基于網(wǎng)絡平臺的課堂錄播系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

王玉祥

摘 要：高質(zhì)量、規(guī)?；?、課程體系完善的教學視頻資源是優(yōu)質(zhì)數(shù)字教育資源的核心。文章分析了基于網(wǎng)絡平臺的課堂錄播系統(tǒng)設計與功能實現(xiàn)，闡述了系統(tǒng)設計原則及建設過程中所需的關鍵技術，并對其在教學實踐中的應用前景和價值作了深入研究。

關鍵詞：網(wǎng)絡平臺；課堂錄播系統(tǒng)；設計

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2016）14-0088-03

教育信息化是國家整體信息化發(fā)展的重要組成部分和戰(zhàn)略重點之一，是教育與科技結合的標志性領域。2012年3月13日，教育部印發(fā)了《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》，指出推進信息技術與教育的深度融合是未來我國教育發(fā)展的主要任務。自從教育部于2003年啟動精品課程建設工程開始，課堂網(wǎng)絡錄播產(chǎn)品如雨后春筍般的出現(xiàn)了[1]，特別是在課堂實時錄播以及微格教學等方面廣泛應用，促進了教學過程更方便、更快捷、更有趣、更有效；加快了院校優(yōu)質(zhì)資源建設，拓寬了優(yōu)質(zhì)資源共享范圍；提供了更加豐富的學習工具、手段和實踐空間；提高了教育教學質(zhì)量和效益。因此，課堂錄播系統(tǒng)的應用在教育的信息化支撐體系中是非常重要的一個環(huán)節(jié)，其對教育教學方式、方法和過程以及資源建設起到強有力的推動作用。

一、課堂錄播系統(tǒng)概述

課堂錄播系統(tǒng)是將教學現(xiàn)場的音視頻信號、VGA信號以及預設音視頻文件進行同步整合的一體化系統(tǒng)平臺，錄制生成標準化的流媒體或廣播級視頻文件，用來同步直播、存儲、后期編輯和存儲。終端通過IE瀏覽器或登錄系統(tǒng)服務器收看現(xiàn)場直播，也可以后期點播視頻收看。主要應用于課程錄制、視頻會議、教育培訓、智能法庭等場合。特別是在各類講座、公開課、優(yōu)質(zhì)課的現(xiàn)場直播和遠程教學中，讓每個學生都感到如身臨課堂一樣。院校建設課程錄播教室（如圖1所示），能夠保持現(xiàn)有教學狀態(tài)和保證當前教學常態(tài)化，同時減輕后期制作人員負擔，提高精品課程制作效率，減少制作成本。

對全部日常教學活動進行全過程錄制是一項艱巨而復雜的任務，從效率、數(shù)量、人力成本上看，傳統(tǒng)的錄播系統(tǒng)無法滿足實際建設的需要[2]。為此，本文設計并實現(xiàn)了基于網(wǎng)絡平臺的課堂錄播系統(tǒng)，實現(xiàn)了課堂錄播的規(guī)范化、自動化。

二、基于網(wǎng)絡平臺的課堂錄播系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

1.系統(tǒng)設計原則

課堂錄播系統(tǒng)的設計原則把握操作簡便、安全穩(wěn)定，不僅滿足教學需求，而且具備最優(yōu)組合、最高性價比和最佳交互方式。整體方案設計應遵循以下原則：

先進性：先進的設計理念、網(wǎng)絡結構、開發(fā)工具、標準化和技術成熟的軟硬件產(chǎn)品。

實用性：系統(tǒng)設計符合國際相關標準和專業(yè)技術規(guī)范，人機界面友好，方便實現(xiàn)各種功能。

可靠性：系統(tǒng)軟硬件具有高兼容性、高可靠性和高穩(wěn)定性。

靈活性：系統(tǒng)采用模塊組合和結構化設計，配置靈活。

發(fā)展性：系統(tǒng)規(guī)劃設計滿足因技術發(fā)展需要而實現(xiàn)低成本擴展和升級的需求。

開放性：系統(tǒng)設計采用開放技術、開放結構、開放系統(tǒng)組件和開放用戶接口，以利于系統(tǒng)的維護、擴展升級。

兼容性：系統(tǒng)具有良好的兼容性，充分考慮向下、向上的兼容，系統(tǒng)建設與校園網(wǎng)平臺、校園規(guī)劃充分結合。

2.系統(tǒng)功能實現(xiàn)

（1）高低雙碼流錄制、輸出模塊

課堂錄播系統(tǒng)錄制或存儲為主流音視頻格式，并根據(jù)需求對視頻的分辨率、碼流、采樣率等進行精準設置，高低雙碼流錄制大小在256K-50M之間任意調(diào)整。雙碼流輸出模式能夠解決直播時存在的技術問題，既要考慮低碼流的網(wǎng)絡直播，又要考慮高碼流的電視直播，同時又保存高碼流的工程文件。工程文件可導入到大洋、索貝、Premiere等主流非編工作站，進行精細的鏡頭調(diào)整和添加各種動畫效果。

（2）文件錄制備份模塊

課堂錄播系統(tǒng)采用多機位、多通道完整、備份錄制模式，完成多路視頻信號、音視頻文件或PPT之間的自動切換。如果現(xiàn)場出現(xiàn)切換或合成錯誤，后期仍然可以進行再編輯。系統(tǒng)自動生成音視頻標準的工程文件，同時滿足mp4、avi、asf、flv等視頻文件的錄制和保存，本地音視頻文件可作為片頭、片尾、墊播和插播使用。所有通道支持單一音頻、視頻播出或錄制，也可作為現(xiàn)場同期音播出。系統(tǒng)具備手動、智能全自動、遙控式課程錄播，由主講教師獨立、全程掌控錄播進程，完整備份每個機位鏡頭數(shù)據(jù)，形成N+2個素材文件或工程文件。

（3）網(wǎng)絡直播模塊

通過網(wǎng)絡教學平臺可以將課堂教學內(nèi)容進行網(wǎng)絡直播，課堂內(nèi)容通常有視頻、音頻、演示文稿、文本等形式，用戶可通過瀏覽器訪問觀看。如果是基于Web課堂直播，則與網(wǎng)絡的平臺Web Server或學習管理系統(tǒng)進行無縫連接。

（4）電視直播模塊

課堂錄播系統(tǒng)實現(xiàn)同步電視直播，支持模擬、數(shù)字信號輸出，容易更改信號制式、分辨率，有多種音視頻輸出端口對接校園電視臺，視頻輸出接口包括HD-SDI、SD-SDI、YUV、Y/C、復合等接口，音頻輸出接口包括數(shù)字、模擬、監(jiān)聽等。

（5）教師跟蹤模塊

系統(tǒng)可實現(xiàn)自動跟蹤，無需人為干預，準確無誤的跟蹤教師授課過程。具備自動變焦跟蹤拍攝，拍攝過程順暢、平順，畫面穩(wěn)定。

（6）學生定位模塊

學生定位模塊可實現(xiàn)自動定位，當探測到學生起立時，系統(tǒng)自動將學生攝像機對準發(fā)言的學生。學生回答完畢，教師跟蹤系統(tǒng)自動返回。

（7）智能導播切換模塊

課堂錄播系統(tǒng)具備傳統(tǒng)視頻切換臺功能，提供諸如劃像、畫中畫、淡入淡出等常用特技效果，實時輸出時鐘信號、角標和支持色鍵摳像技術，支持本地文件作為虛擬背景進行實時虛擬合成，內(nèi)置調(diào)音臺支持多路本地音頻播放，并實時切換通道同期音，能與外圍音頻保持均衡統(tǒng)一、相互切換或混音。內(nèi)置字幕編輯軟件，支持制作靜態(tài)、動態(tài)字幕轉入字幕列表待播，如課程內(nèi)容、章節(jié)、重點提示、主題等，教師通過專屬遙控器來實現(xiàn)字幕的精準輸出。

3.核心技術分析

（1）圖像自動識別跟蹤技術

教學過程中主要有下列幾種情景：當教師在講臺上講解時如何跟蹤拍攝，當教師走下講臺講解時如何跟蹤拍攝，當教師走下講臺和學生交互時如何跟蹤拍攝，當1個學生起立回答問題時如何跟蹤拍攝，當2個或多個學生回答問題時如何跟蹤拍攝，當學生走上講臺回答問題時如何跟蹤拍攝，當講臺上的學生書寫板書時如何拍攝，當教師書寫板書時如何拍攝，有2人或多人寫板書時如何拍攝，當教師講解PPT時如何采集等等，解決辦法就是運用圖像自動識別跟蹤技術。根據(jù)攝像機對比定位分析，如果圖像有變化，且變化幅度達到臨界點，控制攝像機對圖像變化區(qū)域做跟蹤拍攝，不受強光影響，定位準確。

在錄播教室中，拍攝教師的攝像機一般定義為主攝像機，一切的自動切換和跟蹤，最終復位到主攝像機。課堂錄播系統(tǒng)依據(jù)定位攝像機設置一個立體空間，在這個空間里運動的教師和學生會觸發(fā)多種跟蹤或切換策略，依據(jù)左右、前后、上下運動的規(guī)律，使整個錄制過程顯得更加真實、平滑、順暢、自然，且不受立體空間以外的環(huán)境影響。在自動錄播過程中，系統(tǒng)按照自己的運行原則進行錄制，除非教師結束錄制狀態(tài)。

（2）輸出可編輯的XML工程文件

課堂錄播系統(tǒng)采用標準的行業(yè)音視頻編解碼技術，完整記錄攝像機所有數(shù)據(jù)，同時在系統(tǒng)執(zhí)行自動或手動切換跟蹤策略時，完整記錄每一個跟蹤、切換斷點，自動形成可導入、可編輯的XML音視頻工程文件?？删庉嫷腦ML工程文件具有強大的兼容性，導入任何一款國內(nèi)主流非編軟件即可進行再編輯，在本系統(tǒng)內(nèi)能夠實時調(diào)整鏡頭切換位置和時間點，添加更新字幕和特效。

（3）與校園電視臺無縫融合技術

校園電視臺配置完備的攝像、導播、編輯、直播等系統(tǒng)。課堂錄播系統(tǒng)具備多通道的高清導播切換錄制、高清虛擬合成、高清在線字幕、網(wǎng)絡直播、電視直播、LOGO水印等功能，而這些模塊都是“一鍵式”，不需要很復雜的操作，這樣使得課堂錄播系統(tǒng)與校園電視臺相互融合、相互支持。

通常錄制課程的視頻碼流一般不超過10M，便于網(wǎng)絡教學平臺直播或存儲。而校園電視臺錄制節(jié)目的視頻碼流至少達到25M，這樣才能達到播出要求，也就是要求課堂錄播系統(tǒng)實現(xiàn)高標清兼容，視頻碼流從512K至50M可以進行調(diào)整，畫面質(zhì)量不但滿足網(wǎng)絡直播或存儲，而且滿足校園電視臺需求。

三、基于網(wǎng)絡平臺的課堂錄播系統(tǒng)應用

教學視頻作為一種最直接有效、最原汁原味、最生動活潑的教學方式和展示手段，在教學研究、資源建設、教師發(fā)展、教育傳播等方面具有不可替代的作用?；诮虒W視頻的學習將會成為數(shù)字化教育的一個重要組成部分。[3]

1.教學反思常態(tài)化，促進教師發(fā)展

教師在課堂上很難察覺自己課堂教學中的問題所在。通過課堂錄播系統(tǒng)回放進行觀摩和反思，可以起到照鏡子的效果，從中發(fā)現(xiàn)不足或需要改進的地方。課堂錄播系統(tǒng)使教師教學反思行為常態(tài)化，促進其教學水平不斷提升。尤其是對青年教師的成長有很大幫助，加快青年教師的迅速成長，實現(xiàn)從單一依賴師傅的指導到與師傅共同研究探討的轉變，也實現(xiàn)由被動接受到主動作為和從程式化到常態(tài)化的轉變。

2.校本教研常態(tài)化，提升教學質(zhì)量

校本教研活動是教師專業(yè)發(fā)展的重要組成部分，是新入職教師快速成長的重要一環(huán)。利用課堂錄播平臺的錄播教室、觀摩教室，方便同行教師現(xiàn)場聽課、評課。教師也可以通過網(wǎng)絡教學平臺觀看同行教師上課的實時畫面，打破了時間和空間限制，實現(xiàn)同步觀摩，同時還能對教師授課進行點播、回放和評價。課堂錄播平臺最大限度地擴展了校本研修的深度和廣度，有利于校本研修的持續(xù)和常態(tài)化開展。

3.教學評比網(wǎng)絡化，評比形式豐富多樣

教學評比或教學比賽是學校教學管理部門考核教師教學水平的常用方法和手段，也是促進教師提高其課堂教學水平的有效激勵措施。然而，傳統(tǒng)的教學評比活動往往采用隨堂聽課的形式展開，一定程度上會對正常的課堂教學秩序造成影響，最終影響評比結果的公平性。且受到時間和場地的限制，評比活動的組織規(guī)模往往有限。引入課堂錄播系統(tǒng)后，多名教師可以同時授課，評委也可以在任何地方通過網(wǎng)絡聽課、評課。打分結果通過網(wǎng)絡匯總，即時形成參賽者最終成績。避免了許多中間環(huán)節(jié)，從根源上保證了評比活動的公平、公正、公開。另外，比賽結束后，選手如果對比賽結果存在異議，還可以對比賽過程和講課細節(jié)進行回訪、查詢。

4.教學研究遠程化，促進教育公平

目前，各院校之間師資力量和教學資源的不均衡是教育差距的主要矛盾和主要表現(xiàn)。解決教育差距和不均衡需要教育主管部門的統(tǒng)一協(xié)調(diào)部署，從制度層面上引導，逐步實現(xiàn)。建立區(qū)域院校同盟，共享優(yōu)質(zhì)師資和教學資源，是避免資源浪費和重復建設、促進教育公平的有效途徑。課堂錄播平臺在促進院校之間優(yōu)秀教師和優(yōu)質(zhì)資源的共享方面具有得天獨厚的優(yōu)勢。錄播平臺使跨院校、跨班級同步授課變得簡單、方便。不同院校的教師可以通過平臺形成教學共同體，共同開展教研活動，相互促進、共同提高。

5.優(yōu)質(zhì)資源數(shù)字化，推進精品課程建設

隨著院校信息化建設的推進，目前各個院校校園網(wǎng)平臺建設都已完成，然而最大的問題是平臺上缺乏相應的數(shù)字化教學資源。資源的質(zhì)量和應用的效度是院校信息化建設的瓶頸。應用課堂錄播系統(tǒng)將加快院校數(shù)字化資源建設速度和改變建設模式，有了豐富的教學資源，就會有效促進學科發(fā)展和專業(yè)建設。另外，這些精品課程有助于青年教師專業(yè)水平的提升，也改變著學生傳統(tǒng)的學習模式，促進自主學習和個性化學習。

6.教育活動網(wǎng)絡化，促進學生發(fā)展

學校教學活動現(xiàn)場以課堂錄播系統(tǒng)為平臺來組織，不但完成在全校范圍內(nèi)進行網(wǎng)絡或電視直播，而且能夠提供網(wǎng)絡提問、網(wǎng)絡投票等互動環(huán)節(jié)，同時視頻文件被保存到學生成長的記錄袋中，畢業(yè)時作為禮物贈送給他們。這些活動的開展將促進教育活動的網(wǎng)絡化，極大地促進學生的全面協(xié)調(diào)發(fā)展。

參考文獻

[1]吳洋.多媒體教學錄播系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[D].成都：電子科技大學，2012.

[2]陸海鋼.基于云計算常態(tài)化錄播系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代教育技術，2015（12）.

[3]李小剛.教學視頻支持下的網(wǎng)絡時代個性化學習研究[J].中國遠程教育，2013（7）.

（編輯：魯利瑞）