具有互動(dòng)研討功能的錄播系統(tǒng)設(shè)計(jì)

錢震　張秋

【摘要】隨著我國(guó)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(shí)，教學(xué)資源，很大部分還是通過(guò)錄播系統(tǒng)記錄、獲取?；?dòng)研討功能的錄播系統(tǒng)是將傳統(tǒng)意義上的手拉手會(huì)議系統(tǒng)、互動(dòng)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(gè)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(kāi)支。文章介紹了互動(dòng)研討錄播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，供大家參考。

【關(guān)鍵詞】互動(dòng)研討；錄播系統(tǒng)；教學(xué)資源

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

隨著中國(guó)教育技術(shù)協(xié)會(huì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)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(jì)與建設(shè)相關(guān)的系統(tǒng)項(xiàng)目時(shí)，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(lái)越多的重視，招生規(guī)模也越來(lái)越大，各高校教師給研究生上課大量采用的是互動(dòng)研討教學(xué)模式?；?dòng)研討型的教學(xué)模式給研發(fā)錄播系統(tǒng)的企業(yè)帶來(lái)了新的市場(chǎng)。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(jì)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(duì)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(duì)音頻、視頻和計(jì)算機(jī)信號(hào)等多路音視頻信號(hào)同步(聲畫(huà)同步、行場(chǎng)同步)錄制、直播、點(diǎn)播的功能；

錄播系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)各種信號(hào)進(jìn)行采集、編碼、傳輸、混合、存儲(chǔ)的能力；

錄播系統(tǒng)應(yīng)具備對(duì)錄制內(nèi)容自動(dòng)上傳、分類存儲(chǔ)、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(duì)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(duì)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(tái)可變速旋轉(zhuǎn)控制和預(yù)置記憶功能；

錄播系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)在講臺(tái)區(qū)域內(nèi)應(yīng)平穩(wěn)、準(zhǔn)確地控制攝像機(jī)對(duì)授課教師的跟蹤，且拍攝的畫(huà)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(duì)錄播系統(tǒng)的完全實(shí)時(shí)監(jiān)控能力。包括錄播操作(開(kāi)始、停止、暫停、畫(huà)面切換)，錄音電平的實(shí)時(shí)監(jiān)控，攝像機(jī)的實(shí)時(shí)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(chǔ)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(jí)用戶訪問(wèn)權(quán)限；宜具備存儲(chǔ)空間的擴(kuò)展能力；宜具備遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)升級(jí)能力；宜具備自動(dòng)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(huà)面電影單流模式、多畫(huà)面單流模式、多畫(huà)面多流模式的選擇；系統(tǒng)宜具備對(duì)錄制視頻添加元數(shù)據(jù)的能力；

系統(tǒng)宜具備對(duì)錄制的視頻添加章節(jié)索引能力，支持PPT自動(dòng)索引及手動(dòng)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(dòng)研討功能的錄播系統(tǒng)

所謂互動(dòng)研討功能，是指該系統(tǒng)除了能夠通過(guò)網(wǎng)絡(luò)與其他教室進(jìn)行互動(dòng)外，在本地也可以進(jìn)行發(fā)言者之間的互動(dòng)，即老師與學(xué)生之間、學(xué)生與學(xué)生之間均可以互動(dòng)。且每個(gè)發(fā)言者的演講內(nèi)容都可以在具有互動(dòng)功能的液晶平板電視或者是帶有互動(dòng)功能的電子白板上顯示出來(lái)。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(guò)錄播系統(tǒng)同步記錄下來(lái)。

互動(dòng)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(huì)議系統(tǒng)、手拉手?jǐn)z像自動(dòng)跟蹤系統(tǒng)、互動(dòng)平板顯示系統(tǒng)、視音頻信號(hào)切換等子系統(tǒng)共同構(gòu)建，見(jiàn)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(huì)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(dòng)跟蹤系統(tǒng)完成對(duì)發(fā)言者的跟蹤；

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

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

(4)互動(dòng)平板顯示系統(tǒng)或者帶有互動(dòng)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(chǎng)觀眾，并能實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)：

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

三具有互動(dòng)研討功能錄播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、要求

本項(xiàng)目是在一間8m×10m的小教室里，設(shè)計(jì)一套能夠舉行小型會(huì)議、學(xué)術(shù)研討，滿足研究生上課要求，并能通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將現(xiàn)場(chǎng)視音頻信號(hào)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(chǎng)直播，錄播和點(diǎn)播功能是沒(méi)有問(wèn)題的。但是遇到多人發(fā)言的小型會(huì)議、多人演講的學(xué)術(shù)研討，并且每個(gè)發(fā)言者既可以在自己的座位上，通過(guò)筆記本電腦和大屏顯示設(shè)備與現(xiàn)場(chǎng)觀眾研討，又可以到大屏顯示設(shè)備前，通過(guò)與大屏顯示設(shè)備實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng)，將演講內(nèi)容展示給現(xiàn)場(chǎng)觀眾；系統(tǒng)還能將演講人和演講內(nèi)容實(shí)時(shí)記錄或發(fā)布。這就常規(guī)的錄播系統(tǒng)的自動(dòng)跟蹤帶來(lái)了新的課題。

圖2所示為我們?cè)O(shè)計(jì)的系統(tǒng)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)布局圖。

3、設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

常規(guī)的錄播系統(tǒng)，主要是針對(duì)一名教師與眾多學(xué)生之間的互動(dòng)教學(xué)活動(dòng)的錄制、發(fā)布。在錄制時(shí)，老師的行走路線是比較固定的、有規(guī)律的，通過(guò)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(wèn)題的畫(huà)面等，都可以通過(guò)人臉識(shí)別技術(shù)和基于機(jī)器視覺(jué)原理的圖像跟蹤方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)移動(dòng)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(jué)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(duì)錄制視頻圖像進(jìn)行分析，主講人講課時(shí)無(wú)需佩戴任何定位設(shè)備，也無(wú)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(wú)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(tái)機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)和先進(jìn)的云臺(tái)驅(qū)動(dòng)控制算法，可無(wú)噪音地完成跟蹤動(dòng)作，對(duì)拍攝現(xiàn)場(chǎng)影響極低，可與周邊環(huán)境自然融合在一起。

跟蹤過(guò)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(guò)濾所跟蹤目標(biāo)的微小動(dòng)作，具有非常穩(wěn)定、平滑、自然的平移/俯仰/縮放動(dòng)作，十分適合在教室、會(huì)議室等場(chǎng)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(dòng)跟蹤系統(tǒng)會(huì)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(tái)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(jiàn)表1。

具有互動(dòng)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(gè)演講人的演講內(nèi)容實(shí)時(shí)顯示并且做到系統(tǒng)自動(dòng)跟蹤發(fā)言者，拾取其講話內(nèi)容和講話畫(huà)面。

這次設(shè)計(jì)的具有互動(dòng)研討功能錄播系統(tǒng)，設(shè)置了10個(gè)固定發(fā)言席和1個(gè)自由發(fā)言席。11個(gè)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(chǎng)交流互動(dòng)。

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(gè)系統(tǒng)配置了4臺(tái)攝像機(jī)，其中3臺(tái)配合手拉手系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)攝像自動(dòng)跟蹤功能，另外1臺(tái)完成現(xiàn)場(chǎng)的全景圖像和大屏顯示設(shè)備前區(qū)域的實(shí)時(shí)跟蹤拍攝工作?，F(xiàn)場(chǎng)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(shí)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(shuō)明

1、錄播系統(tǒng)

鑒于學(xué)術(shù)研討室對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拍攝圖像的高標(biāo)準(zhǔn)要求，在記錄發(fā)言人的圖像同時(shí)，還要將會(huì)場(chǎng)其他圖像實(shí)時(shí)記錄下來(lái)。

錄播設(shè)備具體配置如下：

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

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

VGA編碼器1臺(tái)：VGA編碼器主要負(fù)責(zé)采集電腦信號(hào)，學(xué)術(shù)研討室中一般主要是對(duì)PPT信號(hào)。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(shí)直播功能

系統(tǒng)采用B／S訪問(wèn)架構(gòu)，支持跨瀏覽器、跨操作系統(tǒng)平臺(tái)直播功能，無(wú)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?？赏ㄟ^(guò)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(jì)算機(jī)動(dòng)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(huà)中畫(huà)、畫(huà)外畫(huà)、等畫(huà)面、獨(dú)立畫(huà)面等5種畫(huà)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(guò)m瀏覽器點(diǎn)播。點(diǎn)播時(shí)用戶可通過(guò)文本模式或圖片模式查找想要點(diǎn)播的文件，也可以通過(guò)課件名稱、課程錄制時(shí)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(shí)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(guò)導(dǎo)播后，單流單畫(huà)面的電影模式視頻文件和多流多路文件同時(shí)生成，方便后期編輯。

(4)課件點(diǎn)評(píng)功能

點(diǎn)播用戶觀看完點(diǎn)播文件后可發(fā)表對(duì)教師講課效果的評(píng)論，點(diǎn)評(píng)形式同時(shí)支持文字評(píng)論和直接打分兩種形式，點(diǎn)評(píng)內(nèi)容直接通過(guò)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(shí)查看到課程點(diǎn)評(píng)信息，也可以給出自己的評(píng)論。

(5)用戶管理功能

系統(tǒng)支持多級(jí)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(gè)不同級(jí)別的用戶組，不同級(jí)別的用戶組的管理權(quán)限也不一樣，當(dāng)有新用戶加入時(shí)，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(duì)前期通過(guò)自動(dòng)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(shí)，教師可以通過(guò)Web的方式，對(duì)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(shí)更便捷地觀看?？商砑诱n件的片頭、片尾。

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

通過(guò)在線編輯功能，也可以將多個(gè)課程文件合并為一個(gè)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(duì)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(shí)長(zhǎng)、錄制時(shí)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(jí)的學(xué)生可以觀看；通過(guò)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(guò)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(huì)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(hào)，如果使用一般的視音頻矩陣或切換器，進(jìn)行信號(hào)源切換時(shí)，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(huì)增加額外的費(fèi)用。

綜合考慮，我們?cè)诿總€(gè)座位對(duì)應(yīng)的會(huì)議桌面上安裝快切按鍵進(jìn)行視音頻信號(hào)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(gè)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(gè)發(fā)言單元，將每個(gè)發(fā)言人的形象和演講內(nèi)容實(shí)時(shí)錄制下來(lái)以滿足實(shí)際應(yīng)用需求?？紤]到這兩方面的因素，我們采用了手拉手會(huì)議系統(tǒng)，同時(shí)主機(jī)配置自動(dòng)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(tái)70寸的具有人機(jī)互動(dòng)功能的液晶平板電視，既能在研討時(shí)將發(fā)言者的演講內(nèi)容顯示出來(lái)，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(shū)。

5、擴(kuò)聲系統(tǒng)

擴(kuò)聲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，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(chǎng)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(duì)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(jì)要求參照參考文獻(xiàn)[3]。

總之，在設(shè)計(jì)上考慮了互動(dòng)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(dòng)教室系統(tǒng)，視頻會(huì)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(shí)。正如本項(xiàng)目所體現(xiàn)，當(dāng)教學(xué)、教研有所需求時(shí)，企業(yè)必須能夠全方位地為其解決問(wèn)題，才能實(shí)現(xiàn)共同發(fā)展。