基于Web的多媒體錄播系統的設計與實現

卜曉霞　張盈盈　鄭曉哲

摘 要 本文介紹了一種基于Web的多媒體錄播系統方案，并從視頻采集、音頻采集、自動跟蹤定位技術三個關鍵點詳細分析了相關的拓撲結構和技術規范。考慮到成本與實用性，教師攝像機的自動跟蹤拍攝系統綜合采用超聲波和紅外線技術兩種跟蹤方式。

【關鍵詞】多媒體錄播系統 視頻采集 音頻采集 自動跟蹤定位

本系統由一個主控中心和若干個多媒體教室構成，依托網絡互聯將教學中的視頻、音頻信號和計算機動態屏幕信號進行一體化的同步錄制、直播，實現網絡教學、教學監控、資源存儲和發布的主要功能，高效解決課堂教學的共享問題。

1 系統架構

本系統采用前后臺分離的模式，前臺設備負責信號的采集，后臺設備負責信號的處理，而前后臺設備之間通過IP網絡進行通訊。教學現場的視音頻信號采集后由視音頻編碼器完成編碼，計算機動態屏幕信號通過硬件方式使用VGA編碼器進行。前臺采用的圖像分析自動跟蹤系統實現對多路視頻編碼器采集的視頻信號的監控。聲音控制系統則負責記錄課堂師生互動的音頻。前臺采集到的視音頻信號通過IP網絡發送到后臺的多媒體錄播服務器。多媒體錄播服務器整合多路視音頻信號生成通用格式編碼的流媒體文件，同時進行同步一體化的直播和點播。

2 系統設計與實現

多媒體錄播系統本系統主要包含視頻采集系統、音頻采集系統、跟蹤定位系統、錄播控制系統、視頻的同步錄制直播點播5個部分。

2.1 視頻采集系統

錄播系統的視頻信號分為三路：教師的授課形象、動作；學生的聽課及發言互動情況；電腦屏幕顯示的課件等電腦動態屏幕信號。因此，視頻信號采集系統由攝像機組（包括教師攝像機、學生攝像機、計算機屏幕攝像機）組成，整個攝像機組統一采用帶預置位的高速的高速攝像球機SONY EVI-D70P。

考慮到要降低攝像頭視頻采集線程的運行對CPU 時間的占用率問題，在Windows 平臺上本系統采用Direct Show 技術來控制攝像頭對視頻數據的采集。教師視頻信號和學生視頻信號都由H.264視頻編碼器來編碼，而計算機動態屏幕信號采用VGA編碼器進行編碼。

2.2 音頻采集系統

錄播系統的音頻信號同樣分為三路：教師講課的聲音；學生與教師之間相互的對話；教學課件等教學場景下的音頻信號。

授課過程中教師使用無線話筒，而學生區域根據教室的大小選用6只強指向性話筒。由于多只話筒同時使用容易產生嘯叫，且采集到的聲音質量會由于學生距離話筒的遠近而不同，因此在本系統中增加了一套麥特-9000智能混音器。混音器混音后將音頻信號輸出給視音頻編碼器和功放。

2.3 跟蹤定位系統

智能跟蹤定位系統實現對教師、學生位置的智能跟蹤，并根據授課過程自動切換視頻。目前市場上跟蹤技術主要有紅外、超聲波、視頻跟蹤定位技術3種。

2.3.1 教師攝像機自動跟蹤拍攝系統

考慮到成本問題，本系統綜合采用超聲波和紅外線技術兩種跟蹤方式。本系統將紅外發射裝置（通常集成于無線話筒中）放置在跟蹤目標身上， 控制主講教師的活動畫面，確保教師圖像被牢牢地鎖定到圖像中央而不會跑到畫面之外，而接收裝置安放在攝像機上。教師攝像機接收到紅外信號后，立即鎖定跟蹤對象，并進行全方位跟蹤。將多個具有特殊頻率的超聲波發射和接收裝置安裝在黑板下方，根據超聲波接收裝置接收的反射波變化來決定攝像機拍攝的方向。當授課教師背對攝像機書寫板書時，給出黑板特寫位。

2.3.2 學生攝像機自動跟蹤拍攝系統

對于學生的互動環節，學生自動跟蹤攝像系統采取學生主動觸發的方式進行控制。每位學生課桌面邊上安裝一小型無線觸發式開關機 Wat-cin（學生只要手按其開關， 即可發送信號） ，通過無線接收機War-in，以RS485通訊聯動，啟動高速球機的預置位，達到自動定位作用。學生攝像機拍攝整個教室的學生上課情況，如果有學生起立發言時對發言的學生即可進行特寫拍攝，回答完畢后切回教室內的學生全景拍攝。

2.3.3 教師機自動跟蹤拍攝系統

系統最多支持同時錄制兩路視音頻信號和一路計算機動態屏幕內容。教師機自動跟蹤拍攝系統采用集抓屏軟件、高壓縮算法、錄制課件于一身PowerCreator作為課件制作工具。

2.4 錄播控制系統

錄播控制系統是多媒體錄播服務器系統的核心，涉及全自動錄制功能和人工導播功能。教師可通過桌面式中控系統實現一鍵上下課、暫停、繼續等功能，同時可控制教室內的其它如投影機、幕布、電子白板等設備。人工導播技術，由控制室導播員完成畫面的切換。

2.5 視頻的同步錄制、直播、點播

為了最大限度的減少網絡帶寬的占用，軟件采用流媒體編碼規范，生成適合互聯網系統的流媒體格式文件和數據包。利用B/S訪問架構方式，可以在任意系統和瀏覽器上進行直播功能。內置VOD點播功能，支持多用戶同時的點播和直播。

3 多媒體錄播系統的實踐與效果

本系統已經在我校本科教學的精品課程制作中發揮了積極的作用，高效解決了精品課程資源的共享問題，獲得了全校師生的一致好評。

參考文獻

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[3]羅虹，卞亞紅.精品課程制作中全自動錄播系統的應用[J].西北醫學教育，2010（05）.

作者簡介

卜曉霞（1987-），女，碩士研究生學歷。現供職于北京中醫藥大學東方學院。研究方向為計算機智能控制。

作者單位

北京中醫藥大學東方學院 河北省廊坊市 065001