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引子:在線教育,是目前關(guān)注度最高的教育領(lǐng)域之一,也引領(lǐng)著教育創(chuàng)新的風(fēng)向。在好未來,有這么一群技術(shù)人,他們和老師、學(xué)生們打成一片,用投身教育的赤誠之心和解決技術(shù)難題的死磕精神,讓教育與科技碰撞出絢爛的火花。

在線教育之被認(rèn)為有能力改變傳統(tǒng)教育方式,讓優(yōu)質(zhì)教育資源覆蓋更廣泛的人群,其中直播技術(shù)的突破可謂至關(guān)重要。

但少有人知的是,直播技術(shù)本身場景差異較大,比如會議直播、游戲直播、娛樂直播等都有著不同的技術(shù)指標(biāo)要求。而其中對直播技術(shù)指標(biāo)要求最為苛刻的領(lǐng)域之一,正是在線教育。

如何打磨出強(qiáng)大且專業(yè)的直播技術(shù),學(xué)而思網(wǎng)校與好未來直播中臺的產(chǎn)研團(tuán)隊下了一番硬功夫。

底層技術(shù):極致追求低延時與低卡頓

在線教育的直播有兩個最為重要的技術(shù)指標(biāo)——低延時與低卡頓。低延時才能保障師生和學(xué)生之間的遠(yuǎn)程課堂互動如面授般直接,低卡頓才能保障學(xué)生求知的思緒不被頻繁打斷。然而這兩個指標(biāo)卻是相互矛盾的,延時越低,預(yù)緩存空間越小,也就越容易造成卡頓現(xiàn)象。

對于娛樂類直播,延時一般在5秒左右,給降低卡頓預(yù)留了充足的空間。學(xué)而思網(wǎng)校的技術(shù)人“玩直播”多年,對RTMP實(shí)時消息傳輸協(xié)議這類成熟的直播技術(shù)研究得很徹底,成功將延時控制在2秒以內(nèi)。但在某些教育場景中,僅在RTMP領(lǐng)域做到頂尖還不夠。為了更好地滿足教育場景的實(shí)時直播互動需求,自研RTC實(shí)時音視頻通信直播技術(shù)勢在必行。

好未來自2018年起就走上了RTC技術(shù)自研之路,經(jīng)過學(xué)而思網(wǎng)校和好未來直播中臺產(chǎn)研團(tuán)隊的共同打磨,TalRTC應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)針對線上教育場景做了眾多專項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化及場景適配,將延遲直接降低到了毫秒級。一般情況下,如此低的延時和并行的上萬流量,出現(xiàn)卡頓是在所難免的。但學(xué)而思網(wǎng)校直播課堂研發(fā)團(tuán)隊的目標(biāo)是“絕不讓任何一個學(xué)生的上課體驗(yàn)受到影響”。

網(wǎng)校課堂研發(fā)團(tuán)隊通過動態(tài)追播、動態(tài)調(diào)度、媒體編碼的技術(shù)優(yōu)化等維度,對直播進(jìn)行了精益求精的改進(jìn)。在這個過程中,網(wǎng)校課堂研發(fā)團(tuán)隊對于音視頻媒體的理解直接體現(xiàn)在了數(shù)據(jù)上,以720P高清視頻為例,在直播業(yè)內(nèi)平均大小為1到2Mbps時,網(wǎng)校針對教育場景進(jìn)行了優(yōu)化,僅需400kbps就能達(dá)到同樣的效果。更低的存儲空間和流量占比,無疑對解決卡頓和延時都起到了立竿見影的效果。

值得一提的是,在壓縮的過程中,學(xué)而思網(wǎng)校的用戶體驗(yàn)不減分毫。憑借對不同教育場景和學(xué)生需求的深刻理解,學(xué)而思網(wǎng)校的音視頻優(yōu)化不僅壓縮得小,而且壓縮得“聰明”。通過種種技術(shù)巧思,學(xué)而思網(wǎng)校成功做到了在保證畫面高品質(zhì)的同時,實(shí)現(xiàn)更高的流暢度。

近期,為了更加極致的直播體驗(yàn),學(xué)而思網(wǎng)校正式上線了優(yōu)網(wǎng)系統(tǒng),將視頻的延遲與卡頓消解于無形。在優(yōu)網(wǎng)系統(tǒng)下,課件部分不再依靠視頻信號傳輸,而是將課件的具體內(nèi)容預(yù)存于學(xué)生端中,通過傳輸信令信號實(shí)現(xiàn)課件與老師端的同步響應(yīng)。這就相當(dāng)于之前還要發(fā)送視頻,現(xiàn)在改為直接發(fā)文字了,這是肉眼可見的速度提升,有力保障了學(xué)生在極端弱網(wǎng)環(huán)境下的上課體驗(yàn)。

能力升級:攻堅實(shí)時回放

回放,是在線教育使用率極高的功能之一,無論對于學(xué)生復(fù)習(xí)知識點(diǎn),還是對于老師檢查自己的授課內(nèi)容,都非常關(guān)鍵。而目前行業(yè)平均水平仍需要下課后5分鐘甚至半小時以上方可生成回放。

回放生成慢會導(dǎo)致什么問題呢?比如最常見的例子,學(xué)生知識點(diǎn)如果有遺漏,往往希望能立刻重新去再聽一次。如果等半個小時,很大可能就已經(jīng)把這個未掌握的知識點(diǎn)忘記了。

好未來的技術(shù)人開始思考,阻礙技術(shù)實(shí)現(xiàn)的本質(zhì)是什么。其實(shí)當(dāng)老師授課結(jié)束,點(diǎn)擊結(jié)束按鈕,理論上視頻已經(jīng)生成在服務(wù)器上了。是哪個環(huán)節(jié)拖累了進(jìn)度呢?

技術(shù)老師把視頻流從上課、結(jié)束到生成回看的所有時間點(diǎn)全部精確到毫秒地統(tǒng)計了出來,最后發(fā)現(xiàn)影響回放生成效率的卡點(diǎn)。通過向底層滲透,發(fā)現(xiàn)有一種技術(shù),可以做到像智能電視點(diǎn)播節(jié)目一樣回調(diào),甚至無需等到下課,上課期間就可以開始回看。

有了方向,立即實(shí)驗(yàn)?；乜磿r間從1分鐘,進(jìn)化到30秒,最后進(jìn)化到實(shí)時。這一進(jìn)步不僅幫助學(xué)生更快地掌握知識,而且改變了網(wǎng)校老師的反饋機(jī)制,即以前如果課件出現(xiàn)了問題,需要通過拉群反饋、課后回看,而現(xiàn)在可以實(shí)時檢查,老師在下一次課上,便可對教學(xué)動作做出相應(yīng)調(diào)整。

用一位技術(shù)老師的話說,一個技術(shù)的突破,所帶來的各個環(huán)節(jié)的效率提升是指數(shù)級的疊加。

實(shí)時回放技術(shù)

視覺體驗(yàn):半身直播的四次升級

當(dāng)觀看學(xué)而思網(wǎng)校老師的半身直播,人們會對畫面里的人與課件的完美融合感到驚奇。人在課件中,課件又可隨人而動。那么,這種效果是怎么實(shí)現(xiàn)的呢?

其實(shí)這背后就是綠幕技術(shù)的支持。2018年,學(xué)而思網(wǎng)校開始首次嘗試讓老師“站”在課件里上課,通過增強(qiáng)在線課堂的情境感,帶給學(xué)生更加直觀、有趣的學(xué)習(xí)體驗(yàn),降低知識理解門檻。但要想實(shí)現(xiàn)好這個想法可不容易,這背后經(jīng)歷了四次迭代。

一開始,技術(shù)人嘗試了最直接的綠幕摳圖技術(shù)。這一技術(shù)常出現(xiàn)在拍電影的影棚里,由老師站在綠幕前講課,通過后期技術(shù)將綠幕替換成課件,然而這把主講老師們難住了。學(xué)而思網(wǎng)校的主講老師紛紛練出一身當(dāng)演員的特殊技能,老師得想象背后的課件是什么畫面,沒有所見即所得的感覺,這也直接影響了老師的授課效果。

于是,根據(jù)成像法則的偏振技術(shù)又加入了進(jìn)來。所謂偏振,就是利用老師衣服的漫反射和黑板光的直光反射差異,擋住直光,只留漫反射的光。這樣一來,便只有老師的圖像被拍了下來。但是,正因?yàn)橹惫獗粸V掉了,這就會導(dǎo)致呈現(xiàn)給學(xué)生端的光線偏暗,因此這個方案依然不是最優(yōu)解。

第三步,學(xué)而思網(wǎng)校開始嘗試綠膜技術(shù)。所謂綠膜技術(shù)就是將老師身后的景物蓋上一層綠膜,以便摳圖。這顯然比綠幕要更加直觀,但這個技術(shù)會讓老師看到的畫面顏色出現(xiàn)重大偏差,老師只能去猜到底課件上的圖案是什么顏色,因此這一技術(shù)還得再突破。

不到半年,第四步技術(shù)方案問世了。學(xué)而思網(wǎng)校聯(lián)手好未來AI研究院實(shí)現(xiàn)了AI課件摳圖技術(shù)。老師的身后背景可在無綠幕的環(huán)境下直接替換成數(shù)字課件,而且不同于常見的靜態(tài)背景算法邏輯,老師身后要被AI“摳掉”的背景其實(shí)是數(shù)字黑板中展示的動態(tài)課件,這個處理難度又上了個臺階。在持續(xù)優(yōu)化的過程中,老師頭上戴的飾物、教具都可以識別出來,并與背景分割妥當(dāng),被老師一起帶入課堂。與此同時,通過AI技術(shù)還可以一鍵美顏,或添加新的數(shù)字化教具,大大豐富了老師在直播間里的可能性,給教學(xué)質(zhì)量帶來了質(zhì)的飛躍。

AI課件摳圖技術(shù)

當(dāng)然,這四次升級的變化過程是“潤物細(xì)無聲”、無縫銜接的。技術(shù)老師表示,技術(shù)的升級就是體驗(yàn)的升級,學(xué)生看不到背后的技術(shù)如何變強(qiáng),但會直觀感受到產(chǎn)品的體驗(yàn)越來越好。

極限考驗(yàn):快響應(yīng)和高并發(fā)

2020年,在疫情的影響下,在線教育驟然迎來全民網(wǎng)課的時代。接踵而至的,也是一項(xiàng)對直播技術(shù)的巨大考驗(yàn)——從未有過且難以估量的高并發(fā)流量。而作為好未來免費(fèi)直播課的主要輸出平臺,學(xué)而思網(wǎng)校的壓力隨之而來。

根據(jù)預(yù)估,免費(fèi)直播課開課后,學(xué)而思網(wǎng)校的同時在線人數(shù)將面對平時10倍甚至于20倍的流量沖擊。不僅于此,課堂不同于一般的直播,要求低延遲、不卡頓,而且除了觀看、留言,老師和學(xué)生還有大量課中互動。此時,系統(tǒng)的運(yùn)算能力需求并非簡單疊加,而是指數(shù)級上漲。

為此,網(wǎng)校課堂研發(fā)團(tuán)隊組織起一支“護(hù)堤隊”,保護(hù)系統(tǒng)穩(wěn)定性。擴(kuò)容目標(biāo)從最初的滿足100萬人同時在線,最終定為滿足300萬人同時在線,只為全力保障好“停課不停學(xué)”。

同時,另一個刻不容緩的問題擺在了面前——如何在學(xué)而思網(wǎng)校APP之外,準(zhǔn)時無誤地同步直播公益課內(nèi)容?

彼時,學(xué)而思網(wǎng)校的全天免費(fèi)直播課已經(jīng)免費(fèi)開放給了央視頻、學(xué)習(xí)強(qiáng)國、新華社客戶端、騰訊、愛奇藝、抖音、B站等眾多主流內(nèi)容平臺。這也意味著網(wǎng)校課堂研發(fā)團(tuán)隊必須在極短的時間內(nèi)建立起面向各渠道的導(dǎo)播平臺。

面對這個“緊急任務(wù)”,學(xué)而思網(wǎng)校課堂研發(fā)團(tuán)隊通宵作戰(zhàn),快速搭建導(dǎo)播平臺。若在平常,搭建這樣一個平臺,至少需要兩個月,但是這次時間根本不允許。

在最初的一周,整個網(wǎng)校課堂研發(fā)團(tuán)隊都必須和時間賽跑。第二天老師的課程安排在頭一天傍晚才能發(fā)來,最晚時甚至?xí)诹璩克狞c(diǎn)發(fā)來,而早上八點(diǎn)就要準(zhǔn)時開啟直播。技術(shù)老師回憶:“我們一開始只能每天早上6點(diǎn)起來,手動校對課表時間,一毫秒都不能差,上課期間還必須在所有內(nèi)容平臺間挨個巡查,否則就會導(dǎo)致黑屏事故。”

一周后,自研的導(dǎo)播平臺初步成型,不再需要技術(shù)老師“人肉操作”,可以如同電視節(jié)目換臺一樣輕松控制。這在當(dāng)時的在線教育行業(yè)里,也是獨(dú)一份。連續(xù)的0事故穩(wěn)定直播,也讓合作方給出了高度評價:“學(xué)而思網(wǎng)校的技術(shù),是我們見過最穩(wěn)的之一?！?/p>

導(dǎo)播平臺界面

疫情之后,這個“戰(zhàn)時”導(dǎo)播平臺經(jīng)過歷次技術(shù)迭代,不僅承擔(dān)了包括“強(qiáng)國課堂”“將軍爺爺講故事”等一系列大型思政和科學(xué)素養(yǎng)公開課直播,更啟發(fā)了學(xué)而思網(wǎng)校后續(xù)的創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計。

乘著直播技術(shù)的翅膀,這群熱愛技術(shù)、更熱愛教育的好未來人,正將知識的火炬舉得更高,也將照耀遠(yuǎn)方更多求知的面龐。