高校全自動(dòng)智能錄播系統(tǒng)的構(gòu)建

【摘 要】全自動(dòng)智能錄播系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，解決了傳統(tǒng)多媒體錄播系統(tǒng)的諸多瓶頸問(wèn)題；對(duì)設(shè)計(jì)全自動(dòng)智能錄播系統(tǒng)的功能需求進(jìn)行分析，闡述了構(gòu)建系統(tǒng)應(yīng)從視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、圖像跟蹤定位、智能導(dǎo)播及流媒體五個(gè)方面綜合考慮，提出了將微錄播和電子書包的應(yīng)用與智能錄播系統(tǒng)進(jìn)行整合的發(fā)展思路。

【關(guān)鍵詞】全自動(dòng) 智能錄播系統(tǒng) 數(shù)字化資源

【中圖分類號(hào)】 G 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 A

【文章編號(hào)】0450-9889（2015）06C-0182-02

隨著信息化教學(xué)建設(shè)的不斷拓展和深入，傳統(tǒng)的多媒體錄播系統(tǒng)在實(shí)踐過(guò)程中暴露出越來(lái)越多的弊端，如教學(xué)視頻的制作成本較高，錄制及編輯過(guò)程需要耗費(fèi)較多的人力和時(shí)間；拍攝、剪輯的技術(shù)手段較為單一，圖像清晰度不高；拍攝工作人員的現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)在一定程度上影響了課堂教學(xué)情境和教師教學(xué)水平的發(fā)揮，難以體現(xiàn)出真實(shí)的教學(xué)特色。近幾年，全自動(dòng)智能錄播系統(tǒng)的出現(xiàn)和應(yīng)用，則可以較好地解決上述問(wèn)題。全自動(dòng)智能錄播系統(tǒng)是一個(gè)集網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、流媒體技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、軟件技術(shù)等多種技術(shù)手段于一體的智能化系統(tǒng)，因其具備較強(qiáng)的靈活性和可擴(kuò)展性而被廣泛應(yīng)用于各類教研活動(dòng)，如視頻公開(kāi)課錄制、網(wǎng)絡(luò)課程點(diǎn)播、講座直播、遠(yuǎn)程監(jiān)控、微格教學(xué)等，從而為各高校革新教學(xué)手段及促進(jìn)數(shù)字化資源建設(shè)提供強(qiáng)有力的技術(shù)支持。

一、全自動(dòng)智能錄播系統(tǒng)的功能需求分析

（一）錄制功能

要求錄播系統(tǒng)的主機(jī)可以將多種接口、編碼方式的視頻、音頻及電子設(shè)備（如教師機(jī)、視頻展示臺(tái)等）的圖像信號(hào)進(jìn)行整合同步錄制，也能將不同的信號(hào)源進(jìn)行組合接入。音視頻流和屏幕流的各種參數(shù)均可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，也可將其預(yù)先設(shè)置為特定的錄制模板，實(shí)現(xiàn)快速模板化錄制。并可支持單流單畫面、單流多畫面及多流多畫面等視頻錄制模式，最后形成能夠進(jìn)行后期編輯、點(diǎn)播及在線直播的流媒體文件。

（二）編輯功能

編輯功能是指系統(tǒng)對(duì)生成的流媒體文件進(jìn)行分割、剪切、修改、合并、壓縮及添加或刪除索引標(biāo)記等后期處理的功能。通過(guò)后期編輯工具，可以實(shí)現(xiàn)視頻資源在多窗口中進(jìn)行同步完整回放，方便用戶對(duì)文件進(jìn)行精確定位、動(dòng)態(tài)標(biāo)識(shí)等編輯操作，使最后生成的視頻畫面更為流暢生動(dòng)。

（三）圖像跟蹤定位功能

由于在課堂活動(dòng)中，教師和學(xué)生的位置有可能隨時(shí)發(fā)生變化，如教師在講臺(tái)上的板書活動(dòng)、師生之間的互動(dòng)交流等。為了及時(shí)捕捉并真實(shí)展現(xiàn)師生活動(dòng)的鏡頭畫面，要求錄播系統(tǒng)具備圖像跟蹤定位功能，不用手動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，攝像機(jī)即可自動(dòng)準(zhǔn)確跟蹤定位目標(biāo)對(duì)象的所處區(qū)域。

（四）智能導(dǎo)播功能

系統(tǒng)應(yīng)具備智能導(dǎo)播功能，可在沒(méi)有后臺(tái)管理人員操作的情況下，根據(jù)教學(xué)活動(dòng)的變化在VGA屏幕、教師、學(xué)生、教室全景畫面之間進(jìn)行智能切換和剪輯，以有序展現(xiàn)教學(xué)活動(dòng)的整個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，實(shí)現(xiàn)教學(xué)視頻的自動(dòng)錄制。

（五）后臺(tái)管理功能

后臺(tái)管理包括系統(tǒng)用戶認(rèn)證、權(quán)限管理、資源分類、視頻點(diǎn)播直播等功能。錄制的視頻可以通過(guò)校園網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)在校內(nèi)外進(jìn)行實(shí)時(shí)直播，獲得授權(quán)的終端用戶通過(guò)IE瀏覽器登錄到系統(tǒng)平臺(tái)后，便可進(jìn)入資源列表檢索和點(diǎn)播相應(yīng)的視頻內(nèi)容。此外，生成的視頻文件也可以兼容于第三方的播放軟件。

二、全自動(dòng)智能錄播系統(tǒng)的構(gòu)建

（一）視頻信號(hào)系統(tǒng)

視頻信號(hào)采集系統(tǒng)至少包含有針對(duì)教師、學(xué)生和黑板三個(gè)不同機(jī)位的攝像機(jī)。圖像的清晰記錄和還原必須借助于高性能的視頻信號(hào)采集設(shè)備。為能快速準(zhǔn)確地跟蹤拍攝對(duì)象，教師攝像機(jī)和學(xué)生攝像機(jī)往往是采用具有智能旋轉(zhuǎn)功能的云臺(tái)式球型攝像機(jī)。通過(guò)對(duì)攝像機(jī)的鏡頭角度及焦距等參數(shù)值進(jìn)行預(yù)設(shè)，便可在拍攝過(guò)程中快速啟用預(yù)設(shè)參數(shù)來(lái)使云臺(tái)和攝像頭及時(shí)調(diào)整至相應(yīng)位置。黑板攝像機(jī)要求應(yīng)能針對(duì)黑板的局部和全景進(jìn)行清晰拍攝，因此攝像機(jī)的配置可根據(jù)黑板的寬度及攝像定位角度來(lái)制定不同方案。如果采用定焦距的攝像方案，則需3～4臺(tái)固定安裝的攝像機(jī)；如果同樣采用球型攝像機(jī)，那么通常只需安裝一臺(tái)具有自動(dòng)變焦功能的攝像機(jī)即可。

（二）音頻信號(hào)系統(tǒng)

音頻信號(hào)系統(tǒng)的功能主要是負(fù)責(zé)采集、處理教師講課和學(xué)生回答、討論問(wèn)題的語(yǔ)音信息。系統(tǒng)中的拾音設(shè)備一般由教師拾音話筒和學(xué)生拾音話筒組成。音頻信號(hào)的采集直接關(guān)系到視頻文件的音質(zhì)，也會(huì)在很大程度上影響視頻的播放效果，因此需針對(duì)教學(xué)活動(dòng)中教師和學(xué)生不同的行為特點(diǎn)來(lái)選取拾音話筒。如考慮到教師在課堂中的活動(dòng)范圍較大、肢體語(yǔ)言較多，可采用指向性的吊麥話筒；而由于學(xué)生的座位是固定且覆蓋面較廣的，所以可在座位區(qū)域上方按一定規(guī)律固定安裝多個(gè)吊掛式話筒。采集到的語(yǔ)音信息經(jīng)過(guò)音頻處理器進(jìn)行回聲消除、增益控制、自動(dòng)降噪等綜合處理，以實(shí)現(xiàn)高保真的音質(zhì)效果。

（三）圖像跟蹤定位系統(tǒng)

對(duì)拍攝對(duì)象的跟蹤和定位是智能錄播系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)，該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)通?？刹捎靡韵路椒ǎ撼暡ǜ?、紅外反射跟蹤、區(qū)域網(wǎng)格及紅外跟蹤等。但上述方法都存在著一定弊端，如超聲波跟蹤方式往往會(huì)受到場(chǎng)地環(huán)境的影響；如采用紅外反射跟蹤，當(dāng)教師轉(zhuǎn)身背對(duì)鏡頭時(shí)，則會(huì)容易造成跟蹤目標(biāo)丟失；而區(qū)域網(wǎng)格技術(shù)則需要安裝許多定位設(shè)備，不便于學(xué)生座位的重新調(diào)整。為解決上述問(wèn)題，可考慮采用圖像識(shí)別跟蹤方式，即通過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)圖像的檢測(cè)，利用特定算法技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)鏡頭對(duì)攝像目標(biāo)的定位及自動(dòng)跟蹤。如果教師操作鼠標(biāo)演示課件或在黑板上板書，系統(tǒng)通過(guò)智能識(shí)別會(huì)自動(dòng)切換到VGA屏幕畫面或板書內(nèi)容；如果教師走下講臺(tái)區(qū)域與學(xué)生互動(dòng)，系統(tǒng)則會(huì)自動(dòng)定位教師所在的位置，進(jìn)行準(zhǔn)確的追蹤拍攝。而當(dāng)攝像機(jī)捕捉到某位學(xué)生在鏡頭畫面中的高度超過(guò)預(yù)先設(shè)定值時(shí)，便判斷該學(xué)生的活動(dòng)狀態(tài)為起立發(fā)言，此時(shí)攝像機(jī)會(huì)自動(dòng)對(duì)該學(xué)生進(jìn)行定位，并給予適當(dāng)特寫鏡頭；如果捕捉到多名學(xué)生同時(shí)站立，或?qū)W生離開(kāi)座位區(qū)域，鏡頭則會(huì)立即切換到教室全景畫面，以確保教學(xué)活動(dòng)的完整展示。

（四）智能導(dǎo)播系統(tǒng)

智能導(dǎo)播系統(tǒng)包含傳統(tǒng)多媒體錄播設(shè)備的導(dǎo)播功能和數(shù)字化特技切換臺(tái)的功能，可利用控制面板來(lái)選擇人工導(dǎo)播或自動(dòng)導(dǎo)播模式。人工導(dǎo)播模式運(yùn)用數(shù)字化的觸摸式導(dǎo)播鍵盤，快速實(shí)現(xiàn)對(duì)控制設(shè)備的調(diào)用、切換及參數(shù)設(shè)置，極大提高了系統(tǒng)的服務(wù)性和便利性。自動(dòng)導(dǎo)播模式則能根據(jù)教學(xué)活動(dòng)的實(shí)時(shí)變化來(lái)選擇鏡頭切換策略，實(shí)現(xiàn)多路音視頻信號(hào)源及多個(gè)場(chǎng)景之間的自動(dòng)切換和剪輯。切換時(shí)運(yùn)用的特效渲染及視頻的片頭片尾可進(jìn)行預(yù)設(shè)，錄制區(qū)域也可根據(jù)需要設(shè)置為全屏、特定區(qū)域或特定窗口。

（五）流媒體系統(tǒng)

一個(gè)完整的流媒體系統(tǒng)應(yīng)由以下部分組成：編碼工具、流媒體服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境及客戶端設(shè)備。利用編碼工具可以創(chuàng)建、捕捉和編輯采集到的媒體信號(hào)，最終生成流媒體格式文件，這一環(huán)節(jié)可以由配備音視頻硬件接口的計(jì)算機(jī)和流媒體壓縮編碼軟件來(lái)共同完成。流媒體服務(wù)器的主要功能是對(duì)資源信息進(jìn)行采集、緩存、調(diào)度和傳輸播放，為了盡可能使服務(wù)器負(fù)載均衡，加強(qiáng)其工作效率，服務(wù)器的硬件配備可選用高能多核處理器、大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)設(shè)備、磁盤陣列控制器等，并在服務(wù)器中安裝Sewise軟件系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶權(quán)限、資源內(nèi)容及傳輸方式的管理。網(wǎng)絡(luò)傳輸環(huán)境負(fù)責(zé)對(duì)流媒體數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，既可用有線網(wǎng)絡(luò)，也可用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)?？蛻舳嗽O(shè)備包括PC臺(tái)式、筆記本電腦、智能手機(jī)、平板電腦、交互式網(wǎng)絡(luò)電視等，在客戶端設(shè)備中還需安裝視頻播放器或解碼器，以便實(shí)時(shí)接收播放流媒體文件。

三、全自動(dòng)智能錄播系統(tǒng)的展望

（一）微錄播的應(yīng)用

微錄播是指將課堂內(nèi)外“教”與“學(xué)”活動(dòng)中的特定片段，如將課前教師的備課過(guò)程、課堂中學(xué)生記錄筆記的內(nèi)容，以及課后教師對(duì)學(xué)生提出的疑難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行釋疑等環(huán)節(jié)錄制下來(lái)。微錄播生成的視頻文件可以作為一段單獨(dú)的數(shù)字化資源獨(dú)立保存，也可以根據(jù)需要剪輯融入課堂教學(xué)視頻中，使教學(xué)活動(dòng)軌跡的記錄更為完整和豐富。

（二）智能錄播系統(tǒng)與電子書包的整合

電子書包是利用無(wú)線通信技術(shù)和信息化手段來(lái)輔助學(xué)習(xí)的智能化便攜式終端設(shè)備，其主要特點(diǎn)是可以提供豐富的數(shù)字化學(xué)習(xí)資源，改變傳統(tǒng)課堂中較為呆板的教學(xué)方式，支持學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)師生在線互動(dòng)交流。電子書包中包含有文檔、圖片、音頻、視頻等文件類型的學(xué)習(xí)資料，其中，視頻文件所傳達(dá)的信息最為直觀和生動(dòng)。而智能錄播系統(tǒng)本身具備視頻資源的錄制、點(diǎn)播、管理和更新等功能，基于錄播系統(tǒng)和電子書包的應(yīng)用特點(diǎn)，可考慮將兩者進(jìn)行整合。利用流媒體技術(shù)，通過(guò)電子書包可將教師終端和學(xué)生終端在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)中進(jìn)行連接，構(gòu)建遠(yuǎn)程在線課堂，從而使智能錄播系統(tǒng)發(fā)揮其最大作用。

【參考文獻(xiàn)】

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[2]李海韻，鐘 亮. 全自動(dòng)錄播系統(tǒng)的特點(diǎn)和展望[J]. 中國(guó)教育信息化，2013（9）

【作者簡(jiǎn)介】馮麗丹（1982- ），女，廣西龍州人，柳州鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師，研究方向：教育信息化，課程建設(shè)研究。

（責(zé)編 丁 夢(mèng)）