CN111508294A - 一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法及*** - Google Patents
一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及在线教学通讯领域,更具体的说涉及一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法及***。基于分布式有级联的RTC网络架构,方法包括以下步骤:S1,教师端通过IM通道将包含课件ID的IM信令发送在所有学生端,其中,教师端通过信令广播、信令状态机及信令录播***实现和学生端多端课件同屏和/或在线录播;S2,学生端接收下发所述IM信令,向就近的CDN边缘节点发起申请,访问对应的缓存课件内容。本发明利用去中心化的分布式RTC网络架构,通过IM基础设施和CDN网络,构建老师端和学生端的课件同步渠道机制,保证学生看到的课件内容和老师看到的课件内容是实时同步的,极大降低等待时间,避免产生的访问不了的情况,提高学生上课体验。
Description
技术领域
本发明涉及在线教学通讯领域,更具体的说涉及一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法及***。
背景技术
在线课堂,又叫网络课堂,是基于互联网的远程在线互动教学***,一般采用音视频传输以及数据协同等网络传输技术,模拟真实教室里的课堂教学环境,打破地理空间的限制,让老师通过网络给学生进行线上的授课,模拟面对面的实时互动教学活动。
国内申请号为CN201911036980.X的发明专利公开了一种课堂互动***、方法及课堂平板,属于通信技术领域,解决现有的互动课堂不支持跨地区跨教室的教师和学生进行互动上课的问题;由于不同空间的课堂平板可以基于课堂互动平台建立连接,因此,可以实现跨地区跨教室的教师和学生进行互动上课。
但是就目前行业内主流的互动直播方案为,针对在线课堂有大量需要在老师端和学生端之间通过互联网传输的信息,会有比较大的延时,而在直播互动教学中,这种高延时的体验是难以忍受的,老师的教学活动没办法顺畅的开展,影响课堂的上课节奏,同时,很多学生尤其是偏远地区的学生,网络状况不稳定,带宽小,这个问题更加严重,产生教育不公平现象。
所以我们需要设计一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法及***,让***在低网速、高并发情况下稳健运行,并实现一对多实时语音互动、课件资料同步讲授以及签到、投票、抢答、点名、答疑等课堂教学活动的实施。
发明内容
针对现有技术的不足之处本发明提供一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法及***,本发明利用去中心化的分布式RTC网络架构,通过IM基础设施和CDN网络,构建老师端和学生端的课件同步渠道机制,保证学生看到的课件内容和老师看到的课件内容是实时同步的,让***在低网速、高并发情况下稳健运行。
本发明的具体技术方案如下:一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法,基于分布式有级联的RTC网络架构,包括以下步骤:
S1,教师端通过IM通道将包含课件ID的IM信令发送在所有学生端,其中,教师端通过信令广播、信令状态机及信令录播***实现和学生端多端课件同屏和/或在线录播;
S2,学生端接收下发所述IM信令,向就近的CDN边缘节点发起申请,访问对应的缓存课件内容。
作为本技术方案的优选,所述步骤S1之前包括:
S0,将本地课件转化为在线课件,上传至CDN源站储存,并分发至CDN边缘节点。
作为本发明的优选,当所述步骤S1中当教师端对所述在线课件进行控制操作时:
S1.1a,教师端访问打开所述在线课件,上传操作指令并记录;
S1.2a,通过IM通道进行广播下发IM信令至在线学生端。
作为本技术方案的优选,当所述步骤S1中当教师端对所述在线课件进行录播操作时:
S1.1b,教师端访问打开所述在线课件,上传录播指令;
S1.2b,通过KV信令状态机记录教师端每一步的操作动作,并转化生成对应时间节点的转换动作;
S1.3b,根据相对时间序列记录KV信令状态的所有的触发动作及状态转换,完成信令录播并储存。
作为本技术方案的优选,所述KV信令状态机在传统IM技术架构上添加key/value的结构体用于保存所述在线课件的当前状态信息,所述当前状态信息包括当前时刻下的课件ID、当前时刻下的当前页内容、当前时刻下的课件批注位置及当前时刻下的内容ID等。
一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学***,基于分布式有级联的RTC网络架构,包括:
操作模块,用于教师端通过IM通道将包含课件ID的IM信令发送在所有学生端,其中,教师端通过信令广播、信令状态机及信令录播***实现和学生端多端课件同屏和/或在线录播;
访问模块,用于学生端接收下发所述IM信令,向就近的CDN边缘节点发起申请,访问对应的缓存课件内容。
作为本技术方案的优选,所述操作模块之前包括:
初始化模块,用于将本地课件转化为在线课件,上传至CDN源站储存,并分发至CDN边缘节点。
作为本技术方案的优选,当所述操作模块中当教师端对所述在线课件进行控制操作时:
控制操作单元,用于教师端访问打开所述在线课件,上传操作指令并记录;
广播单元,用于通过IM通道进行广播下发IM信令至在线学生端。
作为本技术方案的优选,当所述操作模块中当教师端对所述在线课件进行录播操作时:
录播操作单元,用于教师端访问打开所述在线课件,上传录播指令;
转换记录单元,用于通过KV信令状态机记录教师端每一步的操作动作,并转化生成对应时间节点的转换动作;
录播储存单元,用于根据相对时间序列记录KV信令状态的所有的触发动作及状态转换,完成信令录播并储存。
作为本技术方案的优选,所述KV信令状态机在传统IM技术架构上添加key/value的结构体用于保存所述在线课件的当前状态信息,所述当前状态信息包括当前时刻下的课件ID、当前时刻下的当前页内容、当前时刻下的课件批注位置及当前时刻下的内容ID等。
综上所述,本发明具有以下有益效果:
1、利用去中心化的分布式RTC网络架构,通过IM基础设施和CDN网络,构建老师端和学生端的课件同步渠道机制,通过IM通道将教师端正在讲授的课件ID发送至所有学生端,所述IM通道是一个长连接的、永远在线的通道,所述课件ID从教师端发送到学生端的速度快,出现消息丢失的概率低,可靠性非常高。
2、借助于CDN的分布式节点部署架构,允许终端用户从就近CDN节点拉取在线课件,从而保证终端用户的页面加载速度,从就近的CDN边缘节点访问缓存的所述在线课件,获取速度快,极大降低等待时间,避免网络拥堵、带宽小等问题产生的访问不了的情况,提高学生上课体验。
3、KV状态机在传统IM技术架构上添加了一种key/value的结构体,用于保存在线课堂的当前态,保证终端用户随时进入课堂后能第一时间同步整个课堂进程状态。信令录播功能根据相对时间序列记录了KV信令状态的所有的触发动作及状态转换。
附图说明
图1为本发明网络架构的示意图;
图2为本发明的技术示意图;
图3为本发明方法的流程图;
图4为本发明步骤S1控制操作情况下的流程图;
图5为本发明步骤S1录播操作情况下的流程图;
图6为本发明***的框图;
图7为本发明***操作模块中控制操作情况下的框图;
图8为本发明***操作模块中录播操作情况下的框图。
具体实施方式
下面将结合附图,通过具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例一
如图1所示,为一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法,基于分布式有级联的RTC网络架构。利用去中心化的分布式RTC网络架构,通过IM基础设施和CDN网络,构建老师端和学生端的课件同步渠道机制,保证学生看到的课件内容和老师看到的课件内容是实时同步的。从CDN边缘节点访问缓存的在线课件,即使是比较大的静态内容比如PPT、音频、视频等,通过这种方式也可以迅速的完成访问,极大降低等待时间,避免网络拥堵、带宽小等问题产生的访问不了的情况,提高学生上课体验。
如图2所示,为本发明的技术示意图,利用实时音视频技术(Real-timeCommunication)打造低延时的课堂语音互动,完成基本的课堂答疑、提问、朗诵、汇报等基本环节,真实还原线下教学场景。在传统的直播中,利用CDN的拉流推流来完成直播,但是这种方式在技术机制理论上一般来说会有3秒以上的延迟,在需要强互动的课堂教学场景中这种延时效果被进一步放大,声音会出现的延时、杂音、回声等问题,让实时语音互动没法正常使用,直播大班课中老师和学生连麦互动进行答疑汇报等教学环节,体验极差甚至不可用。采用最新的RTC技术,结合智能动态路由和Last Mile算法,将直播教学中的语音互动延迟控制在800ms以内,并且可以轻松应对高并发场景。另外,我们还利用码率自适应、丢包重传等关键技术,保证在弱网环境下,老师和学生间顺畅的高质量通话。
如图3-5所示,为本发明方法的流程图,一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法,基于分布式有级联的RTC网络架构,包括以下步骤:
S1,教师端通过IM通道将包含课件ID的IM信令发送在所有学生端,其中,教师端通过信令广播、信令状态机及信令录播***实现和学生端多端课件同屏和/或在线录播;
S2,学生端接收下发所述IM信令,向就近的CDN边缘节点发起申请,访问对应的缓存课件内容。
本实施例中,老师在线操作课件(上下翻页、文档批注、播放/暂停音视频等)时,***会实时记录操作信令,并通过低延时的IM技术(网络延时一般低于200毫秒)实时广播给课堂内所有在线学生端。学生端收到IM信令后实时进行本地信令回放,保持和老师端课件的实时同步。由于IM(Instant Messaging)是一个即时通信***,只需要基本的网络带宽便可以实时传输高可靠的信令数据,这有效保证了在线课堂老师端和学生端课件同屏的实时性及可靠性。
进一步的,所述步骤S1之前包括:
S0,将本地课件转化为在线课件,上传至CDN源站储存,并分发至CDN边缘节点。本地课件转换为在线课件,并分发到CDN网络节点。借助于CDN的分布式节点部署架构,允许终端用户从就近CDN节点拉取在线文档,从而保证终端用户的页面加载速度。该方案中,终端用户只需极低的网络带宽(200Kbps以上)就能流畅的打开在线文档,且所需网络总流量几乎等同于一个课件文档的实际大小。另由于终端用户打开的都是源文档,文档清晰度零损失,因此可以有效保证终端用户的观看体验。
进一步的,其中,IM信令***包括信令操作、KV信令状态机和信令录播三部分。其中,信令操作部分定义了所有在线课件的操作功能,如文档上下翻页、文档批注、音视频播放/暂停等。KV信令状态机在本发明中为一重要手段。
所述KV信令状态机在传统IM技术架构上添加key/value的结构体用于保存所述在线课件的当前状态信息,所述当前状态信息包括当前时刻下的课件ID、当前时刻下的当前页内容、当前时刻下的课件批注位置及当前时刻下的内容ID等。
当所述步骤S1中当教师端对所述在线课件进行控制操作时:
S1.1a,教师端访问打开所述在线课件,上传操作指令并记录;
S1.2a,通过IM通道进行广播下发IM信令至在线学生端。
当所述步骤S1中当教师端对所述在线课件进行录播操作时:
S1.1b,教师端访问打开所述在线课件,上传录播指令;
S1.2b,通过KV信令状态机记录教师端每一步的操作动作,并转化生成对应时间节点的转换动作;
S1.3b,根据相对时间序列记录KV信令状态的所有的触发动作及状态转换,完成信令录播并储存。
KV信令状态机记录了一节课从开启到结束的所有中间过程状态及状态之间的转换动作,该状态机在传统IM技术架构上添加了一种key/value的结构体,用于保存在线课堂的当前态(课件ID、当前页、文档批注位置及内容ID等),可以用于保证终端用户随时进入课堂后能第一时间同步整个课堂进程状态。信令录播功能根据相对时间序列记录了KV信令状态的所有的触发动作及状态转换。例如,在开始上课后的第35秒,老师打开了一个PPT课件,信令录播功能会新增一条用竖线分隔的记录,如:00:00:35|001|100123|open|1|1,其中:
第一分隔段00:00:35描述了动作发起的相对时间。
第二分隔段001描述了动作的类型(此处是一个PPT文档操作类型)。
第三分隔段100123描述了实施主体(此处是一个课件ID)。
第四分隔段open描述了主体的动作(打开课件)。
第五分隔段1描述了实时主体的属性(此处1代表文档第一页)
第六分隔段1描述了动作的分发开关(此处1代表分发给所有终端用户)。
通过信令录播记录结合信令录播播放器可以在课堂结束后随时全程回顾课堂内容,对整节课的上课过程进行高度还原。课堂还原原理:开启录播播放后,播放器启动一个秒级定时器,定时器会根据信令录播的每一条记录,在相对时间点来执行响应的信令动作。
实施例二
为基于实施例一之上的***。
如图6-8所示,一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学***,基于分布式有级联的RTC网络架构,包括:
操作模块,用于教师端通过IM通道将包含课件ID的IM信令发送在所有学生端,其中,教师端通过信令广播、信令状态机及信令录播***实现和学生端多端课件同屏和/或在线录播;
访问模块,用于学生端接收下发所述IM信令,向就近的CDN边缘节点发起申请,访问对应的缓存课件内容。
进一步的,所述操作模块之前包括:
初始化模块,用于将本地课件转化为在线课件,上传至CDN源站储存,并分发至CDN边缘节点。
进一步的,当所述操作模块中当教师端对所述在线课件进行控制操作时:
控制操作单元,用于教师端访问打开所述在线课件,上传操作指令并记录;
广播单元,用于通过IM通道进行广播下发IM信令至在线学生端。
进一步的,当所述操作模块中当教师端对所述在线课件进行录播操作时:
录播操作单元,用于教师端访问打开所述在线课件,上传录播指令;
转换记录单元,用于通过KV信令状态机记录教师端每一步的操作动作,并转化生成对应时间节点的转换动作;
录播储存单元,用于根据相对时间序列记录KV信令状态的所有的触发动作及状态转换,完成信令录播并储存。
进一步的,所述KV信令状态机在传统IM技术架构上添加key/value的结构体用于保存所述在线课件的当前状态信息,所述当前状态信息包括当前时刻下的课件ID、当前时刻下的当前页内容、当前时刻下的课件批注位置及当前时刻下的内容ID等。
上面所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下,本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进,均应落入到本发明的保护范围,本发明请求保护的技术内容,已经全部记载在权利要求书中。
Claims (10)
1.一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法,基于分布式有级联的RTC网络架构,其特征在于,包括以下步骤:
S1,教师端通过IM通道将包含课件ID的IM信令发送在所有学生端,其中,教师端通过信令广播、信令状态机及信令录播***实现和学生端多端课件同屏和/或在线录播;
S2,学生端接受下发所述IM信令,向就近的CDN边缘节点发起申请,访问对应的缓存课件内容。
2.根据权利要求1所述的一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法,其特征在于,所述步骤S1之前包括:
S0,将本地课件转化为在线课件,上传至CDN源站储存,并分发至CDN边缘节点。
3.根据权利要求2所述的一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法,其特征在于,当所述步骤S1中当教师端对所述在线课件进行控制操作时:
S1.1a,教师端访问打开所述在线课件,上传操作指令并记录;
S1.2a,通过IM通道进行广播下发IM信令至在线学生端。
4.根据权利要求2所述的一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法,其特征在于,当所述步骤S1中当教师端对所述在线课件进行录播操作时:
S1.1b,教师端访问打开所述在线课件,上传录播指令;
S1.2b,通过KV信令状态机记录教师端每一步的操作动作,并转化生成对应时间节点的转换动作;
S1.3b,根据相对时间序列记录KV信令状态的所有的触发动作及状态转换,完成信令录播并储存。
5.根据权利要求4所述的一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学方法,其特征在于,所述KV信令状态机在传统IM技术架构上添加key/value的结构体用于保存所述在线课件的当前状态信息,所述当前状态信息包括当前时刻下的课件ID、当前时刻下的当前页内容、当前时刻下的课件批注位置及当前时刻下的内容ID等。
6.一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学***,基于分布式有级联的RTC网络架构,其特征在于,包括:
操作模块,用于教师端通过IM通道将包含课件ID的IM信令发送在所有学生端,其中,教师端通过信令广播、信令状态机及信令录播***实现和学生端多端课件同屏和/或在线录播;
访问模块,用于学生端接受下发所述IM信令,向就近的CDN边缘节点发起申请,访问对应的缓存课件内容。
7.根据权利要求6所述的一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学***,其特征在于,所述操作模块之前包括:
初始化模块,用于将本地课件转化为在线课件,上传至CDN源站储存,并分发至CDN边缘节点。
8.根据权利要求7所述的一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学***,其特征在于,当所述操作模块中当教师端对所述在线课件进行控制操作时:
控制操作单元,用于教师端访问打开所述在线课件,上传操作指令并记录;
广播单元,用于通过IM通道进行广播下发IM信令至在线学生端。
9.根据权利要求3所述的一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学***,其特征在于,当所述操作模块中当教师端对所述在线课件进行录播操作时:
录播操作单元,用于教师端访问打开所述在线课件,上传录播指令;
转换记录单元,用于通过KV信令状态机记录教师端每一步的操作动作,并转化生成对应时间节点的转换动作;
录播储存单元,用于根据相对时间序列记录KV信令状态的所有的触发动作及状态转换,完成信令录播并储存。
10.根据权利要求9所述的一种低延时低带宽高稳定的在线直播教学***,其特征在于,所述KV信令状态机在传统IM技术架构上添加key/value的结构体用于保存所述在线课件的当前状态信息,所述当前状态信息包括当前时刻下的课件ID、当前时刻下的当前页内容、当前时刻下的课件批注位置及当前时刻下的内容ID等。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20200807 |
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