普通教育云服务系统的研究与实现

1、    普通教育云服务系统的研究与实现    单晓阳摘要：文章通过分析普通教育云服务系统的社会意义与技术架构，分别从云服务系统研发、仿真录播系统集成、视频编解码技术嵌入等技术入手，打造面向全社会的普通教育云服务平台，并详细阐述了具体的技术实现，从而实现由信息技术作为桥梁构建起普通中小学在校学习与校外自主学习需求的相互融合。关键词：e-learning；自主学习；云服务；系统集成；解码技术：g434？摇 文献标志码：a ？摇：1674-9324（2014）05-0002-03一、背景随着经济的发展，国家正在大力发展义务教育，普通中小学校的教学环境、教学条件

2、与教学资源建设越来越完善。如何让每个学生共享优质教学资源？如何把名校的优质师资与全社会学生自主学习需求相统一？让普通教育真正肩负起服务地方经济，服务社会发展的重要使命，是许多有识之士深入思考的问题。普通教育云服务系统其实是面向全社会中小学生的远程学习系统，属于e-learning理念的在线学习平台范畴。在线学习平台解决方案被广范应用于各类远程教育、培训与在线考试等领域。在美国e-learning解决方案已经占美国普通教育培训市场的三分之一。在国内，e-learning应用较早的行业，包括政府、银行、保险、电信等，投入了大量的资金、人力，也建立起一批形象工程，如电力远程教育培训系统、税务远程教育

3、培训系统、各类公职人员的继续教育系统等。而面向普通中小学生自主学习服务并不多见。随着流媒体技术与终端服务技术的不断提高，集普通教育类的数字资源、多媒体资源共享，支持在线学习、自主学习交流于一体的开放式云服务系统将是e-learning发展的主流方向。二、研究的重点内容普通教育云服务系统研究开发内容主要包括云服务系统研发、技能仿真录播系统集成、视频编解码技术嵌入等三个重点内容。1.云服务系统研发。（1）功能设置。云服务系统是一套具有自主产权的e-learning开方式教学平台，可以作为中小学校在校学生的自主学习的教学辅助；解决非名校中小学生寻求获得名校的优质教育，提升全社会中小学生的自主学习能力

4、。在功能上实现成品资源库、仿真视频库、自建资源库、互动学习、互动交流相结合的专业性开放式教学平台。实现了普通中小学校、校外辅导基地自建各种资源，指定实习内容，指定作业内容，指定测试内容，指定实况课堂；学生在学校、校外辅导基地教师的指导下，进行网上学习、网上作业、网上测试、网上课堂回放等；并实现资源的管理。（2）栏目设置。确定互联网入口栏目：教学互动、网上学习、网上作业、网上测试、实况课堂。普通中小学校、校外辅导基地教师入口栏目：仿真资源、教学互动、题库系统、网上作业、网上学习、网上测试、实况课堂。管理员入口设置栏目：学时管理、资源统计、成品资源。2.技能仿真录播集成系统。该系统利用目前先进的录

5、播与视频摄像采集技术，把普通中小学校名师课堂实况录制成高清视频，进行系统处理后发布至服务系统，形成名师课堂视频资源。这些课堂视频资源可以按学校、按姓名、按学科进行存储，便于访问者检索，访问者在观看这些课堂实录就像自己的老师当面在言传身教一样。技能仿真录播集成系统设备包括高清摄像机、录播服务器、数据存储设备、操作电脑、音控系统等。由高清摄像机拍摄教师与学生互动教学过程，音控系统同步拾音；音频、视频经录播服务器，由录播系统录制成数字视频，并根据用户需求存放于数据存储设备，整个操作流程，通过操作电脑实现。这些存放于数据存储设备的数字视频可以跟服务系统联动，发布于互联网，实现资源方便的摄录、发布、共享

6、。3.视频编解码技术的嵌入。通信方式多样化，特别是互联网和移动网络的迅速发展，终端设备品种出现了前所未有的繁荣。考虑到服务系统访问终端的复杂性，单一性播放技术常常不能满足现今复杂多样的终端环境。普通教育云服务系统研究开发过程中，嵌入了新一代终端视频解码技术。该解码技术核心优势是视频编解码的分层，将视频流以层为单位分成多个分辨率、质量和帧速率进行存贮，终端访问时，根据访问设备的软、硬件环境，网络环境，采用软件的方式选择其中一种编码层对应的形式进行解码。这样用户终端使用pc、平板电脑、智能手机，用户的通讯环境是局域网、互联网、移动网络等所对应的视频编解码技术和视频流质量也不一样，软、硬件环境，通讯

7、带宽决定了编解码技术的选择。在普通教育云服务系统的服务端嵌入以分层存贮为特点的视频编码技术，克服了以仿真视频资源为主的服务系统在视频访问效率上的难点。这三部分组成了本系统的建设过程，构建了利用先进的录播与视频摄像采集技术，把中小学教师的课堂实况录制成高清视频，进行系统处理后发布至服务系统，形成课堂实录视频资源，并以层为单位分成多个分辨率、质量和帧速率进行存贮。终端软件在用户访问服务系统时，根据用户软、硬件环境，选择解码形式，确保视频播放过程的流畅度。在观看这些课堂实录就像自己的老师当面在言传身教一样。三、技术关键及主要创新点根据研发内容，设计三层技术架构：业务采集层、系统服务层、终端应用层。对

8、应各层的关键技术为：云服务系统的软件技术、仿真录播的集成技术、视频编解码的嵌入技术。普通教育云服务系统技术架构如图1所示。1.云服务系统的软件技术。云服务系统的软件技术主要是指系统编程技术，服务系统采用asp.net技术b/s结构，研发工具为microsoft visual studio 2010集成环境。以entity framework（ado.net entity framework）为数据访问技术，sql server2005为后台数据库系统，采用三层编程技术架构。entity framework数据访问技术集成于.net framework框架，与.net的其他技术进行无缝结合，并且

9、使用简单，开发效率高，运行效率高。同时ajax技术在交互的处理、实时数据的传输、前后台数据的及时刷新提供了强有力的手段。具有实战性的编程技巧、算法模型、数据存储方式；网络环境下的个性化交互、ajax技术的应用等都是本系统的亮点技术。 2.仿真录播的集成技术。仿真录播的集成技术是在理解视频录播原理的基础上，组建的一项集网络技术、音视频技术、多媒体技术、环境控制技术、软件应用技术等于一体的高科技系统集成工程。由网络摄像机、高清视频服务器、录播系统、网络交换机、终端控制设备经过高度集成，实现仿真项目的录制、传输、发布等功能。考虑到当今网络技术、多媒体传输技术和音、视频处理技术迅猛发展的趋势，仿真录播

10、系统以tcp/ip网络协议为基础，采用全数字化、模块化、安全而开放的设计结构，基于b/s的应用平台，视音频综合压缩编码策略，仿真视频资源格式的自适应播放，资源分配及流量控制最优化，数据安全保护备份技术及分布式网络技术等先进的设计思想，提供标准化和技术成熟的软硬件产品，并在图像、数据、声音的多媒体综合处理及实时传输、交换、存储、显示等方面进行深度优化。3.视频编解码的嵌入技术。视频编解码的嵌入技术主要是把分层编解码技术以中间件的形式内嵌在视频流播放系统中。针对不同种类的网络和用户终端，以及多样化的交互，传统编码技术具有单一特性，虽尽可能高的编码效率，显然，对于实际应用中的各种不同特性的网络结构和

11、终端设备并非十分优化。视频编解码的嵌入技术采用多种编码模式和子像素精度运动矢量等新的编码工具，在空间分辨率下采样的转码中运用宏块预测模式信息的快速转码算法，并兼顾移动网络环境下的容错编码、转码技术应用，减小信道误码带来的丢包现象。本系统的主要创新点是仿真录播的集成系统为视频资源的收集与存贮系统，在线自主学习云服务系统作为业务支持平台，视频编解码的嵌入为终端访问进行了本质上的优化。上述三者的综合形成了一个由普通中小学校产生资源、本项目提供技术支撑、实现普通中小学校义务教育服务于社会的效应。四、效益与展望本项目的实施与研发过程预期实现以下成效，并且具有一定的社会价值。1.技术应用成效。（1）建成课

12、堂教学仿真录播集成系统，应用于普通中小学课堂教学，通过建设课堂教学仿真录播集成系统，实时广播教师的课堂教学，并进行存贮，可以实现一次演示，多次复用的效果，为各校提供了未来课堂教学的信息化解决方案，改善了原来的教师课堂教学只有少数学生可以看到的状况，提高了课堂教学的有效性。（2）研发提供远程在线学习的云服务系统，应用于在校学生的自主式远程学习，解决非名校学生获得名校优质教育的自主远程学习与管理，通过构建远程在线服务系统，形成业务支持平台，可以为学生提供优质教育资源与自建资源，可以实现在名校名师的远程在线指导下，进行网上学习、网上作业、网上测试、网上课堂回放等，并实现对学生及学习资源的管理。（3）

13、积累专业资源量达一定规模，当系统资源积累到一定规模时，可应用于普通中小学生远程自主学习能力的提高。在普通中小学校数、其优质教学资源达到一定规模时，全社会普通中小学生不分地域、时间限制对服务系统进行访问；本系统根据访问情况提供学科教育资源、公共技能资源、实况课堂回放等服务。2.社会效益。（1）探索了目前义务教育与教育均衡化发展的需求。由本项目提出的录像、录播、甚至远程直播式的云教学，是录播系统、录像系统在普通中小学校中的深入应用；实现了非名校学生也能享受名校的优质教育，向教育均衡化发展方向前进了一步。（2）推进了普通教育成果共享。普通教育建设成果的应用不再局限在校内而是被全社会所共享，为中小学生

14、接受优质教育探索出一条新途径。3.技术转化，形成产业。系统实施过程，也是普通中小学校资源建设的过程。一旦普通中小学校成果与社会需求达到某种供求关系的时候，便会形成拓展。普通教育云服务系统是基于web的在线服务系统，采用微软asp.net技术架构，适用于学生在线自主学习与视频云教学。旨在构建起普通中小学校与全社会的普通义务教育之间的桥梁，把各个层次的中小学校的优质的教育资源、优秀的教师资源经过整合供全社会普通义务教育合理共享，最终实现普通教育切实服务地方义务教育的均衡化发展，切实办好人民满意教育的美好构想。我们团队在解决各项技术方案的基础上，正在进行实质性的研发，愿与各位专家进行此方面的深入交流

15、。参考文献：1杨晓明，李小聪，段渭军，陈素清.高校短信息服务平台的研究与设计j.中国教育信息化，2011，（12）.2樊建永.基于sms的网络故障自动报警系统的设计与实现j.中国教育信息化，2011，（11）.3刘丽萍，魏书敏，赵新云.个性化网络学习支持系统的研究j.中国教育信息化，2011，（12）. 2.仿真录播的集成技术。仿真录播的集成技术是在理解视频录播原理的基础上，组建的一项集网络技术、音视频技术、多媒体技术、环境控制技术、软件应用技术等于一体的高科技系统集成工程。由网络摄像机、高清视频服务器、录播系统、网络交换机、终端控制设备经过高度集成，实现仿真项目的录制、传输、发布等功能。考虑

16、到当今网络技术、多媒体传输技术和音、视频处理技术迅猛发展的趋势，仿真录播系统以tcp/ip网络协议为基础，采用全数字化、模块化、安全而开放的设计结构，基于b/s的应用平台，视音频综合压缩编码策略，仿真视频资源格式的自适应播放，资源分配及流量控制最优化，数据安全保护备份技术及分布式网络技术等先进的设计思想，提供标准化和技术成熟的软硬件产品，并在图像、数据、声音的多媒体综合处理及实时传输、交换、存储、显示等方面进行深度优化。3.视频编解码的嵌入技术。视频编解码的嵌入技术主要是把分层编解码技术以中间件的形式内嵌在视频流播放系统中。针对不同种类的网络和用户终端，以及多样化的交互，传统编码技术具有单一特

17、性，虽尽可能高的编码效率，显然，对于实际应用中的各种不同特性的网络结构和终端设备并非十分优化。视频编解码的嵌入技术采用多种编码模式和子像素精度运动矢量等新的编码工具，在空间分辨率下采样的转码中运用宏块预测模式信息的快速转码算法，并兼顾移动网络环境下的容错编码、转码技术应用，减小信道误码带来的丢包现象。本系统的主要创新点是仿真录播的集成系统为视频资源的收集与存贮系统，在线自主学习云服务系统作为业务支持平台，视频编解码的嵌入为终端访问进行了本质上的优化。上述三者的综合形成了一个由普通中小学校产生资源、本项目提供技术支撑、实现普通中小学校义务教育服务于社会的效应。四、效益与展望本项目的实施与研发过程

18、预期实现以下成效，并且具有一定的社会价值。1.技术应用成效。（1）建成课堂教学仿真录播集成系统，应用于普通中小学课堂教学，通过建设课堂教学仿真录播集成系统，实时广播教师的课堂教学，并进行存贮，可以实现一次演示，多次复用的效果，为各校提供了未来课堂教学的信息化解决方案，改善了原来的教师课堂教学只有少数学生可以看到的状况，提高了课堂教学的有效性。（2）研发提供远程在线学习的云服务系统，应用于在校学生的自主式远程学习，解决非名校学生获得名校优质教育的自主远程学习与管理，通过构建远程在线服务系统，形成业务支持平台，可以为学生提供优质教育资源与自建资源，可以实现在名校名师的远程在线指导下，进行网上学习、

19、网上作业、网上测试、网上课堂回放等，并实现对学生及学习资源的管理。（3）积累专业资源量达一定规模，当系统资源积累到一定规模时，可应用于普通中小学生远程自主学习能力的提高。在普通中小学校数、其优质教学资源达到一定规模时，全社会普通中小学生不分地域、时间限制对服务系统进行访问；本系统根据访问情况提供学科教育资源、公共技能资源、实况课堂回放等服务。2.社会效益。（1）探索了目前义务教育与教育均衡化发展的需求。由本项目提出的录像、录播、甚至远程直播式的云教学，是录播系统、录像系统在普通中小学校中的深入应用；实现了非名校学生也能享受名校的优质教育，向教育均衡化发展方向前进了一步。（2）推进了普通教育成果

20、共享。普通教育建设成果的应用不再局限在校内而是被全社会所共享，为中小学生接受优质教育探索出一条新途径。3.技术转化，形成产业。系统实施过程，也是普通中小学校资源建设的过程。一旦普通中小学校成果与社会需求达到某种供求关系的时候，便会形成拓展。普通教育云服务系统是基于web的在线服务系统，采用微软asp.net技术架构，适用于学生在线自主学习与视频云教学。旨在构建起普通中小学校与全社会的普通义务教育之间的桥梁，把各个层次的中小学校的优质的教育资源、优秀的教师资源经过整合供全社会普通义务教育合理共享，最终实现普通教育切实服务地方义务教育的均衡化发展，切实办好人民满意教育的美好构想。我们团队在解决各项

21、技术方案的基础上，正在进行实质性的研发，愿与各位专家进行此方面的深入交流。参考文献：1杨晓明，李小聪，段渭军，陈素清.高校短信息服务平台的研究与设计j.中国教育信息化，2011，（12）.2樊建永.基于sms的网络故障自动报警系统的设计与实现j.中国教育信息化，2011，（11）.3刘丽萍，魏书敏，赵新云.个性化网络学习支持系统的研究j.中国教育信息化，2011，（12）. 2.仿真录播的集成技术。仿真录播的集成技术是在理解视频录播原理的基础上，组建的一项集网络技术、音视频技术、多媒体技术、环境控制技术、软件应用技术等于一体的高科技系统集成工程。由网络摄像机、高清视频服务器、录播系统、网络交换

22、机、终端控制设备经过高度集成，实现仿真项目的录制、传输、发布等功能。考虑到当今网络技术、多媒体传输技术和音、视频处理技术迅猛发展的趋势，仿真录播系统以tcp/ip网络协议为基础，采用全数字化、模块化、安全而开放的设计结构，基于b/s的应用平台，视音频综合压缩编码策略，仿真视频资源格式的自适应播放，资源分配及流量控制最优化，数据安全保护备份技术及分布式网络技术等先进的设计思想，提供标准化和技术成熟的软硬件产品，并在图像、数据、声音的多媒体综合处理及实时传输、交换、存储、显示等方面进行深度优化。3.视频编解码的嵌入技术。视频编解码的嵌入技术主要是把分层编解码技术以中间件的形式内嵌在视频流播放系统中

23、。针对不同种类的网络和用户终端，以及多样化的交互，传统编码技术具有单一特性，虽尽可能高的编码效率，显然，对于实际应用中的各种不同特性的网络结构和终端设备并非十分优化。视频编解码的嵌入技术采用多种编码模式和子像素精度运动矢量等新的编码工具，在空间分辨率下采样的转码中运用宏块预测模式信息的快速转码算法，并兼顾移动网络环境下的容错编码、转码技术应用，减小信道误码带来的丢包现象。本系统的主要创新点是仿真录播的集成系统为视频资源的收集与存贮系统，在线自主学习云服务系统作为业务支持平台，视频编解码的嵌入为终端访问进行了本质上的优化。上述三者的综合形成了一个由普通中小学校产生资源、本项目提供技术支撑、实现普

24、通中小学校义务教育服务于社会的效应。四、效益与展望本项目的实施与研发过程预期实现以下成效，并且具有一定的社会价值。1.技术应用成效。（1）建成课堂教学仿真录播集成系统，应用于普通中小学课堂教学，通过建设课堂教学仿真录播集成系统，实时广播教师的课堂教学，并进行存贮，可以实现一次演示，多次复用的效果，为各校提供了未来课堂教学的信息化解决方案，改善了原来的教师课堂教学只有少数学生可以看到的状况，提高了课堂教学的有效性。（2）研发提供远程在线学习的云服务系统，应用于在校学生的自主式远程学习，解决非名校学生获得名校优质教育的自主远程学习与管理，通过构建远程在线服务系统，形成业务支持平台，可以为学生提供优质教育资源与自建资源，可以实现在名校名师的远程在线指导下，进行网上学