声网双师课堂解决方案 不只是低延时那么简单

今年中旬，有一则报道“刷遍了”朋友圈。四川省一所民办农村小学，老师通过一根网线，把远在美国俄勒冈州的英语老师，与坐在不到 20 平米小教室里的几十名山村少年连接到了一起。这些可能还未走出过自己家乡的孩子，通过实时音视频技术，认识了山外的世界。这既是一场普通的双师课堂，也是近几年在线教育行业中最不可忽视的趋势。

根据市场预测，未来 5 年内，双师课堂将覆盖全国所有一至六线城市中小学校，课堂布局将达50万间，学员数量可达3000万左右。仅安徽省，近三年来已累计投入资金53亿元，用于创新应用在线课堂教学模式，实现了教学点全覆盖。从2015年到2017年，经历三年运营模式的探索，双师课堂于2018年迎来爆发式增长，双师教室布局数量达到5000+，增速超过100%，双师课堂进入高速发展阶段。

按照发生的场景来划分，双师课堂有 两种类型 ：

一种是专递课堂、同步课堂，现在有些村镇级的学校，师资匮乏，当地县级学校会发起双师课堂，把课堂影像实时传输给这些村镇学校，让他们可以同时在线上课，与老师互动。然而，由于一些县、镇的网络情况不如一线城市，所以会通过城域网来传输音视频数据，以保障课堂体验。

另一类双师课堂则是由教育培训机构发起的，一方面解决了教育均衡的问题，另一方面则是在一、二线城市教育布局基本完成的情况下，进一步发展三、四线城市。这样的课堂，一般会选择通过 互联网 或自建专线进行传输，并尽可能地覆盖到更多的学生。 

双师课堂的关键挑战

要知道，双师很重要的一个作用是，解决了教育资源分布不均衡的问题。把优质学校或师资，与有需求的学生或师资力量相对薄弱的学校连接在一起，共享优质的课程。可能是同一个国家的老师给学生的上课，也可能是一堂跨洋的课程。

不论是学校，还是教育机构，在建立这样的双师课堂时，都需要面对几个关键的挑战，包括：课堂效果与体验，成本与招生，教学内容的本地化，以及管理等问题。其中，最重要的就是双师课堂的效果与体验。想要获得好的体验，就要面对以下这些挑战。 

音视频体验

首先双师课堂是一场多人、多教室共同参与的大型互动场景。而要有互动，最起码就要“看得清，听得清”。但是，双师很多情况下是主要发生在网络环境不同的两个教室之间的。一方是来自一线城市或县级学校，另一方，则是面向一些三线城市，甚至村镇教室，很容易容易遇到带宽的瓶颈。如果强行将高分辨率、高码率的视频传输给他们，很可能会出现视频卡顿、画面丢帧等情况。在音质方面，教育场景下需要支持语音与音乐的高音质。在语音场景下需要支持8K或16K采样，而在音乐教学场景下则需要覆盖全频带的48kHz采样，这对音频编解码技术方案提出了较高的要求。同时，在教育场景下，还会遇到双讲问题。双讲主要指在交互场景中，互动双方或多方同时讲话，其中一方的声音会受到抑制，从而出现断断续续的情况。这是由于其中一人的声音，被对方的回声所掩蔽。这就要求在回声消除力度上寻找平衡点，既不能产生回声，又不能抑制人声。通常来讲，双师课堂都是大屏幕互动场景，一般采用 720p 或 1080p，甚至 4K 高清分辨率的视频。这样高质量的音频与视频，会占用较高的带宽。但如果遇到上网高峰或网络拥塞，就会因为丢帧而出现卡顿、模糊、音画不同步等问题。要解决这个问题，需要降低带宽占用，可以通过降低码率或结合机器学习算法来实现。

稳定低延时

在线课堂中，稳定的低延时传输才能保证实时互动可以正常进行。根据国际标准，延时在 400 ms 以内，才能有好的实时音视频互动体验。在选择双师方案时，需要考虑网络节点的覆盖地区是否可以合理满足自身需要，还需要考察其网络服务对中小运营商的支持，以及网络传输质量。不过，低延时并不意味着越低越好。延时与音视频质量是一对处于天秤两边的参数，延时过低意味着可能要降低一些画质或音质，而高画质、高音质也会占用更高的带宽，提升延时，甚至在用网高峰期会出现卡顿、模糊等问题。

质量可回溯

对于教育行业来讲，主动追查质量问题可以节省大量的运营成本，并有助于提升用户满意度。举一个真实案例。在一场双师课堂里，上课开始时，有一个教室反馈，学生提问，中心教室听不到。在经过一系列诊断和分析后发现，刚刚那个教室其实是不小心按到了静音。于是问题迎刃而解。所以我们认为能提供实时通信服务还不够，还需要将服务质量透明化，让大家可以主动查询出质量问题的根源。

声网Agora双师课堂解决方案

声网Agora 的双师课堂解决方案，基于声网Agora SD-RTN™全球实时网络，提供面向全球的高质量、低延时双师课堂互动体验。同时，双师课堂解决方案支持公有云、混合云部署，既可满足私有云部署的要求，又可通过公用云实现与区域外名校共享教育资源。

图：双师课堂解决方案基本架构

图：双师课堂解决方案混合云架构

双师课堂解决方案可提供高质量的音视频体验，并支持多项课堂互动工具，能帮助老师营造更沉浸的师生交互体验。另外，双师课堂解决方案还支持 AI 辅助教学、质量监控等多项特性。

专线级的传输质量

以往，在线课堂为了保证网络传输质量，尤其是在三、四线城市的课堂效果，会选择搭建专线。但是自建专线成本高昂。声网Agora SD-RTN™ 用互联网的网络成本实现了专线级的传输质量，并将它以PaaS的形式开放出来，为在线教育企业减轻基础建设的高额成本。 声网通过自建的全球虚拟实时通信网络SD-RTN™、自主研发的音视频编解码器和网络传输策略等独家技术手段，可以做到在实时音视频过程中，根据网络情况，智能调节码率、帧率，保证即使在60%的丢包情况下，音视频通话可流畅进行。

音视频高清体验

声网支持1080P 60 帧高清视频，甚至 4K 超高清分辨率，可以保证学生在长时间观看屏幕时，眼睛不至于疲劳。为了帮助用户在低带宽情况下，仍能看到高清的视频，声网还支持超分辨率，让视频能以较低的分辨率进行传输，在到达客户端之后，通过超分辨率算法实时转换为高分辨率视频。为了可以帮助用户节省带宽资源，声网 SDK 支持 H.265。同等质量的视频，相比 H.264 可节省一半带宽资源。同时，基于声网自研的感知视频编码技术，可以在不损失图像质量的前提下，优化编码性能，并降低15% - 25%的网络带宽占用率。 在音频方面，声网Agora可提供 20kHz 高频谱，远高于市场上常见的 8kHz 频谱，可以提供更高保真度的声音。声网 SDK 还针对双讲现象，进行了特别优化，并融合声网Agora语音引擎与AI音频降噪算法，可提供去除背景音、环境音之后的高音质音频源，避免噪声干扰，可以保证老师的授课不会因为远端学生的声音而收到影响。另外，声网支持采用硬件编解码，对 Intel、NVIDIA 等芯片进行了兼容，可有效降低音视频性能消耗，让一些老设备也能轻松升级至 1080p 画质。

实时质量监控

除了专线级的网络传输、音视频质量，声网 Agora 双师课堂解决方案还通过「Agora水晶球」提供了端到端全链路的质量监控数据。开发者可将restful api集成到双师课堂管理平台，在平台中实现对每个教室的音视频体验的数据监测和分析。目前，可监测的音视频体验相关数据包括：

设备状态，包括系统 CPU 的使用率主讲本地采集和听课端播放音量音视频发送/接收码率视频发送/接收帧率视频接收分辨率视频上行和端对端的丢包率音视频卡顿情况用户行为，比如静音、离线等

以上数据信息，开发者均可在「水晶球」中看到。 图：水晶球实时状态看板

白板及互动答题

声网 Agora 双师课堂解决方案除了支持常用的白板，还支持互动答题功能。

AI 辅助教学

目前，很多教育平台开始引入 AI双师教学。一位线上老师远程授课，一位线下教师同步答疑的教学模式，同时AI引擎在线上辅助，增加人脸识别、情绪识别和肢体分析。声网 Agora 双师课堂解决方案同样可提供 AI 辅助教学功能。 

支持接入多种教学系统

在线课堂还需要接入许多辅助教学系统，比如题库、教学管理系统、资源管理平台等。声网 Agora 双师课堂解决方案支持对接各类辅助教学系统。 

另外，声网 Agora 双师课堂解决方案还支持更多特性，可降低开发门槛，满足不同能力开发团队的需求，包括支持美颜、Electron、H5 直播等。目前，声网已经推出了一站式教育解决方案、AI 互动课堂解决方案等，面向多种教学场景。

声网Agora成立于2014年，是实时音视频云行业的开创者及领先者，也是全球最大的实时音视频专业服务商。在过去6年的全球化运营中，声网以实时音视频RTC技术为核心驱动了爆发式的业务增长。截至2019年10月，声网的日均通话分钟数已经达到6亿，每年为企业客户、创新 创业 项目、开发者提供超过5.79亿分钟免费服务时长，全球范围有超过30亿台终端安装使用Agora SDK的应用。

2014年成立至今，声网已经将RTC技术赋能到 社交 直播、教育、 游戏 、 金融 、医疗、企业协作、IoT、 VR /AR等10余个行业，共计100余种应用场景。声网Agora服务的国内外产品包括陌陌、斗鱼、虎牙、抖音、VIPKID、好未来、火花思维、小米、华为云、金山云、众安保险、The Meet Group(美国最大的婚恋社交平台)、Hike Messenger(印度“ 微信 ”)、musical.ly(北美短视频平台)、LisPon(日本二次元音频社区)、Stager Live(日本直播平台)等。