袁華 杜廣龍 張凌

摘 要：針對實訓(xùn)室與數(shù)字資源教學(xué)平臺實訓(xùn)效果差等問題，研發(fā)面向?qū)嵱?xùn)室實踐能力培養(yǎng)的多媒體學(xué)習(xí)平臺，包括視音頻采集系統(tǒng)、在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)和云存儲系統(tǒng)三大部分。該平臺可部署于不同專業(yè)的實訓(xùn)室，從不同角度采集示范操作，不僅可現(xiàn)場直播，還可存儲資源以供點播;平臺提供Andriod和IoS應(yīng)用，學(xué)生學(xué)習(xí)不受時間、空間限制。將平臺應(yīng)用于某職校中西面點制作實訓(xùn)室，取得了很好的效果。

關(guān)鍵詞：視音頻采集;在線學(xué)習(xí);實訓(xùn)室

0 引言

教育部2010年發(fā)布《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》，重點強調(diào)學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)[1]。因此各中、高等院校紛紛加強其實踐能力培養(yǎng)的設(shè)施建設(shè)，尤其是一些職業(yè)院校，通過新建或改造大批實訓(xùn)室，添置大量教學(xué)儀器設(shè)備，增設(shè)實訓(xùn)建設(shè)項目，加大學(xué)生實訓(xùn)教學(xué)力度，逐步推行開放的實訓(xùn)教學(xué)[2～5]。但由于教學(xué)理念、管理方法和手段的落后，實訓(xùn)室使用率和效果亟待提升[6]。實訓(xùn)室普遍存在的問題包括[6～7]：重視硬件建設(shè)，輕視內(nèi)容建設(shè);理論和實訓(xùn)銜接不緊，實訓(xùn)前、中、后缺乏銜接;實訓(xùn)效果缺乏考評手段;實訓(xùn)室圍觀老師示范的效果差;實踐技能滯后等問題。

針對實訓(xùn)室重建設(shè)、輕使用等問題，宋旭明[8]提出“研、觀、練、評”的實踐技能訓(xùn)練模式，“研”指學(xué)習(xí)相關(guān)理論并為掌握技能作充足的理論準備，“觀”指觀摩老師示范操作，“練”指在以上環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上自己操練，“評”指老師點評學(xué)生的操練;胡寧等[9]提出實訓(xùn)鏈概念，完整設(shè)計并實施了實訓(xùn)的各個教學(xué)環(huán)節(jié);耿陽婕等[10]主張實訓(xùn)室建設(shè)引入全時教育體系。

各職業(yè)院校也爭相進行數(shù)字化教學(xué)資源平臺建設(shè)，但平臺使用效率并不高，存在的主要問題有：重視平臺建設(shè)，忽視資源內(nèi)容建設(shè)，最終導(dǎo)致平臺淪為擺設(shè);教學(xué)觀念和模式與先進設(shè)備不匹配;標準不統(tǒng)一，功能不完善，且與其它系統(tǒng)的接口不順暢;資源庫存在安全隱患等[11-12]。

針對上述問題，本文設(shè)計一個面向?qū)嵱?xùn)室實踐能力培養(yǎng)的課程學(xué)習(xí)系統(tǒng)，現(xiàn)場多角度采集老師操作視頻，實時同步到各學(xué)生操作臺，點到點全真演示，并多地存儲，供學(xué)生課后點播、反復(fù)揣摩;系統(tǒng)功能貫穿研、觀、練、評各教學(xué)環(huán)節(jié)，充分利用現(xiàn)有實訓(xùn)室，調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)積極性，既為老師提供資源傳遞入口，還為學(xué)生提供隨時隨地學(xué)習(xí)的平臺。

1 實訓(xùn)室多媒體學(xué)習(xí)平臺構(gòu)成與設(shè)計

多媒體學(xué)習(xí)平臺是由實驗室自行研發(fā)的視音頻資源采集系統(tǒng)（CoolView）、在線學(xué)習(xí)系統(tǒng)（LMS）和私有云存儲系統(tǒng)（WebLib）三大部分構(gòu)成;CoolView負責(zé)采集和錄制視頻，然后調(diào)用WebLib接口，將視頻存儲到WebLib私有云系統(tǒng)中，LMS再調(diào)用WebLib接口使用視頻資料。3部分可自成系統(tǒng)，也可集成在一起，形成一個無縫的多媒體學(xué)習(xí)平臺，集中用戶管理，數(shù)據(jù)完全同步。

1.1 用戶管理中間件

3個系統(tǒng)均可作為獨立的系統(tǒng)，為了將它們有機地集成在一起，使用戶管理功能獨立出來，設(shè)計一個用戶管理中間件，為應(yīng)用系統(tǒng)提供用戶服務(wù)，不同用戶被賦予不同權(quán)限，該中間件還可為新增的應(yīng)用系統(tǒng)提供用戶服務(wù)，如圖2所示。

用戶管理中間件把WebLib、CoolView等應(yīng)用系統(tǒng)的用戶管理與Grouper用戶分組整合在一起[13-14]，實現(xiàn)用戶管理、分組權(quán)限管理等使用功能。應(yīng)用系統(tǒng)不再管理自身用戶，而是通過接口從中間件獲取相應(yīng)信息，授權(quán)指定用戶和用戶組給對應(yīng)的應(yīng)用系統(tǒng)使用。當應(yīng)用系統(tǒng)需獲取用戶及其分組信息時，通過接口訪問用戶管理中間件，實現(xiàn)其對訪問來源的權(quán)限過濾，用戶管理中間件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

該用戶管理中間件使WebLib更專注于存儲服務(wù)與應(yīng)用存儲管理，使CoolView專注于視音頻信號采集和存儲，使LMS專注于在線學(xué)習(xí)功能設(shè)計;該設(shè)計可更好地為各應(yīng)用系統(tǒng)提供用戶管理服務(wù)，并實現(xiàn)用戶同步與共享，且具有良好的擴展性，可靈活接入其它應(yīng)用系統(tǒng)。

1.2 多進程錄制服務(wù)器

CoolView視音頻采集系統(tǒng)由編碼器、錄制服務(wù)器、SIP服務(wù)器和管理服務(wù)器構(gòu)成。其中，錄制服務(wù)器最重要[14]，它負責(zé)完成音視頻流采集、傳輸及存儲為標準MP4文件，再調(diào)用WebLib私有云存儲系統(tǒng)接口，完成錄制和分布式存儲任務(wù)。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

為實現(xiàn)實時錄制，采用多個進程協(xié)同工作，以克服單進程資源無法滿足多點采集實時錄制要求的問題;災(zāi)難性錯誤主要包括對空指針取值、寫內(nèi)存越界導(dǎo)致數(shù)據(jù)破壞、拋出未處理的異常導(dǎo)致進程無法繼續(xù)運行等。為增強應(yīng)用魯棒性，最小化以上錯誤帶來的影響，實現(xiàn)進程監(jiān)控與恢復(fù)，當某進程崩潰后，可盡快被發(fā)現(xiàn)并從崩潰前的狀態(tài)重新運行;同時降低模塊間耦合度，使各模塊實現(xiàn)升級而不影響進程間的協(xié)調(diào)運行。

錄制服務(wù)器主要進程及其功能模塊包括：

（1）主進程。其主要包括錄制控制模塊和用戶界面。用戶界面支持各種錄制操作及錄像作業(yè)狀態(tài)監(jiān)視，比如正在被錄像的媒體流與音視頻接收情況、錄像時長與文件大小等信息;錄制控制模塊為錄制服務(wù)器新加入模塊，用于管理錄像作業(yè)。

（2）SIP通信進程。該進程用于與SIP服務(wù)器通信，負責(zé)SIP信令封裝發(fā)送和接收解析，協(xié)調(diào)模塊間及服務(wù)器間的控制。

（3）監(jiān)控與恢復(fù)進程。該進程監(jiān)控硬件設(shè)備和進程的運行狀態(tài)，當檢測到異常情況時及時作出反應(yīng)，如恢復(fù)崩潰的進程、提示或重啟硬件異常等，以確保整個系統(tǒng)正常運行。

（4）媒體流指令分派器進程。該進程負責(zé)接收主進程控制消息，并創(chuàng)建媒體流處理進程，然后轉(zhuǎn)發(fā)消息，維護媒體流處理進程的狀態(tài)。

（5）媒體流處理進程，負責(zé)接收媒體流并轉(zhuǎn)碼和錄制接收到的音視頻。

（6）錄制服務(wù)器進程。該進程用于實現(xiàn)實際錄制之外的其它功能，主要包括：①遠程控制，基于Web Service的遠程控制接口，實現(xiàn)錄制遠程操作和錄制狀態(tài)查看;②數(shù)據(jù)庫管理，將完成的錄像信息寫入數(shù)據(jù)庫，并提供數(shù)據(jù)庫查詢功能;③遠程查詢和資源獲取，可從PC端或移動端遠程查詢并下載錄像信息;④磁盤容量監(jiān)視，檢測磁盤空間，在空間不足時作出響應(yīng)，并滾動刪除最早錄像，確保錄像數(shù)據(jù)完整。