任光杰 代 毅

(1 華南師范大學教育信息技術學院，廣東廣州 510631；2 廣東省珠海市教育局，廣東珠海 519000)

一、引言

互聯(lián)網(wǎng)視頻服務已經(jīng)成為一種備受關注的新興服務技術。當前，視頻內容在整個網(wǎng)絡分發(fā)傳輸中占絕對主導的地位，并使得數(shù)據(jù)量大大提升。愛立信預計到2019年，視頻流量將增加13 倍，屆時，它將占全球移動流量的50%以上[1]。如此大規(guī)模的視頻流量，不但反映了全球的互聯(lián)網(wǎng)用戶對于網(wǎng)絡視頻服務的需求，同時指明了互聯(lián)網(wǎng)視頻服務的發(fā)展方向是視頻云服務。視頻云服務可以很好解決存儲資源擴充成本問題，降低部署與運維的成本，同時又能更加有效利用鏈路帶寬，滿足個人計算機以及其他移動終端的視頻服務需求。視頻云服務是一種基于云計算架構的SaaS（Software-as-aservice，軟件運營服務模式）產(chǎn)品。它代表著一類集中了存儲、管理、播放以及流量統(tǒng)計等功能于一體的互聯(lián)網(wǎng)視頻服務[2]。目前，視頻云服務主要融合了視頻并行分布處理技術、大規(guī)模分布存儲技術、分發(fā)技術、碼流自適應調整技術等，從而可提供用戶在不同場景跨平臺、不中斷地觀看視頻[3]。

當前在教育信息化領域，開放共享與深度應用成為教育視頻資源建設與應用新趨勢。精品課程錄播系統(tǒng)是隨著精品課程的建設而發(fā)展起來的系統(tǒng)，它極大地方便了教學錄像的制作。但因建設成本高，缺乏應用驅動導致使用率低等原因，也使它成了眾人眼中“昂貴的擺設”，遭受質疑。以云平臺匯聚資源與服務，實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)互通，為更好發(fā)揮已有設備的效益，支持廣域范圍內的開放和共享提供了技術解決方案。

二、粵教云視通簡介

粵教云視通基于云端環(huán)境大規(guī)模流媒體交互和時移流媒體等關鍵技術，為教育視頻應用面臨的大用戶并發(fā)密集訪問、分布式特征明顯視頻資源海量增長和應用，新興交互式應用等重大應用需求提供技術解決方案。

基于面向大視頻應用的云編/轉碼、云分發(fā)和云存儲技術，粵教云視通支持多終端多模式接入，實現(xiàn)對教學、教研直播設備/環(huán)境的集成與整合，提供大規(guī)模流媒體直播、點播和實時交互服務，構建起支撐實時互動的直播課堂、在線培訓、協(xié)作教研等應用的服務平臺。為我們探索云服務支持下的教師培訓創(chuàng)新模式，促進優(yōu)質教育資源共享和教育均衡發(fā)展提供了技術支撐。

如圖1 所示，粵教云視通系統(tǒng)主要實現(xiàn)的功能如下：

（1）對錄播系統(tǒng)等教學、教研直播設備/環(huán)境實時視頻流的接入?yún)R聚。

（2）以實時碼流或視頻文件傳輸?shù)姆绞?，實現(xiàn)對第三方平臺服務的集成整合。包括廣東省教育視頻網(wǎng)、珠海教育視頻資源平臺、區(qū)域級視頻教育平臺和教育視頻庫等。

（3）流媒體服務：流媒體視頻的云編碼、直播、虛擬直播、時移、點播、切片、交互協(xié)作等服務，提供自適應碼流的多終端云分發(fā)。

（4）教育視頻高效能分布式云存儲與內容管理。

（5）以視頻為核心的教育應用的活動管理。

圖1 粵教云視通體系結構圖

基于上述功能，粵教云視通體系能夠支撐直播課堂、專遞課堂、名師名校課堂、網(wǎng)絡協(xié)作教研等應用。

三、實時視頻流接入的技術實現(xiàn)探索

1.粵教云視通直播服務器接入的技術要點

粵教云視通直播服務器支持多種形式輸入源，并且能夠為多種主流終端平臺提供相應的直播流服務。具體來說，可以支持UDP（User Datagram Protocol）協(xié)議拉流、RTSP（Real Time Streaming Protocol）協(xié)議拉流、RTMP（Real Time Messaging Protocol）拉流、RTMP 推流等主流的輸入方式。支持RTMP、HTTP-FLV、M3U8、RTSP 四種輸出方式，支持h.264+aac|mp3 編碼格式的視音頻流。直播服務器可以支持分布式部署，具有靈活的技術架構。

對錄播系統(tǒng)等教學、教研直播設備（環(huán)境）實時視頻流的接入?yún)R聚就是將直播流作為輸入源添加到粵教云視通的直播服務器中進行鏈接、管理和應用。實時視頻流的接入主要采用拉流（Pull）和推流（Push）兩種接入模式。

拉流的模式需要獲取到視頻源直播流采用的傳輸協(xié)議、主機（直播服務器）IP 地址、應用名和流ID。例如，RTSP：//202.116.39.42：554/stream/yhblsqt。其 中“stream”為應用名，一般由設備（系統(tǒng)）自定義，不同的設備（系統(tǒng)）會有不同的應用名。例子中的“yhblsqt”是流ID，用來標記該直播流。命名方式也會因設備不同而不同。每啟動一個直播，就會產(chǎn)生一個標記這路直播的流ID。由此也可以看出，采用拉流模式，需要直播服務器能訪問到錄播主機的IP 地址，并獲取應用名和流ID。

推流模式的接入機制與拉流正相反。先通過粵教云視通直播服務器生成一個直播鏈接。例如RTMP：//202.116.39.43：1935/livestream/54dyqwkk。讓錄播系統(tǒng)的視頻源通過直播編碼器推送到這個地址。這就需要解決如何將錄播系統(tǒng)的視頻發(fā)送到視頻編碼器的問題。

2.技術實現(xiàn)探索

由于許多地區(qū)教育信息化建設缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和整體部署，采取的是學校分散建設方式，形成了不同型號、不同平臺的錄播系統(tǒng)設備并存的局面。需要面對種類繁多、系統(tǒng)結構各異、技術實現(xiàn)方式不同、功能差異化明顯、部署方式多樣等較復雜的局面，這給實現(xiàn)大規(guī)模的接入?yún)R聚帶來了技術挑戰(zhàn)。

針對這一問題，筆者進行了系統(tǒng)的調研，對當前珠海市中小學裝備的幾十套錄播系統(tǒng)和正在進行建設錄播課室采用的設備及相應的管理平臺進行歸類分析。采用下列具體技術方法，順利完成了接入?yún)R聚。

（1）采用RTMP推流的方式，實現(xiàn)對于一些早期部署、以封閉式直播服務為特征的錄播系統(tǒng)的接入?yún)R聚。

這一類錄播系統(tǒng)的主機將視頻信號、VGA 信號、音頻信號進行整合錄制，并且本身就是一個媒體服務器，對外提供直播和點播服務。用戶是通過直接訪問這一主機的方式收看直播和進行點播。一般采用私有協(xié)議進行傳輸和使用專用播放器（客戶端軟件）觀看。也有通過錄播管理平臺，啟動本地播放器（例如，Windows Media Player 等）來收看直播視頻。

接入的技術實現(xiàn)方式：在錄播系統(tǒng)內網(wǎng)PC 機上，通過 VLC media player[4]或windows meida player 播放其直播視頻。將該視頻作為一個外部視頻源，用虛擬攝像頭軟件（例如，e2eSoft vcam），將直播視頻虛擬成一個攝像頭設備提供的視頻信號。在直播編碼器（例如，Adobe Flash Media Live Encoder）中Device 選為該虛擬攝像頭。

將云視通直播服務器中生成的RTMP 推流地址，rtmp：//IP：1935/livestream 填入FMS URL；將流ID 填入Stream，進行連接（connect）。啟動就可以連接到播控系統(tǒng)的直播服務器中。

在這一實現(xiàn)方式中，虛擬攝像頭軟件就是一塊虛擬的視頻采集卡。其作用就是將錄播系統(tǒng)直播的視頻，通過“屏幕捕獲”或“外部視頻源”等方式采集，然后顯示出來。前者適用于私有播放器嵌入網(wǎng)頁的情景，后者適用于可以通用媒體播放器播放的情況。Adobe Flash Media Live Encoder 的作用就是，將這一虛擬設備采集到的視頻信號，以RTMP 流的方式提供出去。

優(yōu)點：①可以作為面對不同品牌、新舊型號錄播系統(tǒng)導致流協(xié)議等復雜情況對接的權宜之計。②降低網(wǎng)絡配置管理的復雜性。這種外推策略不需要給錄播主機配置公網(wǎng)地址或進行端口映射，通過推流方式出來。③豐富粵教云視通可接入直播源，從而在不同的應用場景中發(fā)揮更大的作用。例如可適用于個人電腦（筆記本）+攝像頭等非錄播系統(tǒng)作為直播接入源，在遠程專家點評等活動中應用。

缺點：①需配置一臺較高性能的PC 作為轉碼用。②需要進行軟件安裝設置，流程稍顯復雜。另外，e2eSoft VCAM 等虛擬攝像頭軟件為共享軟件，可以使用一段時間。但如果你要使用功能齊全，沒有任何限制，就必須購買注冊。③整個過程需要人工參與，不容易實現(xiàn)自動化。

（2）以拉流方式與目前主流錄播系統(tǒng)實現(xiàn)對接

目前，主流的錄播系統(tǒng)都包括控流媒體服務模塊。一般來說，該模塊基于服務器端的流媒體服務平臺，集教學視頻的點播、錄播資源點播、錄播教室現(xiàn)場直播等功能。在管理平臺中，啟動直播就可以有直播流送出。并且，越來越多的系統(tǒng)都支持RTSP 等開放的流媒體傳輸協(xié)議。采用拉流的模式，實現(xiàn)該類系統(tǒng)的接入要解決云視通直播服務器能找到流的問題?？梢赞D化為兩個技術問題，①粵教云視通直播服務器能在網(wǎng)上訪問到錄播主機；②要知道不同品牌型號錄播系統(tǒng)直播的端口、應用名和流ID 的生成方式的問題。

技術實現(xiàn)方式：對于問題（1）可以為直播主機配置公網(wǎng)地址，除了會帶來大量的安全問題之外，同時也受到教育城域網(wǎng)IP 資源的限制。從長遠發(fā)展來看，這種方式不能作為常用的處理手段。也可采用端口映射方式，將錄播主機的校園內網(wǎng)IP轉換為外部能訪問的方式。對于問題（2）向不同廠家了解錄播設備（系統(tǒng)）流動生成規(guī)則和獲取方法。采用手動生成添加，最好能讓廠家提供相應的API 或 SDK，以系統(tǒng)對接的方式接入云視通系統(tǒng)，以實現(xiàn)多種前端設備統(tǒng)一接入，供本平臺內其他模塊統(tǒng)一調用。

優(yōu)點：采用直連的方式，穩(wěn)定性比較好。能利用錄播系統(tǒng)管理平臺和導播平臺的一些功能，可以輸出單流單畫面、全景式單流多畫面、多流多畫面等輸出形式。通過API，實現(xiàn)對錄播系統(tǒng)進行遠程導播等相應控制，提高自動化管理的程度。

缺點：部署前期，要做大量的網(wǎng)絡配置和鏈接設置的工作，需要學校、區(qū)縣、地市等多級系統(tǒng)管理人員協(xié)作完成。在規(guī)?；瘧玫那榫跋?，工作量較大。

（3）與區(qū)域集中控制管理的錄播系統(tǒng)群平臺級對接

隨著錄播系統(tǒng)技術體系架構的發(fā)展以及成本的降低，許多地區(qū)可以做批量化購置部署的嘗試。相應地，許多錄播系統(tǒng)廠商，也給出了自己的區(qū)域集中管理錄播系統(tǒng)平臺的技術解決方案。技術方案的基本要點，將錄播平臺軟件部署在學校（區(qū)域）中心機房服務器上，負責協(xié)同調度分布式的硬件系統(tǒng)，并提供Web 服務，處理網(wǎng)絡用戶的大規(guī)模直播、點播以及錄制需求。分布式的硬件系統(tǒng)，可以是連接攝像機的視頻信號、云臺控制信號和現(xiàn)場拾音器的音頻信號的錄播主機，也可以只部署一個編碼器。錄播主機或編碼器再通過IP 網(wǎng)絡將音視頻流直接推送到錄播平臺以供網(wǎng)絡直播或點播。

技術實現(xiàn)方式：將粵教云視通的接入?yún)R聚管理與區(qū)域集中管理錄播系統(tǒng)平臺進行平臺級的對接。利用云視通平臺提供的API 接口。錄播系統(tǒng)提供商定義和實現(xiàn)相關應用接口，實現(xiàn)對接。這樣云視通平臺能對該平臺集中管理系統(tǒng)進行批量的接入管理，實現(xiàn)資源共享和管理功能的共享。目前，粵教云平臺已經(jīng)實現(xiàn)了與幾家主流廠商的平臺的對接。

優(yōu)點：共享對設備和資源的管理功能，不再需要云視通平臺直連錄播主機，實現(xiàn)自動化批量管理。并以此為基礎，支撐資源的自動匯聚，各種類型直播活動的管理。有利于形成全局統(tǒng)籌、區(qū)域自治、上下對接的融合開放的服務體系，代表了將來的主流方向。

缺點：需要設計開發(fā)相應的API 接口，有一定的工作量。

四、結束語

本研究的技術創(chuàng)新體現(xiàn)在系統(tǒng)的集成創(chuàng)新。面向不同技術路線和傳輸協(xié)議的錄播系統(tǒng)和平臺，通過轉換成開放協(xié)議的方法實現(xiàn)一致性接入。以此為基礎，在粵教云視通平臺上可實現(xiàn)基于網(wǎng)絡攝像頭的視頻交互的虛擬空間與錄播課室等直播環(huán)境的物理空間的融合應用。可以為直播課堂觀摩與在線視頻協(xié)作教研等活動的整合提供技術支撐，具有廣闊的應用前景。

基于粵教云視通服務的技術架構，采用開放的RTSP、RTMP 等流媒體協(xié)議，輔之以相應的工具軟件或SDK，以拉流或推流的方式實現(xiàn)了多種錄播系統(tǒng)、已有平臺的統(tǒng)一接入。有效地支撐了粵教云珠海試驗區(qū)規(guī)?；渴穑瑸榻窈蠡浗淘圃囼瀰^(qū)大規(guī)模部署提供了技術解決方案。同時對于面臨同樣業(yè)務需求的相關平臺建設亦有借鑒意義。這些研究成果對于更好發(fā)揮已有設備的效益，實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)互通，支持廣域范圍內的開放和共享具有重要的意義。在這一過程中，筆者也深刻地認識到，云計算技術在教育信息化領域中的應用，將會帶來建設模式、服務模式和應用模式的變革。將來錄播系統(tǒng)（平臺）的產(chǎn)品形態(tài)和技術方案也應該在新的應用模式的驅動下，進行技術創(chuàng)新，向協(xié)議開放化、輕型化、智能化和“云化”方向發(fā)展。

[1]愛立信：2013-2019年中國移動數(shù)據(jù)總流量將增長15倍http://www.199it.com/archives/241647.html.

[2]徐 飛.視頻云服務測試技術研究.電子科技大學

[3]王亞軍.企業(yè)級視頻應用技術分析.現(xiàn)代電信科技,2014,(04-4):69-76.