高校全自動智能錄播系統的構建

【摘 要】全自動智能錄播系統的出現和應用，解決了傳統多媒體錄播系統的諸多瓶頸問題；對設計全自動智能錄播系統的功能需求進行分析，闡述了構建系統應從視頻信號、音頻信號、圖像跟蹤定位、智能導播及流媒體五個方面綜合考慮，提出了將微錄播和電子書包的應用與智能錄播系統進行整合的發展思路。

【關鍵詞】全自動 智能錄播系統 數字化資源

【中圖分類號】 G 【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2015）06C-0182-02

隨著信息化教學建設的不斷拓展和深入，傳統的多媒體錄播系統在實踐過程中暴露出越來越多的弊端，如教學視頻的制作成本較高，錄制及編輯過程需要耗費較多的人力和時間；拍攝、剪輯的技術手段較為單一，圖像清晰度不高；拍攝工作人員的現場干預在一定程度上影響了課堂教學情境和教師教學水平的發揮，難以體現出真實的教學特色。近幾年，全自動智能錄播系統的出現和應用，則可以較好地解決上述問題。全自動智能錄播系統是一個集網絡技術、流媒體技術、光學技術、軟件技術等多種技術手段于一體的智能化系統，因其具備較強的靈活性和可擴展性而被廣泛應用于各類教研活動，如視頻公開課錄制、網絡課程點播、講座直播、遠程監控、微格教學等，從而為各高校革新教學手段及促進數字化資源建設提供強有力的技術支持。

一、全自動智能錄播系統的功能需求分析

（一）錄制功能

要求錄播系統的主機可以將多種接口、編碼方式的視頻、音頻及電子設備（如教師機、視頻展示臺等）的圖像信號進行整合同步錄制，也能將不同的信號源進行組合接入。音視頻流和屏幕流的各種參數均可根據需要進行調整，也可將其預先設置為特定的錄制模板，實現快速模板化錄制。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，最后形成能夠進行后期編輯、點播及在線直播的流媒體文件。

（二）編輯功能

編輯功能是指系統對生成的流媒體文件進行分割、剪切、修改、合并、壓縮及添加或刪除索引標記等后期處理的功能。通過后期編輯工具，可以實現視頻資源在多窗口中進行同步完整回放，方便用戶對文件進行精確定位、動態標識等編輯操作，使最后生成的視頻畫面更為流暢生動。

（三）圖像跟蹤定位功能

由于在課堂活動中，教師和學生的位置有可能隨時發生變化，如教師在講臺上的板書活動、師生之間的互動交流等。為了及時捕捉并真實展現師生活動的鏡頭畫面，要求錄播系統具備圖像跟蹤定位功能，不用手動進行調整，攝像機即可自動準確跟蹤定位目標對象的所處區域。

（四）智能導播功能

系統應具備智能導播功能，可在沒有后臺管理人員操作的情況下，根據教學活動的變化在VGA屏幕、教師、學生、教室全景畫面之間進行智能切換和剪輯，以有序展現教學活動的整個動態過程，實現教學視頻的自動錄制。

（五）后臺管理功能

后臺管理包括系統用戶認證、權限管理、資源分類、視頻點播直播等功能。錄制的視頻可以通過校園網或互聯網在校內外進行實時直播，獲得授權的終端用戶通過IE瀏覽器登錄到系統平臺后，便可進入資源列表檢索和點播相應的視頻內容。此外，生成的視頻文件也可以兼容于第三方的播放軟件。

二、全自動智能錄播系統的構建

（一）視頻信號系統

視頻信號采集系統至少包含有針對教師、學生和黑板三個不同機位的攝像機。圖像的清晰記錄和還原必須借助于高性能的視頻信號采集設備。為能快速準確地跟蹤拍攝對象，教師攝像機和學生攝像機往往是采用具有智能旋轉功能的云臺式球型攝像機。通過對攝像機的鏡頭角度及焦距等參數值進行預設，便可在拍攝過程中快速啟用預設參數來使云臺和攝像頭及時調整至相應位置。黑板攝像機要求應能針對黑板的局部和全景進行清晰拍攝，因此攝像機的配置可根據黑板的寬度及攝像定位角度來制定不同方案。如果采用定焦距的攝像方案，則需3～4臺固定安裝的攝像機；如果同樣采用球型攝像機，那么通常只需安裝一臺具有自動變焦功能的攝像機即可。

（二）音頻信號系統

音頻信號系統的功能主要是負責采集、處理教師講課和學生回答、討論問題的語音信息。系統中的拾音設備一般由教師拾音話筒和學生拾音話筒組成。音頻信號的采集直接關系到視頻文件的音質，也會在很大程度上影響視頻的播放效果，因此需針對教學活動中教師和學生不同的行為特點來選取拾音話筒。如考慮到教師在課堂中的活動范圍較大、肢體語言較多，可采用指向性的吊麥話筒；而由于學生的座位是固定且覆蓋面較廣的，所以可在座位區域上方按一定規律固定安裝多個吊掛式話筒。采集到的語音信息經過音頻處理器進行回聲消除、增益控制、自動降噪等綜合處理，以實現高保真的音質效果。

（三）圖像跟蹤定位系統

對拍攝對象的跟蹤和定位是智能錄播系統中的關鍵技術，該技術的實現通?？刹捎靡韵路椒ǎ撼暡ǜ櫋⒓t外反射跟蹤、區域網格及紅外跟蹤等。但上述方法都存在著一定弊端，如超聲波跟蹤方式往往會受到場地環境的影響；如采用紅外反射跟蹤，當教師轉身背對鏡頭時，則會容易造成跟蹤目標丟失；而區域網格技術則需要安裝許多定位設備，不便于學生座位的重新調整。為解決上述問題，可考慮采用圖像識別跟蹤方式，即通過對運動圖像的檢測，利用特定算法技術來實現鏡頭對攝像目標的定位及自動跟蹤。如果教師操作鼠標演示課件或在黑板上板書，系統通過智能識別會自動切換到VGA屏幕畫面或板書內容；如果教師走下講臺區域與學生互動，系統則會自動定位教師所在的位置，進行準確的追蹤拍攝。而當攝像機捕捉到某位學生在鏡頭畫面中的高度超過預先設定值時，便判斷該學生的活動狀態為起立發言，此時攝像機會自動對該學生進行定位，并給予適當特寫鏡頭；如果捕捉到多名學生同時站立，或學生離開座位區域，鏡頭則會立即切換到教室全景畫面，以確保教學活動的完整展示。

（四）智能導播系統

智能導播系統包含傳統多媒體錄播設備的導播功能和數字化特技切換臺的功能，可利用控制面板來選擇人工導播或自動導播模式。人工導播模式運用數字化的觸摸式導播鍵盤，快速實現對控制設備的調用、切換及參數設置，極大提高了系統的服務性和便利性。自動導播模式則能根據教學活動的實時變化來選擇鏡頭切換策略，實現多路音視頻信號源及多個場景之間的自動切換和剪輯。切換時運用的特效渲染及視頻的片頭片尾可進行預設，錄制區域也可根據需要設置為全屏、特定區域或特定窗口。

（五）流媒體系統

一個完整的流媒體系統應由以下部分組成：編碼工具、流媒體服務器、網絡傳輸環境及客戶端設備。利用編碼工具可以創建、捕捉和編輯采集到的媒體信號，最終生成流媒體格式文件，這一環節可以由配備音視頻硬件接口的計算機和流媒體壓縮編碼軟件來共同完成。流媒體服務器的主要功能是對資源信息進行采集、緩存、調度和傳輸播放，為了盡可能使服務器負載均衡，加強其工作效率，服務器的硬件配備可選用高能多核處理器、大數據的存儲設備、磁盤陣列控制器等，并在服務器中安裝Sewise軟件系統以實現對用戶權限、資源內容及傳輸方式的管理。網絡傳輸環境負責對流媒體數據進行傳輸，既可用有線網絡，也可用無線網絡?？蛻舳嗽O備包括PC臺式、筆記本電腦、智能手機、平板電腦、交互式網絡電視等，在客戶端設備中還需安裝視頻播放器或解碼器，以便實時接收播放流媒體文件。

三、全自動智能錄播系統的展望

（一）微錄播的應用

微錄播是指將課堂內外“教”與“學”活動中的特定片段，如將課前教師的備課過程、課堂中學生記錄筆記的內容，以及課后教師對學生提出的疑難點問題進行釋疑等環節錄制下來。微錄播生成的視頻文件可以作為一段單獨的數字化資源獨立保存，也可以根據需要剪輯融入課堂教學視頻中，使教學活動軌跡的記錄更為完整和豐富。

（二）智能錄播系統與電子書包的整合

電子書包是利用無線通信技術和信息化手段來輔助學習的智能化便攜式終端設備，其主要特點是可以提供豐富的數字化學習資源，改變傳統課堂中較為呆板的教學方式，支持學生個性化學習，實現師生在線互動交流。電子書包中包含有文檔、圖片、音頻、視頻等文件類型的學習資料，其中，視頻文件所傳達的信息最為直觀和生動。而智能錄播系統本身具備視頻資源的錄制、點播、管理和更新等功能，基于錄播系統和電子書包的應用特點，可考慮將兩者進行整合。利用流媒體技術，通過電子書包可將教師終端和學生終端在網絡教學平臺中進行連接，構建遠程在線課堂，從而使智能錄播系統發揮其最大作用。

【參考文獻】

[1]王文培. 自動錄播系統在高校教學中的應用發展[J]. 技術在線，2011（36）

[2]李海韻，鐘 亮. 全自動錄播系統的特點和展望[J]. 中國教育信息化，2013（9）

【作者簡介】馮麗丹（1982- ），女，廣西龍州人，柳州鐵道職業技術學院講師，研究方向：教育信息化，課程建設研究。

（責編 丁 夢）