具有互動研討功能的錄播系統(tǒng)設(shè)計

錢震　張秋

【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，教育信息化也得到了迅速發(fā)展。目前教育信息化已逐步從硬件基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)轉(zhuǎn)向以應(yīng)用和資源建設(shè)為主的階段。重視資源建設(shè)成為一種教育行業(yè)的共識，教學(xué)資源，很大部分還是通過錄播系統(tǒng)記錄、獲取。互動研討功能的錄播系統(tǒng)是將傳統(tǒng)意義上的手拉手會議系統(tǒng)、互動平板電視與錄播系統(tǒng)相結(jié)合的綜合性多功能系統(tǒng)。既可以組合，也可以分解成幾個子系統(tǒng)，用戶可以自由選擇搭建，比較好地適應(yīng)各種教學(xué)需求，節(jié)省開支。文章介紹了互動研討錄播系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】互動研討；錄播系統(tǒng)；教學(xué)資源

【中圖分類號】G40-057【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【論文編號】1009－8097(2012)09－0045－05

隨著中國教育技術(shù)協(xié)會技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會制定的教育技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《多媒體教學(xué)環(huán)境工程建設(shè)規(guī)范》的正式頒布，教育技術(shù)行業(yè)的從業(yè)人員在設(shè)計與建設(shè)相關(guān)的系統(tǒng)項目時，有了一套完整的指導(dǎo)規(guī)范。如今，在高校的教學(xué)中，研究生教育引起越來越多的重視，招生規(guī)模也越來越大，各高校教師給研究生上課大量采用的是互動研討教學(xué)模式。互動研討型的教學(xué)模式給研發(fā)錄播系統(tǒng)的企業(yè)帶來了新的市場。為此，蘇州科技學(xué)院網(wǎng)絡(luò)與教育技術(shù)中心和深圳市銳取信息技術(shù)股份有限公司合作，以教育技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《多媒體教學(xué)環(huán)境工程建設(shè)規(guī)范》為技術(shù)基礎(chǔ)，共同設(shè)計研發(fā)了一套適合研討型課堂教學(xué)的錄播系統(tǒng)，供大家參考。

一錄播系統(tǒng)總體要求

錄播系統(tǒng)是數(shù)字教學(xué)資源建設(shè)的重要工具，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智能化控制和數(shù)字媒體資源的共享，這是教學(xué)資源建設(shè)的總體要求。

1、錄播系統(tǒng)的基本要求

錄播系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)盡可能完整地記錄和直播有效的課堂信息，包括：授課教師的音視頻信息；教學(xué)設(shè)備的音視頻信息；學(xué)生的音視頻信息。

2、錄播系統(tǒng)的擴(kuò)展要求

建立遠(yuǎn)程監(jiān)控，建立與其他數(shù)字化信息系統(tǒng)的安全共享是對錄播系統(tǒng)的擴(kuò)展要求。

3、錄播系統(tǒng)功能要求

錄播系統(tǒng)應(yīng)具有對音頻、視頻和計算機(jī)信號等多路音視頻信號同步(聲畫同步、行場同步)錄制、直播、點(diǎn)播的功能；

錄播系統(tǒng)應(yīng)具備對各種信號進(jìn)行采集、編碼、傳輸、混合、存儲的能力；

錄播系統(tǒng)應(yīng)具備對錄制內(nèi)容自動上傳、分類存儲、發(fā)布、檢索的功能；

錄播系統(tǒng)應(yīng)具備在線用戶的管理功能；

錄播系統(tǒng)應(yīng)具備第三方系統(tǒng)接口，可與其他系統(tǒng)對接實(shí)現(xiàn)文件發(fā)布、共享；

錄播系統(tǒng)應(yīng)支持集中控制，能對設(shè)備進(jìn)行集中管理、控制和操作；

錄播系統(tǒng)的攝像機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)具備變焦控制、聚焦控制，光圈控制、白平衡控制、黑平衡控制、云臺可變速旋轉(zhuǎn)控制和預(yù)置記憶功能；

錄播系統(tǒng)自動跟蹤系統(tǒng)在講臺區(qū)域內(nèi)應(yīng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確地控制攝像機(jī)對授課教師的跟蹤，且拍攝的畫面構(gòu)圖合理；

高清錄播系統(tǒng)應(yīng)兼容標(biāo)清錄播。

4、錄播系統(tǒng)的擴(kuò)展功能

錄播系統(tǒng)宜具備遠(yuǎn)程監(jiān)控模塊，監(jiān)控模塊應(yīng)具備對錄播系統(tǒng)的完全實(shí)時監(jiān)控能力。包括錄播操作(開始、停止、暫停、畫面切換)，錄音電平的實(shí)時監(jiān)控，攝像機(jī)的實(shí)時監(jiān)控，錄播模式的選擇，錄制媒體格式和參數(shù)的設(shè)置，錄播分類管理，錄制內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)存儲位置設(shè)置等；

宜支持校園用戶信息導(dǎo)入、課表關(guān)聯(lián)功能；宜支持多級用戶訪問權(quán)限；宜具備存儲空間的擴(kuò)展能力；宜具備遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)升級能力；宜具備自動添加片頭、片尾能力；宜具備疊加字幕和圖片能力，可生成水印效果。

系統(tǒng)錄制模式宜支持單畫面電影單流模式、多畫面單流模式、多畫面多流模式的選擇；系統(tǒng)宜具備對錄制視頻添加元數(shù)據(jù)的能力；

系統(tǒng)宜具備對錄制的視頻添加章節(jié)索引能力，支持PPT自動索引及手動索引功能，索引宜采用文字索引、圖片索引方式；系統(tǒng)宜具備生成SCORM資源格式；

系統(tǒng)宜支持單播、組播兩種直播方式。

錄播系統(tǒng)的詳細(xì)功能要求參照參考文獻(xiàn)[1]。

二具有互動研討功能的錄播系統(tǒng)

所謂互動研討功能，是指該系統(tǒng)除了能夠通過網(wǎng)絡(luò)與其他教室進(jìn)行互動外，在本地也可以進(jìn)行發(fā)言者之間的互動，即老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間均可以互動。且每個發(fā)言者的演講內(nèi)容都可以在具有互動功能的液晶平板電視或者是帶有互動功能的電子白板上顯示出來。發(fā)言者既可以在自己的座位上演講，也可以到大屏幕顯示設(shè)備前演講。發(fā)言者的形象和發(fā)言內(nèi)容，通過錄播系統(tǒng)同步記錄下來。

互動研討功能的錄播系統(tǒng)是在常規(guī)的錄播系統(tǒng)基礎(chǔ)上，再加上會議系統(tǒng)、手拉手?jǐn)z像自動跟蹤系統(tǒng)、互動平板顯示系統(tǒng)、視音頻信號切換等子系統(tǒng)共同構(gòu)建，見圖1“系統(tǒng)連接拓?fù)鋱D”。它除了需要包含上述錄播系統(tǒng)所具有的要求和功能以外，還需要具備以下功能；

(1)手拉手會議發(fā)言系統(tǒng)主要完成本地的聲音拾取，并配合攝像自動跟蹤系統(tǒng)完成對發(fā)言者的跟蹤；

(2)攝像自動跟蹤系統(tǒng)根據(jù)手拉手發(fā)言主機(jī)的信息自動完成攝像機(jī)的跟蹤拍攝工作；

(3)視音頻信號切換系統(tǒng)主要是實(shí)現(xiàn)在不插拔信號線的情況下，完成不同研討者攜帶電腦的視音頻信號在大屏幕和擴(kuò)音設(shè)備上的顯示與播放；

(4)互動平板顯示系統(tǒng)或者帶有互動功能的電子白板是將發(fā)言者的講演內(nèi)容顯示給現(xiàn)場觀眾，并能實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動：

(5)錄播系統(tǒng)完成整個研討課程實(shí)況的錄播和對外發(fā)布功能：

三具有互動研討功能錄播系統(tǒng)的設(shè)計

1、要求

本項目是在一間8m×10m的小教室里，設(shè)計一套能夠舉行小型會議、學(xué)術(shù)研討，滿足研究生上課要求，并能通過網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場視音頻信號傳達(dá)到其他教室，實(shí)現(xiàn)直播，錄播和點(diǎn)播功能的教學(xué)系統(tǒng)。

2、需求分析

目前常規(guī)的錄播系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場直播，錄播和點(diǎn)播功能是沒有問題的。但是遇到多人發(fā)言的小型會議、多人演講的學(xué)術(shù)研討，并且每個發(fā)言者既可以在自己的座位上，通過筆記本電腦和大屏顯示設(shè)備與現(xiàn)場觀眾研討，又可以到大屏顯示設(shè)備前，通過與大屏顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動，將演講內(nèi)容展示給現(xiàn)場觀眾；系統(tǒng)還能將演講人和演講內(nèi)容實(shí)時記錄或發(fā)布。這就常規(guī)的錄播系統(tǒng)的自動跟蹤帶來了新的課題。

圖2所示為我們設(shè)計的系統(tǒng)設(shè)備的現(xiàn)場布局圖。

3、設(shè)計的關(guān)鍵點(diǎn)

常規(guī)的錄播系統(tǒng)，主要是針對一名教師與眾多學(xué)生之間的互動教學(xué)活動的錄制、發(fā)布。在錄制時，老師的行走路線是比較固定的、有規(guī)律的，通過投影機(jī)或其他大屏幕顯示設(shè)備顯示的老師的講授內(nèi)容以及學(xué)生回答問題的畫面等，都可以通過人臉識別技術(shù)和基于機(jī)器視覺原理的圖像跟蹤方式來實(shí)現(xiàn)對移動人員的跟蹤拍攝。

圖像跟蹤設(shè)備完全基于高速DSP處理及先進(jìn)的智能視覺處理技術(shù)，一鏡實(shí)現(xiàn)360°全域精確目標(biāo)跟蹤定位，直接對錄制視頻圖像進(jìn)行分析，主講人講課時無需佩戴任何定位設(shè)備，也無須安裝任何紅外、超聲波、射頻發(fā)射器等輔助定位裝置，更無需安裝圖像定位攝像機(jī)，完全實(shí)現(xiàn)常態(tài)化教學(xué)。

系統(tǒng)采用精密云臺機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的云臺驅(qū)動控制算法，可無噪音地完成跟蹤動作，對拍攝現(xiàn)場影響極低，可與周邊環(huán)境自然融合在一起。

跟蹤過程中不受光線或光源干擾、不受目標(biāo)姿態(tài)變化影響，不受其他目標(biāo)干擾等的影響，能夠過濾所跟蹤目標(biāo)的微小動作，具有非常穩(wěn)定、平滑、自然的平移/俯仰/縮放動作，十分適合在教室、會議室等場合使用。當(dāng)主講人頭部進(jìn)入事先設(shè)置的觸發(fā)區(qū)域，自動跟蹤系統(tǒng)會發(fā)出指令調(diào)用近景預(yù)置位將教師進(jìn)行鎖定跟蹤。圖3為全景、近景位置的跟蹤模式。

系統(tǒng)支持各種標(biāo)準(zhǔn)云臺控制協(xié)議的標(biāo)清、高清攝像機(jī)，可根據(jù)實(shí)際情況靈活選擇，保證自然、清晰、穩(wěn)定的高質(zhì)量跟蹤視頻圖像，不同跟蹤模式的比較見表1。

具有互動研討功能錄播系統(tǒng)除了可以像上述錄播系統(tǒng)一樣，完成教學(xué)錄制任務(wù)外，還可以將多個演講人的演講內(nèi)容實(shí)時顯示并且做到系統(tǒng)自動跟蹤發(fā)言者，拾取其講話內(nèi)容和講話畫面。

這次設(shè)計的具有互動研討功能錄播系統(tǒng)，設(shè)置了10個固定發(fā)言席和1個自由發(fā)言席。11個發(fā)言席都可以將各自的發(fā)言內(nèi)容顯示到大屏幕上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場交流互動。

4、主要設(shè)備配置

系統(tǒng)主要設(shè)備配置如表2所示，整個系統(tǒng)配置了4臺攝像機(jī)，其中3臺配合手拉手系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)攝像自動跟蹤功能，另外1臺完成現(xiàn)場的全景圖像和大屏顯示設(shè)備前區(qū)域的實(shí)時跟蹤拍攝工作。現(xiàn)場布局如圖2所示，除麥克風(fēng)和攝像機(jī)放置在研討教室內(nèi)，其他設(shè)備均放置在隔壁控制室的機(jī)柜中，所有線材在預(yù)埋時均置于房間的同一角落，并露出地面2-3米。

四主要子系統(tǒng)配置和功能說明

1、錄播系統(tǒng)

鑒于學(xué)術(shù)研討室對現(xiàn)場拍攝圖像的高標(biāo)準(zhǔn)要求，在記錄發(fā)言人的圖像同時，還要將會場其他圖像實(shí)時記錄下來。

錄播設(shè)備具體配置如下：

錄播服務(wù)器1臺：實(shí)現(xiàn)學(xué)術(shù)研討室錄像與直播。

標(biāo)清編碼器5臺；負(fù)責(zé)拾取學(xué)術(shù)研討室中4個攝像機(jī)的圖像信號以及1個自動跟蹤切換信號，支持的信號有CIF／4CIF／D1

VGA編碼器1臺：VGA編碼器主要負(fù)責(zé)采集電腦信號，學(xué)術(shù)研討室中一般主要是對PPT信號。分辨率最高支持1280×1024，幀率15幀。

錄播系統(tǒng)的功能主要有如下7條：

(1)實(shí)時直播功能

系統(tǒng)采用B／S訪問架構(gòu)，支持跨瀏覽器、跨操作系統(tǒng)平臺直播功能，無論使用的是Windows操作系統(tǒng)還是Mac OS，均可使用相應(yīng)瀏覽器接受教學(xué)直播。可通過所有流行的瀏覽器登錄錄播服務(wù)器接收直播的視頻、音頻和計算機(jī)動態(tài)屏幕內(nèi)容，包括Microsoi～I(xiàn)ntemet Explorer、Mozilla Firefox、AppleSafari等。

可根據(jù)需要自由切換直播界面顯示模式，包括全屏、畫中畫、畫外畫、等畫面、獨(dú)立畫面等5種畫面顯示模式。

(2)事后點(diǎn)播功能

系統(tǒng)內(nèi)置課程點(diǎn)播功能，可通過m瀏覽器點(diǎn)播。點(diǎn)播時用戶可通過文本模式或圖片模式查找想要點(diǎn)播的文件，也可以通過課件名稱、課程錄制時間、講課教師、課程名等信息搜索需要點(diǎn)播的文件。點(diǎn)播時觀看到的內(nèi)容不僅包括視頻、音頻內(nèi)容還可根據(jù)PPT圖片索引或文字索引跳轉(zhuǎn)點(diǎn)播課件的段落。

系統(tǒng)支持圖片、文字、圖片+文字三種索引方式查看課件內(nèi)容。

(3)智能的錄制功能

采用分布式導(dǎo)播功能，可以實(shí)現(xiàn)前端6路視頻輸入以及多間教室的導(dǎo)播切換功能，多種分辨率可調(diào)。經(jīng)過導(dǎo)播后，單流單畫面的電影模式視頻文件和多流多路文件同時生成，方便后期編輯。

(4)課件點(diǎn)評功能

點(diǎn)播用戶觀看完點(diǎn)播文件后可發(fā)表對教師講課效果的評論，點(diǎn)評形式同時支持文字評論和直接打分兩種形式，點(diǎn)評內(nèi)容直接通過瀏覽器發(fā)布到多媒體錄播系統(tǒng)。其他點(diǎn)播用戶可以實(shí)時查看到課程點(diǎn)評信息，也可以給出自己的評論。

(5)用戶管理功能

系統(tǒng)支持多級用戶權(quán)限管理功能，用戶可靈活進(jìn)行權(quán)限分配。用戶可將系統(tǒng)的管理權(quán)限分為多個不同級別的用戶組，不同級別的用戶組的管理權(quán)限也不一樣，當(dāng)有新用戶加入時，只需要將該用戶分配到事先建好的用戶組中即可。靈活、強(qiáng)大的用戶管理功能滿足多間教室、多用戶管理需求。

(6)在線編輯功能

在線編輯可對前期通過自動圖片索引功能生成的課件進(jìn)行編輯，不需具備專業(yè)的視頻編輯知識，教師可以通過Web的方式，對錄制的課程視頻在線添加索引，刪除、替換已有索引文件，可加入文字索引，輕松實(shí)現(xiàn)圖片、文字雙索引功能，以便用戶進(jìn)行點(diǎn)播時更便捷地觀看。可添加課件的片頭、片尾。

可對視頻文件進(jìn)行剪切和替換，編輯完后可在線保存實(shí)時發(fā)布，也可以保存為新的課件實(shí)時發(fā)布。視頻剪切和替換可同時進(jìn)行，可對同一文件多處進(jìn)行逐一修改，修改完后統(tǒng)一保存，不會影響視頻、音頻和計算機(jī)動態(tài)屏幕的同步播放。

通過在線編輯功能，也可以將多個課程文件合并為一個課程文件。

(7)課件管理功能

具有課件管理權(quán)限的用戶可對錄制好的課件進(jìn)行管理，可查看課件的詳細(xì)信息(包括：課件名稱、課件時長、錄制時間、課件的錄制質(zhì)量等)；可修改課件基本信息(包括：課件名、課程名、授課教師、備注信息等)；可將該課件歸檔到其他的授課教室，以便其他班級的學(xué)生可以觀看；通過下載工具可將課件下載到本地離線觀看或?qū)浿莆募坛晒獗P以便保存。

用戶可通過文本模式或圖片模式查看課件基本信息。

2、VGA切換系統(tǒng)

在研討教學(xué)中，會有多人進(jìn)行發(fā)言討論，需要在大屏幕上顯示發(fā)言者自帶電腦的視音頻信號，如果使用一般的視音頻矩陣或切換器，進(jìn)行信號源切換時，需要到機(jī)柜位置進(jìn)行操作，增加了與研討不相干的工作量，如果使用中控設(shè)備，這樣會增加額外的費(fèi)用。

綜合考慮，我們在每個座位對應(yīng)的會議桌面上安裝快切按鍵進(jìn)行視音頻信號切換，使用方便，資金投入較少。

3、手拉手及攝像跟蹤系統(tǒng)

研討型課堂的一個特點(diǎn)就是發(fā)言人眾多，且發(fā)言人隨機(jī)性高，因此需要部署多個發(fā)言單元，將每個發(fā)言人的形象和演講內(nèi)容實(shí)時錄制下來以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。考慮到這兩方面的因素，我們采用了手拉手會議系統(tǒng)，同時主機(jī)配置自動跟蹤模塊，從而滿足研討的錄制需求。如圖4所示。

4、大屏幕顯示系統(tǒng)

由于教室比較小，只有8m×10m，按照《多媒體教學(xué)環(huán)境建設(shè)規(guī)范》要求，選用了一臺70寸的具有人機(jī)互動功能的液晶平板電視，既能在研討時將發(fā)言者的演講內(nèi)容顯示出來，也可以將視頻信息傳輸給錄播服務(wù)器，還能在普通課堂上顯示教學(xué)板書。

5、擴(kuò)聲系統(tǒng)

擴(kuò)聲系統(tǒng)的設(shè)計，采用了吸頂揚(yáng)聲器嵌頂安裝方式。功率與設(shè)備選型參照參考文獻(xiàn)[2]。

6、聲場環(huán)境

考慮到在這么小的空間，既要拾音又要擴(kuò)音，還要錄音。適當(dāng)對墻面和房頂做一些吸音處理是很有必要的。墻面采用2cm龍骨加穿孔板，內(nèi)填吸音棉；房頂采用穿孔石膏板。設(shè)計要求參照參考文獻(xiàn)[3]。

總之，在設(shè)計上考慮了互動研討型錄播系統(tǒng)的兼容性，可以按照需要自由組合，實(shí)現(xiàn)諸如常規(guī)錄播系統(tǒng)、互動教室系統(tǒng)，視頻會議系統(tǒng)和研討課堂系統(tǒng)等功能。

產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，是教育技術(shù)工作者和教育行業(yè)企業(yè)的共識。正如本項目所體現(xiàn)，當(dāng)教學(xué)、教研有所需求時，企業(yè)必須能夠全方位地為其解決問題，才能實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。