全自動課程錄播教室系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)

【摘 要】全自動課程錄播教室是高校教學(xué)改革中教育技術(shù)變革的重要方向和內(nèi)容。本文從實際應(yīng)用出發(fā)，分析目前全自動錄播系統(tǒng)的設(shè)計要求和功能需求，結(jié)合在建設(shè)過程中遇到的問題，分享在設(shè)計和建設(shè)過程中獲得的經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】全自動錄播；錄播教室；系統(tǒng)設(shè)計

隨著高校課程建設(shè)的要求日益增多，結(jié)合國家精品課程建設(shè)多年的發(fā)展以及互聯(lián)網(wǎng)在線課程資源日益龐大的現(xiàn)狀，網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源的建設(shè)已經(jīng)成為一項系統(tǒng)而龐大的工程。而在高校教學(xué)資源建設(shè)中，視頻公開課、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)課程都需要大量的、高質(zhì)量完成教學(xué)視頻的拍攝和制作工作。所以建設(shè)一套高性能、高效率、高可靠性的課程錄播系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)在高校教學(xué)改革中的一項重要建設(shè)內(nèi)容。

全自動錄播系統(tǒng)是一套以圖像分析與處理技術(shù)為核心，集多媒體技術(shù)、流媒體技術(shù)、自動控制技術(shù)和模式識別技術(shù)于一體，通過場景自動識別、主體位置判斷跟蹤等方式，實現(xiàn)的多媒體視音頻采、編、播一體化，輸出成型的視頻文件或課件格式文件的計算機多媒體系統(tǒng)。

一、課程錄播系統(tǒng)的組成及功能

從組成結(jié)構(gòu)上看，課程錄播系統(tǒng)組成應(yīng)該包括錄制教室和控制室兩個房間，錄制室是一個經(jīng)過裝修，適合于演播錄制的教室或房間，在教室內(nèi)應(yīng)該進行隔音、避光處理，教室內(nèi)的燈光應(yīng)該符合電視演播室的配置要求等。錄制室內(nèi)包括一套完整的多媒體教學(xué)環(huán)境，多臺攝像機以及覆蓋整個教學(xué)范圍內(nèi)的采音設(shè)備。

控制室主要負責監(jiān)控錄制室的錄制活動情況，管理錄制室多媒體設(shè)備進行課程錄制等工作，控制室應(yīng)該不遠離錄制室，通過控制室的設(shè)備能夠控制和操作錄制室中的所有設(shè)備，包括攝像機動作、采音音量調(diào)整、多媒體設(shè)備運行等。

從系統(tǒng)組成上看，課程錄播系統(tǒng)的組成包括：

1.多媒體教學(xué)子系統(tǒng)

課程錄播教師本身即為一個標準的多媒體教室，包括教師用計算機、功放、投影機、電子白板等設(shè)備。這些設(shè)備要能夠在教學(xué)過程中正常使用，教師使用課程錄播系統(tǒng)應(yīng)該與在普通多媒體教室上課一樣，完全不受到約束和控制，這樣才能發(fā)揮教師的教學(xué)特色。

2.視音頻采集子系統(tǒng)

課程錄播系統(tǒng)的核心是要將拍攝的視音頻等信號同步采集到計算機內(nèi)處理，這個系統(tǒng)中包括視頻采集、音頻采集和計算機VGA信號采集。

視頻采集包括拍攝攝像機和視頻采集卡。根據(jù)《國家精品課程教學(xué)錄像上網(wǎng)技術(shù)標準》，錄播教室中應(yīng)布置3臺攝像機，分別用來拍攝教師、學(xué)生和板書。要求攝像機既要滿足畫面的清晰度要求，同時能夠進行云臺動作，我們采用了松下的AG-HPX173攝像機配合科旭威爾KX-PH490S2T云臺。這種組合的優(yōu)勢在于，松下AG-HPX173本身在市場定位時即是專業(yè)級的高清數(shù)字攝像機，它的成像質(zhì)量，色彩效果，感光性能等參數(shù)都優(yōu)于傳統(tǒng)的云臺攝像頭。配合科旭威爾的490S2云臺可以實現(xiàn)多種鏡頭動作，可以說這種組合能夠更高質(zhì)量的表現(xiàn)。

視頻信號的采集使用高清數(shù)字采集卡，可以同時采集3路視頻信號，滿足拍攝教師、學(xué)生和板書的要求。最大圖像格式可以實現(xiàn)1920*1080，25幀每秒。同時可以手動設(shè)置碼流大小，保證高清圖像質(zhì)量。

音頻采集包括全教室范圍內(nèi)的采音麥克、調(diào)音設(shè)備及音頻采集卡。根據(jù)教室的范圍大小來設(shè)計和布置采音麥克風的數(shù)量，基本保證在3*3平方米范圍內(nèi)有一個吊裝采音麥克風，在教師講臺附近可以適當增加一個采音麥克風來增強采音效果，同時要控制麥克風音量，避免采入雜音。網(wǎng)絡(luò)課程有時候只拍攝教師畫面，這時可以使用無線麥克直接采音，這樣的采音受空間干擾更小，采音質(zhì)量更高。

計算機VGA信號采集主要是用來采集計算機屏幕的畫面，這里可以使用一個抓屏軟件實時對教師計算機屏幕進行捕捉，為了能夠捕捉動態(tài)視頻畫面，要求抓屏軟件必須能夠?qū)崿F(xiàn)25幀每秒以上的捕捉幀率。

3.定位跟蹤控制子系統(tǒng)

定位跟蹤控制子系統(tǒng)是全自動錄制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，其工作過程即是通過圖像識別，對畫面中移動的物體進行判斷，同時發(fā)回控制信號來控制攝像機對主體位置進行跟蹤拍攝。定位跟蹤系統(tǒng)包括跟蹤主機及3個定位攝像頭，分別用來教師定位跟蹤、學(xué)生定位跟蹤和板書定位。

定位跟蹤系統(tǒng)通過圖像分析的結(jié)果，來對攝像機進行控制，比如教師在講臺上移動時，教師的圖像在原先的圖像中中發(fā)生變化，跟蹤系統(tǒng)對教師身位進行判斷，控制拍攝攝像機左右搖對教師進行跟蹤拍攝。在定位跟蹤系統(tǒng)要求設(shè)定一定的條件，能夠保證拍攝畫面在教學(xué)過程中根據(jù)教學(xué)的需要進行切換，比如在學(xué)生起立回答問題時，某個學(xué)生的身高高出了設(shè)定的水平線，攝像機切換到該學(xué)生的近景進行拍攝，如果有多個學(xué)生同時起立，這時畫面應(yīng)切換至整個教室全景，當教師走下講臺到學(xué)生中時，畫面應(yīng)該切換到教師的中景并跟隨教師移動。當教師在板書上書寫時，畫面應(yīng)切換到板書近景并跟蹤教師的移動進行拍攝。

4.后期編輯子系統(tǒng)

課程錄播系統(tǒng)輸出的格式應(yīng)為視頻文件格式或網(wǎng)絡(luò)課件格式，無論哪種格式后期都涉及到進行二次編輯和修改的要求，比如講課過程中出現(xiàn)的口誤，由于其他因素造成畫面的錯誤切換等等。所以要一套相應(yīng)的軟件進行后期編輯和處理，這個軟件不但要能夠剪輯視頻音頻，同時還要能夠編輯計算機VGA信號文件，保證計算機屏幕畫面與視頻時間的同步。

5.網(wǎng)絡(luò)點播、直播子系統(tǒng)

課程錄制完成后可以通過網(wǎng)絡(luò)進行直播，用戶通過連接直播服務(wù)器觀看直播畫面。或?qū)⒄n件上傳至課件管理系統(tǒng)，用戶通過點擊觀看相應(yīng)的課件。

二、全自動錄播教室的環(huán)境建設(shè)

錄播教室本身應(yīng)該要滿足視頻拍攝和音頻采集的質(zhì)量要求，所以在教室裝修布置方面應(yīng)按照普通演播室的裝修方法和標準，教師照明及講臺區(qū)域照明采用專業(yè)三基色電動翻轉(zhuǎn)式面光燈2～4組，學(xué)生照明則使用普通隔柵燈，為了使拍攝的教師及學(xué)生畫面風格統(tǒng)一，所有光源均采用色溫一致的三基色燈管（3200k）。窗戶選裝遮光窗簾，安裝遮光層，避免不同色溫的光源混合。教室吊頂，開燈后室內(nèi)亮度不低于500lx，教師面部不低于800lx，色溫3600K，。測量方法采用GB5700-85 室內(nèi)照明測量方法。

教室為有特殊安靜要求的房間，為了保證采音質(zhì)量，采用隔音材料裝修，噪聲要求≤40db，混響時間≤0.6秒。墻面采用專業(yè)木質(zhì)吸音板，安裝1個120*200cm專業(yè)隔音門。地面鋪設(shè)4.5mm塑膠淺色地板。屋頂采用600mm*600mm礦棉吸音板。整個教室顏色偏中灰色。

三、結(jié)束語

錄播教室的設(shè)計和建設(shè)是一個系統(tǒng)化工程，除了需要實現(xiàn)的基本錄制功能外，還要追求高質(zhì)量的錄制效果，這需要我們在錄播教室的建設(shè)和使用上還要不斷的探索，從而實現(xiàn)高校教學(xué)改革的新突破。