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            一群技術宅是如何死磕直播技術的?好未來這樣回答

            作者:編輯 ? 時間:2021-07-24 ? 瀏覽:人次

            引子:在線教育,是目前關注度最高的教育領域之一,也引領著教育創新的風向。在好未來,有這么一群技術人,他們和老師、學生們打成一片,用投身教育的赤誠之心和解決技術難題的死磕精神,讓教育與科技碰撞出絢爛的火花。

            在線教育之被認為有能力改變傳統教育方式,讓優質教育資源覆蓋更廣泛的人群,其中直播技術的突破可謂至關重要。

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

            如何打磨出強大且專業的直播技術,學而思網校與好未來直播中臺的產研團隊下了一番硬功夫。

            底層技術: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指標——低延時與低卡頓。低延時才能保障師生和學生之間的遠程課堂互動如面授般直接,低卡頓才能保障學生求知的思緒不被頻繁打斷。然而這兩個指標卻是相互矛盾的,延時越低,預緩存空間越小,也就越容易造成卡頓現象。

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

            好未來自2018年起就走上了RTC技術自研之路,經過學而思網校和好未來直播中臺產研團隊的共同打磨,TalRTC應運而生。該技術針對線上教育場景做了眾多專項技術優化及場景適配,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,出現卡頓是在所難免的。但學而思網校直播課堂研發團隊的目標是“絕不讓任何一個學生的上課體驗受到影響”。

            網校課堂研發團隊通過動態追播、動態調度、媒體編碼的技術優化等維度,對直播進行了精益求精的改進。在這個過程中,網校課堂研發團隊對于音視頻媒體的理解直接體現在了數據上,以720P高清視頻為例,在直播業內平均大小為1到2Mbps時,網校針對教育場景進行了優化,僅需400kbps就能達到同樣的效果。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,學而思網校的用戶體驗不減分毫。憑借對不同教育場景和學生需求的深刻理解,學而思網校的音視頻優化不僅壓縮得小,而且壓縮得“聰明”。通過種種技術巧思,學而思網校成功做到了在保證畫面高品質的同時,實現更高的流暢度。

            近期,為了更加極致的直播體驗,學而思網校正式上線了優網系統,將視頻的延遲與卡頓消解于無形。在優網系統下,課件部分不再依靠視頻信號傳輸,而是將課件的具體內容預存于學生端中,通過傳輸信令信號實現課件與老師端的同步響應。這就相當于之前還要發送視頻,現在改為直接發文字了,這是肉眼可見的速度提升,有力保障了學生在極端弱網環境下的上課體驗。

            能力升級:攻堅實時回放

            回放,是在線教育使用率極高的功能之一,無論對于學生復習知識點,還是對于老師檢查自己的授課內容,都非常關鍵。而目前行業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。

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

            好未來的技術人開始思考,阻礙技術實現的本質是什么。其實當老師授課結束,點擊結束按鈕,理論上視頻已經生成在服務器上了。是哪個環節拖累了進度呢?

            技術老師把視頻流從上課、結束到生成回看的所有時間點全部精確到毫秒地統計了出來,最后發現影響回放生成效率的卡點。通過向底層滲透,發現有一種技術,可以做到像智能電視點播節目一樣回調,甚至無需等到下課,上課期間就可以開始回看。

            有了方向,立即實驗?;乜磿r間從1分鐘,進化到30秒,最后進化到實時。這一進步不僅幫助學生更快地掌握知識,而且改變了網校老師的反饋機制,即以前如果課件出現了問題,需要通過拉群反饋、課后回看,而現在可以實時檢查,老師在下一次課上,便可對教學動作做出相應調整。

            用一位技術老師的話說,一個技術的突破,所帶來的各個環節的效率提升是指數級的疊加。

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            實時回放技術

            視覺體驗:半身直播的四次升級

            當觀看學而思網校老師的半身直播,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,這種效果是怎么實現的呢?

            其實這背后就是綠幕技術的支持。2018年,學而思網校開始首次嘗試讓老師“站”在課件里上課,通過增強在線課堂的情境感,帶給學生更加直觀、有趣的學習體驗,降低知識理解門檻。但要想實現好這個想法可不容易,這背后經歷了四次迭代。

            一開始,技術人嘗試了最直接的綠幕摳圖技術。這一技術常出現在拍電影的影棚里,由老師站在綠幕前講課,通過后期技術將綠幕替換成課件,然而這把主講老師們難住了。學而思網校的主講老師紛紛練出一身當演員的特殊技能,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,根據成像法則的偏振技術又加入了進來。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,正因為直光被濾掉了,這就會導致呈現給學生端的光線偏暗,因此這個方案依然不是最優解。

            第三步,學而思網校開始嘗試綠膜技術。所謂綠膜技術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,但這個技術會讓老師看到的畫面顏色出現重大偏差,老師只能去猜到底課件上的圖案是什么顏色,因此這一技術還得再突破。

            不到半年,第四步技術方案問世了。學而思網校聯手好未來AI研究院實現了AI課件摳圖技術。老師的身后背景可在無綠幕的環境下直接替換成數字課件,而且不同于常見的靜態背景算法邏輯,老師身后要被AI“摳掉”的背景其實是數字黑板中展示的動態課件,這個處理難度又上了個臺階。在持續優化的過程中,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,被老師一起帶入課堂。與此同時,通過AI技術還可以一鍵美顏,或添加新的數字化教具,大大豐富了老師在直播間里的可能性,給教學質量帶來了質的飛躍。

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            AI課件摳圖技術

            當然,這四次升級的變化過程是“潤物細無聲”、無縫銜接的。技術老師表示,技術的升級就是體驗的升級,學生看不到背后的技術如何變強,但會直觀感受到產品的體驗越來越好。

            極限考驗:快響應和高并發

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

            根據預估,免費直播課開課后,學而思網校的同時在線人數將面對平時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,老師和學生還有大量課中互動。此時,系統的運算能力需求并非簡單疊加,而是指數級上漲。

            為此,網校課堂研發團隊組織起一支“護堤隊”,保護系統穩定性。擴容目標從最初的滿足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”。

            同時,另一個刻不容緩的問題擺在了面前——如何在學而思網校APP之外,準時無誤地同步直播公益課內容?

            彼時,學而思網校的全天免費直播課已經免費開放給了央視頻、學習強國、新華社客戶端、騰訊、愛奇藝、抖音、B站等眾多主流內容平臺。這也意味著網校課堂研發團隊必須在極短的時間內建立起面向各渠道的導播平臺。

            面對這個“緊急任務”,學而思網校課堂研發團隊通宵作戰,快速搭建導播平臺。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,整個網校課堂研發團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來,最晚時甚至會在凌晨四點發來,而早上八點就要準時開啟直播。技術老師回憶:“我們一開始只能每天早上6點起來,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容平臺間挨個巡查,否則就會導致黑屏事故?!?/p>

            一周后,自研的導播平臺初步成型,不再需要技術老師“人肉操作”,可以如同電視節目換臺一樣輕松控制。這在當時的在線教育行業里,也是獨一份。連續的0事故穩定直播,也讓合作方給出了高度評價:“學而思網校的技術,是我們見過最穩的之一?!?/p>

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            導播平臺界面

            疫情之后,這個“戰時”導播平臺經過歷次技術迭代,不僅承擔了包括“強國課堂”“將軍爺爺講故事”等一系列大型思政和科學素養公開課直播,更啟發了學而思網校后續的創新產品設計。

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

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