跨校区网络直播系统的构建与应用——以Y高校为例
来源：云南大学 作者：张成 何鸣皋 郭磊 郭成 发表于：2017.12.29 2814浏览
随着高等教育的大众化，高等学校的规模日益扩大，很多高校由多个校区组成。由于空间上的距离，各个校区无法共享整个学校的会议、学术报告、文娱等大型活动成果。跨校区办学还导致大部分的教学、科研、管理及其它工作在不同校区重复进行，需投入巨大的人力和物力，同时造成各项跨校区工作的组织管理效率低下。因此，在由多校区组成的学校中推动高校教育信息化工作应着重研究数字化校园对跨校区办学的作用。
跨校区的校园网络直播系统就是其中一种非常重要的应用，有助于学校的教学、讲座、论坛、会议、文娱等活动的网络化同步直播，减少不同校区同一工作的重复工作量及其它投入，还能满足跨教室、跨楼宇、跨校区之间大规模的课堂教学资源共享，促进信息技术在学校教学中的融合。
基于此，本研究采用先进的P2P网络流媒体、网络音视频H.264编码、智能导播、智慧校园集成等技术，构建校园网络直播系统并进行实践应用，取得了良好的应用效果，提高了学校跨校区工作的效率和质量。
一、构建跨校区网络直播系统的需求分析
1、网络直播系统的现状分析
可以充分利用现有的设备和技术构建校园网络直播系统。校园网络直播系统的建立并非只用于课程教学的传播，在学校其它日常工作方面也有越来越多的直播需要，尤其是校园网或部门局域网内的在线视频会议、学术报告、远程教育等需求日益强烈。
采用视频直播的形式，可以突破会议场所、参与人数等的限制，充分利用资源，达到最大的效果。近几年网络媒体直播技术越来越成熟，在系统的稳定性、视频输出质量、编码效率、直播延迟等方面取得了很大的进展。借助高校完善的校园网络和成熟的媒体直播技术，利用学校已有的简易节目录制设备，即可构建出满足学校需求的网络直播系统。
2、跨校区网络直播系统构建已有的基础条件
（1）校园网络基础
Y高校目前有两个校区，两校区之间有近40公里的距离，目前已建成了跨校区、高速可靠、多出口路由、多业务融合、全网支持IPv4/IPv6双栈协议的校园网。跨校区主干网为三个核心路由组成的10GE环形主干网，楼栋汇聚通过10GE或1GE双链路上联核心层，实现链路冗余，各学院及单位的教学、实验等特殊应用通过校园网MPLS VPN跨主干、跨校区实现互联，完全能够满足跨校区的高清网络直播应用。
（2）现代信息化教学环境
经过近几年的建设和跨校区的调整，Y高校信息化教学环境的建设也不断深入——到目前为止，建有各类网络化多媒体教室300余间，公共开放的计算机机房20余间，有近3000台教学计算机，分布在两个校区11栋教学楼内，全部被光纤网络覆盖，为全校师生的多媒体教学、数字化语音教学、精品课程录制、教学同步直播、多媒体教学资源开发、教育技术能力培训等信息化教学应用提供了有力支撑。
（3）音视频硬件设备
目前，Y高校有广电级摄像机3台，能够提供高清SDI/CVBS节目信号输出；有专业的音频采集设备，能够输出数字/模拟的高质量音频信号，有多台调音台、音响工控等设备；已有移动便携式视频节目导播系统、高配置的流媒体视频服务器以及资源存储服务器。除此之外，在已建成的300多间多媒体教室里，已全部安装了带可控云台的1080P高清网络摄像头和音频采集设备，均可以通过集中管理系统采集到音视频信号。
二、跨校区网络直播系统构建的总体目标
在已有的校园网络、现代信息化教学环境和音视频硬件设备等基础上，Y高校建立了跨校区、稳定流畅、画面清晰同步的校园网络直播系统，有助于学校的教学、讲座、论坛、会议、文娱等活动的网络化直播，能满足跨教室、跨楼宇、跨校区之间大规模的信息资源共享，促进信息技术手段在数字化校园环境中的融合，深化教育信息化的应用。Y高校构建的校园网络直播系统应达到以下目标：
1、讲座、会议直播
Y高校每年的新生入学教育和军事理论课程教学分两个校区进行，构建跨校区的网络直播系统，能彻底解决两校区新生入学工作的重复和不同步问题；设置新生入学教育和军事理论课教学主会场、架设移动便携式导播系统，能方便地把主会场的实时情况直播出去，两校区的学生只要到各楼宇的多媒体教室或报告厅收听课程即可。
会议讲座也使用同样的方法，只要在主会场架设移动便携式导播系统，通过网络接口接入视频直播服务器，即可完成校园中任何地点、任何时间的直播。
2、教学活动直播
日常的课程教学能通过教室安装的网络摄像头和音频采集设备将信号传送至集中管理系统，再接入视频直播服务器即可完成教学活动的直播。直播教学活动现场可以将以往的课堂教学观摩改在网络上进行，避免到教学现场影响正常的教学，对于公开的精品课程进行网络直播，可以让不在课堂里的其他学生有机会通过网络学习，促进优质教学资源的共享。
3、文娱活动现场直播
学校每年都举行各类活动，如每年的冬季运动会、新生入学晚会等，构建校园网络直播系统后可以将现场的活动情况在校园网络上进行直播，供不能到达现场的师生观看，丰富校园文化，提高跨校区校园文化建构的深度和广度，为学校的文娱宣传工作提供平台。
除了上文中提到的各类活动，将网络电视的信号接入视频直播服务器，全校师生就可在校园网范围内免费收看电视直播节目。另外，使用视频资源管理平台将录制的视频资源集中分类管理，或者将其它优质的视频学习资源上传到系统，可供师生点播学习。
三、跨校区网络直播系统的构建
1、跨校区网络直播系统的功能结构
跨校区网络直播系统主要由采集系统、导播系统、播放系统、网络传输系统、接收系统等五个子系统组成，如图1所示。
采集系统：完成视频和音频的采集，视频使用已有的高清摄像机和教室已安装的网络高清摄像头采集现场信号，音频采用安装的调音台接收现场话筒、电脑系统声音等信号。
导播系统：完成音视频信号的编码，使用移动便携式导播系统完成多路音视频信号的编码，最终形成高清（1920×1080P）的H.264-MP4标准格式的网络流媒体资源推送到流媒体服务器。在此过程中，如果有多个视频源，可人工切换视频画面，如果只有主讲人画面和主讲电脑的VGA画面，则可使用导播系统的自动导播策略完成主讲人画面和电脑VGA画面的切换，能很大程度上节省手动导播的人力。
播放系统：使用流媒体服务器完成流媒体资源的录制、直播、点播、存储、管理。
网络传输系统：通过高速的校园网络传输流媒体服务器直播的资源，保证音视频资源能高质量、同步地传输到各个接收端。
接收系统：分会场、教室、报告厅以及师生自己的终端设备作为接收端完成媒体播放，普通的PC客户端可以直接采用WEB浏览器或者安装视频播放器的形式完成流媒体资源的解码播放，对于移动设备则可以直接使用WEB浏览器，打开地址播放观看。
2、跨校区网络直播系统的技术方案
跨校区网络直播系统的技术架构如图2所示。
直播视频的信号来源于高清的摄像机、主讲会场的电脑VGA信号、高清网络摄像头以及网络上的直播电视节目，多路信号同时输入导播系统；直播音频的信号来源于安装的话筒设备和会场主机的系统声音，经多功能调音台混音后输入导播系统。
音视频信号经导播系统采集编码后，根据现场情况切换画面和音频，最终生成H.264-MP4标准格式的网络流媒体资源并推送到指定IP地址的流媒体服务器，流媒体服务器将接收到的资源进行网络发布并录制保存在媒体资源存储服务器上，各接收端只要接入校园网即可收看直播或点播节目。
四、跨校区网络直播系统的实践应用总结
目前，跨校区网络直播系统的使用已为Y高校跨校区的新生入学教育和军事理论课程教学提供了有力的支撑平台；已将该系统连续两年应用到新生入学教育中，共计20多场次，为累计10多次大型会议、20多场次重要讲座、5次文娱活动进行了直播和录制。视频直播的效果达到了预定的目标，完全能满足全高清、稳定、同步的视频直播。
在其它应用方面，Y高校使用本套直播系统完成了多期教师教学能力研修班、党员培训主干课程和讲座的直播和录制，生成了多集的精品课程资源和微课程资源。（《现代教育技术》，有删减。）