网络视频课件的实时自动录播

朱鹏云

[摘要]随着精品课程建设的发展及网络教学平台的普及，网络视频课件渐趋成为两者必不可少的组成部分。该文从场景切换、视频处理及网络发布等三个方面对网络视频课件的自动录播技术之发展现状进行阐述。

[关键词]网络视频课件：场景切换；流媒体；实时

[中图分类号]G40—057

[文献标识码]A

[论文编号]1009—8097(2009)13—0167—02

引言

传统的网络视频课件大多是以网页形式将教学视频和电子讲稿等嵌套在同一窗口进行多画面同步播放，其中教学视频一般是教师的特写画面。这种网络课件通常以电子讲稿的演示为主，形式枯燥且可观赏性较低。随着网络多媒体和视频处理技术的发展，以单一的视频形式通过适当的场景切换来记录授课过程的实时自动录播技术，更加符合当前现代教育技术应用领域的需求。一段视频课件如何更好地记录并再现教学实况，视频课件的制作流程及网络发布的要求，正是本文要讨论的问题。

一场景切换

视频课件从画面内容本身来讲包含教师讲述、板书信息、电子讲稿(如PPT)、学生互动等；从多媒体信号源来讲包含各路视频镜头、计算机VGA以及其它多媒体辅助设备等：从分镜头角度来讲可以分为教学全景、学生特写、教师特写、板书特写、多媒体特写、画中画等；根据录制目的可分为精品课程申报录像、在线课堂资源积累等，前者一般是随机录制单次授课，后者是按课程进行全程录制。

视频课件中场景的切换应符合学生自然注意力的变换、合乎教师教学焦点的变化。与电视或电影的制作一样，只有合理的场景变化与切换才能吸引或保持人们的兴趣，而与电视教学片或其它演示录像不同，不干扰教师非作秀的正常授课是课件录制的前提。不妨把视频课件称为没有导演的纪录片，教室中各种灯光、镜头、话筒等录制设备尽量不要引起学生和教师的紧张或不自在。一般来说，以教师讲授的特写为主；当教师书写或讲解板书时，以板书场景为主；当教师讲解PPT或演示多媒体课件时，以计算机画面为主，此时可以用画中画的方式来表现教师形象；当与学生互动时，以学生特写为主：在课程录制的过程中教学全景画面可通过插播的形式进行短暂的画面补充。

场景切换方式有手动和自动两种。自动切换的触发条件可归结为各种各样的信号，有感应定位设备(超声波或红外)、声音、鼠标键盘动作、辅助设备激活等，还有自定义随机插播，同时应包含无信号自动补充机制。其中感应定位有动态跟踪镜头和固定镜头切换，两者孰优孰劣见仁见智，但是场景切换的延时触发非常必要。自动化录播是视频课件数字化网络化的发展趋势，而教师和学生的临场表现还有各种突发状况的不可预期性决定了现场手动调控及后期剪辑都是不可缺少的环节。从实际的应用中可以了解，完全的手动或完全的自动都是不可取的，没有真正意义上的全自动录播，只有自动手动互相结合才能更好地为教学服务。那么简单地说，如何实现合理流畅的场景切换就是视频课件自动录制技术的主要目标，满足网络环境中视频点播发布需求的视频处理技术则是关键保障。

二视频处理

将授课过程按照自动场景切换，对各路视音频信号进行优化选择、编译处理后所得到的可进行流式传输的数字视频文件就是本文所讲的网络视频课件。基于数字视频自身所具有的检索、存储稳定、压缩、网络点播等属性，为视频课件能够广泛应用和资源共享提供了可靠依据。传统的数字视频课件制作模式一般分几个步骤：录像——采集——编辑——集成转换，人工拍摄的授课录像通过视频采集。或者利用一些非线性编辑软件根据具体需求进行集成处理，然后再转换成需要的流式媒体格式——费时费力，视频效果也难以统一。本文所讨论的实时自动录播就是录像、采集、编辑以及集成转换等各个环节与授课过程同步进行，并且能够实时监控录制效果，课程结束的同时生成所需的视频课件，而我们的后期剪辑(拆分、合并)与点播发布等工作都是直接针对流媒体文件进行的，并且可以预先设定流媒体的各种属性值(码流、分辨率)，很容易对大量视频课件统一规范。

如图1所示，从视频采集开始，作为各种视频源的硬件设备如摄像头、计算机课件、dvd／光学投影仪等所提供的信号既有数字信号也有模拟信号，那么就必定涉及到模拟信号向数字信号的转换(A／D)，其中，将VGA信号转换为数字视频信号(VGA／DV)的实现尤为重要：实时地捕捉教师在授课计算机上使用电子教案、应用软件、网络课件、视音频文件等各种多媒体形式进行操作演示所带来的计算机屏幕的动态变化。

在传统的非线性编辑中，直观上看似简单的画面切换其实正是一段段的视频片断通过叠加合并而成的结果，其函数可表示为V=∑vi(i，i=1～n)。在自动录制模式下，可以把视频课件看作是基于时间轴的关于触发条件的视频流选择函数V=S(A，t)。通常，以红外或超声波等感应定位设备对教师位置进行追踪，以此来保证画面以教师形象为主；学生形象流由学生话筒信号来激活；而教师演示计算机课件的视频流则由鼠标动作代为触发条件：当硬件或人为的因素导致定位机制失灵，则补充全景画面进行自动纠错；由于流媒体视频关键帧之间的距离比较大，为了避免因不同视频源之间切换带来的黑屏、定格、延时等情况，可通过加入转场特效来弥补。各路视频流(教师形象流、板书信息流、学生场景流、计算机演示流等)按照预编程序进行策略控制——通过自动场景切换形成一路输出，而这一路输出经过同步编译就生成了流媒体格式的网络视频课件。

三网络发布

网络视频课件本质上就是流媒体视频文件。流媒体视频的生成有两大核心问题：视频质量和传输速度。精品课程对授课录像的最低要求图像质量为320*240*16bit，码流300kbps，而现有的设备在技术能力上远远超过这个水平，校园网络环境也完全能够支持高清视频的流畅点播：不仅画面质量可支持1024*768*32bit的分辨率，同时可支持300k～2Mbps的数据速率，视觉效果可与DVD媲美。以较小的存储量实现较好的视频质量的关键，是流媒体压缩编码技术。视频压缩过程是与教学过程同步进行的。流媒体编码解码技术有两套标准：国际电联(ITU-T)的H.26 1，H.263等标准和ISO的MPEG系列标准。其中基于对象的MPEG-4算法标准在压缩率和音画质量上的优势非常明显，能够满足各应用领域各种用户的多方面需求。

网络发布分为同期发布和后期发布，其中同期发布指的是网络监控，用户收看的是实时发送的授课实况，经过压缩编码同步生成的流媒体视频信号直接通过服务器进行广播，用户不能进行快进快退等操作；后期发布则是基于流媒体服务器的网络视频点播。点播连接是客户端与服务器之间点对点的主动连接，流式传输采用RTSP、MMS等实时传输协议来实现网络传输。在点播连接中，用户通过HTTP协议向服务器发出请求，目前通用的客户浏览器通常不能直接支持用于播放流信息的RTSP或MMS协议，所以要把流媒体文件嵌入网页实现发布需要通过引入元文件来指定视频源文件。元文件是包含了流文件地址等信息的文本文件，可以控制从浏览器到流媒体播放器的数据传输。用户点击网页上的超级链接，流媒体播放器通过元文件找到流文件地址，不是通过浏览器而是单独与流媒体服务器以相应的协议进行通信，并且用户可以对播放文件进行暂停、快进／退等控制。以MOV、RM、ASF三大流媒体文件格式为例，在视频网站程序设计中为了实现网络视频课件的点播，可通过ASP代码临时生成各种流文件相应元文件qtl、ram、asx来解决。

随着网络技术及流媒体技术不断的发展，网络视频课件的视频质量和传输速度会越来越高。由于流媒体课件资源的积累和优质资源更广泛的共享，追求高数据压缩比和高带宽利用率的大规模流媒体应用技术将逐渐渗透这一领域，引入这些技术可以为高等教育的现代化发展提供更好的服务质量。

参考文献

[1]朱郑州，吴中福，王茜.多源流媒体课件同步编辑系统的研究与实现[J].计算机科学，2008，35(2)：129—131.

[2]尹浩，林闯，文浩，等.大规模流媒体应用中关键技术的研究[J].计算机学报，2008，31(5)：755—774.