CN106899577A - 一种用于远程教育的视频服务云平台 - Google Patents

Abstract

本发明主要属于远程教育和流式分转发、流式存储云服务领域，具体涉及一种用于远程教育的视频服务云平台。所述视频服务云平台包括流式分转发服务系统和流式存储服务系统，流式分转发服务系统与发送客户端之间只占用一个通道，由流式分转发服务系统将音视频数据分发给多个接收客户端，从而实现多个接收客户端能够对同一远程的发送客户端的视频画面进行同时访问,并播放音频；流式存储服务系统采用索引及数据存储结构，含有n个存储路径。本发明所述视频服务云平台为远程教育系统的提供了一套高效存储、高效音视频分转发的视频服务云平台，具有良好的市场前景及推广价值。

Description

一种用于远程教育的视频服务云平台

技术领域

本发明主要属于远程教育和流式分转发、流式存储云服务领域，具体涉及一种用于远程教育的视频服务云平台。

背景技术

现代远程教育以计算机网络技术为支撑，将老师，学生及家长以多媒体方式系统的组织起来，具有时空自由、资源共享、系统开放、便于协作等优点。并随着现代信息技术发展成为融合面、授和自学等传统教育手段的一种新型教育方式。

现代远程教育以视频形式共享教育资源，存在着地域和网络限制，多用户点击同一课程视频时，势必会造成在一条通讯网络线路上同时传输相同的数据流，同时占用多个相同带宽，从而严重浪费网络资源，形成网络瓶颈。音视频文件可能存储于不同的文件服务器，通常的数据存储及读取方式，由于访问时没有统一路径管理，增加管理难度，降低了音视频数据存储和读取效率，并且，机械式硬盘通过频繁的电机的跳跃式读、写操作才能完成，容易产生“坏道”，降低了硬盘的使用寿命。

发明内容

本发明为了解决上述问题，本发明提供一种用于远程教育的视频服务云平台，采用流式分转发技术，先从一路发送客户端接收音视频数据，再多路转发给接收客户端，避免了从发送客户端的多路数据拷贝，解决网络瓶颈；同时采用流式存储服务技术，设计了一套索引和存储空间分配方式，对音视频数据统一管理，并以块读写方式减少了硬盘访问次数，延长了硬盘设备的使用寿命，降低了整体使用成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于远程教育的视频服务云平台，包括流式分转发服务系统和流式存储服务系统，流式分转发服务系统与发送客户端之间只占用一个通道，流式分转发服务系统将音视频数据分发给多个接收客户端，从而实现多个接收客户端能够对同一远程的发送客户端的视频画面进行同时访问，并播放音频；

流式存储服务系统用于存储所述流式分转发服务系统从发送客户端获取的音视频数据，并且所述流式分转发服务系统通过流式存储服务系统能够实现对于所述音视频数据的读取操作。

进一步地，所述流式存储服务系统采用索引及数据存储结构，含有n个存储路径，每个存储路径都含数据块区，仅在第1存储路径含有索引块区。

进一步地，视频服务云平台与接收客户端和发送客户端均能够双向收发音视频数据。

进一步地，所述流式分转发服务系统包括流通道管理模块、流通道模块、流分转发模块、流存储模块；

所述流通道管理模块负责对流通道模块、流分转发模块和流存储模块的管理；流通道模块负责从发送客户端接收音视频流。

进一步地，所述流分转发模块用于流分转发，将从发送客户端获取的音视频数据通过所述流通道向接收客户端发送实时音视频流。

进一步地，所述流存储模块负责将实时音视频流发送给流式存储服务系统，为接收客户端和发送客户端提供音视频数据的回放和下载功能。

进一步地，流式存储服务系统的第1存储路径下的索引块区存储所有n个存储路径的索引。

进一步地，流式存储服务系统索引块区存储的每个索引数据包括相应数据块区的有效标识、视频格式、通道号、文件块号、偏移位置、到达时间。

进一步地，流式存储服务系统数据块区内的数据块采用物理连续存储，数据块区之间是逻辑连续存储的。

一种基于权利要求1-9之一所述视频服务云平台的远程教育系统，所述远程教育系统包括视频服务云平台、业务平台、客户端和前端设备；

所述前端设备是具备投影摄像功能、为教学活动现场提供视音频服务的硬件设备；

所述客户端用于设定、连接、控制所述前端设备，并所述客户端连接所述业务平台和所述视频服务云平台；

所述业务平台为用户提供交易、教学活动、评价互动的软件服务平台，为客户端提供指定服务，并向所述视频服务云平台发送视音频的管理及监控的请求；

所述视频服务云平台为教学活动提供实时视频服务云端，并负责音视频的存储，包括提供流式分转发服务系统及流式存储服务系统。

本发明的有益技术效果：

本发明所述视频服务云平台为远程教育系统提供了一套高效存储、高效音视频分转发的视频服务云平台，具有良好的市场前景及推广价值。

附图说明

图1为本发明一种用于远程教育的视频服务云平台的逻辑结构图；

图2是基于流式分转发的流程图；

图3是基于视频服务云平台的远程教育系统框图；

图4是基于视频服务云平台的远程教育系统的客户端的系统层次结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

实施例1

一种用于远程教育的视频服务云平台，该视频服务云平台的逻辑结构如图1所示，所述视频服务云平台由流式分转发服务系统和流式存储服务系统构成，流式分转发服务系统与发送客户端之间只占用一个通道，流式分转发服务系统将音视频数据分发给多个接收客户端，从而实现多个接收客户端能够对同一远程的发送客户端的视频画面进行同时访问，并播放音频；流式存储服务系统用于存储所述流式分转发服务系统从发送客户端获取的音视频数据，并且所述流式分转发服务系统通过流式存储服务系统能够实现对于所述音视频数据的读取操作。

该视频服务云平台的处理过程如下：

接收客户端及其前端设备、流式分转发服务系统、发送客户端及其前端设备之间通过TCP信令数据方式完成视音频数据的请求和响应；发送客户端通过流式分转发服务系统向接收客户端发送视音频数据。

流式分转发服务系统通过流式存储服务系统实现对于音视频存储磁盘阵列中音视频数据的存储和读取操作。

如图2所示，所述流式分转发服务系统能够实现音视频数据分转发的流程，所述流式分转发服务系统包括流通道管理模块、流通道模块、流分转发模块、流存储模块，其中：所述流通道管理模块负责对流通道模块、流分转发模块和流存储模块的管理；流通道模块负责从发送客户端接收音视频流；流分转发模块负责流分转发，将从发送客户端获取音视频数据通过流通道向接收客户端发送实时音视频流；流存储模块负责将实时音视频流发送给流式存储服务系统，为客户端提供音视频的回放和下载功能。

上述四个模块完成从网络中接收TCP/UDP的数据，并再分发到网络中的过程。如果接收的协议是TCP，则通过TCP转发；同样，如果接收协议是UDP，则转发通过UDP。

所述流式分转发服务系统支持音视频流的分转发，即当有多个接收客户端需要同时访问同一远程发送客户端视频画面时，先通过流式分转发服务系统进行转发，该系统与发送客户端的视频通道之间只占用一个通道带宽的网络资源，由该系统将音视频数据分发给多个接收客户端，解决了网络瓶颈问题。

所述流式存储服务系统采用大型流媒体存储系统设计规范，该系统对所有音视频资料进行分级、采用集中管理，分布式存储的模式。具备按计划对音视频数据进行存储功能和对音视频流回放请求存储功能。所述流式存储服务系统将多个前端设备的音视频流集中存储到存储域，存储域中可有多个存储服务器，并利用负载均衡，存储服务器采用接磁盘阵列，大大降低整体使用成本；

所述流式存储服务系统采用统一目录访问协议，针对音视频数据存储的存储结构设计了一套索引和存储空间分配方式，并通过配置文件管理数据块区编号和存储路径的对应关系。可以将数据资源存储在统一路径之下，即使不同的存储服务器在访问同一视频资源时，其逻辑路径是一致的，从而达到集中管理的目的。

基于流式存储服务的索引数据格式定义表1所示。第1存储路径下的索引块区为系统的索引区。

表1 基于流式存储服务的索引数据格式定义

基于流式存储服务的存储空间分配方式如表2所示。第1存储路径、第2存储路径、及第n个存储路径(n为存储路径的总数)下的数据块区形成系统的存储块区，数据块是固定长度并可配置的。

表2 基于流式存储服务的存储空间分配方式

流式存储服务系统启动后，根据配置文件中设置的数据块的大小，存储路径，该路径的可用空间大小，来初始化文件系统，在第1存储路径生成索引区/index和数据块目录/data，在其他存储路径(2、3…n)下生成数据块目录/data，即若存在多个存储路径时，索引区只存在于第1存储路径下，每个存储路径下，都含有数据块区，数据块区内的数据块采用物理连续存储方式，数据块区之间是逻辑连续存储的。

该系统可以设置集中存储计划，按天、周、月、一次性等周期针对每路音视频安排存储计划，从而在集中存储服务器上实现定时流式存储功能。

当一个接收客户端开始对某通道的指定时间段的回放请求时，流式存储服务系统首先会生成一个全局唯一的播放标识号，用来检索该通道的该时间段的音视频是否存在，若存在的话，会返回符合要求的存储内容的具体索引信息，系统根据索引信息，能够通过配置文件中的文件块号找到相应存储路径，通过偏移位置和到达时间检索并读取相应音视频帧数据信息，返回给接收客户端。

本发明的视频服务云平台主要功能和技术特点包括：

流式分转发服务系统解决了多个接收客户端向同一发送客户端请求音视频数据时，多路传输同一音视频数据造成的网络瓶颈问题，也降低了音视频联网的时延；流式存储服务系统针对音视频数据的存储设计了一套索引和存储空间分配方式。将音视频数据资源存储在统一逻辑路径之下达到集中管理的目的；并且可通过配置文件灵活设置不同磁盘组的磁盘空间，将重要程度不同的音视频分开存储，使得重要的音视频可以保存更长的时间。

针对音视频帧的结构和存储长度配置相应的数据块，数据块内采用物理连续存储方式能够实现连续的块读写。对机械式硬盘极大地减少了电机的跳跃式读、写操作，避免了“坏道”风险，延长硬盘的使用寿命。

实施例2

一种基于实施例1所述视频服务云平台的远程教育系统，如图3所示。该远程教育系统包括视频服务云平台、业务平台、客户端和前端设备。

所述前端设备是具备投影摄像功能、为教学活动现场提供视音频服务的硬件设备；

所述客户端用于设定、连接、控制所述前端设备，并所述客户端连接所述业务平台和所述视频服务云平台，客户端为用户(家长、学生、老师)提供教学活动、交易、评价的唯一交互界面。

业务平台是为用户(家长、学生、老师)提供交易，教学活动，评价互动的软件服务平台，为客户端提供指定服务，并可向视频服务云平台发送视音频的管理及监控的请求。

视频服务云平台是为教学活动提供实时视频服务云端，并负责音视频数据的存储；包括提供流式分转发服务系统及流式存储服务系统。

本实施例所述客户端包括老师用客户端、学生用客户端、家长用客户端，使用场景如下：

老师用客户端和学生用客户端采用PC端应用程序，家长用客户端采用移动端App程序。学生或老师以各自身份登录客户端之后；如果是当天的课程，可以于课程开始时间前的15分钟进入教室；学生用户进入直播教室后，用户登录后，在课程表页面中，先弹出调试页面。点击一键调试，连接调试前端设备；在课中状态时，由视频服务端录制老师客户端的所有视频窗口内容；主窗口默认显示老师白板视频，流畅，普清(默认值)，高清，超清可以选择；学生可以在退出教室前的任意时候，通过点击评价，对当前课程及老师进行评价。

关于本实施例中的客户端的系统层次结构及功能如图4所示。

从系统层次结构方向(水平方向)可将客户端划分：设备驱动层、服务库层、服务层和应用层。从系统功能方向(垂直方向)可将客户端划分：应用展示功能模块、设备SDK模块、视频音频编解码模块、视频音频采集模块、系统配置模块、系统支持模块及其他服务模块。

从水平方向看，其中应用展示层位于最顶层，该层向客户提供操作界面和应用界面功能，实现人机交互操作，应用展示层按照功能模块可实现用户界面UI应用和网络SDK应用等2个独立应用模块。

服务层为在线教育教学客户端系统提供各项服务功能，包括视频编解码服务、音频编解码服务、视频采集服务、音频采集服务、系统配置服务等。该层的各个服务模块与应用展示层的信令交互通过API SDK服务实现，API SDK服务为应用展示层和服务层各功能模块的业务交互提供了服务接口，实现了消息格式转换和统一消息接口。

服务库层为服务层提供了业务功能服务接口，通过调用服务层业务功能接口实现服务层需要的业务功能，服务库层与服务层是一一对应关系。系统划分服务层和服务库层分开有利于接口与功能的分离实现，便于系统维护。

设备驱动层为上层应用提供了驱动接口和底层功能支持。

从垂直方向上看，其中应用展示功能模块通过C#层展示视频图像播放，对音视频播放操作控制提供显示界面，该功能模块实现视频设备的检测和选择、音频设备的检测和选择、音量控制、视频播放窗口展示、教学内容展示等。

设备SDK模块通过提供SDK接口的方式供C#界面层调用音视频编解码和播放功能。

视频采集模块实现了对本地视频的采集功能。支持DirectShow采集模式，支持通过任意标准USB摄像头进行视频采集。

音频采集模块实现了对本地音频的采集功能。采用WaveIn进行音频采集，可以采集不同音频采集设备输送的数据流，格式为标准的PCM，wave格式数据输出。

视频编解码模块实现了对本地采集视频数据进行编码，对网络视频数据进行解码，并调用播放模块实现视频数据的播放功能。视频转码支持YUY2向YUV420转化，支持不同分辨率之间的转码。采用FFMPEG视频压缩技术，标准H264格式，压缩率高，便于网络传输和储存。视频解码采用FFMPEG，支持多种视频格式解码，直接输出YUV420数据。

音频编解码模块实现了对本地采集音频数据进行编码，对网络音频数据进行解码，并调用音频播放器实现音频的播放功能。音频采用G729/AAC压缩和解码方式，尽量保持原有音质，压缩比在16:1以上。用到WaveOut显示音频技术，音质还原效果较好。

系统配置服务模块实现了对音视频参数进行设置，包括音频音量、视频帧率、码率、分辨率等。

系统支持模块通过调用第三方开源库和系统本地库实现对在线教育教学客户端的功能模块提供支持。网络设备SDK应用接口实现了采用TCP协议进行网路数据传输，稳定可靠，支持多用户，方便以后扩容。

本实施例中的业务平台包括交易平台，教学平台，课堂平台。

其应用场景如下：

老师端：管理课程的排期及课程列表管理，然后通过后台发布课程信息。组织教学活动，并进行学生管理。教学活动完毕后收到的评价，并通过收入支出管理，可以实现提现。并且对自己的课程、评价统计、投诉统计、收入支出进行统计。

学生用户端、家长用户端：按年级学科、教师级别、知识点学习阶段章节、教材同步查找相应所需课程，支付所需费用。之后参与教学活动，查看老师给予的指导点评，并对教师给予评价。最后对自己学习的课程、收入支出进行统计。

其主要功能如下：

为老师用户提供注册登录、发布课程、发布教学的时间、已预约的课程进入课程表可以查看课程表、查看本人的课程、帐号提现、帐号充值、帐单查询、查看学生及家长等功能。

家长学生可以通过“搜索课程”功能查看每节课程；通过“搜索老师”功能查看老师介绍；通过“支付功能”功能查看课程表上课；通过“取消订单”功能取消已经预定的订单；通过“查看课表”功能查看已预约成功的课程；通过“充值提现”功能完成跟人账户与银行卡的金额转移；通过“订单管理”参看订单状态等。

Claims (10)

1.一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，包括流式分转发服务系统和流式存储服务系统，流式分转发服务系统与发送客户端之间只占用一个通道，流式分转发服务系统将音视频数据分发给多个接收客户端，从而实现多个接收客户端能够对同一远程的发送客户端的视频画面进行同时访问，并播放音频；

流式存储服务系统用于存储所述流式分转发服务系统从发送客户端获取的音视频数据，并且所述流式分转发服务系统通过流式存储服务系统能够实现对于所述音视频数据的读取操作。

2.根据权利要求1所述的一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，所述流式存储服务系统采用索引及数据存储结构，含有n个存储路径，每个存储路径都含数据块区，仅在第1存储路径含有索引块区。

3.根据权利要求1所述的一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，视频服务云平台与接收客户端和发送客户端均能够双向收发音视频数据。

4.根据权利要求1所述的一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，所述流式分转发服务系统包括流通道管理模块、流通道模块、流分转发模块、流存储模块；

所述流通道管理模块负责对流通道模块、流分转发模块和流存储模块的管理；流通道模块负责从发送客户端接收音视频流。

5.根据权利要求4所述的一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，所述流分转发模块用于流分转发，将从发送客户端获取的音视频数据通过所述流通道向接收客户端发送实时音视频流。

6.根据权利要求4所述的一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，所述流存储模块负责将实时音视频流发送给流式存储服务系统，为接收客户端和发送客户端提供音视频数据的回放和下载功能。

7.根据权利要求1所述的一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，流式存储服务系统的第1存储路径下的索引块区存储所有n个存储路径的索引。

8.根据权利要求7所述的一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，流式存储服务系统索引块区存储的每个索引数据包括相应数据块区的有效标识、视频格式、通道号、文件块号、偏移位置、到达时间。

9.根据权利要求所述的一种用于远程教育的视频服务云平台，其特征在于，流式存储服务系统数据块区内的数据块采用物理连续存储，数据块区之间是逻辑连续存储的。

10.一种基于权利要求1-9之一所述视频服务云平台的远程教育系统，其特征在于，所述远程教育系统包括视频服务云平台、业务平台、客户端和前端设备；

所述前端设备是具备投影摄像功能、为教学活动现场提供视音频服务的硬件设备；

所述客户端用于设定、连接、控制所述前端设备，并所述客户端连接所述业务平台和所述视频服务云平台；

所述业务平台为用户提供交易、教学活动、评价互动的软件服务平台，为客户端提供指定服务，并向所述视频服务云平台发送视音频的管理及监控的请求；

所述视频服务云平台为教学活动提供实时视频服务云端，并负责音视频的存储、回放功能，包括提供流式分转发服务系统及流式存储服务系统。