠程教學課堂形式，主要為學習者提供海量、優質的課程資源。［2］教育直播平臺是現代遠程教育的一種應用手段，包含遠程研訓平臺、全區錄播教室直播平臺等的大部分功能。［3］

目前，各大平臺的教育直播資源仍需要進一步整合。例如公開課、名師課堂、教學研討等活動，需要針對不同的教育活動場景，獲取視頻流信號，并將這些活動在互聯網進行直播。優質的視頻直播體驗能吸引更多用戶，有助于提高資源利用率，實現教育資源的共享化、公平化。［4］

江寧區在移動學習、自主學習、促進教育均衡發展等方面進行探索和實踐，運用視頻的點播與直播技術，搭建了教育云課堂和教育直播應用平臺。

一、平臺設計

第一，推動教育均衡化、公平化、優質化。教育的均衡化是教育現代化的核心理念。云視頻平臺的定位是開放、可擴展、可持續提供信息化服務、可長期運營的信息化平臺，面向全區所有的教育行政部門、學校，為龐大的教師、學生、家長等用戶群體。

第二，推動教育服務高效、可擴展、高安全性、低成本。通過平臺建設，教育服務應當更高效，服務更廣泛的用戶群體，為教育管理者提供網絡化辦公環境；為一線教師提供一個集教學交流、網絡授課、資源共享于一體的平臺；為廣大學生服務，使他們在網絡的支持下，以全新的學習模式與學習手段進行學習；為家長服務，通過架設教育局、學校和家庭之間的溝通橋梁，實現家校共育的教育模式；為社會公眾服務，提供各類教育視頻信息與服務，滿足大眾終身學習的需要。

第三，打破用戶孤島、應用孤島、信息孤島。江寧教育云視頻平臺（以下簡稱“云視頻平臺”）利用云計算技術和可擴展的架構方案，將用戶、應用和數據進行集中統一管理，提供了高性能、可維護的教育服務。同時，平臺能提供接口來整合已有的和第三方應用服務，從而解決用戶孤島、應用孤島、信息孤島問題，為教育信息化持續發展奠定基礎。

二、平臺整體功能設計

（一）總體結構

云視頻平臺依托江寧教育云體系進行開發，是一個綜合型視頻服務平臺。云視頻平臺集視頻點播、直播、第三方應用服務接口以及豐富的視頻應用功能于一身，除提供PC端的視頻體驗外，還有移動終端供用戶使用。

1.總體框架體系結構

云視頻平臺的業務主要包括江寧教育在線、江寧教育直播、視頻云媒體開放平臺、微課堂、分布式共享、資源池優化、視頻打點、移動客戶端等。云視頻平臺采用了大型系統所使用的分層級框架體系結構，從底層到上層分為“底層數據層”“視頻處理層”“流媒體服務層”“流量負載均衡層”“業務功能層”“服務接口層”“業務門戶層”“網絡承載層”“終端用戶層”，將相關業務邏輯集中到相應的層級進行集中處理。分層級的結構使得系統結構和業務邏輯更加清晰，并具有良好的可擴展性。系統也采用了靈活的模塊化分布式部署模式。

在設計開發中，這樣的部署可以將系統的各功能模塊分離，靈活地將各功能模塊部署于不同的服務器上。每個功能模塊的服務器（包括WEB 服務器、應用服務器、數據庫服務器、轉碼服務器、流媒體服務器等）均支持多服務器集群，通過負載均衡技術實現彈性擴展，實現高性能、高可靠性的服務。

2.全區多數據中心分布式架構設計

云視頻平臺支持在區、校多個數據中心之間進行分布式部署。與傳統的只將部分功能部署到其他數據中心的架構不同，本平臺架構在區、校每個數據中心都是全功能的，可自成一體、獨立運行。同時，通過各個數據中心平臺的底層接口互聯、任務分配與調度、廣域網負載均衡等技術，能保障各數據中心平臺之間的協同。

在全區多數據中心分布式架構中，不同數據中心平臺之間通過應用服務器進行命令交互及控制，實現視頻流、視頻緩存、視頻轉碼任務等的自動化調度，同時通過負載均衡策略將用戶引導到最佳的數據中心及網絡鏈路上。

下文以江寧教育在線、江寧教育直播兩大平臺為對象進行重點介紹。

（二）江寧教育在線

1.主要功能實現

（1）學生學習空間

江寧教育在線平臺致力于打造一體化的線上教學、線上線下互通的學生學習空間。學生在學習空間中完成指定的課程學習任務，可以根據年級、學科、知識點檢索和學習自己感興趣的課程、資源等。學生學習空間中發布的課程涵蓋課前、課中、課后教學全過程，能有效增強學生的學習自主性。

另外，平臺依照真實教學情境，遵循學習規律，以江寧區實際使用的教材為依據，為學生定制以教學大綱為指導的學習課程。學生可以按照學科、章節、知識點進行預習、復習等，還可以向教師反饋學習情況，讓教師及時了解其知識掌握情況。

（2）教師培訓與教研空間

教師培訓指平臺對教師的學習內容、學習進度、學習時長等進行監控和記錄。教研空間指為參與教研活動的教研員、教師提供的協作平臺。與傳統線下教研相比，線上教研空間提供了更靈活多樣的教研形式。同時，線上教研活動的全過程都被記錄并發布為資源，讓成果得以轉化。

（3）資源整合與資源交換

資源是支撐線上教學、教研的重要組成部分。教師發布的課程資源、教研活動形成的資源、學校開發的校本資源和購買的各類資源等共同充實江寧教育平臺，為學生學習、教師培訓、教研活動等提供有力的支撐。同時，江寧教育在線還可與南京市各區的教育平臺甚至其他省、市、區（縣）進行合作，實現資源互換，擴充資源庫。

（4）教學分析與精準推送

教學分析的功能是通過對發布課程的學習量、資源的查閱情況、學習進度、練習題作答情況等進行統計分析，得出課程教學質量、學生對各知識點掌握情況等數據。平臺能根據學生所在年級、當前所學章節、查找資源的關注點、錯題情況等進行智能判斷，從而實現資源的精準推送。

2.特色與優勢

通過課前、課后練習評測及時收集學生答題結果以促進數據的統計，實現資源共享、精準推送；實現江寧區資源平臺數據的交換、共享服務；實現與第三方教育在線平臺身份認證、頁面定制、API 對接服務，為學生提供在線輔導。

江寧教育在線平臺打造的是一體化的教學、教研平臺，不僅適用于線上教學模式，也適用于線上線下相結合的教學模式，可適應日常的教學環境，亦可滿足突發事件期間的特殊需求。平臺從時間、空間等多維度拓展了學生學習的靈活性和便捷性，使教學從以教師為中心向以學生為中心轉變，以信息化手段促進教育教學模式的改革。

（三）江寧教育直播

目前許多學校建設的錄播教室存在局限性，如視頻只能在校內局域網觀看，無法為其他學校的教師和學生提供在線直播服務。江寧教育直播平臺依托直播技術，整合全區錄播教室資源，與各個學校的錄播教室進行對接。這就將錄播教室的影響力從學校擴展到全區范圍，實現為廣大用戶提供優質的視頻直播服務。同時，江寧教育直播平臺采用分布式部署，協同各個數據中心的帶寬資源、服務器資源，具備良好的擴展性和靈活性，能夠應對高并發量的直播活動，給用戶提供良好的學習體驗。

第一，平臺性能提升。增加CDN 緩存加速；增加Nginx 緩存，減小后端服務器壓力；HLS編碼優化，適應緩存及CDN 環境；WEB 功能模塊分離，代碼優化數據緩存。

第二，平臺可靠性提升。對客戶端進行優化升級，適配雙直播通道，在后臺可選擇雙直播通道為“主備”或“雙活”模式；當所有通道視頻流都中斷無法加載時，將插入類似“信號中斷，請稍候”的提示畫面并檢測所有通道的視頻流情況，一旦視頻流恢復，則繼續播放。

1.主要功能實現

形成錄播教室對接接口規范，協助錄播教室廠商對接工作；提供直播服務，對接全區有錄播教室的學校，將直播信號傳到區級數據中心；建立區、校協同機制，將校級數據中心的直播信號、預告信息、直播信息匯集到區平臺并進行展示；直播時用戶可以簽到、實時討論、在線問答、下載資源、發布公告等；直播服務器兼容RTMP，MMS 等協議的視頻流格式；能應對大量用戶同時訪問的負載情況；能擴展服務器資源，滿足大容量用戶的訪問需求；支持集群模式。

2.特色與優勢

其一，支持多信號源。能夠對接視頻會議系統信號、直播錄播教室系統信號，支持PC、移動端推流軟件推送的信號。

其二，實現分布式部署，各級數據中心協同工作、相互支持。可借用其他數據中心的服務器資源、帶寬資源進行直播，以緩解本地服務器壓力。根據用戶的IP 自動分配就近的服務器地址，最大限度優化用戶訪問，提升用戶的使用體驗。

其三，負載均衡應對高并發量用戶的直播活動。直播流媒體服務器可以設置多臺緩存服務器，并隨時根據情況擴充緩存服務器，實時監測各服務器狀態。

其四，直播打點。當直播結束后，可以將視頻錄像與直播打點信息自動關聯，便于后期檢索。

三、結束語

區域智慧教育云視頻平臺具有強大的云端處理能力，結構合理，具備彈性擴展能力。平臺利用支持區、校分布式架構，使各節點間互連互通、協同工作，真正將各節點融合成云端服務節點，有助于增強“云”服務模式。區域智慧教育云視頻平臺的建設需要建立一體化解決方案，只有理解教育理念并結合實際的業務和應用將這些優秀的產品置于一個體系里，才能真正體現教育信息化的價值。

另外，平臺建設是一個長期的系統工程，還受到教育教學體制和習慣的制約。因此，必須分階段、分步驟實施。平臺的實施建設，將依據國家教育發展綱要，把準項目系統之間的技術聯系性、子系統業務邏輯的關系、平臺建設的抗風險性、投資保護原則性等進行分步實施和實踐優化。